Безопасна ли 3D-печать? Экспертное руководство по избежанию токсичных выделений

Покупая 3D-принтер, мы думаем о выгоде: свои детали, коллекционные фигурки, запасные части. Мало кто задумывается, что машина, плавящая пластик дома, может серьезно навредить здоровью.

Сегодня 3D-принтеры есть в школах, домах, мастерских, и они не обязаны соответствовать каким-либо нормам по выделениям. Многие люди, в том числе дети, могут вдыхать высокие концентрации мелкодисперсных частиц и токсичных паров.

Хотя ABS и HIPS проявляют более высокую токсичность и часто содержат больше бисфенола А, меры безопасности нужны при работе с любым термопластом. Процесс 3D-печати сам по себе выбрасывает в воздух токсичные пары и частицы, поэтому критически важно регулярно проветривать помещение и не находиться рядом с работающим принтером постоянно.

Основные опасения по поводу влияния 3D-печати на здоровье

Хотя FDM-принтеры среди нас уже более десятилетия, многие утверждают, что 3D-печать вредна: она выделяет токсичные частицы, глубоко оседающие в легких. Исследователи оценивают опасность длительного воздействия как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

В первые месяцы пандемии COVID-19 продажи 3D-принтеров выросли — их использовали для печати элементов лицевой защиты и респираторов. Многие завели не один, а несколько принтеров в одной комнате, что опасно увеличило концентрацию токсичных газов и частиц в замкнутом пространстве. Карантины заставили людей дольше оставаться дома, усиливая воздействие выделений.

По разным исследованиям, при 3D-печати выделяются наночастицы UFP (ультрамелкие частицы) — меньше частиц табачного дыма. Они проникают через дыхательные пути в самые глубокие отделы легких, вызывая воспаление.

Не все термопласты одинаково токсичны. Филаменты состоят из полимеров с разными характеристиками, распадающихся на более или менее вредные вещества.

Я изучил токсичность и влияние на здоровье самых популярных термопластов — давайте разберем их.

ABS

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) — твердый пластик, широко используемый в промышленности за низкую стоимость и хорошие свойства. Содержит акрилонитрил — высокотоксичный компонент, требующий строгого контроля выделений.

Кроме того, выделяет бисфенол А — потенциально канцерогенное вещество, запрещенное в некоторых странах. К сожалению, настольная печать ABS требует маловетерифицируемого пространства: сквозняки вызывают варпинг и трещины. Это делает ABS одним из самых опасных материалов для печати.

Узнайте, содержит ли ваш бренд ABS бисфенол А (BPA) — он может серьезно навредить здоровью.

Избегайте регулярной печати ABS в том же помещении, где вы находитесь — долгосрочные последствия могут быть серьезными.

PLA

PLA — самый популярный материал для 3D-печати благодаря простоте. Получается из кукурузы и биоразлагаем (при определенных условиях), поэтому многие считают его безопасным.

Однако красители и добавки производителей могут сделать его опасным. Также выделяет высокие уровни UFP. Настоятельно рекомендуется проветривать помещение после каждой печати, чтобы снизить концентрацию UFP.

Нейлон

Нейлоновые филаменты отличаются высокой прочностью и термостойкостью — их используют для механических деталей. Но они выделяют много стирола — углеводорода, связанного с повышенным риском рака и других заболеваний.

Кроме того, нейлон может выделять капролактам — раздражающее вещество, вызывающее тяжелые поражения дыхательной системы. Из-за высоких температур печати нейлон выбрасывает огромное количество UFP.

PETG

PETG — это PET с добавлением гликолея. Химически очень стабилен, не выделяет резких запахов и токсичных паров. Используется для бутылок под напитки. Но UFP при печати PETG тоже выделяются. Отсутствие запаха не значит отсутствие токсичности — ошибаются те, кто так думает.

HIPS

Этот материал, часто используемый как поддерживающий в двухэкструдерных принтерах, как и ABS выделяет стирол. Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует стирол как канцероген. В связке с ABS двухэкструдерный принтер может выделить высокий уровень токсичных паров за очень короткое время. Обязательна хорошая вентиляция.

Как и для ABS, проверяйте, содержит ли ваш HIPS бисфенол А — мы уже говорили о его опасности. Из-за важности темы выделим ему отдельный раздел.

Токсичны ли пары 3D-печати?

Не все филаменты выделяют токсичные газы. Например, PLA можно использовать в помещениях, где люди работают долго. Другие, как ABS, требуют среды, где концентрация токсичных паров не превышает ПДК.

Вдыхание паров вызывает раздражение глаз и дыхательных путей, тошноту, головные боль. Выделение газов можно снизить фильтром с активированным углем или усиленной вентиляцией.

Многие производители предоставляют технические карты безопасности (MSDS/SDS) для своих филаментов. Настоятельно рекомендуется проверять их на сайте производителя перед использованием нового бренда или материала. Даже разные цвета одного материала и бренда могут иметь разные выделения из-за пигментов.

Насколько серьезно длительное воздействие паров и частиц?

FDM-технология относительно новая, достоверных данных о долгосрочных эффектах пока нет. Опубликованные работы показывают: настольные 3D-принтеры выделяют огромное количество наночастиц размером 40–300 нм. Это достаточно мало, чтобы проникнуть в самые глубокие отделы дыхательной системы, вызывая сильное раздражение и воспаление.

Из-за токсичности некоторых газов реально риск развития хронических заболеваний легких: астмы, ХОБЛ, даже рака. Особо чувствительным людям рекомендуется работать с 3D-принтерами в газовых масках с подходящими фильтрами.

На выделение наночастиц влияют бренд и тип филамента, цвет, температура печати, наличие подогрева стола. В целях безопасности рекомендуется устанавливать температуру печати минимально возможной.

