Мы изучили доводы данной группы исследователей, а также получили экспертную оценку отраслевых специалистов и попытались ответить на вопрос, вредна ли 3D-печать для человека, какими могут быть меры предосторожности и какое будущее ожидает индустрию аддитивных технологий.
3D-принтер, — это своеобразная мини фабрика в маленькой коробке.
Мы же [общество в лице профильных служб] контролируем работу заводов (в данном контексте, на предмет соблюдения экологических норм). И мы бы никогда не поставили завод в своем доме.
Тем не менее, 3D-принтеры распространяются и скоро их, в наших домах, будет столько же, как и тостеров.
— заявил Уильям Гровер, доцент биоинженерии в инженерном колледже Bourns (один из трех колледжей, формирующих структуру Университета Калифорнии в Риверсайде).
В ходе своей исследовательской работы, ученые изучили два типа 3D-принтеров: Те, что плавят пластмассу, чтобы получить итоговый объект; и те, что используют световое излучение, превращающее жидкое вещество в твёрдое тело необходимой формы. В результате выяснилось, расходные материалы от обоих типов технологий токсичны для эмбрионов рыбок Данио (исследования проводились на них). Более того, результаты печати (получаемые объекты и отходы материалов) по той технологии, что использует свет, — наиболее токсичны.
3D-принтеры и здоровье. Описание исследования
Вредное воздействие 3D-принтеров на живые организмы было обнаружено, как это часто бывает в науке, довольно случайно.
Около года назад, упомянутый Гровер, приобрел для нужд своей лаборатории 3D-принтер.
В ходе работы одного из аспирантов (Шерин Месбаха Оскуи), изучавшей эмбрионы рыбок данио (как таковых) и задействовавшей в своем исследовании изделия, распечатанные на том самом 3D-принтере, оказалось, что эмбрионы погибают (сразу, либо спустя непродолжительное время) после контакта с напечатанными объектами. Данное обстоятельство (гибель эмбрионов) остановило работу Оскуи по данному проекту, но положило начало новому исследованию, которое и продемонстрировало пагубное воздействие 3D-принтеров.
К Оскуи и Гроверу, в новом исследовательском проекте, присоединились еще несколько авторитетных ученых. Объектами для исследования стали 2 модели 3D-принтеров: печатающий путем расплавления полимерного материала, Dimension Elite от Stratasys; и, работающий путем воздействия светового излучения на смолу, Form 1+ от компании Formlabs.
В результате было установлено, что наиболее пагубный эффект (на подопытные эмбрионы) оказывали те детали (и отходы печати), что были получены на устройствах, работающих со световым излучением и жидкими материалами для печати (фотополимерные смолы).
Полученные данные и легли в основу отдельной научно-исследовательской работы (DOI: 10.1021/acs.estlett.5b00249), посвященной вопросу токсичности 3D-принтеров в процессе их работы и получаемых на них изделий.
Конечно, отмечают исследователи, обнаруженная токсичность оказывает на человека несравнимо меньшее воздействие, нежели на крохотных эмбрионах данио. Однако, сам факт такого воздействия требует серьезного внимания. Технологии 3D-печати находятся еще только на самом старте своего бурного развития и многие побочные (негативные) эффекты могут проявится значительно позже. Их, на ряду с воздействием на человека таких плодов научно-технического прогресса, как Wi-Fi, сотовая связь и люминесцентные лампы необходимо исследовать уже сейчас.
3D-принтеры опасны для здоровья? Да или нет? Мнение эксперта
Как уже было сказано, технологии 3D печати весьма перспективны. Развитие аддитивных технологий сулит большие перспективы для очень многих отраслей экономики, да и в целом для общества. И подозрения в том, что данные технологии и получаемые продукты могут быть вредны для человека, могут если не остановить, то уж точно замедлить ожидаемый прогресс.
Чтобы выяснить на сколько опасны устройства объемной печати, и опасны ли вообще, мы обратились за комментариями к отраслевому эксперту Сергею Исмулину, (инженеру-разработчику, главному конструктору научно-производственной компании ТТФ-Групп (TTF-Group).
В описанном выше примере с эмбрионами Данио речь идет о технологии печати фотополимерными смолами — SLA. Для полного понимания проблемы необходимо сказать пару слов о самой технологии. До начала выращивания конечного изделия сырье представляет собой УФ-активную смолу, представленную в жидком виде. В процессе печати смола активируется под действием ультрафиолетового излучения, ее физические свойства изменяются, и она твердеет, подобно клею на основе эпоксидных смол. Это в идеале, на практике, процесс активации смолы УФ-излучением приводит не к полной полимеризации и часть ее сохраняет определенную долю летучести. В результате, готовое изделие может активно испарять некоторое количество «сырой» смолы. Справедливости ради, следует сказать, что не все смолы, используемые в процессе 3D печати, являются токсичными, и зачастую тип используемого сырья определяется производителем устройства. Однако, технология печати SLA не является лидирующей на рынке, наибольший интерес представляют принтера, использующие наиболее распространенную технологию FDM – печать расплавленным пластиком. В этом случае, наибольшую опасность представляют испарения нагретого до температуры плавления пластика. Поскольку в процессе производства сырья происходит неполная полимеризация исходных мономеров, часть из них способна испаряться при повышении температуры. Среди таких мономеров наибольшую опасность представляет стирол. Крайне токсичное вещество, может испарятся в недопустимых количествах из сырья непроверенных производителей. Существует масса исследований в наиболее близкой к технологии FDM отрасли – экструзионного литья под давлением. Результаты этих исследований на вопрос о вреде испарений нагретых полимеров отвечают однозначно – да, это вредно.
