Keď som si domov priniesol prvú tlačiareň, riešil som hlavne kalibráciu prvej vrstvy a teplotu podložky. Dnes mi v pracovni beží niekoľko strojov naraz a vzduch okolo nich už vnímam úplne inak. Všetci to poznáme. Vojdete do miestnosti, kde sa práve tlačí, a zacítite špecifický nasladlý pach. Niekedy je to len ľahký závan, inokedy ťažký vzduch, z ktorého vás začnú pomerne rýchlo štípať oči. Tavíme plast pri vysokých teplotách a logicky sa z neho niečo uvoľňuje do okolia. Výpary z 3D tlače sú téma, ktorú veľa tlačiarov prehliada, kým ich nezačne bolieť hlava. Otázka teda znie jasne. Je to naozaj len neškodný zápach, alebo by sme mali spozornieť?
Cieľom tohto textu nie je nikoho vystrašiť na smrť a donútiť ho vyhodiť tlačiareň z okna. Sám tlačím denne a rozhodne s tým nemienim prestať. Chcem vám však dať úplne reálny obraz o tom, čo presne sa deje so vzduchom vo vašej dielni alebo pracovni. Zvlášť ak uvažujete o presune tlačiarne bližšie k obytným priestorom, mali by ste vedieť, aké riziká rôzne materiály predstavujú a ako sa im brániť. Neexistuje totiž jeden univerzálny prístup. Všetko závisí od toho, čím presne kŕmite svoj extrudér.
Čo sa z tlačiarne uvoľňuje
Keď sa tlačová struna dotkne horúcej trysky, začne sa taviť a meniť svoje skupenstvo. Počas tohto procesu neuniká do vzduchu len teplo. Z tlačiarne reálne unikajú dve úplne odlišné veci, ktoré musíme oddeliť, aby sme pochopili, ako sa proti nim chrániť.
Po prvé sú to prchavé organické zlúčeniny, pre ktoré sa bežne používa anglická skratka VOC. To sú presne tie plyny, ktoré cítite nosom. Problematika VOC sprevádza 3D tlač od samého začiatku. Práve tieto plyny sú zodpovedné za to, že vás pri dlhšom pobyte pri tlačiarni začnú dráždiť oči, nos alebo hrdlo. U citlivejších ľudí veľmi rýchlo spôsobujú bolesti hlavy alebo pocity nevoľnosti.
Kým VOC cítite a vaše telo vám dáva jasný signál vyvetrať, ultrajemné častice sú zradnejšie. Nevidíte ich a necítite ich. Sú to takzvané UFP, z anglického ultrafine particles. Hovoríme o pevných časticiach s veľkosťou rádovo 1 až 100 nanometrov. Pre predstavu, tieto nanočastice sú také extrémne malé, že pri vdýchnutí nezostanú na slizniciach, ale prenikajú hlboko do pľúcnych mechúrikov. Odtiaľ sa ich ľudské telo zbavuje len veľmi ťažko a môžu prechádzať aj do krvného obehu.
Koľko toho ktorý materiál uvoľňuje
Najdôležitejšou premennou pre množstvo emisií je teplota trysky. Fyzika je v tomto ohľade neúprosná. Čím teplejšie materiál tavíte, tým viac častíc a výparov vzniká. Nie je to samozrejme jediný faktor, chemické zloženie hrá obrovskú úlohu, ale teplota je hlavný spúšťač. Pozrime sa na konkrétne materiály.
Obľúbené PLA sa tlačí pri relatívne nízkej teplote okolo 200 stupňov Celzia. Vďaka tomu uvoľňuje do vzduchu celkovo najmenej emisií. Podobne je na tom PETG, ktoré sa tiež považuje za relatívne nízkoemisný materiál a pre bežnú domácu tlač predstavuje menšiu záťaž. Tým sa však dobré správy v podstate končia.
