3D-Drucker im Betrieb: CE-Kennzeichnung, Emissionen und Brandschutz richtig beurteilen

3D-Drucker werden inzwischen in Entwicklung, Instandhaltung, Ausbildung, Produktion und Prototypenbau eingesetzt. Sie ermöglichen eine schnelle und kostengünstige Herstellung von Bauteilen, Werkzeugen, Modellen und Ersatzteilen.

Mit der zunehmenden Verbreitung entstehen jedoch auch neue Herausforderungen für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz, Brandschutz und Produktsicherheit.

Ein 3D-Drucker darf nicht ausschließlich als unkompliziertes Bürogerät betrachtet werden. Abhängig vom Druckverfahren, den verwendeten Materialien und dem Aufstellungsort können mechanische, elektrische, thermische und chemische Gefährdungen auftreten.

Welche 3D-Druckverfahren werden häufig eingesetzt?

In Betrieben kommen vor allem folgende Verfahren vor:

FDM- beziehungsweise FFF-Druck

Dabei wird ein Kunststofffilament erhitzt und schichtweise über eine Druckdüse aufgetragen. Typische Materialien sind beispielsweise:

PLA,
ABS,
PETG,
Nylon,
Polycarbonat,
ASA,
TPU sowie
mit Fasern oder anderen Zusatzstoffen versetzte Filamente.

Resin- beziehungsweise Harzdruck

Bei SLA-, DLP- oder MSLA-Verfahren werden flüssige Kunstharze durch Licht ausgehärtet.

Neben dem eigentlichen Druckvorgang sind hierbei auch die Nachbearbeitung, Reinigung mit Lösungsmitteln und UV-Nachhärtung zu berücksichtigen.

Pulverbett- und industrielle Verfahren

Bei industriellen Anlagen können Kunststoff-, Metall- oder Keramikpulver verarbeitet werden. Daraus ergeben sich zusätzliche Gefahren durch Stäube, explosionsfähige Atmosphären, Laserstrahlung und hohe Prozesstemperaturen.

Die erforderlichen Schutzmaßnahmen hängen deshalb wesentlich vom jeweiligen Druckverfahren ab.

CE-Kennzeichnung und Dokumentation

Ein betrieblich verwendeter 3D-Drucker ist ein Arbeitsmittel. Vor der Anschaffung und Verwendung muss deshalb geprüft werden, ob das Gerät für den vorgesehenen Einsatz geeignet und rechtskonform in Verkehr gebracht wurde.

Bei neuen Geräten sollten insbesondere folgende Unterlagen vorhanden sein:

CE-Kennzeichnung,
EU-Konformitätserklärung,
deutschsprachige Betriebsanleitung,
Hersteller- und Typenangaben,
Angaben zu den bestimmungsgemäßen Materialien,
Wartungs- und Prüfhinweise sowie
Informationen über verbleibende Restrisiken.

Eine CE-Kennzeichnung allein ist kein vollständiger Sicherheitsnachweis. Unternehmen müssen zusätzlich beurteilen, ob das Gerät am konkreten Arbeitsplatz sicher verwendet werden kann.

Das gilt insbesondere bei:

offenen Drucksystemen,
selbst gebauten Geräten,
erheblich veränderten Druckern,
nachgerüsteten Lasern oder Heizsystemen,
geänderter Steuerungssoftware,
automatisierten Materialzuführungen,
verketteten Anlagen oder
Eigenbauanlagen aus mehreren Komponenten.

Durch wesentliche Umbauten kann ein Unternehmen selbst zum Hersteller einer neuen oder wesentlich veränderten Maschine werden. Dann können eine neue Risikobeurteilung, technische Dokumentation, Konformitätserklärung und CE-Kennzeichnung erforderlich sein.

Arbeitsplatzevaluierung ist verpflichtend

Vor dem Einsatz eines 3D-Druckers müssen die Gefährdungen im Rahmen der Arbeitsplatzevaluierung ermittelt und beurteilt werden.

Zu berücksichtigen sind insbesondere:

heiße Oberflächen und Druckdüsen,
beheizte Druckbetten,
bewegte Achsen und Quetschstellen,
elektrische Gefährdungen,
Brandgefahr,
Emissionen aus erhitzten Kunststoffen,
Dämpfe aus Harzen und Reinigungsmitteln,
ultrafeine Partikel,
Stäube aus der Nachbearbeitung,
Laser- oder UV-Strahlung,
Lärm,
ergonomische Belastungen,
Wartung und Störungsbehebung sowie
mögliche Fehlanwendungen.

Auch vorhersehbare Tätigkeiten wie Materialwechsel, Düsenreinigung, Entfernen festsitzender Bauteile und Reparaturen müssen berücksichtigt werden.

Arbeitsmittel müssen für die vorgesehene Benutzung geeignet sein und so verwendet werden, dass Sicherheit und Gesundheit der Beschäftigten gewährleistet sind.

