Wie giftig sind Filamente im 3D-Druck?
Ist der FFF (FDM) 3D-Druck mit allen Filamenten gesundheitsschädlich? Sind einige Filamente gefährlicher als andere? Ist ABS-Filament giftiger als PLA- oder Carbon-Filament? Was bedeuten die Begriffe „giftig“ und „gesundheitsgefährdend“ im Zusammenhang mit dem 3D-Druck von thermoplastischen Kunststoff-Filamenten?
Bei dieser Frage scheiden sich die Geister, ähnlich wie bei der Diskussion um die tägliche Tasse Kaffee. Die Situation bei Filamenten ist vergleichbar. Es ist wichtig, zwischen der Erzeugung und Abgabe von Feinstaub sowie gesundheitsschädlichen Dämpfen, Gasen und Chemikalien zu unterscheiden. Alle Filamente in einem FFF-3D-Drucker produzieren Feinstaub und ultrafeine Partikel. Zudem setzen alle Filamente bedenkliche flüchtige organische Verbindungen (VOC) frei, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß.
Emission von Feinstaub
Feinstaub bildet sich überall dort, wo mechanische Prozesse stattfinden. Dieser dringt in die Atemwege ein und kann zahlreiche gesundheitliche Probleme verursachen. Besonders bedenklich sind die sogenannten ultrafeinen Partikel (UFP). Dabei handelt es sich um Partikel, die kleiner als 100 Nanometer sind. Ultrafeine Partikel setzen sich nicht nur in den Atemwegen fest, sondern können auch über den Riechnerv ins Gehirn gelangen.
In einer Studie entdeckten → Forscher des Illinois Institute of Technology, dass 3D-Drucker, die mit Kunststoffen arbeiten, Feinstaub freisetzen. Beim Erhitzen und Drucken mit thermoplastischem Kunststoff können ultrafeine Partikel (UFP) mit Durchmessern unter 100 Nanometern freigesetzt werden.
Die Messungen erfolgten in einem 45 m³ großen möblierten und klimatisierten Büroraum.
Die Studie wurde mit fünf handelsüblichen Desktop FDM-3D-Druckern durchgeführt. Gemessen wurde die Konzentration von ultrafeinen Partikeln (UFP) in der Luft.
Als Druckmaterial wurden **PLA (Polylactid) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)** verwendet. Beim Einsatz von PLA-Filament wurden pro Minute etwa 20 Milliarden ultrafeine Partikel (UFP) freigesetzt, während es beim Druck mit ABS-Filament rund 200 Milliarden UFP pro Minute waren.
In der Studie wurden die gemessenen Werte mit Emissionsraten anderer Geräte verglichen.
Die Emissionsrate ultrafeiner Partikel beim 3D-Druck mit ABS ist vergleichbar mit derjenigen, die beim Grillen auf Gas- oder Elektroherden bei niedriger Leistung entsteht.
Problematisch: Verschiedene Zusätze in Filamenten
PLA wird häufig als umweltfreundliches Filament beworben, das aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais hergestellt wird. In der Realität werden jedoch viele Zusatzstoffe beigemischt. PLA-Filament besteht aus einer Mischung unterschiedlicher Zusätze, Materialien und Additive und nicht lediglich aus Maisstärke mit Farbstoff. Bis zu 40 % des Filaments bestehen nicht aus Polyactid, dem „guten biologischen Rohstoff“.
Menschen, die direkt an 3D-Druckern arbeiten, atmen diesen Feinstaub ein. Eine langfristige Exposition (Ausgesetztheit) gegenüber solch hohen UFP-Konzentrationen kann zu Lungenkrebs oder Asthmaführen.
Emission schädlicher Chemikalien
Neben Feinstaub erzeugen 3D-Drucker im Schmelzverfahren verschiedene mehr oder weniger giftige Dämpfe, chemische Verbindungen.
Die allgemeine Meinung ist: ABS emittiert mehr gesundheitsschädliche Substanzen als PLA-Filament, weil ABS ein Produkt aus Erdöl ist. Doch wie bereits erwähnt – die Zusätze im PLA-Filament können ebenfalls für sehr giftige Ausdünstungen sorgen.
Untersuchungen zeigten, dass auch viele PLA-Filamente die toxischen Chemikalien Styrol und Chlormethyl – wen auch in sehr kleinen Mengen – freisetzen.
Styrol reizt die Atemwege, Haut, Augen und Schleimhäute und kann zu unspezifischen Symptomen wie Konzentrationsschwäche, Müdigkeit, Übelkeit, Schwindel oder Kopfschmerzen führen. Der Arbeitsplatzgrenzwert beträgt 20 ml/m3.
