3D-printers van consumentenkwaliteit zijn de laatste jaren steeds populairder geworden, maar de deeltjes die door dergelijke apparaten worden uitgestoten, kunnen een negatieve invloed hebben op de luchtkwaliteit binnenshuis en kunnen de gezondheid van de luchtwegen schaden, volgens een studie van onderzoekers van het Georgia Institute of Technology en UL Chemical Safety.

Voor de studie, die op 12 september in het tijdschrift werd gepubliceerd Milieuwetenschap en -technologie en gesponsord door Underwriters Laboratories, Inc. (UL)., de onderzoekers verzamelden deeltjes die werden uitgestoten door 3D-printers en voerden verschillende tests uit om hun impact op respiratoire celculturen te meten.

"Al deze testen, die in hoge doses werden gedaan, toonde aan dat er een giftige reactie is op de deeltjes van verschillende soorten filamenten die door deze 3D-printers worden gebruikt, " zei Rodney Weber, een professor in Georgia Tech's School of Earth &Atmospheric Sciences, die het onderzoek leidde.

De studie maakte deel uit van een meerjarig onderzoeksproject dat gericht was op het karakteriseren van de deeltjesemissie door de printers in een gecontroleerde omgeving en het identificeren van maatregelen die door zowel fabrikanten als gebruikers van 3D-printers kunnen worden genomen om de kans op schade te verminderen. Terwijl eerdere studies zich hadden gericht op het kwantificeren van de uitgestoten deeltjes, deze keer keken de onderzoekers nauwkeuriger naar de chemische samenstelling van de deeltjes en hun potentieel voor toxiciteit.

3D-printers werken meestal door plastic filamenten te smelten en vervolgens de smelt laag na laag af te zetten om een ​​object te vormen. Door het plastic te verhitten om het te laten smelten komen vluchtige stoffen vrij, waarvan een deel van ultrafijne deeltjes die bij de printer en het object in de lucht worden uitgestoten.

Bij eerder onderzoek is het team ontdekte dat over het algemeen hoe hoger de temperatuur die nodig is om de gloeidraad te smelten, hoe meer uitstoot er werd geproduceerd. Als resultaat, acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) plastic filamenten, die een hogere temperatuur nodig hebben om te smelten, produceerden meer emissies dan filamenten van polymelkzuur (PLA), die bij een lagere temperatuur smelten.

Om de impact van de emissies op levende cellen te testen, de onderzoekers werkten samen met het Weizmann Institute of Science in Israël, die menselijke ademhalingscellen en cellen van het immuunsysteem van ratten blootstelden aan concentraties van de deeltjes van de printers. Ze ontdekten dat zowel ABS- als PLA-deeltjes de levensvatbaarheid van cellen negatief beïnvloedden, waarbij de laatste een meer giftige reactie veroorzaakt. Maar deze tests kwamen niet overeen met de werkelijke blootstellingen

De onderzoekers voerden ook een chemische analyse van deeltjes uit om meer inzicht te krijgen in hun toxiciteit en om vergelijkingen met toxiciteit van deeltjes in stedelijke buitenomgevingen mogelijk te maken. De analyse, genaamd oxidatief potentieel, simuleert de toxische reactie die een aerosol zou hebben op cellulaire organismen.

"De toxiciteitstesten toonden aan dat PLA-deeltjes giftiger waren dan de ABS-deeltjes bij een vergelijking per deeltjes, maar omdat de printers zoveel meer ABS uitstoten - het zijn de ABS-emissies die uiteindelijk meer zorgen baren, "Zei Weber. "Samen genomen, deze tests geven aan dat blootstelling aan deze filamentdeeltjes na verloop van tijd net zo giftig kan zijn als de lucht in een stedelijke omgeving die is vervuild met voertuigen of andere emissies."

Een andere bevinding van het onderzoek was dat de ABS-deeltjes die werden uitgestoten door de 3D-printers chemische eigenschappen hadden die anders waren dan het ABS-filament.

"Als de filamentbedrijven een bepaald type filament maken, ze kunnen kleine massapercentages van andere verbindingen toevoegen om bepaalde eigenschappen te bereiken, maar ze onthullen meestal niet wat die additieven zijn, Weber zei. "Omdat deze additieven de hoeveelheid emissies voor ABS lijken te beïnvloeden, en er kan grote variabiliteit zijn in het type en de hoeveelheid additieven die aan ABS worden toegevoegd, een consument kan een bepaald ABS-filament kopen, en het zou veel meer uitstoot kunnen produceren dan een van een andere leverancier."

In de studie werd ook gekeken naar welke soorten binnenmilieuscenario's de uitstoot van een 3D-printer de meeste impact zou hebben. Ze schatten dat in een commerciële gebouwomgeving zoals een school of een kantoor, betere ventilatie zou de blootstelling aan de emissies beperken. Echter, in een typische woonomgeving met minder effectieve ventilatie, de blootstelling zou veel hoger kunnen zijn, meldden ze.

"Deze onderzoeken hoe die deeltjes- en chemische emissies van 3D-printers kunnen leiden tot onbedoelde blootstelling aan vervuilende stoffen, en we zijn verheugd dit onderzoek te delen, zodat stappen kunnen worden genomen om gezondheidsrisico's te verminderen, " zei Marilyn Zwart, senior technisch adviseur voor UL.

Ondertussen, sommige maatregelen kunnen worden genomen door operators van 3D-printers om hun impact op de luchtkwaliteit te verminderen.

• 3D-printers alleen gebruiken in goed geventileerde ruimtes
• De nozzle-temperatuur instellen aan de onderkant van het voorgestelde temperatuurbereik voor filamentmaterialen
• Afstand houden van het bedienen van machines
• Met behulp van machines en filamenten die zijn getest en geverifieerd om lage emissies te hebben.