FDM 3D プリンターは健康に有害ですか?どう対処すればいいのでしょうか？

以前、Antarctic Bearは、デスクトップFDM 3Dプリンターは印刷プロセス中に微粒子や有機物を排出すると報告しました。一部のデバイスは、本体を密閉し、浄化用のフィルターを追加することで、排出される微粒子や有機物を効果的にろ過できます。この記事では、FDM 3D プリンターは健康に有害かどうかについて引き続き検討します。どう対処すればいいのでしょうか？この記事はall3dpから翻訳されています。

前回のレポート: 3Dプリンターから放出される200種類以上の揮発性有機化合物、有毒粒子、隠れた健康リスク

3D プリントは有毒ですか?健康リスクを防ぐ方法

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
3Dプリントは安全ですか?

△ 健康に害を及ぼす可能性があるのは、このような 3D プリンターの火災だけではありません (出典: Hackaday)
ほとんどの人は 3D プリントの安全性について考えるとき、プリンターの火災を思い浮かべますが、3D プリンターは粒子状物質や揮発性有機化合物 (VOC) も生成します。では、3D プリントと粒子状物質または VOC の何が問題なのでしょうか?

3D プリントの排出に関する主な問題を安全性の観点から取り上げ、さらに重要な点として、いくつかの誤解についても取り上げます。最後に、印刷中に自分と 3D プリンターの近くにいる人の安全を確保するための解決策をいくつか紹介します。

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
事実とフィクション

△3Dプリントの排出ガスについては誤解が多い（出典：rwg42985、YouTube経由）
3D プリントの安全性に関しては、排出物に関していくつかの誤解がありますが、それは主に次の 4 つに分けられます。

① 虚偽：換気システムなしで PLA を 3D プリントしても 100% 安全です。

PLA によって生成される粒子状物質は ABS によって生成される粒子状物質よりも毒性が強いことが判明しました。しかし、同じ温度では、PLA は ABS ほど多くの粒子を生成しないため、VOC と超微粒子に関する PLA の印刷安全性の問題について混乱が生じています。

つまり、印刷温度が高いほど、低温の場合よりも多くの超微粒子と VOC が放出される傾向があります。 PLA は ABS よりも低い温度で印刷されるため、全体的に毒素の放出量はそれほど多くありません。

②誤解：臭いがしなければ害はない。

これはまったく事実ではありません。3D プリント中の微量 VOC や超微粒子の多くは強い臭いがなく、臭いの有害性と有害性は直接関係していないからです。つまり、3D プリンターから出る煙の臭いがするということは、間違いなく VOC や超微粒子を吸い込んでいることになり、将来的に健康に影響を及ぼす可能性があります。

③虚偽：3Dプリンターは屋外で換気しなければ、フィルタリングできません。

実際、ほとんどの 3D プリンターは外部に換気されていません。換気すると、チャンバー内の熱が失われ、変形やその他の悪影響が生じる可能性が高くなるためです。

④虚偽：HEPAフィルターは3Dプリンターで生成されたナノ粒子をろ過しません。

これも間違いです。 HEPA フィルターは、超微粒子よりも大きな粒子を対象としていますが、3D プリンターで生成されたナノ粒子をろ過することができます。

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
排出

△ 3D プリント用フィラメントに含まれる着色剤などの添加物により、毒性に関する懸念が高まっている (出典: Engineer Live)
3D プリンティングからの排出は、一般的に粒子状物質排出と VOC 排出の 2 つのカテゴリに分けられます。以下では、それぞれについて詳しく説明し、どれほど有害であるかを検討します。

粒子

まず、粒子を定義しましょう。 FDM および SLA 3D プリンターがプラスチックを硬化させる方法のため、印刷プロセス中に吸入できる超微粒子が空気中に生成されるリスクが常に存在します。しかし、これらの「超微粒子」は、大きさがわずか100ナノメートル以下と極めて小さいため、私たちがそれを目にすることは不可能です。

したがって、これらの粒子が危険なのは、その大きさによるのです。これらは簡単に吸入されるため、長期間暴露すると肺やその他の組織に損傷を与える可能性があります。

VOC

粒子状物質とは対照的に、VOC は、3D プリンターが ABS などの特定のフィラメントを使用して印刷しているときに発生する「煙」を指します。

プラスチックの燃える匂い、乾いたペンキの匂い、あるいはキャンプファイヤーの煙の匂いを嗅いだことがあるなら、何らかの VOC を吸い込んだ可能性があります。キャンプファイヤーの煙自体が非常に危険であると言っているのではありませんが、毎日煙を吸い込むと、吸入した化学物質に応じてさまざまな病気を引き起こす可能性があります。

3D プリンターの種類は重要ですか?

