Quando portai a casa la prima stampante, mi occupavo soprattutto della calibrazione del primo strato e della temperatura del piano. Oggi nel mio studio girano più macchine insieme e l'aria intorno a loro la percepisco in modo del tutto diverso. Lo conosciamo tutti. Entri in una stanza dove si sta stampando e senti quell'odore dolciastro caratteristico. A volte è solo una leggera folata, altre volte un'aria pesante che fa bruciare gli occhi abbastanza in fretta. Fondiamo plastica ad alte temperature e, logicamente, qualcosa si libera nell'ambiente. I fumi della stampa 3D sono un tema che molti stampatori ignorano finché non comincia a far male la testa. La domanda quindi è chiara. È davvero solo un odore innocuo, oppure dovremmo drizzare le orecchie?
L'obiettivo di questo testo non è spaventare nessuno a morte e spingerlo a buttare la stampante dalla finestra. Io stampo ogni giorno e non ho certo intenzione di smettere. Voglio però darti un quadro assolutamente realistico di che cosa succede all'aria nella tua officina o nel tuo studio. Soprattutto se stai pensando di spostare la stampante più vicino agli spazi abitati, dovresti sapere quali rischi comportano i vari materiali e come difendersi. Non esiste infatti un approccio universale. Tutto dipende da che cosa esattamente dai in pasto al tuo estrusore.
Che cosa si libera dalla stampante
Quando il filo tocca l'ugello caldo, comincia a fondere e a cambiare stato. Durante questo processo nell'aria non finisce solo calore. Dalla stampante escono davvero due cose del tutto diverse, che dobbiamo separare per capire come proteggersi.
In primo luogo ci sono i composti organici volatili, per i quali si usa comunemente la sigla inglese VOC. Sono esattamente i gas che senti con il naso. La questione dei VOC accompagna la stampa 3D fin dall'inizio. Sono proprio questi gas i responsabili del fatto che, dopo una permanenza prolungata vicino alla stampante, ti si irritano occhi, naso o gola. Nelle persone più sensibili provocano molto rapidamente mal di testa o senso di nausea.
Mentre i VOC li senti e il corpo ti manda un segnale chiaro di arieggiare, le particelle ultrafini sono più insidiose. Non le vedi e non le senti. Sono le cosiddette UFP, dall'inglese ultrafine particles. Parliamo di particelle solide di dimensioni nell'ordine di 1, 100 nanometri. Per dare un'idea, queste nanoparticelle sono così estremamente piccole che, una volta inalate, non restano sulle mucose ma penetrano in profondità negli alveoli polmonari. Da lì il corpo umano se ne libera solo con grande difficoltà e possono passare anche nel circolo sanguigno.
Quanto ne rilascia ciascun materiale
La variabile più importante per la quantità di emissioni è la temperatura dell'ugello. La fisica in questo è inflessibile. Più caldo fondi il materiale, più particelle e fumi si formano. Non è ovviamente l'unico fattore, la composizione chimica gioca un ruolo enorme, ma la temperatura è l'innesco principale. Vediamo i materiali nello specifico.
L'amato PLA si stampa a una temperatura relativamente bassa, intorno ai 200 gradi Celsius. Grazie a questo rilascia nell'aria le emissioni complessivamente più basse. In una situazione simile si trova il PETG, anch'esso considerato un materiale a emissioni relativamente basse e che per la normale stampa domestica rappresenta un carico minore. Ma qui le buone notizie in sostanza finiscono.
Appena passi alle plastiche tecniche, la situazione cambia drasticamente. Il vecchio ABS rilascia nell'ambiente enormi quantità sia di particelle sia di sostanze volatili. L'ASA, più moderna e usata come sostituto stabile ai raggi UV per l'uso esterno, produce sì un po' meno particolato solido, ma in compenso rilascia quantità davvero massicce di VOC. ABS e ASA hanno in comune un problema fondamentale: liberano stirene. Se stampi questi materiali in una stanza non arieggiata, la concentrazione di stirene può superare molto rapidamente i limiti igienici vigenti per gli ambienti interni.
Il nylon, cioè la poliammide indicata come PA, richiede alte temperature di stampa e rilascia nell'aria enormi quantità di particelle ultrafini. In cima alla classifica delle emissioni sta poi il policarbonato, ovvero il PC. Questo materiale è tra quelli in assoluto più emissivi. Si stampa molto caldo, le temperature all'ugello si aggirano sui 300 gradi Celsius, e a questo corrisponde una quantità estrema di sostanze liberate.
Qui devo però aggiungere una sfumatura molto importante. Molti pensano che il PLA sia fatto da fonti vegetali e quindi sia del tutto e assolutamente innocuo. Alcuni studi scientifici hanno però scoperto una cosa piuttosto sorprendente. Le particelle rilasciate dal PLA possono essere, a parità di massa, paradossalmente più tossiche di quelle dell'ABS. Sì, hai letto bene. La salvezza del PLA sta nel fatto che ne libera nell'aria una quantità del tutto irrisoria rispetto alle plastiche tecniche. L'affermazione che con il PLA le emissioni siano zero è quindi una semplificazione molto imprecisa. Sono basse, ma non sono nulle.
