3D打印筑未来 健康安全就现在——浅谈儿童3D打印笔质量安全风险问题
发布时间：2024-10-30 17:00 浏览量：2
随着对3D打印技术的深入研究，近来的成果显示，某些打印过程可能存在安全风险，部分副产物可能严重影响儿童的健康成长。因此，即使3D打印是构筑未来必不可少的力量，但儿童的未来更需要当下的健康安全来夯实基底，这就需要市场监管部门和质量安全相关技术机构加大监管力度、加深研究程度，为未来铺设脚下的道路。
儿童3D打印笔的市场概况
目前，个人3D打印市场按照打印方式主要分为两大类：一是以光固化化学反应为基础的光敏树脂固化打印技术（SLA、DLP等），以树脂和固化剂为原料，利用数字建模和激光激发，实现高精度打印，具有可塑性强、适用性广、产品强度高等优点；二是采用高分子材料熔融挤出成型的打印技术（FDM），用热熔挤出机将高分子耗材加热至黏流态，再由挤出机挤出成型，具有成本低、使用方便、打印速度快等特点。儿童3D打印笔都是以FDM技术为基础的个人3D打印衍生产品，因此，耗材质量和打印温度成为影响儿童3D打印笔质量安全的关键因素。
市面上的儿童3D打印笔主要面向6岁及以上儿童消费群体，通常以“低温、安全”为卖点，宣称使用熔点60℃的PCL（聚己内酯）线状耗材，保障儿童的使用安全，销售区域主要集中在学校周围和文具、玩具店以及网络平台，价格范围在50元～250元之间，当下已成为畅销的儿童用品。
儿童3D打印笔的安全隐患及危害
从市场监督检验检测结果和市场舆情反馈的情况来看，儿童3D打印笔可能存在两方面的质量安全隐患。
一是加热温控系统。儿童3D打印笔采用的FDM挤出成型工艺需要将耗材加热至黏流态，而为了保障儿童的使用安全，加热温控装置需要将温度设定和控制在60℃～70℃的范围内。根据采集的数据显示，市场上大量儿童3D打印笔的加热温度高于该范围，多数处于80℃～100℃，部分超过100℃，最高甚至接近200℃。在长期高温条件下，产品元器件的耐久性可能无法满足儿童的安全需求，随着使用时间增长，产品的安全风险也随之增加。因此，产品设定温度较高或温控系统失控都会导致产品裸露部分温度过高，而高温正是导致儿童烫伤和引发火灾险情的主要因素。
二是耗材的安全性。挤出型3D打印的耗材常以PCL（聚己内酯）、PLA（聚乳酸）和ABS（丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物）三种高分子材料为原料。其中，PCL易降解，生物相容性优秀，熔点约为60℃，是一种安全的低熔点耗材；PLA的生物相容性同样优秀，但熔点较高，约为176℃；ABS树脂的综合性能优秀，但三元共聚物按照原料配比不同，熔点在180℃～220℃范围内变化。市场上，儿童3D打印笔厂家用PLA或ABS两种技术成熟、成本低廉的原料作为耗材，造成加热温控系统的设定温度超出安全范围。
另外越来越多的研究表明，FDM打印过程中，耗材会挥发有毒有害有机物致使打印环境恶化，使用者可能短时间内摄入大量有害物质，长期使用更存在毒性累积的风险，是值得重视的安全隐患。此外，打印过程还可能会产生大量可吸入的颗粒物（PM），根据美国环保局（EPA）的研究报告显示，9至18岁的儿童和青少年吸入打印排放的颗粒物后，肺部被颗粒物覆盖的表面积相比成年人更大，因此推测儿童和青少年的健康可能更容易受到排放物的影响。同时，经美国食品和药物管理局（FDA）研究发现，ABS在打印初始阶段会产生大量PM和挥发性有机物（VOCs），两者在排放后会迅速融为一体。因此，如果打印笔耗材为ABS，人体可能吸入大量附带VOCs的颗粒物，也可能对健康造成严重影响。
导致儿童3D打印笔安全隐患的原因
