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Improving the comparability of FFF-3D printing emission data by adjustment of the set extruder temperature

  • Fused filament fabrication (FFF) is a material extrusion-based technique often used in desktop 3D printers. Polymeric filaments are melted and are extruded through a heated nozzle to form a 3D object in layers. The extruder temperature is therefore a key parameter for a successful print job but also one of the main emission driving factors as harmful pollutants (e.g., ultrafine particles) are formed by thermal polymer degradation. The awareness of potential health risks has increased the number of emission studies in the past years. However, studies usually refer their calculated emission data to the printer set extruder temperature for comparison purposes. In this study, we used a thermocouple and an infrared camera to measure the actual extruder temperature and found significant temperature deviations to the displayed set temperature among printer models. Our result shows that printing the same filament feedstocks with three different printer models and with identical printer setFused filament fabrication (FFF) is a material extrusion-based technique often used in desktop 3D printers. Polymeric filaments are melted and are extruded through a heated nozzle to form a 3D object in layers. The extruder temperature is therefore a key parameter for a successful print job but also one of the main emission driving factors as harmful pollutants (e.g., ultrafine particles) are formed by thermal polymer degradation. The awareness of potential health risks has increased the number of emission studies in the past years. However, studies usually refer their calculated emission data to the printer set extruder temperature for comparison purposes. In this study, we used a thermocouple and an infrared camera to measure the actual extruder temperature and found significant temperature deviations to the displayed set temperature among printer models. Our result shows that printing the same filament feedstocks with three different printer models and with identical printer set temperature resulted in a variation in particle emission of around two orders of magnitude. A temperature adjustment has reduced the variation to approx. one order of magnitude. Thus, it is necessary to refer the measured emission data to the actual extruder temperature as it poses a more accurate comparison parameter for evaluation of the indoor air quality in user scenarios or for health risk assessments.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Chi-Long TangORCiD, Stefan SeegerORCiD, Mathias Röllig
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Atmospheric Environment: X
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.4 Prozessanalytik
4 Material und Umwelt
4 Material und Umwelt / 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse
8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.0 Abteilungsleitung und andere
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Ltd.
Verlagsort:Amsterdam, Niederlande
Jahrgang/Band:18
Erste Seite:100217
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:FFF-3D printer; Indoor air quality; Infrared thermography; Thermocouple; Ultrafine particles
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Additive Fertigung
Umwelt
DOI:10.1016/j.aeaoa.2023.100217
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-572842
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:12.04.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:12.06.2023
Paper des Monats:Ja
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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