Nejlepší čistička vzduchu pro výpary z 3D tiskáren a další znečišťující látky

3D tisk má pro výrobu neuvěřitelný potenciál. S tím, jak technologie dozrává a ceny klesají, je nyní možné mít 3D tiskárny v domácích dílnách a školních učebnách, což umožňuje více lidem věnovat se 3D tisku jako koníčku nebo dokonce podnikání.

3D tiskárny mohou bohužel také negativně ovlivňovat kvalitu ovzduší v místnosti kvůli výparům a dalším znečišťujícím látkám, které vypouštějí. Abychom zjistili, která čistička vzduchu je nejvhodnější pro kompenzaci účinků 3D tiskáren, prozkoumáme, jaké škodliviny tiskárny vypouštějí a která zařízení jsou vhodná k odstranění těchto škodlivin ze vzduchu.

V průmyslovém prostředí se často používají filtry a výkonné ventilační systémy, které udržují odpovídající kvalitu vnitřního ovzduší, kterou lze poměřovat s normami pro pracoviště stanovenými vládou. Pro domácí nebo školní uživatele 3D tiskáren však nic takového neexistuje. Vzhledem k tomu, že tato technologie je relativně nová, existuje jen málo předpisů a nikdo neprovádí kontroly vaší domácí dílny, aby zajistil, že emise vaší 3D tiskárny splňují normy OSHA. To znamená, že musíte zajistit, aby kvalita ovzduší ve vaší domácnosti zůstala bezpečná a zdravá. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je použití čističky vzduchu.

Fungují čističky vzduchu proti výparům a částicím z 3D tiskáren?

3D tiskárny používají k vytváření trojrozměrných tvarů různé metody, ale většina komerčně dostupných 3D tiskáren pro jednotlivce nebo malé podniky používá metodu zvanou Molten Polymer Deposition (MPD). Tento proces se také nazývá Fused Deposition Modelling (FDM). Tiskárny MPD vytlačují plast přes trysku, taví jej při teplotách až 320 °C a ukládají jej v tenkých vrstvách, které se vrství a vytvářejí požadovaný objekt. Při zahřívání plastů na tak vysoké teploty se jejich složky začínají rozkládat a uvolňují se do ovzduší v podobě velmi jemných škodlivin a par. Čistička vzduchu by měla být schopna tyto typy znečišťujících látek ve vzduchu redukovat.

Zde se zaměříme na 3D tisk MPD. Do této kategorie spadají populární tiskárny MakerBot. Ostatní typy 3D tiskáren budou pravděpodobně produkovat jiné typy znečišťujících látek, ale téměř všechny jsou založeny na prášcích, pojivech nebo tavení základních materiálů, takže systémy čištění vzduchu je třeba zvážit bez ohledu na typ tiskárny, kterou používáte.

Typy škodlivých látek v 3D tiskárnách

Většina laboratorních testů byla provedena na 3D tiskárnách MPD vzhledem k jejich širokému využití. Tyto tiskárny produkují dva typy znečišťujících látek: těkavé organické sloučeniny (VOC) a ultrajemné částice (UFPs).

Plastové výpary (VOC)

Plast používaný v 3D tiskárnách je obvykle akrylonitrilbutadienstyren (ABS) nebo kyselina polymléčná (PLA). Oba plasty při takto vysokých teplotách uvolňují řadu těkavých organických látek, včetně styrenu, formaldehydu, metylmetakrylátu a kyanovodíku. Může také vznikat oxid uhelnatý. Správná technologie čištění vzduchu by musela brát v úvahu těkavé organické látky, což ne všechny dělají. Běžné vzduchové filtry, jako jsou HEPA filtry nebo ionizátory, jsou určeny pouze pro částice, nikoliv pro plyny, a proto jsou proti škodlivé směsi těkavých organických látek uvolňovaných během procesu 3D tisku neúčinné.