Akonáhle prejdete na technické plasty, situácia sa dramaticky mení. Staré známe ABS uvoľňuje do okolia obrovské množstvo častíc aj prchavých látok. Modernejšia ASA, ktorá sa používa ako UV stabilná náhrada na vonkajšie použitie, síce produkuje o niečo menej pevných častíc, ale zato uvoľňuje naozaj masívne množstvo VOC. ABS aj ASA majú jeden spoločný zásadný problém, uvoľňujú totiž styrén. Ak tlačíte tieto materiály v nevetranej miestnosti, koncentrácia styrénu dokáže veľmi rýchlo prekročiť platné hygienické limity pre vnútorné priestory.
Nylon, teda polyamid označovaný ako PA, potrebuje na tlač vysoké teploty a uvoľňuje do vzduchu obrovské množstvo ultrajemných častíc. Na samom vrchole emisného rebríčka potom stojí polykarbonát čiže PC. Tento materiál patrí medzi tie úplne najviac emisné. Tlačí sa veľmi horúco, teploty na tryske sa pohybujú okolo 300 stupňov Celzia, a tomu zodpovedá aj extrémne množstvo uvoľnených látok.
Tu však musím pridať jednu veľmi dôležitú nuansu. Veľa ľudí si myslí, že PLA je vyrobené z rastlinných zdrojov, a preto je úplne a absolútne neškodné. Niektoré odborné štúdie však zistili pomerne prekvapivú vec. Častice uvoľnené z PLA môžu byť na jednotku hmotnosti paradoxne toxickejšie než častice z ABS. Áno, čítate správne. Záchranou pri PLA je fakt, že týchto častíc uvoľňuje do vzduchu len nepatrný zlomok oproti technickým plastom. Tvrdenie, že PLA má nulové emisie, je teda veľmi nepresné zjednodušenie. Sú nízke, ale nie sú nulové.
Koľko emisií uvoľňujú jednotlivé materiály
Relatívne porovnanie, vyšší pruh znamená viac emisií. Rozhoduje hlavne teplota trysky.
ABS a ASA navyše uvoľňujú styrén, ktorý v nevetranej miestnosti prekračuje hygienické limity. Škála je orientačná, slúži na porovnanie materiálov medzi sebou.
Ako veľmi to škodí zdraviu
Otázka, či je 3D tlač škodlivá pre zdravie, nemá odpoveď áno alebo nie. Musíme rozlišovať krátkodobé a dlhodobé dopady. Z krátkodobého hľadiska je problémom vysoká koncentrácia prchavých látok v zle vetranej miestnosti. Výsledkom sú podráždené oči, škriabanie v nose a v hrdle. Z vlastnej skúsenosti viem, že ak pri dlhej tlači z ABS zabudnem vyvetrať, do hodiny sa spoľahlivo dostaví tupá bolesť hlavy a ľahká nevoľnosť. To je jasná reakcia organizmu na chemický koktail vo vzduchu.
Dlhodobá záťaž je zložitejšia téma a stále je predmetom aktívneho vedeckého výskumu. Tu sú hlavným podozrivým ultrajemné častice UFP. Ako som už spomenul, usádzajú sa hlboko v pľúcach a telo ich zle odbúrava. Dlhodobé vystavenie vysokým koncentráciám nanočastíc vo všeobecnosti neprospieva srdcovo-cievnemu ani dýchaciemu systému. Osobitná pozornosť sa potom venuje styrénu, ktorý uniká z ABS a ASA. Ide o zďaleka najsledovanejšiu látku v našom odbore, pretože preukázateľne dráždi sliznice a pri dlhodobej expozícii nad povolené limity má toxické účinky na nervovú sústavu.
Pomáha uzavretá tlačiareň a filter?
Keď toto všetko tlačiari zistia, zvyčajne začnú hľadať rýchle riešenie. Tým sa zdá byť kúpa tlačiarne s plným krytom. Uzavreté tlačiarne, ako je napríklad populárna Bambu Lab, a mnoho ďalších modelov na trhu majú často už z výroby zabudovaný filter s aktívnym uhlím. Na papieri to znie úplne skvele, ale prax je trochu komplikovanejšia.
