论3D打印机的发展现状及存在的风险

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  1、背景及现状
  随着科技的进步,3D打印技术的发展给世界制造业带来了颠覆型的革命,以前部件的设计完全依赖于生产工艺能否实现,而3D打印技术的出现,完全改变了这一生产思路。3D打印机在工业领域的运用逐渐成熟,解决了很多个性化、单批量的需求,在工业领域迅速占领了重要的位置。3D打印机在工业领域发展的同时,其开始向消费领域延伸,目前市场上适用于亲子家庭,学校教育,创客工坊等领域的3D打印机使用越来越多,随着技术的愈发成熟,3D打印机在消费领域的运用也越来越广。3D打印机的蓬勃发展,其迅速在消费领域扎根,但伴随着发展的同时,在产品的设计制造过程中往往会忽视一些安全防护性能和电气伤害危险,导致使用者在使用产品时受到伤害。
  特别是现阶段家庭对孩子教育越来越重视,教育种类越来越广泛,3D打印机灵活、广泛的功能运用,受到了广泛家庭的青睐,该产品正在无形的成为孩子教育的一种必要的工具。同时根据市场调研统计,约10%的家庭的孩子已经有属于自己的专属空间,一些家庭正在准备给孩子添置的该产品,3D打印机的使用者越来越小龄化,市场规模正迅速的扩大。
  2、产品概述
  3D打印机又称三维打印机(3DP),是一种累积制造技术,即快速成形技术的一种机器,它是一种数字模型文件为基础,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。
  3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的耗材是实实在在的原材料,堆叠薄层的形式有多种多样,可用于打印的介质种类多样,从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质,令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。
  目前市场上的3D打印机根据打印技术的不同,分为以下几种类型的打印机,即熔融沉积式(FDM)打印机,LCD选择性区域透光原理(lcd)打印机,数字光处理(DLP)打印机,立体平板印刷(SLA)打印机,选择性激光烧结(SLS)打印机,选择性激光熔融(SLM)打印机,多头喷射(MJP)打印机,三维印刷技术(3dp)打印机。
  熔融沉积式(FDM)打印机,打印使用的材料为聚乳酸、ABS塑料,通过加热喷嘴挤出,按照零件每一层的预定轨迹,以固定的速率进行熔体沉积。
  LCD选择性区域透光原理(lcd)打印机,使用的材料为光敏树脂,光源透过聚光镜,使光源分布均匀,利用液晶屏成像原理,在微型计算机及显示屏驱动电路下,由计算机程序提供图像信号,在液晶屏幕上出现选择性的透明区域。
  数字光处理(DLP)打印机,使用的材料为光敏树脂。使用高分辨率的数字光处理器投影仪来固化液晶光聚合物,逐层的进行光固化。
  立体平板印刷(SLA)打印机,使用的材料为光敏树脂。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面的顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面,这样层层叠加构成一个三维实体。
  选择性激光烧结(SLS)打印机,使用的材料是尼龙、金属粉末、ps粉、树脂砂,通过烧结将粉末变成紧密结合的整体,而不是将其融化为液态。再激光扫描之下通过一层一层的覆盖,最终形成部件沉没在一堆粉末当中,然后经过12- 14小时的冷却,剩余的粉末可回收再次利用。
  3.产品风险分析
  现今市场上存在着敞开式和封闭式结构的3D打印机,对于敞开式结构而言,因其结构的特殊性,存在着一定的风险,具体分析如下:
  3.1、警示标识风险
  标识标签是对产品的电气特性,产品功能、产品特点、产品使用方法及注意事项等重要信息描述,十分重要。生产企业加强标识标签的规范性,完整性,消费者提高对于标识标签的重视程度,可以有效预防一系列风险事故的发生。
