Лучший очиститель воздуха для паров 3D-принтера и других загрязняющих веществ

3D-печать обладает невероятным потенциалом для производства. По мере развития технологии и снижения цен 3D-принтеры теперь можно устанавливать в домашних мастерских и школьных классах, что позволяет все большему числу людей заниматься 3D-печатью в качестве хобби или даже бизнеса.

К сожалению, 3D-принтеры могут также негативно влиять на качество воздуха в помещении из-за испускаемых ими паров и других загрязняющих веществ. Чтобы узнать, какой воздухоочиститель лучше всего подходит для борьбы с 3D-принтерами, мы рассмотрим загрязняющие вещества, выделяемые принтерами, и какие устройства хорошо подходят для удаления этих загрязняющих веществ из воздуха.

В промышленных условиях для поддержания надлежащего качества воздуха в помещении часто используются фильтры и мощные системы вентиляции, которые можно измерить в соответствии со стандартами, установленными правительством. Однако для домашних или школьных пользователей 3D-принтеров ничего этого нет. Поскольку эта технология является относительно новой, существует мало нормативных документов, и никто не проводит инспекции вашей домашней мастерской, чтобы убедиться, что выбросы вашего 3D-принтера соответствуют стандартам OSHA. Это означает, что вам необходимо обеспечить безопасное и здоровое качество воздуха в вашем доме. Один из способов сделать это - использовать очиститель воздуха.

Помогают ли очистители воздуха бороться с парами и частицами от 3D-принтеров?

3D-принтеры используют различные методы для создания трехмерных форм, но большинство коммерческих 3D-принтеров для частных лиц и малых предприятий используют метод, называемый осаждением расплавленного полимера (MPD). Этот процесс также называют моделированием методом наплавленного осаждения (FDM). MPD-принтеры выдавливают пластик через сопло, расплавляют его при температуре до 320 °C и наносят тонкими слоями, которые формируют желаемый объект. Когда пластик нагревается до таких высоких температур, его компоненты начинают разрушаться и попадают в воздух в виде очень мелких загрязняющих веществ и паров. Очиститель воздуха должен быть способен уменьшить количество таких загрязнителей в воздухе.

Здесь мы сосредоточимся на MPD 3D-печати. Популярные принтеры MakerBot попадают в эту категорию. Другие типы 3D-принтеров, вероятно, будут производить другие типы загрязняющих веществ, но почти все они основаны на порошках, связующих или плавлении базовых материалов, поэтому системы очистки воздуха следует рассматривать независимо от типа используемого принтера.

Виды вредных веществ в 3D-принтерах

Из-за их широкого распространения большинство лабораторных исследований было проведено с 3D-принтерами MPD. Эти принтеры производят два типа загрязняющих веществ: летучие органические соединения (ЛОС) и ультратонкие частицы (УТЧ).

Пары пластмассы (ЛОС)

В качестве пластика для 3D-принтеров обычно используется либо акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), либо полимолочная кислота (PLA). Оба пластика при таких высоких температурах выделяют целый ряд летучих органических соединений, включая стирол, формальдегид, метилметакрилат и цианистый водород. Также может выделяться угарный газ. Правильная технология очистки воздуха должна учитывать летучие органические соединения, но не все они учитывают их. Обычные воздушные фильтры, такие как HEPA-фильтры или ионизаторы, предназначены только для частиц, но не для газов, поэтому они неэффективны против вредной смеси летучих органических соединений, выделяемых в процессе 3D-печати.

ABS-пластик потенциально более вреден, поскольку плавится при более высокой температуре, чем PLA, а высокая температура плавления, как правило, приводит к выделению более токсичных соединений (Stephens et al., 2013). Известно, что пары от плавящегося пластика токсичны для крыс, мышей и других млекопитающих (Schaper, Thompson & Detwiler-Okabayashi, 1994). Кроме того, многие базовые материалы для 3D-принтеров содержат добавки для придания цвета, гибкости, электропроводности или других свойств. Эти добавки при нагревании могут выделять в воздух еще более токсичные летучие органические соединения (ЛОС).

Пластмассы и ультратонкие частицы

Еще одна проблемная область - ультратонкие частицы (УТЧ), которые образуются при нагревании пластмасс до таких высоких температур. Как и ЛОС, эти частицы являются побочными продуктами расплавленного сырья. Диаметр этих частиц может составлять менее 0,1 микрометра, и они легко вдыхаются. О долгосрочных последствиях вдыхания UFP из 3D-принтеров известно мало, но точно можно сказать, что накопление UFP не идет вам на пользу. Из-за их чрезвычайно малого размера существующие воздушные фильтры требуют специальной технологии, чтобы справиться с этими загрязнениями. Обычные воздушные фильтры обычно могут справиться с частицами определенного размера (обычно они обещают быть наиболее эффективными для частиц шириной 0,3 микрона), но UFP обычно меньше.

Эти два типа загрязнений делают 3D-принтеры особенно сложной проблемой для воздухоочистителей, которые должны уметь бороться с двумя разными загрязнениями: ЛОС и УФП.

Какой тип воздухоочистителя лучше всего подходит для борьбы с загрязнением от 3D-принтеров?

