Технология 3D-печати кажется фантастической – можно создать предмет любой формы и сложности, используя любые материалы. Это увлекает еще больше, когда понимаешь, что сейчас это доступно не только в промышленности, но и на любительском уровне. Ведь приобретение 3D-принтера и материалов для него – это не такое дорогое удовольствие, которое могут себе позволить многие энтузиасты. Однако запустив дома это устройство, пользователи понимают, что оно неприятно пахнет. Некоторые чувствительные люди могут испытывать серьезные расстройства – раздражение, кашель, мигрени. И тогда возникает вопрос о воздухообмене и очистке воздуха. Рассмотрим, как правильно организуется вентиляция для 3D-принтера. Изучим, благодаря какому вентилятору, воздуховоду для вентиляции и другому оборудованию можно организовать комфортные условия в различных ситуациях, что для этого нужно купить в том или ином случае.
Вреден ли 3Д принтер: виды технологий и типы загрязнений
Существуют две основные технологии 3D-печати, доступные как в промышленности, так и в хобби – FDM и SLA. Каждая из них имеет свои особенности. Кроме того, существуют другие технологии, которые применяются только на промышленном уровне.
Способ 3D-печати FDM и вероятные вредные отходы
FDM – моделирование методом послойного наложения. Второе название FFF – технология послойного наложения нитей. Печать происходит из пластика в виде нити, которая намотана на катушку. Пластик проходит через экструдер, в котором он нагревается и выдавливается на стол для печати. Экструдер движется над поверхностью и слой за слоем создает модель. По мере печати материал остывает и становится готовым предметом.
Эта технология проста, поддерживает работу с различными материалами, принтеры для ее реализации относительно недороги, не сложны по конструкции. Модели получаются прочными и пригодными для практического применения даже в подвижных механизмах.
В экструдере 3D-принтера пластик нагревается до температуры 190–230 °C. Во время этого процесса из него выделяются ультратонкие частицы (УТЧ) и летучие органические соединения (ЛОС). Это мелкие, легкие частицы пластика, которые летают в воздухе, образуют пыль и оседают в дыхательных путях. Они могут проникать глубоко в легкие, вызывая раздражение, заболевания, затруднение дыхания.
FDM-печать всеми материалами, кроме PLA, требует нагрева стола до температуры 100 °C и выше. Несмотря на то, что стол и его покрытие при этом не выделяют запахов, образуется излишнее тепло, которое также должно быть отведено с помощью вентилятора вытяжного.
Часть пластика типа PLA для FDM-принтера позиционируется поставщиками как безопасный. Это мнение основано на том, что он биоразлагаемый и изготовлен из возобновляемых ресурсов – сахарного тростника, крахмала, кукурузы. И это действительно так. Однако при нагревании даже таких экологичных компонентов все же образуются ЛОС и УТЧ, хотя и не такие агрессивные, как, например, при печати пластиком типа ABS.
Метод печати SLA и его вредные отходы
SLA переводится как лазерная стереография. Второе название DLP – цифровая обработка светом. Метод заключается в обработке фотополимерной смолы – от света лазера она затвердевает и получается та или иная фигура.
Этот метод сложнее, оборудование для него требуется более серьезное, хотя и такое же доступное для хобби. Способ применяется в случаях, когда нужно создавать детализированные мелкие модели, поэтому используется ювелирами в создании форм для литья или для печати реалистичных коллекционных фигурок.
Смола, используемая для SLA-печати в жидком состоянии, очень токсична. Для работы с ней нужны специальные средства, чтобы не нанести травмы коже и слизистым оболочкам. Кроме того, она испаряется, ее пары выделяют летучие органические соединения (ЛОС). Это мелкие молекулы смолы, которые, попадая в организм человека через органы дыхания, вызывают головную боль, тошноту, раздражение и другие неприятные симптомы. Некоторые виды смол выделяют ЛОС, не создавая запаха, что особенно опасно.
Сам процесс печати происходит в закрытой емкости. Но во время работы испарения ЛОС все же происходят. Однако во время подготовки к работе и при очистке модели от смолы нежелательные испарения особенно активны.
Другие технологии 3D-печати
Остальные технологии 3D-печати не используются дома. Но даже при эксплуатации в цехе требуется правильная вентиляция для 3D-принтера. К таким методам печати относятся:
- SLS (селективное лазерное спекание). Способ похож на SLA, только вместо смолы используется порошок. Процесс происходит под воздействием высокой температуры, в воздух выделяются мелкодисперсные частицы, которые вдыхает человек.
