Wie sicher sind die im 3D-Druck verwendeten Titanpulver

Wie sicher ist die additive Fertigung? Diese Frage wurde mehrfach gestellt und war Gegenstand mehrerer Forschungsstudien. In einer kürzlich veröffentlichten Studie mit dem Titel „TITANIUM POWDERS USED IN POWDER BED FUSION: THEIR RELEVANCE TO RESPIRATORY HEALTH“ untersucht eine Forschergruppe speziell Titanmaterialien, die in der Metalladditivherstellung verwendet werden.

Trotz der Tatsache, dass die Aufbauphase (Verarbeitungsphase) von AM ein geschlossener Prozess ist, können AM- (Maschinen-) Bediener während der Vorverarbeitungs- und Nachverarbeitungsphase metallischen Einsatzmaterialpulvern durch Inhalation ausgesetzt werden. Die Exposition kann entweder mit neuen Pulvern (wie vom Pulverhersteller bereitgestellt) oder gebrauchten Pulvern (recycelt) erfolgen. Die Vorverarbeitungsphase umfasst manuelle Aufgaben, wie das Staubsaugen der AM-Maschinenbaukammer zum Entfernen ungeschmolzenen oder ungesinterten Pulvers, die Handhabung von Pulver für das größenselektive Pulversieben und das Laden des Pulvers in die AM-Maschinenausgangsbehälter. Die Nachbearbeitungsphase umfasst das manuelle Entfernen des bzw. der gedruckten Teile aus der Baukammer und das manuelle Entfernen von nicht geschmolzenem / gesintertem Pulver, es kann jedoch auch Schleif-, Bohr- und Sägesaufgaben umfassen, um das Produkt fertigzustellen.

Bis heute haben mehrere Studien die Partikelemissionen von kleineren FDM 3D-Druckern untersucht, bei denen Filamente aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polymilchsäure (PLA) verwendet wurden. Sie fanden heraus, dass diese Drucker eine hohe Partikelemission aufweisen. Die Luftqualität in Innenräumen, die während langer Bauzeiten aufgrund von Partikelemissionen abnimmt, ist besorgniserregend, da sie möglicherweise gesundheitsschädlich ist.

Inhalationspartikel werden durch die Nase und den Mund eingeatmet und im Nasopharynxbereich abgelagert, während extrathorakale Partikel eingeatmet werden, die jedoch nicht über den Kehlkopf hinausragen. Thoraxpartikel können über den Kehlkopf dringen, und atembare Partikel können in die Luftblasen eindringen und sich im Alveolarbereich der Lunge ablagern. Mögliche gesundheitliche Auswirkungen hängen von der chemischen Zusammensetzung der Metallpartikel ab. Einatmen von Titan und Eisen kann zum Einatmen der Atemwege wie Husten und Niesen führen, während das Einatmen von Aluminiumstaub über längere Zeit zu Lungenfibrose führen kann.

Diese Studie untersuchte drei verschiedene AM-Titanlegierungspulver (unbehandelt und verwendet) zusammen mit ihren relevanten SDSs und analysierte die Pulver hinsichtlich Partikelgröße, Form und Elementzusammensetzung. In den jungfräulichen und gebrauchten Pulvern befanden sich thorakale (<10 µm) und atembare (<4 µm) metallhaltige Partikel. Bei Einatmen können diese metallhaltigen Partikel gesundheitsschädliche Wirkungen haben. Aufgrund dieser Ergebnisse kann nur ein geringer Prozentsatz von Partikeln über den Kehlkopf dringen. Obwohl die AM-Bediener möglicherweise nicht sofort gesundheitliche Auswirkungen haben, kann eine wiederholte Inhalation über einen längeren Zeitraum gefährlich sein. Es wurden Abweichungen der Partikelgröße und der Elementzusammensetzung von den Angaben in den Sicherheitsdatenblättern gefunden. Diese Studie vermittelt ein besseres Verständnis von unbehandelten und gebrauchten Titanpulvern, denen AM-Operatoren in PBF ausgesetzt sind, und hebt die Unzulänglichkeiten der Sicherheitsdatenblätter hervor. In Übereinstimmung mit den Arbeitsschutzgesetzen werden Empfehlungen gegeben, um Hersteller, Arbeitgeber und AM-Betreiber bei der Förderung der Gesundheit von AM-Bedienern zu unterstützen.

Ziel dieser Studie war es, die Partikelgrößenverteilung (PSD), Form und Elementzusammensetzung von Titanpulvern aus drei AM-Anlagen in Südafrika zu ermitteln, um diese mit den entsprechenden Informationen zu vergleichen, die in den SDB dieser Pulver angegeben sind. Die Relevanz möglicher Abweichungen oder Mängel in den SDB-Informationen für die Atemwegserkrankungen von AM-Betreibern wurde erläutert, und sowohl Hersteller / Lieferanten von AM-Pulver als auch die Endbenutzer erhalten Empfehlungen.

Autoren des Papers sind S. du Preez, D. J. de Beer und J. L. du Plessis.