Vor Kurzem habe ich Erlen-Sperrholz aus der Ukraine zu einem guten Preis bestellt. Beim Laserschneiden stieg der Formaldehydwert auf meinem Aura AQ auf 100–110 ppb. Bei dem Sperrholz von Bambu Lab, das ich verwende, bleibt er bei etwa 20–30 ppb, nahe dem Wert, den ich normalerweise im Raum sehe.
Die Werte stammen von meinem DFRobot SFA40-Sensor. Er gibt Formaldehyd (HCHO) in ppb an, also Teilen pro Milliarde: ein Volumenteil Gas auf eine Milliarde Volumenteile Luft. Der niedrigere Wert ist mein üblicher Raumwert, kein Sicherheitsgrenzwert.
Einen guten Preis kann man leicht vergleichen. Was eine Platte beim Laserschneiden freisetzt, lässt sich einem Produktangebot schwerer entnehmen.
Die Schnittkante können wir begutachten. Ein Teil des dort abgetragenen Materials ist aber zu luftgetragenen Partikeln und Gasen geworden. Die Absaugung muss sie abführen, bevor sie sich im Raum verteilen. Das Messgerät hilft uns zu erkennen, was bei ihm ankommt, soweit seine Sensoren es erfassen können.
Der Laser schneidet auch durch den Kleber
„Erlen-Sperrholz“ sagt etwas über das Holz aus. Es verrät weniger darüber, was die Schichten zusammenhält. Sperrholz ist ein verklebtes Produkt; manche Harze in Holzwerkstoffen enthalten Formaldehyd. Der Laser durchtrennt die Schichten mitsamt ihrem Klebstoff. EPA: Plywood, adhesives and formaldehyde
Das waren Beobachtungen in der Werkstatt, keine kontrollierten Prüfungen der Platten. Ich weiß nicht, welche Klebstoffe darin stecken, und kann den Anstieg deshalb keinem bestimmten Kleber zuordnen.
Einen ähnlichen Unterschied habe ich bei anderem Sperrholz gesehen. Die von mir verwendeten Bambu Lab-Platten verursachen deutlich kleinere VOC-Anstiege als namenloses Sperrholz aus Baumärkten. Bei diesen unmarkierten Platten habe ich auch Spitzen beim Formaldehydwert beobachtet. Zusammensetzung und Eignung zum Laserschneiden gehören neben den Preis auf die Einkaufsliste.
Das Thema reicht über Sperrholz hinaus. Entlang der Schnittlinie erhitzt der Laser das Material so stark, dass es sich zersetzt und abgetragen wird. Ein Teil gelangt als Gas und als winzige schwebende Partikel in die Luft. VOCs, flüchtige organische Verbindungen, umfassen viele gasförmige Chemikalien; PM-Werte beschreiben den Partikelanteil. Ein Anstieg des einen muss keinen ebenso großen Anstieg des anderen auslösen.
Karton stellt unsere Vorstellung von vertrauten Materialien auf die Probe. In einem Versuch mit einem CO₂-Tischlaser erzeugte er höhere Partikelkonzentrationen als das getestete Holz, der Kunststoff oder das Glas. Holz und Karton setzten außerdem VOCs und Kohlenmonoxid frei. Die Absaugung senkte die durchschnittlich gemessene Partikel-Massenkonzentration im Gerät um 61%, entfernte die Partikel aber nicht vollständig. Dieser Prozentsatz gilt für die untersuchte Maschinenkammer und verspricht keine entsprechende Verbesserung in einem beliebigen Raum. Auch diese Alltagsmaterialien brauchten eine wirksame Absaugung. Desktop laser emissions study
Es gibt gute Gründe, die Belastung unserer Atemluft zu verringern. Formaldehyd kann Augen, Nase und Rachen reizen. Manche anderen VOCs können je nach Stoff, Konzentration und Expositionsdauer Reizungen, Kopfschmerzen oder Übelkeit verursachen. Ein Anstieg beim Schneiden ist Anlass, Material und Absaugung zu prüfen. EPA on formaldehyde, EPA on VOC exposure
Kohlenmonoxid bringt ein anderes Problem mit sich: Es beeinträchtigt die Fähigkeit des Blutes, Sauerstoff zu transportieren. Es ist ein anderes Gas als CO₂ und braucht einen eigenen CO-Sensor; ein VOC-Wert kann ihn nicht ersetzen. Health Canada on carbon monoxide
Vor dem ersten Schnitt muss das Material eindeutig bekannt sein. Eine durchsichtige Platte ist beispielsweise nicht zwangsläufig Acryl: PVC kann bei der Laserbearbeitung Chlorwasserstoff freisetzen und darf nicht mit dem Laser geschnitten werden. Verwenden Sie eindeutig identifiziertes, für das Gerät freigegebenes Material. Der Laser kann die Lieferantenangaben nicht für uns prüfen. MIT laser cutter guidance
Die ruhige Kurve neben einem PLA-Drucker
Vor diesem Hintergrund wirkt meine Erfahrung mit dem 3D-Druck fast ereignislos. Ich drucke hauptsächlich PLA und habe am Messgerät nicht dieselbe Reaktion bemerkt wie beim Laserschneiden.
