Ein FFF-3D Drucker in einer Emissionsprüfkammer.
Quelle: BAM, FB 4.5
Kleine Desktop-3D-Drucker werden immer häufiger im semiprofessionellen Bereich, im Ausbildungsbereich sowie in privaten Haushalten eingesetzt. Besonders 3D-Drucker basierend auf dem Schmelzschichtverfahren (Englisch: Fused Filament Fabrication, FFF) sind aufgrund der geringen Anschaffungs- und Materialkosten sowie der einfacheren Handhabung bei nicht professionellen Anwendern beliebt. Grundsätzlich werden bei einem FFF-Druckvorgang Kunststofffilamente geschmolzen und extrudiert, um anschließend Schicht für Schicht ein individuell entworfenes 3D-Objekt zu drucken. Die Wahl der Extrudertemperatur ist für einen erfolgreichen 3D Druck entscheidend, gleichzeitig ist aber die Temperatur ein wichtiger Emissionstreiber, da durch Verdampfung, Kondensation und Pyrolyse schädliche Luftschadstoffe (z.B. ultrafeine Partikel) entstehen und im Innenraum freigesetzt werden.
Potenzielle Gesundheitsrisiken durch diese Luftschadstoffe wurden in einer stetig steigenden Anzahl von Emissionsstudien untersucht und weisen auf real existierende Risiken hin. Die Vergleichbarkeit von Emissionsdaten ist jedoch häufig durch nicht standardisierte Bedingungen eingeschränkt. Diesbezüglich wurden bereits Fortschritte erzielt, indem die Standardmethode ANSI/CAN/UL 2904 oder die Blaue-Engel-Prüfmethode DE-UZ 219 vorgeschlagen wurden, die den experimentellen Aufbau sowie die Bewertungsmetrik weitestgehend definieren.
Die Vergleichbarkeit von Emissionsstudien ist auch durch die sehr unterschiedlichen verwendeten Druckermodelle eingeschränkt. In dieser Studie stellten wir mittels Infrarot(IR)-Thermografie und lokalen Temperaturmessungen fest, dass kommerzielle FFF-3D-Drucker systematische Temperaturabweichungen zum Sollwert aufweisen können. Dies hat eine erhebliche Auswirkung auf die Partikelemission. Die Studie schlägt deshalb vor, die Extrudertemperatur vor der Emissionsmessung zu justieren, um eine bessere Vergleichbarkeit zu erreichen. Wir konnten in Testreihen zeigen, dass dadurch eine systematische Abweichung der Emissionsdaten deutlich reduziert wird und zuverlässigere Emissionsdaten für die Bewertung der Beeinträchtigung der Innenraumluftqualität und der Gesundheitsrisiken ermittelt werden können.
Improving the comparability of FFF-3D printing emission data by adjustment of the set extruder temperature
Chi-Long Tang, Stefan Seeger, Mathias Röllig
veröffentlicht in: Atmospheric Environment: X, Band 18, Erste Seite 100217
BAM Abteilung Analytische Chemie; Referenzmaterialien
BAM Fachbereich Prozessanalytik
BAM Abteilung Material und Umwelt
BAM Fachbereich Kunst und Kulturgutanalyse
BAM Abteilung Zerstörungsfreie Prüfung
BAM Fachbereich Thermographische Verfahren