Quante emissioni rilasciano i singoli materiali
Confronto relativo, una barra più alta significa più emissioni. A decidere è soprattutto la temperatura dell'ugello.
ABS e ASA liberano inoltre stirene, che in una stanza non arieggiata supera i limiti igienici. La scala è indicativa e serve a confrontare i materiali tra loro.
Quanto fa male alla salute
La domanda se la stampa 3D sia dannosa per la salute non ha una risposta sì o no. Dobbiamo distinguere gli effetti a breve e a lungo termine. Nel breve periodo il problema è l'alta concentrazione di sostanze volatili in una stanza poco arieggiata. Il risultato sono occhi irritati, prurito al naso e alla gola. So per esperienza personale che se durante una lunga stampa in ABS mi dimentico di arieggiare, entro un'ora arrivano puntuali un mal di testa sordo e una leggera nausea. È una chiara reazione dell'organismo al cocktail chimico presente nell'aria.
Il carico a lungo termine è un tema più complesso ed è tuttora oggetto di ricerca scientifica attiva. Qui l'indiziato principale sono le particelle ultrafini UFP. Come ho già detto, si depositano in profondità nei polmoni e il corpo le smaltisce male. L'esposizione prolungata ad alte concentrazioni di nanoparticelle in generale non fa bene né al sistema cardiovascolare né a quello respiratorio. Particolare attenzione viene poi rivolta allo stirene che fuoriesce da ABS e ASA. È di gran lunga la sostanza più monitorata nel nostro settore, perché irrita in modo dimostrato le mucose e, con un'esposizione prolungata oltre i limiti consentiti, ha effetti tossici sul sistema nervoso.
Servono la stampante chiusa e il filtro?
Quando gli stampatori scoprono tutto questo, di solito cominciano a cercare una soluzione rapida. Sembra essere l'acquisto di una stampante completamente carenata. Le stampanti chiuse, come la popolare Bambu Lab e molti altri modelli sul mercato, hanno spesso già di fabbrica un filtro ai carboni attivi integrato. Sulla carta suona benissimo, ma la pratica è un po' più complicata.
Il carbone attivo funziona per adsorbimento. Riesce a trattenere una parte dei composti organici volatili ed è assolutamente eccellente nell'abbattere l'odore. Il problema fondamentale è che il carbone non trattiene affatto le particelle ultrafini UFP. Quelle lo attraversano senza il minimo ostacolo. Per filtrare il particolato solido serve infatti per forza un filtro HEPA, che in moltissime stampanti manca nella dotazione base. Il solo carbone attivo risolve quindi soltanto metà del problema.
Un altro punto critico è la durata. Con l'uso il filtro a carbone si satura progressivamente. Non ha una capacità infinita. Appena raggiunge il suo limite smette di funzionare e lascia passare i gas nella stanza. Vale qui una regola semplice e molto affidabile. Non appena senti chiaramente l'odore della stampa anche fuori dalla stampante chiusa, il carbone è ormai saturo. In quel momento stai già respirando VOC non filtrati. Si consiglia perciò di cambiare il filtro dopo circa tre, sei mesi di stampa attiva.
Non dobbiamo dimenticare nemmeno come circola davvero l'aria dentro la carenatura. Nella stragrande maggioranza delle stampanti chiuse l'aria viene solo ricircolata attraverso il filtro all'interno della camera. Non è un'estrazione verso l'esterno dell'edificio e di certo non sostituisce l'arieggiamento della stanza. La camera chiusa di una stampante serve in primo luogo a mantenere una temperatura stabile intorno alla stampa e a evitare così il fastidioso warping, cioè il ritiro e il distacco della plastica dal piano. La tutela della salute è spesso solo un effetto collaterale, e non sempre risolto alla perfezione.
Che cosa riesce a fare un filtro a carbone e che cosa no
Il carbone attivo (nelle stampanti chiuse come nei kit esterni) ha limiti fisici precisi.
Come proteggersi: ventilazione e filtrazione
Se vuoi avere aria davvero pulita, devi prendere in mano la situazione. Esistono soluzioni molto migliori del semplice affidarsi alla spugnetta di carbone di serie. Una ventilazione davvero efficace della stampante 3D richiede un approccio di sistema.
Un passo avanti notevole è l'installazione di un kit di upgrade che unisce un buon filtro HEPA di classe 13 o 14 a una quantità generosa di carbone attivo. Una soluzione ancora migliore è aggiungere un'estrazione esterna che spinga l'aria della stampante via attraverso questi filtri. Una combinazione del genere riesce a catturare fino al 99,95 per cento di tutte le particelle ultrafini e delle sostanze volatili. In test indipendenti questi assetti hanno ridotto le concentrazioni di inquinanti nella stanza fino a quattro volte. Ricorda il principio principale. Solo la combinazione di filtro HEPA per il particolato solido più carbone attivo per i gas volatili copre entrambe le cose. L'HEPA da solo non trattiene i VOC e il carbone da solo non ferma le particelle.
