Jsou výpary z 3D tisku nebezpečné? Co při tisku dýcháte a jak se chránit

Když jsem si domů přinesl první tiskárnu, řešil jsem hlavně kalibraci první vrstvy a teplotu podložky. Dnes mi v pracovně běží několik strojů najednou a vzduch kolem nich už vnímám úplně jinak. Všichni to známe. Vejdete do místnosti, kde se právě tiskne, a ucítíte specifický nasládlý pach. Někdy je to jen lehký závan, jindy těžký vzduch, ze kterého začnou docela rychle pálit oči. Tavíme plast při vysokých teplotách a logicky se z něj něco uvolňuje do okolí. Výpary z 3D tisku jsou téma, které spousta tiskařů přehlíží, dokud je nezačne bolet hlava. Otázka tedy zní jasně. Je to opravdu jen neškodný zápach, nebo bychom měli zpozornět?

Cílem tohoto textu není nikoho vyděsit k smrti a donutit ho vyhodit tiskárnu z okna. Sám tisknu denně a rozhodně s tím nehodlám přestat. Chci vám ale dát naprosto reálný obrázek o tom, co přesně se děje se vzduchem ve vaší dílně nebo pracovně. Zvláště pokud uvažujete o přesunu tiskárny blíž k obytným prostorám, měli byste vědět, jaká rizika různé materiály představují a jak se jim bránit. Neexistuje totiž jeden univerzální přístup. Vše závisí na tom, čím přesně krmíte svůj extruder.

Co se z tiskárny uvolňuje

Když se tisková struna dotkne horké trysky, začne se tavit a měnit své skupenství. Během tohoto procesu neuniká do vzduchu jen teplo. Z tiskárny reálně unikají dvě zcela odlišné věci, které musíme oddělit, abychom pochopili, jak se proti nim chránit.

Zaprvé jsou to těkavé organické sloučeniny, pro které se běžně používá anglická zkratka VOC. To jsou přesně ty plyny, které cítíte nosem. Problematika VOC 3D tisk provází od samého začátku. Právě tyto plyny jsou zodpovědné za to, že vás z delšího pobytu u tiskárny začnou dráždit oči, nos nebo krk. U citlivějších jedinců velmi rychle způsobují bolesti hlavy nebo pocity nevolnosti.

Zatímco VOC cítíte a vaše tělo vám dává jasný signál k vyvětrání, ultrajemné částice jsou zrádnější. Nevidíte je a necítíte je. Jsou to takzvané UFP, z anglického ultrafine particles. Bavíme se o pevných částicích o velikosti řádově 1 až 100 nanometrů. Pro představu, tyto nanočástice jsou tak extrémně malé, že při vdechnutí nezůstanou na sliznicích, ale pronikají hluboko do plicních sklípků. Z tohoto místa se jich lidské tělo jen velmi špatně zbavuje a mohou přecházet i do krevního oběhu.

Kolik toho který materiál pouští

Nejdůležitější proměnná pro množství emisí je teplota trysky. Fyzika je v tomto ohledu neúprosná. Čím tepleji materiál tavíte, tím více částic a výparů vzniká. Není to samozřejmě jediný faktor, chemické složení hraje obrovskou roli, ale teplota je hlavní spouštěč. Podívejme se na konkrétní materiály.

Oblíbené PLA se tiskne při relativně nízké teplotě kolem 200 stupňů Celsia. Díky tomu pouští do vzduchu celkově nejméně emisí. Podobně je na tom PETG, které je také považováno za relativně nízkoemisní materiál a pro běžný domácí tisk představuje menší zátěž. Tím ale dobré zprávy v podstatě končí.

Jakmile přejdete na technické plasty, situace se dramaticky mění. Staré známé ABS pouští do okolí obrovské množství částic i těkavých látek. Modernější ASA, která se používá jako UV stabilní náhrada pro venkovní použití, sice produkuje o něco méně pevných částic, ale zato pouští opravdu masivní množství VOC. ABS i ASA mají společný jeden zásadní problém, uvolňují totiž styren. Pokud tisknete tyto materiály v nevětrané místnosti, koncentrace styrenu dokáže velmi rychle překročit platné hygienické limity pro vnitřní prostory.

Nylon, tedy polyamid označovaný jako PA, vyžaduje k tisku vysoké teploty a pouští do vzduchu obrovské množství ultrajemných částic. Na samém vrcholu emisního žebříčku pak stojí polykarbonát neboli PC. Tento materiál patří mezi ty absolutně nejvíce vysokoemisní. Tiskne se velmi horko, teploty na trysce se pohybují kolem 300 stupňů Celsia, a odpovídá tomu i extrémní množství uvolněných látek.

