Mitä jokaisen harrastajan tulisi tietää hiukkaspäästöistä

3D-tulostaminen on monelle meistä intohimo ja harrastus. Kun ensimmäinen onnistunut tuloste irtoaa tulostusalustasta, harva miettii, kuinka haitallista tulostimesta lähtevä pieni muovin käry voi olla. FDM-tulostimet ovat loistavia työkaluja harrastajille, mutta niihin liittyy myös terveydelle haitallisia ilmiöitä kuten ultrahienot hiukkaset (UFP) ja VOC-yhdisteet. Näitä ei näe eikä kaikkia pysty haistamaan, mutta tutkimusten perusteella niillä on haitallisia vaikutuksia ihmisen terveydelle. Tämä teksti on kirjoitettu auttamaan tavan tallaajaa ymmärtämään tulostukseen liittyvät terveyshaitat, sekä antamaan ratkaisuja niiden hallintaan

Mitä tutkimukset kertovat 3D-tulostimien päästöistä?

Yksi aihetta kartoittavaa perustutkimusta on Illinois Institute of Technologyn ja UL Chemical Safetyn yhteistutkimus (Stephens et al., 2013), jossa havaittiin, että FDM-tulostimet voivat tuottaa käytön aikana satoja miljoonia ultrahienoja hiukkasia minuutissa. ABS oli selvästi korkeapäästöisin materiaali, mutta myös PLA pienemmästä hajusta huolimatta vapautti UFP-hiukkasia, vaikkakin huomattavasti pienempiä määriä. Myöhemmät tutkimukset, kuten Azimi et al. (2016), vahvistavat nämä havainnot ja osoittavat päästöjen johtuvan ennen kaikkea filamentin kuumenemisesta ja sen hajoamistuotteista.

VOC-yhdisteitä on tutkittu erityisesti ABS-tulostuksen yhteydessä. Davis et al. (2019) havaitsi, että ABS vapauttaa tulostuksen aikana styreeniä, joka on luokiteltu mahdollisesti karsinogeeniseksi ja tunnettu limakalvojen ärsyttäjä. Vaikka PLA:ta pidetään ns. turvallisena päästi sekin VOC-päästöjä.  PLA:n VOC-päästöt ovat pienempiä, mutta täysin niitäkään ei voi sivuuttaa.  PLA:ta kuumennettaessa vapautuu pienempiä aldehydejä ja laktoniyhdisteitä, joiden pitoisuudet voivat nousta pienissä huoneissa.

Miksi ultrahienot hiukkaset ja VOC:t ovat ongelma?

Ultrahienot hiukkaset ovat nimensä mukaan niin pieniä, että ne pystyvät kulkeutumaan keuhkojen syvimpiin osiin ja voivat sen takia siirtyä verenkiertoon. Pitkäaikainen altistuminen voi tutkimusten mukaan lisätä hengitystieoireita, tulehdusta sekä joissain tapauksissa vaikuttaa sydän- ja verisuonijärjestelmän toimintaan. Pitkän aikavälin tutkimusta on aiheesta rajallisesti saatavilla.

VOC-yhdisteiden vaikutukset riippuvat aineesta. Styreeni aiheuttaa päänsärkyä, ärsytystä ja väsymystä jo matalilla pitoisuuksilla ja on tunnistettavissa pistävästä hajusta. Pitkäaikainen altistuminen styreenille lisää riskejä erityisesti huonosti tuuletetuissa tiloissa. Harmillisesti monen harrastajan tulostimet ovat usein työhuoneissa, makuuhuoneissa tai muissa pienissä tiloissa, joissa ilmanvaihto on huono ja tilassa oleskellaan paljon.

Miten voit vähentää altistumista

Harrastajalla on monesti haasteena, ettei tulostinta yksinkertaisesti pysty sijoittamaan erilliseen tilaan tai tilaan, jossa on kunnolline ilmainvaihto. Kuitenkin myös rajallisessa tilassa ja pienellä budjetilla voidaan rajoittaa altistumista.

Ensimmäinen ja tärkein tekijä on ilmanvaihto. Kun tulostat tilassa, jonka ilmanvaihto on kunnossa VOC-yhdisteiden pitoisuudet laimenevat nopeasti ja ultrahienot hiukkaset poistuvat ilmasta ennen kuin ne ehtivät kerääntyä vaarallisille tasoille. Esimerkiksi jo pelkkä avattu ikkuna auttaa paljon, mutta ei Suomen talven takia ole kovinkaa pysyvä ratkaisu. Kuitenkin tulostuksen ollessa pitkäkestoista, erillinen poistoilmaratkaisu ja ilmansuodatus on suositeltavaa, sillä pelkkä ikkunan avaaminen ei poista tarpeeksi tehokkaasti päästöjä.

