Kako zaštiti 3D pisač od požara?

Tko doma ima 3D pisač, a koristi više od samo nužnog dijela mozga potrebnog za povremene radnje izmjene plastičnog filamenta na njemu, vjerojatno je dosta rano pomislio da spoj plastike i visokih temperatura mogu biti uzrok požara i ne bi bio u krivu. Ukratko – kako riješiti inherentni problem 3D FDM pisača – mogućnost izazivanja požara?

Drago Galić srijeda, 3. lipnja 2020. u 07:00

AFO Ball

Tip Protupožarni uređaj
Cijena Od 18-35 dolara na Aliexpressu, od 50 do 200 dolara na Amazonu
Krug djelovanja 3-5 metara
Glasnost 120-140 dB
Primjena Na otvorenome, u prostorijama i vozilima


Kao što je poznato, FDM (fusion deposit modeling) 3D pisači (za razliku od drugih vrsta 3D pisača) ispisuju predmete topljenjem raznih tipova plastičnih masa, sa ili bez primjesa drugih materijala i stavljanjem slojeva tako istopljenog filamenta jedan na drugi. Za topljenje plastičnih masa koristi se ispisni dio, tzv. hot-end kojemu ime sve govori – vruć je. U praksi temperatura hot-enda, ovisno o materijalu koji koristimo ide od 180 stupnjeva (PLA plastika), pa i do preko 350 za polikarbonatne materijale, primjerice.

Većina kućnih 3D pisača, pa i onih na farmama, uglavnom imaju ispisne glave baždarene za 270-280 stupnjeva, što nije strašno visoka temperatura, ali može izazvati požar.

Naime, grijač ispisne glave, najčešće stavljen u čeličnu košuljicu, sam po sebi može proizvesti i temperature daleko veće od 300, pa i 400 stupnjeva. Tko ne vjeruje, neka ga izvadi i ostavi visiti na žicama i uključi grijanje – kućište grijača postaje jarko crveno, što je, za nas bez FLIR kamera znak da se zagrijalo do 600 ili 650 stupnjeva.

Tipičan grijači blok i grijač - ukoliko je ovaj drugi stegnut u grijaćem bloku na hladno, kad se zagriju sigurno ispada iz bloka i potencijalni je izazivač požara
Tipičan grijači blok i grijač - ukoliko je ovaj drugi stegnut u grijaćem bloku na hladno, kad se zagriju sigurno ispada iz bloka i potencijalni je izazivač požara

To je već temperatura na kojoj palimo drvo bez većih problema, papir, razne vrste plastike, a o eventualno zapaljivim otapalima koja mogu biti u blizini ili u tragovima na radnoj plohi i da ne pričamo. Ovi grijači, usput, mogu ispasti iz grijaćeg bloka ispisne glave ako se ova redovito ne provjerava i servisira i na Internetu postoje svjedočenja onih kojima se to dogodilo.

Pored ispisne glave, drugi termički element 3D FDM pisača je grijana podloga, koja u cjelosti daje bitno niže temperature – obično do 110 ili 120 stupnjeva osim u iznimnim i posebno rađenim ili dograđivanim pisačima, ali rijetko kada preko 130-140 stupnjeva. Ovo nisu posebno visoke temperature koje mogu zapaliti drvo, pa ni list papira (230+ stupnjeva), pa čak ni većinu otapala koja se mogu naći u radionici.

Silikonska grijaća podloga ne može sama po sebi ništa zapaliti, ali naponske žice se mogu od habanja odvojiti od nje i izazvati požar
Silikonska grijaća podloga ne može sama po sebi ništa zapaliti, ali naponske žice se mogu od habanja odvojiti od nje i izazvati požar

Ono gdje i ovaj termički element može biti izvor problema su električni vodovi koji vode do njega, a koji se kod FDM pisača s pomičnom ispisnom podlogom (praktički svi osim tzv. delta-pisača) od savijanja zbog stalnog pomicanja podloge mogu od nje odvojiti (odlemiti) i onda imamo dvije dosta protočne bakrene žice od 4 ili više kvadratnih milimetara presjeka kojima bez problema ide struja od više desetaka ampera, bilo da se radi o 12, 24 ili izmjeničnoj struji od 230 volti – ovisno o izvedbi grijanja podloge koja iskri, postiže velike temperature u točci spoja i pali kresivo kao od šale.

(Ne)Ugrađena zaštita

Ovdje potpisani ima doma tri različita 3D pisača – dva Crealityja (CR-10S i CR-10S Pro) i jedan manji Geeetechov i3 Pro i doslovce svaki od njih tri – prošlogodišnji i pretprošlogodišnji Crealityji i već skoro pet godina star Geeetech i3 Pro su došli s ISKLJUČENOM termičkom zaštitom u firmwareu (Marlin).

