Es besteht kein Zweifel daran, dass 3D-Drucker die Welt bereichert haben, aber ein entscheidender Gedanke kommt auf, wenn es um die Gefahr geht, die von diesen Maschinen ausgeht. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Frage, ob die für den 3D-Druck verwendeten Filamente gesundheitsschädlich sind oder nicht.

Die Dämpfe von 3D-Drucker-Filamenten sind giftig, wenn sie bei sehr hohen Temperaturen geschmolzen werden. Je niedriger die Temperatur, desto weniger giftig ist ein 3D-Drucker-Filament im Allgemeinen. PLA ist als das am wenigsten giftige Filament bekannt, während Nylon eines der giftigsten Filamente auf dem Markt ist. Sie können die Toxizität mit einem Gehäuse und einem Luftreiniger reduzieren.

Laienhaft ausgedrückt, handelt es sich beim 3D-Druck um ein Verfahren, das mit thermischer Zersetzung verbunden ist, d. h., wenn das Druckmaterial bei einer zu hohen Temperatur geschmolzen wird, werden zwangsläufig giftige Dämpfe und flüchtige Verbindungen freigesetzt.

Die Intensität, mit der sie sich als schädlich erweisen können, variiert jedoch aufgrund einer Reihe von Gründen, die später in diesem Artikel erörtert werden.

Wie kann 3D-Drucker-Filament unserer Gesundheit schaden?

Die Geschwindigkeit, mit der Thermoplaste gefährliche Partikel freisetzen, ist direkt proportional zur Temperatur. Eine höhere Temperatur bedeutet, dass eine größere Menge dieser gefährlichen Partikel freigesetzt wird und ein höheres Risiko besteht.

Nebenbei sei darauf hingewiesen, dass die tatsächliche Toxizität von Faden zu Faden variieren kann: Einige sind stärker, andere weniger schädlich.

Laut einer von ACS Publications durchgeführten Studie setzen einige Fäden Styrol frei, das als krebserregend gilt und Bewusstlosigkeit, Kopfschmerzen und Müdigkeit verursachen kann.

Die giftigen Dämpfe, die aus dem geschmolzenen Kunststoff freigesetzt werden, zielen oft auf die Atemwege und können die Lunge direkt schädigen. Außerdem besteht ein Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, da die Giftstoffe in den Blutkreislauf gelangen.

Das Einatmen der von Thermoplasten abgegebenen Partikel verschlimmert das Asthma-Risiko zusätzlich.

Um der Sache auf den Grund zu gehen, müssen wir verstehen, worin genau die Gefahr besteht und in welcher Form. Aber nicht nur das, sondern auch allgemeine Informationen über die gängigsten Druckfilamente und ihre Sicherheitsbedenken werden folgen.

Die Toxizität wird erklärt

Ein besseres Verständnis des Konzepts, warum Thermoplaste für das menschliche Leben tödlich sein können, wird helfen, das gesamte Phänomen zu entschlüsseln.

Im Grunde funktioniert ein 3D-Drucker wie ein Wunder: Er druckt Schicht für Schicht, aber dabei verschmutzt er die Luft. Wie er das macht, ist für uns primär von Interesse.

Wenn Thermoplaste bei hohen Temperaturen geschmolzen werden, werden Partikel freigesetzt, die sich negativ auf die Luftqualität in Innenräumen auswirken und somit Luftverschmutzung verursachen können.

Bei der Bestimmung dieser Form der Verschmutzung hat sich gezeigt, dass es zwei Haupttypen von Partikeln gibt, die beim Drucken entstehen:

• Ultrafeine Partikel (UFP)
• Flüchtige organische Verbindungen (VOCs)

Ultrafeine Partikel haben einen Durchmesser von bis zu 0,1 µm. Sie können leicht in den Körper eindringen und greifen gezielt die Lungenzellen an. Darüber hinaus gibt es eine Reihe weiterer Gesundheitsrisiken, die mit dem Eindringen von UFP in den menschlichen Körper verbunden sind, wie verschiedene Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Asthma.

Auch flüchtige organische Verbindungen wie Styrol und Benzol stellen ein Risiko für die Benutzer von 3D-Druckern dar, da sie mit Krebs in Verbindung gebracht werden. Die Umweltschutzbehörde (EPA) stuft VOCs ebenfalls als giftige Stoffe ein.

