金属粉末3D打印的安全隐患与防护措施

|3DScienceValley· 2017/07/19

关于金属粉末3D打印的安全隐患，曾发布《实现金属3D打印安全生产，几点你需要了解的安全影响因素》一文，分析了粉末和惰性气体使用中的风险，火灾和爆炸的风险，粉尘吸入和接触的风险，惰性气体窒息的风险。那么如何有效的防范这些风险呢？本期，与谷友共同来领略从防范意识到防范装备，金属3D打印加工所需要注意的事项。

风险一：火灾

防止火灾的关键是要记住，引发火灾的三要素（“火三角”）：燃料（金属粉末或烟灰），点火源（激光或火花）和氧气。虽然这些金属打印设备的设计专为在惰性气体环境中发生激光和金属粉末接触，可以说是以安全的方式运行的。但作为操作人员，在处理粉尘或烟灰时，应避免任何点火源环境。这是因为三要素中的两个已经得到满足：燃料（粉末或烟灰）和氧气（在开放环境中）。需要注意消除基本风险（包括吸烟等有可能的点火风险），此外存在的主要风险是静电放电（ESD），因此一些必要的防护设备包括防静电腕带是避免意外发生的有效途径。

了解粉末的生命周期也有助于防范意外发生的风险，粉末以罐式的包装运送到加工现场，最后作为回收粉末（大部分粉末），或以废料回收形式被收集起来。看起来相当复杂，但是必须了解和遵循的是粉末的整个存在环境：被产品困住的粉末，要回收的粉末，被困在过滤器中的烟灰和粉末，以及积聚在手套上擦拭清洁积累下来的粉末。此外，内部软管和轴也会积聚粉末，所有的沉积粉末都需要定期处理。

一些基本的安全措施不可忽视，在使用机器时，始终戴上手套，护目镜和防护服（实验室外套）。即使是使用键盘和鼠标等最简单的任务也需要注意安全。

保护生命安全，防止火灾至少有几个措施可以采取：

个人防护装备（PPE）

PPE是一种自卫的防护手段，如果发生火灾，可以有效的保护生命安全，根据预算的不同，可以配置不同级别的防护装备：

- 防护服：如果使用活性金属，可以使用实验室外套，覆盖手臂，防护手套，防静电皮带

- 标准PPE：呼吸器、丁腈手套、面罩、防静电表带

- 扩展PPE：标准PPE PLUS、防火级套装，防火手套

灭火

灭火方法有几种，但是很明显，水和二氧化碳对金属火灾来说是不安全的选择。扑灭火灾时，金属火灾需要使用的是D类灭火器，这是一个额定为金属火灾的灭火器。需要注意的是水对金属火灾来说可能是危险的，需要专业的消防队来做出最好的决定。

粉末储存

平时，粉末储存在未开封的罐子，当罐子被打开后，最好将开封的罐子存放在易燃柜中，这对于非反应性合金不是必需的，但对于活性金属合金是必需的。

风险二：粉末吸入和接触

减少粉末吸入风险的主要方法是使用呼吸器。这些方法有多种形式，但是对于这一过程而言，最为推荐的两种是带内置面罩的呼吸器，更优选的是PAPR呼吸器，其提供正压空气，推荐使用N95以上的呼吸器过滤器，但N100是最理想的选择。

在操作机器时，需要注意始终佩戴手套，避免与粉末接触。这对于在金属3D打印机区域外携带粉尘的风险最小化也是有用的：

开始工作之前，需要注意放手表、腕表首饰和手机。

完成工作后，需要脱掉保护外套，然后在处理任何其他物品之前将手和手臂肘部轻轻擦拭。

需要考虑安装一层粘合地板垫，以便操作人员在走出房间时踩踏。

金属粉末安全数据

需要确保粉末供应商提供所订购的所有粉末的SDS（安全数据表），并将这些表格存放在容易找到的地方，以方便检索。

风险三：惰性气体窒息

惰性气体（氮气或氩气）用于为粉末加工过程中提供防止氧化的环境，这些气体被存储在气瓶（氩气）中或从发生器（氮气）中输送。无泄漏的设施和稳定的设备性能是至关重要的，当发现在建造室中无法降低所需的氧气PPM水平，或者气体成分发生比较大的波动，这些可能与惰性气体发生泄漏有关。设备的用户必须知道气体阀的位置，必要时需要自行关闭。

为了防止惰性气体窒息情况发生，一个有效的装置是氧气传感器。这是一种重要的传感器，特别是对于安装有任何依赖于惰性气体的设备（包括3D打印机和炉子）的空间中。如果氧气含量低于安全值，则会触发警报以提醒现场人员立即撤离。