Najlepší čistič vzduchu na výpary z 3D tlačiarne a iné znečisťujúce látky

3D tlač má pre výrobu neuveriteľný potenciál. Keďže technológia dozrieva a ceny klesajú, je možné mať 3D tlačiarne v domácich dielňach a školských triedach, čo umožňuje viacerým ľuďom venovať sa 3D tlači ako koníčku alebo dokonca podnikaniu.

Bohužiaľ, 3D tlačiarne môžu mať negatívny vplyv na kvalitu ovzdušia v interiéri kvôli výparom a iným znečisťujúcim látkam, ktoré vypúšťajú. Aby sme zistili, ktorá čistička vzduchu je najvhodnejšia na kompenzáciu účinkov 3D tlačiarní, budeme analyzovať znečisťujúce látky, ktoré tlačiarne emitujú, a ktoré zariadenia sú vhodné na odstránenie týchto znečisťujúcich látok zo vzduchu.

V priemyselnom prostredí sa často používajú filtre a výkonné ventilačné systémy na udržiavanie primeranej kvality vzduchu v interiéri, ktorá sa môže merať na základe noriem stanovených vládou. Pre domácich alebo školských používateľov 3D tlačiarní však nič také neexistuje. Keďže táto technológia je relatívne nová, existuje len málo predpisov a nikto nevykonáva kontroly vašej domácej dielne, aby zabezpečil, že emisie vašej 3D tlačiarne spĺňajú normy OSHA. To znamená, že musíte zabezpečiť, aby kvalita ovzdušia vo vašej domácnosti zostala bezpečná a zdravá. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, je používať čističku vzduchu.

Fungujú čističky vzduchu proti výparom a časticiam z 3D tlačiarní?

3D tlačiarne používajú na vytváranie trojrozmerných tvarov rôzne metódy, ale väčšina komerčne dostupných 3D tlačiarní pre jednotlivcov alebo malé podniky používa metódu nazývanú nanášanie roztavených polymérov (MPD). Tento proces sa nazýva aj tavené depozičné modelovanie (FDM). Tlačiarne MPD vytláčajú plast cez dýzu, tavia ho pri teplotách do 320 °C a ukladajú ho v tenkých vrstvách, ktoré sa vytvárajú do požadovaného objektu. Keď sa plasty zahrejú na takú vysokú teplotu, ich zložky sa začnú rozkladať a uvoľňujú sa do ovzdušia ako veľmi jemné znečisťujúce látky a výpary. Čistička vzduchu by mala byť schopná znížiť množstvo týchto druhov znečisťujúcich látok vo vzduchu.

Zameriame sa tu na 3D tlač MPD. Do tejto kategórie patria populárne tlačiarne MakerBot. Ostatné typy 3D tlačiarní budú pravdepodobne produkovať iné typy znečisťujúcich látok, ale takmer všetky sú založené na práškoch, spojivách alebo tavení základných materiálov, takže systémy čistenia vzduchu by ste mali zvážiť bez ohľadu na typ tlačiarne, ktorú používate.

Druhy škodlivých látok v 3D tlačiarňach

Väčšina laboratórnych testov sa vzhľadom na ich rozšírené používanie vykonala na 3D tlačiarňach MPD. Tieto tlačiarne produkujú dva typy znečisťujúcich látok: prchavé organické zlúčeniny (VOC) a ultrajemné častice (UFP).

Plastové výpary (VOC)

Plast používaný v 3D tlačiarňach je zvyčajne akrylonitrilbutadiénstyrén (ABS) alebo kyselina polymliečna (PLA). Oba plasty pri takýchto vysokých teplotách emitujú celý rad prchavých organických látok vrátane styrénu, formaldehydu, metylmetakrylátu a kyanovodíka. Môže tiež vznikať oxid uhoľnatý. Správna technológia čistenia vzduchu by mala zohľadňovať prchavé organické zlúčeniny, a nie všetky ich zohľadňujú. Bežné vzduchové filtre, ako sú HEPA filtre alebo ionizátory, sú určené len na častice, a nie na plyny, a preto sú neúčinné proti škodlivej zmesi VOC, ktorá sa uvoľňuje počas procesu 3D tlače.