Das Georgia Institute of Technology hat in Zusammenarbeit mit dem Weizmann Institute of Science in Israel Maßnahmen ergriffen, um die negativen Auswirkungen der Partikelemissionen von 3D-Druckern zweifelsfrei nachzuweisen.

Zu diesem Zweck brachten sie die Konzentration von Partikeln aus 3D-Druckern mit menschlichen Atemwegszellen und Zellen des Immunsystems von Ratten in Kontakt und stellten fest, dass die Partikel eine toxische Reaktion hervorriefen und die Leistungsfähigkeit der Zellen beeinflussten.

Was die Filamente im Einzelnen angeht, so nahmen die Forscher PLA und ABS, zwei der gängigsten 3D-Druck-Filamente, die es gibt. Sie berichteten, dass ABS sich als tödlicher erwies als PLA.

Der Grund dafür ist die Tatsache, dass mehr Emissionen entstehen, wenn die Temperatur zum Schmelzen der Filamente steigt. Da ABS ein Druckmaterial ist, das viele Grad zum Schmelzen benötigt, kann es mehr Dämpfe freisetzen als PLA, das bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt.

Vor diesem Hintergrund ist es erstaunlich, dass sich viele Menschen der Gesundheitsrisiken des 3D-Drucks nicht bewusst sind.

Viele Benutzer haben über Kopfschmerzen, Schwindel und Müdigkeit berichtet, nachdem sie einige Zeit mit ihren Druckern verbracht hatten, nur um später bei Nachforschungen herauszufinden, dass die Hauptursache für ihre angeschlagene Gesundheit die ständige Belastung war.

Die fünf häufigsten Filamente & Toxizität

Um das Thema zusätzlich zu beleuchten, werden wir uns die 5 am häufigsten verwendeten Druckfilamente ansehen und diskutieren, wie sie zusammengesetzt sind und ob sie eine Gefahr darstellen.

1. DIE PLA

PLA (Polymilchsäure) ist ein einzigartiges thermoplastisches Filament, das aus natürlichen Rohstoffen wie Zuckerrohr und Maisstärke gewonnen wird. Da PLA biologisch abbaubar ist, ist es die erste Wahl für Druckbegeisterte und Experten.

Da PLA die Art von Filament ist, die bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt, etwa 190-220 °C, neigt es weniger zum Verziehen und ist weniger hitzebeständig.

Obwohl das Einatmen von Kunststoffdämpfen für niemanden gut ist, ist PLA im Vergleich zum berüchtigten ABS der Spitzenreiter, was die Emission von giftigen Dämpfen angeht, vor allem weil es keine intensiven Bedingungen benötigt, um auf das Druckbett extrudiert zu werden.

Bei der thermischen Zersetzung zerfällt es in Milchsäure, die im Allgemeinen unschädlich ist.

PLA gilt als umweltfreundlich, ist jedoch spröder als ABS und weniger hitzebeständig, so dass sich die gedruckten Objekte an einem heißen Sommertag unter erhöhten Bedingungen verformen und ihre Form verlieren können.

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2. ABS

ABS steht für Acrylnitril-Butadien-Styrol und ist eines der gebräuchlichsten Druckfilamente, das für die Herstellung von Objekten verwendet wird, die hohen Temperaturen standhalten müssen. Obwohl es als nicht biologisch abbaubarer Kunststoff bezeichnet wird, ist ABS-Filament dehnbar und hitzebeständig.

Allerdings hat ABS mit seiner häufigen Verwendung im Laufe der Jahre begonnen, mehrere Augenbrauen gegen seine Sicherheitsmaßnahmen zu erhöhen.

Da ABS bei sehr hohen Temperaturen, insbesondere zwischen 210 und 250 °C, zu schmelzen beginnt, setzt es Dämpfe frei, die Berichten zufolge für die Benutzer unangenehm sind.

Bei längerer Exposition kann es zu Augenreizungen, Atembeschwerden, Kopfschmerzen und sogar Müdigkeit kommen.

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3. nylon (Polyamid)

Nylon ist ein thermoplastischer Kunststoff, der in der Druckindustrie für seine erstklassige Haltbarkeit und Biegsamkeit bekannt ist. Um eine optimale Leistung zu erreichen, muss er auf 220 °C bis 250 °C erhitzt werden.

Für Filamente auf Nylonbasis ist ein beheiztes Druckbett erforderlich, um eine gute Haftung zu gewährleisten und die Gefahr des Verziehens zu verringern.

