Najboljši čistilec zraka za hlape 3D tiskalnika in druga onesnaževala

3D-tiskanje ima neverjeten potencial za proizvodnjo. Ker tehnologija dozoreva in cene padajo, je zdaj mogoče imeti 3D tiskalnike v domačih delavnicah in šolskih učilnicah, kar več ljudem omogoča, da se s 3D tiskanjem ukvarjajo kot s hobijem ali celo poslom.

Žal lahko 3D tiskalniki zaradi hlapov in drugih onesnaževal, ki jih oddajajo, negativno vplivajo tudi na kakovost zraka v prostoru. Da bi ugotovili, kateri čistilec zraka je najprimernejši za izravnavo učinkov 3D tiskalnikov, bomo preučili onesnaževala, ki jih oddajajo tiskalniki, in katere naprave so primerne za odstranjevanje teh onesnaževal iz zraka.

V industrijskem okolju so pogosto nameščeni filtri in zmogljivi prezračevalni sistemi, ki vzdržujejo ustrezno kakovost zraka v zaprtih prostorih, ki se lahko meri glede na standarde za delovna mesta, ki jih določi vlada. Za domače ali šolske uporabnike 3D tiskalnikov pa tega ni. Ker je ta tehnologija razmeroma nova, je predpisov malo in nihče ne izvaja inšpekcijskih pregledov vaše domače delavnice, da bi zagotovil, da emisije 3D tiskalnika ustrezajo standardom OSHA. To pomeni, da morate poskrbeti, da kakovost zraka v vašem domu ostane varna in zdrava. Eden od načinov za to je uporaba čistilnika zraka.

Ali čistilci zraka delujejo proti hlapom in delcem iz 3D tiskalnikov?

3D tiskalniki uporabljajo različne metode za ustvarjanje tridimenzionalnih oblik, vendar večina komercialno dostopnih 3D tiskalnikov za posameznike ali mala podjetja uporablja metodo, imenovano nanašanje staljenih polimerov (MPD). Ta postopek se imenuje tudi modeliranje s staljenim nanašanjem (Fused Deposition Modelling, FDM). Tiskalniki MPD iztisnejo plastiko skozi šobo, jo stopijo pri temperaturi do 320 °C in jo nanesejo v tankih plasteh, ki se oblikujejo v želeni predmet. Pri segrevanju plastike na tako visoke temperature začnejo njene sestavine razpadati in se v zrak sproščajo kot zelo drobna onesnaževala in hlapi. Čistilec zraka mora biti sposoben zmanjšati količino teh vrst onesnaževal v zraku.

Tu se bomo osredotočili na 3D tiskanje MPD. V to kategorijo spadajo priljubljeni tiskalniki MakerBot. Druge vrste 3D tiskalnikov bodo verjetno proizvajale druge vrste onesnaževal, vendar skoraj vsi temeljijo na praških, vezivih ali taljenju osnovnih materialov, zato je treba sisteme za čiščenje zraka upoštevati ne glede na vrsto tiskalnika, ki ga uporabljate.

Vrste škodljivih snovi v 3D tiskalnikih

Večina laboratorijskih testov je bila zaradi široke uporabe opravljena s 3D tiskalniki MPD. Ti tiskalniki proizvajajo dve vrsti onesnaževal: hlapne organske spojine (HOS) in ultra drobne delce (UFP).

Hlapi plastike (HOS)

Plastika, ki se uporablja v 3D tiskalnikih, je običajno akrilonitrilbutadienstiren (ABS) ali polimlečna kislina (PLA). Obe plastiki pri tako visokih temperaturah sproščata številne hlapne organske spojine, vključno s stirenom, formaldehidom, metil metakrilatom in vodikovim cianidom. Nastane lahko tudi ogljikov monoksid. Prava tehnologija čiščenja zraka bi morala upoštevati hlapne organske spojine, a tega ne počnejo vse. Običajni filtri za zrak, kot so filtri HEPA ali ionizatorji, so namenjeni le delcem, ne pa tudi plinom, zato so neučinkoviti proti škodljivi mešanici hlapnih organskih spojin, ki se sproščajo med postopkom 3D-tiskanja.

