Опасна ли 3D-печать металлом?

Лидеры производства сталкиваются с растущей дилеммой. Вы хотите усыновить 3d печать металлом для производства. Тем не менее, законные проблемы окружающей среды, здоровья и безопасности (EHS) часто тормозят реализацию этих инициатив. Команды беспокоятся о горючих порошках. Они боятся токсичных выбросов. Обязательства по объектам не дают менеджерам заводов спать по ночам. Правда? Эта технология по своей сути не опасна. Когда вы применяете стандартную промышленную строгость, операции выполняются безопасно. Это просто создает уникальные опасности. Традиционная обработка не требует обращения с реактивным порошком. Он не использует тяжелые инертные газовые среды. Нам нужен четкий, основанный на данных подход к управлению рисками. В этом руководстве представлена ​​схема этапа принятия решений. Вы научитесь оценивать реальные риски 3д печать металлом . Отфильтруем операторские мифы. Мы расскажем, как с нуля реализовать соответствующие требованиям и безопасные производственные процессы.

Ключевые выводы

• Закрытый процесс безопасен: фактическая печать происходит в герметичной, инертной среде; Основные риски для здоровья и безопасности возникают во время обращения с порошком, его просеивания и последующей обработки.

• Размер частиц имеет значение: стандартные металлические порошки имеют микроразмеры (20–70 мкм), но измельчение во время последующей обработки может привести к выделению высококонцентрированных наноразмерных сверхтонких частиц (UFP).

• Пожар и удушье являются основными угрозами для объекта: химически активные металлы (алюминий, титан) требуют специального пожаротушения класса D; инертные газы (аргон/азот) представляют серьезную угрозу удушья в замкнутом пространстве.

• Соответствие является отличительным признаком: оценка внутренней масштабируемости или внешнего поставщика требует строгого соблюдения таких стандартов, как UL 3400, независимо от используемой маркетинговой терминологии.

Миф против реальности: где находятся настоящие оперативные опасности

Разберем самое распространенное заблуждение. Многие люди полагают, что работающие машины постоянно выделяют токсичные пары в рабочее пространство. Мы называем это мифом о «токсичной печати». Современные промышленные системы лазерной порошковой сварки (LPBF) не поступают непосредственно в ваш цех. Они работают в строго контролируемых закрытых помещениях. Инженеры оборудуют их смотровыми окнами с защитой от ультрафиолета. Они также используют тяжелую акустическую защиту для изоляции шума. Активная фаза печати проходит на удивление чисто. Вы не подвергаетесь опасности во время просмотра сборки детали.

Однако опасность существует и в другом месте. Мы должны взглянуть на реалии рисков, ориентированных на конкретные задачи, чтобы точно определить, где опасность достигает пика. Риски достигают максимума во время ручного вмешательства.

• Предварительная печать: операторы сталкиваются с серьезными эргономическими опасностями. Подъем вручную очень тяжелых пороховых бочек может привести к травмам опорно-двигательного аппарата. Вы должны предоставить механические подъемные средства.

• Постпечатная обработка (высокий риск): здесь риск значительно возрастает. Открытие камеры печати подвергает оператора опасности. Восстановление порошка и удаление деталей требуют прямого физического взаимодействия. Незащищенный контакт может привести к локальному раздражению.

• Постобработка (пиковый риск): это самый опасный этап. Шлифование, шлифование и механическая обработка оказывают агрессивное воздействие на материал. Эти действия могут привести к выбросу более 100 000 наночастиц на кубический сантиметр в окружающую среду.

Для научного подтверждения мы можем обратиться к рецензируемым данным биомониторинга. Национальные институты здравоохранения (NIH) оценили профессиональное воздействие при обработке сплавов на основе никеля. Выводы были очевидны. Когда операторы используют соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), воздействие тяжелых металлов остается значительно ниже пределов профессионального здоровья. Тесты на токсичность мочи показали минимальную системную абсорбцию. Вы можете защитить свою команду. Надлежащие процедуры эффективно нейтрализуют эти предполагаемые угрозы.

Три основных вектора угроз: материалы, оборудование и объекты.

Управление рисками требует структурированного подхода. Мы классифицируем опасности по трем основным векторам. Остановимся подробнее на материалах, оборудовании и оборудовании.

Материальные риски (токсичность и реакционная способность)
Металлические порошки требуют крайнего уважения. Реактивные порошки, такие как титан и алюминий, очень горючи. Их высокое соотношение площади поверхности к объему делает их летучими. Если их потревожить, они могут легко образовать взрывоопасные пылевые облака. Перекрестное загрязнение представляет смертельный риск в любом магазине. Представьте себе смешивание стального и алюминиевого порошков внутри неправильно очищенной машины. Эта ошибка может вызвать взрывную реакцию, подобную термиту. Вы должны соблюдать строгие протоколы очистки между сменами материалов. По возможности выделяйте конкретные машины для конкретных семейств материалов. Мы настоятельно не рекомендуем использовать несколько материалов в одной камере.

