Is er bij 3D printers ook explosiegevaar en krijgen we ook te maken met gevarenzones?

Industriële 3D-print technologie wordt steeds vaker toegepast. Deze moderne industriële machines brengen echter een aantal gevaren en risico’s met zich mee, waaronder explosiegevaar, blootstelling aan chemische agentia, mechanische gevaren. 3D-printers en ATEX zijn daarom onlosmakelijk met elkaar verbonden.

Gevarenzones zijn met name bij het mengen van poeder, transport van poeder en het uitpakken van 3D-modellen mogelijk aanwezig. Een industriële 3D-printer behoort dan ook zeker te worden beschreven in het explosieveiligheidsdocument.

In het kader van explosiegevaar kijken we met name naar de grondstoffen die worden gebruikt. Als grondstof wordt bijvoorbeeld Polyamide 12 (PA12) veel gebruikt. Deze grondstof wordt in fijn verdeelde vorm gebruikt, met een korrelgrootte verdeling van 30 – 100 μm. Dit is veel kleiner dan de grens van 0,5 mm, zodat we kunnen spreken over een poeder die in de juiste mengverhouding een explosief mengsel kan vormen. De grens van 0,5 mm is o.a. terug te vinden in de NPR 7910-2 (par. 3.2: brandbaar stof = fijn verdeelde vaste deeltjes, van een nominale afmeting van 500 km of minder, die in de lucht kunnen blijven hangen, kunnen neerslaan uit de atmosfeer door hun eigen gewicht, kunnen branden of gloeien en onder atmosferische druk en bij normale temperatuur met lucht een explosief mengsel kunnen vormen).

3d printer voor metaal
3D printer voor metaal

Zodra we dus fijn verdeeld brandbaar poeder tegenkomen en voldoende lucht, dan is er sprake van een explosieve atmosfeer. Voor het inwendige van apparaten ligt de grens op 0,1 kg, dat wil zeggen, indien er in het inwendige van apparatuur meer dan 100 gram brandbaar stof aanwezig is, er sprake zal zijn van een explosieve atmosfeer. Dit stof kan dan in de vorm van stofwolken en/of stoflagen voorkomen. De tijdsduur van deze aanwezigheid, bepaalt de klasse van de gevarenzone (20 of 21 of 22).

Bij de voorbereiding van het poeder, het storten van nieuw poeder en het mengen met gerecycled poeder hebben we in de menger te maken stoflagen en incidenteel stofwolken (afhankelijk van de frequentie van storten en aard van het mengproces). Een zone 21 in de menger is daar zeker op zijn plaats. Het storten van poeder dient met gebruikmaking van puntafzuiging te geschieden. Hierdoor wordt de gevarenzone buiten de menger beperkt, maar nog veel belangrijker, het poeder dient adequaat te worden afgezogen om inademing te voorkomen.

Het transport van poeder vanuit de menger naar de 3D-printmachine is doorgaans inwendig gezoneerd, afhankelijk van het type transport zal hier een zone 20 of 21 aanwezig zijn. Bij het transport middels schroeven of spiralen in slangen dient ook met name gekeken te worden naar flexibele verbindingen. De NPR 7910-2 beschouwt flexibele verbindingen als een secundaire gevarenbron en dus zone 22, zie NPR 7910-2 par. 5.4.3.2.: gebieden in de omgeving van flexibele verbindingen tussen installatieonderdelen die incidenteel kunnen scheuren of doorslijten.

In de 3D-rinter zelf is doorgaans geen zonering aanwezig, omdat in de machine met een inerte atmosfeer (stikstof) wordt gewerkt. Bij een voldoende lage zuurstofconcentratie is er geen sprake meer van een explosief mengsel. De fabrikant van de 3D-printer zal middels een analyse moeten vaststellen hoe de lage zuurstofconcentratie kan worden gewaarborgd.

Vanuit de 3D-printer wordt de vorm, met daarin het 3D-model naar een uitpakstation gebracht. Hier wordt het overtollige poeder gescheiden van het 3D-model. Hier zullen weer stoflagen en stofwolken kunnen ontstaan, zodat bij het uitpakstation weer sprake zal zijn van een gevarenzone. Doorgaans wordt het overtollige poeder gezeefd en getransporteerd naar het mengstation. Ook hierbij zullen gevarenzones aanwezig zijn.

Tot slot kan er nog een nabewerking plaats vinden op het 3D-model, denk aan stralen in een straalcabine. Ook hier zal beoordeeld moeten worden of er voldoende brandbaar poeder in de cabine aanwezig kan zijn om een explosief mengsel te kunnen vormen. Straalcabines in Ex-uitvoering zijn beschikbaar en worden toegepast in het kader van 3D-printing.

Tot slot, de hier boven geschetste situatie is slechts een voorbeeld. Bij iedere 3D-print situatie zal het stappenplan van de gevarenzonering gevolgd moeten worden. Meer hierover vindt u in de NPR 7910-2.