En la impresión 3D, las nanopartículas están por todas partes. La exposición crónica o repetida a estos contaminantes puede dañar la salud y reducir potencialmente la esperanza de vida.
La impresión 3D FDM ha mostrado un riesgo potencial para la salud de los operarios expuestos a humos tóxicos causados por la fusión del plástico en salas mal ventiladas o sin ventilación. Estas emisiones tóxicas se componen principalmente de nanopartículas con concentraciones que oscilan entre 10 y 100 nm.
Para comprender mejor el peligro que pueden causar estas emisiones, asegúrese de leer nuestro artículo anterior: “Emisiones de nanopartículas de impresoras 3D, peligros y solución“.
Hoy nos centramos en el principal riesgo: las emisiones de nanopartículas, también llamadas partículas ultrafinas.
II. Los filamentos habituales de las impresoras 3D
En nuestro estudio realizado en 2021, confirmamos que las emisiones de nanopartículas difieren en función de los filamentos utilizados. En efecto, para cuantificar el número de nanopartículas producidas en un recinto durante una impresión. Nos centramos en 3 de los filamentos más utilizados:
- ABS: Conocido por su rigidez y su buena resistencia a los golpes, pero también por su elevada temperatura de extrusión (250 °C). Sin embargo, es más difícil de imprimir.
- PLA: Muy popular y poco sensible al alabeo, puede utilizarse fácilmente para imprimir piezas grandes, pero no resiste las altas temperaturas. La temperatura de extrusión es de 215 °C.
- PETG: Uno de los filamentos más conocidos y utilizados en el mundo gracias a su buena resistencia a los golpes, su facilidad de impresión, su estabilidad, pero también por su transparencia. La temperatura de extrusión es de 245 °C.
Realizamos una campaña de medidas en las instalaciones de Alveo3D, utilizando nuestro propio banco de medidas especialmente dedicado al estudio de las nanopartículas emitidas por las impresoras 3D de sobremesa.
Estudiamos estas emisiones utilizando un contador de condensación Palas modelo ENVI- CPC-100. El rango de medida del aparato va de 7 a 5000 nm con una precisión del 5% hasta 100 000 p/cm3 y del 10% más allá. Así, el tamaño de las nanopartículas emitidas por la fusión de los filamentos que se midieron en este estudio se sitúa principalmente entre 10 y 200 nm.
Para generar las partículas, se utilizó una impresora 3D Prusa MK3S en una cámara de flujo de aire controlado montada en un banco de medición fabricado por Alveo3D. Estas series de mediciones se realizaron imprimiendo el mismo modelo.
Para cada filamento de plástico, las partículas se midieron siguiendo 3 pasos distintos:
- Paso 1: Medición en la caja sin ventilación de aire
- Paso 2: Medición en el recinto con ventilación de aire
- Paso 3: Medición después de la filtración
Las impresoras 3D son generadoras de partículas. El flujo de aire se dirige al conducto de muestreo, que obliga a las partículas a atravesar el filtro. La sección aguas arriba del filtro permite realizar mediciones de la producción de partículas en el recinto de la impresora 3D.
Esta configuración es comparable a las condiciones de uso reales de las impresoras 3D equipadas con carcasas de seguridad ALVEO3D. La sección aguas abajo del conducto representa el aire “limpio” que sale del filtro.
Cada proceso de impresión 3D se programó con el mismo archivo GCODE, (un lenguaje de programación que permite a la máquina entender las instrucciones necesarias para producir la pieza final). Además, las temperaturas de extrusión aplicadas estaban dentro del rango recomendado por el fabricante.
Para cada uno de estos pasos, medimos las emisiones de nanopartículas. Las mediciones nos permitieron controlar la emisión de nanopartículas emitidas por esos filamentos.
III. ¿Es realmente el ABS el filamento más tóxico?
Emisiones de filamento ABS:
- Resultó ser el filamento más emisivo, probablemente debido a su composición química y/o temperatura de extracción. . De 200 a 300 veces más nanopartículas que la contaminación atmosférica normal.
