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Additive Fertigung: Wie lagere ich Metallpulver richtig

Sicherheits- und Gesundheitsrisiko
Additive Fertigung: So lagern Sie Metallpulver sicher

Die metallbasierte additive Fertigung erlebt einen rasanten Aufschwung. Doch was müssen die Anwender beachten, wenn es um die sichere Lagerung von Metallpulvern geht? Insbesondere beim Verarbeiten von Metallpulvern lauern Gesundheitsrisiken, die an die Diskussionen um Staublunge oder Asbest erinnern.

Der Autor: Dr. Friedhelm Kring, im Auftrag von Asecos

Gerade das Pulverhandling beschäftigt mehr und mehr nicht nur Ingenieure, sondern auch Arbeitsschützer und Arbeitsmediziner. Die meisten der mehr als ein Dutzend unterschiedlichen 3D-Druck-Verfahren für Metalle nutzen die Metalle und ihre Legierungen in Pulverform. Da die Bauräume und die Geschwindigkeiten der Drucker wachsen, steigt der Materialdurchsatz. Durch höhere Geschwindigkeiten und automatisierte Abläufe wird die 3D-Druck-Fertigung nicht mehr nur für Prototypen und Kleinserien interessant, sondern auch für größere Stückzahlen lukrativer. Doch wo immer größere 3D-Drucker immer mehr Bauteile produzieren, wachsen auch die eingesetzten Pulvermengen und damit die Anforderungen an deren sicheres Handling.

Gesundheitsrisiken beim Laserstrahlschmelzen

Die größten Risiken für Sicherheit und Gesundheit sehen die Forscher beim Laserstrahlschmelzen. Diese oft als SLM (Selective Laser Melting) bezeichnete Technik gehört zu den sogenannten Pulverbettverfahren. Dabei werden pulverförmige Ausgangsmaterialien wie Nickel- oder Kobalt-Legierungen, aber auch Stähle und Titan-Werkstoffe durch Laserenergie gezielt geschmolzen und schichtweise zum gewünschten Produkt aufgebaut. Auf diese Weise können Bauteile in komplexer Geometrie gefertigt werden, die mit konventionellen Verfahren kaum oder gar nicht herstellbar wären, z. B. mit Hohlräumen oder Hinterschneidungen.

Bei aller Begeisterung über den Gewinn an Designfreiheit und die Materialersparnis der neuen Fertigungsmöglichkeiten wird zum Teil übersehen, welche Risiken der Umgang mit metallischen Pulvern für den Anwender mit sich bringt. Durch den zunehmenden Einsatz von Metallpulvern geraten insbesondere zwei Gefahren zunehmend in den Fokus von Sicherheits- und Gesundheitsexperten.

Metallpulver aus Arbeitsschützer-Sicht

Zum einen können Metallpulver beim Aufwirbeln gefährliche explosionsfähige Atmosphären bilden. Denn in Pulverform wird auch ein vermeintlich unbrennbares Metall zündfähig und explosiv. Abgelagerte Metallstäube stellen auch eine Brandlast dar. Die Gefahr einer Explosion oder Selbstentzündung steigt bei Pulvern reaktiver Stoffe wie Titan oder Aluminium.

Zum anderen sind die verwendeten Metallpulver mikroskopisch klein, beim Laserstrahlschmelzen liegen die Korngrößen üblicherweise bei wenigen Dutzend Mikrometer. Dadurch können die Partikel beim Einatmen tief in die Lunge eindringen und Asthma oder Krebs auslösen. Dazu kommt, dass einige der verwendeten Metallpulver als CMR-Stoffe gelten. Das heißt, diese Substanzen sind als carzinogen (krebserzeugend), mutagen (erbgutverändernd) oder reproduktionstoxisch (fortpflanzungsgefährdend) eingestuft.

Schutzmaßnahmen auf Basis einer Gefährdungsbeurteilung

Wer in seinem Unternehmen Metallpulver einsetzt, muss sich mit den damit verbundenen Gefahren und Risiken auseinandersetzen und geeignete Schutzmaßnahmen einleiten. Laut Arbeitsschutzrecht gilt: Jeder Unternehmer und Arbeitgeber, in dessen Betrieb explosionsfähige und / oder gesundheitsgefährliche Stäube auftreten, ist verpflichtet,

  • diese Risiken in einer Gefährdungsbeurteilung systematisch zu erfassen,
  • die erkannten Risiken zu bewerten,
  • geeignete Schutzmaßnahmen festzulegen und umzusetzen sowie
  • die Wirksamkeit seiner Schutzmaßnahmen zu überprüfen.

Die notwendigen Schritte können von Luftduschen über ATEX-zertifizierte (explosionsgeschützte) Entstauber und Abscheider bis zur Erdung der Anlagen zum Verhindern von Funkenschlag reichen. Dazu kommen in jedem Fall verpflichtende Sicherheitsunterweisungen für die beteiligten Mitarbeiter.

