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La sicurezza di una stampante 3D in un ambiente chiuso. Quanto ne sappiamo?



Sempre più stampanti 3D si trovano ormai pienamente inserite in studi odontoiatrici e laboratori odontotecnici. Nella stragrande maggioranza dei casi si tratta di stampanti "desktop" ossia che possono essere tenute su un normale bancone da lavoro tanto contenute sono le loro dimensioni.

Ma cosa sappiamo della sicurezza biologica di queste macchine? Cosa sappiamo delle resine che esse utilizzano per produrre oggetti? E degli eventuali fumi che esse emettono nell'aria durante e dopo il processo di stampa?

E' un argomento sul quale si dibatte ormai da qualche anno ma continua a rimanere fonte di grande confusione, incertezze e idee poco chiare. Compito di questo post non è allarmare tutti coloro che hanno una stampante 3D nel proprio studio o, addirittura, nella propria casa. Piuttosto è interessante cercare di capire a che punto è la situazione di controllo della tossicità dei materiali per sapere se si può stare tranqulli e quali accortezze usare.

E' un dato di fatto che l'esposizione incontrollata a qualsiasi prodotto chimico (ma anche non chimico) può generare problemi alla salute umana. In tanti studi si è evidenziato che anche l'esposizione prolungata e incontrollata alla stampa 3D può creare problemi di salute dovuti a vari processi che possono instaurarsi.

Attenzione, questo articolo non vuole essere un articolo contro le stampanti 3D (ci mancherebbe, le uso ogni giorno per il mio lavoro) ne tantomento vuole muovere stupidi e ingiustificati allarmismi. Questo è un articolo che serve per fare una riflessione e per fornire alcuni consigli su come è opportuno agire per minimizzare i rischi che, se trascurati, possono rilevarsi una bella rottura di scatole.

Ogni tecnologia di stampa 3D, in generale, può esporre l'utilizzatore ad una serie di rischi che vanno dal rischio di contatto al rischio di inalazione di microparticelle o sostanze pericolose.

Addirittura c'è chi sostiene che un uso prolungato di una stampante 3D a resina può provocare un sensibile aumento dei valori ematici di transaminasi. Questa affermazione è tutta da confermare e io non sono riuscito a trovare alcuna conferma in letteratura.

Uno studio (1) del 2016 pubblicato su "Environmental Science and Technology" prende in esame la possibile tossicità della tecnologia di stampa a filamento con termpolimeri. Lo studio ha esaminato 5 tra le più comuni stampanti 3D in commercio e alcuni tra i materiali di stampa più usati quali ABS, PLA, Nylon e HIPS. L'obiettivo dello studio era quello di misurare la concentrazione di UFPs (Ultra Fine Particles) con dimensione inferiore a 100nm e di VOCs (Volatile Organic Compounds) nell'ambiente di stampa. Questa ricerca conferma che i filamenti di ABS (Acronitile Butadiene Stirene) sono quelli che emettono maggiori quantità di sostanza potenzialmente pericolosa nell'aria. Questo perchè l'ABS contiene lo stirene che è un idrocarburo aromatico definito come pericoloso per la salute umana dall'Internation Agency for Research on Cancer (IARC). Una percentuale di stirene viene emessa anche dal filamento di HIPS che normalmente si scioglie in limonene. Non si hanno invece informazioni sufficienti riguardo i lattoni, tipologia di composti chimici, emessi dal PLA che tuttavia è una bioplastica che deriva dalla lavorazione del mais.

E' praticamente impossibile invece rintracciare informazioni sulla sicurezza effettiva dei materiali di stampa per stampanti Stereolitografiche o DLP. In sostanza quello che penso è che i produttori di resine fotosensibili per queste stampanti non sono molto chiari nel definirne la composizione (per ovvi motivi commerciali). Questo, di fatto, impedisce una analisi approfondita su queste resine e quindi, di conseguenza, sappiamo ben poco anche sulla loro reale sicurezza. Certo, ci sono sempre i manuali di sicurezza che ogni azienda dovrebbe mettere a disposizione degli utenti ma non sappiamo, ad esempio, cosa succede respirando alcuni monomeri contenuti in queste resine. Se qualcuno di voi ha dati interessanti circa articoli e pubblicazioni sulla sicurezza biologica delle resine fotosensibili può condividerli su questo blog con un commento.

Uno studio (2) del 2015 pubblicato su "Building and Environment" invece analizza il particolato fine emesso da stampanti 3D che fanno uso di polveri e collanti (stampanti che stampano il gesso, il metallo o le poliammidi, cioè il nylon). In questo studio sono stati misurati i valori di VOCs e aerosol (con particelle di dimensione compresa tra 10nm e 10um) nell'ambiente di stampa per 2 ore consecutive durante un processo di stampa 3D. La conclusione dello studio è stata che:

  • Il momento in cui si registra una maggiore presenza nell'aria di particolato è quello relativo all'estrazione del modello stampato dalla macchina;

  • Le dimensioni delle particelle rilevate vanno da 205 a 407nm;

  • La quantità di VOCs durante la stampa si è rivelata superiore al valore soglia di 300ug/m3 stabilito dall'Environment Institute of European Commission arrivando, in alcuni punti, a circa 750ug/m3.