Zde ale musím přidat jednu velmi důležitou nuanci. Mnoho lidí si myslí, že PLA je vyrobené z rostlinných zdrojů, a proto je zcela a naprosto neškodné. Některé odborné studie ovšem zjistily poměrně překvapivou věc. Částice uvolněné z PLA mohou být na jednotku hmotnosti paradoxně toxičtější než částice z ABS. Ano, čtete správně. Záchranou u PLA je fakt, že těchto částic uvolňuje do vzduchu naprosto zlomkové množství oproti technickým plastům. Tvrzení, že u PLA jsou emise nula, je tedy hodně nepřesné zjednodušení. Jsou nízké, ale nejsou nulové.

Jak moc to škodí zdraví

Otázka, zda je 3D tisk zdraví škodlivý, nemá odpověď ano nebo ne. Musíme rozlišovat krátkodobé a dlouhodobé dopady. Z krátkodobého hlediska je problémem vysoká koncentrace těkavých látek ve špatně větrané místnosti. Výsledkem jsou podrážděné oči, škrábání v nose a v krku. Z vlastní zkušenosti vím, že pokud u dlouhého tisku z ABS zapomenu vyvětrat, do hodiny se spolehlivě dostaví tupá bolest hlavy a lehká nevolnost. To je jasná reakce organismu na chemický koktejl ve vzduchu.

Dlouhodobá zátěž je složitější téma a je stále předmětem aktivního vědeckého výzkumu. Zde jsou hlavním podezřelým ultrajemné částice UFP. Jak už jsem zmínil, usazují se hluboko v plicích a tělo je špatně odbourává. Dlouhodobé vystavení vysokým koncentracím nanočástic obecně neprospívá kardiovaskulárnímu ani respiračnímu systému. Zvláštní pozornost je pak věnována styrenu, který uniká z ABS a ASA. Jedná se o zdaleka nejvíce sledovanou látku v našem oboru, protože prokazatelně dráždí sliznice a při dlouhodobé expozici nad povolené limity má toxické účinky na nervovou soustavu.

Pomáhá uzavřená tiskárna a filtr?

Když tohle všechno tiskaři zjistí, obvykle začnou hledat rychlé řešení. Tím se zdá být nákup tiskárny s plným zakrytováním. Uzavřené tiskárny, jako je třeba populární Bambu Lab, a mnoho dalších modelů na trhu, mají často už z výroby zabudovaný aktivní uhlíkový filtr. Na papíře to zní naprosto skvěle, ale praxe je trochu komplikovanější.

Aktivní uhlí funguje na principu adsorpce. Dokáže do sebe nachytat část těkavých organických sloučenin a je naprosto vynikající na potlačení pachu. Zásadní problém je v tom, že uhlík vůbec nechytá ultrajemné částice UFP. Ty přes něj projdou naprosto bez povšimnutí. Na odfiltrování pevných částic je totiž nezbytně nutný HEPA filtr, ale ten u spousty tiskáren v základní výbavě chybí. Samotné aktivní uhlí tedy řeší jen polovinu problému.

Další háček je v životnosti. Uhlíkový filtr se používáním postupně nasytí. Nemá bezednou kapacitu. Jakmile dosáhne svého limitu, přestane fungovat a plyny pouští dál do místnosti. Platí zde jedno jednoduché a velmi spolehlivé pravidlo. Jakmile tisk zřetelně cítíte i mimo uzavřenou tiskárnu, uhlík je už nasycený. V takové chvíli už dýcháte nefiltrované VOC a vdechujete je do sebe. Doporučuje se proto filtr měnit zhruba po třech až šesti měsících aktivního tisku.

Nesmíme zapomínat ani na to, jak vzduch uvnitř boxu vlastně cirkuluje. V drtivé většině uzavřených tiskáren se vzduch přes filtr pouze recirkuluje uvnitř komory. Není to odtah ven mimo budovu a rozhodně to nenahrazuje větrání místnosti. Uzavřená komora u tiskárny primárně slouží k tomu, aby udržela stabilní teplotu kolem výtisku a zabránila tak nepříjemnému warpingu, tedy kroucení a odlepování plastu od podložky. Ochrana zdraví je často jen vedlejší, a ne vždy dokonale vyřešený efekt.

Jak se chránit: větrání a filtrace

Pokud chcete mít opravdu čistý vzduch, musíte situaci vzít do vlastních rukou. Existují podstatně lepší řešení než jen spoléhat na základní uhlíkovou houbičku. Skutečně účinné odvětrání 3D tiskárny vyžaduje systémový přístup.