Consigli pratici per materiale
La teoria l'abbiamo fatta, vediamo che cosa significa per il tuo lavoro di tutti i giorni. La leva più grande e insieme in assoluto più economica per ridurre i fumi in casa è la scelta stessa del materiale e la temperatura dell'ugello più bassa che ne consegue. Se dal pezzo finito non pretendi espressamente un'elevata resistenza meccanica o termica, stampa con materiali che fondono a temperature più basse.
Quando scegli un buon PLA, in una stanza discretamente arieggiata il rischio è davvero basso. Puoi tranquillamente lavorare vicino alla stampante e basta aprire ogni tanto la finestra. Molto simile è la situazione del PETG, che è il compromesso ideale per parti funzionali senza dover costruire un laboratorio di aspirazione.
Con i filamenti tecnici la situazione è completamente diversa. ABS, ASA, policarbonato e nylon vanno senza discussione in una stampante chiusa dotata di filtrazione attiva. Con questi materiali la ventilazione è assolutamente decisiva, idealmente con scarico diretto dell'aria fuori dalla finestra o almeno in una stanza stabilmente non abitata. La regola d'oro è chiara. ABS e ASA non stamparli mai in una stanza abitata e non arieggiata in cui ti trovi in quel momento.
Se vuoi avere in casa il sistema in assoluto più affidabile, prendi una stampante chiusa, completala con una filtrazione robusta che unisca HEPA e carbone e nella stanza metti un buon purificatore d'aria. E naturalmente non dimenticare di arieggiare regolarmente e fisicamente. Il consiglio decisivo a chiusura di questo blocco è: non mettere mai la stampante in camera da letto. Il posto dove passi tutta la notte a dormire deve restare pulito.
Quali misure per quale materiale
| Materiale | Emissioni | Che cosa fare |
|---|---|---|
| PLA / PETG | basse | Basta una stanza discretamente arieggiata. La camera chiusa con filtro è un bonus contro gli odori. |
| ABS / ASA | alte | Camera chiusa + filtrazione attiva + scarico all'esterno. Per via dello stirene, mai in una stanza abitata e non arieggiata. |
| Nylon (PA) / PC | alte | Camera chiusa + HEPA e carbone + ventilazione. Rilasciano molte particelle. |
La protezione più economica è la scelta del materiale. Quando non ti serve resistenza, stampa in PLA o PETG.
Conclusione
I fumi del nostro hobby non vanno sottovalutati, ma non c'è nemmeno motivo di farsi prendere dal panico e vendere l'attrezzatura. Si tratta solo di affrontare la stampa con buon senso. Ogni volta che infili una nuova bobina nell'estrusore, renditi conto di quale temperatura le stai dando. Con una temperatura più alta cresce la tua responsabilità per quello che respirerai nella stanza. Aprire la finestra è il minimo che tu possa fare per te. E se hai in programma lunghe stampe in materiali tecnici, considera una buona filtrazione e aspirazione una parte dell'attrezzatura importante quanto un buon piano di stampa o un ugello in acciaio.
Domande frequenti
La stampa 3D è dannosa per la salute?
Dipende dal materiale e dalla ventilazione. Nel breve periodo i fumi possono causare mal di testa e irritare occhi o naso. Inalare a lungo nanoparticelle e sostanze volatili in una stanza non arieggiata non fa bene alla salute. Con una ventilazione corretta e una buona scelta del materiale il rischio è però minimo.
Quale filamento rilascia meno fumi?
Le emissioni più basse le produce il PLA, perché si stampa a una temperatura piuttosto bassa, intorno ai 200 gradi Celsius. Relativamente sicuro e a basse emissioni è anche il PETG. Anche con loro si formano però nanoparticelle, sia pure in piccola quantità.
Serve una stampante chiusa con filtro a carbone?
Aiuta a trattenere gli odori e una parte delle sostanze volatili, ma non trattiene le pericolose particelle ultrafini. Per eliminarle serve un filtro HEPA. Il filtro a carbone inoltre col tempo si satura ed è necessario cambiarlo regolarmente.
Devo arieggiare quando stampo in PLA?
Sì, anche se il PLA rappresenta un rischio molto basso, libera comunque una piccola quantità di particelle e sostanze volatili. Il normale arieggiamento aprendo la finestra della stanza è una prevenzione del tutto sufficiente.
Posso tenere la stampante 3D in camera da letto o in salotto?
In camera da letto la stampante non ci sta di sicuro. Respirare fumi tutta la notte mentre dormi non è opportuno nemmeno stampando in PLA. In salotto l'uso è possibile solo con materiali a basse emissioni e a condizione di arieggiare regolarmente e a fondo.