3D プリントは健康に影響しますか?鍵となるのは素材

出典：中国科学日報

無意識のうちに、積層造形（3Dプリント）が私たちの生活に入り込んでいます。ショッピングモール、学校、家庭など、あらゆる場所で目にすることができます。机の上の装飾品や、子どもの手に持つおもちゃも、3D プリントで作られているかもしれません。いくつかの電子商取引プラットフォームで 3D プリントを検索すると、数百万もする大型の商用機器から、数百元の 3D プリントペン、数十元の印刷消耗品まで、あらゆる種類の製品を見つけることができます。プラットフォームの販売実績から判断すると、3Dプリンターの多くのモデルが好調な売れ行きを見せています。

△第16回中国（無錫）国際デザイン博覧会では、来場者が3Dプリントチョコレートをカスタマイズしています。
しかし、数日前、海外の研究で、3Dプリンターのユーザーと3Dプリント製品の消費者は健康と安全上のリスクに直面する可能性があることが示され、「3Dプリントはまだ信頼できるのか？」という疑問が生じています。

新たな問題を発見する<br /> 最近、米国国立労働安全衛生研究所の研究者らが、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）材料の3D印刷プロセスを評価し、印刷プロセス中に放出される粒子が人間の肺に中程度の毒性損傷を引き起こす可能性があると結論付けました。

「米国環境保護庁の最新の3Dプリンティング排出研究」と題された報告書は、実験条件下での3Dプリンティングワイヤ押出機（3Dプリンターのフィラメントを作るのに使用される装置）からの排出を分析し、3Dプリンターの使用時に呼吸器の特定の場所に沈着する粒子の数が人体に潜在的に有害であると予測した。「これまで、一般の人々は3Dプリンターの排出物にさらされていることにほとんど気づいていなかった」と報告書の著者らは述べている。「3Dプリンターの排出物に対する一般の認識を高める必要がある。子どもたちは排出物の影響を受けやすいかもしれない」

2020年リスク分析学会バーチャル年次総会中に開催された「3Dプリンティングおよび新興材料リスク評価シンポジウム」の出席者によって報告されたいくつかの研究によると、3Dプリンティングは、プラスチックフィラメントまたはナノ粒子、金属、熱可塑性プラスチックなどの他のベース材料を溶かすことによって機能します。プラスチックやその他の構成要素が加熱されて溶けると、揮発性化合物が近くの空気中に放出され、室内の空気の質と公衆衛生に影響を与えます。
会議では、より環境に優しい 3D プリント材料を選択することが特に重要であることが示唆されました。 3D プリント技術が普及するにつれて、規制当局、メーカー、ユーザーは、3D プリントによってもたらされる潜在的なリスクをより適切に管理することに重点を置く必要があります。

3Dプリントの真髄「3Dプリントはラピッドプロトタイピング技術から始まり、その真髄は材料加工と成形技術です。航空、宇宙、航行、兵器、医療、自動車、工業などの分野で幅広い発展の見通しがあり、「第3次産業革命」の中核技術として知られています。」東華大学材料科学工学部複合材料学科長のYou Zhengwei氏は、「積層造形は大規模な工業生産では優位性がないため、主な応用分野は比較的少量の設備、新しい構造材料の革新、パーソナライズされた医療と工業デザイン、創造的な製品リンクです。」と述べました。

科学者たちは、3Dプリント材料の性能と必要な応用分野に基づいて、的を絞った開発を実施します。現在、3Dプリンティングは、成形原理と適用可能な材料によって、主に4つのカテゴリーに分類されます。1つはプラスチックに適用可能な溶融押出成形技術（FDM）、2つ目は液体感光性樹脂に適用可能な光硬化型3Dプリンティング技術（SLA、DLPなど）、3つ目はゲル材料に適用可能な直接インク書き込み印刷技術（DIW）、4つ目は金属粉末またはポリマー粉末に適用可能な選択的レーザー溶融技術（SLM）と選択的レーザー焼結（SLS）です。

