Zwischen Feinstaub, flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und Dämpfen bestimmter Materialien verdient das Thema der 3D-Drucker-Toxizität einen seriösen, sachlichen Ansatz ohne übertriebene Dramatisierung. Wie so oft in der digitalen Fertigung ist alles vor allem eine Frage des Nutzungskontexts, der Materialien und bewährten Praktiken.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Art der Emissionen im 3D-Druck, die am stärksten betroffenen Materialien und konkrete Lösungen, um Risiken bei allen Technologietypen effektiv zu reduzieren.

Feinstaub, VOCs, Dämpfe: Wovon sprechen wir wirklich?

Beim Thema Partikelemissionen werden oft mehrere unterschiedliche Phänomene verwechselt. Sie haben jedoch unterschiedliche Ursprünge und Auswirkungen.

Fein- und ultrafeine Partikel

Feinstaub sind winzige feste oder flüssige Fragmente, die in der Luft schweben. Im Bereich der additiven Fertigung spricht man hauptsächlich von ultrafeinen Partikeln, die mit bloßem Auge unsichtbar sind, die beim Erhitzen und Extrudieren von Polymeren entstehen.

Diese Partikel werden hauptsächlich beim Durchtritt des Materials durch die Hochtemperaturdüse freigesetzt. Je höher die Temperatur, desto mehr Partikel entstehen. Ihre extrem geringe Größe ermöglicht es ihnen, lange in der Umgebungsluft zu schweben.

Flüchtige organische Verbindungen (VOCs)

VOCs sind chemische Substanzen, die bei Raumtemperatur leicht verdampfen. Im 3D-Druck stammen sie aus der wärmebedingten Zersetzung bestimmter Kunststoffe.

Im Gegensatz zu Feinstaub sind VOCs gasförmig. Sie verursachen die charakteristischen Gerüche, die bei der Verwendung bestimmter Materialien wahrgenommen werden.

Nicht alle Materialien setzen die gleichen VOCs frei, und schon gar nicht in denselben Mengen.

Sichtbare Dämpfe

In einigen Fällen, insbesondere bei zu hohen Temperaturen, stark gefüllten Materialien oder falschen Einstellungen, können leichte Dämpfe auftreten. Diese entsprechen in der Regel einer hohen Konzentration von Partikeln und gasförmigen Verbindungen.

Reale Toxizitätswerte der Materialien

Standardmaterialien: begrenztes Risiko in belüfteten Umgebungen

In einem gut belüfteten Raum stellen die am häufigsten in der additiven Fertigung verwendeten Materialien ein geringes Risiko für den Standardgebrauch dar.

Die am weitesten verbreiteten Polymere, wie PLA, stellen bei Druck unter geeigneten thermischen Bedingungen in einer gut belüfteten Umgebung in der Regel kein besonderes Problem dar. Studien zeigen, dass die Konzentrationen weit unter den bedenklichen Grenzwerten bleiben, solange die Luft regelmäßig erneuert wird.

Oft ist es das Fehlen von Belüftung, kombiniert mit langen und wiederholten Drucksessions, das eine harmlose Situation in eine chronische Exposition verwandelt.

Materialien, die besondere Aufmerksamkeit erfordern

Einige Materialien erfordern aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung oder höheren Extrusionstemperaturen besondere Vorsichtsmaßnahmen.

• ABS und ASA: Diese technischen Polymere setzen mehr VOCs frei, insbesondere Styrol. Eine Nutzung ohne Abdeckung oder Filtration wird in geschlossenen Räumen nicht empfohlen.
• Technische Nylons: Polyamide, insbesondere verstärkte Varianten, erfordern hohe Temperaturen, die die Freisetzung ultrafeiner Partikel begünstigen.
• Verbundfilamente: Fasergefüllte Materialien (Kohlenstoff, Glas, Metall) erfordern bei regelmäßigem Einsatz eine effektive Filtration.

Es ist wichtig zu betonen, dass die Gefahr nicht nur vom Material ausgeht, sondern auch von Nutzungsfrequenz, Expositionsdauer und Raumvolumen.

Emissionen effektiv reduzieren: praktische und zugängliche Lösungen

Einen dedizierten und gut belüfteten Bereich schaffen

Die erste Barriere bleibt die einfachste: die Umgebung.