Безопасно ли печатать в помещении?

Даже при использовании PLA или PETG, чьи выделения считаются менее вредными, помещения с 3D-принтерами должны быть хорошо проветриваемы или оснащены системой фильтрации частиц, чтобы концентрация не превышала допустимых уровней.

Еще одна мера — выходить из комнаты во время печати и проветривать после завершения.

Что такое BPA и насколько он опасен?

BPA (бисфенол А) — синтетический компонент, добавляемый во многие изделия: пищевые контейнеры, CD/DVD, спортивное оборудование, даже детские бутылочки. Широко используется в пластмассовой промышленности: исследование показало, что у 90% населения США в организме есть следы BPA.

Опубликовано много отчетов об опасности BPA, результаты часто противоречивы. Самые тревожные указывают на прямую связь воздействия BPA с риском диабета, проблем с фертильностью, раком, ожирением. Кроме того, BPA может нарушать нейронное развитие детей и подростков.

Во Франции использование BPA запрещено медицинскими органами. Международное научное сообщество еще не пришло к консенсусу по рискам попадания BPA в организм через пищу или вдыхание.

Безопасно ли печатать в помещении? (повтор раздела)

Даже при печати PLA или PETG помещения должны быть хорошо проветриваемы или иметь систему фильтрации частиц. Подходящая мера — уходить из комнаты во время печати и проветривать после.

Содержат ли филаменты для 3D-печати BPA?

Некоторые филаменты содержат высокие дозы BPA — ABS и HIPS. Во время печати микрочастицы бисфенола попадают в воздух. Вдыхание этих частиц и их потенциальная токсичность недостаточно изучены, поэтому при работе с этими материалами рекомендуются дополнительные меры защиты.

Хотя меры предосторожности нужны для всех термопластов, только ABS и HIPS содержат BPA в высоких дозах.

PETG популярен для пищевых контейнеров также потому, что он не содержит BPA. Но это не значит, что можно печатать на PETG кухонную утварь — сам процесс 3D-печати создает проблемы, несовместимые с контактом с пищей.

Безопасна ли 3D-печать для контакта с едой?

Некоторые материалы (PETG, PLA) можно считать «пищевыми» благодаря высокой химической устойчивости — если не учитывать добавки, вносимые при производстве.

Связующие вещества или искусственные красители могут быть токсичны в определенных концентрациях, поэтому каждый филамент требует глубокого изучения. Без данных ни один материал не считается «пищевым» до проведения соответствующих исследований.

Кроме того, детали экструдера могут сбрасывать микрокапцы металла в напечатанный объект, меняя его состав.

Важен также фактор термической стабильности полимеров. Материалы, безопасные при нормальных условиях, могут выделять вредные вещества при термическом распаде. Не рекомендуется употреблять напитки, хранившиеся в 3D-напечатанных емкостях.

С другой стороны, FDM-печать — это слои пластика определенной толщины, которые могут иметь микропоры и неровности. В этих полостях накапливаются пища и влага, где их невозможно промыть — идеальная среда для бактерий. Если 3D-напечатанные предметы контактируют с едой, их не следует повторно использовать.

Альтернатива — пост-обработка, устраняющая трещины и заполняющая межслойные промежитки смолой, одобренной для контакта с пищей, но исследований, одобряющих такую технологию для пищевых целей, пока нет.

Хотите глубже? Читайте мою статью о безопасности филаментов для формочек для печенья — информация экстраполируется на другие случаи.

До сих пор мы говорили только о FDM. Не исключая наше SLA-сообщество, рассмотрим ключевые моменты для этой технологии!

Токсична ли 3D-печать смолой (SLA)?

SLA кардинально отличается от FDM. Стереолитография использует жидкую смолу, затвердевающую (полимеризующуюся) под лазером. Точность намного выше, чем у FDM, поэтому SLA используют для детализированных деталей или очень мелких объектов.

Минус — высокая токсичность жидкой смолы и во время полимеризации. При контакте с кожей часто вызывает мгновенное раздражение. У некоторых реакция появляется через дни. При длительном контакте кожа может развить аллергию или повышенную чувствительность к смоле или УФ-свету.

Есть случаи людей, работавших с смолой без защиты годами. Теперь они не могут терпеть даже запах смолы — вызывает головную боль.

Так как смолы для 3D-печати гораздо токсичнее филаментов FDM, их использование требует контролируемых условий и дополнительных мер защиты. Латексные перчатки и защита глаз обязательны при работе с жидкой смолой.

Безопасна ли SLA для еды?

После полимеризации смола становится твердой и относительно стабильной. Но при бытовом использовании деталь из смолы взаимодействует с химическими соединениями в пище и может выделять токсичные вещества. Гарантировать оптимальный уровень безопасности для контакта с едой нельзя.

Существуют биосовместимые смолы для биомедицины, но сертификация дается для очень специфических медицинских и стоматологических применений. Использование вне первоначального назначения не рекомендуется.

Один из способов использовать SLA в пищевой промышленности — делать негативные формы для вакуумного формования. Из таких форм термоформуют одобренные для еды пластики. Тогда еда контактирует не с смолой, а с безопасным пластиком.

3D-печать все еще изучается, долгосрочных выводов о влиянии на здоровье пока нет. Пока информации недостаточно, лучше перестраховаться и повысить меры безопасности.

Раздел рекомендуемых продуктов

Мы создали раздел рекомендаций, чтобы убрать догадки и сэкономить время на поиске принтера, филамента или апгрейдов — это сложная задача, часто приводящая к путанице.

Мы отобрали несколько 3D-принтеров, подходящих новичкам, продвинутым и экспертам, а также филаменты и апгрейды — все протестированные и тщательно подобранные нами.