Für PLA, auch Polylactid genannt, gibt es ermutigende Ergebnisse. In einer Untersuchung verschiedener Drucker und Filamente setzten die getesteten PLA-Konfigurationen weit weniger ultrafeine Partikel frei als die Konfigurationen mit ABS, einem weiteren Kunststoff für den 3D-Druck. Beide setzten dennoch Partikel und VOCs frei. Filament printer emissions study
Die Düsentemperatur kann dieses Bild verändern. In einer getesteten PLA-Konfiguration stieg die gemessene Konzentration ultrafeiner Partikel stark an, als die Temperatur von 230 auf 240 °C erhöht wurde. Vermeiden Sie unnötig hohe Temperaturen und wählen Sie eine passende Temperatur innerhalb des vom Filamenthersteller empfohlenen Bereichs. Nozzle temperature and particle emissions
Für die ruhige Kurve gibt es aber noch eine Erklärung, die man kennen sollte. Ein PM-Sensor erfasst nicht jedes Partikel, das ein Drucker erzeugen kann.
Am Messgerät beschreibt ein PM2.5-Wert die Partikelmasse in einem Luftvolumen. Er zählt keine einzelnen Partikel. Stellen Sie sich zwei kugelförmige Partikel desselben Materials vor, eines mit dem zehnfachen Durchmesser des anderen: Das größere hat die tausendfache Masse. Viele sehr kleine Partikel können daher wenig zum Massenwert beitragen.
Die Größe entscheidet auch darüber, ob der Sensor sie überhaupt messen kann. Für den in Aura AQ eingesetzten SEN66 beginnt der angegebene Partikelgrößenbereich der PM-Massenwerte bei 0,3 Mikrometern, also 300 Nanometern. Ultrafeine Partikel sind kleiner als 100 Nanometer. Sie liegen unterhalb dieses Bereichs; der Sensor kann die ultrafeinen Partikel aus der Druckstudie daher nicht zählen. SEN6x datasheet, section 1.2
Meine ruhige Kurve könnte geringe Konzentrationen am Messgerät widerspiegeln, Partikel außerhalb seines Messbereichs oder beides. Meine Beobachtung allein kann das nicht unterscheiden.
Eingeatmete Partikel können tief in die Lunge gelangen, die Atemwege reizen und Asthma verschlimmern. Deshalb gehört Lüftung zur Druckumgebung, auch wenn die Raumluft klar aussieht. EPA on particle pollution
Bei PLA bleibe ich außerdem bei Herstellern, denen ich vertraue, und verzichte auf billigere Alternativen. Luftmesswerte verschiedener PLA-Marken habe ich nicht verglichen.
Die Maschine steht, die Luft bewegt sich weiter
Beim Laser beobachte ich VOC-Anstiege, manchmal einen höheren Formaldehydwert und einen kleineren PM-Anstieg. Besonders deutlich scheint die Reaktion beim Schneiden von Acryl mit dem CO₂-Laser zu sein. Auch das Ende des Schnitts lohnt einen Blick.
In einer Studie zum Acrylschneiden hielt die Absaugung gasförmiges Methylmethacrylat nahe der niedrigsten vom Messgerät nachweisbaren Konzentration. Gängiges Acryl, PMMA, kann diesen Stoff bei thermischer Zersetzung freisetzen. Beim Öffnen des Deckels traten trotzdem Partikel aus, darunter ultrafeine Partikel. Acrylic laser-cutting study
Man sieht das Gehäuse leicht als Kasten, in dem ein fertiges Teil liegt. Es enthält aber auch Luft. Beim Anheben des Deckels verändert sich, wie sie sich mit der Raumluft mischt.
