Перейти к содержимому

Как 3D-печать влияет на качество воздуха в помещениях. Возможные риски и их устранение.

Сегодня FDM 3D-принтеры популярны и доступны как никогда. Они используются в качестве повседневного инструмента для ускорения инноваций в студиях, мастерских, лабораториях и школах по всему миру. Однако их растущая популярность вызвала повышенную озабоченность: Как процесс плавления и нанесения термопластов влияет на качество воздуха в помещении?

По мере того, как мировое научное сообщество проводило более глубокие исследования этого вопроса, их выводы позволили понять, что в некоторых ситуациях FDM 3D-печать может оказывать негативное влияние на качество воздуха.

В компании UltiMaker безопасность продукции является одним из главных приоритетов. Поэтому они серьезно отнеслись к этим выводам и тщательно изучили вопрос.

Ниже представлены результаты, в которых вы найдете подробности и данные о выбросах частиц, а также о том, как UltiMaker Air Manager работает над их снижением.

Но пока, чтобы сразу развеять все опасения, стоит сказать, что если вы печатаете в рекомендованных условиях, использование любого 3D-принтера UltiMaker с любым материалом UltiMaker - безопасно.

Наличие у нового UltiMaker S7 встроенного Air Manager или возможность добавить его к UltiMaker S5 или UltiMaker 2+ Connect не должны заставлять вас сомневаться в этом факте. Такое дополнение предлагает пользователям высокоэффективное и интегрированное решение для фильтрации воздуха - решение, которое учитывает желание печатать на 3D-принтерах:

  • Больше уверенности при использовании нескольких принтеров
  • Более широкий выбор материалов
  • Большую гибкость в настройке 3D-печати

UltiMaker Air Manager можно и нужно использовать в дополнение к другим передовым методам безопасной 3D-печати (например, хорошей вентиляции, использованию выделенной комнаты для принтера и т.д.)

Установление стандарта для тестирования выбросов

В феврале 2019 года компания UL Chemical опубликовала свой "стандарт 2904" для тестирования частиц, выделяемых 3D-принтерами.

Он был составлен на основе материалов, полученных от международной организации, состоящей из 34 представителей правительств, экологических групп, химических компаний и производителей 3D-принтеров, включая UltiMaker.

Стандарт описывает, как измерять выбросы и какие параметры существуют для их определения. Кроме того, он устанавливает критерии «пройдено» и «не пройдено» для ультрадисперсных частиц (UFP) и некоторых летучих органических соединений (VOC).

В рамках данного нового стандарта, UltiMaker поручили независимым исследователям протестировать 3D-принтеры UltiMaker 2+ Connect, UltiMaker S5 и UltiMaker S7 с использованием фирменных материалов. Это означает, что все результаты, которые вы увидите ниже, подкреплены беспристрастными данными, а не догадками. 

Но сначала давайте рассмотрим несколько терминов, которые будут использоваться в данной статье.

5 полезных определений

Безопасные пороговые предельные значения

Ключ к определению того, может ли 3D-печать нанести вред вашему здоровью, зависит от безопасных пороговых предельных значений (БПЗ).

Безопасные ПДУ - это максимально допустимая концентрация химического вещества в определенных условиях (например, в воздухе в помещении). Они существуют для того, чтобы защитить нас от неблагоприятных последствий для здоровья, вызванных (чрезмерным) воздействием. Это связано с тем, что в небольших количествах (т.е. ниже ПДУ) вещества не проявляют своего токсического потенциала и даже могут быть необходимыми питательными веществами в низких концентрациях (например, кухонная соль, минералы, витамины). Или же наш организм может справиться с ними по-другому, поскольку он может их нейтрализовать - например, алкоголь из перезрелых фруктов расщепляется нашей печенью. Для нерастворимых частиц действует нечто подобное, потому что у нас есть механизм их очистки (например, мы кашляем, если вдыхаем частицы из воздуха).

Но что делать, если воздействие вещества или частиц превышает ПДУ? Тогда ваш организм не может от них избавиться, что в случае вдыхания нерастворимых частиц называется "перегрузкой легких".

Из-за своего малого размера ультратонкие частицы и другие наноматериалы также имеют "нанореферентное значение" (NRV). Среди прочих, Голландский национальный институт общественного здравоохранения и окружающей среды (RIVM) опубликовали научные статьи по четырем категориям наноматериалов. Исследования все еще продолжаются. И в дополнение к установленным в настоящее время NRV, оценки риска также учитывают пороговые предельные значения для конкретных и применимых наноматериалов.

Опасность и риск

“Опасный" означает "потенциально способный причинить вред". Но чтобы действительно причинить вред, должны быть выполнены определенные условия. “Риск" означает вероятность того, что вред действительно будет причинен и в какой степени.

