Les fumées des imprimantes à résine sont toxiques dans les espaces non ventilés où la sursaturation de vapeurs et de poussières augmente la concentration de composés volatils nocifs dans l'air. L'inhalation de fumées toxiques peut provoquer une sensibilisation, des troubles respiratoires, des inflammations de la gorge et des poumons, et de l'asthme en cas d'exposition chronique.
Cependant, les résines photopolymères utilisées dans les imprimantes 3D de bureau ne sont pas dangereuses si vous préparez votre atelier correctement et prenez toutes les précautions essentielles. Ce guide aborde tout ce que vous devez savoir sur la toxicité des fumées des imprimantes à résine et comment vous protéger de tous les dangers.
Les fumées des imprimantes à résine sont-elles toutes toxiques ?
La plupart des résines contiennent des composés organiques volatils et des matériaux synthétiques. Ainsi, leurs fumées ne sont pas totalement sûres, quelle que soit la concentration de vapeur. Cependant, toutes les fumées d'imprimante à résine ne sont pas également dangereuses. Les résines photopolymères biosourcées utilisées dans les imprimantes 3D sont généralement sans danger, sous réserve de certaines conditions.
Considérons un scénario pratique.
- Vous disposez d'une imprimante 3D SLA, DLP ou LCD.
- Vous choisissez une résine particulière pour vos projets.
- Votre studio d'impression à la maison est configuré d'une certaine manière.
Maintenant, il est presque impossible et faux de généraliser et de supposer la toxicité des fumées d'une résine sélectionnée dans l'environnement de votre studio sans évaluer chaque détail significatif. En outre, l'exposition individuelle à une telle toxicité dépend de nombreuses variables.
- Quelle est la composition chimique de la résine ?
- Quelle est la durée moyenne de votre session d'impression ?
- Quelle est la fréquence de vos cycles d'impression ?
- Votre imprimante 3D dispose-t-elle d'une enceinte irréprochable ?
- Votre studio est-il efficacement ventilé ?
- Utilisez-vous des équipements de protection : masque, gants, combinaisons, lunettes, etc.
Les émanations toxiques de résine sont dangereuses pendant l'impression et le durcissement ainsi qu'immédiatement après le durcissement ou la solidification. La résine ne durcit pas entièrement juste après que vous ayez terminé d'imprimer un modèle. Par conséquent, vous ne devez pas baisser votre garde.
Pourquoi les fumées de résine sont-elles toxiques?
Les fumées de résine contiennent plusieurs produits chimiques. Les résines photopolymères ne sont pas les mêmes que les substances organiques sécrétées naturellement par les plantes. La plupart des résines photopolymères comprennent des monomères acryliques, des initiateurs TPO et des azurants optiques (BBOT). Certaines résines peuvent contenir des isocyanates dans le catalyseur de durcissement.
La plupart des fabricants sont farouchement secrets et protègent fermement chaque formule de produit unique. Les fabricants de résines ne sont pas différents. Cependant, Autodesk a brisé les rangs et a publié sa recette pour la résine de prototypage PR48 Standard Clear.
Le lien de leur communiqué de presse officiel ne fonctionne pas au moment de la rédaction de ce guide. Vous pouvez vous référer à cette nouvelle à peu près au même moment où Autodesk a annoncé sa résine d'impression Ember's comme une formule open-source.
Résine PR48 d'Autodesk contre résine photodurcissable bio-base
Comparons deux formules chimiques de résines photopolymères :
Composition chimique de l'Autodesk PR48
Le photo-initiateur de la PR48 est le 2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphineoxide à 0,40%.
L'inhibiteur d'UV est le 2,2'-(2,5-thiophène diyl)bis(5-tert-butyl benzoxazol) (OB+) à 0,16 %.
Le diluant réactif est le Genomer 1122 à 19,89 %.
Les oligomères d'acrylate sont Ebecryl 8210 à 39,78 % et Sartomer SR 494 à 39,77 %.