Emissionen beim FDM-Druck

Beim Erhitzen von Kunststofffilamenten können gasförmige Stoffe und ultrafeine Partikel entstehen.

Art und Menge der Emissionen hängen unter anderem ab von:

Filamentart,
Zusatzstoffen und Farbpigmenten,
Drucktemperatur,
Druckdauer,
Geräteausführung,
Wartungszustand,
Raumgröße,
Luftwechsel und
Anzahl gleichzeitig betriebener Drucker.

PLA wird häufig als vergleichsweise emissionsarm beschrieben. Daraus darf jedoch nicht geschlossen werden, dass bei jedem PLA-Druck keine gesundheitlich relevanten Emissionen auftreten können.

Bei ABS, ASA, Nylon und technischen Filamenten können je nach Zusammensetzung zusätzliche flüchtige Stoffe freigesetzt werden.

Ultrafeine Partikel können aufgrund ihrer geringen Größe tief in die Atemwege gelangen. Die Gefährdung muss daher auch dann beurteilt werden, wenn kein sichtbarer Rauch oder auffälliger Geruch entsteht. Die AUVA weist darauf hin, dass ultrafeine Partikel aufgrund ihrer Größenordnung besondere Eigenschaften und gesundheitliche Relevanz aufweisen können.

Harze und Reinigungsmittel

Flüssige Druckharze können hautreizend, sensibilisierend oder gesundheitsschädlich sein. Nicht vollständig ausgehärtete Harze dürfen daher nicht ungeschützt berührt werden.

Zusätzliche Gefahren entstehen bei der Reinigung gedruckter Teile, beispielsweise durch Isopropanol oder andere Lösemittel.

Erforderliche Maßnahmen können unter anderem sein:

geeignete Schutzhandschuhe,
Schutzbrille,
flüssigkeitsdichte Arbeitsunterlagen,
gute Lüftung oder technische Absaugung,
geschlossene Reinigungsbehälter,
sichere Lagerung der Chemikalien,
Vermeidung von Zündquellen,
geeignete Entsorgungsbehälter und
klare Regeln für verschüttete Stoffe.

Sicherheitsdatenblätter der verwendeten Harze und Reinigungsmittel müssen vorliegen und in die Gefährdungsbeurteilung einbezogen werden.

Gefährliche Arbeitsstoffe sowie im Arbeitsprozess entstehende Stoffe sind im betrieblichen Arbeitsstoffmanagement zu berücksichtigen.

Absaugung und Lüftung

Eine bloße Raumlüftung ist nicht in jedem Fall ausreichend.

Vorrangig sollte geprüft werden, ob Emissionen unmittelbar an der Entstehungsstelle erfasst werden können. Geeignete Möglichkeiten sind beispielsweise:

vollständig eingehauste Drucker,
direkte Abluft ins Freie,
technisch geeignete Punktabsaugungen,
geprüfte Filtereinheiten,
Kombinationen aus Partikel- und Aktivkohlefiltern sowie
automatische Nachlaufzeiten der Absaugung.

Bei Umluftsystemen ist darauf zu achten, dass:

die Filter für die tatsächlich auftretenden Partikel und Gase geeignet sind,
ein Filterwechselkonzept vorhanden ist,
die Filterwirkung überwacht wird,
kontaminierte Filter sicher gewechselt werden und
keine belastete Luft in den Aufenthaltsbereich zurückgeführt wird.

Ein einfacher Ventilator oder ein ungeprüfter Haushaltsluftreiniger ist nicht automatisch eine geeignete technische Schutzmaßnahme.

Geeigneter Aufstellungsort

3D-Drucker sollten bevorzugt in einem eigenen, gut belüfteten Arbeitsraum oder in einem klar abgegrenzten technischen Bereich aufgestellt werden.

Ungünstig sind insbesondere Aufstellungsorte:

in Sozial- oder Aufenthaltsräumen,
in Garderoben,
in Besprechungsräumen,
unmittelbar neben dauernd besetzten Büroarbeitsplätzen,
in Flucht- und Verkehrswegen,
in Lagern mit hoher Brandlast oder
in Bereichen ohne ausreichende Lüftungsmöglichkeit.

Bei mehreren Druckern muss die Gesamtbelastung betrachtet werden. Eine Beurteilung, die nur einen einzelnen Drucker berücksichtigt, kann zu einer deutlichen Unterschätzung der Emissionen und Brandlast führen.

Brandschutz beim 3D-Druck

Viele 3D-Drucker arbeiten über mehrere Stunden und teilweise unbeaufsichtigt. Gleichzeitig kommen elektrische Bauteile, hohe Temperaturen und brennbare Kunststoffe zusammen.

