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Forscher präsentieren neues System für den Umgang mit Partikeln und Dämpfen bei 3D-Druckern

Ein Problem, das beim Desktop-3D-Druck auftritt, ist die Menge der potenziell schädlichen Partikel, die durch den Prozess erzeugt werden. In einem Artikel mit dem Titel “An Intelligent Exhaust Gas Processing System for Desktop 3D Printer” erklärt eine Gruppe von Forschern, wie sie ein System zur Adsorption und Katalyse von Desktop 3D-Druckern entwickelt haben.

Das System besteht aus einem digitalen universellen Partikelkonzentrationssensor, einem Mikrocontroller und einem Gleichstrommotor. Der Partikelkonzentrationssensor erkennt, ob die Partikelkonzentration im 3D-Drucker den niedrigsten für den menschlichen Körper schädlichen Grenzwert überschreitet.

“Die Konzentration der detektierten Partikel wird vom Kreislauf mit den voreingestellten Konzentrationsgrenzwerten verglichen”, erklären die Forscher. „Wenn die Konzentration den oberen Grenzwert überschreitet, wird der Motor eingeschaltet. Wenn der untere Grenzwert unterschritten wird, wird der Motor ausgeschalten. Wenn der Benutzer unter besonderen Umständen manuell eingreifen und Einstellungen vornehmen muss, kann er manuell über einen externen Schalter gesteuert werden, um den Luftprozessor zu aktivieren.“

Ein Temperaturerfassungsschaltungsmodul überwacht in Echtzeit die Innentemperatur des 3D-Druckers. Ein Anzeigeschaltungsmodul und ein Motorsteuerungsschaltungsmodul sind ebenfalls enthalten.

“Die Hauptaufgabe des Mikrocontroller-Mikroprozessors in diesem System besteht darin, die Steuerung und Verarbeitung der vom Partikelkonzentrationserfassungsmodul gesammelten Daten abzuschließen und mit dem voreingestellten Standardwert zu vergleichen”, so die Forscher weiter. „Wenn der Wert größer als der Standardwert ist, wird der Steuermotor eingeschaltet. Das Hauptprogramm schließt zunächst die Initialisierung ab, startet dann das Modul zur Erfassung der Partikelkonzentration und führt die entsprechende Ausgabeoperation aus. Der System-Software-Fluss ist hauptsächlich in Systeminitialisierung, Datenerfassung und Datenverarbeitung in drei Teile unterteilt.“

Für den Auslass des 3D-Druckers ist die Adsorptionsgleichgewichtskonstante klein, daher muss sie vor der Adsorption gekühlt werden. Nach dem Erhitzen des konzentrierten Abgases der Desorption auf eine bestimmte Temperatur katalysiert es Kohlendioxid und Wasser und tritt nach dem Abkühlen aus. Die Abgasbehandlungsanlage umfasst eine Adsorptions-Desorptionsvorrichtung und einen katalytischen Brenner.
Das Adsorptionskissen ist mit einem geformten Adsorbens gefüllt, und zur Adsorptionsreinigung strömt Gas in die Adsorptionszone. Eine kleine Menge heißer Luft wird durch die Desorptionszone geblasen, die flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) werden zwangsweise desorbiert und das Adsorbens wird regeneriert. Die Desorption des Adsorbens wird mit einem geringen Luftstrom bei niedriger Temperatur gekühlt, um den Adsorptionseffekt der Adsorptionszone sicherzustellen.

„Das durch den Desktop-3D-Arbeitsprozess erzeugte Abgas enthält feste Partikel und schädliche Gase, die Umwelt und Menschen schädigen können“, schließen die Forscher ab. „Obwohl es für FDM-Desktop-3D-Drucker geeignet ist, kann diese Arbeit auch auf anderen Desktop-3D-Druckern wie SLA und SLS verwendet werden. Die harmlose Abgasbehandlung füllt den Platz für die 3D-Druckabgasaufbereitung aus und erweitert die Anwendung von Desktop-3D-Druckern erheblich.“

Zu den Autoren der Arbeit gehören Ligang Cai, Shunlei Li, Qiang Cheng, Zhifeng Liu, Wei Cui und Huirong Fu.

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