Ein Haufen aus Metallpulver
Beim Laser-Strahlschmelzen wird häufig Aluminium- oder Titanpulver als pulverförmiger Ausgangsstoff verwendet.

Beim Laser-Strahlschmelzen und Laser-Sintern wird ein pulverförmiger Werkstoff Schicht für Schicht auf einer Bauplattform aufgetragen und mittels Laser(n) verschmolzen, nicht verschmolzenes Pulver wird nach dem Druckprozess entfernt. So entsteht ein dreidimensionales Bauteil. Anschließend folgen je nach Anwendung weitere Arbeitsschritte, beispielsweise das Entfernen von Stützstrukturen, die Reinigung des Bauteils oder zusätzliche mechanische und thermische Nachbearbeitungen.

Gesundheitsgefährdungen durch Pulver

Für das Laser-Strahlschmelzen und Laser-Sintern kommen häufig Metalllegierungen in Pulverform zum Einsatz, die unter anderem Eisen, Nickel, Chrom, Aluminium, Titan oder weitere Legierungsbestandteile enthalten können, aber auch Kunststoffpulver finden Verwendung.

Da es sich um Pulver mit geringen Partikelgrößen handelt, sind bei der Gefährdungsbeurteilung die möglichen Gefahren zu berücksichtigen, die von Stäuben ausgehen können.

Gefährdungen ergeben sich durch das Einatmen von Pulvern (inhalative Exposition). Sind Partikel kleiner als 100 μm, gelten sie als einatembar. Besonders feine Partikel (weniger als 10 μm) können bis in die Lungenbläschen gelangen (alveolengängig). Daher müssen Unternehmen bei der Gefährdungsbeurteilung zwingend sowohl die allgemeinen Staubgrenzwerte für die alveolengängige Fraktion (A-Fraktion: 1,25 mg/ m³) sowie die einatembare Fraktion (E-Fraktion: 10 mg/m³) als auch gegebenenfalls zusätzliche stoffbezogene Grenzwerte und Vorgaben (zum Beispiel Arbeitsplatzgrenzwerte, Akzeptanz- und Toleranzkonzentrationen bzw. Beurteilungsmaßstäbe) berücksichtigen.

Gefährdungen ergeben sich zudem durch Hautkontakt (dermale Exposition) und durch die ungewollte Verschleppung von Stäuben über Arbeitskleidung oder Arbeitsmittel.

Hinzu kommen physikalisch-chemische Gefährdungen (zum Beispiel Brand- und Explosionsgefährdungen).

Schutzmaßnahmen

Während des eigentlichen Fertigungsprozesses minimieren geeignete, geschlossene und dichte Einhausungen den Austritt von Schweißrauchen, Pulverpartikeln oder Inertgasen. Sie dienen gleichzeitig dem Schutz vor der eingesetzten Laserstrahlung.

Ein erhöhtes Expositionsrisiko besteht vor allem außerhalb des eigentlichen Druckvorgangs – also bei vorbereitenden und nachgelagerten manuellen Tätigkeiten. Diese Tätigkeiten werden häufig unter dem Begriff „Pulverhandling“ zusammengefasst. 

Sicheres Pulverhandling

Mit dem zunehmenden Einsatz additiver Fertigungsverfahren gewinnt das sichere Pulverhandling immer mehr an Bedeutung. Während viele Gefährdungen bereits bekannt sind, werden mögliche Langzeitwirkungen einzelner Pulver und Expositionen teilweise noch untersucht. Umso wichtiger ist es, die bekannten Schutzmaßnahmen konsequent umzusetzen.

Für ein sicheres Pulverhandling ist ein möglichst staubarmes Arbeiten entscheidend. Hersteller bieten hierfür teilweise konfektionierte Pulverkassetten oder geschlossene Systeme für die Pulverauf- und Nachbereitung an. Wo das nicht ausreicht, sind zusätzliche technische Schutzmaßnahmen wie Einhausungen, Absaugsysteme oder raumlufttechnische Einrichtungen erforderlich.

Nach Abschluss des Druckprozesses sollten Beschäftigte die Pulverreste möglichst umgehend aus der Anlage entfernen. Dadurch lassen sich Verschleppungen in andere Arbeitsbereiche vermeiden. Bei einigen Anlagen erfolgt die Reinigung des Bauteils bereits in integrierten, geschlossenen Bereichen, zum Beispiel in einer sogenannten Glovebox.

Besonders wichtig: Das Abblasen der Anlagen und Bauteile mit Druckluft ist nicht zulässig.

