钨光催化过滤器将成3D打印机标配组件

如果要问当下什么产业技术最具潜力,有不少人可能会提到3D打印。诚然,3D打印直接将虚拟的数字化实体模型转变为产品,简化了生产流程,降低研发成本,缩短研发周期,使得任意复杂结构零部件的生产成为可能,这是工业一次飞跃式发展,在未来的十年或更短时间,3D打印技术将会给许多行业带来翻天覆地的变化。

随着研究的深入,3D打印机正在慢慢地褪去它神秘的面纱,一步一个脚印地从实验室迈向工业生产。对于设计和制造而言,它确定很“牛”,只是“金无足赤,人无完人”。人们在过多关注和宣扬其优势的同时,是否还想过3D打印机可能还会存在一些被忽视的隐患?

3D打印机钨光催化过滤器图片

近来,有国外的科研人员发现,许多常见的3D打印材料在加工过程中会散发出有害的有机化合物,从而导致人体出现一系列不同的症状。

部分的3D打印机存在着一个特点,就是需要用到粘结剂,也可以通俗地称之为胶水,接触过装修的朋友大多明白,工业胶水基本含有甲醛。此外,有些材料本身在打印过程中就会释放出危害性,常用的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS),聚乳酸(PLA),聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和尼龙都会释放出挥发性有机化合物,甚至低于正常的打印温度就可能挥发出来。

例如常见的熔融沉积成型技术(FDM),这是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方法,有研究人员对这种印刷的热解重量进行过测试,发现加热这些细丝会使有机蒸气释放出来,这些蒸气中含有的挥发性有机物微粒可能导致眼,鼻,喉刺激,头痛,失去协调,恶心。

美国环境保护部门就曾发出警示:“使用3D打印机的企业,政府机构,大学和其他机构需要意识到,如果不采取适当的安全预防措施和工程控制措施,这种技术可能会使人们面临呼吸和健康问题”。对此,研究人员认为:“良好的净化过滤和的通风环境是降低3D打印潜在健康危害的有效方法”。除了确保在大而通风的房间内进行打印之外,研究人员建议在3D打印机中集成特殊的净化过滤器模块,最大限度地减少排放的颗粒和挥发性有机物对用户健康的负面影响。在一项试验中,研究人员使用了钨酸铋/银复合光催化剂的净化模块来进行测试。

3D打印机钨光催化过滤器图片

钨酸铋是结构最为简单的Aurivillius型氧化物,由(Bi2O2)n2n+层和钙钛矿型(WO4)n2n-片层交替出现,形成正交结构,特殊的结构赋予其特殊的介电、发光、离子导体、催化等性能,相对于传统的TiO2材料,钨酸铋具有较窄的禁带宽度,可以转换更多的光线,但缺点就易产生空穴复合,光催化能力有限。而银不仅是一种天然的抗菌杀毒材料,亦是一种优良的光敏材料,其催化性能很好,但是其能带比较宽,只能吸收紫外光,在光照下不稳定。

研究人员认为,将钨酸铋与银两者结合,取长补短,使用这种复合光催化剂来净化3D打印机的挥发性有机物是卓有成效的。传统的空气过滤器难以捕捉尺寸小于0.3μm的有害因子,而使用光催化过滤器,可以利用紫外线来直接降解这些化合物。使用含纳米钨酸铋和纳米银的复合净化模块来吸收光子,光催化能将光的能量转换成激发的电荷载流子,然后,它们可以启动并激发光催化剂表面发生的氧化还原反应,将吸附的有机和无机化合物降解成小的安全分子,如H2O和CO2

3D打印机钨光催化过滤器图片

 

目前,国外多家公司正在进行类似的安全研究,并已经在这个领域取得进展。还有部分公司专门为3D打印设计的光催化过滤器申请了专利。在未来,光催化净化模块将成为3D打印机的标配组件之一。

 

 

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