Ne abbiamo già parlato in diversi articoli, le stampanti 3D FDM hanno delle emissioni di particelle volatili che potrebbero rappresentare un serio pericolo per la salute.
Diversi studi che abbiamo già preso in analisi nell’articolo precedente ci dicono che le emissioni della stampante non sono costanti ma variano. La variazione dipende da diversi fattori come il materiale e la temperatura di estrusione. In particolare abbiamo visto come all’aumentare della temperatura di estrusione aumentino anche le emissioni.
In questo articolo ti spiegheremo come puoi effettuare un test per scoprire le emissioni della tua stampante 3D nelle tue condizioni di stampa abituali.
Introduzione alle emissioni
Le emissioni della stampa 3D sono considerate come VOCs, ovvero Volatile Organic Compounds (Composti Organici Volatili) oppure come UFPs, ovvero Ultra Fine Particles (Particelle Ultra Fini).
Entrambe queste categorie rappresentano un pericolo per la salute per esposizioni particolarmente prolungate nel tempo.
I VOCs infatti sono composti organici volatili che durante la fase di estrusione evaporano dal filamento distribuendosi in aria. Un esempio di questi vapori è lo Stirene, composto ritenuto cancerogeno ed emesso in grandi quantità dall’ABS.
Le Particelle Ultra Fini non rappresentano un pericolo in se, ma a causa della loro dimensione possono infiltrarsi negli alveoli polmonari e, in alcuni casi, entrare anche nella circolazione sanguigna.
In questo articolo vedremo come misurare con strumentazione di basso costo gli UFPs come PM2.5 ed i VOCs. La strumentazione avrà anche un sistema di allarme, che ci avviserà di areare la stanza se le emissioni saranno troppo concentrate.
Cosa acquistare
Le strumentazioni professionali per la misurazione di PM2.5 e VOCs sono altamente costose. Quindi abbiamo deciso di costruirci da noi le strumentazioni necessarie. Qui sotto trovi la lista dei materiali da acquistare:
I prezzi riportati sono quelli al momento della stesura dell’articolo e potrebbero variare nel tempo
Spesa totale: 43,51€
Avrai bisogno anche di:
- Computer
- Arduino IDE (software)
- Saldatore a Stagno + Stagno (per collegare i PIN del sensore VOCs)
- Basetta Breadboard (Consigliato)
- Alimentatore 5V (Consigliato)
- Multimetro (Consigliato)
Come avrai notato, i sensori sono la parte più costosa. Non è necessario acquistarli entrambi, ma è comunque consigliato se vuoi avere una vista più ampia delle emissioni della tua stampante 3D.
Assemblaggio
Quando avrai a disposizione tutto il materiale necessario, potrai procedere all’assemblaggio del nostro misuratore di emissioni.
Se hai deciso di non utilizzare il sensore di VOCs, passa direttamente al passaggio successivo, altrimenti: Come prima cosa concentriamoci sul sensore MS1100. Per questo oggetto avrai ricevuto la base vera e propria e 4 pin. Per utilizzare questo sensore dovrai saldare i pin sulla basetta. E’ un operazione estremamente semplice, ma se non riesci puoi rivolgerti ad un negozio di materiali elettrici/elettronici.
Sfruttando i Jumper, dobbiamo collegare tutte le strumentazioni. Ricorda che puoi scegliere il colore dei cavetti a tuo piacimento. Per il collegamento segui lo schema riportato qui sotto:
Come potete notare, sui pin 5V e GND vengono collegati più cavetti, però Arduino mette a disposizione un solo buco. Per risolvere il problema è necessario utilizzare una breadboard, che ci permette di collegare più cavetti al solito foro (così come una multipla ci permette di collegare più spine alla solita presa elettrica a muro).
Il funzionamento della breadboard è molto semplice. I fori sono posizionati in una griglia, con diverse righe e colonne. Ogni foro è collegato con tutti gli altri fori della stessa colonna (sopra e sotto), mentre non è collegato ai fori delle altre colonne (destra e sinistra).
Quindi per effettuare il collegamento dei GND e 5V potete utilizzare un Jumper per ognuno che parte dal pin su Arduino e arriva su un buco della breadboard. A questo punto collegate il necessario alla breadboard invece che ad arduino.
La ventola deve essere posizionata in modo da spingere aria all’interno del sensore di PM2.5. Presta attenzione a non porla troppo vicina, il flusso di aria dovrebbe essere appena percettibile con la mano.
Set-Up
A questo punto abbiamo collegato tutti gli apparecchi ad Arduino. Così però non succederà ancora nulla, in quanto dobbiamo fornire alla scheda le informazioni su cosa deve fare. A questo scopo ci servirà l’Arduino IDE, che ci permette di caricare il codice sorgente sulla scheda.
I più esperti possono scrivere il proprio codice, altrimenti potete utilizzare quello scritto da noi. Per utilizzare il nostro codice, scarica il file (codice emissioni stampante 3d v4), decomprimilo ed aprilo utilizzando l’arduino IDE.
Potrai notare una prima parte del codice con alcune variabili, il nostro consiglio è di lasciarle invariate ma puoi modificarle per personalizzare il funzionamento dello strumento.
