作者:Tim Ryan Daniel Hubbard
3D打印作为近年来涌现出的一种新兴技术,似乎每周都有相关的故事出现在身边。根据Wohlers Associates发布的年度报告,3D打印发展迅速,在2008-2011年间,个人3D打印机的增长速度达到了350%。而实际上,学术上称为增材制造的这项重要技术,已经存在了数十年。受益于近年来CAD/CAM软件的快速发展,以及一些3D打印相关重要专利的到期失效,这项技术受到了公众广泛的关注,实现了爆炸性增长。 专业的3D打印技术目前已经在航空航天、建筑、汽车、医疗、国防和个人消费品制造等领域实现应用,同时也逐步进入到一些新的领域,例如生物医疗、电极电路等。相关的例子包括3D打印的假肢,只有200μm长的微型锂离子电池,以及嵌入式的物品标签等。实际上,这项技术在更多的领域仍然具有很大的实际应用潜力。美国宇航局甚至展示了使用3D打印技术在飞行中为宇航员打印食物,就像《星际迷航》电影中的“食物复制机”一样。
光固化技术工艺是一种常见的3D打印工艺。该工艺将预先混合好的光敏树脂装入到专用的盒式容器中,再放入到3D打印机机盒中。所用到的2类材料分别是“墨水”和“支撑”。“墨水”通常是高分子单体,通过层层叠加构建物体,而“支撑”则是同步打印出来的辅助材料,作为支持结构而存在。供应商提供的典型的“墨水”和“支撑”材料,见表1和表2所示。当紫外线照射后,这些有机高分子发生聚合固化,形成最终的形状。在“墨水”和“支撑”材料溅射时,以及紫外线固化的过程中,所使用到的材料可能会发生分解,释放出有害气体。 高分子熔融3D打印对环境的影响已经在文献中有过报道。3D打印的专用高分子丝材,
包括热塑性ABS塑料、聚乳酸(PLA)、聚四氟乙烯(PTFE)等,在打印的过程中将产生大量的纳米尺度(1~100nm)超细颗粒,同时材料降解也会释放出相关的一些有害气体。因此,暴露在这种环境下会给健康带来一定的风险。根据Stephens等人的研究,高分子熔融桌面3D打印机将产生大量超细颗粒,估计颗粒浓度在1.9×1010/分到2.0×1011/分。
光固化打印机