Comme nous l’avons vu dans notre précédent article : “Quel filament d’imprimante 3D émet le plus de nanoparticules ?”. L’utilisation de filtres d’imprimante 3D lors des impressions est désormais indispensable pour vous protéger de ces émissions toxiques.
Ces deux graphiques réalisés par le BFR montrent au cours d’une impression 3D, la quantité de particules émise en fonction de leur taille. Le premier traite du PLA et le second de l’ABS. Grâce à ces relevés nous pouvons voir que ces filaments émettent principalement des nanoparticules en dessous des 300 nm ( de 10 à 200nm pour la grande majorité). Et qu’il est important d’utiliser un filtre testé sur cette plage de taille.
Pour cela, nous disposions d’un banc de mesure spécialement dédié à l’étude des particules émises lors d’impressions 3D :
Pour mesurer l’efficacité de nos filtres P3D, nous avons réalisé plusieurs séries de tests, en alternant une mesure avant filtre dans le caisson et une mesure en sortie de filtre.
À la date de l’étude, en 2021, le banc de mesure était encore en développement. Les prises de mesures avaient donc été faites manuellement en amont et en aval du filtre dans le conduit.
II. Évaluer l’efficacité du filtre d’imprimante 3D P3D en fonction de la concentration de particules présentes dans le caisson
Pour mesurer l’efficacité du filtre P3D, nous avons choisi de le tester sur différents filaments de la marque PRUSAMENT et PRUSA :
III. Comparons l’efficacité du filtre d’imprimante 3D en fonction du filament, mais également en fonction du débit d’air
Concernant l’efficacité en fonction des filaments, nous constatons donc que la nature du filament a un impact sur l’efficacité du filtre. Nous pouvons expliquer ce phénomène en considérant la taille des particules émises au cours du processus d’impression.
- L’ABS est imprimé à plus haute température que le PETG qui est lui-même imprimé à plus haute température que le PLA.
- Nous retrouvons la même hiérarchie dans l’efficacité du filtre ce qui semble confirmer que la température d’extrusion élevée génère plus de particules de petite taille (moins de 100 nm) ce qui réduit l’efficacité de la filtration.
- Mais nous ne pouvons pas déterminer dans quelle proportion la composition du filament et la température d’extrusion influent sur la taille de particules émises. Une étude de granulométrie des particules serait pertinente à ce sujet.
En ce qui concerne l’efficacité de la filtration en fonction de son débit d’air, nous pouvons observer une élévation de celle-ci en réduisant le flux d’air. En contrepartie, la concentration dans le caisson sera plus importante avec un taux de renouvellement d’air plus faible dans le caisson de l’imprimante. Ce débit d’air peut également avoir un impact sur la qualité d’impression.
En règle générale, le filament, avec une température d’extrusion plus importante, émet plus de particules. Cependant ce n’est pas toujours le cas, le Polycarbonate s’imprime à une température plus élevée que l’ABS (275°C) pourtant il n’est pas plus émissif. Pour compléter ces résultats, nous réaliserons très prochainement des tests complémentaires sur d’autres filaments.
IV. Qu’en est-il du changement de filament ?
Le taux de production de nanoparticules lors de ces procédures est encore une fois élevé.
Lors d’un changement de filament, nous remarquons plusieurs phénomènes spécifiques :
- La production de particules est rapide et importante dès la chauffe de l’extrudeur.
- La ventilation permet de réduire significativement la durée à forte concentration en particules dans le caisson d’imprimante 3D : moins de 5 minutes avec ventilation contre plus de 20 minutes sans ventilation.
- Le pic de concentration en particules est mesuré environ 2 minutes après le changement de filament. Cela peut s’expliquer par la latence de lecture du compteur de particules.
V. Nos recommandations
Grâce à ces différentes mesures nous avons pu établir certaines conclusions et recommandations.
Nous avons testé l’efficacité de la ventilation rapide. Dans le scénario suivant, survient un défaut d’impression qui nécessite un arrêt rapide du processus de fabrication suivi d’un accès au volume d’impression de la machine. Cependant, l’activation de la ventilation rapide (100% de la puissance de la ventilation soit 40 m³/h en débit d’air) permet de faire baisser la concentration en particules de 500 000 p/cm³ à moins de 10 000 p/cm³ en 4 minutes.
Selon les filaments utilisés, l’efficacité du filtre P3D peut varier.
Pour cela, nous recommandons aux opérateurs de:
- Favoriser des filaments peu émissifs tel que le PLA.
- Utiliser en continu une ventilation puisque les niveaux de pollution atmosphérique sont systématiquement dépassés lors des impressions.
- Rendre accessible hors caisson les interfaces de contrôle de la ventilation et de l’imprimante pour éviter l’exposition en cours d’impression.
- Réduire son temps d’exposition.
- Une fois l’impression terminée, il est recommandé de refermer le caisson avec la ventilation. Bien qu’il y ait peu d’études sur la toxicité des nanoparticules pour le corps humain, il est difficile de déterminer à quel niveau de concentration cela devient toxique.
Par mesure de précaution, il est donc préférable de limiter le temps d’exposition, en particulier lors des phases d’accès au volume d’impression telles que le changement de filaments et en fin d’impression.
Recommandations de ventilation avec carte de contrôle électronique (filtre P3D)
Compatible avec la carte de contrôle V2
- ABS : ventilation 80% jusqu’au démarrage de l’impression. Pendant l’impression, 30 à 40% et ventilation jusqu’à refroidissement du plateau
- PETG/PLA : ventilation 80% jusqu’au démarrage de l’impression. Pendant l’impression, 50 à 70% et ventilation jusqu’à refroidissement du plateau
- Au début et à la fin du cycle d’impression, vous pouvez également utiliser une vidange rapide si vous avez besoin d’un accès immédiat à votre imprimante.
VII. Rappel : quand changer le filtre d’imprimante P3D ?
La durée de vie du filtre est de 600 heures dans les moins bonnes conditions possibles :
- Utilisation de filaments très émissifs type ABS
- Températures de filtration élevées (45 à 60 °C)
- Environnement humide
Il existe plusieurs facteurs qui permettent de déterminer la durée de vie d’un filtre. Tout d’abord, nous recommandons de renouveler le filtre tous les 6 mois quand il s’agit d’une utilisation occasionnelle
Tant que les filtres sont conservés dans leur emballage d’origine, à l’abris de la lumière et de l’humidité, leur efficacité n’est pas altérée et ils peuvent être utilisés jusqu’à un an après achat
Cependant, dès que le filtre est sorti de son sachet, il commence à saturer et son efficacité sera réduite après 6 mois d’exposition à l’environnement naturel
Et vous plus d’informations sur l’impact de la température en impression 3D vous pouvez consulter cette vidéo :
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