3D-Drucker

3D-Druck erfreut sich wachsender Popularität und zunehmender Einsatzmöglichkeiten. Der Anwendungsbereich von 3D-Druckern reicht vom privaten Bereich über Lehre, Forschung und Entwicklung bis zur industriellen Fertigung.

Unter den 3D-Druckverfahren zählt die sog. Schmelzschichtung (englisch: fused deposition modeling; FDM) zu den am meisten eingesetzten Techniken. Die Filamente bestehen häufig aus thermoplastischen Kunststoffen, wie beispielsweise Polyactiden, umgangssprachlich Polymilchsäuren (englisch: polyactic acid; PLA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren (ABS). Diese werden geschmolzen und durch einen Extruder unter Druck auf eine Arbeitsfläche aufgebracht. Die Temperaturen während des Schmelzvorgangs liegen in der Regel zwischen 180 °C bis 270 °C. Während dieses Prozesses können Ultrafeinpartikel (UFP) und flüchtige organische Verbindungen (VOC) freigesetzt werden.

Durch den Betrieb eines 3D-Druckers kann folglich auch die Innenraumluftqualität beeinflusst werden. Unter Umständen können die Emissionen gesundheitsrelevant sein.

Emissionen von SVOC und Partikeln

Durch die Erwärmung beim Schmelzvorgang können die als Filamente verwendeten thermoplastischen Kunststoffe schwerflüchtige organische Verbindungen (SVOC) in die Umgebungsluft abgeben. Dabei handelt es sich z. B. um Weichmacher, Flammschutzmittel und Antioxidantien, die dem Filament zur Erzielung bestimmter, gewünschter Eigenschaften zugesetzt wurden (sog. Additive). Während des Druckprozesses werden auch Partikel freigesetzt. Dabei handelt es sich primär um ultrafeine Partikel (UFP). Zu den Faktoren, die die Bildung und Emissionsrate von Partikeln beeinflussen, zählen die Art des eingesetzten Kunststoffs (Thermoplast) und die Drucktemperaturen. Bei der Verwendung von ABS werden in der Regel höhere Emissionsraten festgestellt als beim Einsatz von PLA. Zusätzlich führen höhere Drucktemperaturen üblicherweise auch zu höheren Emissionsraten. Um Emissionen von Partikeln und SVOC zu vermeiden, wird daher empfohlen, eine möglichst niedrige Drucktemperatur zu wählen.

Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC)

Darüber hinaus werden im 3D-Druckprozess auch eine Vielzahl an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) freigesetzt. Hierbei handelt es sich vorwiegend um Zersetzungsprodukte, so dass die emittierten Substanzen von dem verwendeten Kunststofftyp abhängen. Beispielsweise ist Styrol eine charakteristische Emission von ABS. PLA emittiert dagegen Lactid, einen cyclischen Dieester der Milchsäure. Polyamid spaltet Caprolactam ab. Das geringste Emissionspotential zeigen nach jüngsten Untersuchungen die Kunststoffe PLA und PETG (mit Glykol modifiziertes Polyethylenterephthalat; PET). Höhere VOC-Konzentrationen werden (in der genannten Reihenfolge) von ABS und Polyamid freigesetzt.

Werden zusätzlich Klebstoffe eingesetzt, können auch diese zu den Emissionen beitragen, wenn auch üblicherweise in geringerem Ausmaß. Die Emission von Organocyclosiloxanen während der Aufwärmphase eines 3D-Druckers weist darauf hin, dass auch in der Mechanik des Druckers eingesetzte Fette und Schmiermittel VOC abgeben können.

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