In particolare puoi modificare la soglia di PM2.5 e VOCs alla quale si attiva l’allarme. La frequenza con cui l’allarme suonerà ed il tempo di riscaldamento iniziale. Per impostare questi valori a tuo piacimento, devi modificare il numero corrispondente, fai attenzione a non eliminare il ; a fine riga. Ti consigliamo di non modificare la parte successiva di codice se non sei sicuro di operare correttamente.
Adesso dobbiamo caricare il codice su Arduino. Utilizzando l’apposito cavo USB, collega la scheda al computer. Dal menù dell’arduino IDE vai su:
- Strumenti -> Scheda -> Arduino/Genuino UNO
- Strumenti -> Porta -> COM…
- Strumenti -> Programmatore -> ArduinoISP
Adesso abbiamo comunicato al nostro computer che tipo di scheda stiamo utilizzando. Possiamo procedere al caricamento. Per fare ciò andiamo sul menù in alto e:
- Sketch -> Carica
Questo processo potrebbe richiedere qualche minuto. L’Arduino IDE sta ricontrollando il codice per assicurarsi che non vi siano errori prima di caricarlo, una volta fatta la verifica (in gergo: debugging) procede con il caricamento sulla scheda.
Lettura delle emissioni
A caricamento completato siamo pronti per visualizzare i risultati. Senza scollegare la scheda dal computer, dal menù in alto:
- Strumenti -> Monitor Seriale
Si aprirà una finestra, qui potrete leggere le informazioni che Arduino sta inviando al PC.
Interpretazione delle emissioni
Adesso che sei pronto a registrare le varie emissioni puoi cominciare ad eseguire il test sulla tua stampante.
Assicurati di trovarti nelle tue normali condizioni di stampa. La solita stanza, la solita stampante, il solito filamento, i soliti settaggi.
Assicurati che la stampante sia stata spente nelle 12 ore precedenti, quindi collega arduino al PC ed avvia il monitor seriale. Dopo 5 minuti annota i valori di PM2.5 e VOCs della stanza, li useremo per capire qual è la qualità dell’aria prima che la stampante entri in funzione.
Avvia una stampa da almeno 1 ora e comportati come faresti normalmente. Ricordati di lasciare Arduino collegato e Monitor Seriale aperto. Durante la stampa, ogni 5 minuti annota i valori di PM2.5 e VOCs fino alla fine della stampa.
A fine stampa, riporta i dati in un grafico excel (come creare un grafico excel) o un programma simile. Il grafico dovrà avere i valori registrati sull’asse Y (verticale) ed i minuti passati dalla prima registrazione sull’asse X (orizzontale). Ricorda che per fare ciò dovrai usare un grafico a dispersione.
Nel grafico ottenuto potrai vedere come la qualità dell’aria varia durante l’utilizzo della stampante. Puoi ripetere più volte l’esperimento utilizzando temperature e materiali diversi.
Ridurre le emissioni della stampante 3D
Adesso parliamo di come ridurre le emissioni che abbiamo appena misurato. I metodi che possiamo utilizzare sono diversi.
Come prima cosa dobbiamo cambiare materiale o marca. Come abbiamo visto nell’articolo precedente, le emissioni cambiano moltissimo da un materiale all’altro, ed anche tra le varie marche abbiamo delle differenze. In particolare abbiamo visto come il PLA sia il materiale con meno emissioni in assoluto, in particolare quello della FlashForge. Mentre il Nylon sia quello con più emissioni in assoluto. Tra i materiali comuni, l’ABS rimane comunque quello con più emissioni.
Anche la temperatura di estrusione può modificare le emissioni, in particolare, abbassando la temperatura possiamo ridurre le emissioni (anche se non di moltissimo). Puoi provare a ridurre la temperatura di estrusione, magari puoi dare un occhio anche al nostro articolo su come regolare la giusta temperatura di estrusione.
Anche l’umidità della stanza sembra influenzare le emissioni. In particolare, una minore umidità sembra portare a meno emissioni.
Come metodo in grado di abbattere completamente (o quasi) tutte le emissioni c’è quello di chiudere la stampante all’interno di un apposito contenitore. L’aria ricircola nel case della stampante e viene filtrata prima di uscire. Questo sistema è il più efficiente, ma è costoso ed aumenta l’ingombro della stampante. Inoltre è raro trovare case già pronti, quindi devono essere costruiti a mano.
salve
i sensori che citi su amazon non sono più disponibili, potresti per cortesia dirmi se ci sono degli equivalenti e che specifiche debbono avere?
Grazie
Ciao e grazie del tuoi commento. Abbiamo aggiornato l’articolo inserendo prodotti disponibili
Scusate ma c’è almeno una foto di come avete messo la ventola rispetto a i sensori?
Grazie
Ciao Loris, purtroppo non abbiamo immagini del posizionamento della ventola. Considera che deve essere posizionata in modo da spingere aria sul sensore. Ma non deve essere troppo vicina per evitare di alterare le letture. In linea di massima, posizionando la mano sul sensore il flusso d’aria dovrebbe essere appena percettibile.