3D tlač spôsobila revolúciu vo výrobnom priemysle a ponúka bezkonkurenčnú flexibilitu pri vytváraní zložitých geometrií so širokou škálou materiálov. Jednou z významných obáv spojených s 3D tlačou, najmä pri použití určitých materiálov, je však emisia výparov. Tieto výpary môžu obsahovať potenciálne škodlivé častice a chemikálie, ktoré pri vdýchnutí predstavujú riziko pre zdravie operátorov. Ako dodávateľ odvzdušňovacej vložky 3D tlače sa ma často pýtajú, či odvzdušňovacia vložka môže znížiť riziko vdýchnutia výparov pri 3D tlači. V tomto blogu sa ponorím do tejto témy a preskúmam vedu za tvorbou výparov pri 3D tlači, ako fungujú odvzdušňovacie vložky a dôkazy podporujúce ich účinnosť.
Pochopenie tvorby výparov v 3D tlači
Aby sme pochopili úlohu ventilačných vložiek pri znižovaní rizika vdýchnutia výparov, je nevyhnutné najprv pochopiť, ako vznikajú výpary počas 3D tlače. Proces 3D tlače zahŕňa roztavenie alebo zmäkčenie filamentu alebo práškového materiálu a jeho následné ukladanie vrstvu po vrstve, aby sa vytvoril trojrozmerný objekt. Rôzne technológie a materiály 3D tlače produkujú rôzne úrovne a typy výparov.
Napríklad pri modelovaní tavenej depozície (FDM), čo je jedna z najbežnejších technológií 3D tlače, sa termoplastické vlákno zahrieva na teplotu topenia a vytláča sa cez trysku. Keď sa vlákno zahrieva, môže uvoľňovať prchavé organické zlúčeniny (VOC) a ultrajemné častice (UFP). Typy uvoľňovaných VOC a UFP závisia od zloženia vlákna. Bežne používané vlákna ako akrylonitrilbutadiénstyrén (ABS) a kyselina polymliečna (PLA) sa pri zahrievaní správajú odlišne. ABS má tendenciu vypúšťať viac potenciálne škodlivých VOC, vrátane styrénu, ktorý je známym ľudským karcinogénom, zatiaľ čo PLA emituje menej a menej toxických VOC.
V technológiách 3D tlače na báze prášku, ako je selektívne laserové spekanie (SLS) a tavenie elektrónovým lúčom (EBM), môže vysokoenergetický laserový alebo elektrónový lúč použitý na roztavenie prášku spôsobiť odparovanie materiálu, pričom vznikajú výpary, ktoré môžu obsahovať kovové častice (v prípade kovových práškov) alebo iné častice. Tieto výpary môžu operátori vdychovať, čo môže časom viesť k problémom s dýchaním, podráždeniu očí a iným zdravotným problémom.
Ako fungujú odvzdušňovacie vložky
Vetracia vložka je zariadenie určené na zlepšenie vetrania a kvality vzduchu v kryte 3D tlačiarne. Zvyčajne pozostáva z puzdra s poréznou alebo perforovanou štruktúrou, ktorá umožňuje prúdenie vzduchu pri zachytávaní alebo presmerovaní výparov.
Základným princípom ventilačnej vložky je vytvoriť cestu pre únik výparov z pracovnej oblasti tlačiarne. Keď prebieha 3D tlač, vzduch je nasávaný do krytu tlačiarne cez odvzdušňovaciu vložku. Keď vzduch prechádza cez vložku, porézna štruktúra zachytáva časť väčších častíc vo výparoch. Prúd vzduchu vytvorený odvzdušňovacou vložkou navyše pomáha riediť koncentráciu výparov vo vnútri krytu a smeruje výpary do výfukového systému, ak je pripojený.
Niektoré odvzdušňovacie vložky sú vybavené aj filtrami, ako sú aktívne uhlíkové filtre alebo vysokoúčinné vzduchové filtre pevných častíc (HEPA). Filtre s aktívnym uhlím sú účinné pri adsorpcii VOC, zatiaľ čo HEPA filtre dokážu zachytiť vysoké percento UFP. Spojením fyzickej separácie, ktorú poskytuje porézna štruktúra s filtračnými schopnosťami týchto filtrov, môžu odvzdušňovacie vložky výrazne znížiť množstvo škodlivých častíc a chemikálií vo vzduchu, ktoré sa dostanú k operátorovi.
Dôkazy podporujúce účinnosť odvzdušňovacích vložiek
Početné štúdie skúmali účinnosť ventilačných systémov pri znižovaní emisií výparov pri 3D tlači a výsledky poskytujú silnú podporu pre použitie ventilačných vložiek.
