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Arbeitsschutz

Explosiver 3D-Druck

| Autor/ Redakteur: Alexej Heimann / Simone Käfer

Metallpulver haben es in sich, so neigen einige zur Selbstentzündung. Um Maschinen und Menschen vor den Gefahren zu schützen, wurde ein VDI-Fachausschuss gegründet. Er rät bei reaktiven Werkstoffen zu Nassabscheidern.

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Metallpulver können brennbar und selbstentzündlich sein. Der Druck findet unter Schutzgas statt. Doch was geschieht nach dem Baujob?
Metallpulver können brennbar und selbstentzündlich sein. Der Druck findet unter Schutzgas statt. Doch was geschieht nach dem Baujob?
(Bild: ©Roman Sotola - stock.adobe.com)

Wenn eine neue Produktionstechnik sich in der Industrie durchzusetzen beginnt, muss auch die entsprechende Peripherie für Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz bereitstehen oder entwickelt werden. Parallel dazu werden neue Regelwerke erstellt, die den aktuellen Stand der Technik abbilden. Das gilt auch für den 3D-Metalldruck. Ausgangsbasis für die metallbasierte Additive Fertigung sind Metallpulver, die millimeterweise Schicht für Schicht aufgetragen und per Laser ausgehärtet werden. Zu den Aufgaben des Anwenders gehört es, nach dem Fertigungsprozess die Maschinenkammer sowie die fertigen Bauteile vom Restpulver zu reinigen. Denn eine regelmäßige Reinigung wirkt der Staubbelastung am Arbeitsplatz entgegen und sorgt für konstante Qualität beim nächsten Fertigungszyklus.

VDI-Richtlinie für sicheren Anlagenbetrieb

Zu dem im April 2016 gegründeten VDI-Fachausschuss 105.6 „Sicherheit beim Betrieb additiver Fertigungsanlagen“ wurde Ruwac als Experte für Industriesauger und Nassabscheider eingeladen. Seine Aufgabe sieht der Arbeitskreis darin, Empfehlungen zur sicheren Nutzung von generativen Fertigungsverfahren zu geben. Im ersten Schritt entsteht noch dieses Jahr der Gründruck (Entwurfsfassung) einer Richtlinie mit der Bezeichnung VDI  3405 Blatt 6: „Additive Fertigungsverfahren; Anwendersicherheit beim Betrieb der Fertigungsanlagen; Laserstrahlschmelzen von Metallpulvern“. Nach einer Einspruchsphase wird die endgültige Fassung veröffentlicht. Die Richtlinie wird den aktuellen Stand der Technik im Bereich der Anwendersicherheit wiedergeben und daher den Betreiber bei der Erstellung der gesetzlich geforderten Gefährdungsbeurteilung unterstützen.

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Wann empfiehlt sich ein Trocken- und wann ein Nassabscheider?

Viele Metallpulver, die bei der Additiven Fertigung eingesetzt werden, sind brennbar und einige sogar selbstentzündlich. Bei Leichtmetallpulvern aus Aluminium-, Magnesium- oder Titanlegierungen besteht ein erhöhtes Risiko, da sie sehr zündempfindlich und oft sogar unter normalen atmosphärischen Bedingung selbstentzündlich sind. Das ist ein wesentlicher Grund dafür, dass die Verarbeitung einiger Metallpulver nur unter Schutzgasatmosphäre im 3D-Drucker stattfindet und anschließend die Reinigung mithilfe eines Nassverfahrens durchzuführen ist.

Vielen Anwendern fällt die Beurteilung schwer, ob ein Trocken- oder Nassabscheideverfahren bei der Entfernung von Metallpulverrückständen nach dem Fertigungsprozess das Geeignetere ist. Grundsätzlich können brennbare Stäube beziehungsweise Pulver mit einem Industriesauger oder Entstauber aufgesaugt werden, der gemäß den Normen EN 60335-2-69 Anhang CC oder IEC 62784 für die Aufnahme brennbarer Stäube konstruiert worden ist. Sobald jedoch reaktive Metallpulver ins Spiel kommen, sollte man auf Nassabscheider umsteigen.

Den Metallpulvern ihre Explosivität austreiben

Ein Nassabscheider bindet die reaktiven Materialien aus dem Prozess mit einer geeigneten Flüssigkeit – meistens Wasser –, indem der Luftstrom durch die Abscheideflüssigkeit gelenkt wird. Dabei reagieren die aufgenommenen Metallpartikel mit dem Wasser und werden unreaktiv, weil sich eine schützende Oxidschicht bildet. Nachgeschaltet wird der von der Flüssigkeit gereinigte Luftstrom durch einen Filter der Staubklasse H gefiltert. Dieser Schritt spielt eine wesentliche Rolle, um stark gesundheitsgefährdende Partikel aus Nickel, Chrom-VI oder Kobalt abzuscheiden, die in Edelstahllegierungen enthalten sind und durch thermische Verfahren freigesetzt werden.

Durch die Nassabscheidung verlieren die reaktiven Materialien ihre gefährlichen Eigenschaften der Brennbarkeit und Selbstentzündlichkeit. Ein weiterer Vorteil des Nassverfahrens ist, dass die Explosionskenngrößen einiger Metallpulver keine Relevanz mehr für andere potentielle Zündgefahren wie mechanisch erzeugte Funken oder andere heiße Partikel im Absaugungsprozess oder bei der Reinigung darstellen. In Produktionshallen, in denen Anlagentypen mit reaktiven und nicht reaktiven Metallpulvern arbeiten, ist es aus sicherheitstechnischer Sicht empfehlenswert, konsequent nur das Nassverfahren zu nutzen, um Verwechslungen und die damit einhergehenden Risiken zu vermeiden.

Die Nassabscheidung ist somit das empfohlene Verfahren für das Aufsaugen von Metallpulvern in Anlagen der additiven Verarbeitung. Zudem ist es beim aktuellen Stand der Technik auch das einzige Verfahren, mit dem die genannten Sicherheits- und Gesundheitsrisiken auf ein Minimum reduziert werden können.

* Alexej Heimann ist zuständig für Vorschriften und Normen bei Ruwac Industriesauger in 49328 Melle, Tel. (0 52 26) 9 83 00, ruwac@ruwac.de, www.ruwac.de

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