- DMLS (прямое лазерное спекание металла). Технология похожа на FDM, только вместо пластика используется металл. Поэтому и температуры намного выше. Во время работы выделяются мелкие частицы металла, озон, оксиды и другие соединения, которые нельзя вдыхать человеку.
При работе с таким оборудованием предпочтение отдается мощным вентиляторам промышленным. Они не только обеспечивают нормальный расход воздуха, но при необходимости могут и очищать вытяжной поток, чтобы исключить воздействие на экологию среды. Это важно при размещении в плотно застроенных местностях, например, в Киеве и других городах.
Нормы и расчет вентиляции для комнаты с 3D принтером
Государственные стандарты в Украине на сегодня не устанавливают никаких норм для вентиляции помещения с 3D-принтером, будь то домашняя установка для хобби или промышленное оборудование в цехе с десятком устройств. Однако некоторые исследовательские центры, например, EHRS Пенсильванского университета, уже разработали определенные нормы, которые можно успешно применять для расчета проекта вентиляции.
Какую кратность воздухообмена предусматривают требования к вентиляции в помещении с 3D принтером
Необходимая кратность воздухообмена зависит от количества работающих принтеров и интенсивности печати. Расход воздуха должен быть таким:
- если работает один 3D-принтер, то требуется вентиляция с 4-х кратным воздухообменом;
- если принтеров несколько, то рекомендуется 6-ти кратный воздухообмен;
- если для 3D-печати используются особо токсичные материалы, такие как ABS-пластик, печать происходит непрерывно, а специалистам приходится находиться в одной комнате с принтерами, то рекомендуемая кратность воздухообмена должна составлять 8-10.
Частота воздухообмена показывает, сколько раз за 1 час в помещении должен быть полностью обновлен воздух. Например, 4-х кратный воздухообмен означает, что за 1 час воздух должен быть выведен и заменен новым 4 раза.
Не стоит считать, что для воздухообмена вентиляции 3D-принтера нужны какие-то сложные дорогие установки. Например, в обычной ванной или на кухне рекомендуется кратность 5-8. Это не так много, обычная вентиляционная техника справится с этим. Поэтому нормальный воздухообмен в помещении с 3D-принтером организуется вентиляционными системами бытового уровня, которые можно приобрести в магазине по доступной цене.
Расчет вентиляции для помещения с 3D-принтером
Зная необходимую кратность воздухообмена, можно определить, какой расход воздуха должна иметь вентиляционная система для 3D-принтера. Это поможет выбрать нужное оборудование.
Расход измеряется в объеме воздуха, выводимого за час. Поэтому для расчета нужно знать объем помещения и количество принтеров. Если расчет проводится для комнаты длиной и шириной 5 м и 3 м, высотой потолка 2,5 м, то ее объем составляет 5*3*2,5=37,5 м3. Если в таком помещении работает один 3D-принтер, то необходима вентиляция с 4-х кратным расходом воздуха – 37,5*4=150 м3/ч, если принтеров много, то кратность 6, а расход 37,5*6=225 м3/ч. Даже для нескольких принтеров можно организовать вентиляцию с помощью того или иного вентилятора для бытового использования.
Дополнительные рекомендации по вентиляции 3D принтера
Прежде чем проектировать вентиляцию для 3D-принтера, следует позаботиться о том, чтобы она соответствовала и другим рекомендациям. Наш опыт работы показал, что необходимо, чтобы:
- Не было сквозняков от вентиляции. Во-первых, сквозняки неприятно ощущаются и от них можно заболеть. Во-вторых, они поднимают пыль. А это не только вредно для дыхания, но и мешает при FDM 3D-печати – пыль оседает между слоями пластика, забивает экструдер. Если печать происходит на нагретом столе, то сквозняк приводит к ускоренному и неравномерному охлаждению модели, от чего она может треснуть или отклеиться от поверхности во время печати.
- Не было перерасхода ресурсов. Желательно, чтобы вентиляция не тратила слишком много энергии на себя и не забирала тепло отопления. Особенно, если речь идет о частой, ежедневной печати на 3D-принтере.
- Не было шума. В отличие от вентиляции склада, где обычно никто не находится, шум в комнате с принтером будет мешать работать. Поэтому система должна быть тихой. Учитывая, что и сам принтер издает звук, дополнительный шум будет лишним. Это может быть не так важно, если печать редкая, но если это происходит постоянно и в одной комнате с людьми, то хорошая шумоизоляция важна.
