I. Quelle est la signification de COV ?
COV est l’acronyme de “composé organique volatile“. Les COV ont des points d’ébullition très bas et sont facilement libérés sous forme de vapeur ou de gaz par les produits qui les contiennent. L’origine de cette substance peut être artificielle ou naturelle. Certains sont connus pour être inoffensifs pour la santé, les autres sont toxiques pour l’homme.
Parmi les COV les plus courants figurent le formaldéhyde, le benzène, le styrène, l’acétone… et ils sont produits par de nombreux produits de consommation tels que les cigarettes, la colle, les peintures, les liquides de nettoyage à sec, les produits de préservation du bois et les résines d’imprimante. Les équipements de nettoyage et de désinfection, les désodorisants, les matériaux de construction, les imprimantes, les photocopieuses, les pesticides, etc. Les COV sont présents partout autour de nous, y compris dans les objets ménagers.
Source : Internet
II. Les COV dans l’impression 3D
En fait, quand nous parlons d’émissions dans l’impression 3D, nous discutons principalement des nanoparticules dans le FDM et des COV libérés dans les résines d’impression 3D SLA. Ces composés sont émis par les matériaux utilisés dans les imprimantes 3D, notamment lors de l’impression avec certains types de filaments (ABS) ou de résines.
Pour le SLA, les COV dans l’impression 3D font référence aux gaz et vapeurs émis avant l’impression (préparation du matériau), pendant le processus d’impression, et après l’impression (nettoyage). Ils peuvent présenter des risques pour la santé des personnes qui y sont exposées, y compris les fabricants et les personnes se trouvant à proximité, qui peuvent tous être affectés par l’émission de COV.
Comparaison entre les particules ultrafines et les COV
Voici un aperçu de l’implication des COV dans l’impression 3D :
1. Impression FDM et émissions de COV
Les émissions (COV) provenant des imprimantes 3D par dépôt de matière fondue (FDM) sont préoccupantes en raison des risques pour la santé liés à l’inhalation de ces composés. Des études ont montré que les différents types de filaments utilisés dans l’impression FDM, comme l’ABS et le PLA, libèrent différentes quantités de COV au cours du processus d’impression. Le processus de chauffage de ces matériaux plastiques pour créer les objets imprimés en 3D entraîne la libération de COV.
Source: Science et technologie de l’environnement
Il a été constaté que les filaments ABS, en particulier, libèrent un plus grand nombre de COV que les filaments PLA. Cela suggère que les utilisateurs d’ABS puissent être exposés à des volumes plus élevés d’émissions potentiellement dangereuses. Parmi les COV identifiés dans les émissions figurent le styrène, dont on sait qu’il est libéré par l’ABS, et le lactide, qui provient du PLA. D’autres types de filaments, comme l’ASA et le nylon, peuvent également dégager des COV.
COV dans l’impression 3D FDM
2. Impression SLA et émissions de COV
L’impression SLA libère significativement plus de COV par rapport à l’impression FDM. En effet, les émissions de COV provenant de l’impression SLA peuvent être de 3 à 6 fois plus élevées.
L‘étude a été publiée en 2022 par l’American Chemical Society. Ils ont identifié et quantifié une liste complète de COV émis à l’aide d’un laboratoire d’analyse établi qui comprend une base de données spécifique aux environnements intérieurs. Voici quelques-unes des principales conclusions de l’étude :
- 🔍 Émission importante de COV, faible émission de particules: L’étude a observé des émissions minimes de particules, mais a identifié 30 à plus de 100 COV individuels émis au cours des différentes phases du processus d’impression 3D SLA, notamment l’impression, le lavage et le durcissement. Les émissions totales de COV étaient nettement plus élevées que celles de l’impression 3D par extrusion de matériaux, les principaux COV étant liés à la résine et aux produits chimiques utilisés dans ces processus.
- 🛠️ Variété de produits chimiques émis: Un mélange complexe de sensibilisants, d’agents cancérigènes, d’irritants et de produits chimiques inflammables, notamment des esters, des alcools, des aldéhydes, des cétones, des aromatiques et des hydrocarbures, a été identifié comme étant des émissions provenant des procédés SLA. Ces émissions peuvent présenter un risque pour la qualité de l’air intérieur et la santé humaine, en particulier dans les environnements non industriels où les imprimantes 3D sont couramment utilisées.
