Článek
Stolní 3D tiskárna umí z plastové cívky během několika hodin vyrobit držák, náhradní díl nebo prototyp. V okamžiku, kdy se filament zahřívá a protlačuje tryskou, se ale z ní nestává jen výrobní nástroj. Je také zdrojem částic a těkavých organických látek, tedy VOC. To neznamená, že každý domácí tisk je automaticky zdravotní problém. Znamená to však, že o umístění tiskárny, materiálu a větrání má smysl rozhodovat podle měření, ne podle dojmu, že „z plastu přece nic nejde“.
Nejčastější hobby technologie se označuje FFF nebo FDM. Pevná struna z termoplastu se roztaví, tryska ji ukládá po vrstvách a objekt postupně vzniká. Právě tepelný rozklad, příměsi, barviva a provozní teplota ovlivňují, co se dostane do vzduchu. Americká Agentura pro ochranu životního prostředí EPA upozorňuje, že při 3D tisku byly ve studiích měřeny plyny i ultrajemné částice. Ty mají velikost zhruba 1 až 100 nanometrů a kvůli rozměru mohou pronikat hlouběji do dýchacích cest než větší prach.
Důležitá je přesnost řeči. Výzkum neříká, že každé krátké tištění z PLA nutně vede k poškození zdraví. Expozice závisí na koncentraci v místnosti, době tisku, větrání, počtu současně běžících strojů, vzdálenosti člověka od tiskárny i konkrétním filamentu. Studie a doporučení proto nelze převést na univerzální větu „PLA je bezpečné“ nebo „ABS je zakázané“. Materiál je jen jedna proměnná a výrobce filamentu, odstín či přísady mohou výsledek změnit.
Co jsou ultrajemné částice
Při domácím tisku je snadné soustředit se na zápach. Ten ale není spolehlivým měřidlem všeho, co se ve vzduchu děje. Ultrafine particles, často zkracované UFP, člověk obvykle nevidí. EPA připomíná, že částice této velikosti se mohou ukládat hluboko v dýchacím systému a že jejich uvolňování závisí na typu filamentu. Z pohledu praxe z toho neplyne potřeba pořizovat laboratorní měřák do každé dílny. Plyne z toho jednoduchá zásada: nehodnotit kvalitu vzduchu jen podle toho, zda je v místnosti cítit plast.
Některé odborné práce navíc ukazují, že rozdíl mezi materiály není jediný podstatný rozdíl. V přehledu EPA o emisích z FFF bylo testováno sedmnáct filamentů; při stejném nastavení vytvářel ABS více a větších částic než PLA. To je užitečný signál pro volbu materiálu, nikoli univerzální žebříček pro všechny tiskárny a všechny cívky. Tiskárny se liší konstrukcí hotendu, krytem, prouděním vzduchu i nastavením.
VOC nejsou jedna látka
Zkratka VOC znamená skupinu těkavých organických sloučenin, ne jednu konkrétní chemikálii. Složení emisí se může měnit s polymerem, barvivem, přísadami, teplotou trysky i dobou, po kterou materiál zůstává zahřátý. EPA ve své stránce o výzkumu 3D tisku uvádí, že různé filamenty uvolňují rozdílné množství respirabilních částic a že speciality s kovovými částicemi či retardéry hoření mohou přidat další otázky. Pro uživatele je to důvod vyhnout se domněnce, že název polymeru sám o sobě vypovídá o celé chemii konkrétní cívky.
Prakticky je rozumné brát vážně viditelný kouř, štiplavý zápach nebo podráždění očí a dýchacích cest. Tyto jevy nejsou diagnózou ani náhradou měření, ale jsou dobrým důvodem tisk přerušit, vyvětrat a hledat příčinu: příliš vysokou teplotu, špinavou trysku, nevhodné nastavení, neznámý filament nebo špatně fungující odtah. Tiskárna, která opakovaně páchne spáleninou, není stroj, který má běžet bez dozoru v obytné místnosti.
Místnost rozhoduje stejně jako materiál
Jedna tiskárna v prostorné, dobře větrané dílně a několik tiskáren v malé učebně nejsou stejná situace. EPA ve svých doporučeních k vnitřnímu ovzduší radí 3D tiskárny neprovozovat v špatně větraných prostorech, využít otevřené okno, dveře nebo lokální odtah a zvážit přenosnou čističku vzduchu či lepší filtraci. To nejsou výstřední opatření. Jsou to běžné principy řízení zdroje znečištění: omezit vznik, zachytit ho co nejblíže zdroji a zředit čerstvým vzduchem.
Nejlepší první změnou nebývá nákup složitého příslušenství, ale přesunutí tiskárny. Neumísťujte ji k pracovnímu stolu, kde člověk sedí celý den, ani do ložnice či dětského pokoje. Pokud to prostor dovolí, patří do oddělené dílny nebo alespoň do části místnosti, kterou lze účinně větrat. Při dlouhých tiscích má smysl pobyt u tiskárny omezit. Kontrolu první vrstvy lze udělat na začátku a později použít kameru; nemusíte stát vedle stroje jen proto, abyste sledovali několikahodinové skládání vrstev.