Aktívne uhlie funguje na princípe adsorpcie. Dokáže do seba zachytiť časť prchavých organických zlúčenín a je úplne vynikajúce na potlačenie zápachu. Zásadný problém je v tom, že uhlie vôbec nezachytáva ultrajemné častice UFP. Tie ním prejdú úplne bez povšimnutia. Na odfiltrovanie pevných častíc je totiž nevyhnutne potrebný HEPA filter, ale ten mnohým tlačiarňam v základnej výbave chýba. Samotné aktívne uhlie teda rieši len polovicu problému.
Ďalší háčik je v životnosti. Uhlíkový filter sa používaním postupne nasýti. Nemá bezodnú kapacitu. Akonáhle dosiahne svoj limit, prestane fungovať a plyny púšťa ďalej do miestnosti. Platí tu jedno jednoduché a veľmi spoľahlivé pravidlo. Akonáhle tlač zreteľne cítite aj mimo uzavretej tlačiarne, uhlie je už nasýtené. V takej chvíli už dýchate nefiltrované VOC. Preto sa odporúča meniť filter zhruba po troch až šiestich mesiacoch aktívnej tlače.
Nesmieme zabúdať ani na to, ako vzduch vo vnútri boxu vlastne cirkuluje. V drvivej väčšine uzavretých tlačiarní vzduch cez filter iba recirkuluje vo vnútri komory. Nie je to odťah von z budovy a rozhodne to nenahrádza vetranie miestnosti. Uzavretá komora tlačiarne primárne slúži na to, aby udržala stabilnú teplotu okolo výtlačku a zabránila tak nepríjemnému warpingu, teda krúteniu a odlepovaniu plastu od podložky. Ochrana zdravia je často len vedľajší a nie vždy dokonale vyriešený efekt.
Čo zvládne uhlíkový filter a čo nie
Aktívne uhlie (v uzavretých tlačiarňach aj v externých súpravách) má jasné fyzikálne limity.
Ako sa chrániť: vetranie a filtrácia
Ak chcete mať naozaj čistý vzduch, musíte vziať situáciu do vlastných rúk. Existujú podstatne lepšie riešenia, než sa len spoliehať na základnú uhlíkovú hubku. Naozaj účinné odvetranie 3D tlačiarne si vyžaduje systémový prístup.
Výrazným posunom je inštalácia vylepšujúcej súpravy, ktorá kombinuje kvalitný HEPA filter triedy 13 alebo 14 spolu so štedrým množstvom aktívneho uhlia. Ešte lepším riešením je potom pridanie externého odťahu, ktorý cez tieto filtre ženie vzduch z tlačiarne preč. Taká kombinácia dokáže zachytiť až 99,95 percenta všetkých ultrajemných častíc aj prchavých látok. V nezávislých testoch dokázali tieto zostavy znížiť koncentrácie škodlivín v miestnosti až štvornásobne. Zapamätajte si hlavnú zásadu. Jedine kombinácia HEPA filtra na pevné častice a aktívneho uhlia na prchavé plyny pokryje oboje. HEPA samo osebe VOC nezachytí a uhlie samo osebe častice nezastaví.
Praktické odporúčania podľa materiálu
Teóriu máme za sebou, povedzme si, čo to znamená pre vašu každodennú prevádzku. Najväčšia a zároveň úplne najlacnejšia páka, ako znížiť výpary vo vašej domácnosti, je samotný výber materiálu a s ním spojená nižšia teplota trysky. Ak od finálneho dielu vyslovene nepotrebujete vysokú mechanickú pevnosť alebo tepelnú odolnosť, tlačte z materiálov, ktoré sa tavia pri nižších teplotách.
Keď siahnete po kvalitnom PLA, predstavuje to v slušne vetranej miestnosti naozaj nízke riziko. Pri tlačiarni môžete normálne pracovať a stačí len občas otvoriť okno. Veľmi podobne je na tom PETG, ktoré je ideálny kompromis pre funkčné diely bez nutnosti stavať odsávacie laboratórium.