- Sin ventilación: picos de alta concentración de nanopartículas durante todo el proceso de impresión. Alto riesgo para el operario.
- Con ventilación: limitación de los picos de emisión de nanopartículas. Pero un riesgo importante durante la impresión 3D.
- Postfiltración: reducción significativa de la concentración de nanopartículas en el aire. De acuerdo con los valores de contaminación atmosférica.
Emisiones de filamento PLA :
- Gracias a una temperatura de extracción inferior, podemos decir que el PLA es un filamento de baja emisión en comparación con el ABS, mientras que genera concentraciones de 5 a 10 veces superiores a la contaminación atmosférica.
- Sin ventilación: De media, la contaminación del aire con partículas se multiplica por tres
- Con ventilación: hay más contaminación por partículas que en la medición anterior sin ventilación. Nuestra teoría implica que la agitación del aire genera variaciones en la concentración de partículas en el volumen del recinto de una impresora 3D. Las concentraciones superan los 100.000 p/cm3, lo que sigue siendo un nivel elevado y, por tanto, requiere limitar la exposición.
- Post-filtración: Reducción significativa de la contaminación, la concentración es inferior a 1.000 p/cm3 (inferior a la contaminación atmosférica) durante todo el proceso de impresión.
Emisiones de filamento PETG:
- Un poco más emisivo que el PLA pero menos que el ABS
- Sin ventilación: picos de partículas pero no tan altos como sin ventilación. El pico pasa de 200000 p/cm3 a aproximadamente 48000 p/cm3. 10 veces inferior al ABS pero 10 veces superior a la contaminación atmosférica.
- Con ventilación: La concentración máxima se limita y el índice medio disminuye. El riesgo se reduce, pero sigue presente durante la impresión.
- Postfiltración: eficacia del filtro notable: la concentración de partículas es inferior a la de la contaminación atmosférica.
Para saber más sobre nuestro filtro P3D y su eficacia, le invitamos a leer los siguientes artículos:
- Eficacia del filtro
- Pruebas de nuestro filtro
IV. ¿Cómo protegerse de las emisiones de nanopartículas?
Con estas diferentes mediciones, hemos podido establecer algunas conclusiones y recomendaciones
Dependiendo de los filamentos utilizados, las emisiones de partículas finas pueden variar. Por lo tanto, recomendamos a los operadores que utilicen filamentos de bajas emisiones, como el PLA. Por otra parte, además de una filtración de aire de buena calidad, se recomienda utilizarla de forma continua, ya que al imprimir se superan sistemáticamente los niveles de contaminación atmosférica.
- Tener las interfaces de control del ventilador y de la impresora accesibles fuera de la caja para evitar la exposición al imprimir.
- Se recomienda reducir el tiempo de exposición. Una vez realizada la impresión, también se recomienda cerrar la cámara con la ventilación encendida. Dado que muy pocos estudios demuestran los efectos de las nanopartículas en términos de toxicidad en el cuerpo humano, es difícil decir a qué nivel de concentración de partículas puede llegar a ser tóxico para la salud. Por lo tanto, es importante aplicar un principio de precaución limitando el tiempo de exposición, especialmente cuando se accede a la impresora al cambiar los filamentos y al final del proceso de impresión.
V. Recomendaciones de ventilación con tarjeta de control electrónico (tarjeta V2 + filtro P3D)
- ABS: 80% de ventilación hasta el inicio de la impresión. 30 a 40% durante toda la impresión y hasta que la apuesta se enfríe.
- PETG/PLA: 80% de ventilación hasta el inicio de la impresión. 50 a 70% durante la impresión y hasta que la cama se enfríe.
- Al principio y al final del ciclo de impresión, también puede vaciar rápidamente la impresora si necesita acceder a ella inmediatamente.
¡ATENCIÓN! La velocidad de ventilación puede influir en la calidad de impresión, especialmente en el caso de filamentos sensibles a la deformación. Por lo tanto, es importante adaptar esta velocidad de ventilación a las condiciones de temperatura a las que estará expuesta la impresora 3D y aumentar el tiempo de ventilación cuando el sistema de filtración se utilice a baja velocidad.
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