Il miglior purificatore d'aria per i vapori delle stampanti 3D e altri inquinanti

La stampa 3D ha un potenziale incredibile per la produzione. Con la maturazione della tecnologia e il calo dei prezzi, è ora possibile avere stampanti 3D nei laboratori domestici e nelle aule scolastiche, consentendo a un maggior numero di persone di dedicarsi alla stampa 3D per hobby o addirittura per lavoro.

Purtroppo, le stampanti 3D possono anche avere un impatto negativo sulla qualità dell'aria interna a causa dei vapori e degli altri inquinanti che emettono. Per scoprire quale purificatore d'aria è più adatto a compensare gli effetti delle stampanti 3D, analizzeremo gli inquinanti emessi dalle stampanti e quali sono i dispositivi più adatti a rimuovere questi inquinanti dall'aria.

In un ambiente industriale, spesso sono presenti filtri e potenti sistemi di ventilazione per mantenere un'adeguata qualità dell'aria interna, che può essere misurata rispetto agli standard del luogo di lavoro stabiliti dal governo. Per gli utenti domestici o scolastici delle stampanti 3D, invece, non c'è nulla di tutto questo. Poiché questa tecnologia è relativamente nuova, esistono poche norme e nessuno effettua ispezioni nel laboratorio di casa per garantire che le emissioni della stampante 3D siano conformi agli standard OSHA. Ciò significa che dovete assicurarvi che la qualità dell'aria in casa vostra rimanga sicura e sana. Un modo per farlo è utilizzare un purificatore d'aria.

I depuratori d'aria funzionano contro i vapori e le particelle delle stampanti 3D?

Le stampanti 3D utilizzano diversi metodi per creare forme tridimensionali, ma la maggior parte delle stampanti 3D disponibili in commercio per i privati o le piccole imprese utilizza un metodo chiamato Molten Polymer Deposition (MPD). Questo processo è anche chiamato Fused Deposition Modelling (FDM). Le stampanti MPD estrudono la plastica attraverso un ugello, la fondono a temperature fino a 320 °C e la depositano in strati sottili che vengono costruiti per formare l'oggetto desiderato. Quando la plastica viene riscaldata a temperature così elevate, i suoi componenti iniziano a rompersi e vengono rilasciati nell'aria sotto forma di inquinanti e vapori molto fini. Un purificatore d'aria dovrebbe essere in grado di ridurre questo tipo di inquinanti nell'aria.

In questa sede ci concentreremo sulla stampa 3D MPD. Le popolari stampanti MakerBot rientrano in questa categoria. Altri tipi di stampanti 3D produrranno probabilmente altri tipi di inquinanti, ma quasi tutte si basano su polveri, leganti o sulla fusione di materiali di base, quindi i sistemi di purificazione dell'aria dovrebbero essere presi in considerazione indipendentemente dal tipo di stampante utilizzata.

Tipi di sostanze nocive nelle stampanti 3D

A causa della loro diffusione, la maggior parte dei test di laboratorio è stata condotta con stampanti 3D MPD. Queste stampanti producono due tipi di inquinanti: composti organici volatili (VOC) e particelle ultrafini (UFP).

Vapori di plastica (VOC)

La plastica utilizzata nelle stampanti 3D è solitamente acrilonitrile butadiene stirene (ABS) o acido polilattico (PLA). Entrambe le plastiche emettono una serie di COV a temperature così elevate, tra cui stirene, formaldeide, metacrilato di metile e cianuro di idrogeno. Si può produrre anche monossido di carbonio. La giusta tecnologia di purificazione dell'aria dovrebbe tenere conto dei COV, e non tutte lo fanno. I filtri dell'aria convenzionali, come i filtri HEPA o gli ionizzatori, sono progettati solo per le particelle e non per i gas e sono quindi inefficaci contro la miscela nociva di COV rilasciata durante il processo di stampa 3D.