Die Installation einer Maschine in einem dedizierten, gut belüfteten Raum reduziert die Exposition bereits drastisch. Eine regelmäßige natürliche oder mechanische Belüftung reicht oft aus, um sehr niedrige Konzentrationen aufrechtzuerhalten.

In professionellen oder schulischen Umgebungen wird dieser Ansatz fast immer vor technischen Lösungen empfohlen.

Filtrationssysteme: eine wirksame und messbare Lösung

Integrierte Druckerfiltration

Immer mehr Maschinen enthalten Module, die HEPA- und Aktivkohlefilter kombinieren. Diese Lösungen bieten eine signifikante Reduktion ultrafeiner Partikel und VOCs, vorausgesetzt, die Dichtigkeit des Gehäuses ist korrekt gewährleistet.

Gehäuse und dedizierte Filtrationslösungen

Externe Abdeck- und Filtrationslösungen stellen derzeit den umfassendsten Ansatz dar. Sie erfassen die Emissionen direkt an der Quelle, bevor sie sich im Raum verteilen.

Einige von Alveo3D entwickelte Lösungen, wie PrinterCase-Gehäuse oder autonome Filtrationssysteme, basieren auf wissenschaftlichen Studien, um die Erfassung von Feinstaub und Gasen zu optimieren.

Resindruck: andere, aber kontrollierbare Risiken

Im Gegensatz zum FDM basiert die Resin-Technologie nicht auf dem thermischen Schmelzen eines festen Polymers. Die Emissionen sind daher anders, aber nicht nicht vorhanden.

Was wirklich problematisch ist

Flüssige Photopolymer-resin können bei direktem Kontakt reizend sein und während des Drucks sowie der Nachbearbeitung Dämpfe freisetzen. Diese Dämpfe sind bei niedrigen Dosen nicht unbedingt gefährlich, aber wiederholte Exposition ohne Schutz kann Unbehagen und Sensibilisierung hervorrufen.

Die Reinigung von Bauteilen und der Umgang mit nicht ausgehärtetem Resin sind die sensibelsten Phasen.

Wesentliche bewährte Praktiken

• Verwendung einer geschlossenen Maschine oder eines geeigneten Gehäuses
• Effektive Belüftung sicherstellen
• Filtrationssysteme für Harzdämpfe einsetzen
• Beim Umgang Handschuhe/Maske tragen

Kompakte Filtrationslösungen ermöglichen die wirksame Erfassung von Emissionen, ohne die Werkstatt in ein Labor zu verwandeln.

Lasergravur und -schnitt: eine weitere Art von Emissionen, die nicht zu vernachlässigen ist

Lasergravierer erzeugen eine völlig andere Art von Verschmutzung, oft sichtbarer.

Warum Lasergravur mehr emittiert

Verbrennung oder Pyrolyse von Materialien setzt große Mengen Rauch, Partikel und Gase frei. Diese Emissionen hängen stark vom verwendeten Material und der eingesetzten Leistung ab.

Einige Materialien erzeugen irritierende oder sogar giftige Dämpfe, wenn sie nicht richtig gefiltert werden.

Filtration und Absaugung: Notwendigkeit, kein Luxus

Beim Laser ist Filtration kein Komfort, sondern eine Notwendigkeit.

Hochleistungsfiltrationssysteme mit mehreren Stufen behandeln Rauch, Gerüche und Partikel effizient und machen die Nutzung im Innenbereich sicherer und angenehmer.

Fazit: ein vernünftiger und verantwortungsvoller Ansatz in der digitalen Fertigung

Digitale Fertigung ist insgesamt weder harmlos noch von Natur aus gefährlich. Wie jede Technologie erfordert sie ein Verständnis der zugrunde liegenden Phänomene und die Anwendung geeigneter bewährter Praktiken.

Feinstaub, VOCs und Dämpfe sollten nicht ignoriert werden, können jedoch effektiv durch geeignete Belüftung, sorgfältig ausgewählte Materialien und erprobte Abdeck- und Filtrationssysteme kontrolliert werden.

Statt Angst oder Nachlässigkeit zu erliegen, bleibt der gesündeste Ansatz ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Sicherheit und Benutzerkomfort. Nur so wird sich die additive Fertigung nachhaltig in Werkstätten, Schulen und professionellen Umgebungen integrieren lassen.