Риски, связанные с оборудованием (энергия и статика)
Принтеры потребляют огромную энергию. Внутри этих систем установлены мощные лазеры классов 3B и 4. Они представляют серьезную термическую и оптическую опасность. Блокировки защищают операторов во время обычного использования. Однако регулярное техническое обслуживание требует строгих процедур блокировки и маркировки. Трение и статическое электричество представляют собой еще одну серьезную угрозу. Незаземленное оборудование может легко воспламенить летающие в воздухе порошковые облака. Просыпание порошка через стандартную пластиковую воронку приводит к возникновению опасных статических зарядов. Простая статическая искра от несоответствующей одежды может вызвать катастрофический пожар.

Риски объектов (Скрытые убийцы)
Интеграция объектов часто выявляет скрытых убийц. В машинах LPBF для вытеснения кислорода используются аргон и азот. Эти инертные газы предотвращают окисление во время печати. Однако они тяжелее воздуха. Мы должны признать риск скопления этих газов. Они погружаются в низменные места. Они заполняют смотровые ямы и замкнутые пространства. Это создает тихую опасность удушья без запаха. Операторы не заметят истощения кислорода, пока не потеряют сознание. Смертельные варианты пожаротушения также разрушают объекты. Традиционные спринклерные системы на водной основе здесь невероятно опасны. Применение воды к горящему металлу ускоряет реакцию. Горящий металл удаляет кислород из молекулы воды. Это вызывает массивные, смертоносные паровые взрывы.

Защита работников: защита от UFP и VOC

Вы должны защищать операторов от невидимых респираторных угроз. Агентство по охране окружающей среды (EPA) обеспечивает четкий консенсус. Выбросы аддитивного производства включают летучие органические соединения (ЛОС). Они также включают сверхмелкие частицы (UFP). Размер этих частиц составляет от 1 до 100 нанометров.

Риски проникновения делают UFP особенно опасными. Они легко обходят базовую защиту организма. Традиционные пылеуловители располагаются в верхних дыхательных путях. UFP проникают глубоко в нежную легочную ткань. Они могут даже преодолевать гематоэнцефалический барьер. Крошечные частицы проходят через обонятельный нерв прямо в мозг. Длительное воздействие без надлежащей фильтрации приводит к хроническим заболеваниям. Накопление тяжелых металлов в организме является серьезной медицинской проблемой.

Мы должны обязать соблюдать строгие протоколы СИЗ. Стандартные маски N95 совершенно недостаточны для активного обращения с порошком. Они недостаточно хорошо герметизируют. Они не могут отфильтровать пиковые выбросы наночастиц.

1. Защита органов дыхания: Подробно о необходимости использования респираторов с принудительной очисткой воздуха (PAPR). В качестве альтернативы операторы должны носить плотно прилегающие маски класса P3. Они обеспечивают необходимую эффективность фильтрации против UFP.

2. Защита от контактов. Работникам необходимы антистатические и термостойкие лабораторные халаты. Эта одежда предотвращает статический разряд. Они также не допускают попадания порошка на личную одежду. Вам следует обязать ежедневную стирку через специализированную службу.

3. Кожные барьеры: используйте толстые нитриловые перчатки. Мы рекомендуем толщину минимум 5 мм. Это предотвращает абсорбцию через кожу и локальное раздражение во время удаления детали.

Постоянно тренируйте свою команду. Недостаточно купить СИЗ. Вы должны обеспечить его ежедневное использование. Культура безопасности предотвращает длительные профессиональные заболевания.

Проектирование рабочего пространства, соответствующего требованиям: СОПы по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, пожарной безопасности и утилизации отходов

Вы не сможете разместить эти принтеры в стандартной комнате. Для создания соответствующего рабочего пространства требуется специализированная инфраструктура. Давайте посмотрим на необходимые модификации здания.

Во-первых, обратите внимание на стандарты вентиляции. Специализированные объекты AM требуют надежного технического контроля. Вы должны спроектировать систему HVAC так, чтобы обеспечить от 6 до 10 воздухообменов в час (ACH). Такой быстрый оборот предотвращает скопление газа. Он также безопасно снижает концентрацию твердых частиц в окружающей среде.

Далее создайте антистатическую и противопожарную инфраструктуру. Мы используем строгий контрольный список из 6 пунктов для обеспечения безопасности области печати:

• Проверьте заземление принтеров, используя выделенные линии заземления.

• Установите антистатические полы во всех зонах работы с порошком.

• Обязательно использование антистатической обуви для всего входящего персонала.

• Разместите активные улавливатели статического электричества возле станций просеивания порошка.

• Используйте специализированные пылесосы HEPA для влажной уборки, содержащие инертные жидкости. Никогда не используйте сухой пылесос.

• На каждом рабочем месте установить обязательные огнетушители класса D.

