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3D打印中的增材制造和可燃性粉尘危害

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-07-19 10:48:37

在过去的几年中,我们目睹了使用3D打印机的增材制造的扩展,从用作原型工具到增加工厂车间的实施。该技术及其应用的快速发展为过程安全带来了新的挑战。这些挑战涉及了解粉末的可燃性以及如何最好地实施可靠的保护措施,以防止粉末加工和处理过程中的火灾和爆炸。

负责审查和批准在其设施中使用3D打印机的EHS专业人员或员工应了解可燃粉尘的相关危险。

3D打印增材制造过程中的风险

用于增材制造的材料涵盖范围很广,从塑料如尼龙,ABS,高密度聚乙烯,聚对苯二甲酸乙二醇酯等到金属如不锈钢,钛,铝及其合金甚至金或银。大多数这些材料都是可燃的,3D打印过程本身会产生粉尘,事实上,它可以产生非常小的颗粒(即使在纳米颗粒范围内)。因此其产生的粉尘具有爆炸性。一些金属如钛和铝可以非常快地燃烧并产生极高的温度和压力,因此需要格外小心。一些金属,如钛,需要特别提及其高爆炸指数。

与灰尘有关的危害程度在很大程度上取决于所讨论的材料数量及其在该数量上的行为。粉尘爆炸是由封闭空间中悬浮在空气中的颗粒的快速燃烧引起的。当这些颗粒与火花,明火,过热表面或机械放电接触时,可能发生爆炸。

燃烧三要素和爆炸五要素

图1. 燃烧三要素和爆炸五要素。增材制造的用户经常使用燃料和氧气,因此需要避免点火源以防止火灾或爆炸。

上述图像由OSHA和其他机构用于传达粉末处理的风险,说明了如何通过组合条件产生火灾和爆炸。如图所示,当在环境大气中处理可燃粉尘或粉末时,所需要的只是引发火灾的合适点火源。如果在存在尘埃云的情况下发生这种情况,其中许多颗粒分散在密闭区域中,则可能在几毫秒内导致更大,更具破坏性的爆炸。因此,防止形成金属尘云是至关重要的。

如何应对这些风险?

过去几十年来,对可燃粉尘造成的危害进行了管理。例如,所谓的ATEX指令和ISO标准(主要是ISO 60079)适用于欧盟和其他一些国家。在美国,国家消防协会标准(主要是NFPA 652,654,特别是金属粉尘,NFPA 484)旨在减少可燃粉尘危害。

这些标准和法规要求采取措施捕获和过滤加工活动中产生的扬尘。该标准概述了这些除尘系统的规定性要求,这些系统用于控制安全外壳设备的设计和构造,或要求使用防爆或防爆系统。代替规定性要求,也可以考虑基于绩效的方法来管理这些危害。这些方法通常可能由拥有管辖权的机构(AHJ)审查

虽然一般都有金属粉尘标准,但在增材制造方面可能会出现具体问题,例如要求打印机内的电气设备被分类用于危险区域,爆炸或爆燃排气,以及处理和存储材料,所有这些都会显着影响安装3D金属打印机的成本。

我们建议您制定可燃粉尘火灾和爆炸管理计划,以便在您的场所实施3D打印流程之前包括以下步骤:

开发粉尘采样和测试程序 - 识别和测试过程中存在的材料,以确定完成分析所需的爆炸性和可燃性特征

粉尘危害分析(DHA) - 识别潜在的不安全操作条件和设计中的潜在风险,并为适当的过程安全措施提供建议,包括工程控制,设备和程序

制定书面安全程序 - 详细说明设施安全运行所需的程序和操作指南

可燃粉尘培训计划的基础知识 - 培训现场人员

有效的风险管理需要了解与这些粉末/粉尘相关的特定危害,以及根据其可能性和严重性参数预估在您的特定设施中可能存在的风险。在准备3D打印过程中可以使用的常见测试包括可燃粉尘爆炸性和可燃性,静电和热稳定性。确保您选择与之合作的任何人都可以帮助您制定确保安全的策略,包括内务管理,粉尘控制以及分离和隔离。

3D打印机正咋打印塑料模型