Ce filtre économique capture 99 % des particules en impression 3D, mais un problème pratique subsiste
Une nouvelle étude suggère qu'un système d'extraction sur buse bien conçu combiné à une enceinte entièrement ventilée peut réduire de 99 % les particules émises lors de l'impression d'ABS. Cependant, cette solution laisse toujours les utilisateurs sans réelle option de sécurité pratique au quotidien.
Des chercheurs du NIOSH (l’Institut national américain pour la sécurité et la santé au travail) ont testé quatre méthodes relativement peu coûteuses pour capturer les émissions de particules des imprimantes 3D FDM de bureau. Dans des conditions de laboratoire contrôlées, les systèmes les plus performants ont éliminé plus de 99 % des particules mesurées.
La découverte la plus intéressante de l’étude du NIOSH, intitulée « Design and Evaluation of Four Low-Cost Engineering Controls for Reducing Particle Emissions from 3D Printing« , n’est pas qu’un habitacle entièrement ventilé puisse piéger les particules en suspension. C’est plutôt le fait qu’une imprimante à châssis ouvert peut, elle aussi, atteindre une très haute capture de particules lors de l’impression d’ABS. Cela se produit bien que la solution manque d’élégance, qu’elle soit spécifique à l’imprimante et potentiellement encombrante.
Les chercheurs du NIOSH ont conçu une hotte de capture sur mesure. Elle a été montée sur la tête d’impression et orientée vers la buse. Un tuyau reliait cette hotte à un ventilateur d’extraction indépendant et à un filtre à haute efficacité. Sur une imprimante à châssis ouvert, le système a atteint une efficacité minimale de capture des particules de 99,72 %.
L’étude n’a pas examiné si l’accessoire et le tuyau ajoutés affectaient la vitesse d’impression, les mouvements, la fiabilité ou la qualité de la pièce. De plus, elle n’a mesuré que les particules, excluant les gaz et les composés organiques volatils (COV). Ce dispositif s’appuie sur les travaux antérieurs du NIOSH concernant l’extraction au niveau de la buse, plutôt que d’introduire le concept pour la première fois.
Une deuxième version de l’extracteur sur buse a offert des résultats moins constants, avec une efficacité minimale de capture de 91,55 %. Les chercheurs ont attribué cette différence à l’espace plus restreint autour de l’extrudeur, à des passages internes plus étroits et à un flux d’air plus faible, et non pas simplement à la présence d’un accessoire plus petit.
Taux de capture des particules d’émanations d’ABS :
- Contrôle sur buse A : 99,72 %
- Contrôle sur buse B : 91,55 %
- Enceinte commerciale pour zone d’impression : 28,59 %
- Habitacle fermé pour toute la machine : 99,78 %
Même si elle est moins révolutionnaire que ce à quoi le NIOSH nous a habitués avec ses recherches sur les imprimantes 3D, cette étude renforce deux conclusions importantes. Premièrement, une extraction sur buse bien conçue et des habitacles ventilés peuvent capturer presque toutes les particules mesurées. Deuxièmement, le simple fait de placer la zone d’impression dans une boîte en acrylique ne garantit absolument pas le confinement des émissions de particules d’ABS.
Un habitacle ne vaut que par son flux d’air
Une autre leçon importante concerne la conception des habitacles d’imprimantes. Le simple fait d’entourer une machine (ou une partie de celle-ci) de panneaux ne garantit pas une capture efficace des particules. Le flux d’air, les bouches d’aération, les ventilateurs et les limites de l’habitacle doivent tous être considérés comme faisant partie intégrante de la machine.
Une imprimante a été testée avec une enceinte commerciale spécifique à ce modèle. D’après les photos de l’étude, il semble s’agir d’une LulzBot Mini. Sa capacité de capture des particules s’est avérée médiocre. Cela s’est produit car l’enceinte entourait la zone d’impression, mais n’intégrait pas l’ensemble du système de flux d’air de la machine.
Un ventilateur de refroidissement exposé a poussé l’air chargé de particules à travers des ouvertures situées en dehors du circuit d’évacuation filtré. De cette façon, l’air s’échappait de l’habitacle. Ce résultat démontre qu’un habitacle efficace doit contrôler les ventilateurs et les aérations. Il ne peut pas se contenter d’envelopper le plateau d’impression.
La plupart des habitacles d’imprimantes actuels enveloppent l’intégralité de la machine. Cette découverte est donc surtout utile en tant que leçon sur les flux d’air et comme mise en garde pour les conceptions d’habitacles DIY. Elle explique également pourquoi un habitacle construit principalement pour assurer une stabilité thermique ne doit pas être automatiquement considéré comme un système de contrôle des émissions.
Des résultats évidents, mais pas simples à reproduire
Au cours de la dernière décennie environ, le NIOSH a contribué à bâtir une grande partie des données scientifiques visant à rendre l’impression 3D de bureau plus sûre. Cela s’applique aux lieux de travail, aux écoles, aux makerspaces et aux laboratoires. Ses recherches ont fait évoluer le débat au-delà du simple avertissement vague selon lequel les imprimantes « produisent des émanations ». L’institut a identifié précisément ce qui est émis, à quel moment les émissions s’aggravent et comment les travailleurs peuvent y être exposés. De plus, il a déterminé quels contrôles techniques peuvent réduire cette exposition.
Cependant, pour les professionnels de la sécurité au travail comme pour les amateurs, cette dernière étude tient davantage de la preuve de concept que du guide pratique. Elle démontre deux principes fondamentaux : capturer les émissions près de la buse ou enfermer l’ensemble du processus, tout en maintenant un flux d’air entrant contrôlé. Mais ce qu’elle ne fournit pas, en revanche, c’est un système complet, validé et téléchargeable que les utilisateurs pourraient installer et reproduire. Bien que le NIOSH ait déjà publié les fichiers d’un système d’extraction similaire par le passé, ce nouvel article ne fournit ni fichiers imprimables ni instructions de montage complètes pour les nouvelles hottes de capture spécifiques qui ont permis d’obtenir ces résultats.
L’étude n’évalue pas non plus le mélange complet des émissions libérées lors de l’impression d’ABS. Les auteurs précisent explicitement que les systèmes n’ont pas été conçus pour atténuer les émissions gazeuses. Par conséquent, les chiffres de 99 % ne peuvent pas être interprétés comme une élimination de 99 % de toutes les émissions d’ABS. Un filtre à particules à haute efficacité peut retenir les particules en suspension, mais finit par laisser passer les contaminants gazeux.La recherche comporte des lacunes importantes, mais elle n’est pas dénuée de sens sur le plan scientifique. D’une part, elle confirme qu’une extraction à la source peu coûteuse peut réduire considérablement les rejets de particules ultrafines si elle est bien conçue. D’autre part, elle souligne aussi que la conception d’un habitacle est plus complexe qu’il n’y paraît.
Les utilisateurs ne doivent pas se fier à des capots purement cosmétiques. Le contrôle des émissions doit prendre en compte à la fois les particules et les gaz. De plus, chaque voie possible de circulation de l’air doit être étudiée lors de la conception d’un habitacle. L’article recommande également de procéder à une évaluation des risques avant d’installer des contrôles de seconde monte ou des modifications improvisées. Cela implique de prendre en compte les risques d’incendie, les conséquences sur la garantie et les effets possibles sur les certifications de l’équipement.
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Licence : Le texte de l'article "Ce filtre économique capture 99 % des particules en impression 3D, mais un problème pratique subsiste" écrit par All3DP est publié sous la licence Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).