Den bästa luftrenaren för ångor från 3D-skrivare och andra föroreningar

3D-printing har en otrolig potential för tillverkning. I takt med att tekniken mognar och priserna sjunker är det nu möjligt att ha 3D-skrivare hemma i verkstäderna och i klassrummen i skolorna, vilket gör att fler människor kan ägna sig åt 3D-utskrifter som hobby eller till och med som företag.

Tyvärr kan 3D-skrivare också påverka luftkvaliteten inomhus negativt på grund av de ångor och andra föroreningar som de avger. För att ta reda på vilken luftrenare som är bäst lämpad för att kompensera för effekterna av 3D-skrivare kommer vi att undersöka de föroreningar som skrivare avger och vilka enheter som är väl lämpade för att avlägsna dessa föroreningar från luften.

I en industriell miljö finns det ofta filter och kraftfulla ventilationssystem för att upprätthålla en tillfredsställande inomhusluftkvalitet, som kan mätas mot arbetsplatsstandarder som fastställts av regeringen. För hem- eller skolanvändare av 3D-skrivare finns det dock inget av detta. Eftersom denna teknik är relativt ny finns det få bestämmelser och ingen genomför inspektioner av din hemverkstad för att säkerställa att 3D-skrivarens utsläpp uppfyller OSHA-standarderna. Detta innebär att du måste se till att luftkvaliteten i ditt hem förblir säker och hälsosam. Ett sätt att göra detta är att använda en luftrenare.

Fungerar luftrenare mot ångor och partiklar från 3D-skrivare?

3D-skrivare använder en mängd olika metoder för att skapa tredimensionella former, men de flesta kommersiellt tillgängliga 3D-skrivare för privatpersoner eller småföretag använder en metod som kallas Molten Polymer Deposition (MPD). Denna process kallas också FDM (Fused Deposition Modelling). MPD-skrivare extruderar plast genom ett munstycke, smälter den vid temperaturer på upp till 320 °C och deponerar den i tunna lager som byggs upp för att bilda det önskade objektet. När plaster värms upp till så höga temperaturer börjar deras beståndsdelar brytas ned och frigörs i luften som mycket fina föroreningar och ångor. En luftrenare bör kunna reducera dessa typer av föroreningar i luften.

Vi kommer att fokusera på MPD 3D-utskrifter här. De populära MakerBot-skrivarna faller inom denna kategori. Andra typer av 3D-skrivare kommer sannolikt att producera andra typer av föroreningar, men nästan alla är baserade på pulver, bindemedel eller smältning av basmaterial, så luftreningssystem bör övervägas oavsett vilken typ av skrivare du använder.

Olika typer av skadliga ämnen i 3D-skrivare

På grund av den utbredda användningen har de flesta laboratorietesterna utförts med MPD 3D-skrivare. Dessa skrivare producerar två typer av föroreningar: flyktiga organiska föreningar (VOC) och ultrafina partiklar (UFP).

Ångor från plast (VOC)

Plasten som används i 3D-skrivare är vanligtvis antingen akrylonitrilbutadienstyren (ABS) eller polymjölksyra (PLA). Båda plasterna avger en rad olika flyktiga organiska ämnen vid så höga temperaturer, bland annat styren, formaldehyd, metylmetakrylat och vätecyanid. Kolmonoxid kan också produceras. Rätt luftreningsteknik måste ta hänsyn till VOC, men det är inte alla som gör det. Konventionella luftfilter som HEPA-filter eller joniserare är endast utformade för partiklar och inte gaser och är därför ineffektiva mot den skadliga blandning av VOC som frigörs under 3D-utskriftsprocessen.

ABS-plast är potentiellt mer skadlig eftersom den smälter vid en högre temperatur än PLA, och en högre smältpunkt tenderar att leda till att fler giftiga föreningar frigörs (Stephens et al., 2013). Vi vet att ångor från smältande plast är giftiga för råttor, möss och andra däggdjur (Schaper, Thompson & Detwiler-Okabayashi, 1994). Dessutom innehåller många basmaterial för 3D-skrivare tillsatser för att ge färg, flexibilitet, elektrisk ledningsförmåga eller andra egenskaper. Dessa tillsatser kan avge ännu giftigare flyktiga organiska föreningar (VOC) till luften när de upphettas.

Plast och ultrafina partiklar

Ett annat problemområde är ultrafina partiklar (UFP), som bildas när plaster värms upp till så höga temperaturer. Precis som VOC är dessa partiklar biprodukter från de smälta råvarorna. Partiklarna kan vara mindre än 0,1 mikrometer i diameter och är lätta att andas in. Man vet inte mycket om de långsiktiga effekterna av att andas in UFP från 3D-skrivare, men det som är säkert är att ackumuleringen av UFP inte är bra för dig. På grund av deras extremt lilla storlek kräver befintliga luftfilter specialiserad teknik för att hantera dessa föroreningar. Konventionella luftfilter kan vanligtvis hantera partiklar av en viss storlek (de brukar lova att vara mest effektiva på partiklar som är 0,3 mikrometer stora), men UFP är vanligtvis mindre.

Dessa två typer av föroreningar gör 3D-skrivare till ett särskilt knepigt problem för luftrenare, som måste kunna hantera två olika föroreningar: VOC:er och UFP:er.

Vilken typ av luftrenare är bäst lämpad för att bekämpa föroreningar från 3D-skrivare?