Composition chimique de la résine photoréticulable biosourcée
L'American Chemical Society a publié les détails d'une expérience visant à formuler, créer et utiliser une résine photodurcissable pour fabriquer des objets imprimés en 3D. La formule chimique est similaire à celle du PR48 d'Autodesk.
L'expérience menée par Vincent S. D. Voet et son équipe a permis de fabriquer une résine photodurcissable en utilisant :
Acrylate d'isobornyle (SA5102, Sartomer)
Diacrylate de 1,10-décanediol (SA5201, Sartomer)
Tétraacrylate de pentaérythritol (SA5400, Sartomer)
Oligomère d'acrylate multifonctionnel (SA7101, Sartomer, Mn = 1,7 kg-mol-1)
Oxyde de diphényl (2,4,6-triméthylbenzoyl)phosphine (TPO, Aldrich, 97%)
2,5-bis(5-tert-butyl-benzoxazol-2-yl)thiophène (BBOT, Aldrich, 99%)
Toxicité potentielle du PR48 et des résines photoréticulables
Ni la composition du PR48 ni la formule expérimentée ne nous éclairent sur la toxicité.
Autodesk a émis un avertissement dans son annonce, demandant aux non professionnels de ne pas essayer la formule chimique chez eux ou dans un cadre inapproprié.
L'expérience de Voet visait à étudier la durabilité de la résine photodurcissable dans l'impression 3D, et non la sécurité.
Les acrylates
Les acrylates ne sont pas sûrs dans les maisons, les zones non industrielles et les espaces non contrôlés ou non réglementés.
La toxicité des acrylates dépend des structures du monomère et du polymère. Les esters d'acide acrylique sont volatils et toxiques en cas d'inhalation.
Reportez-vous aux détails pertinents et aux informations sur la toxicité de la structure des monomères acryliques publiés par le National Center for Biotechnology Information du NIH.
Comme pour la toxicité des fumées de résine, on ne peut pas généraliser les esters et leurs effets sur la santé humaine.
Cependant, les fumées d'esters peuvent irriter les muqueuses. Certains esters sont extrêmement toxiques, comme le pyrophosphate de tétraéthyle.
La National Oceanic and Atmospheric Administration fournit une description concise mais éclairante de tout ce que vous devez savoir sur les esters.
Acrylate d'isobornyle
La résine photodurcissable biosourcée fabriquée pour l'expérience citée ci-dessus utilise un monomère particulier appelé acrylate d'isobornyle. Dans quelle mesure cette substance est-elle sûre ?
Evonik Industries, une société de produits chimiques spécialisés, affirme que cette substance est très toxique pour la vie marine mais qu'elle est peu toxique pour la santé humaine. Cependant, l'acrylate d'isobornyle est un irritant. Il provoque des allergies cutanées.
En outre, le résumé de sécurité indique que la substance non biodégradable n'est pas destinée à être utilisée directement par les consommateurs. L'acrylate d'isobornyle est uniquement destiné à être utilisé en usine, dans des environnements contrôlés et avec une ventilation industrielle.
Isocyanates
Toutes les résines liquides, qu'il s'agisse d'époxy ou d'acrylate, ont besoin d'agents durcisseurs comme les isocyanates ou de catalyseurs pour se polymériser. Les résines photodurcissables ou les plastiques qui peuvent être solidifiés par photopolymérisation utilisent de tels catalyseurs ou agents durcisseurs pour se polymériser lorsque la lumière ultraviolette est dirigée vers des points spécifiques du réservoir de résine.
Selon les Centers for Disease Control and Prevention, les isocyanates sont très réactifs.
L'information, co-publiée par le National Institute for Occupational Safety and Health, avertit que les isocyanates sont de puissants irritants affectant les voies respiratoires et gastro-intestinales et les muqueuses des yeux.
Le CDC et le NIOSH recommandent une désensibilisation et une extrême précaution pour les travailleurs qui sont exposés aux isocyanates.
Les risques courants pour la santé comprennent la sensibilisation respiratoire et cutanée, les maux de gorge et la sécheresse, la toux, les problèmes respiratoires, la respiration sifflante, la congestion nasale, les crises d'asthme, l'irritation des yeux et l'inflammation de la peau.