Naime, jedan od najčešćih firmwarea 3D pisača je Marlin, zgodan komad softvera kojega svaki vlasnik ovih naprava vrlo brzo nauči rekompajlirati i prilagođavati svojim potrebama i nadogradnjama uređaja, a koji u standardnoj distribuciji ima ugrađenu termičku zaštitu (thermal runaway protection).

Malo rekompajliranja Marlina - dio rituala vlasnika 3D pisača
Malo rekompajliranja Marlina - dio rituala vlasnika 3D pisača

Ova zaštita funkcionira po principu time-outa. Ukoliko firmware detektira da u nekom predefiniranom vremenskom periodu grijanja ili hlađenja ispisne glave i grijane podloge ove nisu dosegle temperaturu koja se očekuje za taj period grijanja ili hlađenja, automatski se isključuju grijači jer se pretpostavlja da s njima ili mjernim sondama nešto nije u redu.

Proces „razmišljanja“ firmwarea je jednostavan – šaljem struju na grijač taj i taj toliko i toliko, ali nemam povratne informacije od temperaturnog mjerača da se temperatura diže. Ovo znači da je grijač negdje ispao pa grijem nešto drugo umjesto onoga što trebam, što nije dobro, ili je temperaturni mjerač negdje ispao ili ne radi, pa grijem ono što trebam, ali previše, što također nije dobro. Najbolje da prekinem dotok struje u grijač i ugasim sve.

Zaštita od termalne ekskurzije radi i u drugom pravcu – kada je izmjerena temperatura grijanog elementa, bilo ispisne glave ili podloge, predugo previsoka (ovo se zna dogoditi kada u slabo hlađenoj prostoriji  naglo mijenjamo ABS ili polikarbonantne postavke visokih temperatura podloge i ispisne glave za bitno niže PLA ili neke druge postavke, pa temperatura ispisne podloge ne pada dovoljno brzo na zadanu razinu (obično od 50-60 stupnjeva). Firmware će također isključiti grijanje i prekinuti čitav ispisni proces jer smatra da nešto nije u redu s pisačem, iako to nije slučaj.

Bolje biti siguran nego kasnije žaliti, ili, kako se to kaže u Širokom: „Better safe than sorry“.

Ukoliko imate firmware s uključenom zaštitom, ovo je poruka koja vam govori da nešto nije u redu s nekim od grijača
Ukoliko imate firmware s uključenom zaštitom, ovo je poruka koja vam govori da nešto nije u redu s nekim od grijača

Sve ovo gore navedeno vrijedi za standardne distribucije Marlina, ali iz nekog razloga gotovo nikada za verzije Marlina koje na svoje pisače stavljaju kineski proizvođači. Zašto, nemamo pojma, ali sva tri pisača koje ovaj autor ima došla su standardno s ISKLJUČENOM termalnom zaštitom, što je jednostavno otvoreni poziv lokalnoj vatrogasnoj brigadi da nam kad-tad dođe u posjetu s barem tri navalna vozila i svim dečkima iz smjene.

Ukoliko ste tek kupili ili namjeravate kupiti 3D pisač svakako savjetujemo provjeriti ima li uključenu termičku zaštitu u firmwareu (najjednostavnije je iz grijanog bloka izvaditi temperaturnu sondu ili grijaću sondu – DOK JE HLADAN! - i onda uključiti grijanje i vidjeti da li je firmware reagirao) i po potrebi flashirati novi firmware za vaš tip pisača s uključenom ovom zaštitom kojeg ćete i bez poznavanja Arduino IDE-a i kompajlera vjerojatno vrlo brzo naći na Internetu.

NEMOJTE KORISTITI PISAČ S ISKLJUČENOM TERMALNOM ZAŠTITOM ILI AKO NISTE SIGURNI DA JU IMA!

 

Pažnja dobrog manijaka-opsesivca

U pravu postoji nešto što se zove „pažnja dobrog privrednika“, a odnosi se na brigu za funkcioniranje unutar tvrtke koju dobar privrednik (ili, kako je sada modernije govoriti – „poduzetnik“) mora posvetiti općoj organizaciji i mjerama koje jamče normalan i siguran rad i poslovanje tvrtke. Dakle, baviti se tvrtkom „kao da je tvoja“, ako i nije, odnosno brinuti se za normalne uvjete rada, sigurnost tvrtkine imovine, fizičke i one na računima itd. Provjeravanje postoji li i je li uključena termalna zaštita bi vjerojatno bilo dovoljno da se jednom na sudu vaše ponašanje okarakterizira kao ono sukladno ponašanju „dobrog privrednika“, ali to nama nije dovoljno.

