Type de document
Expertisesrevues
Année de publication
2022
Langue
Français
Édition
2e éd.
Résumé
Deux revues de la littérature ont été entreprises dans le but de collecter un maximum d’informations sur la fabrication additive (ou impression 3D) et ses implications dans le milieu du travail. Elles visent plus spécifiquement à : 1) identifier l’ensemble des techniques utilisées en impression 3D ainsi que les matériaux qui leur sont associés, mais aussi les différents champs d’application et les activités professionnelles concernées; 2) mettre en évidence les taux d’émissions de particules ultrafines (PUF) et de composés organiques volatils (COV) lors d’un processus d’impression 3D et 3) dégager les principaux paramètres d’utilisation des imprimantes, pouvant influencer les émissions de PUF et de COV. Si les données de la première revue sont principalement issues de la littérature grise, ce sont 509 publications scientifiques sur les émissions de PUF et de COV qui ont été consultées pour la seconde revue. 29 d’entre-elles, publiées entre 2013 et jusqu’à 2019, ont été retenues pour établir un portrait des connaissances sur l’exposition des travailleurs aux particules ultrafines (PUF) et aux composés organiques volatils (COV) émis lors des processus d’impression 3D. Une attention particulière sera portée sur l’utilisation de cette technologie récente en milieu de travail au Canada et au Québec.
Que ce soit dans les transports, l’énergie, la défense et l’aérospatiale, ou la santé, la fabrication additive est présente dans la quasi-totalité des secteurs d’activité. Elle permet de concevoir, en un seul bloc et à moindre coût des pièces uniques bien plus rapidement que les technologies de fabrication traditionnelles. Si les grands secteurs d’activité sont identifiés, il est beaucoup plus difficile d’identifier les professions et surtout d’évaluer le nombre de travailleurs impactés par cette nouvelle technologie. En effet, il apparaît dans les études de marché du travail, un nombre croissant de travailleurs en fabrication additive, mais ces chiffres englobent aussi bien l’opérateur de l’imprimante que le concepteur des plans de l’objet à fabriquer qui lui n’a pas de contact direct avec l’appareil. De plus, certaines professions peuvent faire appel, de façon régulière ou ponctuelle à des sous-traitants.
Sept grandes technologies de fabrication additive ont été identifiées, certaines déjà très utilisées en milieu de travail, comme les technologies par extrusion de matière ou à lit de poudre, et d’autres moins répandues ou en cours de perfectionnement. Les prouesses actuelles et futures, permises par la fabrication additive, ne doivent pas cacher les inconvénients induits comme les émissions de nombreux contaminants particulaires et gazeux dont certains sont potentiellement néfastes pour la santé des travailleurs qui y sont exposés fréquemment. Ce risque est fortement accru par la multiplicité des matériaux imprimables. Effectivement, à chaque technologie sont associés un ou plusieurs types de matériaux comme les polymères thermoplastiques ou thermodurcissables, les métaux, les céramiques techniques, les matériaux biocompatibles, tous émetteurs de PUF et de COV de nature chimique différente.
Si ces émissions ont un lien étroit avec le type de matériau employé, les paramètres d’utilisation des imprimantes 3D jouent également un rôle majeur. Par exemple, la température et la vitesse d’extrusion sont à prendre en considération dans les variations de taux d’émission et de concentrations de PUF et de COV. Même un dysfonctionnement de l’imprimante peut se traduire par une augmentation très importante des particules émises. Si ces conclusions semblent se confirmer, plusieurs autres paramètres de fabrication n’ont pas été encore étudiés et surtout aucune étude n’a été menée de façon systématique rendant ainsi difficile la comparaison des résultats entre études. Enfin, la quasi-totalité des publications rapporte des travaux menés en laboratoire, dans des environnements contrôlés, ce qui ne reflète pas l’exposition aux PUF et aux COV des utilisateurs d’imprimantes 3D en milieu de travail.
Les nombreuses lacunes relevées au cours de cette étude doivent conduire à la mise en place de programmes de recherche visant d’une part à évaluer l’exposition des travailleurs en milieu de travail et proposer des solutions pour réduire les émissions à la source en optimisant les paramètres de fabrication des imprimantes.
