Der beste Luftreiniger für 3D-Druckerdämpfe und andere Schadstoffe

Der 3D-Druck birgt ein unglaubliches Potenzial für die Fertigung. Da die Technologie ausgereifter und die Preise sinken, ist es jetzt möglich, 3D-Drucker in unseren Heimwerkstätten und Schulklassenzimmern zu haben, wodurch mehr Menschen 3D-Druck als Hobby oder sogar als Geschäft betreiben können.

Leider können 3D-Drucker aufgrund der von ihnen ausgestoßenen Dämpfe und anderer Schadstoffe auch Ihre Raumluftqualität negativ beeinflussen. Um herauszufinden, welcher Luftreiniger am besten geeignet ist, um die Auswirkungen von 3D-Druckern auszugleichen, werden wir die von Druckern abgegebenen Schadstoffe untersuchen und welche Geräte gut geeignet sind, um diese Schadstoffe aus der Luft zu entfernen.

In einer industriellen Umgebung sind oft Filter und leistungsstarke Belüftungssysteme vorhanden, um eine angemessene Raumluftqualität aufrechtzuerhalten, die an den vom Staat festgelegten Arbeitsplatzstandards gemessen werden kann. Für Heim- oder Schulnutzer von 3D-Druckern gibt es jedoch nichts davon. Da diese Technologie relativ neu ist, gibt es kaum Vorschriften und niemand führt Inspektionen Ihrer Heimwerkstatt durch, um sicherzustellen, dass die Emissionen Ihres 3D-Druckers den OSHA-Standards entsprechen. Das heißt, Sie müssen dafür sorgen, dass die Luftqualität in Ihrem Zuhause sicher und gesund bleibt. Eine Möglichkeit hierzu ist die Verwendung eines Luftreinigers.

Funktionieren Luftreiniger gegen Dämpfe und Partikel von 3D-Druckern?

3D-Drucker verwenden eine Vielzahl von Methoden, um dreidimensionale Formen zu erzeugen, aber die meisten kommerziell erhältlichen 3D-Drucker für Privatpersonen oder kleinere Unternehmen verwenden eine Methode namens Molten Polymer Deposition (MPD). Dieser Prozess wird auch Fused Deposition Modeling (FDM) genannt. MPD-Drucker extrudieren Kunststoff durch eine Düse, schmelzen ihn bei Temperaturen von bis zu 320 °C und lagern ihn in dünnen Schichten ab, die aufgebaut werden, um das gewünschte Objekt zu bilden. Wenn Kunststoffe auf so hohe Temperaturen erhitzt werden, beginnen ihre Bestandteile zu zerfallen und werden als sehr feine Schadstoffe und Dämpfe in die Luft freigesetzt. Ein Luftreiniger sollte in der Lage sein, diese Art von Schadstoffen in der Luft zu reduzieren.

Wir werden uns hier auf MPD-3D-Druck konzentrieren. Die beliebten MakerBot-Drucker fallen in diese Kategorie. Andere Arten von 3D-Druckern werden wahrscheinlich andere Arten von Schadstoffen produzieren, aber fast alle von ihnen basieren auf Pulvern, Bindemitteln oder dem Schmelzen von Grundmaterialien, sodass Luftreinigungssysteme unabhängig von der Art des Druckers, den Sie verwenden, in Betracht gezogen werden sollten.

Arten von Schadstoffen in 3D-Druckern

Aufgrund ihrer großen Verbreitung wurden die meisten Labortests mit MPD-3D-Druckern durchgeführt. Diese Drucker produzieren zwei Arten von Schadstoffen: flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und ultrafeine Partikel (UFPs).

Kunststoffdämpfe (VOCs)

Der in 3D-Druckern verwendete Kunststoff ist normalerweise entweder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Polymilchsäure (PLA). Beide Kunststoffe geben bei derartigen hohen Temperaturen eine Reihe von VOCs ab, darunter Styrol, Formaldehyd, Methylmethacrylat und Cyanwasserstoff. Auch Kohlenmonoxid kann entstehen. Die richtige Luftreinigungstechnologie müsste VOCs berücksichtigen, und das tun nicht alle. Herkömmliche Luftfilter wie HEPA-Filter oder Ionisatoren sind nur für Partikel und nicht für Gase ausgelegt und daher unwirksam gegen die schädliche Mischung von VOCs, die während des 3D-Druckvorgangs freigesetzt wird.