- Приточный воздух должен быть чистым. Недопустимо, чтобы вместе с воздухом в помещение попадала пыль, которая повредит печать и приведет к частому обслуживанию принтера. К тому же пыль и другие загрязнения вредят органам дыхания людей.
Как организовать вентиляцию для комнаты с 3D принтером
В зависимости от количества принтеров, интенсивности их работы, специфики помещения, вентиляцию можно организовать разными способами. Рассмотрим все доступные для этого варианты.
Приточно-вытяжная вентиляция для комнаты с 3D-принтером
Приточно-вытяжная вентиляция может быть как полностью принудительной, так и частично. Компонент, который обязательно должен быть принудительным для обеспечения необходимой кратности воздухообмена – вытяжной вентилятор. Его задача заключается в том, чтобы забрать загрязненный воздух из помещения и вывести его на улицу. Поэтому он устанавливается на наружной стене. Если такой возможности нет, то вентилятор выводит воздух с помощью вентиляционной трубы. Но тогда нужно предусмотреть запас расхода воздуха, который покроет сопротивление трубы. В интернет-магазине доступен большой выбор воздуховодов, отличающихся по материалам и дизайну. Поэтому можно выбрать вариант, подходящий к интерьеру помещения.
Приточная вентиляция должна вводить в помещение столько воздуха, сколько выводит вытяжная. Она может быть организована следующими способами:
- естественная – через открытое окно или дверь, актуально, если принтер один, работает не часто, пластик без сильного запаха;
- с помощью вентиляционного клапана – это проветриватель, который подает свежий воздух естественным образом (чаще всего) или принудительно (с помощью вентилятора), может оснащаться фильтрами, простой автоматикой, удобен в управлении;
- приточный вентилятор – для принтера 3D вентиляторы этого типа могут быть оснащены более эффективным фильтром, автоматикой;
- переточная вентиляция – свежий воздух может поступать в помещение с 3D-принтером из другой комнаты, через щель под дверью, открытую дверь, переточный воздухораспределитель, актуально, если помещение глухое или только одна стена граничит с улицей (которая уже используется для вытяжки).
Основной недостаток такой вентиляции заключается в энергозатратах, которые особенно ощутимы зимой. Если наружная температура опустится до -10 °C, то приточный воздух должен искусственно нагреваться на 30 °C, чтобы достичь комфортных комнатных 20 °C.
Нагрев приточного воздуха возможен только в принудительных установках. Для этого применяется специальная запчасть для вентиляционной системы – нагреватель. Нагреватель может быть электрическим или водяным. Второй вариант обычно более экономичен, поскольку использует ресурсы уже включенного и работающего отопления. Это делает этот способ удобным, если приточная вентиляция используется нечасто. Ведь если такая вентиляция работает всю зиму, то расходы будут значительными.
Еще один недостаток появляется, если применяется естественная приточная вентиляция. Через открытые окна, двери поступает шум, аллергены, запахи, насекомые. Особенно вредной будет пыль, которая может негативно влиять на работу принтеров. Поэтому этот вариант нежелателен.
Стоит понимать важность количества приточного воздуха. Если его будет недостаточно, а вытяжка будет забирать больше, то в помещении создается разряжение. Это снизит температуру, а также приведет к ухудшению работы вытяжки.
Приточные, вытяжные и переточные каналы можно декорировать с помощью воздухораспределителей для вентиляции. В продаже доступны различные варианты, отличающиеся по материалам, формам, видам.
Рекуператорные вентиляционные системы для 3D принтера
Если 3D-печать происходит активно, в течение длительного времени или в помещении работает много принтеров, то целесообразно использовать вентиляцию с рекуператором. Этот прибор сочетает в себе приточно-вытяжную вентиляцию и устраняет основной недостаток раздельной системы – потери энергии зимой. Благодаря рекуператорам воздуха нагреть приточный воздух можно, не расходуя электроэнергию или ресурсы отопления, а забрав тепло через теплообменник из вытяжного потока.
И приток, и вытяжка, и теплообмен происходят в одном устройстве. Поэтому это упрощает монтаж. У вентиляции с рекуператором есть следующие преимущества:
- Энергоэффективность. Как уже было сказано, рекуператоры помогают сохранять тепло отопления, вентиляция не снижает температуру. Само устройство расходует мало электроэнергии на вентиляторы.
- Фильтрация. Приточный воздух от рекуператора будет чистым. Большинство моделей оснащены фильтрами. Это исключает загрязнения, в том числе пыль и насекомых.