Например, тигр по определению является "опасным" животным. Найдите его в дикой природе, и, скорее всего, он причинит вам вред. Но, с другой стороны, риск случайно встретить его невелик из-за низкой плотности популяции.

Вещества и частицы, помеченные как "опасные", ничем не отличаются: здесь "опасность" относится к типу и тяжести вреда, который может быть нанесен, например, вызвать раздражение или сенсибилизацию, или даже рак или смерть, в зависимости от природы токсина.

В целом, высокие концентрации повышают риск (вероятность причинения вреда), но не опасность (например, раздражение или острая токсичность). Некоторые вещества, например цианид, могут вызвать проблемы со здоровьем даже при относительно низких уровнях воздействия. Другие вещества требуют гораздо более высоких уровней, чтобы представлять риск для здоровья. Ниже этого уровня они не представляют опасности, а в небольших количествах некоторые из них могут быть необходимой частью вашего рациона - например, кухонная соль.

Сохранение концентрации опасных веществ и частиц ниже их ПДУ, использование мер защиты (вытяжка воздуха, перчатки, маски) или ограничение продолжительности воздействия - все это помогает снизить риск до приемлемого уровня.

Ультратонкие частицы

Ультратонкие частицы (UFP) диаметром менее 100 нанометров (0,1 микрона) невозможно увидеть без электронного микроскопа. Они поступают как из природных источников (например, океанские брызги или кожура цитрусовых), так и из искусственных (например, фотокопировальные машины и 3D-принтеры). Слишком сильное воздействие переносимых по воздуху UFP становятся опасными для здоровья, поскольку они достаточно малы, легко попадают в легкие при вдохе и, возможно, попадают в кровь. Компания UltiMaker использует эталонные значения наночастиц (среди прочих), предложенные голландской организацией RIVM, чтобы определить, следует ли ожидать значительного риска. Для текущих материалов UltiMaker эталонное нанозначение составляет 40 000 частиц на кубический сантиметр (#/см3). Ниже этой концентрации риск для здоровья очень маловероятен.

Использование Ultimaker S5 Air Manager обеспечивает гибкость 3D-печати

Летучие органические соединения

Летучие органические соединения (VOC) - это природные или синтетические химические вещества, находящиеся в воздухе и имеющие

давление пара выше 0,1 кПа при 20 °C. Хотя их часто можно обнаружить по запаху, научное обнаружение происходит путем отбора проб воздуха вокруг принтера в контролируемых условиях и последующего анализа образцов. Некоторые VOC являются опасными. Но в зависимости от молекулярной структуры VOC, их безопасная концентрация TLV может составлять от нескольких микрограммов до нескольких миллиграммов на кубический метр.

Скорость воздухообмена

Скорость воздухообмена, также известная как «обмен воздуха в час», является мерой объема количества воздуха, добавленного или удаленного из помещения, деленное на объем этого помещения. Базовый коэффициент воздухообмена, равный 1, означает, что 63,2% воздуха в помещении изменилось за последний час. Чем выше значение, тем лучше качество воздуха в помещении.

Теперь перейдем к главному вопросу:

Оказывает ли настольная 3D-печать негативное влияние на качество воздуха?

К сожалению, мы не можем дать вам однозначного ответа "да" или "нет" для конкретной ситуации. Потому что необходимо учесть слишком много факторов, а ответ будет зависеть от настроек 3D-печати и пропускной способности.

Что мы можем сделать, так это предоставить список таких факторов и предложить некоторые рекомендации, которые соответствуют стандартам безопасности, одобренным индустрией 3D-печати.

Длительное воздействие UFP с концентрацией ниже 40 000 мкг/см3 считается безопасным.

7 факторов, влияющих на качество воздуха в помещении при 3D-печати:

  • Размер помещения
  • Скорость воздухообмена в помещении
  • Сколько 3D-принтеров используется одновременно
  • Каким материалом (материалами) вы печатаете
  • Как долго вы печатаете
  • Как близко вы сидите к 3D-принтеру (принтерам)
  • Есть ли в помещении другие источники выбросов.

Все эти факторы важны, поскольку чем больше концентрация UFP в помещении, тем больше потенциал их воздействия на качество воздуха.

Исходя из уже упомянутого эталонного значения наночастиц, долгосрочное воздействие UFP ниже концентрации 40 000 частиц на кубический сантиметр (p/cm3) считается безопасным. Для типа частиц, используемых в 3D-печати, такой уровень концентрации вряд ли может вызвать риск для здоровья в вашей конкретной ситуации.

4 примера сценариев

Без оборудования для гравиметрических испытаний невозможно измерить уровень концентрации частиц. Поэтому приведем четыре распространенных сценария 3D-печати, чтобы продемонстрировать, как эти факторы изменяют концентрацию UFP в воздухе:


Один 3D-принтер в большой комнате, периодически печатающий детали из PLA - низкая концентрация UFP.