"Ovo je moj pisač printao sam tu/Ovo je moja draga voleo sam nju..."   Požari se događaju!
"Ovo je moj pisač printao sam tu/Ovo je moja draga voleo sam nju..." Požari se događaju!

Zašto? Zato jer, ruku na srce, 3D pisači mogu i s uključenom zaštitom izazvati požar. Uzrok ne moraju biti grijači, već iskrenje izvora napajanje, ogoljenih žica, preopterećenih električnih instalacija u zidu i još brojni drugi, a – i sasvim ispravni firmware na sasvim ispravnom 3D pisaču može se smrznuti i ostaviti upaljene sve grijače permanentno. Smrzavanje 8- ili 32-bitnog Marlina nije posebno često, dapače, vrlo je rijetko, ali se može dogoditi.

Što u tom slučaju napraviti?

Jedna od stvari koju je vrlo preporučljivo imati u prostoriji s 3D pisačima ili pisačem je PP aparat KOJEGA ZNAMO KORISTITI. Naime, postoje dva osnovna tipa S i P (i još podtipova), ali ova dva su nam bitna zbog načina korištenja. Oznaka „P“ označava prah pod stalnim tlakom i aktivira se vađenjem sigurnosne igle i pritiskom na odgovarajuću ručicu ili (mali aparati) tipku). Oznaka „S“ označava prah aktiviran pogonskim plinom koji se nalazi u odvojenom spremniku u PP aparatu i potrebno je prvo aktivirati bočicu s plinom pod tlakom, pa tek onda ručicu za pražnjenje sredstva iz aparata. Provjerite koji aparat imate i kako se koristi PRIJE POŽARA. Naime, kad smo uzbuđeni kao da nam, recimo, gori vatra oko nas, obično teže čitamo upute s naljepnica na PP aparatima, a i motorika nam je bliža onoj dvogodišnjaka nego odraslog čovjeka. Dakle, imajte PP aparat u sobi s pisačima i proučite upute i tip prije eventualnog izbijanja požara.

Što kažu vatrogasci? Kažu da postoje dva osnovna tipa PP aparata koje trebamo naučiti koristiti PRIJE požara
Što kažu vatrogasci? Kažu da postoje dva osnovna tipa PP aparata koje trebamo naučiti koristiti PRIJE požara

Ovo je, međutim, tek prvi korak.

Kako znaju oni koji imaju 3D pisač ili su se o njima informirali, ispisi na njima traju obično satima, pa i danima. Nitko toliko ne može „ćubiti“ uz 3D pisač i nadgledati ga, pa se mnoštvo ispisa obavlja najčešće noću, dok spavamo (a pogled kroz vjeđe, i to u treću sobu od spavaće, je ponešto skučen) ili kad nas nema kod kuće jer smo na poslu ili drugdje. Dakle, onaj PP aparat odozgora nam je od male pomoći s obzirom da se ne može sam aktivirati, makar oko njega bilo kao u paklu. Automatskih rješenja je nekoliko, a najosnovnije je detektor dima.

Ima smisla ako je netko stalno doma, pa ga pištanje detektora može upozoriti da se nešto događa u prostoriji s pisačem ili pisačima, ali ovaj detektor ni na koji način ne može ugasiti vatru ako se pojavi.Ukratko, ne preporučamo ga iz više razloga: zahtijeva održavanje (baterija); ekološki problematično zbrinjavanje zbog radioaktivne tvari – americija – koja je osnovni dio ovih detektora; mala praktična korist jer sam nema mogućnost gašenja požara.

Od uređaja za automatsko detektiranje i gašenje požara mogli bismo navesti Stove Top Fire Stop, američki uređaj već decenijama u upotrebi u američkim kuhinjama, a koji se montira poviše štednjaka i u slučaju vatre aktivira se prah za gašenje požara. Stove Top Fire Stop ima dvije mane – u Europi ga je teško naći čak i u online dućanima i skup je, posebno u odnosu na izvorne cijene na američkom tržištu koje počinju od 20 dolara za najjeftiniji model.Zgodno kod uređaja je što za rad ne treba baterije ni bilo koji oblik električne energije već koristi mehaničko kemijski detektor i aktivator ventila koja praktički ne treba nikakvo održavanje. Postoji i podvarijanta s posebnim električno napajanim senzorom, ali sam senzor košta 200 dolara u SAD, plus transport, plus carina itd… - može to i jeftinije.Problem je, po mišljenju ovdje potpisanoga, mehanički dio koji je u praksi onaj koji može zakazati

Stove Top Fire Stop - rimuje se, ali ove uređaje u EU je teško nabaviti i dosta su skupi u odnosu na cijene za američko tržište
Stove Top Fire Stop - rimuje se, ali ove uređaje u EU je teško nabaviti i dosta su skupi u odnosu na cijene za američko tržište

Srećom, postoji još jedno posve automatizirano protupožarno rješenje, bez ikakvih pokretnih dijelova, pirotehnička kugla AFO Ball (Auto Fire Off) ili Elide Fire Extinguishing Ball, koja se pojavila na tržištu prije desetak godina.

