Achtung Knallgas: Risiken in der additiven Fertigung vermeiden

Beim 3D-Druck kann die Wahl des Reinigungsverfahrens über Hopp oder Top entscheiden.

22. Oktober 2018
In der additiven Fertigung kann es zu explosiven Überraschungen kommen.
Bild 1: Achtung Knallgas: Risiken in der additiven Fertigung vermeiden (In der additiven Fertigung kann es zu explosiven Überraschungen kommen. )

Unsere Welt dreht sich schneller denn je. Gerade erst ist ein Produkt am Markt platziert, erscheinen bereits die ersten Ankündigungen für ein Update. Damit Unternehmen diese Innovationsgeschwindigkeit langfristig „durchhalten“ können, hat sich die additive bzw. generative Fertigung zum echten Shooting-Star entwickelt. Die neuen Produktionsverfahren im Bereich additive Fertigung erlauben es nicht nur, Modelle, Prototypen und Werkzeuge schnell und wirtschaftlich zu realisieren. Auch Endprodukte in Kleinstserien (Stichwort: Losgröße 1) lassen sich zu einem attraktiven Preis-/Leistungs-Verhältnis herstellen.

Weniger bekannt sind die Herausforderungen hinsichtlich Produktqualität, Kreuzkontamination und Sicherheit, die durch den Umgang mit Stäuben entstehen. Ein Blick auf die Grundlagen des additiven Herstellungsprozesses gibt Aufschluss: Ähnlich der 3D-Druck-Technologie erstellen die Ingenieure zunächst ein Datenmodell, welches dann über chemische oder physikalische Prozesse aus Pulvern, Gelen und Pasten oder formneutralem Material gefertigt wird. Bei den Grundmaterialen handelt es sich in der Regel um Metallpulver bzw. Metallstaub aus Stahl, Titan, Chrom-Kobalt, Bronze oder Edelmetallen. Zudem kommen auch Polymermaterialien wie Kunststoffe, Harze oder Biopolymere zum Einsatz.

Die additive Fertigung hat ein leicht entflammbares Gemüt

Bei der Verarbeitung dieser Stoffe entstehen Pulverrückstände, die durch ihr explosives Naturell eine ernstzunehmende Gefahr für Mensch, Maschine und Produkt darstellen. Warum ist das so? Der Grund findet sich in der geringen Auslöseenergie der Materialien. Ein Kandidat mit besonders hitzigem Gemüt ist beispielsweise das Aluminium. Als Klumpen oder Halbfertigprodukt ist es die Ruhe selbst, in Staubform brennt der Rohstoff hingegen sehr leicht. Schuld daran ist die geringe Masse der Partikel. Sie verhindert eine Wärmeverteilung, wodurch die Temperatur der Teilchen ansteigt, bis sich die Explosion ereignet. Ähnlich nervös verhalten sich metallische Stäube aus Magnesium, Titan oder Zirkonium.

Qualitätsrisiko: Kreuzkontamination

Zum anderen birgt der additive Produktionsprozess das Risiko der Kreuzkontamination. Das Problem: Um die Qualität der gefertigten Bauteile belegen zu können, muss die Reinheit der Produktion sowie die ordnungsgemäße Konsistenz der verwendeten Metallpulver jederzeit sichergestellt werden. Es gilt also, sämtliche Pulverrückstände während und nach eines Arbeitszyklus vollständig zu entfernen. Doch auch hier ist Vorsicht geboten, um einen Brand oder gar eine Explosion bei der Absaugung zu verhindern.

Die Prozessexpertise der Reinigungsgerätehersteller

Viele Hersteller von Prozessmaschinen und Anlagentechnik legen ihren Fokus auf die eigene Kernwertschöpfung. Die Lösungen und Produkte zur Umsetzung der notwendigen Reinigungsverfahren, wie sie im Produktionsalltag der Industriekunden benötigt werden, kommen in der Regel von Reinigungsgeräteherstellern wie Nilfisk. Dank seiner 30-jährigen Technologie- und Anwendungsexpertise besitzt der süddeutsche Anbieter hohe Kompetenz im Umgang mit gefährlichen Stäuben – von der Beratung und Planung über die Lieferung und Umsetzung bis hin zum Service der geeigneten Lösung.

Achtung Knallgas: Wasser ist nicht die erste Wahl

Grundlage jeder „richtigen“ Lösung für die additive Fertigung ist eine umfassende ATEX-Zertifizierung. Sie erlaubt den Einsatz in explosionsgefährlichen Bereichen, indem sie jede elektrostatische Ladung vermeidet. Eine weitere Option ist die Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts – etwa durch das Benetzen des Staubs kurz vor oder während der Absaugung. Diese Behandlung macht die Pulverrückstände reaktionsträge, wobei man hier von der „Inertisierung von Stoffen“ spricht. Bei der Wahl der richtigen Flüssigkeit ist wiederum Achtung geboten: Wasser ist nicht die erste Wahl, vor allem dann nicht, wenn es sich um Aluminiumstäube handelt. Der sensible Stoff reagiert im nichtoxidierten Zustand mit Wasser, wodurch Knallgas entstehen kann. Bei der Suche nach einer Alternative stößt man auf Mineralöl, eine Substanz, die sowohl den Staub inertisiert als auch die Bildung von anderweitig gefährlichen Stoffen vermeidet.

Sauger für die additive Fertigung

Wie sieht nun ein Industriesauger aus, der den Anforderungen gerecht wird? Im Portfolio von Nilfisk  wird man bei ATEX-zertifizierten IS-Sicherheitssaugern (Immersion Separator (IS) bzw. Tauchvorabscheider) fündig. Für den Prozess der Inertisierung verfügen die Maschinen über spezielle Tauchabscheiderbehälter, die das Pulver sammeln und in Mineralöl eintauchen.

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