- 🚨 Risques sanitaires liés à l’exposition: Les COV émis, y compris des irritants et des cancérogènes connus comme le formaldéhyde et le naphtalène, pourraient dépasser les niveaux recommandés à l’intérieur des bâtiments, ce qui pourrait provoquer des irritations et d’autres effets sur la santé des utilisateurs.
Émissions de COV (composés organiques volatils) à différentes étapes du processus d’impression 3D SLA. Source: ACS Chem : ACS Chem. Health Saf
- Phase de pré-impression: Avant le début de l’impression, la concentration de COV en arrière-plan est relativement faible, le diagramme à barres indiquant un niveau légèrement supérieur à 1 000 µg/m³.
- Phase d’impression: Pendant l’impression, la concentration de COV et les taux d’émission augmentent fortement. La concentration culmine bien au-dessus de 6 000 µg/m³, ce qui est nettement plus élevé que les niveaux enregistrés avant l’impression. De même, le taux d’émission pendant l’impression augmente également, dépassant sensiblement le taux de fond, mais ne culmine pas aussi haut que la concentration.
- Phase post-impression: Après l’impression, au cours de la phase de “décroissance”, la concentration et les taux d’émission diminuent, mais restent supérieurs aux niveaux de fond. Au cours de la phase de lavage, les taux d’émission augmentent à nouveau légèrement, ce qui se traduit par une hausse des barres bleues. Pendant la phase “Cure”, la concentration et les taux d’émission diminuent, les taux d’émission se rapprochant des niveaux de fond.
- Émissions de COV spécifiques: Le deuxième graphique énumère les COV spécifiques émis pendant les phases d’impression, de lavage et de séchage. Ici, l’isopropanol présente un pic d’émissions notable pendant la phase de “lavage”, atteignant un taux d’émission de plus de 800 µg/h.
Notre petit test montre que les résines d’impression 3D émettent des niveaux plus élevés de COV lorsque nous les ouvrons.
III. Laboratoires dentaires et fabricants d’équipements médicaux ⚠️
L’un des principaux secteurs utilisant largement les méthodes SLA est celui de la fabrication d’équipements médicaux. Ces fabricants utilisent l’impression 3D SLA pour créer une variété d’équipements médicaux, y compris des instruments chirurgicaux, des implants dentaires, des modèles médicaux, etc.
La technologie SLA permet la production rapide de pièces médicales et dentaires détaillées et spécifiques. La technologie SLA permet de produire rapidement des pièces médicales et dentaires détaillées et spécifiques. Elle est particulièrement utile pour les travaux dentaires personnalisés dans les cliniques et les laboratoires, ainsi que pour créer des dispositifs médicaux économiquement viables.
Cependant, les fabricants de dispositifs médicaux devraient absolument se préoccuper davantage des COV émis au cours du processus d’impression 3D. Les travailleurs impliqués dans les étapes d’impression 3D et de post-traitement courent un risque plus élevé d’exposition aux COV si une ventilation adéquate n’est pas mise en place . ⚠️
Source: Formlabs
IV. Quels sont les impacts des COV sur la santé humaine ?
Les COV sont présents dans l’air, notamment à l’intérieur des locaux. Certaines substances ne présentent aucun risque pour l’homme, tandis qu’une exposition excessive à d’autres peut entraîner des problèmes respiratoires, ainsi que des problèmes au niveau des yeux, du nez et de la gorge. Dans les cas les plus graves, les reins, le foie et le système nerveux central, entre autres, peuvent être endommagés.
L’exposition à de grandes quantités de COV sur une période prolongée peut même provoquer des cancers importants. Les enfants et les asthmatiques sont plus vulnérables aux effets négatifs de ce composé. Selon un article publié par l’American Lung Association, les COV ont un impact sur le système respiratoire et les poumons, ce qui entraîne une faiblesse musculaire.
