Вентиляция для безопасной работы 3D-принтера в комнате

С появлением 3D-печати открылись новые возможности для инженерии, производства и творчества. Сегодня можно напечатать всё — от декоративных элементов и макетов до сложных геометрических форм и функциональных деталей с высокой точностью. Эта технология позволяет быстро превращать цифровые модели в физические объекты, что сокращает время от идеи до производства до недели или даже суток.

Однако эксплуатация 3D-принтера не является абсолютно безопасной, особенно в помещениях без должной подготовки. Процесс печати предполагает нагрев и плавление материалов, что всегда сопровождается выделением в воздух невидимых, но потенциально вредных веществ. Важно не только осознавать эти риски, но и заранее позаботиться о качественной вентиляции. Вентиляция для 3D-принтера — это один из необходимых компонентов безопасного рабочего процесса, ведь она удаляет такие вещества и обеспечивает подачу свежего воздуха.

В этой статье мы рассмотрим, какие вредные испарения выделяются при работе разных типов принтеров, какой нужно обеспечить воздухообмен в помещении и рекомендации по вентиляции, обсудим вентиляционные системы для этой задачи и приведём пример расчёта вентиляции.

Типы 3D-принтеров и вредные вещества, которые они выделяют

Существует несколько различных технологий 3D-печати, и каждая из них имеет свои особенности — в том числе по выделениям в воздух. Рассмотрим основные типы 3D-принтеров, которые чаще всего используются, и что стоит о них знать с точки зрения выделения вредных веществ.

FDM/FFF-принтеры (ниточные) — наиболее распространённый тип для домашнего и офисного использования. FDM (Fused Deposition Modeling), также известный как FFF (Fused Filament Fabrication), работает путём плавления пластиковой нити-филамента и послойного нанесения материала. Такие принтеры печатают материалами вроде PLA, ABS, PETG, нейлон и др.

Особенности: процесс сопровождается нагревом пластика до ~200–250°C, поэтому образуются пары и ультрамелкие частицы пластика. Многие бюджетные принтеры открытые (без камеры), из-за чего испарения свободно попадают в комнату. Некоторые современные модели имеют частичные кожухи или фильтры, но полностью проблему они не устраняют.

SLA/DLP-принтеры (фотополимерные) — используют технологию стереолитографии, где жидкая фотополимерная смола твердеет под действием ультрафиолетового лазера или LCD-проектора. Такие принтеры обеспечивают высокую детализацию, популярны среди моделистов и ювелиров.

Особенности: смолы для SLA токсичны в жидком состоянии и выделяют летучие органические соединения (ЛОС). Во время печати и особенно при открытии крышки или в процессе очистки моделей в воздух могут попадать испарения акриловых соединений. Эти испарения не всегда имеют резкий запах, однако даже без запаха они вредны при длительном воздействии. Большинство принтеров закрыты крышкой, которая задерживает часть испарений, но во время работы в помещении всё равно нужна вентиляция.

SLS-принтеры (порошковые) — selective laser sintering, технология лазерного спекания порошков (чаще всего нейлона). Это в основном промышленные или полупромышленные устройства.

Особенности: имеют полностью закрытую камеру, нагретую до высокой температуры, и мощный лазер, спекающий слой порошка. В ходе работы могут образовываться мелкодисперсные частицы порошка и продукты термического разложения полимера. Такие принтеры обязательно оснащаются системами фильтрации и вытяжки, поскольку концентрация пыли и химических испарений внутри установки очень высока. В домашних условиях SLS практически не используется из-за сложности и стоимости, но если он всё же установлен — требования к вентиляции будут ещё строже, чем для FDM/SLA.

Другие типы (металлическая печать, Binder Jetting и др.) — существуют технологии печати металлическим порошком, жидкими струйными материалами и так далее. В контексте комнаты в жилом помещении такие принтеры встречаются редко. Они могут выделять очень опасные вещества: например, печать металлом образует микроскопическую металлическую пыль, озон и оксиды, которые категорически требуют промышленной вентиляции и фильтрации. Если вы не в промышленном цеху — вероятно, с такими принтерами вы не столкнётесь.

Какие опасные вещества выделяются во время 3D-печати

Независимо от типа 3D-принтера, необходимо учитывать, что во время его работы в воздух могут попадать нежелательные вещества. Такая технология не является “чистым” процессом — в ходе печати выделяются ультратонкие частицы (УТЧ) и летучие органические соединения (ЛОС).