ABS-Kunststoff ist potenziell schädlicher, da er bei einer höheren Temperatur schmilzt als PLA, und ein höherer Schmelzpunkt neigt dazu, die Freisetzung giftigerer Verbindungen zu verursachen (Stephens et al., 2013). Wir wissen, dass Dämpfe schmelzenden Kunststoffs für Ratten, Mäuse und andere Säugetiere giftig sind (Schaper, Thompson & Detwiler-Okabayashi, 1994). Darüber hinaus enthalten viele Grundmaterialien für 3D-Drucker Zusatzstoffe, um Farbe, Flexibilität, elektrische Leitfähigkeit oder andere Eigenschaften zu verleihen. Diese Zusatzstoffe können bei Erhitzung noch mehr giftige flüchtige organische Verbindungen (VOC) in die Luft abgeben.

Kunststoffe und ultrafeine Partikel

Ein weiteres Problemfeld sind ultrafeine Partikel (UFP), die beim Erhitzen von Kunststoffen auf so hohe Temperaturen entstehen. Diese Partikel sind wie VOCs Nebenprodukte der geschmolzenen Rohmaterialien. Diese Partikel können einen Durchmesser von weniger als 0,1 Mikrometern haben und leicht eingeatmet werden. Über die langfristigen Auswirkungen des Einatmens von UFP aus 3D-Druckern ist wenig bekannt, aber sicher ist, dass die Ansammlung von UFP nicht gut für Sie ist. Aufgrund ihrer extrem geringen Größe erfordern bestehende Luftfilter eine spezielle Technologie zur Handhabung dieser Verunreinigungen. Herkömmliche Luftfilter können normalerweise Partikel einer bestimmten Größe verarbeiten (sie versprechen normalerweise, dass sie bei Partikeln mit einer Breite von 0,3 Mikrometern am effektivsten sind), UFPs sind jedoch normalerweise kleiner.

Diese beiden Arten von Verunreinigungen machen 3D-Drucker zu einem besonders heiklen Problem für Luftreiniger, die in der Lage sein müssen, mit zwei unterschiedlichen Verunreinigungen umzugehen: VOCs und UFPs.

Welcher Luftreinigertyp eignet sich am besten gegen die Verschmutzung durch 3D-Drucker?

Jede Luftreinigungstechnologie hat ihre eigenen Stärken und Schwächen und nicht alle Luftreiniger können sowohl mit Partikelschadstoffen als auch mit flüchtigen organischen Verbindungen umgehen.

HEPA – HEPA-Filter sind nach einem bestimmten Standard konzipiert, um 99,97 Prozent der Partikel mit einer Größe von 0,3 Mikrometer zu entfernen. Da UFPs von 3D-Druckern nur 0,1 Mikrometer groß sein können, kann ein HEPA-Filter sie nicht alle aus der Luft entfernen. Diese winzigen Partikel neigen jedoch dazu, aneinander oder an anderen Partikeln in der Luft zu haften, wodurch sie größer werden. Studien haben ergeben, dass die UFP-Konzentration im Raum um 98 Prozent reduziert wurde, wenn der Drucker selbst in einem Gehäuse mit HEPA-Filter untergebracht wurde. Ein HEPA-Filter kann also dazu beitragen, die Menge an UFPs im Raum zu reduzieren, auch wenn er nicht alle entfernen kann. HEPA-Filter entfernen jedoch keine flüchtigen organischen Verbindungen oder Gerüche von verbranntem Kunststoff.

Kohlefilter – Kohlefilter verwenden Aktivkohle, um flüchtige organische Verbindungen (VOC) aus der Luft zu entfernen. Die Kohle enthält zahlreiche Stellen, an denen sich VOC-Moleküle festsetzen können, wie ein Schloss, das in ein Schlüsselloch passt. Dieser als „Adsorption“ bezeichnete Prozess kann sowohl flüchtige organische Verbindungen als auch Gerüche effektiv aus der Luft entfernen. Das Problem bei Kohleluftreinigern besteht darin, dass sie allmählich ihre Wirksamkeit verlieren, da sich die Kohle mit VOC-Molekülen „füllt“. Irgendwann funktioniert der Filter nicht nur nicht mehr, sondern beginnt auch, dieselben giftigen Verbindungen wieder in die Luft abzugeben. Daher müssen sie häufig ausgetauscht werden. Darüber hinaus können Kohlefilter bestimmte Verbindungen wie Kohlenmonoxid und andere Arten von Gasen nicht filtern. Da die von 3D-Druckern ausgestoßenen flüchtigen organischen Verbindungen mit schmelzendem Kunststoff zusammenhängen, sind Haushaltskohlefilter bei der Entfernung dieser Stoffe möglicherweise nicht so effektiv. Schließlich erfassen Kohlefilter keinerlei Partikelschadstoffe, einschließlich UFPs.