Les COV présents dans les résines d’impression 3D et leurs effets négatifs
| Type de COV | Effets négatifs |
|---|---|
| Acrylates (très forte concentration) | Irritation de la peau, irritation des voies respiratoires, réaction allergique de la peau |
| Méthacrylates | Similaires aux acrylates, ils peuvent également être neurotoxiques. |
| Formaldéhyde | Irritation des yeux, du nez et de la gorge, cancérogène potentiel |
| Toluène | Vertiges, maux de tête, nausées, problèmes potentiels de reproduction |
| Xylène | Similaire au toluène, également irritant pour la peau |
| Hydrocarbures aromatiques | Problèmes respiratoires, irritation de la peau, certains peuvent être cancérigènes. |
| Alcool isopropylique (IPA) | Irritation de la peau, irritation des voies respiratoires, irritation des yeux, inflammabilité |
| Acétone | Irriter les yeux, le nez et la gorge. À des concentrations élevées, il peut provoquer des maux de tête, des vertiges et des nausées. |
| Styrène | Irritation des yeux, du nez et de la gorge, maux de tête, vertiges, nausées, difficultés de concentration, effets potentiels à long terme sur la santé comme le cancer (selon le CIRC). |
📝 Remarque :
- Ce tableau énumère certains des COV les plus courants présents dans les résines d’impression 3D. Les COV spécifiques présents peuvent varier en fonction de la marque et de la formulation de la résine.
- Le CIRC (Centre international de recherche sur le cancer) fait partie de l’Organisation mondiale de la santé (OMS).
V. Réduire les risques
Pour réduire les risques associés aux émissions de composés organiques volatils (COV) provenant de l’impression (SLA) dans des environnements tels que les cliniques dentaires, les laboratoires dentaires et les installations de fabrication d’équipements médicaux, envisagez de mettre en œuvre les solutions suivantes :
✅ Enceinte PrintBox SLA : Proposé par Alveo3D, ce boîtier est spécialement conçu pour contenir les imprimantes SLA, réduisant ainsi efficacement la diffusion des COV dans l’espace de travail. Il s’agit d’une solution ciblée pour maintenir la qualité de l’air pendant le processus d’impression.
Avec une couche de 50mm d’épaisseur de charbon actif, il permet de traiter une meilleure absorption des COV). Pour découvrir toutes nos solutions pour la sécurité de l’impression 3d en résine, vous pouvez lire entièrement notre article 👉: La meilleure solution pour la sécurité de l’impression 3d en résine.
✅ Un espace de travail bien ventilé: Veillez à ce que la zone où se déroule l’impression SLA soit bien ventilée. Cela permet de diluer et d’éliminer les contaminants en suspension dans l’air, y compris les COV, réduisant ainsi l’exposition potentielle.
✅ Zones de polymérisation et de post-traitement appropriées: Désigner des zones spécifiques pour le séchage et le post-traitement des articles imprimés. Ces zones doivent être équipées d’une ventilation supplémentaire ou de systèmes de purification de l’air pour traiter efficacement les dégagements gazeux.
✅ Contrôles réguliers de la qualité de l’air: Mettre en place une routine de contrôle régulier de la qualité de l’air au sein de l’établissement pour s’assurer que les niveaux de COV restent dans des limites sûres.
✅ Utilisation d’équipements de protection : Lors de la manipulation de résines non polymérisées ou pendant le post-traitement des pièces imprimées, le personnel doit utiliser des équipements de protection individuelle (EPI) appropriés, tels que des gants, des masques et des lunettes.
En adoptant ces mesures, les installations utilisant la technologie SLA peuvent réduire de manière significative les risques sanitaires associés aux émissions de COV, garantissant ainsi un environnement de travail plus sûr pour toutes les personnes concernées.
VI. L’avis Alveo3D
En réalité, les fabricants cherchent à fabriquer de la résine et du filament sans odeur, mais cela pourrait inciter les gens à être moins vigilants. La transparence sur les niveaux de toxicité des COV et leurs effets est cruciale pour la sécurité de l’impression 3D. La sécurité de l’impression 3D, notamment en ce qui concerne les émissions et les matériaux, mérite un débat plus ouvert.