Avant d’obtenir les premiers résultats, il est nécessaire de protéger les travailleurs qui utilisent une ou plusieurs de ces technologies en appliquant le principe de précaution. Pour les travailleurs exposés quotidiennement à ces technologies, il est recommandé le port d’équipements de protection individuelle adéquats et de faire de la formation en amont afin de mieux préparer les travailleurs et d’attirer leur attention sur les règles de base à respecter. Ce principe de précaution est d’autant plus indispensable qu’à l’heure actuelle, contrairement aux COV, aucune valeur limite d’exposition aux PUF n’est disponible.
Abstract
Two reviews of the literature were done for the purpose of collecting as much information as possible on additive manufacturing (or 3D printing) and its implications for the workplace. More specifically, they sought to (1) identify all the techniques used in 3D printing and the associated materials, as well as the different areas of application and the professional activities concerned; (2) highlight the rates of emission of ultrafine particles (UFPs) and volatile organic compounds (VOCs) during a 3D printing process; and (3) identify the main printer use parameters that can affect UFP and VOC emissions. Although the data for the first review came mainly from the grey literature, 509 scientific publications on UFP and VOC emissions were consulted in the second review. Twenty-nine of them, published between 2013 and 2019, were retained to provide an overview of knowledge of workers’ exposure to UFPs and VOCs emitted during 3D printing processes. Particular attention will be paid to the use of this new technology in workplaces in Canada and Quebec.
Additive manufacturing is used in almost all sectors, from transportation, energy, defence and aerospace, to health care. It makes it possible to design unique parts much faster than traditional manufacturing technologies, in a single block and at a lower cost. Although the major industries have been identified, it is much harder to identify the professions, and especially the numbers of workers, affected by this new technology. Indeed, as studies of the labour market reveal, the number of workers in additive manufacturing is growing, but these figures include not only printer operators but also designers of the plans for objects to be manufactured, who do not have direct contact with the equipment. In addition, certain professions make regular or occasional use of subcontractors.
Seven major additive manufacturing technologies were identified, some of which are already widely used in workplaces, such as material extrusion and powder bed technologies, while others are less widespread or are still being fine-tuned. The current and future achievements enabled by additive manufacturing should not disguise the disadvantages they cause, such as the emission of numerous particulate and gaseous contaminants, some of which are potentially harmful to the health of workers who are frequently exposed to them. This risk is strongly increased by the wide variety of printable materials. In fact, each technology is associated with one or more types of materials such as thermoplastic or thermosetting polymers, technical ceramics, or biocompatible materials, all of which emit UFPs and VOCs with different chemical characteristics.
Although these emissions are closely related to the type of material used, the parameters of use for 3D printers also play a major role. For example, the extrusion temperature and speed must be taken into consideration in the variations in the emission rates and concentrations of UFPs and VOCs. A printer dysfunction can lead to a sharp increase in the amount of particles emitted. Although these conclusions seem to be confirmed, several other manufacturing parameters have not yet been studied. In particular, no systematic study has yet been conducted, which makes it difficult to compare the results of different studies. Finally, almost all the publications report on work conducted in the laboratory, in controlled environments, which does not reflect the UFP and VOC exposure of 3D printer users in the workplace.
The many knowledge gaps highlighted during this study should lead to the establishment of research programs designed to assess worker exposure in the workplace and propose solutions to reduce emissions at source by optimizing printer manufacturing parameters.
Before the first results are obtained, it is necessary to protect workers who use one or more of these technologies, by applying the precautionary principle. For workers who are exposed to these technologies every day, it is recommended that they wear appropriate personal protective equipment and engage in preliminary training so that workers are better prepared and their attention is drawn to the basic rules to follow. This precautionary principle is crucial because, unlike the case for VOCs, no exposure limit value is currently available for UFPs.
ISBN
9782897972141
Mots-clés
Impression 3D, 3D printing, Nanoparticule, Nanoparticle, Composés organiques volatils, Volatile organic compounds, Évaluation de l'exposition, Exposure evaluation, Polymères, Polymers, Matériau composite, Composite material, Extrusion
Numéro de projet IRSST
2018-0070
Numéro de publication IRSST
R-1122-fr
Citation recommandée
Zemzem, M., Vinches, L. et Hallé, S. (2022). Exposition des travailleurs aux particules ultrafines et aux composés organiques volatils émis lors d’un processus d’impression 3D : état des lieux au Québec (Rapport n° R-1122-fr, 2e éd.). IRSST.