Catalyseurs et agents
Toutefois, il faut faire preuve de prudence. La toxicité des fumées des imprimantes à résine dépend essentiellement des catalyseurs et des agents utilisés dans le produit et des sous-produits qui en résultent pendant la photopolymérisation, le durcissement et la cuisson. Tous les catalyseurs et agents ne sont pas toxiques.
Résine epoxy
Certaines résines pour imprimantes 3D peuvent utiliser de l'époxy. La plupart des résines époxy produisent des fumées toxiques. L'inhalation de ces fumées provoque une irritation et une inflammation des voies respiratoires. Certaines personnes peuvent avoir des réactions allergiques aux produits chimiques époxy emprisonnés dans leur mucus. Les fumeurs sont particulièrement plus vulnérables.
Les utilisateurs sont susceptibles d'être sensibilisés lorsqu'ils sont exposés à la poussière, aux sprays, aux vapeurs ou aux fumées de résine époxy. Une exposition fréquente aux fumées de résine époxy alors que l'on est sensible peut avoir de graves effets néfastes sur la santé. Le port d'un équipement de protection et une ventilation adéquate sont les deux seules façons d'éviter la sensibilisation.
Les fumées ou vapeurs d'époxy peuvent persister même lorsque la résine durcit pendant et immédiatement après l'impression 3D. Faites preuve de prudence tout au long du processus de durcissement et de solidification, même lorsque le modèle post-impression subit un durcissement supplémentaire.
Les fumées des imprimantes à résine ne sont pas sûres pour les amateurs
Selon l'Administration de la santé et de la sécurité au travail, l'imprimerie fait partie des industries où l'asthme professionnel dû aux isocyanates est courant. La liste des emplois et des processus comprend également la fabrication de plastique.
La fiche de données de sécurité publiée par un important fabricant de résines et de durcisseurs avertit que l'inhalation des vapeurs générées par le chauffage de l'époxy provoque des nausées et des maux de tête.
Une inhalation prolongée peut provoquer des allergies respiratoires et une irritation ou une inflammation des poumons. Même une exposition temporaire ou limitée aux vapeurs d'époxy aggrave les maladies respiratoires préexistantes.
La fiche technique met également en garde contre les démangeaisons, les irritations, les rougeurs et les éruptions cutanées. L'irritation des yeux est également fréquente.
Les expositions chroniques sont peu probables pour les amateurs, à moins que quelqu'un ne soit en surrégime d'impression.
Cependant, l'inhalation aiguë est plus probable pour les débutants, les enthousiastes et même les imprimeurs amateurs chevronnés.
Les travailleurs des installations industrielles portent des équipements de protection et travaillent dans des environnements fermés, contrôlés et bien ventilés. En outre, les entreprises gèrent leurs opérations en connaissant parfaitement les risques liés au lieu de travail en fonction des matériaux qu'elles manipulent.
Pour une sécurité et des mesures préventives irréprochables, il est pragmatique d'accepter que toutes les émanations des imprimantes à résine sont dangereuses pour les utilisateurs domestiques, bien qu'à des degrés divers. Par conséquent, vous devez préparer l'atelier et vous protéger en conséquence.
Mesures à prendre pour éviter d'inhaler les fumées toxiques de l'imprimante à résine
Suivez ces étapes pour éviter d'inhaler les fumées d'une imprimante à résine :
Les matériaux d'impression 3D sont encore un spectre en évolution. Le marché est déjà inondé de plus d'une douzaine de matériaux. Pourtant, de nombreux utilisateurs et vendeurs ne disposent pas de toutes les données pertinentes sur la composition des matériaux.
Prenons l'exemple des filaments thermoplastiques. Les vapeurs de PLA ne sont pas aussi odorantes ou toxiques que les vapeurs d'ABS. Les filaments ABS génèrent des fumées de styrène. Les filaments et poudres de nylon génèrent également des fumées, mais l'odeur et la toxicité varient en fonction de la composition. Ni l'ABS ni le nylon ne sont considérés comme aussi sûrs que le PLA.