Наконец, внедрите строгие протоколы утилизации химических отходов. Металлический порошок нельзя выбрасывать в стандартное мусорное ведро. Мы полагаемся на проверенную стандартную операционную процедуру (СОП) для отходов порошка. Сначала вы должны пассивировать опасный материал. Это нейтрализует его реактивное состояние. Тщательно перемешайте отходы, используя полностью высушенный кварцевый песок. Предварительно необходимо обжечь песок. Любая остаточная влага в песке может вызвать окисление и выделение водорода. Запечатайте пассивированную смесь в подходящий металлический контейнер. Затем вы должны следить за ним в течение 48 часов. Проверьте, нет ли газовыделения. Обратите внимание на расширение контейнера или выделение тепла. Только после прохождения этого периода наблюдения вы можете организовать законную утилизацию химикатов через сертифицированного поставщика.

Оценка поставщика: как провести аудит партнера по 3D-печати металлом

Иногда построить внутренний объект невозможно. Вы можете выбрать аутсорсинг производства. Фильтрация шума во время оценки поставщиков имеет решающее значение. Предостерегите своих специалистов по закупкам от слишком многообещающего маркетингового жаргона. Многие компании заявляют о расширенных возможностях для заключения контрактов. Они могут рекламировать стандартные услуги, используя яркие термины. Некоторые даже заявляют, что являются представителями следующего поколения. услуги 6d печати по металлу . Независимо от презентации, ваши критерии оценки должны строго основываться на проверяемых методах обеспечения безопасности. Безопасность всегда превосходит маркетинг.

Мы рекомендуем оценить три ключевых аспекта аудита для партнеров, включенных в короткий список:

Соблюдение рамок
Попросите у них сертификаты безопасности. Соответствуют ли они UL 3400? Этот стандарт охватывает управление безопасностью в аддитивном производстве. Это золотой стандарт безопасности объектов. Если они работают на международном уровне, проверьте наличие эквивалентных местных директив EHS. Надежный поставщик охотно делится своими записями о соблюдении требований.

Разделение помещений.
Осмотрите план этажа. Изолировано ли их AM-оборудование от традиционного производства? Плохая сегрегация способствует перекрестному загрязнению. Это также подвергает системы AM неправильному тушению пожара. Традиционные магазины часто используют разбрызгиватели воды. Они смертельно опасны для порошков химически активных металлов. Зоне AM необходима собственная изолированная, защищенная среда класса D.

СОП Прозрачность
Запросите у них оперативные руководства. Могут ли они предоставить документированные процедуры для критических рисков? Ищите журналы непрерывного мониторинга кислорода. Просмотрите их протоколы переключения машин. Это предотвращает смертельно опасное смешивание порошков. Наконец, изучите их записи о пассивации отходов. Если поставщик не решается поделиться этими СОПами, уходите. Прозрачность доказывает их приверженность безопасности.

Заключение

Наш окончательный вердикт ясен. 3D-печать металлом по своей сути не опасна. Однако он совершенно не прощает плохого управления объектом. Он строго наказывает за несоблюдение дисциплины операторов. Вы можете добиться безопасного и масштабируемого производства, соблюдая науку о химически активных металлах.

Организации, которые в настоящее время оценивают внедрение технологий, должны принять немедленные меры. Мы рекомендуем выполнить следующие шаги:

• Проведите тщательный аудит EHS на объекте перед установкой.

• Сосредоточьтесь на модернизации существующих возможностей HVAC для удовлетворения требований 6–10 ACH.

• Установите системы непрерывного мониторинга инертных газов в низинных районах.

• Модернизировать системы пожаротушения для устранения опасностей, связанных с водой, и добавить альтернативы класса D.

• Разработайте четкие письменные СОПы по обращению с порошками и утилизации пассивированных отходов.

Принятие этих мер обеспечивает безопасный переход к передовому производству.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Можете ли вы впитывать металлический порошок для 3D-печати через кожу?

A: Стандартные порошки имеют размер от 20 до 70 мкм. Они слишком велики для прямой чрескожной абсорбции. Однако они легко проникают в открытые раны. Они также вызывают сильное раздражение глаз при контакте. На всех этапах работы требуются строгие средства индивидуальной защиты, включая толстые нитриловые перчатки и защитные очки.

Вопрос: Безопасно ли использовать 3D-принтер по металлу в обычном механическом цехе?

О: Нет. В стандартных механических цехах обычно отсутствует необходимая система пожаротушения класса D. Им не хватает инфраструктуры заземления, чтобы предотвратить статическое возгорание. В них также отсутствует специальная вентиляция, требующая 6-10 воздухообменов в час для снижения рисков, связанных с химически активным порошком и тяжелыми инертными газами.

Вопрос: Опасны ли металлические 3D-принтеры для домашнего использования?

Ответ: Промышленные системы лазерной порошковой сварки (LPBF) представляют собой очень опасную среду, находящуюся вне контролируемой промышленной среды. Они представляют огромный риск из-за выбросов UFP и обращения с взрывоопасным порошком. Они также создают серьезный риск удушья из-за необходимых баллонов с инертным газом. Их нельзя безопасно понизить для использования в жилых помещениях.