一是加热温控系统失效，主要原因可能来自制造过程质量控制不到位以及耗材选择不合适两方面。质量控制不到位是由于儿童3D打印笔的产品线非常丰富，同时制造技术门槛不高、良莠不齐的厂家对产品的质量控制能力参差不齐，或者是制造成本的限制、制造线上质量把控、原材料质量监管等原因，均无法保障产品的安全性和一致性，最终导致终端产品的温控系统频频失效，逐渐成为儿童3D打印笔市场反馈的主要缺陷。耗材选择不合适，主要是因为一般情况下厂家出于对儿童安全使用的考虑应选择熔点温度较低、生物相容性好且不会产生毒害物质的PCL作为耗材，然而因为成本、采购、利润等因素，一部分厂家选择PLA或ABS为耗材，导致加热系统的温度设定超过安全范围，出现烫伤、烧伤的安全隐患。并且较高工作温度也带来产品耐久性方面的安全隐患，进一步提高了安全风险事故的发生概率。
二是由耗材导致的安全隐患，主要原因分为客观和主观两方面。客观方面，由于高分子材料的特性，在打印过程中温度升高导致耗材内部分子活性升高，高分子链变得更加柔顺，分子链间的缝隙增大，残留的有毒有害有机物更容易挥发。此外，高分子材料在熔融状态下通过挤出口的打印过程，挤出口两侧的流体流速相比中心流速更慢，耗材流体快速通过挤出口的瞬间，就可能产生分离，熔融态的高分子材料在空气中迅速冷却结晶，形成可吸入颗粒物。因此，FDM工艺不可避免的会产生可吸入颗粒物和有毒有害可挥发性有机物等污染物，只有厂家采取有效的质量控制体系对原材料的合格性和安全性进行把控，才能尽量减少耗材本身可能存在的安全隐患。主观方面，使用者的使用方法和使用环境决定了耗材对人体健康造成伤害的程度。EPA的研究认为，3D打印的耗材对儿童健康造成损伤更大的原因可能是孩童好奇心比较大，通常更偏好近距离接触打印头，吸入颗粒物和有毒有害物质的概率更高，而且由于儿童的呼吸道还处于发育阶段，相比成人更容易受到感染。因此，在使用3D打印笔的过程中，应教导儿童保持安全距离，并且在通风空旷的环境中使用，以减少或消除安全隐患。
打造健康安全的儿童3D打印笔市场
为了让儿童3D打印技术蓬勃发展，同时保障当下儿童身体健康，全力打造活跃、安全的儿童3D打印笔市场迫在眉睫。相关部门应该活用立体化的监管方法，营造良好的儿童3D打印细分市场环境。为此，探究如下方法：
一是设立儿童3D打印笔专项市场监管任务。儿童3D打印笔市场处于高速发展阶段，产品生产技术相对成熟，但是，该细分领域市场的厂家和品牌鱼龙混杂，导致儿童3D打印笔产品质量参差不齐。市场监管部门应开展专项市场监管任务，摸底流通市场的产品质量平均水平，尤其是温控系统和耗材两方面，加快监督抽查频率和行政工作效率，督促企业加快产品技术更新，推动产品迭代消除缺陷，推进市场份额趋于稳定，达到提升平均质量水平的效果。
二是加强儿童用品质量安全科普知识宣传。儿童3D打印笔的消费对象明确，但产品质量安全隐患却没有得到相关消费群体的共识，因此，需要加大对目标消费群体质量安全知识的宣传科普力度，持续深入做好质量安全进校园、进社区等活动，将资讯直接带到消费者身旁，帮助消费者直观认识产品安全隐患，增强质量安全防范意识。加大在新媒体的相关知识信息投放力度，帮助消费市场快速建立产品安全共识，避免消费陷阱，由市场端倒逼企业质量提升。
三是积极开展企业技术帮扶。监管部门或质量提升技术机构以实事求是的态度开展企业技术帮扶工作，摸底儿童3D打印笔的相关产业情况，帮助企业梳理上下游供应链关系，提高耗材、原料等供应质量水平，针对产品核心问题提供技术建议，帮助落实质量提升方案，逐步提高产品质量安全水平。让儿童3D打印笔和儿童用品市场继续蓬勃发展，助力国家高质量发展战略，既能保护现在，更能构筑未来。
作者单位：重庆市计量质量检测研究院（重庆市缺陷产品管理中心）
基金项目：本文受重庆市市场监督管理局科技项目《产品缺陷认定评价标准指标体系研究》（项目编号：CQSJKJ2022044）资助。
*本文来自《产品安全与召回》杂志2024年第5期，转载请注明来源。
国家市场监督管理总局主管
关注产品安全与产品召回的权威媒体