J. Walter
T. Griemsmann
M. Hustedt
C. Hoff
J. Hermsdorf
S. Kaierle

Minimieren der Gefahren durch Kontamination und Verschleppung im Arbeitsumfeld bei der laseradditiven Verarbeitung von Metallpulvern

DVS Congress
365
2020
183-189
2020
Type: Zeitschriftenaufsatz (non-reviewed)
Abstract
Eine hochinnovative Variante der additiven Fertigung von Bauteilen mit pulverförmigen metallischen Werkstoffen stellt das selektive Laserstrahlschmelzen, auch bekannt als Laser Powder Bed Fusion (LPBF), dar. Erhebliche Risiken im Zuge der Verbreitung dieses Verfahrens ergeben sich aus der Art der verwendeten Werkstoffe, nämlich mikroskaliger Metallpulver, sowie aus der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit diesen Werkstoffen. Zu rechnen ist insbesondere mit der Bildung lungengängiger Nanopartikel. Bei geschlossener Anlage während des ordnungsgemäßen Betriebes ist der Schutz der Personen am Arbeitsplatz prinzipiell gewährleistet. Jedoch stellt der LPBF-Prozess nur einen Teilschritt innerhalb einer vielstufigen Prozesskette dar. So bringt die Vor- und Nachbereitung der eigentlichen „Bauprozesse“ bei geöffneter Prozesskammer einen intensiven Kontakt mit den Pulverwerkstoffen und den abgeschiedenen Prozessemissionen mit sich. Hinsichtlich der Gefahrstoffkontamination und -exposition entlang der Prozesskette bestanden bislang signifikante Wissenslücken. Daraus folgt in Verbindung mit der bei geschlossener Anlage suggerierten Sicherheit eine erhöhte Wahrscheinlichkeit durch Verschleppung von Gefahrstoffen in andere Bereiche, z. B. in Büro- und Aufenthaltsräume oder sogar ins häusliche Umfeld der Mitarbeiter. Im Projekt „MiGlaM“ wurden für das selektive Laserschmelzen erstmals ganzheitliche Prozess- und Laborbetrachtungen inkl. des Arbeitsumfelds durchgeführt. Zukünftig sollen auf dieser Grundlage die unkontrollierte Gefahrstofffreisetzung sowie Kontaminationsverschleppungen minimiert werden. Bei verschiedenen Pulverbettverfahren mit Metallpulvern wurde die Exposition der Beschäftigten gegenüber den Gefahrstoffen sowohl in der Luft am Arbeitsplatz (luftgetragene Gefahrstoffe) als auch auf zugänglichen Oberflächen ermittelt. Aus den Ergebnissen von Arbeitsplatzmessungen für den einatembaren und alveolengängigen Staub sowie ausgewählte Legierungselemente lassen sich durch Vergleich mit Arbeitsplatzgrenzwerten und Beurteilungsmaßstäben unter Berücksichtigung der Analyse erfasster Redeposite standardisierte Arbeitsverfahren ableiten. Neben den Tätigkeiten an den Anlagen bei geöffneter Prozesskammer wurden Vor- und Nachbereitungsarbeiten (Entnahme, Reinigen, Befüllen, Sieben, Schleifen, Polieren etc.) untersucht. Die Untersuchungsergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zu einem verbesserten Arbeitnehmerschutz in produzierenden Unternehmen und damit zur Akzeptanz und Verbreitung des selektiven Laserschmelzens in allen Branchen entlang der Wertschöpfungskette.