Kryt a odtah: proč musí spolupracovat
Kryt může pomoci zachytit částice uvnitř, ale sám o sobě není kouzelný štít. Pokud se kryt po tisku otevře v nevětrané místnosti, nashromážděný vzduch se uvolní do okolí. Smysluplnější je kombinovat uzavřený prostor s řízeným odtahem nebo filtrací navrženou pro daný kryt. Je nutné zároveň hlídat teplotní podmínky tiskárny: některé materiály z krytu těží, jiné mohou v příliš teplém prostoru hůře chladnout. Bezpečnost vzduchu tedy nesmí vytvářet jiný problém, například přehřívání elektroniky nebo zhoršení kvality výtisku.
Filtrace není univerzální nálepka. HEPA filtr je určen zejména pro částice, zatímco plynné VOC vyžadují jiné principy, typicky vhodné sorbenty. Marketingové tvrzení „air filter“ proto samo o sobě neříká, které látky zařízení zachytí, jaký má průtok ani kdy se musí vyměnit vložka. Před nákupem má cenu hledat technické údaje, rozsah použití a pokyny k údržbě. Zanedbaný filtr může sice vypadat jako opatření, ale reálně už nefungovat podle očekávání.
Jak tisknout rozumněji
Začněte materiálem, který skutečně potřebujete. Pro část běžných objektů může být vhodnější PLA než technické plasty vyžadující vyšší teploty, ale není fér z toho dělat zdravotní certifikát. U každého filamentu je důležité držet se rozumného pracovního rozsahu doporučeného výrobcem a zbytečně nezvyšovat teplotu trysky. EPA mezi doporučeními výslovně uvádí snížení teploty trysky tam, kde je to možné. Nižší teplota však nesmí vést k podextrudování, zaseknutí nebo degradaci kvality. Cílem je nejnižší nastavení, které pro daný materiál a geometrii stabilně funguje.
Druhou prioritou je ověřit původ filamentu. Cívka bez technického listu, neznámého složení nebo doporučeného teplotního rozsahu dává méně podkladů pro bezpečné rozhodnutí. U kompozitních, kovem plněných, uhlíkových či jinak aditivovaných filamentů je na místě zvláštní opatrnost. Mohou vyžadovat jinou trysku a vytvářet jiný druh odpadu i emisí. Neznamená to, že jsou nepoužitelné; znamená to, že by neměly být automatickou volbou pro učebnu nebo nevětraný byt.
Třetí prioritou je úklid. Zbytky materiálu, prach a nevydařené výtisky nepatří do prostoru, kde se mohou dál drobit. Pracovní plochu čistěte způsobem, který prach zbytečně nerozvíří. Po manipulaci s filamentem a výtisky si umyjte ruce, zejména před jídlem. U běžných termoplastů nejde o dramatické opatření; je to stejná dílenská hygiena jako po práci se dřevem, pryskyřicí nebo brusným papírem.
Školy a sdílené dílny
Ve škole je rozumný opatrný přístup ještě důležitější. EPA uvádí, že dětí a dospívajících se týká méně přímých studií respiračních dopadů a že se mohou opakovaně setkávat s emisemi v učebnách a knihovnách. Z toho neplyne, že se má 3D tisk z výuky vyřadit. Naopak: má být součástí technického vzdělávání včetně vysvětlení materiálů, ventilace a odpovědného provozu.
Dobře řízená školní tiskárna není otevřený stroj uprostřed třídy spuštěný po celý den. Je to zařízení v odděleném a větratelném prostoru, s jasně určeným dohledem, pravidly pro materiály a evidencí údržby. Děti mohou sledovat návrh modelu, přípravu v sliceru i hotový výrobek, aniž by musely celé hodiny sedět u běžícího stroje. Takový postup je pedagogicky lepší a zároveň snižuje zbytečnou expozici.
Co si odnést
3D tisk nemusí být doma ani ve škole zakázané slovo. Je ale technologický proces se zdrojem tepla a materiálu, nikoli tichá krabička bez vlivu na okolí. Nejjistější kroky jsou překvapivě prosté: tisknout v dobře větraném, ideálně odděleném prostoru; zbytečně nepřehřívat materiál; zkrátit dobu pobytu u běžícího stroje; vybírat známé materiály; a u krytů či filtrů rozumět tomu, co skutečně zachycují.
Rozumný přístup znamená vyhnout se oběma extrémům. Není potřeba strašit každého, kdo vytiskne háček na utěrku. Stejně tak není rozumné ignorovat několik desítek odborných prací a doporučení institucí, protože tiskárna „zatím funguje“. Když se zdroj emisí přesune, zachytí a místnost větrá, lze výhody stolního 3D tisku používat s daleko menší nejistotou.
Zdroje a další čtení
US EPA: 3D Printing Research at EPA — https://www.epa.gov/chemical-research/3d-printing-research-epa
US EPA: Sources of Indoor Particulate Matter — https://www.epa.gov/indoor-air-quality-iaq/sources-indoor-particulate-matter-pm
US EPA: Characterization of Emissions from FFF 3D Printer Filaments — https://assessments.epa.gov/risk/document/%26deid%3D363058
Davis et al.: Characterization of volatile organic compound emissions from consumer level material extrusion 3D printers — https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106209