De même, les différents types de résine, leurs compositions chimiques distinctes et l'utilisation d'une myriade de catalyseurs, d'agents ou de substances font qu'il est presque impossible de porter un jugement catégorique sur la toxicité de leurs fumées.
Il est impératif de juger chaque résine, chaque technologie d'impression, le quantum réel de fumées ou de vapeurs générées au cours d'un cycle d'impression, et la façon dont un matériau particulier durcit dans différentes circonstances.
Les éléments circonstanciels jouent également un rôle. Les fumées de résine biosourcée ne sont pas très toxiques à température ambiante dans des espaces bien ventilés. Cependant, la toxicité peut changer en fonction de la température et de la pression à l'intérieur d'une pièce.
À l'instar de la ventilation, quelques autres facteurs spécifiques dans un studio d'impression peuvent également influencer le degré d'insécurité des fumées de résine pour imprimante.
Comment éliminer les fumées toxiques des imprimantes à résine ?
Tous les passionnés ne peuvent pas consacrer une pièce entière à un studio d'impression 3D. De plus, une chambre d'amis peut ne pas disposer d'une ventilation naturelle croisée, de fenêtres adéquates ou même de conduits suffisants dans certains cas. Les arrangements spéciaux sont souvent voués à l'échec dans ces scénarios.
Vous pouvez éliminer les émanations toxiques des imprimantes en résine à l'aide de deux méthodes différentes : les extracteurs et les hottes. Aucune de ces méthodes ne nécessite une infrastructure complexe ou une installation gigantesque. De nombreuses industries utilisent l'un ou l'autre ou les deux, et d'innombrables professionnels en disposent dans leur atelier à domicile.
Extracteurs de fumée
Les extracteurs de fumée sont idéaux pour l'impression 3D en résine. Ces machines portables ont tendance à avoir des bras flexibles. Vous pouvez déplacer et diriger ou rediriger le bras vers une zone particulière où vous souhaitez éliminer les fumées ou les vapeurs toxiques.
Certains extracteurs portables ont plus d'un bras flexible, ce qui vous permet de cibler deux espaces ou plus dans la pièce pour vous débarrasser des fumées rapidement et efficacement. Bien qu'un extracteur de fumées ait une couverture limitée, vous pouvez l'utiliser précisément là où c'est nécessaire.
Par exemple, vous pouvez utiliser un extracteur portable pour nettoyer votre espace de respiration immédiat lors du traitement ou de la finition de la résine durcie. Vous pouvez diriger le bras directement vers l'imprimante, la plaque de construction ou le réservoir de résine pendant l'impression.
Hottes à fumées
Les hottes sont adaptées aux installations fixes. Vous pouvez en choisir une suffisamment grande pour couvrir toute la zone environnante immédiate de votre imprimante en résine. Vous pouvez également comparer les hottes avec et sans conduit pour votre imprimante 3D à résine.
Voet et son équipe ont utilisé une hotte pour l'expérience citée ci-dessus dans ce guide lors de l'ajout du photo-initiateur et de l'absorbeur optique au polypropylène.
Il existe des hottes sans conduit, vous n'avez donc pas besoin de conduit, de ventilation ou d'une fenêtre pour servir de sortie. Choisissez les configurations de l'unité, comme la taille, et les caractéristiques supplémentaires comme walk-in ou sur mesure, en fonction de vos besoins.
Il est peu probable qu'une exposition limitée, rare ou occasionnelle, aux fumées d'une imprimante à résine ait un effet grave sur votre santé. De plus, les pièces suffisamment ventilées sont relativement plus sûres, même si vous utilisez régulièrement des imprimantes à résine.
Toutefois, l'approche la plus sûre consiste à prendre les précautions recommandées dans ce guide pour éviter d'inhaler les fumées des imprimantes à résine et à utiliser un extracteur portable ou une hotte sans conduit.