Impresión 3D - Evaluación de las emisiones de partículas de una pluma de impresión 3D

Las impresoras y bolígrafos 3D pueden emitir partículas y sustancias volátiles. Hemos desarrollado un método para analizar las emisiones de bolígrafos 3D. Nuestro método es simple, fácil de implementar y rentable de configurar.

Se puede utilizar para caracterizar las emisiones de partículas cerca de la zona de respiración del usuario. Esta técnica también se puede utilizar para analizar las emisiones de aerosoles de otras fuentes y dispositivos como productos de pulverización o procesos de ablación. Antes de comenzar un experimento, seleccione una pluma de impresión 3D capaz de generar temperaturas superiores a 200 grados Celsius y seleccione filamentos con un diámetro de 1,75 milímetros, adecuado para la pluma 3D.

Limpie el interior de un desecador, con una entrada en un lado para insertar la pluma de impresión 3D y una salida en la parte superior para insertar el tubo de muestreo. Asegúrese de que se ha establecido una entrada de aire en la conexión a la pluma 3D. El tubo de salida debe estar a 10 centímetros de la punta de la pluma de impresión 3D para imitar la distancia entre la cabeza del usuario y la fuente de emisión.

10 minutos antes de iniciar la medición de emisiones de aerosol de pluma 3D, encienda los instrumentos de medición en línea CPC y SNP y precarga la pluma 3D con el filamento de interés. Cuando la pluma se haya enfriado, conecte un filtro HEPA a la entrada SMPS y ejecute una medición de comprobación limpia con el SMPS para asegurarse de que el SMPS no está contaminado con mediciones anteriores. Conecte la salida de la cámara a la entrada de CPC y utilice el CPC para comprobar la concentración dentro de la cámara para asegurarse de que la cámara está limpia y que los experimentos se ejecutan en las mismas condiciones.

Para medir las emisiones de aerosol de pluma 3D, inserte la pluma 3D precargada y enfriada en la cámara y asegúrese de que el tubo de salida de la cámara esté conectado al CPC. Inicie el ordenador conectado al CPC y abra un nuevo archivo, con un nombre adecuado para las medidas que se deben tomar. Asegúrese de que el flujo CPC esté establecido en 0,3 litros por minuto y mida la concentración de fondo durante 10 minutos.

Al final de la medición, encienda la pluma 3D y seleccione la temperatura adecuada para el filamento cargado. Cuando se haya alcanzado la temperatura del filamento, inicie el proceso de impresión y deje que el lápiz 3D imprima durante 15 minutos. Al final del período de impresión, conecte el tubo de salida al SMPS y obtenga mediciones de distribución de tamaño cada tres minutos, durante los próximos 30 minutos.

Una vez adquiridas todas las mediciones, retire el filamento impreso y limpie la cámara. Para cuantificar la preparación de la muestra mediante espectrometría de masas plasmáticas acoplada inductivamente, imprima el filamento de interés en una superficie de plástico para evitar la contaminación con metal y utilice un cuchillo de cerámica para cortar el filamento en trozos más pequeños. Pesar aproximadamente 150 miligramos de filamento a granel e impreso y transferir las piezas de filamento en recipientes de microondas.

Añadir 1,5 mililitros de agua, 3,5 mililitros de ácido nítrico y un mililitro de peróxido de hidrógeno a cada muestra. Coloque los recipientes en el microondas y caliente las muestras a 200 grados Centígrados, durante 20 minutos. Al final de la digestión, diluir todas las muestras de filamentos en agua ultrapura, para lo cual se conoce o sospecha una alta concentración de metal, para evitar la contaminación del instrumento.

A continuación, utilice un escaneo topográfico para determinar qué metales están en las muestras y cuantificar el contenido metálico de los metales específicos utilizando los estándares de calibración adecuados. Como se observó, un mayor número de partículas negras ABS se liberan durante la impresión en comparación con la impresión con negro PLA. El aumento de la temperatura durante la impresión de PLA, da como resultado mayores concentraciones de número de partículas, sin ningún efecto significativo en el diámetro medio geométrico de las partículas.

La impresión con ABS da como resultado altas concentraciones de número de partículas y partículas más grandes en comparación con la impresión con PLA. Como era de esperar, se observa una clara tendencia en la diferencia en el diámetro medio geométrico entre las partículas emitidas durante la impresión con filamentos ABS y PLA. Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión muestran tamaños de partículas, en su mayoría alrededor de 50 nanómetros, para PLA y partículas casi consistentemente más grandes de hasta 100 nanómetros, para el negro ABS.

Los filamentos de cobre PLA contenían cobre, principalmente en forma cristalina, así como partículas PLA. En esta imagen, posiblemente se observa un nanotubo de carbono liberado de un filamento de nanotubos de carbono PLA. También se puede observar la liberación de pequeñas partículas de acero durante la impresión con un filamento de acero PLA y una posible aglomeración de escamas de aluminio plateado durante la impresión con compuesto PLA con una cantidad increíblemente alta de escamas de aluminio plateado.

Un análisis posterior del aerosol mediante el acoplamiento en línea de ICPMS, abreviatura de espectrometría de masas plasmáticas acoplada inductivamente, puede facilitar la clarificación de los métodos emitidos. Nuestro método rápido y rentable también se puede utilizar para identificar las emisiones de partículas en otras áreas que podrían beneficiarse de las caracterizaciones de aerosoles.