3D-принтеры, стремительно завоевывающие место в промышленности и быту, могут нести скрытую угрозу для здоровья человека. К такому выводу пришли исследователи из Университета Калифорнии в Риверсайде. Их работа заставила научное и профессиональное сообщество задуматься о рисках, связанных с повсеместным распространением аддитивных технологий.
Мы проанализировали выводы калифорнийских ученых и обратились к отраслевым экспертам 3д-печати в Санкт-Петербурге, чтобы разобраться: насколько обоснованы эти опасения, как минимизировать потенциальный вред и что ждет индустрию 3D-печати в свете новых данных.
Представьте себе мини-завод, который легко помещается на письменном столе. Это 3D-принтер — компактная фабрика, способная создавать физические объекты. Мы тщательно контролируем работу настоящих заводов, следя за выбросами и безопасностью, и никогда не допустили бы размещение такого производства в собственной гостиной.
Однако в случае с 3D-печатью мы поступаем ровно наоборот. Эта технология стремительно проникает в быт, и скоро принтеры могут стать таким же обычным атрибутом домашнего хозяйства, как тостер или чайник, — притом что их потенциальное воздействие на здоровье до сих пор не до конца изучено.
— заявил Сергей Михайлов, инженер и эксперт компании ФОКАДОКА.
Как пояснил Уильям Гровер, доцент биоинженерии в инженерном колледже Bourns Университета Калифорнии в Риверсайде, исследователи протестировали два наиболее распространенных типа 3D-принтеров.
- FDM-принтеры, которые создают объекты, плавя и послойно накладывая пластиковую нить (филамент).
- SLA/DLP-принтеры, использующие ультрафиолетовый свет для отверждения жидкой фотополимерной смолы.
Тесты на чувствительных эмбрионах рыбок Данио показали, что материалы для обоих типов печати токсичны. При этом наибольшую опасность представляли именно результаты печати на смоляных (световых) принтерах — как готовые объекты, так и жидкие отходы процесса. Это свидетельствует, что риск связан не только с самим процессом, но и с конечным продуктом.
3D-принтеры и здоровье. Описание исследования
Вредное влияние 3D-печати на живые организмы было обнаружено почти случайно, как это часто и происходит в науке.
Примерно год назад доцент Уильям Гровер приобрел для своей лаборатории 3D-принтер. Вскоре аспирантка Шерин Месбах Оскуи, изучавшая эмбрионы рыбок Данио, использовала распечатанные на этом принтере детали в своем эксперименте. Результат оказался шокирующим: эмбрионы массово гибли — либо мгновенно, либо в течение короткого времени после контакта с напечатанными объектами.
Этот тревожный факт заставил Оскуи остановить первоначальное исследование, но дал старт совершенно новому — теперь уже целенаправленному изучению токсичности 3D-печати.
К Гроверу и Оскуи присоединились другие ученые. Для системного анализа они выбрали две принципиально разные модели принтеров: Stratasys Dimension Elite (технология FDM, печать расплавленной пластиковой нитью) и Formlabs Form 1+ (технология SLA, отверждение жидкой смолы ультрафиолетовым светом). Эти устройства стали главными «подозреваемыми» в новом расследовании.
Для чистоты эксперимента на каждом из принтеров изготовили одинаковые диски диаметром 2,54 см. Эти диски поместили в чашки Петри с эмбрионами рыбок Данио, чтобы наблюдать эффект прямого контакта.
Результат был однозначным и тревожным: наибольшую токсичность продемонстрировали образцы, напечатанные на фотополимерном (световом) принтере — как готовые детали, так и жидкие отходы процесса.
Их воздействие оказалось катастрофическим: уже к третьему дню большинство эмбрионов погибло, а к седьмому дню выжили единицы. Те немногие рыбки, которым удалось вылупиться, появились на свет с серьезными аномалиями развития.
Эти шокирующие данные легли в основу научной работы, научно-исследовательской работы (DOI: 10.1021/acs.estlett.5b00249), посвященной вопросу токсичности 3D-принтеров в процессе их работы и получаемых на них изделий.
Ученые подчеркивают: прямое воздействие на человека, конечно, несравнимо с эффектом на микроскопические эмбрионы. Однако сам факт наличия токсичности требует пристального внимания. Технологии 3D-печати находятся в начале своего пути, и их долгосрочные последствия, как и в случае с сотовой связью или новыми материалами, необходимо изучать уже сегодня, а не тогда, когда они станут повсеместными.
