最新研究显示，学校使用3D打印机可能会在打印过程中释放超细颗粒物（UFPs）和挥发性有机化合物（VOCs），短时间内提高室内空气污染水平。由化学洞察研究院（CIRI）和Khaos基金会联合开展的研究发现，低排放3D打印设备在良好通风的教室中健康风险较低。专家建议学校定期维护空气净化系统，监测空气质量，确保学生与教师在使用3D打印技术时保持安全的学习环境。
3D打印与室内空气质量：科学家在学校中发现了什么
化学洞察研究院（CIRI）与Khaos基金会联合开展的一项研究发现，课堂使用的3D打印机可能会增加室内污染物，但若使用低排放设备，健康风险仍然较低。
这项发表在《Building and Environment（建筑与环境）》期刊上的研究，考察了学校中使用熔融沉积成型（FFF）3D打印机对室内空气质量的影响。这类打印机通过熔化热塑性丝材（如聚乳酸PLA和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS）进行打印，在此过程中会释放颗粒物（PM）和挥发性有机化合物（VOCs）到空气中。
研究人员在K-12学校及一所大学（根据致谢信息推测可能为乔治亚州立大学）进行了空气监测，重点关注那些原本并非为排放设备设计的教室环境。
他们使用粒径分析仪和气相色谱仪器，在打印前、打印中和打印后测量空气质量，并与未使用打印机的对照教室结果进行比较。
现场研究（A）与实验舱研究（B）的采样方法概述。颜色表示打印机操作的不同阶段。图片来源：Building and Environment / CIRI。
3D打印如何影响空气质量
由CIRI的张倩博士（Dr. Qian Zhang）领导的研究发现，打印过程中空气中的超细颗粒物（UFPs，粒径小于100纳米）会暂时升高，但这种升高是短暂的。较大的颗粒物，如PM2.5和PM10，并未出现显著变化。
打印期间，空气中颗粒总数有时会增加1到4倍，具体取决于丝材类型和室内通风状况。一旦打印停止，颗粒浓度通常会回落至背景水平。
ABS材料产生的PM2.5略高，而PLA材料释放的超细颗粒更多。即便出现这些升高，整体颗粒物浓度仍远低于美国环境保护署（EPA）和世界卫生组织（WHO）的空气质量标准。研究还指出，正常的课堂活动（如人员走动或清洁）也可能独立地提高颗粒水平。
在所有监测点中，检测到200多种VOCs，其种类随3D打印机型号、丝材类型和教室条件而异。常见的化学物包括乙醛、甲苯、壬醛、八甲基环四硅氧烷（D4）和苯乙烯——这些都曾与3D打印排放物相关。其他化合物，如硅氧烷和醇类，被追溯到教室内的清洁剂和个人护理用品。
打印期间，总挥发性有机物（TVOC）水平有时会翻倍，但通常在打印机关闭后不久恢复正常。在多数情况下，潜在有害化学物的浓度仍低于公认的健康参考值。甲醛是唯一在两所学校中超过部分指导值的物质，研究者认为这可能源自建筑材料或其他室内来源，而非打印机本身。
现场监测结果与依据ANSI/CAN/UL 2904排放标准进行的控制舱实验进行了比较。约9%至41%的教室中检测到的VOCs与实验舱测试结果相符，显示现实环境中存在额外变量，如通风差异和背景化学源。
来源分析显示，3D打印占打印房间总VOCs浓度的大约三分之一到一半以上。当仅考虑重点关注的有害化学物时，3D打印贡献可达79%，主要包括醛类、碳氢化合物和硅氧烷。尽管这些物质存在，其浓度仍然远低于健康基准值。
研究强调了通风和空气净化系统维护的重要性。一些教室持续运行便携式空气净化器，但滤芯更换并未总是按计划或记录，这可能削弱其效果。
总体而言，研究人员得出结论：在教室中正常使用一到两台经认证的低排放3D打印机，不太可能造成显著健康风险。然而，空气质量仍取决于房间大小、通风率以及日常活动。
他们建议持续监测，并遵守既定排放标准，以确保学生和教师处于安全的室内环境中。
打印期间各监测点检测到的前10种VOCs及其在打印机附近的浓度。图片来源：Building and Environment / CIRI。
减少3D打印排放
由于3D打印涉及熔化和烧结等过程，其主要的健康与安全问题之一是空气污染物的释放，这些污染物在形态、尺寸和气味上差异很大。
因此，便携式烟雾抽取系统制造商 BOFA International 开发了一系列专为增材制造（AM）行业设计的产品，用于减少操作过程中产生的有害排放暴露。
2021年，该公司与法国3D打印机供应商 Atome3D 签署分销协议，提供其3D PrintPRO空气过滤装置。这些系统可集成至第三方3D打印机中，用于捕捉打印过程中产生的潜在有害气体与颗粒物。
此外，超细颗粒物（UFPs）和挥发性有机化合物（VOCs）的潜在健康风险已被广泛认可，包括美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）等机构，均发布了专门针对3D打印安全的指导材料。
在其他研究中，首尔大学的研究人员考察了喷嘴温度对FFF打印过程中有害颗粒释放的影响。与此同时，美国环境保护署（EPA）的科学家也研究了FFF工艺中的VOCs排放，重点关注碳纤维增强ABS等复合材料。