Allgemeine Schutzmaßnahmen beim Pulverhandling

Die erforderlichen Schutzmaßnahmen richten sich nach den eingesetzten Werkstoffen, den jeweiligen Prozessschritten und den betrieblichen Rahmenbedingungen. Grundlage ist eine Gefährdungsbeurteilung, die die stoffspezifischen Eigenschaften der verwendeten Pulver berücksichtigt.

Eine Substitution mit weniger gefährlichen Stoffen ist zu prüfen und zu dokumentieren. Ein Austausch des Pulvers ist in der Praxis allerdings oft nicht möglich, da die stoffspezifischen Eigenschaften entscheidende Qualitätsmerkmale des Endprodukts definieren.

Hautkontakt mit Pulvern ist durch das Tragen von geeigneter Persönlicher Schutzausrüstung zu vermeiden.
Technische Schutzmaßnahmen wie geschlossene Systeme und wirksame Absaugungen haben grundsätzlich Vorrang. Ergänzend können organisatorische Schutzmaßnahmen sowie geeignete persönliche Schutzausrüstung erforderlich sein.

Eine regelmäßige Unterweisung der Beschäftigten ist ebenfalls unverzichtbar. Nur wenn sie die vorhandenen Gefährdungen, die notwendigen Schutzmaßnahmen und die richtigen Arbeitsabläufe kennen, können Unternehmen einen sicheren und störungsfreien Betrieb gewährleisten.

Mehr dazu: Allgemeine Schutzmaßnahmen beim Pulverhandling

Maßnahmen bei krebserzeugenden, mutagenen und reproduktionstoxischen (KMR) Metallpulvern

Metalle wie Nickel, Chrom(VI)-Verbindungen und Cobalt können genetische Defekte verursachen, Krebs erzeugen oder die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Diese Stoffe werden als sogenannte KMR-Stoffe (krebserzeugend, keimzellmutagen oder reproduktionstoxisch) bezeichnet. Falls sich diese Pulver nicht durch weniger gefährliche Pulver ersetzen lassen, ist der Kontakt der Beschäftigten gegenüber KMR-Stoffen so gering wie möglich zu halten (Minimierungsgebot der Gefahrstoffverordnung). Für KMR-Stoffe der Kategorie 1A und 1B sind neben den allgemeinen und zusätzlichen Schutzmaßnahmen der GefStoffV noch besondere Schutzmaßnahmen nach §§10 und 10a notwendig.

Eine fachkundige Gefährdungsbeurteilung ist notwendig, gefolgt von der präzisen Festlegung und Umsetzung von wirksamen Schutzmaßnahmen. Hierbei sind fachkundige Personen wie Sicherheitsfachkraft, Betriebsarzt oder Betriebsärztin einzubeziehen.

Wird im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung eine Gefährdung der Beschäftigten gegenüber krebserzeugenden, keimzellmutagenen oder reproduktionstoxischen Gefahrstoffen der Kategorien 1A oder 1B festgestellt, muss ein Expositionsverzeichnis über diese Beschäftigten geführt werden (GefStoffV § 10a Abs. 1).

Mehr dazu: Maßnahmen bei krebserzeugenden, mutagenen und reproduktionstoxischen (KMR) Metallpulvern

Physikalisch-chemische Gefährdungen/Explosionsgefahr

Die Verwendung der Pulver bringt physikalisch-chemische Risiken mit sich. Darüber hinaus bleibt der Brand- und Explosionsschutz ein zentrales Thema bei allen Arbeitsschritten, bei denen Pulver offen gehandhabt werden. Besonders bei Metallpulvern können bereits vergleichsweise geringe Pulvermengen in der Luft während des Umfüllens, Siebens oder Reinigens explosionsfähige Staub-Luft-Gemische bilden.

Eine Explosion kann nur unter den im Gefahrentetraeder beschriebenen Voraussetzungen auftreten.
Eine Explosion kann nur unter den im sogenannten Gefahrentetraeder beschriebenen Voraussetzungen auftreten: Einflussfaktoren sind die Durchmischung des brennbaren Staubs mit Sauerstoff (Luft), die Konzentration der brennbaren Stoffe in Luft innerhalb der spezifischen Explosionsgrenzen (insbesondere abhängig von Stoff- und Korngrößenverteilung) sowie Art und Energieinhalt der Zündquelle (Wirksamkeit). Eine kritische Staubkonzentration (explosionsfähige Atmosphäre) ist eine Konzentration von Staub in der Luft oberhalb der UEG (UEG = untere Explosionsgrenze). Liegen mehr als 10 Liter Volumen (oder 1/10.000 des Raumvolumens) explosionsfähige Atmosphäre vor, spricht man von explosionsfähiger Atmosphäre in gefahrdrohender Menge, auch gefährliche explosionsfähige Atmosphäre genannt.