Plastika ABS je potencialno bolj škodljiva, saj se topi pri višji temperaturi kot PLA, višje tališče pa običajno povzroči sproščanje več strupenih spojin (Stephens et al., 2013). Vemo, da so hlapi iz taljenja plastike strupeni za podgane, miši in druge sesalce (Schaper, Thompson in Detwiler-Okabayashi, 1994). Poleg tega številni osnovni materiali za 3D-tiskalnike vsebujejo dodatke za dodajanje barve, prožnosti, električne prevodnosti ali drugih lastnosti. Ti dodatki lahko pri segrevanju v zrak sproščajo še bolj strupene hlapne organske spojine (HOS).

Plastika in ultrafini delci

Drugo problematično področje so ultrafini delci (UFP), ki nastanejo pri segrevanju plastike na tako visoke temperature. Ti delci so tako kot hlapne organske spojine stranski proizvodi staljenih surovin. Ti delci imajo lahko premer manj kot 0,1 mikrometra in jih zlahka vdihnemo. O dolgoročnih učinkih vdihavanja UFP iz 3D-tiskalnikov je malo znanega, gotovo pa je, da kopičenje UFP ni dobro za vas. Zaradi njihove izjemno majhne velikosti potrebujejo obstoječi filtri za zrak posebno tehnologijo za ravnanje s temi onesnaževali. Običajni filtri za zrak običajno obvladujejo delce določene velikosti (običajno obljubljajo, da so najbolj učinkoviti pri delcih širine 0,3 mikrona), vendar so UFP običajno manjši.

Zaradi teh dveh vrst onesnaževalcev so 3D tiskalniki še posebej zapletena težava za čistilce zraka, ki se morajo spopasti z dvema različnima onesnaževalcema: HOS in UFP.

Katera vrsta čistilnika zraka je najprimernejša za boj proti onesnaževanju, ki ga povzročajo 3D tiskalniki?

Vsaka tehnologija čiščenja zraka ima svoje prednosti in slabosti, vsi čistilniki zraka pa se ne morejo spopasti z delci in hlapnimi organskimi spojinami.

HEPA - Filtri HEPA so zasnovani v skladu s posebnim standardom za odstranjevanje 99,97 odstotka delcev velikosti 0,3 mikrona. Ker so lahko UFP iz 3D tiskalnikov majhni le 0,1 mikrona, jih filter HEPA ne more vseh odstraniti iz zraka. Vendar pa se ti drobni delci običajno lepijo drug na drugega ali na druge delce v zraku, zaradi česar se povečajo. Študije so pokazale, da se je, ko je bil sam tiskalnik postavljen v ohišje s filtrom HEPA, koncentracija UFP v prostoru zmanjšala za 98 odstotkov. Filter HEPA lahko torej pomaga zmanjšati količino UFP v prostoru, čeprav jih ne more odstraniti vseh. Vendar filtri HEPA ne odstranijo hlapnih organskih spojin ali vonjav po zažgani plastiki.

Ogljikov filter - Ogljikovi filtri z aktivnim ogljem iz zraka odstranjujejo hlapne organske spojine (HOS). Ogljik vsebuje številna mesta, kjer se lahko molekule HOS ujamejo, kot ključavnica, ki se prilega ključavnici. Ta proces, znan kot "adsorpcija", lahko iz zraka učinkovito odstrani hlapne organske spojine in vonjave. Težava ogljikovih čistilnikov zraka je, da postopoma izgubljajo svojo učinkovitost, ko se ogljik "napolni" z molekulami hlapnih organskih spojin. Na neki točki filter ne samo, da preneha delovati, ampak začne tudi sproščati iste strupene spojine nazaj v zrak. Zato jih je treba pogosto zamenjati. Poleg tega ogljikovi filtri ne morejo filtrirati nekaterih spojin, kot so ogljikov monoksid in druge vrste plinov. Ker so hlapne organske spojine, ki jih oddajajo 3D-tiskalniki, povezane s taljenjem plastike, gospodinjski ogljikovi filtri morda niso tako učinkoviti pri odstranjevanju teh snovi. Ogljikovi filtri tudi ne zajemajo onesnaževal v obliki delcev, vključno z UFP.

