Code-Anforderungen für industrielle Additivfertigung und 3D-Druckgeräte

Die industrielle additive Fertigung (AM) wird seit mehreren Jahren eingesetzt, aber sie gewinnt immer mehr an Zugkraft, da immer mehr Unternehmen die Technologie zur Herstellung komplexer Teile mit spezifischen Materialeigenschaften für fortschrittliche Fertigungsanwendungen einsetzen. Durch die Verwendung eines mehrschichtigen Ansatzes zum Bau von Komponenten direkt aus digitalen Modellen ermöglichen diese Systeme komplexe Konstruktionen und helfen dabei, Materialverschwendung zu reduzieren.

Die industrielle AM-Ausrüstung umfasst große 3D-Drucker sowie Vor- und Nachverarbeitungssysteme, die den gesamten Produktionsablauf unterstützen. Diese Polymer- und Metall-3D-Drucksysteme dienen Branchen wie Fertigung, Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie und bieten die Möglichkeit, leichte, leistungsstarke Komponenten herzustellen. Diese Technologien bergen jedoch auch Sicherheitsrisiken.

Industrielle AM-Geräte bauen Teile Schicht für Schicht mithilfe von Technologien wie Fused Deposition Modeling (FDM), Selective Laser Sintering (SLS), Stereolithographie (SLA) und Powder Bed Fusion (PBF). Diese Polymer- und Metall-3D-Drucksysteme arbeiten oft mit brennbaren Metallpulvern, Hochenergielasern und reaktiven Materialien und erzeugen erhebliche Risiken für Feuer, Stromschlag und gefährliche Atmosphären. Die Ausrüstung befindet sich nun in einer Vielzahl von Einrichtungen, darunter Industriewerkstätten, Lohnhersteller, F&E-Labore, Fertigungsanlagen für Luft- und Raumfahrt und Automobile sowie medizinische und zahnmedizinische Labore, die Operationen wie die Produktion von Metallteilen für Flugzeuge und Hochleistungsmaschinen, Prototypenentwicklung, Werkzeuge, Dentalkomponenten und mehr unterstützen. Neben den Druckern selbst umfasst das Ökosystem Vorverarbeitungsgeräte für die Materialhandhabung und -vorbereitung sowie Nachverarbeitungsgeräte für die Aushärtung, Wärmebehandlung und Oberflächenbehandlung – jeweils mit zusätzlichen Sicherheitsrisiken.

Jüngste Fortschritte bei den Ausrüstungsfähigkeiten und Kostensenkungen haben die Einführung von AM-Technologie weltweit beschleunigt. Viele Rechtsordnungen sehen nun Installationen in Fertigungsanlagen in verschiedenen Branchen, was es für die Code-Behörden wichtig macht, die Sicherheitsrisiken und Code-Anforderungen zu verstehen.

Industrielle AM-Systeme stellen Gefahren dar, die sich von herkömmlichen Geräten unterscheiden. Häufige Risiken sind:

• Gefährliche Atmosphären – Brennbare Stäube, Pulver und brennbare Dämpfe können innerhalb der Maschine entzündbare Atmosphären erzeugen, die zu Bränden oder Explosionen führen können.  
• Brandgefahren – Wärmequellen, elektrische Komponenten und Prozessmaterialien können Zündquellen erzeugen, die zu einem Brand führen können.  
• Stromschlag – Hochspannungssysteme stellen während der Verwendung oder Wartung eine Stromschlaggefahr dar.  
• Energiegefahren – Laser, Motoren und Heizgeräte stellen ernsthafte energiebezogene Gefahren dar.  
• Verletzungsgefahren – Bewegliche Teile und Quetschstellen können zu Verletzungen des Bedieners führen.  
• Gefahren durch Laser – Ohne Sicherheitsvorkehrungen können hochintensive Strahlen Augen und Haut schädigen.  
• Verschluckgefahr – Feine Metall- oder Polymerpulver können Oberflächen verunreinigen oder in die Luft gelangen, was das Risiko einer versehentlichen Verschluckung während der Handhabung oder Wartung birgt.
• Erstickungsgefahren – Inerte Gase wie Argon oder Stickstoff, die in AM-Systemen aus Metall verwendet werden, können Sauerstoff im Arbeitsbereich verdrängen und sauerstoffarme Atmosphären schaffen, die – ohne ordnungsgemäße Belüftung oder Überwachung – ernsthafte Risiken für das Personal darstellen.

