Wie giftig sind Filamente im 3D-Druck?
Ist der FFF (FDM) 3D-Druck mit verschiedenen Filamenten gesundheitsschädlich? Sind einige Filamente im Druckprozess gefährlicher als andere? Ist ABS-Filament giftiger als PLA- oder Carbon-Filament? Was bedeuten eigentlich die Begriffe „giftig“ und „gesundheitsgefährdend“ im Kontext des 3D-Drucks mit thermoplastischen Kunststofffilamenten? Diese Fragen führen oft zu unterschiedlichen Meinungen, ähnlich wie die Debatte über die tägliche Tasse Kaffee. Auch bei Filamenten gilt es, sorgfältig zu differenzieren. Hierbei sollten wir zwischen der Entstehung und Freisetzung von Feinstaub sowie gesundheitsschädlichen Dämpfen, Gasen und Chemikalien unterscheiden. Alle Filamente in einem FFF-Drucker erzeugen Feinstaub und ultrafeine Partikel. Gleichzeitig setzen alle Filamente flüchtige organische Verbindungen (VOCs frei), allerdings in unterschiedlichen Mengen. Es ist wichtig, sich dieser Unterschiede bewusst zu sein, um informierte Entscheidungen über die Verwendung von Filamenten im 3D-Druck zu treffen.
Emission von Feinstaub
Feinstaub entsteht in zahlreichen mechanischen Prozessen und lagert sich in den Atemwegen ab, wodurch potenzielle gesundheitliche Komplikationen auftreten können. Besonders besorgniserregend sind die ultrafeinen Partikel (UFP), die kleiner als 100 Nanometer sind. Diese Partikel haben die Fähigkeit, sich in den Atemwegen anzusammeln und über den Riechnerv in das Gehirn einzudringen. Eine Untersuchung des **[Illinois Institute of Technology](https://chemicalinsights.org/wp-content/uploads/2022/12/Chemical-Insights_3D-Toxicity-Report_final.pdf)** ergab, dass 3D-Drucker, die mit Kunststoffen arbeiten, ebenfalls Feinstaub freisetzen. Das Erhitzen und Drucken mit thermoplastischen Kunststoffen führt zur Emission von ultrafeinen Partikeln mit Durchmessern unter 100 Nanometern. Diese Erkenntnisse verdeutlichen die Notwendigkeit, den Einfluss von Feinstaub auf die Gesundheit ernst zu nehmen und entsprechende Vorsorgemaßnahmen zu ergreifen.
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 Druckmaterialmaterial wurde PLA (Polyactid) und ABS (Acryl-Butadien-Styrol) verwendet. Beim Druck mit PLA-Filament wurden in der Minute rund 20 Milliarden UFP freigesetzt, bei ABS-Filament rund 200 Milliarden UFP.
In der Studie wurden die gemessenen Werte mit Emissionsraten anderer Geräte verglichen.
Die Emissionsrate ultrafeiner Partikeln beim 3D-Druckvorgang mit ABS lag ähnlich wie beim Grillen von Speisen auf Gas- oder Elektroherden bei niedriger Leistung.
Problematisch: Verschiedene Zusätze in Filamenten
PLA wird oft als unbedenkliches Filament aus nachwachsendem Mais beworben und verkauft. In der Praxis werden viele Zusätze beigemischt. PLA-Filament besteht aus einer Mischung vieler verschiedener Zusätze, Materialien, Additiven und nicht nur aus Maisstärke mit einem Farbstoff. Bis zu 40 % des Filaments besteht 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?
Tendenziell enthält ABS-Filament (Acrylnitril-Butadien-Styrol) mehr gesundheitlich bedenkliche und gefährliche Stoffe als PLA-Filament aus Maisstärke und zugesetzten Additiven. Die oben verlinkte Studie des Illinois Institute of Technology ergab eine 10x höhere Feinstaubbelastung mit ultrafeinen Partikeln bei dem Druck mit ABS-Filament.
Doch am Ende entscheidet, wie intensiv eine Person mit den Dämpfen eines FF 3D-Druckers in Berührung kam. Ein mit PLA gedruckter Elefant gibt definitiv mehr schädliche Gase ab als eine mit ABS gedruckte Maus.
Leider blieb die Studie auf PLA und ABS beschränkt. Doch auch andere Filamente für den FFF 3D-Druck erzeugen ultrafeinen Staub und schädliche Dämpfe.
- 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 konstanter Innentemperatur. Wenn beim Druck ein Abluftsystem Ausdünstungen, Dämpfe absaugt und Frischluft nachströmen lässt, ist die Idee mit der konstanten Temperatur im Bauraum dahin.
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.
Trotzdem gibt es berechtigte Gründe, um über die gesundheitlichen Belastungen von Desktop 3D-Druckern im Büro oder dem Wohnzimmer nachzudenken. Manche Menschen sind sensibler als andere, wenn es um die Reizung der Atemwege geht. Ich kenne jemanden, der sofort einen Niesanfall bekommt, wenn er einen Raum mit kaum wahrnehmbaren 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 Tip: Kaufe einen 3D-Drucker mit geschlossenem Bauraum und einer eingebauten Wifi-Minikamera (WLAN) zur Kontrolle und Steuerung des Druckprozesses.
Stelle den Drucker – wenn möglich – in einen separaten Raum und lüfte ihn jede Stunde ordentlich durch.
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.