Obwohl Nylon weitaus stärker ist als ABS oder PLA, ist eine geschlossene Druckkammer unbedingt erforderlich, um Gesundheitsrisiken zu minimieren. Nylon steht im Verdacht, einen flüchtigen organischen Stoff namens Caprolactam freizusetzen, der beim Einatmen giftig ist und schwere Schäden am Atmungssystem verursachen kann.

Daher ist die ständige Arbeit in einer Umgebung, in der das Filament auf Nylonbasis ist, mit Sicherheit bedenklich, und es wird zu Vorsichtsmaßnahmen geraten.

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4. polycarbonat

Polycarbonat (PC) ist wohl eines der stärksten auf dem Markt erhältlichen Druckmaterialien. Was PLA oder ABS nicht bieten können, bietet Polycarbonat wahrlich.

Sie verfügen über phänomenale physikalische Eigenschaften und stehen an vorderster Front bei der Herstellung von hochbelastbaren Gegenständen wie kugelsicherem Glas und Baumaterialien.

Polycarbonat lässt sich in jede beliebige Form biegen, ohne zu reißen oder zu brechen, und ist extrem temperaturbeständig.

Eine hohe Temperaturtoleranz bedeutet jedoch auch, dass sie sich verziehen können. Daher ist eine Überdachung des Druckers und eine vorgewärmte Plattform ein Muss beim Drucken mit PC.

Apropos Sicherheit: Polycarbonat gibt auch eine beträchtliche Anzahl von Partikeln ab, die der Gesundheit schaden können. Anwender haben berichtet, dass es in den Augen brennt, wenn sie zu lange auf das mit PC bedruckte Objekt starren.

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5) PETG

Aus Polyethylenterephthalat, das durch Glykolisierung überarbeitet wurde, ist PETG entstanden, ein Filament, das allein aufgrund seiner umweltfreundlichen Eigenschaften und seiner hohen Leistungsfähigkeit immer beliebter wird.

PETG zeichnet sich durch eine glänzende und glatte Oberfläche der Objekte aus, was es sehr praktisch und zu einer guten Alternative zu PLA und ABS macht.

Darüber hinaus haben viele PETG-Anwender positiv berichtet, dass sich das Filament kaum bis gar nicht verformt und auch leichter auf der Druckplattform haftet.

Dies macht es zu einem großen Konkurrenten auf dem Markt, da es auch wasserbeständig ist und häufig für die Herstellung von Plastikwasserflaschen verwendet wird.

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Tipps zur Verringerung der Toxizitätsbelastung durch Filamente

Sobald die Menschen über die Toxizität einiger der am häufigsten verwendeten Filamente informiert sind, werden sie sich alle die gleiche Frage stellen: "Was soll ich jetzt tun?" Glücklicherweise sind die Vorsichtsmaßnahmen nicht gerade eine Raketenwissenschaft.

Richtige Belüftung

Die meisten Drucker sind von vornherein mit hochspezialisierten Kohlefiltern ausgestattet, um die Rauchentwicklung zu minimieren. Unabhängig davon liegt es ganz bei uns, die richtigen Druckbedingungen zu bewerten und einzustellen.

Es wird immer empfohlen, an einem Ort zu drucken, an dem ein gutes Belüftungssystem installiert ist, oder an einem Ort im Freien, damit die Luft gefiltert und die Dämpfe abgeleitet werden können.

Begrenzung der Exposition

Es ist eine gute Idee, dafür zu sorgen, dass sich Ihr 3D-Drucker in einem Bereich befindet, dem die Leute nicht ständig ausgesetzt sind, sondern in einem bestimmten Bereich oder Raum, den die Leute nicht betreten müssen, um zu einem gewünschten Bereich zu gelangen.

Ziel ist es, die Exposition gegenüber Feinstaub und schädlichen Emissionen aus dem 3D-Drucker zu begrenzen.

Die Dos und Don'ts

Die Do's

• Aufstellen eines 3D-Druckers in einer Garage
• Verwendung eines ungiftigen Druckerfilaments
• Sensibilisierung der Öffentlichkeit für die Gefahren, die von einigen Thermoplasten ausgehen
• Regelmäßiges Auswechseln des Kohlefilters Ihres Druckers, falls vorhanden

Die Do's

• Aufstellen des 3D-Druckers in Ihrem Schlafzimmer oder Wohnzimmer mit schlechter Belüftung
• Keine gründliche Recherche über das von Ihnen verwendete Filament
• Lassen Sie Ihren Drucker über Nacht an dem Ort laufen, an dem Sie auch schlafen