3D 打印 - 评估 3D 打印笔的粒子排放

3D 打印机和笔可能会发出颗粒和挥发性物质。我们开发了一种分析 3D 笔排放的方法。我们的方法简单，易于实施，设置经济高效。

它可用于描述用户呼吸区附近的颗粒排放。此技术还可用于分析来自其他来源和设备（如喷雾产品或消融过程）的气溶胶排放。在开始实验之前，请选择能够产生温度超过 200 摄氏度的 3D 打印笔，并选择直径为 1.75 毫米的长丝，适合 3D 笔。

清洁干燥器内部，一侧有一个入口，用于插入 3D 打印笔，顶部有一个出口，用于插入采样管。确保与 3D 笔的连接时有一个进气口。出口管应距离 3D 打印笔的尖端 10 厘米，以模拟用户头部与发射源之间的距离。

在开始 3D 笔气溶胶排放测量前 10 分钟，打开 CPC 和 SNP 在线测量仪器，并预装带感兴趣的灯丝的 3D 笔。当笔冷却后，将 HEPA 过滤器连接到 SMPS 入口，然后使用 SMPS 运行清洁检查测量，以确保 SMPS 不会受到先前测量的污染。将腔室出口连接到 CPC 入口，并使用 CPC 检查腔室内的浓度，以确保腔室清洁，并确保实验在相同条件下运行。

要测量 3D 笔气溶胶排放，请将预装和冷却的 3D 笔插入腔室，并确保腔室的出水管与 CPC 相连。启动连接到 CPC 的计算机并打开一个新文件，其名称适合进行测量。确保 CPC 流量设置为每分钟 0.3 升，并测量背景浓度 10 分钟。

在测量结束时，打开 3D 笔并选择适合加载的灯丝的温度。达到灯丝温度后，开始打印过程，让 3D 笔打印 15 分钟。在打印期结束时，将出口管连接到 SMPS，并每三分钟获取一次尺寸分布测量，然后进行 30 分钟。

获得所有测量值后，拆下打印的灯丝并清洁腔室。要通过电感耦合等离子体质谱法来量化样品制备，请将感兴趣的长丝打印在塑料表面上，以避免金属污染，并使用陶瓷刀将长丝切割成更小的碎片。称出约150毫克的散装和印刷长丝，并转移丝片到微波容器。

在每个样品中加入1.5毫升水、3.5毫升硝酸和1毫升过氧化氢。将容器放入微波炉中，将样品加热至200摄氏度，20分钟。在消化结束时，稀释超纯水中的所有细丝样品，避免仪器受到污染，因为超纯水已知或怀疑这些细丝样品具有高金属浓度。

然后使用调查扫描确定样品中哪些金属，并使用适当的校准标准量化特定金属的金属含量。正如所观察到的，与用PLA黑色打印相比，在打印过程中释放的ABS黑色颗粒数量更高。在PLA打印过程中增加温度，导致颗粒数浓度升高，对颗粒的几何平均直径无显著影响。

与使用 PLA 打印相比，使用 ABS 进行打印可产生高颗粒数浓度和更大的颗粒。如预期，在用 ABS 和 PLA 灯丝打印过程中发射的粒子之间，几何平均直径的差异明显。传输电子显微镜成像显示的颗粒大小，主要是约50纳米，用于PLA，几乎一致较大的粒子高达100纳米，ABS黑色。

PLA铜丝含有铜，大部分是晶体形式以及PLA颗粒。在这张图片中，可能观察到从PLA碳纳米管灯丝中释放出的碳纳米管。在用 PLA 钢丝打印时释放出的小钢颗粒，以及在用 PLA 化合物进行打印时可能聚集的银铝片，其银铝片量也高得令人难以置信。

通过ICPMS的在线耦合进一步分析气溶胶，对于电感耦合等离子体质谱法来说，有助于对发射方法的澄清。我们的快速且经济高效的方法还可用于识别其他可能受益于气溶胶特性的颗粒排放。