Однозначного и простого решения не существует, необходим комплексный и многовекторный подход. С одной стороны, производители сырья должны повысить качество последнего и максимально исключить присутствие вредных веществ. С другой, производители 3D принтеров должны озаботится способами минимизации вредных испарений в процессе работы. Это и максимально возможное понижение температуры экструзии, и использование герметичных камер, и обязательная фильтрация или использование абсорбирующих материалов в своих устройствах. А если устройство работает в режиме нон-стоп, то помещение, в котором находится принтер, должно быть оборудовано системой активной вытяжной вентиляции. В свою очередь, государство должно разработать и принять ряд законодательных мер и технических регламентов, касательно вопросов сертификации технологии 3D печати. Только при соблюдении всех мер можно получить гарантию исключения вреда для здоровья в процессе 3D печати.
В качестве примера комплексного подхода, я могу проиллюстрировать работу нашей компании в условиях жестких стандартов, которые мы сами для себя определили. Начну с последнего, являясь активным участником созданного Академией Наук Республики Беларусь кластера по аддитивным технологиям, на регулярных заседаниях президиума мы выступили с предложением о создании нормативных актов и стандартов в области 3D печати. Предложение получило необходимую поддержку, и совместно с регламентирующими органами мы этим вопросом займемся вплотную по мере продвижения собственных разработок. Что касается используемых материалов для 3D печати, мы активно ведем сотрудничество с лабораторией полимерных материалов Института Химии Новых Материалов. Коллеги из института разработали уникальный материал, оптимизированный для 3D печати, а учитывая их профессиональный опыт и следование жестким стандартам норм химической безопасности, мы с полной уверенностью можем говорить о максимальной безвредности их сырья. Между тем, в разрабатываемых нами устройствах, мы не запрещаем использовать материалы других производителей, что предъявляет определенные требования к устройству. Во-первых, наши 3D принтера представляют собой герметично закрытый ящик, препятствующий проникновению вредных испарений наружу. Во-вторых, система рециркуляции воздуха с использованием HEPA фильтров очищает внутренний объем камеры в процессе печати, что дает дополнительную защиту от выделений. В-третьих, сырье предварительно подготавливается и обезгаживается в специальном отсеке принтера. Таким образом, мы проводим весь комплекс мероприятий с целью максимально обезопасить процесс 3D печати на наших устройствах.
— прокомментировал белорусский разработчик исследования американских ученых.
В свою очередь Оскуи, проводившая описанные выше исследования, в ходе дополнительных изысканий обнаружила, что негативный эффект и токсичность получаемых изделий можно уменьшить путем использования ультрафиолетового облучения. По крайней мере, те детали (полученные на 3D-принтере путем светового воздействия на смолы), что подверглись часовому воздействию ультрафиолета, становились значительно менее токсичными.
3D-принтеры – растущая популярность и перспективы
Исследования, проведенные компанией Canalys, утверждают, что популярность 3D-принтеров растет! И, что самое главное, будет расти и дальше ускоренными темпами. Так, в частности отмечается в докладе, совокупный рынок 3D-печати в 2012 составил $ 288 млн, а уже в 2013 году — $ 2,5 млрд. К 2018 году, по мнению Canalys, мировой рынок аддитивных технологий вырастет и того больше, достигнув отметки в $ 16,2 млрд.
Залогом роста данного рынка, как это часто бывает, является прогресс в вопросе разработки технологических решений в данной области, позволяющий: a) повысить эффективность печати; b) повысить качество получаемых изделий, и c) снизить цену на 3D-принтеры.
Цены на 3D-принтеры действительно падают. Купить 3D-принтер, работающий по принципу плавления полимеров (ABS-пластики, PLA и другие менее популярные пластики) можно и за 200 долларов; купить 3D-принтер, использующий в своей работе световое излучение, можно за 3000 тех самых долларов США. Подобная динамика и позволила 3D-принтерам выйти за стены конструкторских бюро и научных лабораторий и прийти в дома простых граждан, использующих 3D-принтеры, например, для печати детских игрушек или коллекционных моделей, а также для прочего полезного и веселого времяпрепровождения.
3D-принтеры и человек. Эпилог
При этом, мы ни коим образом не умаляем заслуг и открытия ученых из университета Калифорнии. Более того, именно их (и их коллег по цеху) работа в плотном взаимодействии с разработчиками самих технологий и устройств и поспособствует дальнейшему развитию технологий объемной печати и более активному проникновению 3D-принтеров в нашу повседневную жизнь.