Georgia Tech Research Emissioni di particelle da stampanti 3D di livello consumer Qian Zhang

Georgia Tech Research: le emissioni di particelle di stampa desktop FDM 3D possono essere pericolose per gli esseri umani

A volte la stampa 3D può sembrare quasi troppo bella per essere vera, offrendo ciò che a volte può essere un incredibile vantaggio in termini di accessibilità, produzione di velocità, autosostenibilità e risparmio di materiali e manodopera. I lati negativi sono pochi, ma come con l’uso di qualsiasi macchinario, il tema della sicurezza dovrebbe sempre essere presente. Sebbene i rischi fisici possano essere pochi nella stampa 3D, la tossicità per l’uomo è in discussione da anni, in relazione sia ai materiali utilizzati che alle emissioni di particelle.

Mentre Qian Zhang, uno studente di dottorato al Georgia Institute of Technology , afferma nella sua recente dissertazione, ” Emissioni di particelle da stampanti 3D di livello consumer “, continuano le preoccupazioni riguardo alle emissioni di stampa 3D in ambienti chiusi (che nella maggior parte dei casi sarebbe la norma) come il posto di lavoro, l’aula e la casa. La ricerca di Zhang era completa, concentrandosi su ABS e PLA in termini di emissioni di particelle e dei loro pericoli per il pubblico.

Nel complesso, come sottolinea Zhang, ABS e PLA sono le forme più comuni di materiali utilizzati con la stampa 3D, sebbene molte altre fonti alternative stiano iniziando a guadagnare terreno, dal metallo al legno, e una crescente moltitudine di altre opzioni. L’ABS viene utilizzato per convenienza, buona resistenza, rigidità e altro, mentre il PLA (anche se meno stabile e non così forte) è considerato più rispettoso dell’ambiente a causa delle sue origini basate sulle piante, consentendo ulteriori opzioni di riciclaggio. Zhang ha considerato questi materiali in modo specifico, insieme alle stampanti 3D FDM a livello desktop che possono emettere nell’aria particelle e composti organici volatili (VOC o composti organici volatili totali, TVOC), insieme a inquinanti di fase gassosa.

Studi precedenti hanno mostrato che l’ABS di solito emetteva più particelle; infatti, forse tanto quanto “uno o due ordini di grandezza superiore” rispetto al PLA. Come sottolinea il ricercatore, le emissioni di particelle possono variare a causa di altri motivi quali:

Tipi di ambiente
Miscelazione dell’aria e velocità dell’aria
Strumentazione di misura
Metodi di calcolo relativi alle particelle

Emissione del numero di particelle (a), della superficie (b) e della massa (c) per il
filamento ABS d di colore verde sulla stampante A per 3 oggetti impiegando circa 1 ora, 4 ore e 7 ore per
stampare. Ogni barra indica l’emissione (TP) da un oggetto di stampa; i colori indicano
diversi intervalli di dimensioni delle particelle. I valori sulle barre colorate sono i rapporti delle emissioni
da tale intervallo di dimensioni delle particelle rispetto alle emissioni totali.

Il carbonio e l’ossigeno erano gli “elementi più abbondanti” presenti nelle emissioni di particelle, insieme a piccole quantità di metalli. Si sapeva anche che i filamenti di ABS emettevano stirene ed etilbenzene, mentre i filamenti di PLA erano noti per emettere lattide, acido lattico e metilmetacrilato. La ricerca mostra che, in generale, le concentrazioni di VOC possono essere superiori ai limiti normali negli uffici, ma variabili ambientali come il riscaldamento e l’aria condizionata possono essere responsabili della riduzione sostanziale dei livelli di tossine. Le particelle ultrafini sono estremamente mobili e possono coprire un’ampia superficie, e negli esseri umani possono interessare l’intero tratto respiratorio, così come gli organi e le cellule, attraverso il trasporto attraverso il flusso sanguigno.

“I risultati esistenti hanno rivelato i potenziali effetti sulla salute delle emissioni di stampanti 3D, mentre è necessario applicare e confrontare più valutazioni di tossicità utilizzando più metodi per avere una più ampia comprensione della tossicità delle emissioni di particelle”, afferma Zhang.

I test includevano un esame di quanto segue:

metodi
Condizioni operative della stampante
Marche di stampanti
Materiali a filamento
Marchi e colori
Estrusione e costruzione delle temperature delle piastre
“L’applicazione di un metodo di prova esistente alle stampanti 3D fornisce informazioni per lo sviluppo di un metodo di prova standard per stampanti 3D e fornisce un database per la valutazione dei limiti di emissione. Inoltre, potrebbe fornire approfondimenti per i produttori di stampanti 3D e filamenti per produrre prodotti a bassa emissione e sviluppare efficaci metodi di attenuazione “, afferma Zhang.

Le emissioni di particelle tendono ad essere maggiori quando inizia un lavoro di stampa 3D, costituito principalmente da particelle ultrafini e nanoparticelle.

“Per lavori di stampa più brevi, questi processi di aerosol dinamico non possono mai raggiungere lo stato stazionario prima della fine della stampa, mentre per lavori più lunghi, concentrazioni di varie dimensioni possono rimanere relativamente costanti dopo circa 1 ora di stampa (per questa condizione), indicando i processi di formazione delle particelle la crescita del vapore condensazionale, la coagulazione e la perdita raggiungono uno stato stazionario “, afferma Zhang.

“Rispetto ai profili di concentrazione numerici, l’area superficiale e le concentrazioni di massa richiedono più tempo per raggiungere il massimo. Il gran numero di particelle appena formate contribuisce poco alla superficie o alla massa, ma poiché la stampa continua a fornire vapori, la crescita delle particelle per condensazione dei vapori porta ad un aumento dell’area superficiale e delle concentrazioni di massa. “

Le marche di stampanti e i filamenti in particolare hanno fatto una grande differenza quando si utilizza l’ABS, mentre in termini di PLA la stampante 3D utilizzata ha avuto il maggior effetto. I numeri di ABS si sono rivelati da 3 a 104 volte superiori a quelli dei rendimenti di PLA, ma Zhang sottolinea che le differenze sono diverse per quanto riguarda le marche di stampanti 3D e anche la base di massa delle particelle deve essere presa in considerazione.

“Una coerenza tra i vari metodi ha mostrato che le particelle emesse dal PLA inducevano livelli simili di risposte a dosi molto inferiori rispetto alle particelle emesse dall’ABS, indicando che le particelle emesse dal PLA sono più tossiche su una base di massa di particelle. Tuttavia, i calcoli per l’esposizione complessiva hanno dimostrato che i filamenti ABS possono essere più dannosi a causa delle loro emissioni molto più elevate. Nel complesso, le stampanti 3D sono fonti di alti livelli di particelle ultrafini, che sono potenzialmente dannose per i loro utenti. Pertanto, le emissioni dovrebbero essere regolate e mitigate “, ha concluso la ricerca.

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