Ультратонкие частицы (УТЧ) — это наноразмерные частицы, образующиеся при плавлении или отвердении материалов. Они настолько малы, что проникают глубоко в лёгкие при вдыхании. Например, во время печати PLA или ABS в воздух выделяются микрочастицы пластика и добавок. Даже PLA, который считается “биобезопасным” пластиком, выделяет микрочастицы при плавлении, которые могут оседать в лёгких.

Летучие органические соединения (ЛОС) — это газообразные химические вещества, испаряющиеся из разогретых материалов. К ним относятся разнообразные испарения химикатов, в том числе имеющих резкий запах. Классический пример — печать пластиком ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол). ABS при плавлении выделяет заметный запах пластика и дыма; было установлено, что он эмитирует стирол — соединение с канцерогенными свойствами. Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует стирол как вероятный канцероген для человека. Нейлон и PETG при печати также выделяют вредные химические вещества, особенно при повышенных температурах экструзии.

Концентрация и состав таких выбросов зависят от типа принтера, материала печати и даже настроек температуры.

Следующий шаг — выяснить, как правильно организовать вентиляцию и какой воздухообмен необходим, чтобы удалить эти опасные вещества из воздуха комнаты.

Как рассчитать вентиляцию для комнаты с 3D-принтером

Теперь рассмотрим, как создать необходимый воздухообмен в таком помещении и что для этого нужно. Определим рекомендуемую кратность воздухообмена — величину, которая показывает, сколько раз за 1 час воздух в комнате должен меняться за счёт работы системы вентиляции.

Сколько воздуха нужно подавать и удалять

В мире пока нет строгих строительных норм специально под 3D-принтеры (ASHRAE и другие не установили отдельных значений). Однако профильные организации и исследователи уже выработали рекомендации на основе экспериментов. Согласно рекомендациям отделов охраны труда некоторых университетов (например, EHRS Пенсильванского университета и др.), рекомендуемая кратность воздухообмена для помещений с 3D-принтерами составляет:

Рекомендуемая кратность воздухообмена для 3D-печати4 воздухообмена в час — минимум для комнаты, где работает один 3D-принтер. Такой уровень считается достаточным, если дополнительно не используются локальные вытяжные зонты для принтера.6 воздухообменов в час — если в одном помещении работает несколько принтеров одновременно или если они интенсивно используются в течение дня. Большее количество принтеров = больше испарений, поэтому нужен больший воздухообмен.8–10 обменов в час — такой уровень советуют обеспечить в лабораториях или мастерских активной 3D-печати. Верхняя граница 10 обменов может быть актуальна, если, например, принтер работает почти без перерыва, материалы очень “дымные” (ABS, нейлон) или людям приходится долго находиться рядом.

Пример расчёта воздухообмена

Имеем комнату площадью 12 м² и высотой потолка 2.5 м (типичная маленькая комната или просторная кладовка; объём воздуха ~30 м³).

Установлен один FDM-принтер для домашнего использования.

Берём минимальную рекомендуемую кратность 4 обмена/час.

Необходимая производительность вентиляции = 30 м³ × 4 = 120 м³/час.

Таким образом, вентиляционная система должна подавать ≈ 120 м³/час свежего воздуха и удалять такое же количество загрязнённого. Если бы принтеров было два, стоило бы рассчитать 6 обменов: 30 × 6 ≈ 180 м³/час.

Схемы вентиляции

Сейчас очень распространено использование корпусов для принтеров, где расположен патрубок-отверстие для вытяжного вентилятора. Такая локальная вытяжная вентиляция позволяет отводить большее количество загрязнённого воздуха через воздуховод наружу на улицу.

Или просто устанавливают вытяжной вентилятор в окно или вытяжной канал, который будет выбрасывать воздух из помещения.

Но такая схема может иметь некоторые недостатки, если не учесть несколько моментов. Если воздух интенсивно вытягивается из комнаты, он должен откуда-то поступать взамен. Представим, что притока нет. Тогда вытяжной вентилятор быстро создаёт разрежение, компенсации притока нет. Он крутится, но вытяжки не происходит. Если это обычная квартира и вы печатаете иногда, то можно просто держать окно открытым для компенсации вытяжного воздуха.

Также в таком корпусе должны быть отверстия для поступления приточного воздуха достаточного размера, чтобы приток свободно заходил в пространство, где работает принтер.

При такой схеме, если ваша печать длится долго или принтеров больше одного, такая вытяжка очень быстро охладит помещение. Обогреватели или радиаторы отопления не смогут успевать компенсировать эти потери. Свежий приточный воздух будет постоянно поступать через окна без фильтрации и подогрева. Летом это может быть пыльный или влажный воздух, зимой — холодный.

