Druk 3D - ocena emisji cząstek przez pióro do druku 3D

Drukarki 3D i długopisy mogą emitować cząsteczki i substancje lotne. Opracowaliśmy metodę analizy emisji długopisów 3D. Nasza metoda jest prosta, łatwa do wdrożenia i opłacalna w konfiguracji.

Może być używany do charakteryzowania emisji cząstek w pobliżu strefy oddychania użytkownika. Technika ta może być również wykorzystywana do analizy emisji aerozoli z innych źródeł i urządzeń, takich jak produkty w sprayu lub procesy ablacji. Przed rozpoczęciem eksperymentu wybierz długopis do druku 3D zdolny do generowania temperatur większych niż 200 stopni Celsjusza i wybierz filamenty o średnicy 1,75 milimetra, odpowiednie dla pióra 3D.

Wyczyść wnętrze eksykatora, z wlotem po jednej stronie do włożenia pisaka do drukowania 3D i wylotem na górze do włożenia rurki do pobierania próbek. Upewnij się, że wlot powietrza na połączeniu z piórem 3D jest ustanowiony. Rurka wylotowa powinna znajdować się 10 centymetrów od końcówki pióra do drukowania 3D, aby naśladować odległość między głową użytkownika a źródłem emisji.

Na 10 minut przed rozpoczęciem pomiaru emisji aerozolu za pomocą długopisu 3D włącz przyrządy pomiarowe online CPC i SNP i wstępnie załaduj długopis 3D interesującym Cię filamentem. Gdy wstrzykiwacz ostygnie, podłącz filtr HEPA do wlotu SMPS i przeprowadź czysty pomiar kontrolny za pomocą SMPS, aby upewnić się, że SMPS nie jest zanieczyszczony z poprzednich pomiarów. Podłącz wylot komory do wlotu CPC i użyj CPC do sprawdzenia stężenia wewnątrz komory, aby upewnić się, że komora jest czysta i że eksperymenty przebiegają w tych samych warunkach.

Aby zmierzyć emisję aerozolu z długopisu 3D, włóż wstępnie załadowany i schłodzony długopis 3D do komory i upewnij się, że rurka wylotowa komory jest podłączona do CPC. Uruchom komputer podłączony do CPC i otwórz nowy plik o nazwie odpowiedniej dla pomiarów, które mają zostać wykonane. Upewnij się, że przepływ CPC jest ustawiony na 0,3 litra na minutę i mierz stężenie tła przez 10 minut.

Pod koniec pomiaru włącz długopis 3D i wybierz odpowiednią temperaturę dla załadowanego filamentu. Po osiągnięciu temperatury filamentu rozpocznij proces drukowania i pozwól pióru 3D drukować przez 15 minut. Pod koniec okresu drukowania podłącz rurkę wylotową do zasilacza impulsowego i uzyskuj pomiary rozkładu rozmiaru co trzy minuty przez następne 30 minut.

Po wykonaniu wszystkich pomiarów wyjmij wydrukowany filament i wyczyść komorę. Aby określić ilościowo przygotowanie próbki za pomocą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie, wydrukuj interesujący filament na powierzchni z tworzywa sztucznego, aby uniknąć zanieczyszczenia metalem, i użyj noża ceramicznego, aby pociąć włókno na mniejsze kawałki. Odważ około 150 miligramów zarówno luzem, jak i zadrukowanego filamentu i przenieś kawałki filamentu do naczyń mikrofalowych.

Do każdej próbki dodaj 1,5 mililitra wody, 3,5 mililitra kwasu azotowego i jeden mililitr nadtlenku wodoru. Umieść naczynia w kuchence mikrofalowej i podgrzewaj próbki do 200 stopni Celsjusza przez 20 minut. Pod koniec mineralizacji należy rozcieńczyć wszystkie próbki włókien w ultraczystej wodzie, dla której znane lub podejrzewa się wysokie stężenie metalu, aby uniknąć zanieczyszczenia przyrządu.

Następnie użyj skanu ankietowego, aby określić, jakie metale znajdują się w próbkach i określić ilościowo zawartość metali w określonych metalach przy użyciu odpowiednich wzorców kalibracyjnych. Jak zaobserwowano, podczas drukowania uwalniana jest większa liczba czarnych cząstek ABS w porównaniu z drukowaniem z czarnym PLA. Wzrost temperatury podczas drukowania PLA, skutkuje wyższymi stężeniami liczby cząstek, bez istotnego wpływu na średnią geometryczną średnicę cząstek.

Drukowanie z ABS skutkuje wysokimi stężeniami cząstek i większymi cząstkami w porównaniu z drukowaniem z PLA. Zgodnie z oczekiwaniami obserwuje się wyraźny trend różnicy w średniej geometrycznej średnicy pomiędzy cząstkami emitowanymi podczas drukowania z filamentów ABS i PLA. Obrazowanie za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej pokazuje rozmiary cząstek, głównie około 50 nanometrów, dla PLA i prawie zawsze większe cząstki do 100 nanometrów, dla czarnego ABS.

Włókna miedzi PLA zawierały miedź, głównie w postaci krystalicznej, a także cząstki PLA. Na tym zdjęciu prawdopodobnie zaobserwowano uwolnioną nanorurkę węglową z włókna węglowego PLA. Można również zaobserwować uwalnianie się drobnych cząstek stali podczas drukowania filamentem ze stali PLA oraz możliwą aglomerację płatków srebra aluminiowego podczas drukowania związkiem PLA o niewiarygodnie wysokiej zawartości płatków srebrnego aluminium.

Dalsza analiza aerozolu poprzez sprzężenie online ICPMS (skrót od spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie), może ułatwić wyjaśnienie emitowanych metod. Nasza szybka i ekonomiczna metoda może być również wykorzystana do identyfikacji emisji cząstek w innych obszarach, które mogłyby skorzystać z charakterystyki aerozoli.