Impression 3D - Évaluation des émissions de particules d’un stylo d’impression 3D

Les imprimantes et stylos 3D peuvent émettre des particules et des substances volatiles. Nous avons développé une méthode pour analyser les émissions des stylos 3D. Notre méthode est simple, facile à implémenter et rentable à mettre en place.

Il peut être utilisé pour caractériser les émissions de particules près de la zone de respiration de l’utilisateur. Cette technique peut également être utilisée pour analyser les émissions d’aérosols provenant d’autres sources et dispositifs comme les produits de pulvérisation ou les processus d’ablation. Avant de commencer une expérience, sélectionnez un stylo d’impression 3D capable de générer des températures supérieures à 200 degrés Celsius et sélectionnez des filaments d’un diamètre de 1,75 millimètre, adaptés au stylo 3D.

Nettoyez l’intérieur d’un dessiccateur, avec une entrée d’un côté pour insérer le stylo d’impression 3D et une prise sur le dessus pour insérer le tube d’échantillonnage. Assurez-vous qu’une entrée d’air à la connexion au stylo 3D est établie. Le tube de sortie doit être à 10 centimètres de la pointe du stylo d’impression 3D pour imiter la distance entre la tête de l’utilisateur et la source d’émission.

10 minutes avant de commencer la mesure d’émission d’aérosol de stylo 3D, allumez les instruments de mesure en ligne CPC et SNPs et pré-chargez le stylo 3D avec le filament d’intérêt. Lorsque le stylo a refroidi, fixez un filtre HEPA à l’entrée SMPS et exécutez une mesure de vérification propre avec le SMPS pour vous assurer que le SMPS n’est pas contaminé par les mesures précédentes. Connectez la sortie de chambre à l’entrée du CPC et utilisez le CPC pour vérifier la concentration à l’intérieur de la chambre pour vous assurer que la chambre est propre et que les expériences se déroulent dans les mêmes conditions.

Pour mesurer les émissions d’aérosols du stylo 3D, insérez le stylo 3D préchargé et refroidi dans la chambre et assurez-vous que le tube de sortie de la chambre est relié au CPC. Démarrez l’ordinateur connecté au CPC et ouvrez un nouveau fichier, avec un nom adapté aux mesures à prendre. Assurez-vous que le débit du CPC est réglé à 0,3 litres par minute et mesurez la concentration de fond pendant 10 minutes.

À la fin de la mesure, allumez le stylo 3D et sélectionnez la température appropriée pour le filament chargé. Lorsque la température du filament a été atteinte, démarrez le processus d’impression et laissez le stylo 3D imprimer pendant 15 minutes. À la fin de la période d’impression, connectez le tube de sortie au SMPS et obtenez des mesures de distribution de taille toutes les trois minutes, pendant les 30 minutes suivantes.

Lorsque toutes les mesures ont été acquises, retirez le filament imprimé et nettoyez la chambre. Pour quantifier la préparation de l’échantillon par spectrométrie de masse plasmatique couplée inductivement, imprimez le filament d’intérêt sur une surface en plastique pour éviter la contamination par le métal et utilisez un couteau en céramique pour couper le filament en petits morceaux. Pesez environ 150 milligrammes de filament en vrac et imprimé et transférez les morceaux de filament dans des récipients à micro-ondes.

Ajouter 1,5 millilitres d’eau, 3,5 millilitres d’acide nitrique et un millilitre de peroxyde d’hydrogène à chaque échantillon. Placez les récipients dans le four à micro-ondes et chauffez les échantillons à 200 degrés Celsius, pendant 20 minutes. À la fin de la digestion, diluer tous les échantillons de filaments dans de l’eau ultrapure, pour laquelle une forte concentration de métaux est connue ou soupçonnée, afin d’éviter la contamination de l’instrument.

Ensuite, utilisez une analyse d’enquête pour déterminer quels métaux se trouvent dans les échantillons et quantifier la teneur en métaux des métaux spécifiques en utilisant les normes d’étalonnage appropriées. Comme on l’a observé, un plus grand nombre de particules noires ABS sont libérées lors de l’impression par rapport à l’impression avec pla noir. L’augmentation de la température lors de l’impression de pla, entraîne des concentrations plus élevées de nombres de particules, sans effet significatif sur le diamètre moyen géométrique des particules.

L’impression avec ABS entraîne des concentrations élevées de particules et de plus grosses particules par rapport à l’impression avec PLA. Comme prévu, une nette différence dans le diamètre moyen géométrique est observée entre les particules émises lors de l’impression avec des filaments ABS et PLA. L’imagerie par microscopie électronique de transmission montre la taille des particules, principalement autour de 50 nanomètres, pour l’APL et des particules presque toujours plus grosses jusqu’à 100 nanomètres, pour l’ABS noir.

Les filaments de cuivre pla contenaient du cuivre, principalement sous forme cristalline ainsi que des particules pla. Dans cette image, un nanotube de carbone libéré à partir d’un filament de nanotube de carbone PLA est peut-être observé. La libération de petites particules d’acier pendant l’impression avec un filament en acier PLA et une agglomération possible de flocons d’aluminium argenté lors de l’impression avec composé PLA avec une quantité incroyablement élevée de flocons d’aluminium argenté peut également être observée.

Une analyse plus poussée de l’aérosol par couplage en ligne de l’ICPMS, acourt à la spectrométrie de masse plasmatique couplée inductivement, peut faciliter la clarification des méthodes émises. Notre méthode rapide et rentable peut également être utilisée pour identifier les émissions de particules dans d’autres domaines qui pourraient bénéficier de caractérisations d’aérosols.