8,224 Views
•
06:44 min
•
October 09, 2020
DOI:
3D-skrivare och pennor kan avge partiklar och flyktiga ämnen. Vi har utvecklat en metod för att analysera utsläpp av 3D-pennor. Vår metod är enkel, lätt att implementera och kostnadseffektiv att ställa upp.
Den kan användas för att karakterisera partikelutsläppen nära användarens andningszon. Denna teknik kan också användas för att analysera aerosolutsläpp från andra källor och enheter som sprayprodukter eller ablationsprocesser. Innan du påbörjar ett experiment väljer du en 3D-utskriftspenna som kan generera temperaturer som är större än 200 grader Celsius och välja glödtrådar med en 1,75 millimeters diameter, som är lämplig för 3D-pennan.
Rengör insidan av en exsiccator, med ett inlopp på ena sidan för insättning av 3D-tryckpennan och ett uttag på ovansidan för insättning av provtagningsröret. Se till att ett luftinlopp vid anslutningen till 3D-pennan är upprättat. Utloppsslangen bör vara 10 centimeter från spetsen på 3D-tryckpennan för att efterlikna avståndet mellan användarens huvud och utsläppskällan.
10 minuter innan 3D-pen aerosoleminmissionsmätningen startas, slå på mätinstrumenten FÖR CPC och SNPs online och förladda 3D-pennan med intressetråden. När pennan har kylt fast ett HEPA-filter på SMPS-inloppet och kör en ren kontrollmätning med SMPS för att säkerställa att SMPS inte är förorenat från tidigare mätningar. Anslut kammarens utlopp till CPC-inloppet och använd CPC för att kontrollera koncentrationen inne i kammaren för att säkerställa att kammaren är ren och att experimenten körs under samma förhållanden.
För att mäta 3D-penasolerereutsläpp, sätt in den förladdade och nedkylda 3D-pennan i kammaren och se till att kammarens utloppsslangar är ansluten till CPC. Starta datorn som är ansluten till CPC och öppna en ny fil, med ett namn som är lämpligt för de mätningar som ska göras. Kontrollera att CPC-flödet är inställt på 0,3 liter per minut och mät bakgrundskoncentrationen i 10 minuter.
I slutet av mätningen, slå på 3D-pennan och välj lämplig temperatur för den belastade glödtråden. När glödtrådens temperatur har uppnåtts, starta utskriftsprocessen och låt 3D-pennan skriva ut i 15 minuter. Vid slutet av tryckperioden ansluter du utloppsslangen till SMPS och erhåller storleksfördelningsmätningar var tredje minut, under de kommande 30 minuterna.
När alla mätningar har förvärvats, ta bort den tryckta glödtråden och rengör kammaren. För att kvantifiera provberedningen genom induktivt kopplade plasma masspektrometri, skriva ut glödtråden av intresse på en plastyta för att undvika kontaminering med metall och använda en keramisk kniv för att skära glödtråden i mindre bitar. Väg ut cirka 150 milligram av både bulk och tryckt glödtråd och överföra glödtråden bitar i mikrovågsugn fartyg.
Tillsätt 1,5 milliliter vatten, 3,5 milliliter salpetersyra och en milliliter väteperoxid till varje prov. Placera kärlen i mikrovågsugnen och värm proverna till 200 grader Celsius, i 20 minuter. I slutet av matsmältningen, späd alla av glödtrådarna prover i ultrarent vatten, för vilka en hög metallkoncentration är känd eller misstänks, för att undvika kontaminering av instrumentet.
Använd sedan en undersökningsskanning för att avgöra vilka metaller som finns i proverna och kvantifiera metallhalten i de specifika metallerna med hjälp av lämpliga kalibreringsstandarder. Som observerats frigörs högre antal ABS-svarta partiklar under utskrift jämfört med utskrift med PLA-svart. Öka temperaturen under tryckningen av PLA, resulterar i högre partikeltal koncentrationer, utan betydande effekt på den geometriska medeldiametern av partiklarna.
Utskrift med ABS ger höga partikeltalskoncentrationer och större partiklar jämfört med utskrift med PLA. Som väntat observeras en tydlig trend i skillnad i den geometriska medeldiametern mellan de partiklar som avges vid tryckning med ABS- och PLA-filament. Transmissionselektronmikroskopi avbildning visar partikelstorlekar, mestadels runt 50 nanometer, för PLA och nästan konsekvent större partiklar upp till 100 nanometer, för ABS svart.
PLA kopparfilament innehöll koppar, mestadels i kristallin form samt PLA partiklar. I denna bild, en släppt kol nanorör från en PLA kol nanorör glödtråd är möjligen observeras. Frisättningen av små stålpartiklar under tryckningen med en PLA-stålglödtråd och en eventuell tätort av aluminiumflingor i silver under tryckning med PLA-förening med en otroligt hög aluminiumflingor i silver kan också observeras.
Ytterligare analys av aerosolen genom onlinekoppling av ICPMS, en förkortning av induktivt kopplade plasma masspektrometri, kan underlätta förtydligandet av avgivna metoder. Vår snabba och kostnadseffektiva metod kan också användas för att identifiera partikelutsläpp i andra områden som skulle kunna dra nytta av aerosolkarakteriseringar.
Detta protokoll presenterar en metod för att analysera utsläpp av 3D-skrivarpennor. Partikelkoncentration och partikelstorleksfördelning av den avsläppta partikeln mäts. Frisläppta partiklar analyseras ytterligare med transmissionselektronmikroskopi (TEM). Metallinnehåll i glödtrådar kvantifieras genom induktivt kopplade plasma masspektrometri (ICP-MS).
Read Article
Cite this Article
Sigloch, H., Bierkandt, F. S., Singh, A. V., Gadicherla, A. K., Laux, P., Luch, A. 3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen. J. Vis. Exp. (164), e61829, doi:10.3791/61829 (2020).
Copy