Reale Vorfälle unterstreichen diese Gefahren. Im Jahr 2024 entstand ein Brand in einem Bürogebäude in San Francisco in seinem 3D-Drucklabor.[1] Hervorhebung, dass AM-Bereiche ohne angemessene Schutzmaßnahmen erhebliche Brandgefahren darstellen können. In einem anderen Fall eine Staubabscheiderexplosion in einer Metall-3D-Druckanlage in Shanghai[2] trat auf, als Wasser mit Aluminiumlegierungspulver im Inneren des Kollektors in Kontakt kam, was eine wasserstofferzeugende Reaktion auslöste, die zu einer Deflagration führte, die zwei Arbeiter tötete und zwei andere verletzte. Die U.S. Occupational Safety and Health Administration (OSHA)[3] nannte eine Metall-3D-Druckerei, in der sich reaktive Metallpulver im Arbeitsbereich ansammelten und Belüftungs- und Sicherheitsvorkehrungen fehlten – was zu Brand- und Verpuffungsgefahren führte. 

Der International Fire Code (IFC) und der NFPA 1 Fire Code enthalten spezifische Bestimmungen für industrielle AM-Geräte. Beide Modellcodes erfordern, dass diese Ausrüstung gemäß UL 2011, dem Untersuchungsplan für Maschinen, aufgelistet und gekennzeichnet oder für die Anwendung auf der Grundlage einer von einer zugelassenen Behörde durchgeführten Feldbewertung genehmigt wird.

UL 2011 befasst sich mit den Brand- und Explosionsgefahren im Zusammenhang mit brennbaren Pulvern und Stäuben, die in additiven Pulverbett-Fertigungssystemen verwendet werden, und berücksichtigt die relevanten Anforderungen in NFPA 484 (Brennbare Metalle), NFPA 652 (Grundlagen brennbarer Stäube), NFPA 654 (Brennbare Partikelfeststoffe) oder NFPA 499 (Gefahrenbereiche). Die Anforderungen berücksichtigen auch Zündrisiken durch entzündliche Flüssigkeiten und Dämpfe, die in bestimmten AM-Prozessen verwendet werden, wobei die Richtlinien an NFPA 497 (Klassifizierung von entflammbaren Dämpfen und Gasen) und NFPA 30 (Code für entflammbare und brennbare Flüssigkeiten) gebunden sind.

Industrielle 3D-Drucker gelten als Industriemaschinen und unterliegen daher den Installationsanforderungen in Artikel 670 des National Electrical Code® (NEC®). Die Bewertung nach UL 2011 befasst sich mit Sicherheitsaspekten und enthält die Anforderungen an die Vorschriften für elektrische Geräte, die in industriellen Umgebungen verwendet werden.

Bei der Überprüfung von Plänen oder der Durchführung von Inspektionen sollten die Code-Behörden überprüfen, ob industrielle AM-Geräte entweder gemäß UL 2011 von einer zugelassenen Zertifizierungsstelle (Prüflabor) aufgeführt sind oder über eine Dokumentation einer genehmigten Feldbewertung in Gerichtsbarkeiten verfügen, die IFC oder NFPA 1 sowie das NEC® übernommen haben. Dies hilft den Code-Behörden zu bestimmen, ob industrielle AM-Systeme den geltenden Brandschutzanforderungen entsprechen, und unterstützt die Betriebssicherheit in industriellen Umgebungen.

Zusätzliche Gefahren können über die gesamte Materialhandhabungskette entstehen, einschließlich Pulverlagerung, Transfermechanismen, Druckvorgänge, thermische Prozesse und Nachbearbeitungsschritte wie Entstauben oder Veredeln. Wenn brennbare Gase, Dämpfe, brennbare Stäube, Fasern oder Fliegen in der Umgebung der Maschine vorhanden sein können, unterliegt die Installation je nach Art des aufgetretenen gefährlichen Materials auch den geltenden Bestimmungen der NEC® Artikel 500, 501, 502 und 503.

UL Solutions zertifiziert (listet) AM-Geräte unter der Produktkategorie Maschinen (GPNY) für die Einhaltung von UL 2011, dem Untersuchungskonzept für Maschinen. Informationen und Zertifizierungen (Auflistungen) können auf Product iQ® eingesehen werden.  Product iQ ist kostenlos erhältlich, erfordert jedoch eine einmalige Registrierung. Geben Sie nach der Registrierung GPNY in das Suchfeld ein.

Weitere Informationen zu den Dienstleistungen von UL Solutions für AM- und 3D-Druckgeräte finden Sie auf unserer Serviceseite Additive Manufacturing.