鎢光催化篩檢程式將成3D印表機標配組件

如果要問當下什麼產業技術最具潛力，有不少人可能會提到3D列印。誠然，3D列印直接將虛擬的數位化實體模型轉變為產品，簡化了生產流程，降低研發成本，縮短研發週期，使得任意複雜結構零部件的生產成為可能，這是工業一次飛躍式發展，在未來的十年或更短時間，3D列印技術將會給許多行業帶來翻天覆地的變化。

隨著研究的深入，3D印表機正在慢慢地褪去它神秘的面紗，一步一個腳印地從實驗室邁向工業生產。對於設計和製造而言，它確定很“牛”，只是“金無足赤，人無完人”。人們在過多關注和宣揚其優勢的同時，是否還想過3D印表機可能還會存在一些被忽視的隱患？

近來，有國外的科研人員發現，許多常見的3D列印材料在加工過程中會散發出有害的有機化合物，從而導致人體出現一系列不同的症狀。

部分的3D印表機存在著一個特點，就是需要用到粘結劑，也可以通俗地稱之為膠水，接觸過裝修的朋友大多明白，工業膠水基本含有甲醛。此外，有些材料本身在列印過程中就會釋放出危害性，常用的丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），聚乳酸（PLA），聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和尼龍都會釋放出揮發性有機化合物，甚至低於正常的列印溫度就可能揮發出來。

例如常見的熔融沉積成型技術（FDM），這是一種不依靠鐳射作為成型能源、而將各種絲材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加熱熔化進而堆積成型方法，有研究人員對這種印刷的熱解重量進行過測試，發現加熱這些細絲會使有機蒸氣釋放出來，這些蒸氣中含有的揮發性有機物微粒可能導致眼，鼻，喉刺激，頭痛，失去協調，噁心。

美國環境保護部門就曾發出警示：“使用3D印表機的企業，政府機構，大學和其他機構需要意識到，如果不採取適當的安全預防措施和工程控制措施，這種技術可能會使人們面臨呼吸和健康問題”。對此，研究人員認為：“良好的淨化過濾和的通風環境是降低3D列印潛在健康危害的有效方法”。除了確保在大而通風的房間內進行列印之外，研究人員建議在3D印表機中集成特殊的淨化篩檢程式模組，最大限度地減少排放的顆粒和揮發性有機物對用戶健康的負面影響。在一項試驗中，研究人員使用了鎢酸鉍/銀複合光催化劑的淨化模組來進行測試。

鎢酸鉍是結構最為簡單的Aurivillius型氧化物，由(Bi₂O₂)n₂n⁺層和鈣鈦礦型(WO₄)n₂n^-片層交替出現，形成正交結構，特殊的結構賦予其特殊的介電、發光、離子導體、催化等性能，相對于傳統的TiO₂材料，鎢酸鉍具有較窄的禁帶寬度，可以轉換更多的光線，但缺點就易產生空穴複合,光催化能力有限。而銀不僅是一種天然的抗菌殺毒材料,亦是一種優良的光敏材料，其催化性能很好，但是其能帶比較寬，只能吸收紫外光，在光照下不穩定。

研究人員認為，將鎢酸鉍與銀兩者結合，取長補短，使用這種複合光催化劑來淨化3D印表機的揮發性有機物是卓有成效的。傳統的空氣篩檢程式難以捕捉尺寸小於0.3μm的有害因數，而使用光催化篩檢程式，可以利用紫外線來直接降解這些化合物。使用含納米鎢酸鉍和納米銀的複合淨化模組來吸收光子，光催化能將光的能量轉換成激發的電荷載流子，然後，它們可以啟動並激發光催化劑表面發生的氧化還原反應，將吸附的有機和無機化合物降解成小的安全分子，如H₂O和CO₂。

 

目前，國外多家公司正在進行類似的安全研究，並已經在這個領域取得進展。還有部分公司專門為3D列印設計的光催化篩檢程式申請了專利。在未來，光催化淨化模組將成為3D印表機的標配組件之一。