不經(jīng)意間，增材制造（3D打印）已走進(jìn)我們的生活。商場、學(xué)校、家庭都能發(fā)現(xiàn)它的身影，也許你案頭的擺件、孩子手中的玩具就來自3D打印。
在幾家電商平臺上檢索3D打印，從上百萬的大型商用設(shè)備、數(shù)百元的3D打印筆，到幾十元的打印耗材，各類各款應(yīng)有盡有。從平臺的銷售記錄看，不少型號的3D打印機(jī)銷量不錯(cuò)。
但日前，國外一項(xiàng)研究表明，3D打印機(jī)的使用者和使用3D打印產(chǎn)品的消費(fèi)者，可能面臨健康和安全風(fēng)險(xiǎn)，讓人不禁想問“3D打印還可靠嗎”？
3D打印的本質(zhì)
“3D打印始于快速成型技術(shù)，其本質(zhì)是一個(gè)材料加工成型的技術(shù)。在航空、航天、航海、兵器、醫(yī)療、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊，被譽(yù)為‘第三次工業(yè)革命’的核心技術(shù)。”東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院復(fù)合材料系主任游正偉告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“增材制造在大規(guī)模工業(yè)化制造方面并無優(yōu)勢，因此其主要應(yīng)用領(lǐng)域是數(shù)量相對少的裝備、新型結(jié)構(gòu)材料創(chuàng)新、個(gè)性化醫(yī)療和工業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)意產(chǎn)品環(huán)節(jié)。”
科學(xué)家會(huì)根據(jù)3D打印材料性能，依據(jù)所需的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行針對性的開發(fā)。目前，根據(jù)成型原理和所適用的材料，3D打印主要可分為四類：一是適用于塑料的熔融擠出成型技術(shù)（FDM）；二是適用于液態(tài)光敏樹脂的光固化3D打印技術(shù)（SLA、DLP等）；三是適用于凝膠類材料的直接墨水書寫打印技術(shù)（DIW）；四是適用于金屬粉末或聚合物粉末的選擇性激光熔化技術(shù)（SLM）和選擇性激光燒結(jié)（SLS）等。
“對于3D打印是否存在污染或?qū)θ梭w、環(huán)境有害的因素，我認(rèn)為要從3D打印加工過程和成型后使用過程兩個(gè)方面來分析。”游正偉說。
他解釋道，F(xiàn)DM主要用于塑料加工，也是受眾面最廣的3D打印方式，其本質(zhì)就是塑料熔化后的三維成型，因此在加工過程中所帶來的污染或者微小顆粒釋放非常有限。對于光固化打印技術(shù)和DIW，其本質(zhì)是利用紫外光、溫度或者擠出剪切力等相對溫和的外界因素改變材料流變性，最終獲得三維結(jié)構(gòu)，其使用的也是樹脂或凝膠類材料，因此加工過程中基本不會(huì)產(chǎn)生對人體有害的因子，除非部分材料使用了一些有機(jī)溶劑，但這兩種技術(shù)基本都在實(shí)驗(yàn)室中使用，通常有專用的通風(fēng)保護(hù)設(shè)施。而SLM和SLS加工過程中大量使用粉末材料，因此粉塵、微粒帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)較高，但現(xiàn)有的SLM和SLS打印機(jī)都采用相對密閉的設(shè)計(jì)，且加工車間或?qū)嶒?yàn)室也有標(biāo)準(zhǔn)化的防范措施和要求。
對此，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所增材制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)研究員許高杰也表達(dá)了類似看法。
“3D打印有沒有污染或毒性，取決于所用的打印材料。”許高杰對《中國科學(xué)報(bào)》說，“目前所用的3D打印材料基本都是市場上已有的材料，特別是很多高分子材料，都是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姾徒?jīng)常接觸到的材料，在污染或毒性方面是經(jīng)過考查評價(jià)后允許使用的。”
3D打印本“無罪”
“總體來說，3D打印作為一種新型制造技術(shù)，受到全球青睞，其本身是沒有問題的。”許高杰說，“考慮到有些高分子材料（或化工產(chǎn)品）在加工時(shí)有一定的（污染或毒性）排放，如果要用作3D打印材料，必須充分考慮在成型加熱時(shí)可能出現(xiàn)的排放，進(jìn)行材料篩選和研發(fā)。負(fù)責(zé)任的3D打印材料研發(fā)人員和生產(chǎn)單位，都會(huì)把材料使用帶來的安全問題放在首位。”
游正偉認(rèn)為，相對于金屬、塑料進(jìn)行削、切、磨等傳統(tǒng)機(jī)床“減材制造”所形成的細(xì)微顆粒、廢料、廢氣，“3D打印技術(shù)反而安全性更高”。
“部分3D打印產(chǎn)品在后續(xù)使用過程中，會(huì)由于磨損等因素產(chǎn)生塑料微?；蚣{米填料的問題。但這種‘原罪’不能歸于3D打印，而是材料本身的問題，即便不使用3D打印產(chǎn)品，生活中也有倒模、吹塑等各種復(fù)合材料加工制品。因此，沒有絕對‘無污染、無風(fēng)險(xiǎn)’的情況。在同等條件下，3D打印用料更少、更方便，保護(hù)措施更好、安全性更高。”游正偉說。
專家認(rèn)為，某些高分子材料產(chǎn)品存在潛在危害是整個(gè)制造業(yè)面臨的共性問題。解決這一問題還要聚焦于新型材料的研發(fā)，用其替代現(xiàn)有塑料、樹脂等不可降解材料。
“但有一個(gè)問題應(yīng)引起重視。”游正偉說，“對打印過程中出現(xiàn)的問題，工廠或?qū)嶒?yàn)室都有相應(yīng)的防護(hù)條件和措施，但3D打印逐漸進(jìn)入家庭后，可能有防護(hù)不到位的情況。這一方面要求我們加強(qiáng)增材制造新材料的研發(fā)，研制出性能優(yōu)越、環(huán)境友好的新材料，另一方面應(yīng)該建立包括設(shè)計(jì)、材料、產(chǎn)品性能、認(rèn)證檢測等在內(nèi)的一整套增材制造安全標(biāo)準(zhǔn)體系。”