Eine Wartezeit vor dem Öffnen gibt der Absaugung Gelegenheit, verbliebene Emissionen abzuführen. Es gibt keine Wartezeit, die zu jeder Maschine passt. Ein Messgerät anderswo im Raum kann auch nicht feststellen, ob die Luft im Gehäuse bereits ausreichend gereinigt ist.
Beim Harzdruck geht dieser Gedanke weiter. Der Fortschrittsbalken erreicht 100%, aber die Arbeit verlagert sich zur Waschstation. Ein mit Isopropylalkohol benetztes Teil muss noch trocknen. Das Lösungsmittel, das seine Oberfläche verlässt, gelangt als Dampf in die Luft.
In einer Untersuchung des gesamten Harzdruckablaufs maßen Forschende die höchsten Gesamt-VOC-Konzentrationen beim Waschen und Trocknen mit Isopropylalkohol, über den Werten während des Druckens. Resin-printing workflow study
Sorgen Sie auch am Wasch- und Trockenplatz für eine geeignete Absaugung und schließen Sie Lösungsmittelbehälter zwischen den Anwendungen. Unausgehärtetes Harz kann die Haut reizen oder sensibilisieren, also nach Kontakt eine allergische Reaktion begünstigen. Beachten Sie die Sicherheitsdatenblätter von Harz und Lösungsmittel zu Handhabung und Schutz. NIOSH 3D-printing guidance
Das Absaugen des Gehäuses, das Waschen des Druckteils und das Verschließen der Lösungsmittelflasche gehören ebenfalls zum Abschluss des Auftrags.
Geben Sie den Emissionen einen Weg nach draußen
Wenn man verfolgt, wie Material in die Luft gelangt, wird der Zweck der Absaugung anschaulicher. Sie soll Emissionen nahe ihrer Entstehung erfassen, bevor sie sich im Arbeitsbereich verteilen.
Bei einer geschlossenen Maschine strömt Raumluft ins Gehäuse und trägt Verunreinigungen zum Abluftanschluss. Der Ventilator braucht nachströmende Luft; seine Leistung im eingebauten Zustand hängt von Leitungen, Bögen und Filtern ab. Prüfen Sie den Luftstrom nach dem für die Absauganlage vorgesehenen Verfahren. Verfolgen Sie die Leitung bis zum Auslass: Die abgeführte Luft darf nicht durch Fenster oder Lufteinlässe zurückkommen oder andere Personen belasten. HSE guidance on local extraction
Ein Ventilator, der quer durch den Raum bläst, kann Emissionen an Ihrer Werkbank vorbeitragen. Eine Absaugung an der Quelle soll sie vorher erfassen. Die allgemeine Raumlüftung unterstützt den Luftaustausch, beweist für sich genommen aber nicht, dass die Maschinenemissionen erfasst werden.
Bei Filtern kommen wir zu den winzigen Partikeln zurück, die dem Messgerät entgehen können. Ein HEPA-Filter kann Partikel unter 0,3 Mikrometern auffangen; diese bekannte Angabe bezeichnet keine Löcher, durch die alles Kleinere hindurchfällt. Luftmoleküle stoßen sehr kleine Partikel hin und her. Dadurch steigt die Chance, dass sie eine Filterfaser treffen und daran haften bleiben. Das ist Diffusion. Ein Partikel zu erkennen und es aufzufangen sind unterschiedliche Aufgaben. Die untere Messgrenze eines Sensors ist deshalb keine untere Abscheidegrenze eines Filters. EPA on HEPA filters, EPA filtration research
Gase brauchen geeignete Gasfiltermedien. Aktivkohle hält manche Gase durch Adsorption an ihrer großen inneren Oberfläche fest. Ihre Kapazität ist begrenzt, und verschiedene Stoffe werden unterschiedlich gut gebunden. Das Medium muss zu den Verunreinigungen passen und nach Vorgabe gewechselt werden.
