מדפסות תלת-ממד הן מזמן לא רק "הדבר הגדול הבא" וכבר נהפכו לחלק מחיינו – כאן ועכשיו. בשנים האחרונות מתפרסמים יותר ויותר מוצרים ויישומים שאותם ניתן להדפיס באופן תלת-ממדי באופן פשוט ומהיר למדי – החל ממסחטת תפוזים פשוטה וכלה בעצמות מלאכותיות להשתלה בגוף האדם. מדפסות התלת-ממד והחומרים והאביזרים הנלווים להן מהווים שוק כלכלי שמתפתח במהירות מסחררת. היקפו זינק מ-288 מיליון דולר בשנת 2012, ל-2.5 מיליארד לשנת 2013 ובשנת 2018 צפוי אף לטפס להיקף משוער של יותר מ-16 מיליארד דולר

קצב הגדילה המהיר של שוק המדפסות הביא לפיתוחן של מדפסות קטנות וזולות יחסית, שנכנסות במהירות ליותר ויותר משרדים ובתים. השימוש בהן לא מוגבל רק ל"מייקרים" או לחולי גדג'טים – רק לפני כשבועיים, למשל, פרסמה יצרנית צעצועים בניו-יורק את השקתה של מדפסת תלת-ממד חדשה המיועדת לילדים והמאפשרת להם ליצור ולהדפיס צעצועים בעצמם.

כניסתה של הטכנולוגיה החדשה לשימוש נפוץ מעלה את השאלה האם השימוש במדפסות אלו עלול לפגוע בבריאות או בסביבה? כמה מחקרים שפורסמו בתקופה האחרונה מנסים להתחיל ולענות על כך.

איך זה עובד?

במדפסות תלת-הממד הנפוצות, שמיועדות לשוק הביתי והמשרדי, המוצר מודפס מפולימר תרמו-פלסטי בצורת חוט. החוט הזה עובר דרך ראש הזרקה שמתיך את החומר ומניח אותו לפי הוראות המחשב על מצע ובשכבות. עם התקשות החומר, המדפסת עוברת להדפסת השכבה הבאה וכך יוצרת צורה תלת-ממדית. בשיטה זו ניתן לבצע את ההדפסה באמצעות מגוון של פולימרים, בין הנפוצים שבהם: ניילון, (acronitrile butadiene styrene) ABS, (polylactic acid) PLA שעשוי מחומרים טבעיים והמתכלה באופן ביולוגי, ועוד.

זה בטוח?

מחקר שפורסם בראשית השנה ושנערך על ידי קבוצת חוקרים מארה"ב ומצרפת, בחן את פליטתם של מזהמים אורגנים נדיפים (VOCs – Volatile Organic Compounds) ושל ננו-חלקיקים שקוטרם קטן מ-100nm (0.00001 סנטימטר), שנפלטים בעת שימוש במדפסות תלת-ממד קטנות המיועדות לשימוש ביתי ומשרדי. בחינה זו חשובה, שכן VOCs עלולים להכיל חומרים המזיקים לבריאות, לרבות חומרים מסרטנים. ננו-חלקיקים, בגלל גודלם הקטן, יכולים להגיע ביעילות רבה למערכת הנשימה ולריאות ולגרום לנזקים בריאותיים שונים, בהם תחלואות לב-ריאה ותסמיני אסטמה.

במחקר בוצעה סדרה של ניסויים שבמהלכם הודפס בחדר סגור מוצר תלת-ממדי באמצעות מדפסות שונות וחומרים שונים. ממצאי המחקר העלו כי בעת הדפסת מוצרים במדפסות תלת-ממד נפלטים לאוויר חומרים שעלולה להיות להם השפעה מזיקה על הבריאות. סטירן, חומר המסווג כמסרטן אפשרי לאדם, נמצא בין חומרים אלה, בעיקר בהדפסה באמצעות חוטי ניילון ו-ABS. בנוסף, אף על פי שבמחקר זה נראה כי לא נמצאו ממצאים חמורים אודות פליטת הננו-חלקיקים, הרי שבמחקר קודם שנערך ב-2013 על ידי אותם החוקרים, נמצאו מדפסות תלת-הממד שעושות שימוש ב-ABS וב-PLA כגורם המביא לפליטה משמעותית של ננו-חלקיקים.

מחקר נוסף, שנערך לפני כחצי שנה על ידי קבוצת חוקרים אחרת מדרום קוריאה ומטאיוואן, מחזק את הממצאים האלה. במחקר נמצא שבעת ההדפסה נפלטים לאוויר ריכוזים גבוהים של ננו-חלקיקים, באופן שעלול להיות מסוכן לבריאות (ב–ABS יותר מאשר ב-PLA). עוד מצאו החוקרים, כי בין החומרים הנפלטים בעת ההדפסה, נמצא גם פורמאלדהיד, שמוגדר כחומר מסרטן לבני האדם.