Chlormethan (auch Methylchlorid genannt) ist die häufigste chlorhaltige Verbindung in der Luft. Abgesehen von Industrieemissionen haben natürliche Emissionen von immergrünen Pflanzen oder Kartoffeln einen erheblichen Einfluss aus das natürliche Vorkommen von Chlormethan in der Atmosphäre.
Welches Filament ist schädlicher, giftiger: ABS oder PLA?
ABS-Filament (Acrylnitril-Butadien-Styrol) enthält tendenziell mehr gesundheitsgefährdende und schädliche Stoffe als PLA-Filament, das aus Maisstärke und Additiven besteht. Eine Studie des Illinois Institute of Technology, auf die oben verwiesen wird, ergab, dass beim Drucken mit ABS-Filament eine zehnmal höhere Belastung durch ultrafeine Partikel entsteht.
Letztendlich ist ausschlaggebend, wie stark eine Person den Dämpfen eines FF 3D-Druckers ausgesetzt war. Ein aus PLA gedruckter Elefant setzt definitiv mehr schädliche Gase frei als eine aus ABS gedruckte Maus.
Leider beschränkte sich die Studie ausschließlich auf PLA und ABS. Auch andere Filamente für den FFF-3D-Druck setzen jedoch ultrafeinen Staub und schädliche Dämpfe frei.
- ASA-Filament
- HIPS-Filament
- Nylon-Filament
- PETG-Filament
- PMMA-Filament
- PVA-Filament
- TPE-Filament (Flex-Filament)
Ab wann ein Abluftsystem beim FDM Filament-Drucker einsetzen?
Wenn ein FFF 3D-Drucker im Dauerbetrieb läuft, sollte das Zimmer gemieden oder für eine gute Abluft gesorgt werden. Aber …
Frischluft kontra gleichmäßige Wärmeverteilung im Bauraum
Verschiedene Druckmaterialien wie ABS oder Nylon-Filament erfordern einen geschlossenen Druckraum mit einer konstanten Innentemperatur. Wird dabei jedoch ein Abluftsystem eingesetzt, das Ausdünstungen und Dämpfe absaugt und gleichzeitig Frischluft zugeführt wird, geht die Stabilität der Innentemperatur im Druckraum verloren.
Die einzige vernünftige Lösung für dieses Problem besteht darin, den geschlossenen 3D FDM-Drucker in ein leeres Zimmer zu stellen, welches über einen Abluftventilator zur Frischluftversorgung verfügt.
Fazit
In vielen Büros gelangen von der Straße her mehr Feinstaub und Autoabgase an den Arbeitsplatz, als ein handelsüblicher Desktop FF 3D-Drucker in 3 Stunden erzeugt.
Dennoch gibt es berechtigte Gründe, die gesundheitlichen Belastungen durch Desktop-3D-Drucker im Büro oder Wohnzimmer zu hinterfragen. Einige Menschen sind empfindlicher gegenüber Atemwegsreizungen als andere. Ich kenne jemanden, der sofort in einen Niesanfall verfällt, sobald er einen Raum mit kaum wahrnehmbarem Staub betritt.
In den meisten Fällen, in denen der kleine 3D-Drucker täglich 1 Stunde druckt, muss man abwägen, was getan werden muss und kann. Ist ein zweiter Raum verfügbar, der wenig frequentiert wird? Besitzt der 3D-Printer eine eingebaute Kamera, um den Druck mittels OctoPrint aus der Ferne zu kontrollieren und zu steuern?
Mein Tipp: Besorge dir einen 3D-Drucker mit geschlossenem Bauraum und integrierter WLAN-Kamera, um den Druckprozess überwachen und steuern zu können.
Platziere den Drucker, wenn möglich, in einem separaten Raum und sorge dafür, dass dieser Raum stündlich gut durchgelüftet wird.
Tipps zum Thema „Giftige Filamente“
Wenn ein Kauf ansteht, lohnt es sich über eine Website zum Thema „Tests & Kaufberatung“ erste Tipps zu suchen und gefundene Informationen auszuwerten. Es gibt teure und billige Anbieter. „Günstig“ ist aber meist in Verbindung mit „preiswert“ zu bewerten.
Bevor in Foren nach Lösungen zu Problemen gesucht wird, sollten auftretende erkannte Fehler untersucht werden, um Rückschlüsse auf Fehlerquellen zu finden. Oft wird nur eine Kleinigkeit übersehen oder versehentlich etwas verstellt, gelöscht.