「3Dプリントが人体や環境に汚染や有害要因をもたらすかどうかについては、3Dプリントのプロセスと成形後の使用プロセスという2つの側面から分析する必要があると思う」とYou Zhengwei氏は述べた。

同氏は、FDMは主にプラスチック加工に使用され、最も広く使用されている3Dプリント方法でもあると説明した。その本質は溶融プラスチックの3次元成形であるため、加工中の汚染や微粒子の放出は非常に限られている。光硬化印刷技術とDIWの本質は、紫外線、温度、押し出しせん断力などの比較的穏やかな外部要因を使用して材料のレオロジー特性を変更し、最終的に3次元構造を得ることです。また、樹脂またはゲル材料も使用するため、一部の材料で有機溶剤を使用しない限り、処理中に人体に有害な要因は基本的に生成されません。ただし、これらの2つの技術は基本的に実験室で使用され、通常は専用の換気保護設備が備わっています。しかし、SLMおよびSLS処理プロセスでは大量の粉末材料が使用されるため、ほこりや粒子による健康リスクは比較的高くなります。ただし、既存のSLMおよびSLSプリンターはすべて比較的閉鎖的な設計を採用しており、処理工場または実験室にも標準化された予防措置と要件があります。

この点については、中国科学院寧波材料工学研究所付加製造技術チームの研究者である徐高潔氏も同様の見解を表明した。

「3Dプリントが汚染物質や毒性を持つかどうかは、使用される印刷材料によって決まります」と徐高傑氏は述べた。「現在使用されている3Dプリント材料は、基本的にすでに市場で入手可能な材料であり、特に多くのポリマー材料は、人々の日常生活で一般的で頻繁に触れるものです。それらの使用は、汚染や毒性について検査および評価された後に許可されます。」

「無罪」の3Dプリント版
「一般的に、3Dプリントは新しい製造技術として世界に好まれており、それ自体に問題はありません」と徐高傑氏は述べた。「一部のポリマー材料（または化学製品）は加工中に特定の（汚染物質または有毒物質）を排出することを考慮すると、それらを3Dプリント材料として使用する場合は、成形および加熱中に発生する可能性のある排出を十分に考慮し、材料のスクリーニングと研究開発を実施する必要があります。責任ある3Dプリント材料開発者と生産ユニットは、材料の使用によってもたらされる安全性の問題を最優先します。」

ユー・ジェンウェイ氏は、金属やプラスチックの削り取り、切断、研磨といった従来の工作機械による「減算的製造」で発生する微粒子、廃棄物、排気ガスと比較すると、「3Dプリント技術は実際にはより安全である」と考えている。

「一部の3Dプリント製品は、その後の使用中に摩耗などによりプラスチック粒子やナノフィラーを生成します。しかし、この『原罪』は3Dプリントに起因するものではなく、材料自体の問題です。3Dプリント製品が使用されていなくても、生活の中には金型やブロー成形など、さまざまな複合材料加工製品があります。したがって、絶対的に『無公害、無リスク』の状況はありません。同じ条件で、3Dプリントは材料の使用が少なく、より便利で、より優れた保護対策を備え、より安全です」とYou Zhengwei氏は述べています。

専門家は、特定のポリマー材料製品の潜在的な危険性は、製造業界全体が直面している共通の問題であると考えています。この問題を解決するには、プラスチックや樹脂などの既存の非分解性材料に代わる新材料の研究開発に注力する必要があります。
「しかし、真剣に取り組むべき問題が1つあります」とYou Zhengwei氏は述べました。「工場や研究室には、印刷プロセス中に発生する問題に対する適切な保護条件と対策があります。しかし、3Dプリントが徐々に家庭に浸透するにつれて、保護が不十分になる可能性があります。一方では、新しい積層造形材料の研究開発を強化し、優れた性能と環境に優しい新しい材料を開発する必要があります。他方では、設計、材料、製品性能、認証、テストを含む積層造形安全基準システムの完全なセットを確立する必要があります。」

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