La plastica ABS è potenzialmente più dannosa perché fonde a una temperatura più elevata rispetto al PLA e un punto di fusione più alto tende a causare il rilascio di un maggior numero di composti tossici (Stephens et al., 2013). Sappiamo che i vapori derivanti dalla fusione della plastica sono tossici per ratti, topi e altri mammiferi (Schaper, Thompson & Detwiler-Okabayashi, 1994). Inoltre, molti materiali di base per le stampanti 3D contengono additivi per conferire colore, flessibilità, conduttività elettrica o altre proprietà. Questi additivi possono rilasciare nell'aria composti organici volatili (VOC) ancora più tossici quando vengono riscaldati.

Plastica e particelle ultrafini

Un'altra area problematica è rappresentata dalle particelle ultrafini (UFP), che si producono quando la plastica viene riscaldata a temperature così elevate. Come i COV, queste particelle sono sottoprodotti delle materie prime fuse. Queste particelle possono avere un diametro inferiore a 0,1 micrometri e sono facilmente inalabili. Non si sa molto sugli effetti a lungo termine dell'inalazione di UFP dalle stampanti 3D, ma è certo che l'accumulo di UFP non fa bene. A causa delle loro dimensioni estremamente ridotte, i filtri dell'aria esistenti richiedono una tecnologia specializzata per gestire questi contaminanti. I filtri dell'aria convenzionali sono solitamente in grado di gestire particelle di una certa dimensione (di solito promettono di essere più efficaci su particelle di 0,3 micron), ma gli UFP sono solitamente più piccoli.

Questi due tipi di contaminanti rendono le stampanti 3D un problema particolarmente spinoso per i depuratori d'aria, che devono essere in grado di gestire due diversi contaminanti: VOC e UFP.

Quale tipo di purificatore d'aria è più adatto a combattere l'inquinamento prodotto dalle stampanti 3D?

Ogni tecnologia di purificazione dell'aria ha i suoi punti di forza e di debolezza e non tutti i purificatori d'aria sono in grado di trattare sia gli inquinanti particellari che i composti organici volatili.

HEPA - I filtri HEPA sono progettati secondo uno standard specifico per rimuovere il 99,97% delle particelle di dimensioni pari a 0,3 micron. Poiché le UFP prodotte dalle stampanti 3D possono essere piccole anche solo 0,1 micron, un filtro HEPA non può rimuoverle tutte dall'aria. Tuttavia, queste minuscole particelle tendono ad aderire l'una all'altra o ad altre particelle presenti nell'aria, ingrandendosi. Alcuni studi hanno dimostrato che quando la stampante stessa è stata collocata in un involucro con un filtro HEPA, la concentrazione di UFP nella stanza è stata ridotta del 98%. Un filtro HEPA può quindi contribuire a ridurre la quantità di UFP nell'ambiente, anche se non è in grado di eliminarli tutti. Tuttavia, i filtri HEPA non eliminano i composti organici volatili o gli odori della plastica bruciata.

Filtro a carbone - I filtri a carbone utilizzano il carbone attivo per rimuovere i composti organici volatili (VOC) dall'aria. Il carbone contiene numerosi siti in cui le molecole di COV possono rimanere intrappolate, come una serratura che si inserisce nel buco della serratura. Questo processo, noto come "adsorbimento", può rimuovere efficacemente dall'aria sia i composti organici volatili che gli odori. Il problema dei depuratori d'aria a carbone è che perdono gradualmente la loro efficacia man mano che il carbone si "riempie" di molecole di COV. A un certo punto, il filtro non solo smette di funzionare, ma inizia anche a rilasciare gli stessi composti tossici nell'aria. Pertanto, è necessario sostituirli frequentemente. Inoltre, i filtri a carbone non sono in grado di filtrare alcuni composti come il monossido di carbonio e altri tipi di gas. Poiché i composti organici volatili emessi dalle stampanti 3D sono legati alla fusione della plastica, i filtri a carbone domestici potrebbero non essere altrettanto efficaci nel rimuovere queste sostanze. Infine, i filtri a carbone non catturano gli inquinanti particellari, compresi gli UFP.

