यह प्रोटोकॉल 3डी प्रिंटिंग पेन के उत्सर्जन का विश्लेषण करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है। जारी कण के कण एकाग्रता और कण आकार वितरण मापा जाता है। जारी कणों को ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) के साथ आगे विश्लेषण किया जाता है। फिलामेंट्स में धातु की सामग्री को प्रेरक रूप से प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी-एमएस) द्वारा निर्धारित किया जाता है।
एक प्रकार के योजक विनिर्माण के रूप में त्रि-आयामी (3 डी) मुद्रण आवेदन और उपभोक्ता लोकप्रियता में निरंतर वृद्धि दिखाता है। फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन (एफएफएफ) एक सस्ती विधि है जो उपभोक्ताओं द्वारा सबसे अधिक बार उपयोग की जाती है। 3 डी प्रिंटर के साथ अध्ययनों से पता चला है कि मुद्रण प्रक्रिया के दौरान कण और अस्थिर पदार्थ जारी किए जाते हैं। हैंडहेल्ड 3डी प्रिंटिंग पेन भी एफएफएफ विधि का उपयोग करते हैं लेकिन उपभोक्ता की 3डी पेन से निकटता 3डी प्रिंटर की तुलना में अधिक एक्सपोजर का कारण देती है। साथ ही, 3डी प्रिंटिंग पेन अक्सर उन बच्चों के लिए विपणन किया जाता है जो मुद्रण उत्सर्जन के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकते हैं। इस अध्ययन का उद्देश्य 3 डी प्रिंटिंग पेन के उत्सर्जन का विश्लेषण करने के लिए कम लागत वाली विधि को लागू करना था। पॉलीलैक्टाइड (पीएलए) और एक्रिलोनिट्रिल ब्यूटाडीन स्टाइरीन (एबीएस) विभिन्न रंगों के फिलामेंट्स का परीक्षण किया गया। इसके अलावा मेटल और कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) वाले फिलामेंट्स का विश्लेषण किया गया । एक 18.5 एल कक्ष और उत्सर्जन स्रोत के करीब नमूना उपयोगकर्ता के श्वास क्षेत्र के पास उत्सर्जन और सांद्रता की विशेषता के लिए इस्तेमाल किया गया था।
कण उत्सर्जन और कण आकार वितरण मापा गया और धातु कणों और CNTs की संभावित रिहाई की जांच की । कण संख्या सांद्रता 105-10 6 कणों/सेमी3 की एक सीमा में पाया गया, जो3डी प्रिंटर से पिछली रिपोर्टों के बराबर है । ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) विश्लेषण में विभिन्न थर्मोप्लास्टिक सामग्रियों के साथ-साथ धातु के कणों और सीएनटी के नैनोकणों को दिखाया गया । धातु की उच्च सामग्री को प्रेरक रूप से प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी-एमएस) द्वारा देखा गया ।
इन परिणामों को उपभोक्ताओं के लिए संभावित जोखिम के कारण 3 डी कलम के एक सतर्क उपयोग के लिए कहते हैं ।
3 डी प्रिंटिंग एक आशाजनक योजक विनिर्माण विधि है, जो इसके औद्योगिक अनुप्रयोगों के अलावा घरों, स्कूलों और तथाकथित निर्माता रिक्त स्थान में भी उपयोग की जाती है। 