У каждой технологии очистки воздуха есть свои сильные и слабые стороны, и не все воздухоочистители могут справиться как с твердыми частицами, так и с летучими органическими соединениями.

HEPA - Фильтры HEPA разработаны в соответствии с определенным стандартом для удаления 99,97% частиц размером 0,3 микрона. Поскольку частицы UFP из 3D-принтеров могут быть всего 0,1 микрона, фильтр HEPA не может удалить их все из воздуха. Однако эти крошечные частицы имеют тенденцию прилипать друг к другу или к другим частицам в воздухе, увеличивая их размер. Исследования показали, что если сам принтер поместить в корпус с HEPA-фильтром, то концентрация UFP в помещении снижалась на 98 %. Таким образом, фильтр HEPA может помочь уменьшить количество UFP в помещении, даже если он не может удалить их все. Однако фильтры HEPA не удаляют летучие органические соединения или запахи от сгоревшего пластика.

Угольный фильтр - Угольные фильтры используют активированный уголь для удаления летучих органических соединений (ЛОС) из воздуха. Уголь содержит множество участков, на которых молекулы ЛОС могут задерживаться, подобно замку, вставляемому в замочную скважину. Этот процесс, известный как "адсорбция", позволяет эффективно удалять из воздуха как летучие органические соединения, так и запахи. Проблема угольных воздухоочистителей заключается в том, что они постепенно теряют свою эффективность по мере того, как уголь "заполняется" молекулами летучих органических соединений. В какой-то момент фильтр не только перестает работать, но и начинает выделять те же токсичные соединения обратно в воздух. Поэтому их необходимо часто заменять. Кроме того, угольные фильтры не могут отфильтровать некоторые соединения, такие как угарный газ и другие виды газов. Поскольку летучие органические соединения, выделяемые 3D-принтерами, связаны с плавлением пластика, бытовые угольные фильтры могут быть не столь эффективны для удаления этих веществ. Наконец, угольные фильтры не улавливают твердые частицы, включая UFP.

Генератор озона - Генераторы озона не только малоэффективны в удалении газов, но и производят вредный озон. При этом также образуются токсичные побочные продукты, а поскольку пластик в принтере горячий, воздух уже содержит химические вещества. Кроме того, генераторы озона не удаляют твердые частицы, поэтому потенциально опасные UFP не затрагиваются. Из-за этих факторов EPA не рекомендует использовать генераторы озона в помещениях.

Ионизатор - Ионизатор заряжает проходящие через него частицы электрическим током, заставляя их слипаться и отделяться от воздуха. Однако в результате этого процесса образуется озон, а значит, они имеют те же недостатки, что и генераторы озона. Ионизаторы также неэффективны против летучих органических соединений, поэтому они не удаляют токсичные побочные продукты расплавленного пластика из 3D-принтеров. Некоторые воздухоочистители имеют специальную секцию "ионизации", которая дополняет основную технологию прибора.

PCO - Очистители воздуха PCO утверждают, что они могут удалять летучие органические соединения из воздуха с помощью фотохимических реакций. Однако побочные продукты этих реакций непредсказуемы и могут быть токсичными. Кроме того, воздухоочистители PCO выделяют некоторое количество озона и неэффективны в борьбе с твердыми частицами загрязняющих веществ.

Наши рекомендации по вредным веществам в 3D-печати

Гибрид угольной и HEPA-фильтрации - в качестве альтернативы, если вам позволяет ситуация или бюджет, вы можете рассмотреть гибридное устройство с достаточным количеством угольных и HEPA-фильтров, поскольку это поможет бороться с твердыми частицами и летучими органическими соединениями, образующимися в 3D-принтере. Хотя органические частицы не уничтожаются, фильтры HEPA все равно улавливают загрязняющие вещества. Обратите внимание, что угольный слой должен быть достаточно тяжелым (например, более 5 фунтов), чтобы в достаточной степени поглощать летучие органические вещества (тонкие слои быстро насыщаются).

Другие способы улучшить качество воздуха при использовании 3D-принтера

Самым важным шагом при использовании 3D-принтера является обеспечение достаточной вентиляции. Поскольку процесс 3D-печати может длиться часами или даже днями, для этого, скорее всего, потребуется не только открытое окно. Подходящий вытяжной вентилятор, выходящий на улицу, будет вытягивать летучие органические соединения (ЛОС) и частицы из дома, делая воздух чище.

По мере того как потенциальная опасность использования 3D-принтеров становится все более очевидной, разрабатываются новые пластики и базовые материалы, которые производят меньшее количество летучих органических соединений и UFP. Выбор базовых материалов с низким уровнем выбросов также может улучшить качество воздуха в помещении.

Использование 3D-принтера в корпусе, оснащенном HEPA-фильтром, - проверенный способ сделать его более безопасным. Однако в настоящее время очень мало 3D-принтеров продается с корпусами. Установка корпуса HEPA в вашей мастерской - отличный способ избежать многих проблем с качеством воздуха, вызываемых 3D-принтерами.

По мере того как технология 3D-печати становится все более доступной и недорогой, растет и наше понимание ее влияния на качество воздуха в помещении и наше здоровье. Поэтому, если у вас дома или на работе есть 3D-принтер, важно принять взвешенное решение при выборе очистителя воздуха для поддержания безопасной среды в помещении.