Plast ABS je potenciálně škodlivější, protože taje při vyšší teplotě než PLA a vyšší bod tání má tendenci způsobovat uvolňování více toxických sloučenin (Stephens et al., 2013). Víme, že výpary z tajícího plastu jsou toxické pro krysy, myši a další savce (Schaper, Thompson a Detwiler-Okabayashi, 1994). Kromě toho mnoho základních materiálů pro 3D tiskárny obsahuje přísady, které jim dodávají barvu, pružnost, elektrickou vodivost nebo jiné vlastnosti. Tyto přísady mohou při zahřívání uvolňovat do ovzduší ještě více toxických těkavých organických látek (VOC).

Plasty a ultrajemné částice

Další problematickou oblastí jsou ultrajemné částice (UFP), které vznikají při zahřívání plastů na tak vysoké teploty. Stejně jako VOC jsou tyto částice vedlejšími produkty roztavených surovin. Tyto částice mohou mít průměr menší než 0,1 mikrometru a jsou snadno vdechnutelné. O dlouhodobých účincích vdechování UFP z 3D tiskáren je známo jen málo, jisté však je, že jejich hromadění není dobré. Vzhledem k jejich extrémně malým rozměrům vyžadují stávající vzduchové filtry specializovanou technologii, aby si s těmito kontaminanty poradily. Běžné vzduchové filtry si obvykle poradí s částicemi určité velikosti (obvykle slibují, že budou nejúčinnější na částice o šířce 0,3 mikronu), ale UFP jsou obvykle menší.

Tyto dva typy kontaminantů činí z 3D tiskáren obzvláště složitý problém pro čističky vzduchu, které si musí poradit se dvěma různými kontaminanty: VOC a UFPs.

Jaký typ čističky vzduchu je nejvhodnější pro boj se znečištěním z 3D tiskáren?

Každá technologie čištění vzduchu má své silné a slabé stránky a ne všechny čističky vzduchu si poradí jak se znečišťujícími částicemi, tak s těkavými organickými sloučeninami.

HEPA - Filtry HEPA jsou navrženy podle specifické normy tak, aby odstranily 99,97 % částic o velikosti 0,3 mikronu. Vzhledem k tomu, že UFP z 3D tiskáren mohou mít velikost pouhých 0,1 mikrometru, filtr HEPA je nemůže všechny ze vzduchu odstranit. Tyto drobné částice však mají tendenci ulpívat na sobě nebo na jiných částicích ve vzduchu, čímž se zvětšují. Studie ukázaly, že když byla samotná tiskárna umístěna do krytu s HEPA filtrem, koncentrace UFP v místnosti se snížila o 98 %. HEPA filtr tedy může pomoci snížit množství UFP v místnosti, i když je nedokáže odstranit všechny. Filtry HEPA však neodstraňují těkavé organické sloučeniny ani zápach ze spáleného plastu.

Uhlíkový filtr - Uhlíkové filtry používají k odstranění těkavých organických látek (VOC) ze vzduchu aktivní uhlí. Uhlí obsahuje četná místa, kde se mohou molekuly VOC zachytit, podobně jako zámek, který zapadá do klíčové dírky. Tento proces, známý jako "adsorpce", dokáže ze vzduchu účinně odstranit těkavé organické sloučeniny i zápach. Problémem uhlíkových čističek vzduchu je, že postupně ztrácejí svou účinnost, jak se uhlík "zaplňuje" molekulami VOC. V určitém okamžiku filtr nejenže přestane fungovat, ale také začne stejné toxické sloučeniny uvolňovat zpět do ovzduší. Proto je třeba je často vyměňovat. Uhlíkové filtry navíc nedokážou filtrovat některé sloučeniny, jako je oxid uhelnatý a další typy plynů. Vzhledem k tomu, že těkavé organické sloučeniny vypouštěné 3D tiskárnami souvisejí s tavením plastů, nemusí být uhlíkové filtry pro domácnost při odstraňování těchto látek tak účinné. A konečně, uhlíkové filtry nezachycují žádné znečišťující částice, včetně UFP.