Les fabricants d’imprimantes 3D devraient informer d’emblée les acheteurs des dangers potentiels :
- Manuels d’utilisation : Aller au-delà des avertissements de base. Inclure des informations détaillées sur les risques associés aux émissions de COV, aux fumées et aux nanoparticules.
- Recommandations en matière de ventilation : Les entreprises pourraient donner des conseils sur les réglages de ventilation appropriés pour les différents types d’imprimantes.
- Se concentrer sur des matériaux plus sûrs : Investir dans la recherche et le développement de filaments et de résines à faible taux d’émission serait bénéfique pour tous.
- Filtre à haute efficacité: Recherchez des filtres certifiés ou testés par des laboratoires indépendants.
Références
- Zhang, Q., Davis, A. Y., & Black, M. S. (2022). Emissions and Chemical Exposure Potentials from Stereo lithography Vat Polymerization 3D Printing and Post-processing Units. ACS Chemical Health & Safety, 29(3), 184–191.
- Azimi, P., Zhao, D., Pouzet, C., Crain, N. E., & Stephens, B. (2016). Emissions of Ultrafine Particles and Volatile Organic Compounds from Commercially Available Desktop Three-Dimensional Printers with Multiple Filaments. Environmental Science & Technology, 50(3), 1260–1268.
- Emissions de composés organiques volatils en impression 3D (Marianne Guillemot, INRS) https://www.inrs.fr/dms/inrs/PDF/Actes-et-comptes-rendus/JT-fabrication-additive/6_GUILLEMOT.pdf/6_GUILLEMOT.pdf
VII. FAQ
1. La résine elle-même émet des COV ?
Oui, la résine elle-même émet des COV même lorsque vous ouvrez la bouteille.
- Dégagement de résine : La résine est un mélange liquide qui contient des COV sous forme de solvants et d’autres composants. Ces COV peuvent s’échapper de l’état liquide et se retrouver en suspension dans l’air, même à température ambiante, un processus appelé dégazage.
- Ouverture de la bouteille : Lorsque vous ouvrez la bouteille, vous créez une plus grande ouverture pour que ces COV s’échappent dans l’air ambiant.
Même si une résine est annoncée comme “à faible odeur” ou “sans COV”, il est toujours préférable de la traiter avec prudence et de suivre des pratiques de manipulation sûres.
2. Les COV sont capturés par la résine liquide pendant le processus d'impression ?
Non, les COV ne sont généralement pas capturés par la résine liquide pendant le processus d’impression 3D. En fait, le processus d’impression lui-même peut souvent favoriser la libération de COV par la résine. Voici pourquoi :
- La résine en tant que mélange: La résine est un mélange liquide contenant divers composants, notamment des monomères photopolymérisables (qui réagissent pour former l’impression solide), des solvants et des additifs. Les COV sont souvent présents dans la partie solvant pour maintenir la résine à l’état liquide et influencer d’autres propriétés.
- Le processus d’impression: Pendant l’impression, la résine est exposée à la lumière (laser ou UV) selon la technologie utilisée. Cette lumière déclenche une réaction dans les monomères photopolymérisables, qui se solidifient et forment l’objet imprimé.
- Rejet de COV: La lumière et la chaleur générées au cours de ce processus peuvent également entraîner l’évaporation d’une partie des COV contenus dans la résine et leur mise en suspension dans l’air.
3. Les processus de nettoyage de l’impression 3D émettent-ils des COV ?
Oui, le processus de nettoyage de l’impression 3D émet des COV de manière significative :
- Solvants de nettoyage : De nombreux solvants de nettoyage couramment utilisés pour l’impression 3D, tels que l’ alcool isopropylique(IPA), l’acétone et la méthyléthylcétone (MEK), sont eux-mêmes des COV. Ils s’évaporent facilement et peuvent libérer des fumées dans l’air.
- Résidus de résine : La résine non polymérisée ou partiellement polymérisée laissée sur l’impression ou dans le récipient de nettoyage peut également émettre des COV en continuant à polymériser ou à s’évaporer.