Úplne iná situácia nastáva pri technických filamentoch. ABS, ASA, polykarbonát a nylon bez debaty patria do uzavretej tlačiarne vybavenej aktívnou filtráciou. Pri týchto materiáloch je úplne kľúčové odvetranie, ideálne s priamym vyfukovaním vzduchu von oknom alebo aspoň do trvalo neobývanej miestnosti. Zlaté pravidlo znie jasne. ABS ani ASA nikdy netlačte v obývanej a nevetranej miestnosti, v ktorej sa práve zdržiavate.
Ak chcete mať doma ten úplne najspoľahlivejší systém, zaobstarajte si uzavretú tlačiareň, doplňte ju o silnú filtráciu kombinujúcu HEPA a uhlie a do samotnej miestnosti postavte kvalitnú čističku vzduchu. A samozrejme nezabudnite pravidelne aj poriadne vetrať. Úplne zásadná rada na záver tejto časti znie: tlačiareň nikdy nedávajte do spálne. Miesto, kde celú noc spíte, musí zostať čisté.
Aké opatrenia na ktorý materiál
| Materiál | Emisie | Čo robiť |
|---|---|---|
| PLA / PETG | nízke | Stačí slušne vetraná miestnosť. Uzavretá komora s filtrom ako bonus proti pachom. |
| ABS / ASA | vysoké | Uzavretá komora + aktívna filtrácia + odvetranie von. Kvôli styrénu nikdy v obývanej nevetranej miestnosti. |
| Nylon (PA) / PC | vysoké | Uzavretá komora + HEPA a uhlie + odvetranie. Uvoľňuje veľa častíc. |
Najlacnejšia ochrana je výber materiálu. Keď nepotrebujete odolnosť, tlačte z PLA alebo PETG.
Záver
Výpary z nášho koníčka sa neoplatí podceňovať, ale nie je ani dôvod kvôli nim panikáriť a predávať vybavenie. Ide len o to pristupovať k tlači so zdravým rozumom. Kedykoľvek natiahnete do extrudéra novú cievku, uvedomte si, akú teplotu na ňu púšťate. S vyššou teplotou rastie vaša zodpovednosť za to, čo budete v miestnosti dýchať. Otvoriť okno je to najmenej, čo pre seba môžete urobiť. A ak plánujete dlhé tlače z technických materiálov, berte kvalitnú filtráciu a odsávanie ako rovnako dôležitú súčasť výbavy, ako je kvalitná tlačová podložka alebo oceľová tryska.
Časté otázky
Je 3D tlač škodlivá pre zdravie?
Záleží od materiálu a vetrania. Krátkodobo môžu výpary spôsobiť bolesti hlavy a dráždiť oči či nos. Dlhodobé vdychovanie nanočastíc a prchavých látok v nevetranej miestnosti zdraviu neprospieva. Pri správnom odvetraní a voľbe materiálu je však riziko minimálne.
Ktorý filament uvoľňuje najmenej výparov?
Najmenej emisií produkuje PLA, pretože sa tlačí pri pomerne nízkej teplote okolo 200 stupňov Celzia. Relatívne bezpečné a nízkoemisné je aj PETG. Aj pri nich však vznikajú nanočastice, hoci v malom množstve.
Pomôže uzavretá tlačiareň s uhlíkovým filtrom?
Pomôže zachytiť pachy a časť prchavých látok, ale nezachytí nebezpečné ultrajemné častice. Na ich odstránenie je potrebný HEPA filter. Uhlíkový filter sa navyše časom nasýti a treba ho pravidelne meniť.
Musím pri tlači z PLA vetrať?
Áno. Aj keď PLA predstavuje veľmi nízke riziko, stále uvoľňuje malé množstvo častíc a prchavých látok. Bežné vetranie otvorením okna v miestnosti je úplne dostatočnou prevenciou.
Môžem mať 3D tlačiareň v spálni alebo v obývačke?
Do spálne tlačiareň rozhodne nepatrí. Vdychovať výpary celú noc počas spánku je nevhodné aj pri tlači z PLA. V obývačke je prevádzka možná len pri nízkoemisných materiáloch za predpokladu pravidelného a dôkladného vetrania.
