GBT 47564-2026 增材制造 材料挤出成形打印过程有害物质的测定标准立项发展报告

增材制造材料挤出成形打印过程有害物质的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AdditiveManufacturing—DeterminationofHazardousSubstancesReleasedduringMaterialExtrusion-BasedPrintingProcess摘要关键词：增材制造；材料挤出成形；有害物质测定；挥发性有机化合物；超细颗粒物；职业健康安全；标准化Keywords:AdditiveManufacturing;MaterialExtrusion;DeterminationofHazardousSubstances;VolatileOrganicCompounds(VOCs);UltrafineParticles(UFPs);OccupationalHealthandSafety;Standardization1引言1.1研究背景增材制造技术（又称3D打印）历经四十余年的发展，已从早期的快速原型工具演进为直接数字制造的关键手段。据中国增材制造产业联盟统计，2025年我国增材制造产业规模已突破500亿元，年均增长率超过25%。在众多工艺类型中，材料挤出成形——即通常所说的熔融沉积成型（FDM/FFF）——凭借其结构简单、运行成本低廉及材料多样性（包括PLA、ABS、PETG、TPU、PA及复合材料等），在桌面级设备和工业级设备中均占据主导份额。然而，伴随材料挤出成形设备的普及化与使用场景的日常化，其潜在的排放风险日益受到关注。研究表明，热塑性细丝在加热喷嘴（通常为180–280°C）中熔融时，聚合物基体发生热降解与氧化反应，释放出以苯乙烯、甲醛、乙醛、癸烷等为代表的挥发性有机化合物，同时产生大量粒径在10–100纳米范围内的超细颗粒物。耶鲁大学2019年发表在《EnvironmentalScience&Technology》上的一项研究测算了常见桌面级3D打印机的颗粒物排放速率，指出单台设备在ABS材料打印过程中每分钟释放约200亿个颗粒，相当于在室内点燃一支香烟的颗粒释放水平。长期暴露于此类污染物环境下，操作人员可能出现呼吸道刺激、过敏反应，甚至更严重的慢性健康问题。1.2标准制定必要性截至2025年，国际标准化组织（ISO）已发布增材制造基础通用标准约三十余项，涵盖术语、工艺分类、材料规范、零部件性能测试等维度，但针对打印过程排放测试的标准仍较为零散。美国材料与试验协会（ASTM）虽在F42委员会框架下开展了相关工作，但尚未形成完整的方法学体系；ISO/ASTM52900等基础标准仅在术语层面提及一般安全注意事项，缺乏量化测试指标。部分发达国家已发布相关行业指南，如德国的UL2904标准针对3D打印机颗粒物与化学品排放提出了测量方法，但在全球范围内的适用性仍然有限。在我国，GB/T35351-2017《增材制造术语》、GB/T39252-2020《增材制造金属粉末性能表征方法》等标准构建了基础框架，GB3095-2012《环境空气质量标准》和GBZ2.1-2019《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》亦为排放限值的评价提供了参考依据。但上述标准均未就材料挤出成形打印过程中的有害物质测定提出针对性、可操作的技术方案。由于缺乏统一标准，各设备制造商、材料供应商和用户单位在排放评估中各行其是，测试条件与方法各异，导致结果不可比、数据不可用，严重制约了增材制造职业健康安全管理的科学化进程。因此，制定《增材制造材料挤出成形打印过程有害物质的测定》国家标准，填补该领域的标准空白，已成为产业健康发展的迫切需求。1.3标准基本信息本标准的标准编号为GB/T47564-2026，标准名称为《增材制造材料挤出成形打印过程有害物质的测定》，国家标准，由中国国家标准化管理委员会（以下简称“国标委”）批准发布。发布日期为2026年4月30日，实施日期为2026年11月1日。标准采用中文编写，电子版文件可即时下载，配有水印标识，售价33.0元人民币。截至本报告编制时，该标准处于“未生效”状态。本标准的制定工作遵循GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定，按照国家标准制定程序，经过立项论证、草案起草、征求意见、技术审查等阶段，历时约两年完成。下文将对标准内容进行系统介绍与解析。2标准范围与适用对象2.1标准适用范围本文件规定了材料挤出成形增材制造设备在打印运行过程中释放到舱室及周围环境空气中的有害物质的测定方法。