Plast ABS je potenciálne škodlivejší, pretože sa taví pri vyššej teplote ako PLA a vyšší bod topenia spôsobuje uvoľňovanie väčšieho množstva toxických zlúčenín (Stephens et al., 2013). Vieme, že výpary z topiaceho sa plastu sú toxické pre potkany, myši a iné cicavce (Schaper, Thompson a Detwiler-Okabayashi, 1994). Okrem toho mnohé základné materiály pre 3D tlačiarne obsahujú prísady na dodanie farby, pružnosti, elektrickej vodivosti alebo iných vlastností. Tieto prísady môžu pri zahrievaní uvoľňovať do ovzdušia ešte toxickejšie prchavé organické zlúčeniny (VOC).

Plasty a ultrajemné častice

Ďalšou problematickou oblasťou sú ultrajemné častice (UFP), ktoré vznikajú pri zahrievaní plastov na tak vysoké teploty. Podobne ako VOC, aj tieto častice sú vedľajšími produktmi roztavených surovín. Tieto častice môžu mať priemer menší ako 0,1 mikrometra a ľahko sa vdychujú. O dlhodobých účinkoch vdychovania UFP z 3D tlačiarní sa vie len málo, isté však je, že hromadenie UFP nie je pre vás dobré. Vzhľadom na ich extrémne malé rozmery si existujúce vzduchové filtre vyžadujú špecializovanú technológiu, aby si s týmito znečisťujúcimi látkami poradili. Bežné vzduchové filtre si zvyčajne dokážu poradiť s časticami určitej veľkosti (zvyčajne sľubujú, že sú najúčinnejšie na častice so šírkou 0,3 mikrometra), ale UFP sú zvyčajne menšie.

Tieto dva typy kontaminantov robia z 3D tlačiarní mimoriadne zložitý problém pre čističky vzduchu, ktoré si musia vedieť poradiť s dvoma rôznymi kontaminantmi: VOC a UFP.

Ktorý typ čističky vzduchu je najvhodnejší na boj proti znečisteniu z 3D tlačiarní?

Každá technológia čistenia vzduchu má svoje silné a slabé stránky a nie všetky čističky vzduchu si dokážu poradiť so znečisťujúcimi časticami aj prchavými organickými zlúčeninami.

HEPA - Filtre HEPA sú navrhnuté podľa špecifickej normy tak, aby odstránili 99,97 % častíc s veľkosťou 0,3 mikrónu. Keďže UFP z 3D tlačiarní môžu mať veľkosť 0,1 mikrónu, filter HEPA ich nedokáže všetky odstrániť zo vzduchu. Tieto drobné častice však majú tendenciu prilepiť sa na seba alebo na iné častice vo vzduchu, čím sa zväčšujú. Štúdie ukázali, že keď sa samotná tlačiareň umiestnila do krytu s filtrom HEPA, koncentrácia UFP v miestnosti sa znížila o 98 %. Filter HEPA teda môže pomôcť znížiť množstvo UFP v miestnosti, aj keď ich nedokáže odstrániť všetky. Filtre HEPA však neodstraňujú prchavé organické zlúčeniny ani zápach zo spáleného plastu.

Uhlíkový filter - Uhlíkové filtre používajú aktívne uhlie na odstraňovanie prchavých organických zlúčenín (VOC) zo vzduchu. Uhlík obsahuje množstvo miest, kde sa môžu molekuly VOC zachytiť, podobne ako zámok, ktorý zapadá do kľúčovej dierky. Tento proces, známy ako "adsorpcia", dokáže účinne odstrániť prchavé organické zlúčeniny aj zápachy zo vzduchu. Problémom uhlíkových čističiek vzduchu je, že postupne strácajú svoju účinnosť, keď sa uhlík "zaplní" molekulami VOC. V určitom okamihu filter nielenže prestane fungovať, ale začne tie isté toxické zlúčeniny uvoľňovať späť do vzduchu. Preto sa musia často vymieňať. Okrem toho uhlíkové filtre nedokážu filtrovať niektoré zlúčeniny, ako napríklad oxid uhoľnatý a iné druhy plynov. Keďže prchavé organické zlúčeniny, ktoré vypúšťajú 3D tlačiarne, súvisia s tavením plastov, uhlíkové filtre pre domácnosť nemusia byť pri odstraňovaní týchto látok také účinné. A napokon, uhlíkové filtre nezachytávajú žiadne tuhé znečisťujúce látky vrátane UFV.