Один 3D-принтер в небольшой комнате, часто печатающий детали из PLA - средняя концентрации UFP.


Несколько 3D-принтеров в большом помещении, часто печатающих детали из PLA - средняя концентрация UFP.

Несколько 3D-принтеров в большом помещении, часто печатающих детали из инженерных материалов - высокая концентрация UFP.

Какие UFP выделяются при 3D-печати материалами UltiMaker?

Материалы UltiMaker используют преимущества проверенных, предопределенных настроек печати в Ultimaker Cura. Этот портфель материалов обеспечивает клиентам отличную гибкость в выборе различных свойств материалов для своих задач 3D-печати.

В настоящее время чаще используются такие материалы, как Ultimaker PLA, Tough PLA, ABS, Nylon, CPE, CPE+, PC, PP и TPU 95A. Все эти материалы могут быть экструдированы с водорастворимым PVA или легко удаляемыми поддержками из Breakaway для большей свободы дизайна. Но какие из этих пластиков выделяют UFP при нагревании и экструзии? Простой ответ: все. Но если копнуть глубже, то выясняется, что некоторые материалы излучают больше UFP, чем другие.

Например, при тестировании в одинаковых контролируемых условиях на одном и том же UltiMaker S5, независимые исследователи обнаружили, что Ultimaker PLA (полимолочная кислота) выделяет наименьшую концентрацию UFP. В то время как Ultimaker PC (поликарбонат), обладающий более высокой температурой плавления и более прочными механическими свойствами, выделял повышенную концентрацию UFP.

Средняя концентрация UFP в трех материалах UltiMaker (без Ultimaker S5 Air Manager).

* Рассчитано на основе скорости выброса частиц, определенной по результатам измерений независимой испытательной лаборатории, и при условии, что типичное офисное помещение имеет площадь 30,6 м3 с кратностью воздухообмена 1,8 ч 

Если эти результаты оказались ниже, чем вы ожидали, возможно, теперь вы понимаете, почему так сложно сказать, оказывает ли 3D-печать негативное влияние на качество воздуха в вашем конкретном помещении. Один принтер Ultimaker S5, печатающий с Ultimaker PC в типичном офисном помещении, с типичной скоростью воздухообмена выделяет менее половины безопасного ПДУ для UFPs.

Но не все печатают одним принтером в одинаковых условиях и с использованием одинаковых материалов. Именно по этой причине мы рекомендуем приобрести Ultimaker S5 Air Manager.


Ultimaker S5 и Air Manager легко интегрируются и могут быть установлены без использования дополнительных инструментов

Насколько эффективен Ultimaker S5 Air Manager для удаления UFP?

Чтобы поддерживать надлежащий научный процесс, UltiMaker провели тот же тест, на том же принтере, распечатав ту же деталь в тех же условиях. Но на этот раз с установленным Ultimaker S5 Air Manager. Вот результаты:

Средняя концентрация UFP для трех материалов Ultimaker (с помощью Ultimaker S5 Air Manager)


* Рассчитано на основе скорости выброса частиц, определенной по результатам измерений независимой испытательной лаборатории, и при условии, что типичное офисное помещение имеет площадь 30,6 м3 с кратностью воздухообмена 1,8 ч 

После установки Ultimaker S5 Air Manager концентрация UFP при печати материалов Ultimaker значительно снижается до стабильного значения около 400-500 частиц на см3. А в случае с Ultimaker PC эта разница составляет 95%.

Но как эти результаты соотносятся с концентрацией UFP в воздухе, которым мы дышим каждый день?

Многочисленные исследования показывают, что фоновые концентрации UFP в разных местах сильно различаются. От 2 600 р/см3 в чистой окружающей среде до 4 800 р/см3 в сельской местности и более 10 000 р/см3 в городских районах.

Хотя приведенные выше графики не включают фоновые концентрации UFP, очевидно, что Ultimaker S5 Air Manager значительно снижает выбросы отработанных частиц. Нормализуя качество воздуха, это эффективное решение может обеспечить вам большее спокойствие при печати материалами Ultimaker.

В целом, благодаря проведенным испытаниям мы можем с уверенностью утверждать, что Ultimaker S5 Air Manager удаляет "до 95% UFP". И хотя мы хотели бы указать постоянный процент, эффективность фильтра зависит от природы, размера и концентрации частиц, а не потому, что данные не подтверждают уровень эффективности в 95%.

Как Ultimaker S5 Air Manager достигает этой цели?

Air Manager работает, потому что его тихий многоскоростной вентилятор всасывает воздух из закрытой рабочей камеры, создавая воздушный поток изнутри наружу. Это означает, что почти весь воздух, выходящий из Ultimaker S5, проходит через фильтр.

