Article mis à jour le 14/08/2020
La question de la toxicité des impressions 3D est un sujet pouvant poser de nombreuses questions. La sécurité des utilisateurs est un point primordial pour les fabricants d'imprimantes 3D et de consommables. Le rejet de particules fines lors des impressions est certain, mais est-il pour autant dangereux pour les utilisateurs ? Cet article traitera de l'émission des particules fines en impression 3D, des facteurs de risques et des solutions existantes pour contrer ces risques.
Particules fines et impression 3D
Comme énoncé en introduction, le rejet des particules est le facteur de l'impression 3D le plus impactant sur la santé. Afin de comprendre l'impact de ces particules, il est important de comprendre comment celles-ci sont émises. Il sera également nécessaire de savoir comment ces particules fines peuvent potentiellement impacter la santé.
Qu'est-ce que les particules fines ?
Les particules fines sont émises lors de l'impression des filaments 3D, plus précisément lors de la fonte du matériau. Et c'est lors de l'extrusion du matériau que ces particules sont diffusées en grande quantité. Variables en fonction du matériau et de la température d'extrusion, la taille et la quantité de particules fines sont difficilement quantifiables.
Dans la plupart des cas, les particules fines dégagées lors des impressions sont de taille inférieure à 0.1 micromètre (soit 100 nanomètres). Les termes nanoparticules ou particules ultrafines sont donc plus souvent utilisés.
Les risques pour la santé
Les risques pour la santé seront déterminés en fonction de l'exposition à laquelle l'utilisateur est soumis. C'est à dire la quantité de particules fines présentes dans un volume d'air donné. Le danger est donc lié à la quantité de particules inhalées. De façon générale, leur très petite taille leur donne la possibilité d'être inhalées facilement. Et de se loger dans le sang, dans les poumons ou dans les organes internes. Elles pourront potentiellement apporter des maladies cardio-vasculaires ou pulmonaires notamment.
Mais il est important de noter que, en impression 3D, des études scientifiques allemandes et hollandaises ont prouvé que l'exposition aux particules ultrafines émises par l'impression 3D était sans danger jusqu'à une concentration de 40000 particules ultrafines par cm3.
Les facteurs d'émission et de concentration de particules fines
Il sera donc essentiel de bien prendre en compte les différents facteurs de concentration et d'émission de particules ultrafines afin de pouvoir travailler dans de bonnes conditions, sans être exposé à des taux de concentration pouvant mettre en danger la santé.
Volume de la pièce dédiée à l'imprimante
Le premier facteur important pour éviter une concentration trop importante de particules fines est le volume de la pièce dans laquelle seront réalisées les impressions. En effet, plus l'endroit sera grand, plus le volume d'air disponible sera important. La concentration de particules sera donc diminuée.
Par exemple, l'utilisation d'une imprimante 3D Ultimaker avec des filaments Ultimaker nécessitera une pièce de 30.6m3 afin d'obtenir une concentration non dangereuse. Cette donnée devra être associée à un bon taux de renouvellement de l'air.
Taux de renouvellement de l'air
Le taux de renouvellement définit le pourcentage d'air remplacé par du nouvel air chaque heure. Ce taux pour une pièce dédiée à l'impression 3D doit être au minimum de 1,8. Pour illustration, un taux de 1 signifie que 63,2% de l'air de la pièce est remplacé par du nouvel air chaque heure.
Des systèmes de ventilation ou d'aération sont donc fortement conseillés et nécessaires pour que la concentration en particules fines ne soit pas trop élevée.
Nombre de machines et durée des impressions
Bien entendu, l'utilisation de plusieurs machines en même temps dans la même pièce sera un facteur d'augmentation de la concentration en particules fines. Cette augmentation ne sera pas forcément proportionnelle au nombre de machines. En effet, de nombreux facteurs sont à prendre en compte.
De même pour la durée des impressions. Une impression deux fois plus longue ne générera pas automatiquement une concentration deux fois plus élevée. Les émissions de particules ultrafines sont variables tout au long de l'impression. Il a notamment été constaté que le rejet est plus important au début de l'impression, lorsque le filament est chauffé et fondu rapidement.
Les matériaux utilisés
Un autre paramètre important concernant l'émission des particules fines est le matériau utilisé. La différence de matériau engendrera des émissions différentes en fonction de deux paramètres principaux. Le premier est la température d'extrusion requise. Plus elle sera élevée, plus les émissions de particules seront importantes.
La deuxième est la composition chimique du matériau. Par exemple, la composition de l'ABS sera source d'une plus importante émission de particules fines que les autres polymères. Les matériaux composites comprenant des fibres de verre ou de carbone généreront également d'importantes émissions de particules. Il est donc important de vérifier ces deux facteurs pour que les émissions et la qualité de l'air soient mesurées.
Les autres sources d'émissions de particules
Enfin, il faut également savoir que de nombreux matériels et produits pouvant être présents dans des environnements de travail peuvent également émettre des particules fines. C'est le cas par exemple des imprimantes papier, des photocopieurs, des ordinateurs, des aspirateurs ou encore des produits ménagers. Plus le nombre d'appareils sera important, plus la concentration en particules fines sera élevée.
Les solutions pour contrôler les particules fines
De nombreux facteurs sont donc à prendre en compte pour éviter une concentration trop importante en particules fines lors de l'utilisation d'imprimantes 3D. Il sera donc important de penser à l'équipement nécessaire afin de pouvoir imprimer dans de bonnes conditions, sans mettre en danger la santé des utilisateurs.
Zone de production adaptée
L'environnement de travail sera donc à étudier et à adapter aux besoins de production et aux moyens mis en œuvre. Il faudra en effet prendre en compte le nombre de machines, l'intensité de la production ainsi que les matériaux utilisés. Il conviendra ensuite de trouver une zone de travail adaptée en termes de dimension et de considérer la mise en place de systèmes d'extraction et de renouvellement de l'air.
Matériel pour filtrer les particules fines
Afin de réduire les rejets de particules fines, il est conseillé d'équiper les machines à l'aide de systèmes de filtration. Pour cela, il existe des capots pour imprimante 3D. Munis de filtres HEPA ils permettent une filtration jusqu'à 99% des particules fines émises lors de l'extrusion des matériaux. Des portes latérales et frontales permettent également de réduire la dispersion des particules afin d'améliorer la performance des filtres.
Imprimez en toute sécurité avec Ultimaker. Le fabricant propose une solution de filtration sur mesure avec le Air Manager (compatible avec l'Ultimaker S5). Celui-ci permet de filtrer les émissions de particules en fonction des matériaux imprimés. Il utilise un filtre EPA permettant de filtrer jusqu'à 95% des particules.
La question du rejet des particules fines est à considérer lorsque l'on souhaite intégrer l'impression 3D à son processus de production ou de prototypage. Nous conseillons d'adapter son matériel et sa zone d'impression. De manière à réduire au maximum la concentration des particules fines et d'imprimer en toute sérénité. Si vous souhaitez obtenir plus d'information sur ce sujet, n'hésitez pas à nous transmettre vos questions en commentaire.
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