3 डी प्रिंटर अब पहले से ही 200 € से शुरू खरीदा जा सकता है, इस प्रकार उन्हें उपभोक्ताओं के लिए आकर्षक बना। इन प्रिंटर का उपयोग प्रतिस्थापन भागों, घरेलू वस्तुओं, उपहारों या अन्य वस्तुओं का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। बच्चे 3डी प्रिंटर का उपयोग करके अपने स्वयं के खिलौने भी बना सकते हैं। उनकी आसान हैंडलिंग और कम कीमत के कारण, फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन (एफएफएफ) पर आधारित प्रिंटर शौक क्षेत्र1में सबसे व्यापक प्रकार हैं। इस मुद्रण विधि में एक थर्मोप्लास्टिक सामग्री, जिसे फिलामेंट कहा जाता है, को पिघलाया जाता है, एक नोजल के माध्यम से धकेल दिया जाता है और तीन आयामी वस्तु समाप्त होने तक चल प्रिंट सिर का उपयोग करके परत द्वारा परत के माध्यम से लागू किया जाता है। एफएफएफ प्रिंटिंग के लिए आवश्यक डिजिटल कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी) मॉडल स्वतंत्र रूप से ऑनलाइन उपलब्ध हैं या कई अलग-अलग सीएडी ड्राइंग कार्यक्रमों में डिजाइन किए जा सकते हैं।
शुरुआती अध्ययनों से पता चला है कि फिलामेंट की प्रिंटिंग प्रक्रिया के दौरान अल्ट्राफाइन कण2,3,4,5,6,7, 8और अस्थिर पदार्थ9,10, 11,12,13,14,15,16,17,18 छोड़े जाते हैं। अल्ट्राफाइन कण श्वसन प्रणाली में गहराई से प्रवेश कर सकते हैं और शरीर से19को साफ करना कठिन हो सकता है । नियमित रूप से 3डी प्रिंटर का उपयोग करने वाले कर्मचारियों के साथ एक अध्ययन में 59% ने श्वसन लक्षण20की सूचना दी है। अधिकांश शौक़ीन के प्रिंटर हर्मेटिक रूप से सील नहीं होते हैं और उनके पास निकास धूम निष्कर्षण उपकरण नहीं होते हैं। इसलिए उत्सर्जन सीधे परिवेश हवा में जारी कर रहे है और साँस लेना पर उपयोगकर्ता के लिए एक जोखिम पैदा कर सकता है ।
पिछले अध्ययनों में सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले फिलामेंट्स पॉलीलैक्टाइड (पीएलए) और एक्रिलोनिट्रिल ब्यूटाडीन स्टाइरीन (एबीएस) के उत्सर्जन पर ध्यान केंद्रित किया गया है। कुछ अध्ययनों ने नायलॉन और उच्च प्रभाव वाले पॉलीस्टीरिन (हिप्स)4,10,13जैसे विभिन्न तंतुओंकाविश्लेषण किया है। इसके अलावा, नए फिलामेंट्स, जो धातु या लकड़ी जैसे एडिटिव्स प्रदान किए जाते हैं, लगातार बाजार में लॉन्च किए जा रहे हैं। वे तंतुओं उपभोक्ता को उन वस्तुओं को मुद्रित करने में सक्षम बनाते हैं जो प्राकृतिक लकड़ी या धातु की तरह दिखते और महसूस करते हैं। अन्य तंतुओं से ग्राफीन या कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी)21युक्त प्रवाहकीय सामग्री मुद्रित करने की अनुमति है। धातु नैनोकणों22 और सीएनटी साइटोटॉक्सिक प्रभाव दिखाते हैं और डीएनए क्षति का कारण बनता है23. अब तक, एडिटिव्स युक्त फिलामेंट्स के बारे में केवल थोड़ा शोध किया जाता था। फ्लोयेड एट अल13 कांस्य के साथ पूरक पीएलए का विश्लेषण; Stabile एट अल3 तांबे, लकड़ी, बांस और कार्बन फाइबर के साथ एक फिलामेंट के साथ मिश्रित पीएलए की जांच की । दोनों अध्ययनों कण एकाग्रता और आकार वितरण मापा लेकिन आकृति विज्ञान और जारी कणों की संरचना आगे की जांच नहीं की गई । विशेष रूप से उच्च आस्पेक्ट रेशियो नैनोकणों (HARN) जैसे सीएनटी या एस्बेस्टस फाइबर खतरनाक स्वास्थ्य प्रभाव पैदा करने के लिए जाने जाते हैं24. Stefaniak एट अल द्वारा हाल ही में एक अध्ययन25 CNTs के साथ तंतु का विश्लेषण किया और दिखाई CNTs युक्त श्वसन बहुलक कणों के उत्सर्जन का अवलोकन किया ।