Generátor ozonu - Generátory ozonu mají nejen omezenou účinnost při odstraňování plynů, ale také produkují škodlivý ozon. Ten navíc produkuje toxické vedlejší produkty, a protože plast v tiskárně je horký, vzduch již obsahuje chemické látky. Generátory ozonu navíc neodstraňují pevné částice, takže potenciálně nebezpečné UFP nejsou ovlivněny. Vzhledem k těmto faktorům agentura EPA nedoporučuje používat generátory ozonu v interiérech.

Ionizátor - Ionizátor elektricky nabíjí částice, které jím proudí, a způsobuje jejich shlukování a oddělování od vzduchu. Při tomto procesu však vzniká ozon, což znamená, že mají stejné nevýhody jako generátory ozonu. Ionizátory jsou také neúčinné proti těkavým organickým látkám, takže neodstraňují toxické vedlejší produkty roztaveného plastu z 3D tiskáren. Některé čističky vzduchu mají speciální "ionizační" část, která doplňuje hlavní technologii přístroje.

PCO - Čističky vzduchu PCO tvrdí, že dokáží odstranit těkavé organické sloučeniny ze vzduchu pomocí fotochemických reakcí. Vedlejší produkty těchto reakcí jsou však nepředvídatelné a mohou být toxické. Kromě toho čističky vzduchu PCO emitují určité množství ozonu a nejsou účinné proti znečišťujícím částicím.

Naše doporučení týkající se škodlivých látek při 3D tisku

Hybrid uhlíkové a HEPA filtrace - Pokud to vaše osobní situace nebo rozpočet dovolí, můžete zvážit hybridní jednotku s dostatečným počtem uhlíkových a HEPA filtrů, protože to může pomoci v boji proti pevným částicím a těkavým organickým látkám, které vznikají při práci s 3D tiskárnami. Zatímco organické částice nejsou zničeny, HEPA filtry stále zachycují znečišťující látky. Mějte na paměti, že uhlíková vrstva by měla být dostatečně těžká (např. přes 5 kg), aby dostatečně pohlcovala těkavé organické látky (tenké vrstvy se rychle nasytí).

Další způsoby, jak zlepšit kvalitu ovzduší při používání 3D tiskárny

Nejdůležitějším krokem při používání 3D tiskárny je dostatečné větrání. Vzhledem k tomu, že proces 3D tisku může trvat hodiny nebo dokonce dny, bude to pravděpodobně vyžadovat více než otevřené okno. Vhodný odsávací ventilátor, který odvádí vzduch ven, odvede těkavé organické sloučeniny (VOC) a částice z domu a zajistí tak čistší vzduch.

Vzhledem k tomu, že potenciální rizika spojená s používáním 3D tiskáren jsou stále lépe pochopena, jsou vyvíjeny nové plasty a základní materiály, které produkují nižší množství těkavých organických látek a UFP. Výběr nízkoemisních základních materiálů může také zlepšit kvalitu ovzduší v interiéru.

Použití 3D tiskárny v krytu vybaveném HEPA filtrem je osvědčenou metodou, jak ji učinit bezpečnější. V současné době se však prodává jen velmi málo 3D tiskáren s krytem. Přidání krytu HEPA do dílny je skvělý způsob, jak se vyhnout mnoha problémům s kvalitou vzduchu, které 3D tiskárny způsobují.

S tím, jak se technologie 3D tisku stává dostupnější a cenově dostupnější, roste i naše povědomí o jejím vlivu na kvalitu vzduchu v interiéru a naše zdraví. Pokud tedy máte doma nebo na pracovišti 3D tiskárnu, je důležité, abyste se při výběru čističky vzduchu rozhodovali informovaně a zachovali tak bezpečné vnitřní prostředí.