- Контроль и управление. Рекуператоры оснащены современной автоматикой и удобным управлением. У многих моделей есть датчики температуры, влажности, качества воздуха, углекислого газа – норма этих показателей играет важную роль как для комфорта людей, так и для работы электронного оборудования 3D-принтера. Параметры поддерживаются на автоматическом уровне. А пользователь с помощью дистанционного управления может задать комфортные характеристики микроклимата.
- Контроль пропорций воздухообмена. Поскольку рекуператор – это единое устройство, в нем вытяжка и приток всегда происходят в одном объеме, что и необходимо для нормальной вентиляции. Такие явления, как разрежение или высокое давление, не возникают.
Следует понимать, что подключение системы вентиляции этого типа должно выполняться специалистом. Монтаж обычно осуществляется в сквозное отверстие в стене, которое должно быть просверлено алмазным буром под правильным углом. Также важно выбрать подходящее место для установки. В этом, а также в стоимости самого устройства заключается основной недостаток такого типа вентиляции. Однако затраты окупаются за счет экономии на ресурсах, если пользоваться рекуператором часто.
3D принтер с вентиляцией локального типа
Многие современные 3D-принтеры поставляются с колпаками, корпусами. Для некоторых моделей их можно приобрести отдельно. Для других – спроектировать бокс самостоятельно и изготовить. Суть корпуса для принтера в том, что он изолирует его рабочее пространство от помещения в комнате. А также подключается к вытяжной вентиляции через специальное отверстие с помощью воздуховода. Воздуховод может быть подключен к вытяжке в окне, наружной стене, общей шахте или вытяжному каналу вентиляционной установки. Если устройств несколько, то для каждого из них можно сделать свой корпус и по воздуховоду объединить с одним общим каналом, который обслуживает один вентилятор для 3D принтера.
Для локальной вентиляции также необходим приток воздуха. Поэтому в корпусе должны быть отверстия, через которые свежий воздух будет поступать вместо выведенного в необходимом объеме. Это важно не только для эффективности вытяжки, но и обеспечивает нормальное охлаждение пространства внутри корпуса – перегрев грозит повреждением электронных и механических компонентов принтера. Вытяжка может быть организована любым из способов, описанных в этой статье в разделе о приточно-вытяжной раздельной вентиляции: и естественной (если производительность позволяет), и принудительной.
У локальной вентиляции есть несколько преимуществ:
- загрязненный воздух будет распространяться по комнате с меньшей интенсивностью, если у принтера есть корпус;
- если печать происходит с нагревом стола, то для поддержания его температуры требуется меньше энергии, поскольку тепло не выходит из принтера, корпус его задерживает;
- принтер в корпусе защищен от случайного падения на него предметов, прикосновения к высоковольтным или движущимся частям оператором, детьми или домашними животными.
Оптимизировать можно с помощью автоматики для вентиляции. Например, она может автоматически включать вытяжку, когда начинается печать, и выключать ее после окончания процесса.
Как уменьшить загрязнение воздуха от 3D-принтера
Благодаря своему опыту мы сформулировали несколько рекомендаций, которые помогут уменьшить загрязнение от принтера и сделать вентиляцию более эффективной;
- Воздухоочистители. Небольшой прибор всасывает воздух, очищает его и выводит обратно – воздухоочиститель поможет задержать вредные частицы от работы принтера. Он усилит эффект вентиляции.
- Обслуживание принтера. Задержка пластика в экструдере приводит к его перегреву и интенсивному выделению лишних веществ, а также порче модели. Чтобы этого не допустить, выполняйте периодическую очистку канала хотенда.
- Избегайте агрессивных материалов. Не используйте агрессивные средства, выделяющие вредные вещества при нагревании, для усиления адгезии модели к столу принтера. А также по возможности используйте пластики PLA и PETG – они менее токсичны. Реже выбирайте ABS и Nylon.
- Печать при низких температурах. Чем ниже нагрев, тем меньше вредных веществ выделяется. Печатайте на нижней температурной границе нагрева пластика. У разных брендов могут быть разные температурные диапазоны для одного и того же вида пластика.
- Индивидуальные средства защиты. Если принтеров много, они работают постоянно, вентиляция не справляется или организовать ее невозможно, то пользуйтесь индивидуальными средствами защиты – респиратором, маской.
Мы рассмотрели, зачем вентиляция 3D принтера нужна, узнали, как ее организовать, определили, какой вариант будет оптимальным в той или иной ситуации.
