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金山人語/留意3D印刷的空氣污染

3D印刷,把平面印刷變成立體,把印到一張紙上變成印出一樣實體東西,是了不起的發明。也許不能說印、應該說製造,從玩具、模型、工具、食物、機械零件,到醫療器具、人工器官、噴射機引擎扇葉、汽車外殼、甚至房子,無所不「印」,有人稱為製造業的革命,因為可以把以前需要焊接的物件一次做成,省了很多手續。一次僅能製造一個,不能與傳統的快速大量製造來比,但在應急上,比如太空旅行急需一個零件,就非3D印刷莫屬了,據說國際太空站也在試用。

3D印刷機,與我們常用的噴墨印表機有幾分類似,噴墨印表機藉電腦的控制,在紙上有的位置噴墨、有的位置留白,最後印出文字與圖畫。3D印刷機同樣的由電腦控制,在一個平面上哪些位置噴灑材料、哪些位置不噴,然後噴頭升高,再依電腦指示噴上面一層,然後噴頭再升高噴又上面一層,這樣把材料層層堆高,就做成一樣東西。當然要做什麼樣的東西,先要用軟體設計,設計好了連上3D印刷機,加上材料,就等著看設計的成果了。

3D印刷的發展有些像無人機,從小到大、從玩家到專業。剛開始用電腦設計一個模型,用塑料印製出來,覺得很好玩,以後漸漸複雜,印製的物件變大,種類也多了,速度也加快了,所用的材料也增多了。依製作的物件性質,目前發展出來的的材料有:PLA聚乳酸、ABS樹脂、PETG透明塑膠、尼龍、PC聚碳酸酯、TPE熱彈性塑膠、木料、金屬、夜光纖維、變色纖維、碳纖維,使得3D印刷成為快速發展的新技術。

噴墨印表機噴出來的墨水是液體,3D印刷的材料是固體,要從噴頭噴出來先要加熱熔化成液體,加熱的溫度多高於200°C,上面所列出的材料多是塑膠類,塑膠加熱就會產生揮發性的化合物,所用的奈米材料,也會散發出微小的顆粒,這些「副產品」都會在空中飄浮。3D印刷是用這些材料堆積成型,所需時間往往以小時計,累積了大量的飄浮物,吸入肺部會造成浸潤傷害。這是日前在「風險分析學會」年會發表的研究報告。

EPA在會中發表研究報告,從材料製作的微粒排放量,到實際印刷的排放量,以及模擬3D印刷污染對不同年齡層級的影響,發現材料製作與實際印刷的排放量相同,所排放微粒對九歲以下兒童的肺部,占的有害面積最大。國家職業安全與健康研究所也提出報告,用ABS做材料在3D印刷時的排放,人體吸入對肺有中度的毒性,而對老鼠僅有輕度的毒性。

3D印刷固然對周遭的環境製造不良空氣,但也可以污染環境,許多塑膠與奈米材料在印刷的時候,所散出的微小顆粒、或稱做奈米顆粒,隨空氣飄浮到土壤與水裡,被植物與魚類吸收,存在於生物組織。Duke大學的學者把塑膠分割成小塊讓魚吃下去,用生物學的基質釋放因子(MRF)來估算塑膠所釋放奈米顆粒的數值,這樣每當物件分解,就可以預估所產生奈米顆粒的比例,作為日後訂定法規的參考。

3D印刷是在一個平台上堆積材料製成物件,釋出材料的噴頭是在平面上多方向的移動,現在有新的技術可以讓物件在空中製成,噴頭立體移動,不需要平台。像哈佛的3D印刷機,噴頭用一根銀線以雷射照射,而整個印刷機可以旋轉,加上噴頭的XYZ軸立體移動,來尋找噴灑的位置,逐漸把物件在空中製成。

3D印刷已經普及到家庭了,電腦旁放一台印表機不當一回事,放一架3D印刷機才夠時髦。疫情居家,無論是製作一個需要的工具,或僅是發揮創意來消磨時間,專家們要大家務必遵守四原則:在通風的環境操作,噴頭溫度設到下限,印製的時候遠離,採用低排放的機器與材料。有一個誤解,PLA是植物性原料製成,所以最環保,事實正好相反,PLA排放的物質有害健康。

EPA學者Peter Byrley說,至今大家還不太知道3D印刷對環境的害處,所做研究就是提高讓大家警覺,尤其對兒童的敏感要特別留意。至於3D印刷的功績,自然是毋庸置疑。

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