Ozongenerator – Ozongeneratoren sind nicht nur nur begrenzt wirksam bei der Entfernung von Gasen, sondern produzieren auch schädliches Ozon. Dabei entstehen auch giftige Nebenprodukte, und da der Kunststoff im Drucker heiß ist, enthält die Luft bereits Chemikalien. Darüber hinaus beseitigen Ozongeneratoren keine Partikel, sodass potenziell gefährliche UFPs nicht beeinträchtigt werden. Aufgrund dieser Faktoren rät die EPA von der Verwendung von Ozongeneratoren in geschlossenen Räumen ab.

Ionisator – Ein Ionisator lädt die durch ihn hindurchströmenden Partikel elektrisch auf, wodurch sie sich verklumpen und aus der Luft ausscheiden. Allerdings entsteht bei diesem Verfahren Ozon, was bedeutet, dass sie die gleichen Nachteile haben wie Ozongeneratoren. Ionisatoren sind auch gegen VOCs unwirksam, sodass sie die giftigen Nebenprodukte von geschmolzenem Kunststoff aus 3D-Druckern nicht entfernen. Einige Luftreiniger verfügen über einen speziellen „Ionisations“-Bereich, der die Haupttechnologie des Geräts ergänzt.

PCO – PCO-Luftreiniger behaupten, dass sie flüchtige organische Verbindungen mithilfe photochemischer Reaktionen aus der Luft entfernen können. Die Nebenprodukte dieser Reaktionen sind jedoch unvorhersehbar und können toxisch sein. Darüber hinaus emittieren PCO-Luftreiniger etwas Ozon und sind gegen Partikelschadstoffe nicht wirksam.

Unsere Empfehlungen für Schadstoffe im 3D-Druck

Ein Hybrid aus Kohlenstoff- und HEPA-Filterung – Alternativ können Sie, wenn Ihre persönliche Situation oder Ihr Budget dies zulassen, eine Hybrideinheit mit einer ausreichenden Anzahl von Kohlenstoff- und HEPA-Filtern in Betracht ziehen, da diese dazu beitragen kann, Partikel und VOCs zu bekämpfen, die durch 3D-Drucker-Verbindungen entstehen. Während organische Partikel nicht zerstört werden, fangen HEPA-Filter dennoch Schadstoffe ein. Beachten Sie, dass die Kohlenstoffschicht schwer genug sein sollte (z. B. über 5 Pfund), um VOCs ausreichend zu absorbieren (dünne Schichten sättigen sich schnell).

Weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Luftqualität beim Einsatz eines 3D-Druckers

Der wichtigste Schritt bei der Verwendung eines 3D-Druckers ist die Verwendung einer ausreichenden Belüftung. Da ein 3D-Druckvorgang Stunden oder sogar Tage dauern kann, ist hierfür wahrscheinlich mehr als ein offenes Fenster erforderlich. Ein geeigneter Abluftventilator, der nach außen absaugt, saugt flüchtige organische Verbindungen (VOC) und Partikel aus dem Haus und sorgt so für sauberere Luft.

Da die potenziellen Gefahren der Verwendung von 3D-Druckern immer besser verstanden werden, werden neue Kunststoffe und Grundmaterialien entwickelt, die VOCs und UFPs in geringeren Mengen produzieren. Die Wahl emissionsarmer Grundmaterialien kann auch die Luftqualität in Innenräumen verbessern.

Die Verwendung des 3D-Druckers in einem mit einem HEPA-Filter ausgestatteten Gehäuse ist eine bewährte Methode, um ihn sicherer zu machen. Allerdings werden derzeit nur sehr wenige 3D-Drucker mit Gehäuse verkauft. Das Hinzufügen eines HEPA-Gehäuses zu Ihrer Werkstatt ist eine großartige Möglichkeit, viele der durch 3D-Drucker verursachten Luftqualitätsprobleme zu vermeiden.

Da die 3D-Drucktechnologie immer verfügbarer und erschwinglicher wird, wächst auch unser Verständnis ihrer Auswirkungen auf die Luftqualität in Innenräumen und unsere Gesundheit. Wenn Sie zu Hause oder am Arbeitsplatz einen 3D-Drucker haben, ist es daher wichtig, bei der Auswahl eines Luftreinigers eine fundierte Entscheidung zu treffen, um ein sicheres Raumklima aufrechtzuerhalten.