Mögliche Brandursachen sind:

defekte Heizpatronen,
fehlerhafte Temperatursensoren,
lose elektrische Verbindungen,
überlastete Steckdosen oder Mehrfachverteiler,
ungeeignete Netzteile,
blockierte Lüfter,
Software- oder Steuerungsfehler,
Ablagerungen am Hotend,
brennbare Materialien in unmittelbarer Nähe sowie
unsachgemäße Eigenumbauten.

Zu den möglichen Schutzmaßnahmen gehören:

Aufstellung auf nicht brennbarer Unterlage,
ausreichender Abstand zu brennbaren Materialien,
regelmäßige Sicht- und Funktionskontrollen,
Wartung entsprechend den Herstellerangaben,
keine ungeprüften elektrischen Umbauten,
geeignete Einhausung,
Rauch- oder Brandfrüherkennung,
automatische Abschaltung bei Übertemperatur,
geregelte Beaufsichtigung und
Einbindung in die Brandschutzorganisation.

Ob ein Drucker über Nacht oder außerhalb der Betriebszeiten betrieben werden darf, muss im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung und mit dem betrieblichen Brandschutz festgelegt werden.

Elektrische Sicherheit

3D-Drucker und ihre Zusatzgeräte müssen elektrisch sicher betrieben werden.

Zu berücksichtigen sind unter anderem:

Zustand von Kabeln und Steckern,
Schutz gegen direktes Berühren,
Schutzleiterverbindungen,
geeignete Netzteile,
korrekte Absicherung,
Überlastung von Steckdosen,
Verwendung geeigneter Mehrfachverteiler und
wiederkehrende Prüfungen entsprechend der betrieblichen Prüfplanung.

Besondere Vorsicht ist bei selbst gebauten oder umgebauten Geräten geboten. Offene Netzteile, frei zugängliche Klemmen oder provisorische Leitungsführungen sind im betrieblichen Einsatz nicht akzeptabel.

Nachbearbeitung gedruckter Teile

Auch nach Abschluss des Druckvorganges können Gefährdungen entstehen, beispielsweise durch:

Schleifen,
Bohren,
Sägen,
Entfernen von Stützstrukturen,
chemische Glättung,
Reinigen mit Lösemitteln,
UV-Nachhärtung sowie
Bearbeitung faserverstärkter Materialien.

Dabei können Stäube, Splitter, Dämpfe und mechanische Gefährdungen auftreten.

Für Nachbearbeitungsplätze können daher Absaugung, Schutzbrille, geeignete Handschuhe, Atemschutz oder separate Arbeitsbereiche erforderlich sein.

Beschäftigte unterweisen

Alle Personen, die 3D-Drucker bedienen, warten oder reinigen, müssen vor Aufnahme der Tätigkeit unterwiesen werden.

Die Unterweisung sollte insbesondere behandeln:

zugelassene Materialien,
sichere Bedienung,
heiße und bewegte Teile,
Materialwechsel,
Verhalten bei Störungen,
zulässige Wartungsarbeiten,
Umgang mit Harzen und Lösemitteln,
Verwendung der Absaugung,
persönliche Schutzausrüstung,
Brandschutz,
Verhalten bei Rauchentwicklung und
betriebliche Meldewege.

Eigenmächtige Veränderungen an Hardware, Software oder Sicherheitseinrichtungen sollten ausdrücklich untersagt beziehungsweise nur nach einem geregelten Freigabeverfahren zulässig sein.

Einheitliches Freigabeverfahren einführen

In größeren Unternehmen werden 3D-Drucker häufig dezentral durch einzelne Fachabteilungen angeschafft. Dadurch besteht die Gefahr, dass Geräte ohne sicherheitstechnische Prüfung aufgestellt und betrieben werden.

Ein betriebliches Freigabeverfahren sollte deshalb unter anderem festlegen:

wer 3D-Drucker beschaffen darf,
welche technischen Mindestanforderungen gelten,
welche Unterlagen vorliegen müssen,
wer den Aufstellungsort freigibt,
welche Materialien verwendet werden dürfen,
ob eine Absaugung erforderlich ist,
wer Wartungen und Prüfungen veranlasst und
wie Änderungen dokumentiert werden.

Damit lassen sich technische Innovation und rechtskonformer Arbeitnehmerschutz sinnvoll miteinander verbinden.

Unterstützung durch STB-Austria

STB-Austria unterstützt Unternehmen bei der sicheren Einführung und Verwendung von 3D-Druckern.

Unser Leistungsangebot umfasst unter anderem:

betriebliche Bestandsaufnahme,
Prüfung der CE- und Herstellerunterlagen,
Gefährdungsbeurteilung,
Bewertung von Emissionen,
Messungen der Raumluftqualität,
Beratung zu Absaugung und Lüftung,
brandschutztechnische Beurteilung,
Erstellung von Betriebsanweisungen,
Aufbau eines Freigabeprozesses sowie
Unterweisung der Beschäftigten.