3डी पेन 3डी प्रिंटर के रूप में एक ही एफएफएफ विधि का उपयोग करते हैं, लेकिन अभी तक 3डी पेन की जांच करने वाला केवल एक अध्ययन26प्रकाशित किया गया है। लेखकों पीएलए और एबीएस तंतु का इस्तेमाल किया, लेकिन additives के साथ कोई भी विश्लेषण किया गया । उनके हाथ में उपयोग के कारण, 3डी पेन 3डी प्रिंटर की तुलना में उपयोग करना और भी आसान है। वे अधिक सहज हैं, एक छोटे आकार है और सीएडी मॉडल के उपयोग की आवश्यकता नहीं है। 3 डी पेन का उपयोग वस्तुओं को आकर्षित करने या बनाने के लिए किया जा सकता है, और इसके अलावा 3 डी मुद्रित भागों और अन्य प्लास्टिक वस्तुओं की मरम्मत के लिए। कीमतें 30 € के रूप में कम से शुरू होती हैं, कम आयु समूहों को लक्षित करने के लिए विभिन्न आकार और रंग उपलब्ध हैं। लेकिन विशेष रूप से, बच्चों को कण उत्सर्जन के लिए अधिक असुरक्षित हैं । कण और गैसीय प्रदूषण के खिलाफ उनके फेफड़ों के रक्षा तंत्र पूरी तरह से विकसित नहीं हैं और वे शरीर के वजन27प्रति हवा की अधिक मात्रा में सांस ले रहे हैं ।
रिलीज की बेहतर समझ और 3डी पेन उत्सर्जन के स्वास्थ्य जोखिमों के लिए, हमने विभिन्न रंगों में मानक सामग्री पीएलए और एबीएस से मिलकर विभिन्न फिलामेंट्स की जांच की। इसके अलावा, तांबा, एल्यूमीनियम, इस्पात और सीएनटी योजक और चमक में अंधेरे प्रभाव के साथ एक तंतु के साथ तंतु की जांच की गई । 3 डी पेन प्रिंटिंग प्रक्रिया में व्यापक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए और कण संख्या सांद्रता और आकार वितरण के ऑनलाइन एयरोसोल माप द्वारा, आकृति विज्ञान और सामग्री पहचान के लिए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) परीक्षा द्वारा और फिलामेंट्स के मात्रात्मक धातु मूल्यांकन के लिए प्रेरक रूप से प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी-एमएस) द्वारा आयोजित किया गया था।
प्रोटोकॉल 3डी प्रिंटिंग पेन के उत्सर्जन का विश्लेषण करने के लिए एक तेज, सस्ती और उपयोगकर्ता के अनुकूल विधि दिखाता है। पीएलए और एबीएस की तुलना के अलावा, धातुओं और सीएनटी की महत्वपूर्ण मात्रा वाले तंतुओं की जांच की जा सकती है।
क्रॉस संदूषण से बचने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि पृष्ठभूमि एकाग्रता कम है, महत्वपूर्ण कदम कक्ष की सफाई कर रहे हैं। हम एक उपलब्ध कक्ष विकल्प के रूप में एक desiccator इस्तेमाल किया है, लेकिन अंय कक्षों का इस्तेमाल किया जा सकता है ।
कण सांद्रता और कण आकार वितरण के दौरान और मुद्रण प्रक्रिया के बाद ऑनलाइन मापा जाता है । इस अध्ययन में, कण सांद्रता १०६ कणों/सेमी3 से ऊपर मूल्यों तक पहुंचने दर्ज की गई, जो चिंता का विषय हो सकता है । खासतौर पर जब 100 एनएम से छोटे कण पाए गए। एयरोसोल माप आकार रेंज 4 एनएम से 3 माइक्रोन में सीपीसी के साथ कण एकाग्रता माप की अनुमति दी । एसएमपीएस माप केवल 14.4 एनएम और 673.2 एनएम के बीच कण आकार वितरण माप की अनुमति दी। छोटे या बड़े कणों उन माप में याद किया जा सकता है ।