Generatore di ozono - I generatori di ozono non solo hanno un'efficacia limitata nel rimuovere i gas, ma producono anche ozono nocivo. Inoltre, producono sottoprodotti tossici e, poiché la plastica della stampante è calda, l'aria contiene già sostanze chimiche. Inoltre, i generatori di ozono non rimuovono il particolato, quindi gli UFP potenzialmente pericolosi non sono interessati. Per questi motivi, l'EPA sconsiglia l'uso di generatori di ozono in ambienti chiusi.

Ionizzatore - Uno ionizzatore carica elettricamente le particelle che lo attraversano, facendole raggruppare e separare dall'aria. Tuttavia, questo processo produce ozono, il che significa che hanno gli stessi svantaggi dei generatori di ozono. Gli ionizzatori sono inoltre inefficaci contro i COV, quindi non rimuovono i sottoprodotti tossici della plastica fusa dalle stampanti 3D. Alcuni depuratori d'aria sono dotati di una speciale sezione di "ionizzazione" che integra la tecnologia principale del dispositivo.

PCO - I purificatori d'aria PCO sostengono di poter rimuovere i composti organici volatili dall'aria mediante reazioni fotochimiche. Tuttavia, i sottoprodotti di queste reazioni sono imprevedibili e possono essere tossici. Inoltre, i purificatori d'aria PCO emettono un po' di ozono e non sono efficaci contro gli inquinanti particellari.

Le nostre raccomandazioni per le sostanze nocive nella stampa 3D

Un ibrido di filtrazione a carbone e HEPA - In alternativa, se la vostra situazione personale o il vostro budget lo consentono, potreste prendere in considerazione un'unità ibrida con un numero sufficiente di filtri a carbone e HEPA, che può aiutare a combattere il particolato e i COV creati dai composti della stampante 3D. Mentre le particelle organiche non vengono distrutte, i filtri HEPA catturano comunque gli inquinanti. Si noti che lo strato di carbone deve essere abbastanza pesante (ad esempio, più di 5 libbre) per assorbire sufficientemente i VOC (gli strati sottili si saturano rapidamente).

Altri modi per migliorare la qualità dell'aria quando si utilizza una stampante 3D

Il passo più importante quando si utilizza una stampante 3D è quello di utilizzare una ventilazione adeguata. Poiché un processo di stampa 3D può durare ore o addirittura giorni, è probabile che sia necessario qualcosa di più di una finestra aperta. Una ventola di scarico adeguata che scarichi all'esterno aspirerà i composti organici volatili (VOC) e le particelle fuori dalla casa per un'aria più pulita.

Man mano che i rischi potenziali dell'uso delle stampanti 3D vengono compresi meglio, si stanno sviluppando nuove plastiche e materiali di base che producono livelli inferiori di COV e UFP. La scelta di materiali di base a basse emissioni può anche migliorare la qualità dell'aria interna.

L'utilizzo della stampante 3D in un involucro dotato di filtro HEPA è un metodo comprovato per renderla più sicura. Tuttavia, attualmente sono pochissime le stampanti 3D vendute con un involucro. L'aggiunta di una copertura HEPA al vostro laboratorio è un ottimo modo per evitare molti dei problemi di qualità dell'aria causati dalle stampanti 3D.

Man mano che la tecnologia di stampa 3D diventa sempre più disponibile e accessibile, cresce anche la comprensione del suo impatto sulla qualità dell'aria interna e sulla nostra salute. Pertanto, se avete una stampante 3D in casa o sul posto di lavoro, è importante prendere una decisione informata quando si sceglie un purificatore d'aria per mantenere un ambiente interno sicuro.