Его сменный фильтр HEPA также расположен в верхней части камеры для максимальной эффективности. Его большой размер означает большую площадь поверхности фильтра для улавливания, захвата или рассеивания частиц, выделяемых во время 3D-печати.


Было бы несложно изготовить верхний кожух с вытяжным вентилятором и покончить с этим. Но видение команды Ultimaker Process Team всегда заключалось в том, что Ultimaker S5 Air Manager предоставит глубоко интегрированное и автоматизированное решение, которое обеспечит пользователям больше спокойствия при 3D-печати с использованием большего количества материалов.

Эта интеграция означает, что:

  • Air Manager распознается и подключается непосредственно к Ultimaker S5
  • Вентилятор меняет скорость для достижения желаемой температуры объема камеры, при этом поддерживая оптимальную эффективность фильтрации
  • Использование фильтра и оставшийся срок его службы отслеживается, чтобы уведомить вас о необходимости его замены

А поскольку Air Manager полностью закрывает рабочую камеру Ultimaker S5, пользователи могут устанавливать 3D-принтеры в большем количестве мест - в том числе там, где нежелательные воздушные потоки могут повлиять на качество печати. Кроме того, благодаря физическому барьеру, который не позволяет никому прикасаться к горячим или движущимся деталям, повышается безопасность на рабочем месте.

Спокойная и безопасная печать с расширенным спектром материалов

Что касается выбросов UFP сторонних материалов?

В 3D-принтерах UltiMaker используется открытая система материалов. Команда упрощает работу со сторонними материалами ведущих брендов благодаря постоянно пополняемой библиотеке предустановленных профилей печати, которые можно загрузить через Ultimaker Cura Marketplace.

Стоит ли беспокоиться о качестве воздуха при печати с использованием материалов других ведущих брендов?

Будьте уверены: UltiMaker работает над получением четкого ответа. Но пока могут заявить, что еще не удалось протестировать материал, концентрация UFP в котором не снижалась бы при добавлении Ultimaker S5 Air Manager.

В то же время проводятся дальнейшие исследования, уточняются настройки материалов UltiMaker и оптимизируется встроенное ПО Air Manager. Это означает, что решение будет продолжать улучшать эффективность и результативность фильтрации UFP в течение многих месяцев и лет.

А как насчет летучих органических соединений (ЛОС)?

Хотя Air Manager не фильтрует летучие органические соединения, но о них не забыли.

Независимая исследовательская группа также провела тесты на выбросы ЛОС во время 3D-печати материалами UltiMaker. Было обнаружено, что выделяется относительно небольшое количество ЛОС, как при рассмотрении суммы всех ЛОС (TVOC, см. таблицу), так и при рассмотрении отдельных ЛОС в сравнении с их безопасным пороговым предельным значением. И действительно, этого недостаточно, чтобы заслужить конкретное решение по фильтрации ЛОС. Как и в случае с UFP, UltiMaker будет продолжать следить за развитием событий и при необходимости принимать дополнительные меры.

* Ultimaker ABS из 11 протестированных материалов имеет самый высокий показатель общего выброса ЛОС. Но даже в этом случае показатель остается значительно ниже максимально допустимого согласно UL. (Стоит также отметить, что максимальный уровень выбросов, допустимый для 2D-принтеров составляет 10,4 мг/час).

Заключение: Стоит ли мне покупать Ultimaker S5 Air Manager?

Как было сказано выше, ответ зависит от того, какая у вас система 3D-печати (количество принтеров, производительность, вентиляция, размер помещения, используемые материалы и т.д.). Он также зависит от степени вашей озабоченности качеством воздуха.

В компании UltiMaker стремятся быть прозрачными для всех пользователей. Хотя было бы легко преувеличить любое потенциальное воздействие на здоровье, чтобы побудить вас купить это устройство, но UltiMaker не собирается этого делать.

Ваш выбор, покупать ли Ultimaker S5 Air Manager, должен оставаться за вами. Выводы, содержащиеся в данной статье, служат лишь для информирования и руководства этим выбором. Например, данные независимых исследований показывают, что Air Manager предлагает эффективное решение при 3D-печати:

  • В маленькой комнате
  • В помещении с плохой вентиляцией
  • С более чем одним 3D-принтером
  • С большим количеством материалов инженерного качества (которые, как правило, излучают более высокие значения концентрации UFP).

После учета всех влияющих факторов и уровня вашей озабоченности, если вы хотите быть более спокойным за качество воздуха и выбросы UFP при 3D-печати, мы рекомендуем Air Manager как наиболее эффективное и интегрированное решение по фильтрации воздуха для использования с Ultimaker S5.

Предыдущая статья 3D-принтеры для большой печати: сравнение UltiMaker S5 и BCN3D Epsilon W27