Sicherheitsschränke für Metallpulver

Mitentscheidend für den Brand- und Explosionsschutz wie auch das Minimieren der Gesundheitsbelastungen für die Beschäftigten ist das sichere Lagern sämtlicher Pulvermaterialien. Sowohl das Technische Regelwerk (TRGS 510) wie die VDI-Richtlinie (VDI 3405 Blatt 6.1:2019–11) von November 2019 empfehlen, beim Lagern von Metallpulvern mindestens den gleichen Sicherheitsstandard anzusetzen wie für Chemikalien üblich. Das bedeutet, dass Metallpulver ausschließlich in speziellen Sicherheitsschränken für Gefahrstoffe gelagert werden sollten.

Als optimal für das Lagern von Metallpulver gelten Sicherheitsschränke mit einer Feuerwiderstandsfähigkeit von mindestens 90 Minuten. Auch für die additive Fertigung gilt, dass die Menge gefährlicher Stoffe im Arbeitsbereich sich auf den Tagesbedarf beschränken sollte. Alle nicht unmittelbar zur Verarbeitung anstehenden Pulverengen gehören in einen Sicherheitsschrank.

Asecos, ein Hersteller für Sicherheitsschränke nach Europäischer Norm EN 14470 Teil 1 und Teil 2 bietet für die Lagerung von Metallpulver einen Sicherheitsschrank (Q-Classic-90) mit 90 Minuten Feuerwiderstandsfähigkeit an. Neben der Standard-Kennzeichnung DIN EN 14470-1 signalisiert ein spezieller Metallpulver-Aufkleber dem Anwender schon von außen, dass entzündbare und gesundheitsgefährdende Metallpulver gelagert werden dürfen.

Die Innenausstattung mit Schwerlast-Gitterrosten aus verzinktem Stahlblech mit einer maximalen Traglast von je 180 kg eignet sich auch für größere Behälter und stellen eine Durchlüftung im Schrank sicher, um gefährliche Pulverablagerungen auf den Lagerebenen zu verhindern. Die Gitterroste sind höhenverstellbar und lassen sich so auf die zu lagernde Gebindegrößen anpassen. In jeder Schranktür ist ein manipulationssicheres Türschloss verbaut, sodass im Bedarfsfall nur befugte Mitarbeiter Zugriff erhalten. Die Türen lassen sich mit geringem Kraftaufwand öffnen und mittels ölgedämpfter Türschließer schließen sie permanent selbstständig. So wird garantiert, dass die Schranktüren im Falle eines Brandes immer sicher verschlossen sind.

Um eine explosionsfähige Atmosphäre im Inneren zu verhindern, besitzt der Schrank ein integriertes Be- und Entlüftungssystem, das sich an eine technische Entlüftung anschließen lässt. Das kann zum Beispiel eine technische Abluftanlage oder ein Entlüftungsaufsatz sein. Ein drehendes Lüfterrad im Abluftgitter des Schranks dient als visuelle Kontrolle der Abluftfunktion. Der integrierte Transportsockel ermöglicht ein sicheres bewegen des Schrankes im Betrieb.

Asecos GmbH
www.asecos.com


Richtlinie VDI 3405 Blatt 6.1. – Empfehlungen zum Lagern von Metallpulvern

In Anschnitt 8.2 befasst sich die VDI-Richtlinie mit der sicheren Lagerung von Pulvermaterialien. An erster Stelle stehen dabei die folgenden zwei Maßnahmen: 1. Zusammenlagerungsverbote beachten

Bei den Einschränkungen zum Zusammenlagern von Stoffen verweist die Richtlinie auf das Technische Regelwerk für Gefahrstoffe. Die Richtlinie nennt als Beispiel das Zusammenlagerungsverbot von Aceton und Aluminiumpulver. Doch auch ohne Lösungsmittel kann es für das Zusammenlagern unterschiedlicher Metallpulver produktbezogene Vorgaben und Einschränkungen geben.

2. Sicherheitsschränke verwenden

Bereits kleinere Mengen Metallpulver sollten in Sicherheitsschränken gelagert werden. Die Richtlinie verweist auf die Anforderungen für Sicherheitsschränke der TRGS 510. Für das Lagern größerer Mengen Metallpulver werden Sicherheitsschränke vom Typ F90 empfohlen, denn diese Schränke mit einer Feuerwiderstandsfähigkeit von mindestens 90 Minuten können als Lagerabschnitt gelten. Beim Lagern von krebserzeugenden, keimzellmutagenen oder reproduktionstoxischen Substanzen – KMR-Stoffe – in Mengen von mehr als 200 kg müssen weitere spezifische Anforderungen berücksichtigt werden.


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