  3.2、烫伤风险
  产品不应有对使用者造成烫伤的危险。对于在高温下工作的部件,应当进行有效的屏蔽或隔离。
  危险来源:对于3D打印机而言,产品在正常工作时,需要产生高温来融化材料,而一些高温部件处于敞开环境中,使用者在产品工作期间能直接触及这些高温件以及刚被融化的塑料材料,容易造成烫伤的危险。
  危险举例:产品正常工作时,打印头因需要融化材料而处于高温状态,在敞开式情况下,存在对使用者烫伤的危险,特别对于幼小儿童而言,存在危险较大。
  3.3、翻倒风险
  3D打印机产品质量往往大于7kg,要求正常垂直位置倾斜10°角同时施加20N力时,设备不会出现翻到危险。
  危险来源:企业为了节约成本使用较轻的材质,部分企业在产品设计时忽略产品重心问题,在倾斜角度下往往容易翻到,从而存在安全风险。
  危险举例:部分3D打印机的机身较轻,如放置平面不平或由于外力施加,会导致翻到的危险。特别对于有儿童的使用场所。
  3.4、电击风险
  产品部件之间的电气间隙、爬电距离应有足够的距离,以确保过电压、包括可能进入设备的瞬态电压和可能在设备内部产生的电压不会出现绝缘击穿和闪络。
  危险来源:企业在设计生产时,较多的会采用内置开关电源,此开关电源可以是非强制认证,在设计生产时往往会产生电气间隙、爬电距离不满足限值要求的情况,同时,3D打印机在装配时往往会出现强弱电零部件之间的易触及,容易造成电击危险等安全隐患。
  危险举例:电源板上元器件之间,弱电线与强电元器件之间接触等。
  3.5、机械夹伤风险
  产品的设计应当尽可能地限制运动部件带来的机械伤害危险。
  危险来源:部分企业在产品设计时往往只关注了产品的功能状态,而忽视了运动部件对于使用者的機械危险,因此容易造成安全隐患。
  危险举例:产品在工作时,打印头、定位杆等处于快速运动中,在敞开式的情况下,存在对使用者造成机械夹伤的危害,特别是对于幼小儿童。
  3.6、机械划伤风险
  产品不应有危险锐利边缘及危险锐利尖端,棱角及边缘部位应经倒圆或倒角处理。对于特殊尖锐结构,需要进行有效的防护。
  危险来源:企业在设计产品时,有时为了追求外观,往往会出现一些特殊的可触及部位,这些部位可能存在机械划伤的危险。
  危险举例:产品的边缘,棱角位置,内部未做防护的尖嘴等位置。使用者,特别是儿童,在使用产品或触碰产品时容易造成机械划伤的危险。
  3.7、挥发性有机化合物(VOC)危害
  产品正常工作时,材料经高温融化后所挥发的化合物应满足人体健康标准的要求。
  危险来源:经国内外科学研究,当3D打印机正常工作时,会释放200多种不同的挥发性有机化合物(VOC),其中许多是已知或可疑的刺激物和致癌物质。这些挥发物质会严重污染环境,影响人体的健康,特别是儿童的健康。
  危险举例:目前3D打印机的打印耗材常见的为塑料线材,金属丝,石膏粉等,这些材料经高温融化加热,容易散发出对人体有危害的有机化合物。
  3.8、粉尘颗粒危害
  产品工作时,挥发的粉尘颗粒应能满足人体健康标准的需求。
  危险来源:许多桌面3D打印机会产生一系列不同大小的颗粒,包括超细颗粒(UFP),这可能会引起健康问题,因为它们的大小与纳米颗粒一样,可能会被吸入并渗入人体肺部系统深处,影响呼吸系统健康。
  危险举例:丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料线材是目前较常用的原材料,如果使用高温熔化,每分钟排放约2000亿个粒子。这些粒子可能就会沉积在肺部或直接被血液吸收,从而潜在地对健康构成危害,导致包括心肺死亡、中风和哮喘等疾病。
  以上是对现今市场上一些3D打印机的存在的风险分析,3D打印机在最近几年发展迅速,且技术日新月异,由此引出的安全风险也日益增多,因此出台一本3D打印机的专项标准已经显得十分重要了,该标准的发布有利于促进3D打印机的标准化,合规化。
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