技术贴!7种3D打印机的操作安全隐患分析

2021 年 08 月 23 日

作为一种新兴制造方式,3D打印在制造过程中对人们的冲击感往往会让使用者忽视了相关的安全隐患。然而事实上,没有一种类型的3D打印机能够完全保证不会出现操作隐患。让我们来看看3D打印机的主要危险类别。


论是安装在工厂还是卧室,如果使用不慎,3D打印机都可能是危险的,危险程度因设备而异。因此,就各种可能会出现的风险,列举了以下主要安全隐患,供大家制定安全的操作流程。

 

1. 烧伤

 

安全风险:大多数3D打印机的工作温度非常高,例如在最常见的FF 系统中,热端温度可以达到300℃,而金属3D打印机的温度只会更高。在没有充分冷却的情况下接触热端很大可能会有被烫伤的风险。虽然许多FFF打印机已经配置了高温提醒功能,但是仍有大部分廉价机型仍然存在这一风险。另外,除了热端以外,热床和打印件的温度状况也值得注意。

 

处理方法:

· 将3D打印机放在孩童和无关人员不易接近的区域

· 处理3D打印机时请戴上手套

· 使用外壳或各种屏障进行保护

 

2. 夹伤或割伤

 

安全风险:3D打印机本质上是机械设备。他们的运动系统包括步进电机、履带和滑轮。当这些设备运行时,所有的运动都会增加使用者被3D打印机夹伤的风险。打印机会无意识地遵循软件给出的关于移动位置和移动速度的代码。虽然有些机器配置了闭环系统,能够检测碰撞并以适当方式做出反应。然而,大多数3D打印机仍然使用开环系统来创建运动方向,并且许多桌面3D打印机使用开放式龙门结构,因此在机器运行时将手指伸入非常容易被夹伤。

 

另外,使用类似于FFF系统的3D打印机还需要使用刮刀将模型从热床上铲下来,这就伴随着因用力过猛被刮刀割伤的风险。刮刀边缘的锋利,和刀片上的污染物会导致伤口感染,因此不可掉以轻心。此外,从打印件中拆除支撑也会有被割伤的风险。

 

处理方法:

· 有财力的可以购买具有碰撞检测模式的3D打印机,以及优质可拆卸柔性热床

· 戴上防划伤手套或其他防护装备

· 使用外壳或各种屏障进行保护

· 确定打印机处于安全状态时再进行接触

· 拆除支撑结构时减缓动作幅度,或使用水溶性材料以及尽量减少支撑结构

 

3. 火灾

 

安全风险:虽然这种状况发生概率不大,但3D打印机着火的案例确实存在。在某些情况下,3D打印机的热量会引起火灾,但也有其他异常情况,例如易燃材料掉入开放式龙门机器中,或者固件故障不断加热热端直到熔化并着火。

 

现在市面上的许多产品对这些问题都有保护措施,例如在发生故障时自动关机。其中一种保护措施称为热失控,旨在防止打印机着火。当打印机温度读数和加热器断开连接时,可能会达到危险温度,成为火灾隐患。热失控通过跟踪热端温度并及时关闭打印机来防止这种情况发生。

 

处理方法:

· 让机器时刻处在监控之下,安装烟雾探测器并在附近放置灭火器

· 确保3D打印机启用了热失控保护

· 将3D打印机远离窗帘等易燃材料,尽量放在金属表面上

· 如果没有经验,尽量避免使用自组装3D打印机套件

 

4. 纳米粒子或者有害烟雾

 

安全风险:纳米粒子是指在操作过程中散发的极微小3D打印材料粒子。例如FFF打印机,线材在挤出过程中被加热,这种热量往往会将一小部分材料释放到大气中。这些颗粒尺寸非常小,能够在空气中传播,并被吸入并滞留在人的肺部。但是这种危险程度差别很大,取决于使用热量和材料。通常,较高热量往往会释放更多的纳米颗粒。还有一些材料在给定的温度下会比其他材料散发出更多的纳米颗粒,例如ABS。

 

同样,因为加热散发出来的还有挥发性有机化合物,与空气中的水滴结合会形成有害烟雾。有报告声明长期暴露在烟雾之下会对呼吸系统造成伤害。

 

处理方法:

· 使用保护罩封闭设备,或者用空气过滤器来清除纳米颗粒

· 确保工作区域有良好通风

· 使用相对安全的材料,例如PLA和PETG,并尽量避免在不通风的地方使用ABS和尼龙

· 可以使用活性炭在吸附ABS材料散发的有害气体,例如苯乙烯

 

5. 材料毒性

 

安全风险:几乎所有3D打印机树脂都有一定程度的毒性,因此制造商建议在处理树脂3D打印机及材料时使用丁腈手套。偶尔有树脂接触皮肤不会有太大影响,洗去即可。但是,如果长期接触可能会对身体的免疫系统造成伤害。

 

处理方法:

· 处理树脂3D打印机和打印件时,始终戴上丁腈手套

· 在使用树脂打印机以及后处理过程时,开发“干净”的工作流程,最大程度减少接触

 

6. 爆炸

 

安全风险:理论上说,3D打印机爆炸的概率非常低,但一些3D打印材料如果处理不当确实会引发爆炸。以工业3D打印机使用的细粉为例,活性金属粉末就具有爆炸性。例如,钛这种流行的3D打印金属材料,如果粉末充分加热就会爆炸,这种粉末处理不当导致的爆炸还会引发结构火灾。

 

处理方法:

· 在处理金属粉末时绝对遵循安全工作流程

· 使用惰性保护气体,改变制造过程时的气体氛围

· 选用带有保护装置的金属3D打印

 

7. 触电、漏电等电器安全隐患

 

安全风险:3D打印机毕竟是电器,那么,电器安全就是一个不容忽视的问题。电源电压或者机械静电有时会从3D打印机溢出到整个金属框架。前者发生的原因可能是:接地连接错误,电源中的滤波电容器出现故障,无法将电压转储到地面;或者电源线丢失并与3D打印机框架接触。另外,部分3D打印机制造商使用电源电压床加热器来缩短加热时间。这缩短了加热时间,但由于电源线周围潜在的电线,并且电线随着时间的推移会疲劳,从而增加了风险。

 

处理方法:

· 确保接地电源正常工作,或使用额外“接地”方式减少机械静电

· 组装3D打印机套件或进行维修时,咨询相关专家或者技术人员

· 2针插头连接到3针插头

· 保持环境湿度在20%-30%之间,降低静电

· 购买带有封闭式电源(类似于笔记本电脑电源)的3D打印机,并连接到普通直流电源插座

 

      以上是大多数会发生的安全问题,随着3D打印机和相关技术的更新,还会有各种安全隐患出现。因此,不能因为3D打印看上去比传统机械加工更安全一些就掉以轻心。在此祝愿所有喜欢3D打印技术或正在使用3D打印设备的小伙伴们都能够避免不必要的伤害,并尽情体验科技的乐趣!

 

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