Metallpulver in der additiven Fertigung können, wenn sie Sauerstoff ausgesetzt sind, explosiv reagieren und stellen eine potenziell ernsthafte Gefahr für das Leben dar. Damit diese Art von Gefahr besteht, muss sich das Metallpulver in einer explosiven Atmosphäre mit einer Zündquelle befinden, wie z. B. dem Laser, der das Herzstück des additiven Fertigungsverfahrens Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB) bildet.

Was ist eine explosive Atmosphäre?

Eine ‘Explosionsfähige Atmosphäre" ist ein Gemisch aus Luft unter atmosphärischen Bedingungen und brennbaren Stoffen in Form von Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben, in dem sich die Verbrennung nach erfolgter Zündung auf die gesamte unverbrannte Kombination ausbreitet. Eine explosionsfähige Atmosphäre‘ ist eine Atmosphäre, die aufgrund von örtlichen und betrieblichen Bedingungen, die Teil des Prozesses sein können, oder aufgrund eines Maschinenfehlers explosiv werden kann.

In der Europäischen Union ist die Maschinenrichtlinie(2006/42/EC) [1] schreibt vor, dass Maschinen so konstruiert und gebaut werden müssen, dass jedes Explosionsrisiko durch Gase, Flüssigkeiten, Stäube, Dämpfe und andere erzeugte oder verwendete Stoffe oder durch die Maschine selbst vermieden wird. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, dass die Maschine so robust gebaut wird, dass jegliche Explosion in ihr eingeschlossen ist, dass externe Gefahren vermieden werden (wie bei einem Verbrennungsmotor) oder dass Zündquellen gemäß der ATEX-Richtlinie ausgeschaltet werden. (2014/34/EU) [2].

Kontrolle inerter Atmosphären zur Vermeidung von Explosionsgefahr

Additive Fertigungsmaschinen, bei denen Laser oder andere Hochenergiesysteme zum Einsatz kommen, verfügen über eine konstruktionsimmanente Zündquelle sowie über einen Brennstoff in Form von Pulver. Der Explosionsschutz beruht auf dem Prinzip einer inerten Atmosphäre, die sicherstellt, dass die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre unter die Sauerstoffgrenzkonzentration (LOC) des verwendeten Pulvers gesenkt wird, wenn die Zündquelle vorhanden ist.

Die ATEX-Richtlinie (1999/92/EG) [3] umfasst auch inerte Atmosphären zur Verhinderung von Explosionen, wobei Atmosphären in Zonen eingeteilt werden, je nachdem, wann mit dem Auftreten einer explosionsfähigen Atmosphäre zu rechnen ist:

• Zone 20: Ein Bereich, in dem eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig (mehr als 1000 Stunden pro Jahr) vorhanden ist.
• Zone 21: Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb (10 bis <1000 Stunden pro Jahr) gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub bilden kann.
• Zone 22: Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig auftritt (<10 Stunden pro Jahr).
• Sicherer Bereich: Bereich, in dem damit zu rechnen ist, dass eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub während eines Zeitraums auftritt, der für den Arbeitgeber/Bediener des Geräts ein unannehmbares Risiko darstellen würde

Die Verantwortung für die Entscheidung, ob es sich bei einem Bereich um eine bestimmte Zone oder einen sicheren Bereich handelt, und für die Aufrechterhaltung des Bereichs in dieser Zone oder diesem sicheren Bereich liegt beim Arbeitgeber und beim Betreiber des Geräts.

Die Rolle von SIL2-zertifizierten Sauerstoffanalysatoren

Sauerstoffanalysatoren sind von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, dass Arbeitgeber und Betreiber sicherstellen, dass ihre Zonen oder Sicherheitsbereiche zuverlässig aufrechterhalten werden, um zumindest einigermaßen sichere Arbeitsbedingungen zu schaffen. Die Sauerstoffanalysatoren können als Teil des grundlegenden Prozessleitsystems für die Steuerung und den Betrieb des Inertisierungssystems verwendet werden. Sie können auch separat als unabhängiges Sicherheitssystem eingesetzt werden, um die korrekte Funktion des Basisprozessleitsystems zu überwachen und im Falle eines Fehlers eine geeignete Reaktion einzuleiten.

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Referenzen:

[1] DRichtlinie 2006/42/EG des Europäischen Parlaments und des Rates über Maschinen und zur Änderung der Richtlinie 95/16/EC
[2] Richtlinie 2014/34/EU des Europäischen Parlaments und des Rates zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichens.
[3] Richtlinie 1999/92/EG des Europäischen Parlaments und des Rates über Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können (15. Einzelrichtlinie im Sinne des Artikels 16 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EEC)