विधि ऑफ़लाइन TEM विश्लेषण द्वारा 3 डी पेन उत्सर्जन में कण उपस्थिति की पुष्टि करती है। अध्ययन में विभिन्न थर्मोप्लास्टिक सामग्रियों के साथ-साथ धातु के कणों और सीएनटी के नैनोकणों का पता लगाया गया ।
TEM विश्लेषण के लिए, हम समय के साथ कणों के तलछट पर भरोसा के रूप में अंय नमूना तरीकों काम नहीं किया है, लेकिन सुधार या नमूना के संशोधन उपयोगी हो सकता है । परिवेश हवा की एकाग्रता बहुत कम और उत्सर्जन सांद्रता के लिए नगण्य था, लेकिन एक इनलेट फिल्टर का उपयोग मूल्यवान हो सकता है । भविष्य में, अन्य कक्ष संस्करणों का उपयोग परिणाम की तुलना 3 डी प्रिंटर उत्सर्जन से करने के लिए किया जाएगा। प्रोटोकॉल कणों की रिहाई पर ध्यान केंद्रित है, लेकिन खुले सवाल रहते हैं, उदाहरण के लिए, अस्थिर कार्बनिक यौगिकों (VOCs) के उत्सर्जन के संबंध में । 3डी प्रिंटर के लिए यह पहले से ही दिखाया गया था कि कणों के अलावा, वीओसीको 9,10, 11,12, 13, 14,15,16,17, 33,33जारी किया जा रहा है। यह माना जा सकता है कि 3 डी पेन समान उत्सर्जन का कारण बन सकता है।
3डी प्रिंटर को शुरू किया जा सकता है और फिर उपयोगकर्ता की उपस्थिति के बिना प्रिंट किया जा सकता है। हालांकि, 3डी प्रिंटिंग पेन हैंडहेल्ड डिवाइस हैं और ज्यादातर मैन्युअल रूप से संचालित होते हैं। इसलिए, उपयोगकर्ता पूरी प्रिंटिंग प्रक्रिया के दौरान डिवाइस के करीब रहता है जिसके परिणामस्वरूप संभावित रूप से उच्च एक्सपोजर होता है। यह विशेष रूप से ध्यान दिया जाना चाहिए क्योंकि 3 डी पेन अक्सर बच्चों द्वारा इस्तेमाल करने योग्य होने के लिए विज्ञापित किए जाते हैं। सामान्य तौर पर, एफएफएफ 3 डी प्रक्रियाओं से कण उत्सर्जन कण संख्या सांद्रता34के संदर्भ में लेजर प्रिंटर के बराबर होते हैं। तदनुसार, एक्सपोजर के स्तर को कम करने के लिए सावधानियां बरती जानी चाहिए। यह सलाह देना उचित लगता है कि 3 डी पेन का उपयोग कम मुद्रण तापमान पर और केवल अच्छी तरह से हवादार वातावरण में किया जाना चाहिए। धातु या अन्य योजक के साथ तंतु का उपयोग देखभाल के साथ किया जाना चाहिए, क्योंकि संभावित रूप से हानिकारक धातु नैनोकणों या फाइबर की रिहाई की संभावना है।
भविष्य में, इस प्रोटोकॉल का उपयोग इन उपकरणों के उत्सर्जन और उपभोक्ताओं के लिए संभावित जोखिम की बेहतर समझ हासिल करने के लिए अधिक तंतु और विभिन्न 3डी प्रिंटिंग पेन की तुलना करने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, इस प्रोटोकॉल का उपयोग अन्य एयरोसोल उत्पादक मामलों (जैसे, स्प्रे उत्पादों) का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है।
The authors have nothing to disclose.
प्रयोगशाला सहायता के लिए सेबेस्टियन माल्के और नाडीन ड्रेक के लिए धन्यवाद।
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