Для периодической печати в жилом помещении такая схема может быть приемлемой, если знать обо всех недостатках, но если речь идёт о постоянной печати, то необходимо позаботиться о контролируемой и сбалансированной механической приточно-вытяжной вентиляции.

Приточно-вытяжная вентиляция

Для обеспечения эффективного воздухообмена в таком помещении с 3D-принтером существуют два основных подхода к организации механической приточно-вытяжной вентиляции: использование приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла или комбинация отдельной приточной установки с электронагревателем и вытяжного вентилятора. Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать при выборе системы.

Приточно-вытяжная установка с рекуперацией тепла

Приточно-вытяжная установка с рекуперацией — это вентиляционный прибор, внутри которого находится теплообменник (рекуператор) и два вентилятора: один на приток, другой на вытяжку.

Вытяжной вентилятор тянет тёплый загрязнённый воздух из комнаты через рекуператор и выбрасывает наружу; одновременно приточный вентилятор берёт свежий холодный воздух с улицы и прогоняет через тот же рекуператор внутрь помещения.

ПреимуществаСохранение энергии. Рекуператор передаёт большую часть тепла от вытяжного потока — входящему, в результате чего свежий воздух подогревается зимой. Такая система значительно экономит расходы на подогрев воздуха, особенно при постоянной работе. Например, роторные и пластинчатые рекуператоры имеют КПД 70–87%.Контролируемый воздухообмен. Установка одновременно подаёт и вытягивает равные объёмы воздуха, поддерживая нейтральное или лёгкое избыточное давление. Нет проблемы “откуда взять воздух” — система спроектирована на нужную производительность. Если нужно 120 м³/ч, она обеспечит их как на вытяжку, так и на приток. Это гарантирует стабильный воздухообмен.Фильтрация воздуха. Большинство рекуперационных установок оснащены фильтрами на обоих каналах. Например, в продукции бренда VENTS стоят стандартно сменные фильтры класса G4 на притоке и вытяжке. Это означает, что свежий воздух очищается от пыли, насекомых, сажи перед попаданием в вашу комнату, а вытяжной воздух фильтруется, чтобы сам рекуператор и вентиляторы не загрязнялись.Удобство использования и автоматизация. Современные ПВУ (приточно-вытяжные установки) могут работать круглосуточно, поддерживая заданный режим. В них предусмотрены системы защиты от обмерзания зимой, датчики, пульты управления, разные скорости. Это удобное, интеллектуальное решение: вы один раз настраиваете нужный режим — и система самостоятельно вентилирует помещение, пока печатаете.

НедостаткиВысокая стоимость решения. Главный недостаток этой схемы — высокая стоимость оборудования. Системы с рекуперацией — технологически сложнее и стоят дороже, чем простые вентиляторы. Необходимо инвестировать в саму установку, её монтаж (прорезание стены, установка воздуховодов, если это канальная система).

Для примера, компактная установка на 300–400 м³/ч может стоить полторы тысячи долларов, а более мощные системы — ещё дороже. Однако нужно учитывать, что эта инвестиция окупается экономией на энергоносителях в течение отопительного сезона.

Отдельный вытяжной вентилятор + приточная установка (без рекуперации)

Это раздельная система, где за удаление воздуха отвечает вытяжной вентилятор, а за подачу свежего — приточный прибор. В отличие от рекуператора, между притоком и вытяжкой нет теплообмена. Поэтому, чтобы не превратить комнату в холодильник зимой, приточный воздух нагревают электрическим или водяным нагревателем.

Вытяжной вентилятор. Это может быть канальный вентилятор в воздуховоде или настенный/оконный вентилятор, который выбрасывает воздух наружу. Важно выбрать вентилятор с производительностью не меньше расчётной потребности.

Приточная установка. Проще говоря — это изолированный корпус, в котором размещены: вентилятор для подачи воздуха, фильтр, нагреватель и система автоматики. Приточный воздух берётся снаружи, проходит через фильтр, затем через нагреватель (чтобы поднять температуру до комфортной) и далее подаётся в комнату через воздуховод и решётки.

Есть компактные модели приточных устройств. В линейке бренда VENTS это серия МПА, которая имеет разные диаметры подключения и мощности нагревателя. Обычно приточная установка имеет пульт или регулятор, где можно задать температуру воздуха, скорость вентилятора.

В качестве приточной системы, как альтернатива, может быть сочетание вентилятора, фильтра и нагревателя с регулировкой мощности. Это так называемая наборная система приточной вентиляции, когда вы отдельно подбираете каждый элемент.