Výrazným posunem je instalace upgrade sady, která kombinuje kvalitní HEPA filtr třídy 13 nebo 14 společně s velkorysým množstvím aktivního uhlí. Ještě lepším řešením je pak přidání externího odtahu, který přes tyto filtry žene vzduch z tiskárny pryč. Taková kombinace dokáže zachytit až 99,95 procenta všech ultrajemných částic i těkavých látek. V nezávislých testech dokázaly tyto sestavy snížit koncentrace škodlivin v místnosti až čtyřnásobně. Pamatujte si hlavní zásadu. Jedině kombinace HEPA filtru na pevné částice plus aktivního uhlí na těkavé plyny pokryje obojí. HEPA samo o sobě VOC nechytá a uhlík samo o sobě částice nezastaví.

Praktická doporučení podle materiálu

Teorii máme za sebou, pojďme si říct, co to znamená pro váš každodenní provoz. Největší a zároveň úplně nejlevnější páka, jak snížit výpary ve vaší domácnosti, je samotný výběr materiálu a s ním spojená nižší teplota trysky. Pokud po finálním dílu vysloveně nechcete vysokou mechanickou pevnost nebo teplotní odolnost, tiskněte z materiálů, které se taví při nižších teplotách.

Když sáhnete po kvalitním PLA, představuje to ve slušně větrané místnosti opravdu nízké riziko. Můžete u tiskárny normálně pracovat a stačí jen občas otevřít okno. Velmi podobně je na tom PETG, které je ideální kompromis pro funkční díly bez nutnosti stavět odsávací laboratoř.

Zcela jiná situace nastává u technických filamentů. ABS, ASA, polykarbonát a nylon bez debat patří do uzavřené tiskárny vybavené aktivní filtrací. U těchto materiálů je naprosto klíčové odvětrání, ideálně s přímým výfukem vzduchu ven oknem nebo alespoň do trvale neobývané místnosti. Zlaté pravidlo zní jasně. ABS ani ASA nikdy netiskněte v obývané a nevětrané místnosti, ve které se právě zdržujete.

Pokud chcete mít doma ten absolutně nejspolehlivější systém, pořiďte si uzavřenou tiskárnu, doplňte ji o silnou filtraci kombinující HEPA a uhlík a do samotné místnosti postavte kvalitní čističku vzduchu. A samozřejmě k tomu nezapomeňte pravidelně fyzicky větrat. Zcela zásadní rada na závěr tohoto bloku zní, tiskárnu nikdy nedávejte do ložnice. Místo, kde trávíte celou noc spánkem, musí zůstat čisté.

Závěr

Výpary z našeho koníčku není radno podceňovat, ale není ani důvod kvůli nim panikařit a prodávat vybavení. Jde jen o to přistupovat k tisku selským rozumem. Kdykoliv natáhnete do extruderu novou cívku, uvědomte si, jakou teplotu na ni pouštíte. S vyšší teplotou roste vaše zodpovědnost za to, co budete v místnosti dýchat. Otevřít okno je to nejmenší, co pro sebe můžete udělat. A pokud plánujete dlouhé tisky z technických materiálů, berte kvalitní filtraci a odsávání jako stejně důležitou součást výbavy, jako je kvalitní tisková podložka nebo ocelová tryska.

Časté dotazy

Je 3D tisk zdraví škodlivý?

Záleží na materiálu a větrání. Krátkodobě mohou výpary způsobit bolesti hlavy a dráždit oči či nos. Dlouhodobé vdechování nanočástic a těkavých látek z nevětrané místnosti zdraví neprospívá. Při správném odvětrání a volbě materiálu je ale riziko minimální.

Který filament pouští nejméně výparů?

Nejméně emisí produkuje PLA, protože se tiskne při poměrně nízké teplotě kolem 200 stupňů Celsia. Relativně bezpečné a nízkoemisní je také PETG. I u nich ale vznikají nanočástice, byť v malém množství.

Pomůže uzavřená tiskárna s uhlíkovým filtrem?

Pomůže zachytit pachy a část těkavých látek, ale nezachytí nebezpečné ultrajemné částice. K jejich odstranění je nutný HEPA filtr. Uhlíkový filtr se navíc časem nasytí a je nutné ho pravidelně měnit.

Musím při tisku z PLA větrat?

Ano, i přestože PLA představuje velmi nízké riziko, stále uvolňuje malé množství částic a těkavých látek. Běžné větrání otevřením okna v místnosti je zcela dostačující prevencí.

Můžu mít 3D tiskárnu v ložnici nebo obýváku?

Do ložnice tiskárna rozhodně nepatří. Vdechovat výpary celou noc během spánku je nevhodné i při tisku z PLA. V obýváku je provoz možný jen u nízkoemisních materiálů za předpokladu pravidelného a důkladného větrání.