Varje luftreningsteknik har sina egna styrkor och svagheter och det är inte alla luftrenare som kan hantera både partikelformiga föroreningar och flyktiga organiska föreningar.

HEPA - HEPA-filter är utformade enligt en specifik standard för att avlägsna 99,97 procent av partiklar som är 0,3 mikrometer stora. Eftersom UFP:er från 3D-skrivare kan vara så små som 0,1 mikrometer kan ett HEPA-filter inte ta bort dem alla från luften. Dessa små partiklar tenderar dock att fastna i varandra eller i andra partiklar i luften, vilket gör dem större. Studier har visat att när själva skrivaren placerades i ett hölje med ett HEPA-filter minskade koncentrationen av UFP i rummet med 98 procent. Ett HEPA-filter kan därför bidra till att minska mängden UFP i rummet, även om det inte kan ta bort alla. HEPA-filter tar dock inte bort flyktiga organiska föreningar eller lukter från bränd plast.

Kolfilter - Kolfilter använder aktivt kol för att avlägsna flyktiga organiska föreningar (VOC) från luften. Kolet har många ställen där VOC-molekyler kan fastna, som ett lås som passar in i ett nyckelhål. Den här processen, som kallas "adsorption", kan effektivt avlägsna både flyktiga organiska föreningar och lukter från luften. Problemet med luftrenare med kolfilter är att de gradvis förlorar sin effektivitet i takt med att kolet "fylls" med VOC-molekyler. Vid någon tidpunkt slutar filtret inte bara att fungera, utan börjar också släppa ut samma giftiga föreningar i luften igen. Därför måste de bytas ut ofta. Dessutom kan kolfilter inte filtrera bort vissa föreningar, t.ex. kolmonoxid och andra typer av gaser. Eftersom de flyktiga organiska föreningar som avges från 3D-skrivare är relaterade till smältning av plast, kanske hushållens kolfilter inte är lika effektiva för att avlägsna dessa ämnen. Slutligen fångar kolfilter inte upp några partikelformiga föroreningar, inklusive UFP.

Ozongenerator - Ozongeneratorer har inte bara begränsad effektivitet när det gäller att avlägsna gaser, de producerar också skadligt ozon. Detta ger också upphov till giftiga biprodukter, och eftersom plasten i skrivaren är varm innehåller luften redan kemikalier. Dessutom tar ozongeneratorer inte bort partiklar, vilket innebär att potentiellt farliga UFP inte påverkas. På grund av dessa faktorer avråder EPA från användning av ozongeneratorer inomhus.

Joniserare - En jonisator laddar partiklarna som strömmar genom den elektriskt, vilket gör att de klumpar ihop sig och separeras från luften. Denna process producerar dock ozon, vilket innebär att de har samma nackdelar som ozongeneratorer. Joniserare är inte heller effektiva mot flyktiga organiska föreningar, så de tar inte bort de giftiga biprodukterna från smält plast från 3D-skrivare. Vissa luftrenare har en särskild "joniseringsdel" som kompletterar enhetens huvudteknik.

PCO - PCO-luftrenare hävdar att de kan avlägsna flyktiga organiska föreningar från luften med hjälp av fotokemiska reaktioner. Biprodukterna från dessa reaktioner är dock oförutsägbara och kan vara giftiga. Dessutom avger PCO-luftrenare en del ozon och är inte effektiva mot partikelformiga föroreningar.

Våra rekommendationer för skadliga ämnen i 3D-utskrifter

En hybrid av kol- och HEPA-filtrering - Alternativt, om din personliga situation eller budget tillåter det, kanske du vill överväga en hybridenhet med ett tillräckligt antal kol- och HEPA-filter, eftersom detta kan hjälpa till att bekämpa partiklar och VOC som skapas av 3D-skrivarföreningar. Organiska partiklar förstörs inte, men HEPA-filter fångar fortfarande upp föroreningar. Observera att kolskiktet bör vara tillräckligt tungt (t.ex. över 1,5 kg) för att absorbera VOC tillräckligt (tunna skikt mättas snabbt).

Andra sätt att förbättra luftkvaliteten när du använder en 3D-skrivare

Det viktigaste steget när du använder en 3D-skrivare är att använda tillräcklig ventilation. Eftersom en 3D-utskriftsprocess kan ta timmar eller till och med dagar, kommer detta sannolikt att kräva mer än ett öppet fönster. En lämplig frånluftsfläkt som går ut på utsidan suger ut flyktiga organiska föreningar (VOC) och partiklar ur huset för renare luft.

I takt med att de potentiella riskerna med att använda 3D-skrivare blir allt mer kända utvecklas nya plaster och basmaterial som ger lägre nivåer av VOC och UFP. Att välja basmaterial med låga utsläpp kan också förbättra luftkvaliteten inomhus.

Att använda 3D-skrivaren i ett hölje med ett HEPA-filter är en beprövad metod för att göra den säkrare. För närvarande är det dock mycket få 3D-skrivare som säljs med höljen. Att komplettera sin verkstad med en HEPA-kapsling är ett bra sätt att undvika många av de luftkvalitetsproblem som 3D-skrivare orsakar.

I takt med att 3D-skrivartekniken blir allt mer tillgänglig och prisvärd ökar också vår förståelse för dess inverkan på inomhusluftens kvalitet och vår hälsa. Om du har en 3D-skrivare i ditt hem eller på din arbetsplats är det därför viktigt att fatta ett välgrundat beslut när du väljer luftrenare för att upprätthålla en säker inomhusmiljö.