Štúdia publikovaná v časopise „Environmental Science & Technology“ skúmala vplyv lokálneho odsávacieho vetrania na emisie častíc počas FDM 3D tlače. Vedci zistili, že pri správnom vetraní sa koncentrácia UFP v okolitom vzduchu výrazne znížila. Použitím ventilačného systému podobného konceptu odvzdušňovacej vložky sa množstvo UFP uvoľňovaných do vnútorného prostredia znížilo až o 90 %.
Ďalší výskumný projekt bol zameraný na práškovú 3D tlač. Štúdia analyzovala výkon zariadenia podobného ventilačnej vložke v 3D tlačiarni SLS. Výsledky ukázali, že zariadenie bolo schopné zachytiť veľkú časť kovových častíc generovaných počas procesu tlače, čím sa znížilo riziko vdýchnutia pre operátorov. Výskumníci merali koncentráciu častíc vo vzduchu pred a po inštalácii ventilačnej vložky a pozorovali podstatné zníženie počtu častíc v zóne dýchateľného vzduchu.
Prípadové štúdie
Pozrime sa na niekoľko skutočných príkladov toho, ako boli ventilačné vložky prospešné v prostrediach 3D tlače.
Malá 3D tlačiareň, ktorá sa špecializovala na výrobu dielov vyrobených na mieru pre automobilový priemysel, zažívala pri tlači s ABS vláknami vysokú úroveň výparov. Po nainštalovaní odvzdušňovacej vložky do tlačiarní operátori zaznamenali výrazné zlepšenie kvality vzduchu v dielni. Silný zápach spojený s ABS tlačou bol výrazne znížený a operátori hlásili menej prípadov podráždenia očí a hrdla. Tým sa zlepšili nielen pracovné podmienky, ale aj celková produktivita, keďže sa operátori cítili pohodlnejšie a sústredenejšie.
Vo výskumnom laboratóriu, ktoré vykonávalo experimenty s kovovou 3D tlačou, vrátane výroby komponentov ako naprKovový držiak na 3D tlačaObežné koleso čerpadla IN718 vytlačené 3D tlačou, rozhodujúce bolo použitie odvzdušňovacích vložiek. Laboratórium sa obávalo vdýchnutia kovových častíc výskumníkmi. Začlenením ventilačných vložiek s HEPA a filtrami s aktívnym uhlím do svojich tlačových zostáv bolo laboratórium schopné efektívne znížiť koncentráciu kovových častíc a škodlivých VOC vo vzduchu, čím sa zabezpečilo bezpečnejšie pracovné prostredie pre každého.
Potenciálne obmedzenia
Aj keď sú odvzdušňovacie vložky účinné pri znižovaní rizika vdýchnutia výparov, majú určité obmedzenia. Účinnosť odvzdušňovacej vložky závisí od jej dizajnu, kvality filtrov (ak existujú) a veľkosti a usporiadania krytu 3D tlačiarne. Zle navrhnutá ventilačná vložka nemusí vytvárať dostatočné prúdenie vzduchu, čo má za následok neefektívne odvádzanie výparov. Okrem toho je potrebné pravidelne vymieňať alebo čistiť filtre vo vetracej vložke, aby sa zachovala ich účinnosť. Ak nie sú filtre správne udržiavané, môžu sa upchať, čím sa zníži prietok vzduchu a výpary môžu uniknúť späť do okolitého vzduchu.
Záver
Záverom možno povedať, že ventilačná vložka môže výrazne znížiť riziko vdýchnutia výparov pri 3D tlači. Veda, ktorá stojí za tvorbou výparov pri 3D tlači, ukazuje, že počas procesu tlače sa uvoľňujú škodlivé častice a prchavé organické zlúčeniny a odvzdušňovacie vložky fungujú tak, že tieto výpary zachytávajú a presmerujú, ako aj riedenie ich koncentrácie vo vzduchu. Výskumné štúdie a reálne prípadové štúdie poskytujú silné dôkazy o účinnosti ventilačných vložiek pri zlepšovaní kvality vzduchu a ochrane zdravia operátorov 3D tlače.
Je však dôležité vybrať si kvalitnú odvzdušňovaciu vložku a zabezpečiť správnu údržbu, aby sa maximalizovali jej výhody. Ak ste nadšencom 3D tlače alebo podnikáte vo výrobe 3D produktov, ako je napríklad tvorbaRadiátor Dragster pre 3D tlač, dôrazne sa odporúča zvážiť použitie vetracej vložky na ochranu zdravia vašich operátorov a zlepšenie celkového pracovného prostredia.
Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich produktoch 3D tlače odvzdušňovacích vložiek alebo by ste chceli prediskutovať potenciálny nákup, neváhajte nás kontaktovať pre podrobnú konzultáciu o produkte a rokovania o obstarávaní.
Referencie
- Štúdia o lokálnej odsávacej ventilácii a emisiách častíc počas FDM 3D tlače – Environmental Science & Technology.
- Výskum odvzdušňovacieho zariadenia v 3D tlači SLS na zachytávanie kovových častíc.