3D打印这种新型的制造技术正在受到越来越多的重视。传统的制造技术一般通过切削、钻孔等机械加工手段将一整块材料加工成需要的尺寸和形状；而3D打印则是将材料一点一点地堆积成指定的形状，因此不仅可以让使用者不需要复杂的设备就可以加工出需要的物体，还可以轻松实现许多传统制造技术难以胜任的复杂形状。
然而就在3D打印风靡全球的时候，一些研究人员却发出警示， 3D打印可能存在一些健康隐患，需要进一步的研究。那么3D打印可能存在哪些健康隐患呢？我们不妨来看最近几项相关的研究。
3D打印的关键是要让加工用的材料在特定的条件下实现从流体到固体的转化，其中一种实现手段是使用感光性树脂。这种材料本身是液体，但是在特定波长的光（通常是紫外线）的照射下很快可以发生聚合反应变成坚固的高分子材料。因此我们可以先在容器中盛满感光性树脂，再用光去照射指定的区域完成固化，这种3D打印技术通常被称为立体平板印刷（stereolithography），它是最早出现的3D打印技术，至今仍然被广泛使用。
来自美国的研究人员选择了发育、毒理学等研究中常用的动物模型斑马鱼为研究对象来观察立体平板印刷这种3D打印技术可能带来的健康隐患。他们将用立体平板印刷加工出的物体与斑马鱼的胚胎一同置于水中，观察胚胎的发育情况。结果表明，在为期7天的观察中，对照组中的斑马鱼胚胎有80%左右可以存活并孵化，然而实验组中的胚胎在第三天已经死了一半，到了第七天更是无一幸免。不仅如此，与对照组相比，实验组中的胚胎在发育过程中出现畸形的比例明显增加[1]。随后来自英国的研究人员也报道了类似的实验结果[2].
那么问题出在哪里呢？理论上，受到光照的感光性树脂应该完全固化成高分子材料，而这些物质由于分子量很大，对生物体基本上没有活性。但实际上在立体平板印刷过程中，这个反应往往很难进行完全，残存的未反应或者反应不完全的感光性树脂就可能从最终的产品中泄露游离出来，而很多这样泄露游离出来的物质都具有一定的毒性。实验用的水本来是经过严格纯化的，但研究人员却在实验组的水中发现一些有毒物质的存在，表明确实有有毒物质从3D打印加工出的物体中释放出来。
研究人员随后又做了另一个实验：将用立体平板印刷技术加工出的物体先用紫外灯照射30分钟，让感光性树脂的固化更加彻底，再把它与斑马鱼的胚胎放在一起。观察表明，虽然经过这种处理的物体仍然对斑马鱼胚胎的存活和发育造成一定的负面影响，但与未经处理的物体相比，负面影响的程度大大减弱，这也进一步证实对于立体平板印刷这种3D打印技术，没有充分固化的感光性树脂确实有可能对健康造成影响，值得进一步关注。
在这项研究中，研究人员同时比较了采用另一种常见的3D打印技术——熔融沉积成型（fused deposition modeling，简称FDM）加工的物体。这种3D打印的基本原理是是事先将塑料或者其他材料制成细丝，在3D打印过程中，通过加热使细丝熔化，熔化的细丝被沉积到样品台的指定位置，随后冷却并重新固化成型，与普通的塑料热加工成型实际上基于同样的原理。熔融沉积成型不像立体平板印刷那样依靠化学反应完成从液体向固体的转变，自然也不大会存在由于未充分反应的化学物质而导致的毒性。而实验也证明用熔融沉积成型加工出的物体对斑马鱼胚胎的正常发育的损害确实明显低于用立体平板印刷加工出的物体。
然而这并不意味着我们对于熔融沉积成型这种3D打印技术就可以掉以轻心。人们早就注意到，在热加工成型过程中，塑料有可能会因为高温而发生降解，产生各种小分子化合物，而添加到塑料中的小分子添加剂也有可能在这一过程中逃逸至环境中，而熔融沉积成型既然基于相同的原理，也很可能由于塑料的降解带来健康隐患。
实际上，早在2013年就有研究指出熔融沉积成型过程中会产生许多超细颗粒，即直径在100纳米以下的颗粒，而吸入超细颗粒已被证明对健康存在一定程度的损害[3]。而今年的一项研究表明，这种3D打印技术在加工过程中不仅会产生超细颗粒，还会产生许多挥发性有机物，具体的组成取决于3D打印机选用的设备[4]。例如ABS树脂是经常用于熔融沉积成型的一种塑料，此次研究表明，用ABS树脂进行3D打印的过程会释放出苯乙烯。国际癌症研究机构将苯乙烯列为2B类致癌物，即对人体可能有致癌作用。研究人员估算，3D打印过程中产生的苯乙烯的浓度已经超过美国规定的商业建筑苯乙烯浓度标准20倍。另一种常用于熔融沉积成型的塑料尼龙在3D打印过程中会释放出己内酰胺。虽然现有研究认为己内酰胺没有致癌作用，但也具有一定的刺激性。根据研究人员的估算，3D打印造成的室内空气中己内酰胺的浓度也已经大大超标，显然不是什么好现象。研究人员还注意到，把3D打印机封装起来虽然能减轻超细颗粒的排放量，但作用有限，可能是因为在研究中检测的几种有封装的3D打印机并没有能够将设备完全封闭起来。
这几项研究虽然还比较初步，但已经非常清楚的告诉我们，同传统的制造技术一样，3D打印的过程本身以及加工出的产品同样存在产生有毒有害物质并对人体健康造成损害的可能。由于3D打印的方便快捷，它经常应用于小企业、学校甚至家庭，而这就意味着3D打印可能的健康隐患更需要值得注意，因为这些环境中的使用者往往缺乏必要的防范措施和意识。另一个重要的原因是3D打印越来越多地被用于医学领域，例如用来生产医疗器械，因此加工出的物体必须具有良好的生物相容性，不能对人体产生刺激甚至毒性。
当然，这些研究并不是让我们因此就对3D打印产生恐惧并彻底远离之，但我们确实需要对这一问题给予更多的关注。一方面，政府相关部门应该与3D打印设备和原材料的生产商密切合作，制订出相应的标准，并设法降低3D打印过程以及加工出的产品释放出的有害物质的量；另一方面，3D打印的使用者在使用过程中也应注意个人防护。只有这样，我们才能让3D打印这一新技术更好地为我们服务。
参考文献：
[1] Shirin Mesbah Oskui, Graciel Diamante, Chunyang Liao, Wei Shi, Jay Gan, Daniel Schlenk, and William H. Grover, “Assessing and Reducing the Toxicity of 3D-Printed Parts”, Environmental Science & Technology Letters, 2016, 3, 1
[2] N. P. Macdonald, F. Zhu, C. J. Hall, J. Reboud, P. S. Crosier, E. E. Patton, D. Wlodkowicb and J. M. Cooper, “Assessment of biocompatibility of 3D printed hotopolymers using zebrafish embryo toxicity assays”, Lab on a Chip, 2016, 16, 291
[3] Brent Stephens, Parham Azimi, Zeineb El Orch, Tiffanie Ramos, “Ultrafine particle emissions from desktop 3D printers”, Atmospheric Environment, 2013, 79, 334
[4] Parham Azimi, Dan Zhao,Claire Pouzet, Neil E. Crain, and Brent Stephens, “Emissions of Ultrafine Particles and Volatile Organic Compounds from Commercially Available Desktop Three-Dimensional Printers with Multiple Filaments”, Environmental Science & Technology, 2016, 50, 1260
（作者：魏昕宇）
