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Sicherheit

Die Risiken in der additiven Fertigung

| Autor/ Redakteur: Ingo M. Rübenach / Simone Käfer

Sie bringt viele Vorteile mit sich, doch es lauern auch Gefahren. Daher stellen sich die Fragen: Wie können Sie im Unternehmen Risiken in der additiven Fertigung zuverlässig identifizieren und bewerten? Und wie bauen Sie ein sinnvolles Sicherheitsmanagement auf?

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Sicherheitsrisiko Produktionsequipment beim 3D-Druck: Unabhängig vom spezifischen Herstellungsprozess können sich potenziell reaktive Metallpulver entzünden oder explodieren.
Sicherheitsrisiko Produktionsequipment beim 3D-Druck: Unabhängig vom spezifischen Herstellungsprozess können sich potenziell reaktive Metallpulver entzünden oder explodieren.
( Bild: UL )

Insbesondere bei der Herstellung von Metallteilen spielen Sicherheitsaspekte eine wichtige Rolle, da oft neue Metalllegierungen eingesetzt werden, deren Eigenschaften man noch nicht gut genug kennt. Die Risiken lassen sich einem der folgenden drei Bereiche zuordnen:

Risiko Material: Im metallischen 3D-Druck werden oft neue Metalllegierungen eingesetzt werden, deren Eigenschaften man noch nicht gut genug kennt.
Risiko Material: Im metallischen 3D-Druck werden oft neue Metalllegierungen eingesetzt werden, deren Eigenschaften man noch nicht gut genug kennt.
( Bild: UL )

Material

Das in der additiven Fertigung verwendete Metallpulver ist mikroskopisch klein, Partikel können 100 µm oder kleiner sein. Dadurch kommt es leicht zu direktem Kontakt mit der Haut oder die Partikel werden eingeatmet. Direkter Kontakt kann zu Hautirritationen führen; die gesundheitlichen Auswirkungen infolge von Einatmen von Partikeln sind unbekannt.

Produktionsequipment

Unabhängig vom spezifischen Herstellungsprozess können sich potenziell reaktive Metallpulver entzünden oder explodieren. Behälter, die nicht geerdet sind, können infolge elektrostatischer Entladung in Brand geraten. In bestimmten Produktionsprozessen in der additiven Fertigung wird mit Gasen wie Argon oder Stickstoff gearbeitet, die der Umgebungsluft Sauerstoff entziehen können, so dass die Mitarbeiter von Sauerstoffmangel bedroht sind.

Produktionsstätte

Um Platz zu sparen, wird in Fabriken das Produktionsequipment oft so eng angeordnet, dass nicht ausreichend saubere Raumluft vorhanden ist. Diese Situation kann sich weiter verschärfen, wenn keine Sensoren angebracht wurden, um den Sauerstoffgehalt der Luft zu überwachen. Weitere Risiken liegen im Verschütten des Metallpulvers auf Grund falscher Handhabung sowie in der unsachgemäßen Entsorgung, welche die Wasserqualität beeinträchtigen kann.

Ein Plan für ein effektives Sicherheitsmanagement sollte

  • Risiken in den genannten Bereichen identifizieren,
  • deren Wahrscheinlichkeit bewerten,
  • Kontrollmechanismen zur Vermeidung festlegen sowie
  • regelmäßig die Einhaltung des Plans überprüfen.

Risiken erkennen ...

Feuer, Explosion und potenzielle Toxizität gehören zu den Sicherheitsrisiken, die für die additive Fertigung spezifisch sind. Deshalb müssen für das verwendete Rohmaterial mögliche Risiken wie Toxizität, Entflammbarkeit, Instabilität und Reaktivität identifiziert werden. Für die Produktionsanlage gilt es, potenzielle Quellen für Emissionen, Entflammung oder Strahlung auszumachen. Die gesamte Gebäudeplanung muss daraufhin überprüft werden, ob Risiken wie Feuer, Explosion oder Umweltschäden auftreten können, unter anderem in der Lagerung und Beseitigung von Material.

... evaluieren ...

Es ist entscheidend, die Wahrscheinlichkeit und mögliche Schwere der einzelnen Risiken realistisch einzuschätzen. Nur so lassen sich die Risiken priorisiert angehen. Die Priorisierung sollte zum Beispiel berücksichtigen, ob Mitarbeiter verletzt werden könnten, ob Unterbrechungen der Produktion zu erwarten sind und welche Kosten ein Zwischenfall verursachen würde.

... und vermeiden

Im nächsten Schritt sollten für die spezifischen Risiken geeignete Methoden implementiert werden, die Schaden vermeiden oder mindern. So kann zum Beispiel ein Inertisierungssystem die Behälter mit Metallpulver vor Explosionen schützen. Beim Anlagendesign können Systeme zur Explosionsdruckentlastung eingeplant werden, die den Überdruck gezielt nach Außen ableiten, um Behälter vor der Zerstörung durch eine Druckwelle zu schützen. Es können auch Löschanlagen installiert werden oder isolierte Bereiche konzipiert, um Brände an der Ausbreitung zu hindern.

Sicherheit überwachen

Eine kontinuierliche Überprüfung aller Elemente des Plans zum Sicherheitsmanagement ist wichtig, um größtmögliche Sicherheit im Produktionsbetrieb zu gewährleisten. Hier einige Beispiele: Material von Lieferanten muss regelmäßig auf Konformität mit den vereinbarten Spezifikationen überprüft werden. Die Produktionsausrüstung für die additive Fertigung muss zertifiziert sein für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen. Die Produktionsabläufe müssen den Bestimmungen für Arbeitssicherheit entsprechen. Regelmäßige Sicherheitstrainings für die Mitarbeiter sowie Audits durch unabhängige Organisationen ergänzen ein wirksames Sicherheitsmanagement.

Standards sind im Entstehen

Für die Zertifizierung und zur Gewährleistung einer sicheren Produktion in der additiven Fertigung müssen Standards geschaffen werden – für Materialien, Prozesse und Produkte. Federführend bei der Entwicklung valider Standards sind sowohl ASTM (American Society for Testing and Materials) als auch ISO (International Organization for Standardization), die bereits 2013 gemeinsam ihren Joint Plan for Additive Manufacturing Standards Development vorgestellt haben.

Regelmäßige Sicherheitstrainings für die Mitarbeiter sowie Audits durch unabhängige Organisationen ergänzen ein wirksames Sicherheitsmanagement.
Regelmäßige Sicherheitstrainings für die Mitarbeiter sowie Audits durch unabhängige Organisationen ergänzen ein wirksames Sicherheitsmanagement.
( Bild: UL )

Weitere Bestrebungen zur Standardisierung kommen vom VDI, der in seiner VDI-Richtlinie 3405 Richtlinien für Prozesse und Anwendersicherheit in der additiven Fertigung erarbeitet hat. Auf europäischer Ebene wurde im EU-Projekt SASAM (Support Action for Standardisation in Additive Manufacturing), das 2015 abgeschlossen wurde, ein Aktionsplan für Standards geschaffen.

Während die Definition von Standards weiter voranschreitet, sollten alle Unternehmen, die mit additiver Fertigung produzieren, möglichst umfassend und proaktiv die Sicherheitsbedingungen laufend evaluieren und verbessern.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal MM Maschinenmarkt erschienen.

* Ingo M. Rübenach ist Vice President DACH Region bei UL International Germany GmbH in 63263 Neu-Isenburg. Tel. (069) 48 98 10-0, CustomerService.de@ul.com

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