△国外厂商3Doodler专为儿童开发了一款3D打印笔，通过降低熔点来减少PM
因此本文会带大家逐一了解目前的研究成果，帮助大家特别是教育工作者了解如何在室内使用3D打印机时进行自我保护，如果计划购买3D打印机，该如何考虑。
如何在使用3D打印机时减少可能产生的健康风险
△芬兰阿尔托大学3D打印工作室，该校收集了大量有关3D打印机的资料以及其排放物对健康和空气质量的影响数据，本文部分援引该校数据。
1.使用低排放型材料（如PLA），并选择原厂或品牌线材
首先，影响FDM排放量情况的最大因素是耗材。根据美国环境保护局（EPA）等部门进行的多项研究，耗材的种类对于排放量有至关重要的影响，取决于制造商使用的原料和中间的合成工艺——不同耗材中含有不同增韧、着色等添加剂，其受到热熔的影响不一。美国食品和药物管理局（FDA）最近也表示，“随着3D打印技术的应用范围越来越广泛，有必要调查清楚耗材添加剂会对人体健康造成什么影响。未来FDA会继续调查其他添加剂和涉及的挥发性有机化合物与颗粒物质的特性，并出台相关标准。”
目前FDA的大多数研究都集中分析最常见的三种耗材——ABS、PLA和尼龙，ABS一般都被列为高排放材料。ABS使用时除了最开始会产生大量PM和VOCs，之后整个打印过程排放量都很稳定。如上所述，因为排放的VOCs会迅速与颗粒物结合，融为一体，后续持续产生的主要排放物基本都是颗粒物。PLA和尼龙材料使用时的排放量比ABS少。这些材料同样在刚开始使用时会产生大量颗粒物，但不会持续排放。所以一般我们称这些材料为低排放材料。
同时他们也注意到，PLA排放情况会受耗材品牌的影响，不同品牌的耗材品质参差不齐，有些PLA的排放量甚至接近ABS的排放量。佐治亚理工学院的研究员Rodney Weber早在2017年做了关于耗材排放情况的实验后，就发现了这一点，他呼吁用户谨慎购买廉价的无牌耗材。他说，“我们发现，使用廉价的耗材比使用原厂或者知名品牌厂商生产或推荐的耗材，打印时产生的气溶胶浓度将更高。虽然PLA是由玉米淀粉等可生物降解材料制成的，但是我们和气溶胶协会相关研究都发现，某些PLA排放的颗粒物和化合物甚至比ABS的毒性更强。但由于PLA只在打印最开始时会产生这些有害物质，随着时间推移，ABS耗材排放物的毒性就会慢慢超过PLA耗材排放物的毒性。
△针对3D打印的排放情况,佐治亚理工学院的研究员Rodney Weberz正在展开开创性调查实验（图片来源：气溶胶科学与技术杂志）
2. 设定优化：更细喷嘴，降低喷嘴温度，并选择最佳效果
其次，不同制造商的硬件参数各不相同，这些参数都会影响排放情况。特别是使用PLA耗材和尼龙耗材时，打印机品牌和参数的影响更为明显。有些设定也会对PM和VOCs排放速率产生巨大影响。
布尔诺理工大学进行了一项研究，研究人员对比打印机设置对ABS、PLA、PET和TPU材料的影响。结果表明，当我们选择最优打印设定时候，能确保打印成功的同时，最大程度减少排放量；同时当喷嘴温度设定的比较低的时候，其材料产生的排放物都将更少。因此，从呼吸道健康的角度出发，研究人员推荐打印机用户尽可能设定最低的喷嘴温度，甚至比制造商建议的更低。该研究还发现，喷嘴尺寸大小对排放率和颗粒浓度都有明显影响。针对ABS、PET和PLA材料，他们发现使用0.4mm的喷嘴产生的PM最少。TPU则是个例外，使用TPU时喷嘴尺寸增加到0.6mm排放量更少。
△不同喷嘴温度/尺寸设定下，打印期间颗粒形成最高速率（图片来源：国际环境研究和公共卫生杂志，“3D打印中影响超细颗粒排放的参数”）
研究结果还显示材料流量或打印速度几乎不影响排放量。因此，挤出机设定是影响排放的最关键因素。而另一项使用ABS和PLA测试的研究发现，加热的打印平台不会增大排放量，反而有助于增大颗粒大小，更容易减少颗粒物数量。
几乎所有研究人员都指出，要改善室内空气质量问题，恰当的通风方法是关键。用户应把打印机放在通风良好的位置，排气口安装上风扇，这样才能达到最佳效果。所有通风系统都应该配备相应的空气过滤系统来配合使用。建议使用高效空气（HEPA）过滤器，它能去除高达99.95%的微粒。要减少VOCs的排放，活性炭过滤器则是最好的解决方案。
3. 对于开放式打印机，增加其他配套装置
给3D打印机罩上一个带有空气过滤器的小型通风外壳是不错的选择。研究表明，把一台桌面型3D打印机放在具备过滤通风性能的外壳中，可以减少97%的粒子排放率。但需要注意的是，在选购时要查看购买的外壳是否带有HEPA系统，因为市面上很多3D打印机外壳只是用来维持热量，并没有排放功效。
