Stampanti e penne 3D possono emettere particelle e sostanze volatili. Abbiamo sviluppato un metodo per analizzare le emissioni delle penne 3D. Il nostro metodo è semplice, facile da implementare ed economico da configurare.
Può essere utilizzato per caratterizzare le emissioni di particelle vicino alla zona di respirazione dell'utente. Questa tecnica può anche essere utilizzata per analizzare le emissioni di aerosol da altre fonti e dispositivi come prodotti spray o processi di ablazione. Prima di iniziare un esperimento, selezionare una penna da stampa 3D in grado di generare temperature superiori a 200 gradi Celsius e selezionare filamenti con un diametro di 1,75 millimetri, adatti alla penna 3D.
Pulire l'interno di un essiccatore, con un ingresso su un lato per inserire la penna da stampa 3D e una presa sulla parte superiore per l'inserimento del tubo di campionamento. Assicurarsi che sia stabilita un'ingresso d'aria al collegamento alla penna 3D. Il tubo di uscita deve essere a 10 centimetri dalla punta della penna da stampa 3D per imitare la distanza tra la testa dell'utente e la fonte di emissione.
10 minuti prima di iniziare la misurazione dell'emissione di aerosol a penna 3D, accendere gli strumenti di misurazione online CPC e SNPs e precaricare la penna 3D con il filamento di interesse. Quando la penna si è raffreddata, collegare un filtro HEPA all'ingresso SMPS ed eseguire una misurazione di controllo pulita con SMPS per assicurarsi che l'SMPS non sia contaminato da misurazioni precedenti. Collegare l'uscita della camera all'ingresso CPC e utilizzare il CPC per controllare la concentrazione all'interno della camera per assicurarsi che la camera sia pulita e che gli esperimenti siano in esecuzione nelle stesse condizioni.
Per misurare le emissioni di aerosol a penna 3D, inserire la penna 3D precaricata e raffreddata nella camera e assicurarsi che il tubo di uscita della camera sia collegato al CPC. Avviare il computer collegato al CPC e aprire un nuovo file, con un nome adatto alle misure da effettuare. Assicurarsi che il flusso CPC sia impostato su 0,3 litri al minuto e misurare la concentrazione di fondo per 10 minuti.
Al termine della misurazione, accendere la penna 3D e selezionare la temperatura appropriata per il filamento caricato. Una volta raggiunta la temperatura del filamento, avviare il processo di stampa e lasciare stampare la penna 3D per 15 minuti. Al termine del periodo di stampa, collegare il tubo di uscita all'SMPS e ottenere misurazioni della distribuzione delle dimensioni ogni tre minuti, per i successivi 30 minuti.
Una volta acquisite tutte le misurazioni, rimuovere il filamento stampato e pulire la camera. Per quantificare la preparazione del campione mediante spettrometria di massa plasmatica accoppiata induttivamente, stampare il filamento di interesse su una superficie plastica per evitare la contaminazione con il metallo e utilizzare un coltello ceramico per tagliare il filamento in pezzi più piccoli. Pesare circa 150 milligrammi di filamento sfuso e stampato e trasferire i pezzi di filamento in recipienti a microonde.
Aggiungere 1,5 millilitri di acqua, 3,5 millilitri di acido nitrico e un millilitro di perossido di idrogeno a ciascun campione. Posizionare i vasi nel microonde e riscaldare i campioni a 200 gradi Celsius, per 20 minuti. Al termine della digestione, diluire tutti i campioni di filamenti in acqua ultrapura, per i quali è nota o sospettata un'alta concentrazione di metallo, per evitare la contaminazione dello strumento.
Quindi utilizzare una scansione di rilevamento per determinare quali metalli si trovano nei campioni e quantificare il contenuto metallico dei metalli specifici utilizzando gli standard di calibrazione appropriati. Come osservato, durante la stampa viene rilasciato un numero maggiore di particelle nere ABS rispetto alla stampa con nero PLA. L'aumento della temperatura durante la stampa del PLA, si traduce in concentrazioni di numero di particelle più elevate, senza alcun effetto significativo sul diametro medio geometrico delle particelle.
La stampa con ABS si traduce in alte concentrazioni di particelle e particelle più grandi rispetto alla stampa con PLA. Come previsto, si osserva una chiara tendenza nella differenza nel diametro medio geometrico tra le particelle emesse durante la stampa con filamenti ABS e PLA. L'imaging a microscopia elettronica a trasmissione mostra le dimensioni delle particelle, per lo più di circa 50 nanometri, per il PLA e particelle quasi costantemente più grandi fino a 100 nanometri, per l'ABS nero.
I filamenti di rame PLA contenevano rame, principalmente in forma cristallina e particelle PLA. In questa immagine, si osserva probabilmente un nanotubo di carbonio rilasciato da un filamento di nanotubo di carbonio PLA. Si può anche osservare il rilascio di piccole particelle di acciaio durante la stampa con un filamento in acciaio PLA e un possibile agglomerato di fiocchi di alluminio argentato durante la stampa con composto PLA con una quantità incredibilmente elevata di fiocchi di alluminio argentato.
Un'ulteriore analisi dell'aerosol mediante accoppiamento online dell'ICPMS, abbreviazione di spettrometria di massa plasmatica accoppiata induttivamente, può facilitare il chiarimento dei metodi emessi. Il nostro metodo rapido ed economico può anche essere utilizzato per identificare le emissioni di particelle in altre aree che potrebbero beneficiare delle caratterizzazioni degli aerosol.
