Gefahrstoffemissionen aus 3D-Druckern

Status:

abgeschlossen 03/2019

Zielsetzung:

3D-Drucker werden immer stärker in Betrieben eingesetzt. Ziel des Projekts war die messtechnische Ermittlung der inhalativen Exposition gegenüber Gefahrstoffen einschließlich ultrafeiner Partikel beim Arbeiten mit additiven Fertigungsanlagen in Hochschulen und gewerblichen Betrieben. Hier handelte es sich um Ingenieurbüros, Dentallabore, technische Hochschulen, Institute und ähnliche Unternehmen. Dabei sollte ein besonderes Augenmerk auf die eingesetzten Materialien gelegt werden, wie verschiedene Kunststoffe in Draht- und Pulverform, Metalle, Metall-Legierungen und keramische Werkstoffe. Im Falle einer signifikanten Exposition sollten auf der Grundlage der Ermittlungsergebnisse in einer branchenspezifischen Hilfestellung Schutzmaßnahmen zur Minimierung der Exposition beschrieben werden.

Aktivitäten/Methoden:

In Zusammenarbeit mit den Unfallkassen sollten zur Beurteilung der Ist-Situation in Betrieben und Hochschulen in Deutschland Daten zur Emission aus den eingesetzten 3D-Druckern ermittelt werden. Hierfür wurden Handlungsanleitungen erstellt, die die Vorgehensweise für Messungen regelten einschließlich der Datenerfassung im Rahmen des Messprogramms 9186 „Emissionen aus 3D Drucker“.

Des Weiteren sollten in Prüfkammermessungen die unterschiedlichen Druckermaterialien hinsichtlich ihrer Emissionen untersucht werden.

Ergebnisse:

Die additiven Verfahren wurden im Laufe des Projektes in drei Kategorien unterteilt: Die Metallpulver und Pulverbett-Verfahren, Kunststoffpulververfahren und 3D-Drucker Tischgeräte mit Prüfkammermessungen.

Bei den meisten metallpulver(bett)basierten Verfahren unterteilt sich der Herstellungsprozess in ähnliche Schritte mit entsprechend vergleichbaren Expositionsszenarien. Wenn die Anlage bautechnisch nicht verändert wurde, ist sie in der Regel so dicht, dass keine Exposition gegenüber Gefahrstoffen während des Bauprozesses zu erwarten ist. Bei den untersuchten Anlagen, an denen chromhaltige Metallpulver zum Einsatz kamen, konnten keine Chrom(VI)-Verbindungen in der Luft am Arbeitsplatz bestimmt werden. Für die Arbeiten mit Nickelbasis- und Cobaltbasis-Legierungen müssen technische Maßnahmen getroffen werden, da sonst die Beurteilungsmaßstäbe überschritten werden können. Dies gilt vor allem bei Arbeiten mit offenen Pulvern, oder bei Arbeiten mit dem noch nicht entpulvertem Bauteil.

Neben den metallverarbeitenden Anlagen, bilden die kunststoffpulververarbeitenden Anlagen einen großen Teil der Anwendungen. In ihnen werden meist Kunststoffe auf Polyamidbasis verarbeitet. Für diese Lasersinterverfahren wurde bislang keine messbare inhalative Exposition gegenüber Gefahrstoffen ermittelt, sofern die übliche Laborpraxis eingehalten wurde. Allerdings werden immer neue Werkstoffe entwickelt. Zu nennen wären hierbei gefüllte Materialien, die beispielsweise auch Fasern enthalten können.

Die mediale Aufmerksamkeit für die kleinen 3D-Drucker-Tischgeräte, die in der Regel Kunststoffdraht als Ausgangsstoff verwenden, hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Nach bisherigem Kenntnisstand werden die Innenraumrichtwerte I (RW I) beziehungsweise Innenraumarbeitplatz-Referenzwerte (IRW) eingehalten, sofern der Druckerraum regelmäßig und ausreichend gelüftet wird. Eine Besonderheit der Tischdrucker ist die Vielfalt der verschiedenen Kunststoffe, die eingesetzt werden können. Aufgrund der unterschiedlichen Schmelztemperaturen muss hier insbesondere darauf geachtet werden, dass die eingesetzten Materialien nicht über den Zersetzungspunkt erhitzt werden.

Die Versuche in der Prüfkammer mit verschiedenen Kunststoffen haben die Ergebnisse der betrieblichen Messungen bestätigt.

Stand: