Bezpieczeństwo w druku 3D SLS

W tym artykule omawiamy zagadnienia związane z bezpieczeństwem druku 3D w technologii SLS, ze szczególnym uwzględnieniem zapylenia oraz szkodliwości oparów. Co sprawia, że ten proces może być bezpieczny? Sprawdźmy.

Założenia dotyczące bezpieczeństwa w druku SLS

Sinterit to pionier w dziedzinie kompaktowych drukarek 3D wykorzystujących technologię SLS. Dzięki niemal 10-letniemu doświadczeniu w projektowaniu, produkcji, udoskonalaniu i sprzedaży tysięcy urządzeń zgromadziliśmy rozległą wiedzę na temat bezpieczeństwa. Uwielbiamy naukę i zdobywanie wiedzy – dlatego rozpoczęliśmy współpracę z niezależnym laboratorium badawczym, którego zadaniem była ocena bezpieczeństwa użytkowników drukarek 3D pracujących w technologii SLS.

Proszek stosowany w selektywnym spiekaniu laserowym (SLS) cechuje się bardzo drobnym ziarnem. Na pierwszy rzut oka przypomina pył. W trakcie druku 3D metodą SLS materiał ten ulega stopieniu. Postanowiliśmy zbadać zarówno poziom zapylenia, jak i opary powstające w trakcie procesu. W tym celu zleciliśmy wykonanie testów trzem niezależnym laboratoriom.

Badania zapylenia

Proces druku SLS składa się z kilku etapów. Zaczyna się od wsypania proszku do drukarki 3D. Następnie, po zakończonym wydruku, konieczne jest wyjęcie modelu oraz jego oczyszczenie. Ostatni etap to czyszczenie drukarki i innych urządzeń używanych podczas postprocessingu, takich jak stacja do obsługi proszku – PHS (Powder Handling Station) w przypadku systemów Sinterit.

Etapy druku 3D w technologii SLS:

1. Napełnianie drukarki proszkiem
2. Postprocessing wydruków
3. Czyszczenie drukarki i innych urządzeń

Badania zostały przeprowadzone w specjalnie przygotowanych pomieszczeniach, aby wyeliminować wpływ czynników zewnętrznych. Aby jak najlepiej odwzorować warunki, w jakich większość użytkowników korzysta z drukarek, testy przeprowadzono w pomieszczeniu wyposażonym jedynie w grawitacyjną wentylację o niskiej wydajności. Pokój testowy był odizolowany od pozostałych części budynku.

Wyniki badań okazały się bardzo interesujące. Dwie z trzech faz procesu były całkowicie bezpieczne – nie odnotowano żadnego zapylenia ani podczas napełniania drukarki proszkiem (faza 1), ani podczas jej czyszczenia (faza 3). To odkrycie było szczególnie istotne, ponieważ część naszych klientów pytała, czy wsypywanie proszku do drukarki jest równie bezpieczne, co korzystanie z np. zamkniętych kartridży z proszkiem. Tak – jest.

Podobna sytuacja dotyczyła czyszczenia urządzeń, choć należy podkreślić, że używany odkurzacz powinien posiadać certyfikat ATEX, który potwierdza jego bezpieczeństwo w środowiskach z potencjalnie wybuchowymi pyłami.

Jedynym etapem, który wykazał podwyższony poziom zapylenia, był etap drugi – postprocessing wydruków. Wcześniejsza wersja stacji PHS spełniała normy obowiązujące w większości krajów, z wyjątkiem dwóch o wyjątkowo restrykcyjnych przepisach. Zastosowanie osłony z plexi w modelu MultiPHS pozwala dostosować urządzenie nawet do najbardziej rygorystycznych wytycznych bezpieczeństwa. Według obowiązujących norm dotyczących pyłów, stosowanie masek ochronnych nie jest konieczne w przypadku większości proszków.

Oczywiście, w celu minimalizacji kontaktu z materiałem, zawsze można zastosować się do rekomendacji noszenia maski FFP2. Zalecane są również rękawice i okulary ochronne – te środki bezpieczeństwa polecamy wszystkim naszym klientom. Jedynym proszkiem z oferty Sinterit, który wymaga wyższego poziomu ochrony (maska, rękawice, okulary i kombinezon ochronny), jest PA11 CF – co jest standardem w przypadku materiałów z dodatkiem włókna węglowego.

Certyfikat bezpieczeństwa ATEX

ATEX (z franc. ATmosphères EXplosibles) odnosi się do atmosfer potencjalnie wybuchowych. Aktualny standard bezpieczeństwa to dyrektywa UE ATEX 2014/34/UE, obowiązująca od 2016 roku. Dotyczy ona wszystkich urządzeń niosących ryzyko wybuchu.

Certyfikacja ATEX obejmuje różne klasy zagrożeń. W przypadku urządzeń SLS, takich jak te z zestawu Sinterit Performance (Lisa X, MultiPHS, Sandblaster SLS oraz odkurzacz ATEX), właściwa klasa dotyczy maszyn generujących pył zawieszony bez ryzyka zapłonu – to znaczy, że urządzenia nie powodują iskrzenia ani otwartego ognia. Sam proces certyfikacji jest bardzo szczegółowy – obejmuje testy oceniające potencjał samozapłonu chmury pyłu w zależności od jej gęstości lub czasu utrzymywania się w powietrzu.

Zestaw Sinterit Performance uzyskał certyfikat ATEX w ramach rygorystycznego procesu weryfikacji prowadzonego przez niezależną jednostkę certyfikującą. Proces obejmował szczegółową analizę konstrukcji produktu i dokumentacji, rekomendacje zmian oraz finalne zatwierdzenie po ich wdrożeniu.

Badania oparów

Po konsultacji z zewnętrznym laboratorium badawczym przeprowadzono dwa rodzaje testów: chromatografię i termograwimetrię. Do analizy przesłano trzy różne proszki SLS:

• PA12 Industrial
• PA11 Onyx
• Flexa Performance

Dwa niezależne, certyfikowane laboratoria sprawdzały, czy opary emitowane w procesie druku zawierają szkodliwe związki chemiczne. Testy przeprowadzono w modelowym pomieszczeniu o powierzchni 25 m², a proszki były stopione w temperaturze 300°C (zakres roboczy materiałów Sinterit to 120–190°C), co miało na celu zasymulowanie warunków ekstremalnych.

Po identyfikacji emitowanych substancji i określeniu ich stężenia, stwierdzono, że proces jest bezpieczny, jeśli wentylacja pomieszczenia utrzymuje poziom co najmniej 50 m³/h. Dla porównania – zwykły wentylator łazienkowy osiąga wydajność od 100 do 300 m³/h.

W praktyce oznacza to, że wydajna wentylacja grawitacyjna jest w większości przypadków wystarczająca.

Podsumowanie

Pył proszkowy w powietrzu – wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że sam proces druku SLS jest bezpieczny, a konieczność używania maseczki ochronnej podczas czyszczenia wydruków w stacji PHS dotyczy jedynie krajów o najbardziej rygorystycznych normach. W większości przypadków nie ma takiej potrzeby.

Opary podczas druku – wnioski

Przetwarzanie proszku w trakcie druku jest bezpieczne i wymaga jedynie zapewnienia odpowiedniej wentylacji. Zgodnie z wynikami naszych badań, dla pomieszczenia o powierzchni 25 m² wystarczająca jest wydajność wentylacji na poziomie 50 m³/h, co oznacza sprawną wentylację grawitacyjną lub mechaniczną.