Generator ozona - Generatorji ozona niso le omejeno učinkoviti pri odstranjevanju plinov, temveč proizvajajo tudi škodljiv ozon. Pri tem nastajajo tudi strupeni stranski produkti, in ker je plastika v tiskalniku vroča, zrak že vsebuje kemikalije. Poleg tega ozonski generatorji ne odstranjujejo delcev, zato potencialno nevarnih UFP ne prizadenejo. Zaradi teh dejavnikov EPA odsvetuje uporabo generatorjev ozona v zaprtih prostorih.

Ionizator - Ionizator električno napolni delce, ki se pretakajo skozi njega, zaradi česar se združijo in ločijo od zraka. Vendar pri tem postopku nastane ozon, kar pomeni, da imajo enake pomanjkljivosti kot generatorji ozona. Ionizatorji so neučinkoviti tudi proti hlapnim organskim spojinam, zato ne odstranjujejo strupenih stranskih produktov staljene plastike iz 3D-tiskalnikov. Nekateri čistilniki zraka imajo poseben "ionizacijski" del, ki dopolnjuje glavno tehnologijo naprave.

PCO - Čistilci zraka PCO trdijo, da lahko s fotokemičnimi reakcijami iz zraka odstranijo hlapne organske spojine. Vendar so stranski produkti teh reakcij nepredvidljivi in so lahko strupeni. Poleg tega čistilniki zraka PCO oddajajo nekaj ozona in niso učinkoviti pri onesnaževalih z delci.

Naša priporočila za škodljive snovi pri 3D tiskanju

Hibridna enota z ogljikovimi filtri in filtri HEPA - Če vam to dopuščajo osebne razmere ali proračun, lahko razmislite tudi o hibridni enoti z zadostnim številom ogljikovih filtrov in filtrov HEPA, saj se tako lažje borite proti delcem in hlapnim organskim spojinam, ki nastajajo pri delovanju 3D tiskalnikov. Medtem ko organski delci niso uničeni, filtri HEPA še vedno zadržijo onesnaževala. Upoštevajte, da mora biti plast ogljika dovolj težka (npr. več kot 5 kilogramov), da lahko dovolj absorbira hlapne organske spojine (tanke plasti se hitro nasičijo).

Drugi načini za izboljšanje kakovosti zraka pri uporabi 3D tiskalnika

Najpomembnejši korak pri uporabi 3D tiskalnika je ustrezno prezračevanje. Ker lahko postopek 3D-tiskanja traja več ur ali celo dni, bo za to verjetno potrebno več kot le odprto okno. Primeren izpušni ventilator, ki odvaja odpadne pline navzven, bo iz hiše odvajal hlapne organske spojine (HOS) in delce ter tako poskrbel za čistejši zrak.

Zaradi boljšega razumevanja potencialnih nevarnosti uporabe 3D tiskalnikov se razvijajo nove plastike in osnovni materiali, ki proizvajajo manj hlapnih organskih spojin in UFP. Izbira osnovnih materialov z nizkimi emisijami lahko izboljša tudi kakovost zraka v zaprtih prostorih.

Uporaba 3D tiskalnika v ohišju s filtrom HEPA je preizkušena metoda za zagotavljanje večje varnosti. Vendar se trenutno prodaja zelo malo 3D tiskalnikov z ohišji. Če v svojo delavnico dodate ohišje HEPA, se lahko izognete številnim težavam s kakovostjo zraka, ki jih povzročajo 3D tiskalniki.

Ker je tehnologija 3D tiskanja vse bolj dostopna in cenovno ugodna, se povečuje tudi naše razumevanje njenega vpliva na kakovost zraka v zaprtih prostorih in naše zdravje. Če imate doma ali na delovnem mestu 3D-tiskalnik, je zato pomembno, da se pri izbiri čistilca zraka odločite na podlagi informacij, da boste ohranili varno notranje okolje.