Ist die Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre möglich, sind Explosionsschutzmaßnahmen notwendig. Unter Explosionsschutzmaßnahmen werden unter anderem Maßnahmen verstanden, welche die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre verhindern oder die Zündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre vermeiden.

Bestimmte Materialien reagieren zudem

  • mit Wasser (Bildung von Wasserstoff (Explosionsrisiko!))
  • unter starker Wärmeentwicklung miteinander
  • in Kombination mit anderen Stoffen

Welche Risiken im Einzelfall bestehen, hängt vom jeweiligen Werkstoff und den betrieblichen Bedingungen ab. Informationen hierzu finden sich in den Betriebsanleitungen und den Sicherheitsdatenblättern der eingesetzten Materialien sowie beispielsweise der Gestis-Stoffdatenbank oder Gestis-Staub-Ex-Datenbank.

Mehr dazu: Brand- und Explosionsschutz in der additiven Fertigung mit Pulvern

Praxishilfen: Gefährdungsbeurteilung, Betriebsanweisungen, Seminare

Auf unserer Homepage finden Sie ausführliche Informationen zum Thema Laserstrahlschmelzen und Lasersintern (Laserstrahlschmelzen und Lasersintern – BG ETEM). Diese enthalten unter anderem Hinweise zu folgenden Themen:

  • Ausgangsmaterialien und deren Gefährdungen
  • allgemeine Schutzmaßnahmen beim Pulverhandling
  • Maßnahmen beim Umgang mit krebserzeugenden, mutagenen und reproduktionstoxischen (KMR) Metallpulvern
  • Brand- und Explosionsschutz bei der additiven Fertigung mit Pulvern

Für unsere Mitgliedsbetriebe stehen über das Medienportal der BG ETEM zudem verschiedene Praxishilfen zur Verfügung. Hierzu gehören insbesondere die Checklisten: Additive Fertigungsverfahren (3D-Druck) (Checklisten zur Gefährdungsbeurteilung – Additive Fertigungsverfahren (3D-Druck)), unter anderem ist darin die Checkliste S282 – Laserstrahlschmelzen enthalten. Darüber hinaus stehen Mustervorlagen für Betriebsanweisungen für den 3D-Druck über unsere Medienportal zur Verfügung. Für das selektive Laser Melting sind insbesondere folgende Betriebsanweisungen relevant:

Ergänzend bieten wir für unsere Mitgliedsbetriebe das Seminar „Additive Fertigung sicher betreiben – 3D-Druck mit Metallen“ (Veranstaltungs-Nr. 454) an. Der praxisorientierte Workshop vermittelt grundlegende Kenntnisse zur Anwendersicherheit in der additiven Fertigung und behandelt sowohl theoretische als auch praktische Aspekte des sicheren Arbeitens mit 3D-Druckern mit Metallen. Das Seminar wurde gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut entwickelt. Die Teilnahme ist für unsere Mitgliedsbetriebe kostenfrei. Die Anmeldung erfolgt über die Seminardatenbank der BG ETEM. 

Weitere Informationen

Wird im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung eine Gefährdung der Beschäftigten gegenüber krebserzeugenden, keimzellmutagenen oder reproduktionstoxischen Gefahrstoffen der Kategorien 1A oder 1B festgestellt, muss ein Expositionsverzeichnis über diese Beschäftigten geführt werden (GefStoffV § 10a Abs. 1), zum Beispiel mit der Zentralen Expositionsdatenbank (ZED).

→ info

  • Betriebsanweisungen 3D-Druck: medien.bgetem.de, Webcode: M24549540
  • TRGS 900 „Arbeitsplatzgrenzwerte“: www.baua.de
  • TRGS 910 „Risikobezogenes Maßnahmenkonzept für Tätigkeiten mit krebserzeugenden Gefahrstoffen“: www.baua.de
  • TRGS 561 „Tätigkeiten mit krebserzeugenden Metallen und ihren Verbindungen“: www.baua.de
  • GESTIS-Stoffdatenbank (Gefahrstoffinformationssystem der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung): https://gestis.dguv.de
  • GESTIS-STAUB-EX (Datenbank Brenn- und Explosionskenngrößen von Stäuben): https://staubex.ifa.dguv.de