ומה עם תוצרי ההדפסה?

לא רק רגע ההדפסה מעורר דאגה. מאמר שפורסם בכתב העת "אקולוגיה וסביבה" מציג מחקר שנערך לאחרונה בקליפורניה, ארה"ב, שבדק את רעילותם של חלקים שהודפסו במדפסות תלת-ממד. הרעילות במחקר נבדקה על עוברים של דגי זברה (Danio rerio), מין המשמש כמודל מקובל לבדיקת רעילות. במחקר נבחנו תוצרי מדפסות FDM בשימוש בחוטי ABS ותוצרי הדפסה בטכנולוגיית  STL (שבה הצורה התלת-ממדית מתקבלת כתוצאה של מיצוק פולימר נוזלי על ידי קרני אור). ממצאי המחקר העדכני מדאיגים. כלל עוברי הדגים שנחשפו לתוצרי הדפסה תלת-ממדית מטכנולוגית STL (ללא טיפול נוסף) היו בעלי מומים וכולם מתו תוך שבעה ימים. שיעורי השורדים בקרב העוברים שנחשפו להדפסות ה-STL (לאחר טיפול ניקוי של המוצק בקרינת UV) ולהדפסות ה-FDM, היו קרובים לתוצאות קבוצת הביקורת, ובכל זאת נמוכים מהן. גם בבחינת המומים שנמצאו אצל עוברי הדגים נמצאו תוצאות שמעידות על הרעילות האפשרית של תוצרי ההדפסה – הן לאדם והן למערכות אקולוגיות, שאליהן עשויים להגיע תוצרי פסולת מחומרים אלו.

"כיוון שיש הרכבי 'דיו' שונים למדפסות SLA, ככל הנראה לא ניתן לטעון טענה גורפת על רעילות", הגיב פרופ' שלמה מגדסי מהאוניברסיטה העברית בירושלים למחקר. "מה שברור הוא שדיו ל-SLA עשוי להיות בעייתי יותר מהדיו ל-FDM. יש לזכור כי בשלב זה מדפסות SLA בדרך כלל אינן נמצאות בשימוש ביתי, כך שכללי העבודה צריכים להיות מתאימים לסביבה תעשייתית או אקדמית".

אכן, טכנולוגיית ה-STL אינה משמשת למדפסות תלת-ממד ביתיות וקטנות, אך החוקרים קוראים לאנשי המקצוע בתחום הבריאות להיות זהירים בשימוש בחלקים מודפסים בתלת-ממד למטרות רפואיות. בנוסף, הם ממליצים לאנשי המקצוע בתחום הפסולת לפתח אסטרטגיות מיוחדות לאיסוף ולטיפול בפסולת הנוצרת מהדפסות התלת-ממד.

זהירות בחלל סגור

התמונה המתקבלת מהמחקרים אודות החומרים הנפלטים ממדפסות ה-FDM הקטנות עלולה להדאיג גם היא, במיוחד משום שגם אוכלוסיות רגישות כמו ילדים צפויות להיחשף אליהם.

במאמר שפורסם ב"אקולוגיה וסביבה" מובאת התייחסות של הנציגות הישראלית של אחת החברות הגדולות בעולם בתחום ההדפסה התלת-ממדית – stratasys. נציגי החברה טוענים שלא ידוע על בעיה בטיחותית לאדם או לסביבה בעקבות ההדפסות. באשר לפליטות הגזים במהלך ההדפסה, על-פי בדיקות שנערכו על-ידי היצרן, נמסר מהחברה, לא מוכרת כל בעיה בטיחותית לשהייה בסביבת המדפסות בעת ההדפסה.

מנגד, על פי המחקרים המובאים כאן, החוקרים קוראים ליצרני מדפסות ה-FDM לפתח חומרי הדפסה בטוחים יותר וכן לפתח מדפסות שיסננו את האוויר הנפלט מהן. עד שזה יקרה, החוקרים ממליצים לנו, הצרכנים, להיות זהירים בעת השימוש במדפסות התלת-ממד הביתיות-משרדיות, בעיקר כאשר ההדפסה נעשית באמצעות סיבים מבוססי סטירן (לרבות ABS) או ניילון וכאשר ישנן מספר מדפסות בחדר. זהירות זו, נדרשת מאתנו באופן מיוחד כאשר המדפסות נמצאת בחדר סגור או בחלל שאינו מאוורר.