In linea generale i potenziali pericoli per la salute umana in merito all'uso di stampanti 3D in-office dipendono molto dal tipo di stampante 3D utilizzata. Le stampanti 3D a filamento possono presentare pericoli relativi alla combustione dei filamenti e alla conseguente saturazione dell'aria nell'ambiente di stampa, oppure pericoli relativi alle ustioni. Non dimentichiamo che il corpo estrusore di queste stampanti può raggiungere anche 250°C e il piatto di stampa può raggiungere i 100°C. Io stesso mi sono più volte bruciato usando questo tipo di stampanti. Le stampanti 3D a resine fotosensibili possono causare problemi dovute all'inalazione delle resine. A volte vengono accusati irritazione agli occhi, nausea e mal di testa in seguito all'esposizione a queste resine.

Come in ogni cosa che ci circonda anche nell'utilizzo delle stampanti 3D a livello professionale bisogna assolutamente adottare degli accorgimenti che sono dettati innanzitutto dal buon senso e successivamente anche da una buona (in)formazione personale circa i rischi e i pericoli degli apparecchi che si usano sul proprio lavoro.

Quasi tutti gli articoli di letteratura riportano la necessità di assumere alcuni atteggiamenti preventivi per evitare di incorrere in rischi che, a lungo andare, possono portare a problemi di salute. I consigli che vengono forniti sono generalmente dettati dal buon senso e da una normale conoscenza dei materiali di stampa che si utilizzano. In particolare sarebbe importante fare attenzione ai seguenti punti:

  1. Utilizzare qualsiasi stampante 3D solo in luoghi ventilati. Non si possono usare stampanti 3D in piani interrati e senza finestre. Nella stanza in cui si installa una stampante 3D dovrebbero esserci almeno 2 finestre posizionate in due punti opposti della stanza e poste una di fronte all'altra in modo da creare un ricambio di aria frequente;

  2. Anche se non si hanno importanti informazioni circa la possibilità di schermare composti potenzialmente pericolosi e particolato con delle mascherine è sempre prudente utilizzare la stampante indossando una mascherina tipo quelle della 3M. Personalmente quando lavoro con stampanti SLA indosso sempre una mascherina anti-particolato anche se non sono pienamente sicuro della sua reale efficacia di barriera. Quantomeno limitano l'esposizione agli odori che a volte sono fastidiosi.

  3. E' necessario utilizzare i guanti specie se si usano stampanti SLA o DLP dove la resina, oltre che fastidiosa sulle mani, può provocare irritazioni cutanee anche molto forti;

  4. Quando ci si avvicina alla stampante 3D che lavora con resine e, soprattutto, quando si è intenti a tirare fuori dalla stampante il modello ottenuto è necessario indossare un paio di occhiali di protezione. Se della resina va a finire nell'occhio potrebbe essere inutile lavarlo bene con acqua considerata la natura delle resine stesse;

  5. E' assolutamente consigliato installare una cappa di aspirazione da posizionare sopra la stampante 3D in modo da convogliare fumi e particelle fuori dalla stanza previo opportuna filtrazione. Questo vale per chiunque ma soprattutto per chi utilizza la stampante in luoghi frequentati da pubblico.

  6. Se possibile realizzare un coperchio per la stampante o un box chiuso che oltre a svolgere una (seppure minima) funzione protettiva contro gli agenti inquinanti offre anche la possibilità di mantenere una temperatura maggiormente controllata durante la stampa;

  7. In linea di massima se una resina ha un odore particolarmente forte e sgradevole vuol dire che contiene una grande quantità di monomero. Questo è un campanello di allarme che ci dovrebbe far optare verso altre resine abbandonando definitivamente quelle che hanno odori forti.

  8. Evitare accuratamente tutte le resine che hanno uno scarso materiale informativo a corredo. Tutte le resine le cui confezioni non dicono molto o riportano descrizioni e diciture molto striminzite e quasi "stampante in casa" devono farci sospettare. In linea di massima evitare di acquistare resine biocompatibili da market cinesi senza alcun riferimento diretto all'azienda che le produce. Utilizzare sempre solo ed esclusivamente resine di aziende che si trovano sul mercato da tanti anni la cui affidabilità è comprovata dai numeri e dall'esperienza sul settore (FormLabs, DWS, NextDent...solo per citarne alcune).

1) Emissions of Ultrafine Particles and Volatile Organic Compounds from Commercially Available Desktop Three-Dimensional Printers with Multiple Filaments https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.5b04983

2) Characterization of particulate matters and total VOC emissions from a binder jetting 3D printer

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360132315300615

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