3D-udskrivning - Evaluering af partikelemissioner fra en 3D-printpen

3D-printere og -penne kan udsende partikler og flygtige stoffer. Vi har udviklet en metode til at analysere udledningen af 3D-penne. Vores metode er enkel, nem at implementere og omkostningseffektiv at sætte op.

Det kan bruges til at karakterisere partikelemissioner nær brugerens vejrtrækningszone. Denne teknik kan også bruges til at analysere aerosolemissioner fra andre kilder og enheder som sprayprodukter eller ablationsprocesser. Før du begynder et eksperiment, skal du vælge en 3D-printpen, der kan generere temperaturer over 200 grader Celsius, og vælge filamenter med en diameter på 1,75 millimeter, der er egnet til 3D-pennen.

Rengør indersiden af en ekssiccator med et indløb på den ene side til at indsætte 3D-printpennen og en stikkontakt på toppen til at indsætte prøvetagningsrøret. Sørg for, at der er etableret et luftindtag ved tilslutning til 3D-pennen. Udløbsslangen skal være 10 centimeter fra spidsen af 3D-printpennen for at efterligne afstanden mellem brugerens hoved og emissionskilden.

10 minutter før 3D-pennens aerosolemissionsmåling påbegyndes, skal du tænde for onlinemåleinstrumenterne for CPC og SNPs og forlaste 3D-pennen med den filament af interesse. Når pennen er afkølet, fastgøres et HEPA-filter til SMPS-indløbet, og der foretages en ren kontrolmåling med SMPS for at sikre, at SMPS ikke er forurenet fra tidligere målinger. Forbind kammerudløbet til CPC-indløbet, og brug CPC til at kontrollere koncentrationen inde i kammeret for at sikre, at kammeret er rent, og at forsøgene kører under de samme betingelser.

For at måle 3D-pennens aerosolemissioner skal du sætte den forudindlæste og afkølede 3D-pen ind i kammeret og sørge for, at kammerets udløbsslang er forbundet til CPC’en. Start den computer, der er tilsluttet CPC’en, og åbn en ny fil med et navn, der passer til de målinger, der skal foretages. Sørg for, at CPC-flowet er indstillet til 0,3 liter i minuttet, og mål baggrundskoncentrationen i 10 minutter.

I slutningen af målingen tændes 3D-pennen, og den relevante temperatur for den indlæste glødetråd vælges. Når glødetrådens temperatur er nået, skal du starte udskrivningsprocessen og lade 3D-pennen udskrive i 15 minutter. Ved udskrivningsperiodens afslutning skal udløbsslangen tilsluttes SMPS, og der skal opnås størrelsesfordelingsmålinger hvert tredje minut i de næste 30 minutter.

Når alle målingerne er anskaffet, fjernes den trykte glødetråd, og kammeret rengøres. For at kvantificere prøvepræparatet ved induktivt koblet plasmamassespektrometri skal der trykkes af interesseglødetråden på en plastoverflade for at undgå kontaminering med metal og bruge en keramisk kniv til at skære glødetråden i mindre stykker. Ca. 150 mg af både bulk- og tryktråde og de trykte glødetråde vejes, og glødetrådstykkerne overføres til mikrobølgebeholdere.

Der tilsættes 1,5 milliliter vand, 3,5 milliliter salpetersyre og en milliliter hydrogenperoxid til hver prøve. Placer beholderne i mikrobølgeovnen og varm prøverne til 200 grader Celsius i 20 minutter. Ved fordøjelsens afslutning fortyndes alle filamentprøver i ultrarent vand, for hvilke der er kendt eller mistanke om en høj metalkoncentration, for at undgå kontaminering af instrumentet.

Brug derefter en undersøgelsesscanning til at bestemme, hvilke metaller der er i prøverne, og kvantificere metalindholdet i de specifikke metaller ved hjælp af de relevante kalibreringsstandarder. Som observeret frigives et større antal ABS-sorte partikler under udskrivning sammenlignet med udskrivning med PLA black. Hvis temperaturen øges under trykningen af PLA, resulterer det i højere partikeltalkoncentrationer, uden nogen signifikant effekt på partiklernes geometriske gennemsnitsdiameter.

Udskrivning med ABS resulterer i høje partikeltalkoncentrationer og større partikler sammenlignet med trykning med PLA. Som forventet observeres en klar tendens i forskellen i den geometriske gennemsnitsdiameter mellem de partikler, der udsendes under udskrivning med ABS- og PLA-filamenter. Transmission elektron mikroskopi billeddannelse viser partikelstørrelser, for det meste omkring 50 nanometer, for PLA og næsten konsekvent større partikler op til 100 nanometer, for ABS sort.

PLA kobber filamenter indeholdt kobber, for det meste i krystallinsk form samt PLA partikler. I dette billede, en frigivet kulstof nanorør fra en PLA carbon nanorør glødetråd er muligvis observeret. Frigivelsen af små stålpartikler under udskrivning med en PLA stålfilament og en mulig agglomeration af sølv aluminium flager under udskrivning med PLA sammensatte med en utrolig høj sølv aluminium flager mængde kan også observeres.

Yderligere analyse af aerosolet ved onlinekobling af ICPMS, en forkortelse for induktivt koblet plasmamassespektrometri, kan lette afklaringen af de udsendte metoder. Vores hurtige og omkostningseffektive metode kan også bruges til at identificere partikelemissioner i andre områder, der kan drage fordel af aerosol karakteriserer.