研究

美国环保署的科学家研究了3D打印碳纤维材料的VOC排放

在过去的几年里,挥发性有机化合物(VOC(挥发性有机化合物)的排放是FFF过程的副产品,已成为几项研究的主题。2017年,一项由世通光明未来有限公司他的结论是,在通风充足的情况下,ABS、PLA、PET和尼龙等材料的熔化不会对使用者造成伤害。

来自UL为期两年的调查报告亦发现,如果采取适当的预防措施,接触3D打印过程产生的颗粒和挥发性有机化合物的机会一般较低。

现在,来自美国环境保护署(EPA)正在研究含有碳纳米纤维增强的ABS长丝散发出的VOC。同样的关于通风充足的规则也适用于这种情况,但是通过合作与消费品安全委员会(消费品安全委员会)和国家纳米技术计划(NNI),美国环境保护署小组正在寻求提供有关这一主题的文献的详细更新。

ABS + CNT灯丝3D打印,研究VOC排放。图片由美国环保局提供。
ABS +碳纳米管灯丝(CNT) 3D打印研究VOC排放。图片由美国环保局提供。

3 d打印技术纳米材料

环保局的研究是探索独特的化学和物理特征纳米材料,包括大小、形状、化学成分和稳定性,以帮助开发预测模型,确定哪些可能造成更高的风险。如美国环保署所述,这种纳米材料存在于1300多种商业产品中,如医疗设备、纺织品、燃料添加剂和化妆品。

为了了解纳米材料对人类和环境健康的影响,使用了商用ABS灯丝和aLulzbot TAZ 3D打印机来确定VOC的排放改变了。在此过程中,通过碳纳米管细丝(CNT)在各种条件下对VOC排放进行量化和表征,以模拟3D打印过程中塑料的不同加热、熔化和成型过程。

Al-Abed博士的团队仔细考虑了温度、加热材料的时间长度和喷嘴的氧气浓度。这些因素被复制在一个定制的反应堆和质谱仪(也被称为热诊断研究系统(STDS))中,以识别燃烧相关的排放。

热诊断研究(std)系统示意图

捕获VOC的排放

比较了碳纳米管注入灯丝和“普通”ABS灯丝的VOC排放。研究小组发现,含有碳纳米管的材料会释放两种新的VOC气体,这可能会对3D打印数公斤材料的用户造成吸入危险。

此外,研究人员得出结论,增加打印温度对增加VOC排放的影响最显著,其次是增加加热材料的时间。CNT还展示了在3D打印塑料微粒中“捕捉”特定VOC气体的能力。

该研究指出,研究人员的仪器不能直接测量这些微粒,因此,需要进一步的调查来了解它们对人类健康的潜在影响。

欲进一步阅读这些研究结果,请参阅挥发性有机化合物碳纳米管复合材料在3D打印过程中的排放和形成机制可以在网上找到吗环境科学与技术日报》。由Phillip M. Potter, Souhail R. Al-Abed, Dean Lay和Slawomir M. Lomnicki合著。

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特色图像显示FFF/FDM 3D打印。照片由美国环保局提供。