具体而言，标准适用于以热塑性长丝为原料、通过加热挤出并逐层堆积方式成形零件的设备，包括但不限于以下类型：-桌面级/半专业级材料挤出成形设备（开放舱室或封闭舱室均可适用）；-工业级大幅面材料挤出成形设备；-复合材料的材料挤出成形设备（短纤维增强体系）；-配备加热打印舱室的材料挤出成形设备。2.2适用的有害物质类别标准涵盖的有害物质包括但不限于以下类别：-颗粒物：重点涵盖粒径范围在10nm至10μm之间的颗粒物，包括超细颗粒物（<100nm）、细颗粒物（PM₁₀、PM₂.₅及纳米级颗粒物）；-挥发性有机化合物：涵盖沸点在50–260°C范围内的有机化合物，包括但不限于苯乙烯、乙苯、甲醛、乙醛、丙烯醛、癸烷、十一烷、樟脑、乳酸乙酯等材料挤出成形的典型排放物；-半挥发性有机化合物（SVOCs）：部分高沸点物质，视打印温度和材料类型而定。2.3适用场景标准适用于以下三类主要场景：1.型式试验场景：设备制造商在定型产品出厂检验时，在标准规定的统一条件下测试设备排放水平；2.环境评价场景：实验室、教室、办公室等使用场所的空气质量评估与危害分级；3.材料对比及科研场景：不同材料配方、不同打印参数组合的排放特征横向比较。本文件不适用于非热塑性材料（如光敏树脂、金属浆料等）的打印过程，也不包括打印完成后零部件的后处理环节（如打磨、溶剂抛光等）产生的有害物质。3术语和定义为统一理解和执行本标准，标准中明确了以下关键术语和定义：3.1材料挤出成形（MaterialExtrusion,MEX）将材料通过喷嘴或孔口挤出，通常材料在挤出后被加热并逐层沉积的增材制造工艺。在此过程中，材料通常以连续长丝形式进给。3.2打印舱室（PrintChamber）材料挤出成形设备中，容纳打印平台和成形区域的密闭或半密闭空间。舱室是否密闭直接影响排放物的外逸路径及测试策略。3.3释放速率（EmissionRate）单位时间内打印过程中释放到空气中有害物质的质量或颗粒数量。该参数是评价设备排放特征的核心指标，标准中以μg/min（质量释放速率）和个/min（颗粒数量释放速率）两种方式表征。3.4超细颗粒物（UltrafineParticles,UFPs）空气动力学直径小于100nm的颗粒物。材料挤出成形过程所释放的颗粒物主要为10–30nm粒径区间，是健康风险评估中的重点关注对象。3.5挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds,VOCs）在标准大气条件下（20°C，101.3kPa）饱和蒸气压不低于0.01kPa的有机化合物总称。在实际测试中，采用TenaxTA吸附管或相似等效吸附介质采集C6至C16范围内的化合物。3.6本底气浓度（BackgroundConcentration）在打印设备不运行状态下，测试环境（如试验舱或打印舱室）内目标污染物的初始浓度水平。本底浓度应在每次试验前测量，并在数据处理中予以扣除。3.7打印周期（PrintJob）从打印启动至打印完成后喷头停止移动且冷却至设定温度的完整过程。该周期的界定对排放测试的时间积分计算至关重要。4有害物质来源与危害机理4.1材料挤出成形的有害物质产生机理材料挤出成形打印过程中有害物质的产生涉及复杂的物理化学变化，主要表现在以下三个层面：（1）热降解反应热塑性长丝在喷嘴加热区域经历快速的升温-熔融-挤出过程。聚合物链在高温（通常200°C以上）和剪切力的联合作用下发生热降解与热氧化降解，产生低分子量分解产物。以ABS为例，其热解放出的主要物质包括苯乙烯单体、乙苯、α-甲基苯乙烯以及低聚物碎片等。聚乳酸（PLA）在高温下则主要释放丙交酯和乳酸低聚物。不同材料体系的热分解路径和释放谱图差异显著。（2）成核-凝结颗粒形成熔融挤出的半挥发性有机物离开喷嘴后，在环境空气中迅速冷却并经历均相或异相成核，形成纳米尺度的颗粒物。这些颗粒随后通过凝结和凝并作用进一步长大。打印过程中颗粒的粒径分布通常在10–30nm之间，取决于材料类型、喷嘴温度和环境温度等因素。（3）添加剂和色母的释放商品化打印长丝中通常含有增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂、色母及纳米填料（如碳纳米管、石墨烯、二氧化钛等）等添加剂。这些组分在高温下的挥发与分解会额外引入有害物质，进一步丰富排放谱图。4.2健康风险与职业暴露超细颗粒物因比表面积大、粒径极小，可深入肺泡区域并被吸收入血，引发氧化应激和炎症反应。多项以动物模型为基础的毒理学研究显示，材料挤出成形排放颗粒和挥发性有机物具有潜在的细胞毒性。在职业暴露层面，美国国家职业安全健康研究所（NIOSH）的研究报告建议对3D打印操作场所进行工程控制与通风管理。