残念ながら、最も一般的な 2 種類の 3D プリンターである FDM と SLA は、通常の印刷設定では粒子と VOC を生成します。ジョージア工科大学と EPA によるこの記事のように、これらの問題と、どのようなものが排出に影響を与える可能性があるのかを直接取り上げた記事がいくつかあります。

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
危険な影響

△有害なガスを空気から遠ざける（出典：Erik Sjölund、Nederman経由）
大きな疑問は、なぜ VOC や粒子状物質を吸い込むと潜在的に有害なのかということです。 VOC に関しては、答えは簡単です。エアゾール缶の側面に、吸入に関連する健康被害の警告とともに「吸入しないでください」の下に「吸入しないでください」と書かれているのを見たことがあるなら、これがその理由です。

HealthLinkBCによると、具体的には、特定のVOCを吸い込むと、「目、鼻、喉の炎症、息切れ、頭痛、疲労、吐き気、めまい、皮膚の問題」など、さまざまな短期的な健康問題を引き起こす可能性があるという。長期的な健康問題には、永久的な臓器の損傷や、特定の癌が含まれる可能性があります。

対照的に、超微粒子は粒子自体が必ずしも有害な化学物質ではないため、VOC とは少し異なる作用をします。超微粒子の危険性は、他の類似した問題の中でも、そのサイズと肺の奥深くまで浸透する能力に起因します。超微粒子は、さまざまな健康リスクだけでなく、長期的な心血管系への影響も及ぼす可能性があるという証拠があります。

相対リスクはどれくらいですか?

日常生活の多くのプロセスで超微粒子や VOC が生成されることに注意することが重要です。ガスコンロでの調理などの一般的な調理行為では、3D プリントと同量の超微粒子が発生します。ただし、3D プリンターは通常、従来のガスコンロよりもずっと長く稼働するため、全体的に多くの粒子が生成される傾向があるため、細心の注意を払う必要があります。

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
解決

△ 3D プリンターを密閉すると、曝露される排出物を減らすことができます (出典: korgin1212 via Reddit)
あまり怖がらせなかったといいのですが。心配はいりません。3D プリントプロセス中に VOC と粒子状物質の排出を削減する主な方法は 3 つあります。

プリンターを密閉された環境に設置する

粒子状物質と VOC を削減する最も大きな方法は、まず第一にそれらがプリンターの周囲の作業エリアから出ないようにすることです。多くの人は、毒素の拡散を遅らせるために「壁」を構築し、基本的に毒素を印刷領域内に閉じ込めることでこれを行います。

もちろん、VOC の粒子サイズと性質により、筐体が完全に密閉されていない限り、VOC と粒子は時間の経過とともに漏れ出すため、完全に安全になるわけではありません。ただし、多くの場合、既存の換気システムによって、筐体外部の粒子密度をかなり低く保つことができるほどに速度が遅くなります。

フィルターを使用して粒子状物質や揮発性有機化合物（VOC）を除去します

粒子状物質と VOC を削減する 2 番目の方法は、ハウジング付きのエアフィルターを使用して、粒子状物質と VOC がフィルターに吸収されるようにすることです。除去しようとしている排出物の種類（粒子状物質と VOC）に応じて適切なフィルタータイプを選択する方法については、以下を参照してください。比較的 DIY しやすいものから高価なものまで、さまざまなオプションがあります。

煙を外に排出する

粒子状物質と VOC を削減する 3 番目の方法は、印刷領域を屋外に排気することです。このオプションは重大な欠点があるため、最後にリストされています。印刷エリアを屋外に排気することで、印刷エリアを冷却します。加熱されたビルドプレートとチャンバーがないと、プリントが簡単に歪む傾向があるため、ABS などのフィラメントを使用したプリントは困難になります。

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
どのようなタイプのフィルターが必要ですか?