Generátor ozónu - Generátory ozónu majú nielen obmedzenú účinnosť pri odstraňovaní plynov, ale produkujú aj škodlivý ozón. Ten produkuje aj toxické vedľajšie produkty, a keďže plast v tlačiarni je horúci, vzduch už obsahuje chemické látky. Okrem toho ozónové generátory neodstraňujú pevné častice, takže potenciálne nebezpečné UFP nie sú ovplyvnené. Z týchto dôvodov EPA neodporúča používať ozónové generátory v interiéri.

Ionizátor - Ionizátor elektricky nabíja častice, ktoré cez neho prúdia, a spôsobuje ich zhlukovanie a oddeľovanie od vzduchu. Pri tomto procese však vzniká ozón, čo znamená, že majú rovnaké nevýhody ako generátory ozónu. Ionizátory sú tiež neúčinné proti prchavým organickým zlúčeninám, takže neodstraňujú toxické vedľajšie produkty roztaveného plastu z 3D tlačiarní. Niektoré čističky vzduchu majú špeciálnu "ionizačnú" časť, ktorá dopĺňa hlavnú technológiu zariadenia.

PCO - Čističky vzduchu PCO tvrdia, že dokážu odstrániť prchavé organické zlúčeniny zo vzduchu pomocou fotochemických reakcií. Vedľajšie produkty týchto reakcií sú však nepredvídateľné a môžu byť toxické. Okrem toho čističky vzduchu PCO emitujú určité množstvo ozónu a nie sú účinné proti znečisťujúcim časticiam.

Naše odporúčania týkajúce sa škodlivých látok pri 3D tlači

Hybrid uhlíkovej a HEPA filtrácie - Ak to vaša osobná situácia alebo rozpočet dovoľuje, môžete zvážiť aj hybridnú jednotku s dostatočným počtom uhlíkových a HEPA filtrov, pretože to môže pomôcť v boji proti časticiam a prchavým organickým zlúčeninám, ktoré vznikajú v 3D tlačiarni. Zatiaľ čo organické častice nie sú zničené, HEPA filtre stále zachytávajú znečisťujúce látky. Upozorňujeme, že uhlíková vrstva by mala byť dostatočne ťažká (napr. viac ako 5 kg), aby dostatočne absorbovala VOC (tenké vrstvy sa rýchlo nasýtia).

Ďalšie spôsoby zlepšenia kvality ovzdušia pri používaní 3D tlačiarne

Najdôležitejším krokom pri používaní 3D tlačiarne je používanie primeraného vetrania. Keďže proces 3D tlače môže trvať hodiny alebo dokonca dni, bude si to pravdepodobne vyžadovať viac než len otvorené okno. Vhodný odsávací ventilátor, ktorý odvádza vzduch do exteriéru, odvedie prchavé organické zlúčeniny (VOC) a častice z domu a zabezpečí tak čistejší vzduch.

Vzhľadom na to, že potenciálne nebezpečenstvá spojené s používaním 3D tlačiarní sú lepšie pochopené, vyvíjajú sa nové plasty a základné materiály, ktoré produkujú nižšie hladiny VOC a UFP. Výberom základných materiálov s nízkymi emisiami sa môže zlepšiť aj kvalita vzduchu v interiéri.

Použitie 3D tlačiarne v kryte s filtrom HEPA je osvedčenou metódou, ako ju urobiť bezpečnejšou. V súčasnosti sa však len veľmi málo 3D tlačiarní predáva s krytom. Pridanie krytu HEPA do vašej dielne je skvelý spôsob, ako sa vyhnúť mnohým problémom s kvalitou ovzdušia, ktoré spôsobujú 3D tlačiarne.

S tým, ako sa technológia 3D tlače stáva dostupnejšou a cenovo dostupnejšou, rastie aj naše poznanie jej vplyvu na kvalitu vzduchu v interiéri a naše zdravie. Preto ak máte doma alebo na pracovisku 3D tlačiareň, je dôležité, aby ste sa pri výbere čističky vzduchu rozhodovali informovane a zachovali tak bezpečné vnútorné prostredie.