Formaldehyd ist ein Grund, beim Filter genauer hinzusehen als nur auf das Wort „Kohle“. Gewöhnliche Aktivkohle ist dagegen nicht besonders wirksam. Suchen Sie für HCHO nach Filtermedien mit dokumentierter Leistung für dieses Gas; eine dünne Kohlematte allein gewährleistet keine Entfernung. EPA technical guide to air cleaners
Das ist besonders wichtig, wenn ein Absauggerät die Luft zurück in den Raum leitet. Was es nicht entfernt, kommt mit dieser Luft zurück. Prüfen Sie, für welche Stoffe das Gesamtsystem ausgelegt ist, und halten Sie die Wartung ein. Die Worte „HEPA und Aktivkohle“ allein belegen nicht, dass es zu einem bestimmten Laser- oder Druckverfahren passt. HSE review of recirculating extraction
Lesen Sie die Kurve zusammen mit dem Arbeitsablauf
Beim Sperrholz erschien der höhere HCHO-Wert während des Schneidens. Um so eine Veränderung zu untersuchen, beginnen Sie mit dem, was im Raum geschah.
Lassen Sie das Messgerät an einer gleichbleibenden Position im Arbeitsbereich. Notieren Sie Material, Einstellungen, Beginn und Ende sowie das Öffnen des Gehäuses. Beim Harzdruck gehören Waschen und Trocknen dazu. Ein Messgerät in der Maschine oder in einem Frischluftstrom beschreibt andere Bedingungen als eines neben der Werkbank. Leitfaden zur Platzierung des Messgeräts
Achten Sie auf zeitliche Muster, die sich wiederholen. Ein Anstieg während des Schneidens legt nahe, die Erfassung während des Betriebs zu prüfen; ein Anstieg beim Öffnen lenkt den Blick auf den Absaugablauf vor dem Öffnen. Solche Muster liefern Fragen für den Geräteanbieter. Beobachten Sie bei laufender Absaugung und aktiven Schutzmaßnahmen, und lassen Sie einen laufenden Laser nicht unbeaufsichtigt. MIT laser cutter guidance
Auch die Bedeutung der Zahlen zählt. Ein VOC Index von 100 steht für den vom Sensor erlernten Hintergrund, nicht für 100 ppb eines bestimmten Gases. Er kann keine einzelnen Chemikalien identifizieren, und sein Hintergrund passt sich an. Ein vertrauter Wert bei länger anhaltender Belastung beweist deshalb nicht, dass die ursprünglichen Luftbedingungen zurückgekehrt sind. Sensirion's VOC Index explanation
Für HCHO nennt Sensirion beim SFA40 eine typische Genauigkeit von ±20 ppb oder ±20% des Messwerts, je nachdem, welcher Wert größer ist. Das gilt für Formaldehyd in ansonsten sauberer Luft unter festgelegten Prüfbedingungen. Die Sperrholzwerte sind nützliche Beobachtungen, erlauben aber kein exaktes Verhältnis der Emissionen beider Platten. SFA40 datasheet, section 1.1
CO₂ liefert Hinweise zur Lüftung, wenn Menschen seine Hauptquelle sind. Ein Lösungsmittel kann jedoch verdunsten, ohne dass CO₂ entsprechend steigt. HSE on CO₂ monitoring
Aura AQ kann dieses Protokoll mit PM-, VOC-Index- und CO₂-Raumwerten unterstützen, dazu mit HCHO über den optionalen Sensor. Zum Identifizieren von Gasgemischen oder Zählen ultrafeiner Partikel braucht man geeignete Instrumente. Raumwerte allein können nicht feststellen, ob die Werkstatt sicher ist.
Weiter Dinge machen
Das bedeutet nicht, dass wir das Laserschneiden zu Hause aufgeben müssen, geschweige denn den 3D-Druck. Es bedeutet, Materialien, Absaugung und Lüftung ebenso viel Aufmerksamkeit zu schenken wie der Maschine. Der Raum muss zum Verfahren passen, Filter brauchen Wartung, und die Maschine muss weiterhin nach Herstellervorgabe betrieben und beaufsichtigt werden.
Beim Erlen-Sperrholz bekam ich einen attraktiven Preis und während des Schneidens einen deutlich höheren HCHO-Wert als bei den Bambu Lab-Platten. Noch weiß ich nicht genug, um den Unterschied zu erklären. Für den nächsten Materialkauf habe ich aber Fragen, die über Preis und Holzart hinausgehen: Was hält die Platte zusammen, ist sie fürs Laserschneiden gedacht, und kann die Absaugung die Arbeit bewältigen?
Wir denken viel über die Dinge nach, die wir herstellen. Die Luft um sie herum verdient einen Teil dieser Aufmerksamkeit.