△VOCや粒子状物質には活性炭と高級MERVフィルターが使用可能（出典：Nordic Pure）
3D プリントフィルター、オプションは何ですか?基本的に、VOC と粒子状物質の両方を除去するには、2 種類のフィルターが必要です。

これは FDM 3D プリンターと SLA 3D プリンターの両方に当てはまりますが、粒子と VOC の相対量は 2 つの方法で異なります。 SLA プリンターではより多くの VOC を除去する必要がある傾向があり、FDM プリンターではより多くの超微粒子を除去する必要がある傾向があります。

1. HEPAフィルターまたは高品質のMERVフィルター（MERV 17以上）。このタイプのフィルターは超微粒子を除去することができます。

2. 活性炭フィルター。このタイプのフィルターは VOC を除去します。

もちろん、活性炭フィルターと HEPA (または高 MERV) フィルターには、さまざまな形やサイズがあります。それでも、空気中の粒子を除去するための比較的シンプルな解決策です。通常の動作条件下では、HEPA 空気清浄機は非常に高い効率で空気中の超微粒子を除去し、99.97% を削減できます。

興味深いことに、これらのフィルターは 0.3 ミクロンほどの小さな粒子にしか効果がないという誤解がありますが、実際にはブラウン運動により、より小さな粒子が多数フィルターに捕捉されます。

したがって、3D プリントされた筐体内の熱を保ちながら、安全を確保し、粒子や VOC を除去したい場合は、3D プリントされた筐体内に空気清浄機を設置するだけで済みます。空気清浄機では、両方のタイプの排出物が大幅に削減されるように、HEPA フィルターと活性炭フィルターの両方を使用する必要があります。

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
どのフィルターを購入すればよいですか?

△シンプルな 3D プリントろ過ソリューションは、Alveo3D の壁掛け式フィルターです (出典: Alveo 3D、YouTube 経由)
これらの排出物をフィルタリングするにはいくつかのオプションがあります。

壁掛けユニット: Alveo3D は、VOC と超微粒子を除去できる 3D プリントろ過ユニットを開発しました。各フィルターは HEPA H13 と活性炭で作られており、フィルターを通して空気を移動させるための 120 mm 高圧ファンが含まれています。

空気清浄機: 別の方法としては、空気清浄機を購入し、3D プリントされた筐体内で使用して VOC や粒子を除去するという方法があります。

3D プリント浄水器: 最後のオプションはかなり馬鹿げているように見えますが、使い捨ての P100 フィルターと 3D プリント部品を使用して作ることができます。ただし、動作させるには追加のファンが必要になる可能性があります。設計者は、このタイプのフィルターは超微粒子の削減には役立たないと想定していますが、前述したように、ろ過のブラウン運動理論により、そうではありません。

フィルターを配置する場所によってフィルターの有効性に影響が出ることに注意することが重要です。フィルターは、フィルターの種類やフィルターを通過する空気の量に応じて異なりますが、製造元の指示に従って配置することをお勧めします。

3D プリンターのエアフィルター: 基礎
この間何ができるでしょうか?

△窓を開けると印刷時のVOCや微粒子を減らすことができます（出典：Walter Westerman、WCMA経由）
迅速な解決策を探しているが、どのタイプのろ過システムを使用するかまだ決めていない場合は、排出物の影響を軽減できる簡単な方法がいくつかあります。

まず、室内に他のフィルターがある場合は、フィルターのMERV定格を一時的に設定して、空気中の粒子状物質を減らします。

あるいは、気温が高すぎたり低すぎたりしない場合は、開いた窓の近くで印刷して、全体的な粒子状物質と VOC を減らすことができます。理想的には、粒子状物質と VOC を外に吹き飛ばし、室内の循環を最小限に抑えるために、プリンターの近くにファンを設置する必要があります。

コンパイル元: all3dp

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