3D-принтеры опасны для здоровья? Да или нет? Мнение эксперта
Перспективы аддитивных технологий безграничны — от медицины до космоса. Однако исследование калифорнийских учёных поставило неудобный вопрос: не рискуем ли мы заплатить за этот прорыв здоровьем? Опасения в токсичности могут серьёзно затормозить внедрение инноваций.
Так где же правда? Насколько критичны выявленные риски для повседневного использования? Чтобы получить взвешенный ответ, мы обратились к практикующему эксперту — Сергею Михайлову, инженеру и эксперту компании ФОКАДОКА.
Чтобы понять суть проблемы, описанной в исследовании, нужно разобраться в технологиях. Эксперимент с рыбками данио касался SLA-печати фотополимерными смолами. В идеале ультрафиолетовый свет полностью отверждает жидкую смолу. Но на практике полимеризация часто бывает неполной. В результате готовое изделие может продолжать выделять летучие компоненты «сырой» смолы, что и объясняет его токсичность.
Однако SLA — не самая распространенная технология. Главный игрок на рынке — это FDM-печать расплавленным пластиком. Здесь основная угроза — испарения от нагретого пластика. Из-за неполной полимеризации на этапе производства в материале остаются мономеры, например, крайне токсичный стирол, которые высвобождаются при нагреве. Многочисленные исследования в смежной области экструзионного литья однозначно подтверждают вред таких испарений.
Так есть ли решение? Универсального и простого — нет. Требуется комплексный подход на всех уровнях:
Производители материалов должны повышать степень очистки сырья и минимизировать содержание вредных веществ.
Производители принтеров обязаны инженерно решать проблему: использовать герметичные камеры, системы фильтрации (HEPA-фильтры), абсорбенты и снижать температуру экструзии. Для промышленного использования обязательна активная вытяжная вентиляция.
Государство должно разработать четкие технические регламенты и стандарты безопасности для сертификации как техники, так и материалов.
Опыт нашей компании ФОКАДОКА как пример подхода:
Мы не просто констатируем проблему, а действуем системно, руководствуясь собственными жесткими стандартами:
Работа над нормативами: Мы инициировали и продвигаем разработку государственных стандартов безопасности для отрасли.
Безопасные материалы: Мы сотрудничаем с лабораторией полимерных материалов, используя их уникальное, оптимизированное и максимально безопасное сырье, разработанное с учетом строгих химических норм.
Защита в устройстве: Наши принтеры — это не просто коробки. Это герметичные камеры, исключающие утечку испарений, оснащенные системой рециркуляции воздуха с HEPA-фильтрацией и специальным отсеком для предварительного обезгаживания сырья.
Только такая многоуровневая стратегия — от законодательства до инженерных решений — может гарантировать, что прогресс в 3D-печати не будет омрачен рисками для здоровья.
Продолжая исследования, Шерин Оскуи обнаружила способ нейтрализовать выявленную опасность. Оказалось, что дополнительная обработка ультрафиолетом значительно снижает токсичность напечатанных деталей.
Эксперименты показали, что всего один час воздействия УФ-излучения делает изделия, созданные на фотополимерном (SLA) принтере, существенно менее вредными для живых организмов. Это открытие указывает на простой и эффективный метод постобработки, который может минимизировать риски при использовании световой 3D-печати.
3D-принтеры – растущая популярность и перспективы
Популярность 3D-печати — это не просто тренд, а настоящая технологическая революция с головокружительной динамикой. Согласно исследованию Canalys, мировой рынок аддитивных технологий переживает взрывной рост.
Цифры говорят сами за себя: с $288 млн в 2012 году он взлетел до $2,5 млрд в 2013-м, а к 2026-му, по прогнозам, достигнет $20,2 млрд. Это рост более чем в 56 раз всего за шесть лет!
Драйвером такого бума стала триада технологического прогресса: рост скорости и эффективности печати, улучшение качества изделий и, что критично, стремительное удешевление самих принтеров. Сегодня FDM-принтер для дома можно купить уже за $200, а более совершенный SLA-принтер — за $3000.
Именно демократизация цен позволила технологии вырваться из лабораторий и КБ в наши гостиные и мастерские. Теперь на 3D-принтере печатают не только прототипы, но и детские игрушки, коллекционные модели и предметы быта, превращая высокие технологии в инструмент для творчества и хобби.