Este filtro de baixo custo captura 99% das partículas na impressão 3D, mas há um problema prático
Um novo estudo sugere que o uso de extratores de bico bem projetados e de gabinetes totalmente ventilados pode reduzir em até 99% as partículas liberadas durante a impressão com ABS. Apesar disso, os usuários ainda ficam sem uma solução de segurança que seja realmente viável no dia a dia.
Pesquisadores do Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA (NIOSH) testaram quatro métodos relativamente baratos para capturar emissões de partículas de impressoras 3D FDM de desktop. Sob condições controladas de laboratório, os designs mais robustos removeram mais de 99% das partículas medidas.
A descoberta mais interessante no estudo “Design and Evaluation of Four Low-Cost Engineering Controls for Reducing Particle Emissions from 3D Printing” do NIOSH não é o fato de que um gabinete totalmente ventilado consegue reter partículas suspensas no ar. O grande destaque é que uma impressora de estrutura aberta também pode alcançar uma captura de partículas muito alta ao imprimir com ABS. Isso ocorre embora a solução seja pouco elegante, específica para cada impressora e potencialmente trabalhosa.
Os pesquisadores do NIOSH projetaram uma coifa de captura personalizada. Ela foi montada no cabeçote de impressão e direcionada para o bico. Uma mangueira conectava a coifa a um exaustor separado e a um filtro de alta eficiência. Em uma impressora de estrutura aberta, o sistema alcançou uma eficiência mínima de captura de partículas de 99,72%.
O estudo não analisou se o acessório e a mangueira adicionados afetaram a velocidade de impressão, o movimento, a confiabilidade ou a qualidade da peça. Além disso, ele mediu apenas partículas, e não gases ou compostos orgânicos voláteis (VOCs). O design baseia-se em trabalhos anteriores do NIOSH com extração no nível do bico, em vez de introduzir o conceito pela primeira vez.
Uma segunda versão do extrator de bico teve um desempenho menos consistente, alcançando uma eficiência mínima de captura de 91,55%. Os pesquisadores atribuíram a diferença ao espaço mais apertado ao redor da extrusora, às passagens internas mais estreitas e ao menor fluxo de ar, e não simplesmente à presença de um acessório menor.
Taxas de captura de partículas de fumos de ABS:
- Controle no bico A: 99,72%
- Controle no bico B: 91,55%
- Gabinete comercial para o espaço de construção: 28,59%
- Gabinete fechado para toda a impressora: 99,78%
Embora a pesquisa seja menos inovadora do que estamos acostumados quando se trata dos estudos sobre impressoras 3D do NIOSH, ela reforça duas descobertas importantes. A primeira é que a extração cuidadosamente projetada no bico e os gabinetes ventilados podem capturar quase todas as partículas medidas. A segunda é que colocar a área de construção dentro de uma caixa de acrílico não significa necessariamente que as emissões de partículas de ABS estão sendo contidas.
Um gabinete é tão bom quanto o seu fluxo de ar
Outra lição importante diz respeito ao design dos gabinetes das impressoras. Simplesmente cercar a máquina (ou parte dela) com painéis não garante uma captura de partículas eficaz. O fluxo de ar, as saídas de ventilação, as ventoinhas e a própria estrutura do gabinete devem ser considerados como parte integrante da máquina.
Uma das impressoras foi testada com um gabinete comercial específico para ela. Pelas fotos do artigo, ela parece ser uma LulzBot Mini. A captura de partículas dessa configuração foi fraca. Isso aconteceu porque o gabinete cercava o espaço de construção, mas não continha todo o sistema de fluxo de ar da máquina.
Uma ventoinha exposta para o resfriamento dos componentes eletrônicos empurrava o ar carregado de partículas por aberturas externas. Dessa forma, o ar escapava do caminho de exaustão filtrado do gabinete. O resultado demonstra que um gabinete eficaz deve controlar as ventoinhas e as saídas de ar. Ele não pode se limitar a apenas cercar a mesa de impressão.
A maioria dos gabinetes atuais envolve a máquina inteira. Portanto, essa descoberta serve principalmente como uma lição sobre o fluxo de ar e um alerta para projetos de gabinetes DIY (faça você mesmo). Isso também mostra por que um gabinete construído focando na estabilidade térmica não deve ser tratado automaticamente como um sistema de controle de emissões.
Resultados evidentes, mas não simples de serem replicados
Ao longo da última década, o NIOSH ajudou a construir grande parte da base de evidências usada para tornar a impressão 3D de desktop mais segura. Isso se aplica a locais de trabalho, escolas, makerspaces e laboratórios. Suas pesquisas levaram a discussão além do aviso vago de que as impressoras “produzem fumos”. A instituição identificou o que exatamente é emitido, quando as emissões pioram e como os trabalhadores podem ser expostos. Além disso, determinou quais controles de engenharia podem reduzir essa exposição.
No entanto, para profissionais de segurança do trabalho e hobistas, este estudo mais recente é mais uma prova de conceito do que um guia prático. Ele demonstra dois princípios sólidos: capturar as emissões perto do bico ou enclausurar todo o processo, mantendo um fluxo de ar interno controlado. Mas o que o estudo não fornece é um sistema completo, validado e com arquivos para download que os usuários possam instalar e reproduzir. O NIOSH já havia publicado arquivos para um sistema de extração relacionado anteriormente. Contudo, o artigo não fornece os modelos para impressão nem as instruções completas de montagem para as novas coifas de captura específicas que produziram esses resultados.
O estudo também não avalia a mistura completa das emissões liberadas durante a impressão em ABS. Os autores afirmam explicitamente que os controles não foram projetados para mitigar as emissões gasosas. Portanto, os números relatados de 99% não podem ser interpretados como a remoção de 99% de todas as emissões do ABS. Um filtro de partículas de alta eficiência consegue capturar as partículas suspensas no ar, mas acaba permitindo a passagem de contaminantes gasosos.
A pesquisa tem lacunas significativas, mas não é cientificamente inútil. Por um lado, ela confirma que a extração barata na fonte pode reduzir drasticamente a liberação de partículas ultrafinas quando projetada corretamente. Por outro lado, ela alerta que o design do gabinete é muito mais complicado do que parece.
Os usuários não devem confiar apenas em coberturas estéticas. O controle de emissões deve levar em conta tanto as partículas quanto os gases. Além disso, todas as possíveis rotas de fluxo de ar devem ser consideradas ao projetar um gabinete. O artigo também recomenda a realização de uma avaliação de riscos antes da instalação de controles de adaptação ou modificações improvisadas. Isso inclui a consideração de riscos de incêndio, implicações na garantia e possíveis efeitos nas certificações do equipamento.
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Licença: O texto "Este filtro de baixo custo captura 99% das partículas na impressão 3D, mas há um problema prático", da All3DP, é licenciado pela licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional (CC BY 4.0)