Аналіз умов праці при експлуатації 3D принтерів для технології пошарового наплавлення

I. Ярова Н. Цивінда Ю. Яровий О. Бондар
Отримано 19.12.2022, Доопрацьовано 15.03.2023, Прийнято 25.04.2023
Анотація

Мета. Створення безпечного робочого середовища та загальний рівень екологічності процесу 3D друку є актуальним питанням для промисловості та інших сфер людської діяльності. Актуальність дослідження обумовлена необхідністю вивчення робочого середовища при експлуатації 3D принтерів для технології пошарового наплавлення (FDM) як одної з найбільш розповсюджених. Метою дослідження є ідентифікація небезпечних та шкідливих виробничих факторів 3D друку за технологією пошарового наплавлення та оцінка їх рівнів з метою подальшого зниження виробничих та екологічних ризиків. Методи досліджень. У дослідженні використовуються загальні теоретичні методи (аналіз, узагальнення, синтез). Наукова новизна. Проведено комплексне аналітичне дослідження виробничої безпеки 3D друку як технологічного процесу обробки матеріалів. Показано, що незважаючи на діджитал-орієнтованість 3D друку, помилковим є обмежуватися і и застосовувати до нього вимоги безпеки, пов’язані лише з цифровими технологіями. Негативні впливи, утворювані устаткуванням для 3D друку моделей, мають невисоку інтенсивність, але в умовах тривалої дії можуть мати накопичувальний ефект. Практичне значення. Виявлено небезпечні та шкідливі фактори робочого середовища та трудового процесу, що утворюються під час 3D-друку за технологією FDM двома найпоширенішими типами пластику: ABS та PLA. Розглянуто шкідливі речовини, що виділяються в процесі друку цими пластиками та їх впливи на людину. Запропоновано засоби колективного захисту для професійних операторів і для оточуючих осіб. Результати. Розглянуто небезпечні та шкідливі виробничі фактори, що характерні для технології пошарового наплавлення як методу обробки матеріалів. Обґрунтовано перевагу використання пластику PLA для 3D друку в невиробничій сфері. Представлені пропозиції щодо безпеки праці для оптимізації робочого середовища для 3D друку за технологією FDM

Ключові слова:
3D друк; технологія пошарового наплавлення; пластик ABS; пластик PLA; безпека праці; робоче середовище; небезпечні та шкідливі виробничі фактори; шкідливі речовини; повітря робочої зони

Взято з Том 21, № 1, 2023

Сторінки 15–20

Використані джерела ЦИТУВАТИ

[1] Nurul Mohd Fuad, Feng Zhu, Kaslin, Jan, Wlodkowic, Donald. Applications of stereolithography for rapid prototyping of biologically compatible chip-based physiometers. Proc. SPIE 10013, SPIE BioPhotonics Australasia, 1001326, 2016. https://doi.org/10.1117/12.2242824

[2] Haocheng Du, Shaoqian Chen. Development and Application of 3D Printing and Its Materials. Insight. Material Science, 2020, Vol. 3, Iss. 2. рр. 28–31. http://dx.doi.org/10.18282/ims.v3i2.331

[3] Vinod, G. Gokhare, Raut, D. N., Shinde, D. K. Aspects and Various Processes Used in the 3D-Printing. International Journal of Engineering and Technical Research, 2017, 6, 953-958. https://www.researchgate.net/publication/350374850

[4] Hoon Kim, Tanveer Ahmed Khan, Kwang-Hyun Ryu, In-Sung Sohn, Hyun-Joong Kim. Nanocomposite materials for 3D printing. 2022. https://www.researchgate.net/publication/361557134

[5] Lupton, D. 3D Printing Technologies: Social Perspectives, 2016. 10.13140/RG.2.2.15993.67682

[6] Young-Geun Park, Insik Yun, Won Gi Chung, Wonjung Park, Dong Ha Lee, and Jang-Ung Park. High-Resolution 3D Printing for Electronics. Advanced science, 2022, 9, 2104623. 10.1002/advs.202104623

[7] Rehbein, T., Johlitz, M., Lion, A., Sekmen, К., Constantinescu, A. Temperature- and degree of cure-dependent viscoelastic properties of photopolymer resins used in digital light processing. Progress in Additive Manufacturing, 2021, 6: 743–756. https://doi.org/10.1007/s40964-021-00194-2

[8] Bayraktar, Ş., Şentürk, E. Machinability of 3D Printed Materials. In: Khan, M.A., Jappes, J.T.W. Innovations in Additive Manufacturing. Springer Tracts in Additive Manufacturing. Springer, Cham, 2022. https://doi.org/10.1007/978-3- 030-89401-6_13