Hyvään ilmanvaihtoon on hyvä yhdistää tulostaminen kammion sisällä. Kammio estää ilmanvaihdosta johtuvien ilmavirtojen vaikutusten tulosteeseen parantaen tulosteen laatua ja mahdollistaen laajemman materiaalivalikoiman. Kammiossa tulostaessa päästöt leviävät hitaammin ympäristöön mahdollistaen tehokkaan suodatuksen jo kammion sisällä. Moni harrastaja muutenkin rakentaa tulostimelleen kammion, joten ilmansuodattimen lisääminen kammioon on pieni vaiva suhteessa hyötyihin. Osa uudemmista tulostimista sisältää jo valmiiksi suljetun kammion, jossa on ilmansuodatin.

Suodattimet ovat erittäin hyödyllinen ratkaisu harrastajalle ilmanvaihdon rinnalla. HEPA-suodatin kerää UFP-hiukkasia, ja aktiivihiili puolestaan sitoo VOC-yhdisteitä. 3D-tulostus yhteisöissä käytetään laajalti Nevermore-tyyppisiä aktiivihiilisuodattimia (Voron-projektin avoin malli) sekä Bento Box -ratkaisuja. Niiden etuna on muokattavuus ja edullisuus. Markkinoilla on myös valmiita HEPA + aktiivihiili -yhdistelmäsuodattimia, joita voidaan asentaa kotelointeihin tai erillisiin ilmanpuhdistimiin.

Materiaalivalinnoilla voi myös vaikuttaa merkittävästi hajun ja hiukkasten määrään, mutta se ei kuitenkaan ole ratkaisu ongelmaan. PLA, PETG ja muut matalalämpöiset materiaalit tuottavat vähemmän haitallisia päästöjä, kuin esimerkiksi ABS tai nylon. Jos ABS:ää täytyy tulostaa, kotelointi ja ilmanvaihto tulevat erityisen tärkeiksi varsinkin, jos samassa tilassa joutuu oleskelemaan.

Mitä ratkaisuja me käytämme

Meillä tulostimet ovat erillisessä tilassa, jossa ilman liike on järjestetty niin, että tila pysyy matalammassa paineessa, kuin muu rakennus. Negatiivinen paine syntyy simppelillä ratkaisulla: ikkunaan asetetaan irrotettava eristevaahto levy, johon on tehty aukko poistoilmapuhaltimelle. Puhallin siirtää ilmaa jatkuvasti ulos, jolloin huoneeseen virtaa korvausilmaa muualta sisätiloista ja tulostimista tulevat päästöt eivät pääse leviämään muualle.

Kaikissa tulostimissa, joilla tulostamme iso päästöisiä materiaaleja kuten ABS on kammio, ja niiden sisällä on aktiivihiiltä hyödyntäviä DIY-suodattimet. Pääasiassa Nevermore- ja Bento Box suodattimia. Suodattimet vähentävät VOC-pitoisuuksia jo suoraan tulostuskammion sisällä. Tilan yleisilmanvaihto huolehtii siitä, ettei jäljelle jääviä hiukkasia tai kaasuja pääse kertymään. Lopputuloksena tulostustilassa oleva styreeni käry on huomattavissa, mutta reilusti pienempi, kuin ilman näitä toimia. Tilasta ei myöskään tule muihin rakennuksen tiloihin huomattavaa hajua. Lisäksi vältämme tulostustilassa olemista tulostimien tulostaessa.

Yhteenveto

FDM-tulostaminen on monipuolinen ja palkitseva harrastus, mutta siihen liittyy myös ilmiöitä, jotka on hyvä tiedostaa. Ultrahienot hiukkaset ja VOC-yhdisteet ovat haitallisia, mutta ratkaisut niiden hallintaan ovat yksinkertaiset. Kun tulostin on oikeassa paikassa, ilma vaihtuu hyvin, kammio ja suodatus ovat kunnossa ja tarvittavat materiaalivalinnat mietitty, haju ja haitalliset kaasut pysyvät kurissa. 

Lähteet

Stephens, B., Azimi, P., Orch, Z., Ramos, T. (2013). Ultrafine particle emissions from desktop 3D printers. Atmospheric Environment, 79, 334–339.

Azimi, P., Zhao, D., Pouzet, C., Crain, N., Stephens, B. (2016). Emissions of ultrafine particles and volatile organic compounds from commercially available desktop 3D printers. Environmental Science & Technology, 50(3), 1260–1268.

Davis, J., et al. (2019). Characterization of volatile organic compound emissions from consumer fused deposition modeling 3D printers. Journal of Occupational and Environmental Hygiene.