Si vous avez assisté à une impression 3D, vous avez constaté la présence d’odeurs particulières. Elles sont liées à des émissions de particules lors de l’extrusion du polymère, dont certaines pourraient se révéler dangereuses pour la santé.

Une étude du Underwriters Laboratory menée en partenariat avec le Georgia Institute - qui a isolé des imprimantes 3D en production dans une chambre de climat afin d’analyser l’atmosphère qui s’en dégage - a confirmé que les émissions de particules qui accompagnent l’impression 3D peuvent présenter des caractéristiques qui peuvent nuire à notre santé.

Les tests - qui reposent sur le protocole BAM utilisé pour l’analyse des émissions des imprimantes laser - ont porté sur des imprimantes 3D FDM (Fuze Deposition Model), qui chauffent un filament en un état semi-liquide et déposent la matière pour créer un objet tridimensionnel par couches. Ces imprimantes sont relativement peu coûteuses et faciles à utiliser, ce qui les rend accessibles au grand public.

Les matériaux de filaments les plus couramment utilisés sont des thermoplastiques tels que l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et l'acide polylactique (PLA). D'autres types sont de plus en plus disponibles, notamment le polyamide (nylon) et le polyéthylène téréphtalate (PET).

Ces imprimantes 3D sont de la taille des ordinateurs de bureau, et elles sont souvent utilisées dans les établissements d’enseignement, les espaces publics tels que les bibliothèques, les bureaux d’études et à domicile.

Des émissions toxiques

Le constat de l’étude concerne la production de particules résultant de la volatilisation du filament de polymère lorsqu’il est chauffé par l’extrudeuse. L’extrusion des thermoplastiques émet à la fois des particules et des composés organiques volatils (COV), et certains des produits de décomposition thermique sont reconnus toxiques.

C’est principalement au début de l’impression que l’on rencontre la plus forte émission de particules, des plus petites aux plus grosses. Les scientifiques évoquent un ‘saut de concentration’ et même une ‘explosion’ de nouvelles particules au début du travail d’impression. Le maximum de la concentration de particules est atteint après le début de l’extrusion.

Le niveau des particules dans l’atmosphère ambiant va ensuite s’abaisser malgré la continuité de l’émission des vapeurs semi-volatiles, continuellement aspirées par condensation qui abaisse la concentration de vapeur. La taille des particules grossit rapidement par ce phénomène de condensation, ce qui d’ailleurs participe à les rendre détectables. La vitesse d’impression influence également l’émission de particules, plus elle est rapide, plus la buse chauffe, et plus les émissions s'accélèrent !   

Concrètement, il s’agit principalement de nanoparticules (diamètre inférieur à 100 nm), également mais en quantité plus faible de particules dont le diamètre varie de 200 à 500 nm. S’y ajoutent des traces d’additifs. Leur composition varie selon les matériaux filaments utilisés.

L’échange continu d’air pur entraîne une dilution des particules qui s’éloignent de l’extrudeuse, donc une diminution (décroissance exponentielle) des concentrations de particules. Qui varient cependant selon la présence de sources de vapeurs condensables. C’est ainsi que sur les imprimantes 3D les plus rapides, donc qui chauffent le plus, la concentration des particules peut rester relativement constante pendant environ 1 heure après la fin de l’impression !

Conseils

Si le choix de l’imprimante 3D et la capacité de varier les paramètres d’impression jouent un rôle dans l’émission des particules, ce sont surtout les consommables, le matériau du filament et sa couleur, qui sont pointés du doigt. Les scientifiques ont également constaté que la marque de l’imprimante comme du filament sont des critères à prendre en compte, ce qui peut mettre en cause la qualité de fabrication… Étonnamment, plus que la couleur, les marques ont des effets statistiquement significatifs sur les émissions !

Les conseils pour réduire les risques de santé liés à l’impression 3D se résumeront donc au choix d’une imprimante de qualité, offrant parmi ses fonctionnalités la possibilité d’extruder des matériaux différents, et de réduire la vitesse d’impression et la température de la buse.

Côté matériaux, la possibilité d’extruder plusieurs matières permet de choisir le composant principal, et surtout d’utiliser des filaments testés et certifiés, avec peu d’émission.

Aérer le local où fonctionne l’imprimante 3D. Et éloigner les personnes, en particulier les enfants (même si le processus d’impression par couches est spectaculaire), pendant et après l’impression.

Notons qu’une sympathique startup française, Zimple, propose une solution simple composée d’un système d’aspiration avec un embout adapté à l’imprimante 3D qui prend place à proximité de la buse d’extrusion et réduit sensiblement les émissions dans l’air. D’ailleurs, l’odeur dans la pièce n’est plus la même, ce qui ici est une démonstration naturelle de l’efficacité de la solution...

Sources : L’intégralité de l’étude publiée est accessible ici. Merci à 3Dnatives

Image d’entête 1070454164 @ iStock Photo Scharfsinn86

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