Отдельные элементы часто стоят дешевле, чем единый блок. Если бюджет ограничен, можно начать хотя бы с вытяжки + элементарного приточного канала с вентилятором (даже без нагревателя на первое время, если климат тёплый или планируется использование летом). Такое решение более модульное: например, уже есть вытяжка в стене — добавили к ней короб притока. Или сначала установили вентилятор, убедились, что без нагрева холодно — добавили нагреватель.

НедостаткиГлавный недостаток этой схемы — затраты энергии в холодное время года на подогрев приточного воздуха. Чтобы воздух, который зашёл с улицы, нагреть до комфортной температуры, нужно затратить дополнительную электроэнергию (или теплоноситель, если приток с водяным нагревателем).

Например, при -5°C на улице и желаемых +20°C в комнате нагреватель должен поднять температуру на 25°, прогоняя 120 м³/ч. Это около 1.0–1.5 киловатта тепловой мощности непрерывно. За несколько часов печати это 1–2 кВт·ч электроэнергии уйдёт только на вентиляцию. За целый день — уже 10+ кВт·ч, что существенно увеличивает счёт за электричество. В системе с рекуперацией эту энергию мы бы почти полностью сохранили.

Таким образом, раздельная вентиляция при одинаковых параметрах использования проигрывает примерно в 5 раз по энергоэффективности. В холодном климате это может стать финансово невыгодно в долгосрочной перспективе.

Такая схема может быть оправданной, если:

• бюджет ограничен;
• 3D-принтеры используются эпизодически (например, несколько часов в неделю, а не ежедневно), поэтому потери тепла не критичны;
• помещение само по себе требует вентиляции также для других нужд.

В таком случае раздельное решение решает проблему вредных испарений: обеспечивает надлежащий обмен и удаление загрязнений.

Использование локальной вытяжной системы

Отдельно хотим отметить, что использование вытяжных корпусов со своим вытяжным вентилятором позволяет улавливать вредные вещества непосредственно возле источника и, если у вас есть такая возможность, лучше оборудовать каждый принтер таким устройством или вытяжным зонтом. Это увеличивает эффективность вентиляции.

Если это несколько принтеров, то можно использовать один вытяжной вентилятор на все такие вытяжные корпуса. Тогда для регулировки количества воздуха, которое будет вытягиваться от каждого принтера, устанавливается дроссель-клапан на воздуховоде, который подключается к каждому такому корпусу.

Также советуем установить один вытяжной вентилятор для общеобменной вентиляции в помещении, который будет забирать воздух под потолком через решётки. Конечно, должен сохраняться баланс между общей вытяжкой и притоком.

Как мы выяснили, 3D-печать сопровождается выделением ультратонких частиц и летучих органических соединений, что опасно для здоровья человека. Поэтому главная задача — организовать целенаправленное удаление загрязнённого воздуха и подачу очищенного свежего.

Уровень воздухообмена следует подбирать по интенсивности работы. Базовым ориентиром для комнаты с одним принтером является примерно четыре обмена в час — этого достаточно при умеренной или эпизодической печати. Если же печать длится долго, выполняется ежедневно, используется «дымный» пластик вроде ABS или нейлона, работает несколько принтеров или люди постоянно находятся рядом, целесообразно повышать кратность до 8–10 раз в час.

Когда речь идёт о небольшой комнате и одном принтере, который включается редко, минимально приемлемым решением может быть вытяжной вентилятор в паре с открытым окном для компенсации притока. Это не лишено недостатков — нет фильтрации притока, возможны сквозняки и теплопотери, — но для разовых задач работает.

Если печать происходит чаще, стоит добавить управляемый механический приток: установить приточную систему с фильтрацией и электронагревателем и согласовать её работу с вытяжным вентилятором. Так вы получите стабильный баланс воздуха без холодных подсосов и резких перепадов комфорта.

При ежедневной или интенсивной печати оптимальным решением станет сбалансированная приточно-вытяжная система, желательно с рекуперацией тепла. Она одновременно и непрерывно удаляет вредные вещества, подаёт очищенный воздух и существенно экономит энергию зимой, обеспечивая стабильный микроклимат и комфорт для длительной работы.

Правильно рассчитанная, смонтированная и работающая приточно-вытяжная вентиляция сделает вашу работу с 3D-принтером безопасной и приятной. Вы сможете печатать часами без запаха горячего пластика или смолы, без беспокойства за своё здоровье. Инвестиция в такую вентиляцию — это необходимость для вашей защиты!