国内高校创客空间、中小企业生产车间中，材料挤出成形打印设备常未经有效防护即投入密集使用，操作人员多为青年学生和生产一线员工，职业健康风险不容低估。本标准的有害物质测定方法，旨在为不同场景下的风险评估和工程控制提供统一的量化工具，确保测量数据的可比性和可溯源性。5测试条件与试验方法5.1试验环境要求为保证测试结果的准确性和可重复性，标准对试验环境提出了严格的要求：-温湿度控制：试验舱内温度维持在23°C±2°C，相对湿度维持在50%±5%RH；-换气次数：材料挤出成形打印舱室的气密性换气次数不超过0.05h⁻¹；开放舱室测试时环境换气次数推荐为0.5–1.0h⁻¹；-本底颗粒物浓度：颗粒物本底浓度不超过测试期望释放浓度的10%，且在任何情况下不超过10³个/cm³；-本底VOC浓度：总挥发性有机化合物（TVOC）本底浓度不超过50μg/m³。5.2试验样品与打印参数-样品形状定义：标准规定采用标准测试模型（如40mm×40mm×10mm的长方体），保证层间沉积路径一致，提高重现性；-打印参数设定：推荐以材料制造商指定的推荐打印温度和打印速度为准，但须在报告中注明参数细节。如额外测试不同参数水平对排放的影响，可按需拓展；-材料预处理：试验前，长丝应在23°C、50%RH环境下干燥至少24小时，避免吸湿引起的排气异常；-喷嘴直径：推荐使用0.4mm直径喷嘴。5.3采样与分析方法标准参照UL2904及ISO16000系列标准，规定了以下采样与分析技术：-颗粒物测试：采用凝结粒子计数器（CPC）实时测量超细颗粒物浓度和数量粒径分布，配合扫描电迁移率粒径谱仪（SMPS）获取粒径谱；-VOC测试：采用TenaxTA吸附管主动采样，热脱附（TD）-气相色谱质谱联用（GC-MS）定性定量分析；-醛酮类化合物测试：采用2,4-二硝基苯肼（DNPH）衍生化采样-高效液相色谱（HPLC）分析方法；-释放速率计算：通过舱室质量平衡模型，将时变浓度曲线转化为标准化释放速率。5.4数据处理与报告标准要求在打印周期结束后继续监测至浓度衰减至本底水平的10%或连续监测60分钟的均低于本底水平的2倍为止。所有结果均以三次独立重复试验的算术平均值±标准偏差表示。试验报告应包括完整的设备信息、材料信息、打印参数、环境参数、释放速率数据及质量控制信息。6标准间的协调与配套关系GB/T47564-2026的制定充分考虑了与国内、国际标准的协调与衔接。在国家标准层面，该标准与以下文件构成配套体系：-GB/T35351-2017《增材制造术语》——本标准的术语基础；-GB/T39252-2020《增材制造金属粉末性能表征方法》——姊妹工艺的标准参照；-GBZ2.1-2019《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》——空气中有害物质的职业接触限值依据；-GB/T18883-2022《室内空气质量标准》——打印场所空气质量评价的参考依据；-GB/T25915.1-2021《洁净室及相关受控环境第1部分：按粒子浓度划分空气洁净度等级》——颗粒物测量的环境分级框架。在国际标准层面，该标准在方法学上与以下文件保持兼容：-ISO/ASTM52900:2021《增材制造通用原则术语》；-ISO16000-6:2021《室内空气第6部分：采用活性炭吸附管/热脱附/气相色谱的挥发性有机化合物测定》；-ISO16000-34:2018《室内空气第34部分：颗粒物浓度测定策略》；-UL2904:2019《3D打印设备颗粒物和化学品排放标准方法》。需要说明的是，UL2904主要针对封闭式测试舱内台式3D打印机的排放测量，而GB/T47564-2026在此基础上做了两方面拓展：其一，适用设备范围扩展至工业级材料挤出成形设备及加热舱室设备；其二，在方法学中纳入对舱压和温湿度更严格的控制要求，提升了测试结果的可比性和准确性。7主要起草单位本标准的制定汇聚了国内增材制造、环境检测和职业健康领域的优势力量。主要起草单位包括（以下单位为本标准核心起草单位）：中国标准化研究院作为本标准的第一起草单位，中国标准化研究院（以下简称“中标院”）在国家标准化管理委员会的领导下，全面承担了本标准的立项申报、草案起草、技术论证、征求意见汇总处理及报批等全过程组织协调工作。机构概况：中标院是国家市场监督管理总局直属的公益性科研事业单位，成立于1978年，是我国从事标准化理论研究和标准研制的重要国家级科研机构。中标院设有增材制造标准化研究所、资源环境标准化研究所等跨学科部门，长期跟踪国际增材制造标准化动态，参与ISO/TC261（增材制造技术委员会）工作，具有丰富的标