[9] Hoon Kim, Tanveer Ahmed Khan, Kwang-Hyun Ryu, In-Sung Sohn, Hyun-Joong Kim. Nanocomposite materials for 3D printing. Applications and Industrialisation of Nanotechnology, 2022, pp. 91–118. Publisher: One Central Press. https://www.researchgate.net/publication/361557134

[10] Deepak Narang. 3d Printing and Its Uses in Dentistry. International Journal of Dental Science and Innovative Research, 2022, Vol. 5, Iss. 2, April, pp. 156–162. https://www.researchgate.net/publication/360619932

[11] Rejeski, D., Huang, Y. Environmental and Health Impacts of Additive Manufacturing. An NSF Workshop Report: Environmental Implications of Additive Manufacturing, 2014. https://www.wilsoncenter.org/publication/environmental-andhealth-impacts-additive-manufacturing

[12] Novak, E. 3D Printing in Education. Routledge, 2022. https://doi.org/10.4324/9781138609877-REE81-1

[13] Pikkarainen, A., Piili, H. Implementing 3D Printing Education Through Technical Pedagogy and Curriculum Development. International Journal of Engineering Pedagogy (iJEP), 2020, V. 10, N. 6, pp. 95–119. https://doi.org/10.3991/ijep.v10i6.14859

[14] Spicher, L., Gershenson, J. Key Factors of Design: 3D Printed Occupational Therapy Products in Developing Communities. 2020 IEEE Global Humanitarian Technology Conference (GHTC), pp. 1–7. 10.1109/GHTC46280.2020.9342963.

[15] Huang, S. H., Liu, A., Mokasdar, P., Hou, L. Additive manufacturing and its societal impact: A literature review. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2013, 67 (5–8), pp. 1191–1203. 10.1007/s00170-012-4558-5

[16] Pagac, M., Hajnys, J., Ma, Q.-P., Jancar, L., Jansa, J., Stefek, P., Mesicek, J. A Review of Vat Photopolymerization Technology: Materials, Applications, Challenges, and Future Trends of 3D Printing. Polymers, 2021, 13(4): 598. https://doi.org/10.3390/polym13040598

[17] Mazurchevici, S.-N., Mazurchevici, A.-D., Nedelcu, D. Dynamical Mechanical and Thermal Analyses of Biodegradable Raw Materials for Additive Manufacturing. Materials, 2020, 13, 1819. https://doi.org/10.3390/ma13081819

[18] Weiheng Xu, Sayli Jambhulkar, Yuxiang Zhu, Dharneedar Ravichandran, Mounika Kakarla, Brent Vernon, David G. Lott, Jeffrey L. Cornella, Orit Shefi, Guillaume Miquelard-Garnier, Yang Yang, Kenan Song. 3D printing for polymer/particle-based processing: A review. Composites Part B: Engineering, 2021, Volume 223, 109102. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109102

[19] Garcia, Hector, Pola, Teresa Lopez. Health and safety in 3D printing. International Journal of Occupational and Environmental Safety, 2022, 6(1), pp.14–25. 10.24840/2184-0954_006.001_0003

[20] Kam, M., Saruhan, H., Ipekci, A. Investigation the effects of 3D printer system vibrations on mechanical properties of the printed products. Sigma J Eng & Nat Sci, 2018, 36 (3), 655–666. https://www.researchgate.net/publication/327939577

[21] Stefaniak, A. B., Johnson, A. R., du Preez, S., Hammond, D. R., Wells, J. R., Ham, J. E., LeBouf, R. F., Menchaca, K. W., Martin, S. B., Duling, M. G., Bowers, L. N., Knepp, A. K., Su, F. C., de Beer, D. J., du Plessis, J. L. Evaluation of emissions and exposures at workplaces using desktop 3-dimensional printers. Journal of Chemical Health and Safety, 2019, Vol. 26, Iss. 2, pp. 19–30. https://doi.org/10.1016/j.jchas.2018.11.001

[22] Nima Afshar-Mohajer, Chang-Yu Wu, Thomas Ladun, Didier A. Rajon, Yong Huang. Characterization of particulate matters and total VOC emissions from a binder jetting 3D printer. Building and Environment, 2015, Vol. 93, Part 2, pp. 293–301. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2015.07.013

Yarova, I., Tsyvinda, N., Yarovyi, Yu., & Bondar, О. (2023). The analysis of working environment in operation of 3d printers for fused deposition modelling. Journal of Kryvyi Rih National University, 21(1), 15-20. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2023-1-56-15-21
uk