AFO kugla - jednostavnog, gotovo "poljoprivrednog" izgleda, nema niti jedan pokretni mehanički dio već se pirotehnički aktivira
AFO kugla - jednostavnog, gotovo "poljoprivrednog" izgleda, nema niti jedan pokretni mehanički dio već se pirotehnički aktivira

Za razliku od Stove Topa, ima je kupiti po raznim EU web-dućanima, Aliexpressu, Banggoodsu i drugim kineskim web-trgovinama, cijene do 18-tak dolara naviše, ovisno o veličini (najvažniji podatak), ali i proizvođaču i modelu (ima ih „estetiziranih“ i navodno oku ugodnijih). AFO Ball je pirotehnička naprava, bez ijednog pokretnog dijela koju aktivira temperatura plamena viša od 70 stupnjeva. Ovisno od temperaturi, treba od nekoliko sekundi do praktički trenutne aktivacije. Princip rada vrlo je jednostavan – u PVC ovojnici nalazi se kugla stlačenog protupožarnog praha, najčešće mono-amonij-fosfata, a između praha i plastične ovojnice nalazi se traka pirotehničkog punjenja koje aktivira povišena temperatura i koje onda rasprši kuglu u prah koji gasi plamen – zagušivanjem i naglom eksplozijom.

Sama relativno visoka temperatura nije dovoljna za aktivaciju priotehničkog punjenja - potreban je plamen, pa se stoga AFO kugla može instalirati i u motorni prostor automobila (za alfiste, vlasnike Juga, te ostale koji mogu očekivati požare na motoru)
Sama relativno visoka temperatura nije dovoljna za aktivaciju priotehničkog punjenja - potreban je plamen, pa se stoga AFO kugla može instalirati i u motorni prostor automobila (za alfiste, vlasnike Juga, te ostale koji mogu očekivati požare na motoru)

AFO kugla, dakle, eksplodira. Nema lijepog načina da se to kaže, moja gospojice. Međutim, iako je eksplozija glasna (negdje govore o 120 dB, negdje o 140 dB – recimo da je istina negdje između…) nije snažna dovoljno da bi nam nanijela ozljede osim, eventualno, ako legnemo na nju ili je aktiviramo u zatvorenoj šaci, ali s obzirom da za njenu aktivaciju treba plamen i vrućina, nije posve jasno kako bismo izveli bilo koju od ovih radnji u toj kombinaciji gdje nam plamen ne bi napravio daleko veću štetu. Dapače, na YouTubeu (tom repozitoriju svega ljudskog znanja, od mongolskog grlenog pjevanja, preko Gejcovog 5G čipiranja nevinih, pa do AFO kugli…) više je videa u kojima ovu kuglu aktiviraju na otvorenom dlanu, bez ikakvih posljedica po vlasnike dlanova.

Protupožarni prah je inertan i neškodljiv za ljude, eksplozija je glasna i razbucat će nam papire i sitniji stolni inventar u sobi u kojoj se dogodi, a možda čak razbije i staklo na prozorima, ali zauzvrat će trenutno zaustaviti širenje vatre u krugu od 3-5 metara. Kugle dolaze u veličinama od pola do 1,5 kilograma i jedna bi za potrebe kućnog 3D pisača trebala biti više nego dovoljna.S kuglom dolazi i mali žičani stalak koji se može staviti na stol ili vijcima učvrstit na zid, policu ili gdje kome odgovara, a kugla se može koristiti i kao prevencija požara u motornom prostoru automobila gdje je uobičajene radne temperature okoline neće aktivirati – potrebno je izlaganje plamenu temperatura viših od 70 stupnjeva da bi se eksplozivni dio aktivirao.

Rok trajanja joj je 5 godina nakon čega biste je trebali zamijeniti novom, iako nema nikakvog razloga da staru bacite – inertni prah i eksplozivno punjenje sigurno mogu poslužiti i nakon toga roka, ali proizvođač jamči samo za period od 5 godina. Ako ste jedan od onih koji u grču ostavljaju pisač ili pisače bez nadzora, AFO kugla je najjeftiniji i vjerojatno najsigurniji način da riješite problem eventualnog požara koji nije baš tako stran ovom tipu uređaja.

AFO Ball

  • Jeftino, nema pokretnih mehaničkih dijelova niti elektronike koja bi se mogla pokvariti, naglo gasi požare
  • Može napraviti manju štetu prilikom eksplozije, ali daleko manju od vatre