趙波，李臻，王利軍，張占波

（上海毅速激光科技有限公司）

摘要：金屬 3D 打印技術(shù)作為制造業(yè)的新興力量，在金屬加工、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，金屬 3D 打印生產(chǎn)中的安全問(wèn)題也日益凸顯，尤其是火災(zāi)和爆炸事故。本文通過(guò)分析金屬 3D 打印生產(chǎn)過(guò)程中存在的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)因素，并提出相應(yīng)的安全措施，旨在為金屬 3D 打印行業(yè)在投產(chǎn)及生產(chǎn)過(guò)程中的安全提供參考。

關(guān)鍵詞：金屬 3D 打??；安全生產(chǎn)；粉塵燃爆；火災(zāi)爆炸；預(yù)防措施

The Importance of Metal 3D Printing Safety

Abstract：Metal 3D printing technology, as an emerging force in manufacturing, isincreasingly applied in fields such as metal processing, healthcare, and aerospace. However, along with the development of the technology, safety issues in metal 3Dprinting production, particularly fire and explosion risks, have become more prominent. This paper analyzes the fire and explosion hazards present in the metal 3D printingproduction process and proposes corresponding safety measures, aiming to provide areference for ensuring safety during the production and operational processes in themetal 3D printing industry. 

Keywords: Metal 3D Printing; workplace safety; Dust explosion; fire explosion;precaution

引言

3D 打印技術(shù)，又稱(chēng)增材制造技術(shù)，以其制造靈活性高、制造速度快、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別是在金屬加工領(lǐng)域，金屬 3D 打印技術(shù)能夠制造出高強(qiáng)度、高精度的金屬零件，推動(dòng)了制造業(yè)的革新。但是，金屬 3D 打印過(guò)程中使用的金屬粉末，如鋁合金、鈦合金等，屬于可燃性粉塵，操作不當(dāng)易導(dǎo)致粉塵燃爆，引發(fā)生產(chǎn)安全事故。因此，探討金屬 3D 打印安全生產(chǎn)的重要性，對(duì)于預(yù)防事故、保護(hù)人員安全、保障企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

一、金屬 3D 打印安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)分析

（一）粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)金屬 

3D 打印技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中，金屬粉末的使用是不可避免的。這些金屬粉末在空氣中懸浮，形成粉塵云，一旦遇到點(diǎn)火源，極易引發(fā)爆炸。《3D 打印過(guò)程中的粉塵燃爆風(fēng)險(xiǎn)探析》中提到，微米級(jí)金屬粉末由于其粒徑小、表面積大，易懸浮在空中與空氣形成易燃易爆的混合物[1]。例如，美國(guó)馬薩諸塞州沃本市的 Powderpart Inc.公司在使用可燃金屬粉末的 3D 打印機(jī)時(shí)發(fā)生金屬粉塵爆炸，造成嚴(yán)重?zé)齻鹿蔥1]。

（二）有害氣體釋放金屬 

3D 打印過(guò)程中，金屬粉末與水反應(yīng)可能產(chǎn)生易燃易爆的氫氣。《3D 打印行業(yè)火災(zāi)爆炸事故及安全措施研究》中提到，金屬粉末與水的接觸會(huì)產(chǎn)生氫氣，增加了粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)[3]。此外，金屬粉末在激光燒結(jié)過(guò)程中可能釋放有害氣體，對(duì)作業(yè)人員的健康構(gòu)成威脅。

（三）設(shè)備操作風(fēng)險(xiǎn)

《上海臨港漢邦科技公司“9·14”中效》中的事故調(diào)查報(bào)告指出，作業(yè)人員在更換濾芯時(shí)違反操作規(guī)程，未按規(guī)定佩戴防護(hù)用品，導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生[4]。這表明設(shè)備操作不當(dāng)是金屬 3D 打印安全生產(chǎn)中的一個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)因素。操作人員對(duì)設(shè)備操作規(guī)程的不熟悉或忽視，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。 

二、安全事故舉例

（一）中南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故

時(shí)間：2022 年 4 月 20 日

地點(diǎn)：中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

事故描述：實(shí)驗(yàn)室鋁粉爆燃，一名博士研究生受傷嚴(yán)重，全身 60%燒傷，右眼球可能受損。

影響：因部分實(shí)驗(yàn)室不符合安全條例，院內(nèi)實(shí)驗(yàn)室全部關(guān)停整改[5]。

（二）上海漢邦聯(lián)航激光科技有限公司事故

時(shí)間：2023 年 9 月 14 日

地點(diǎn)：上海市臨港新片區(qū)事故描述：中效凈化箱發(fā)生兩次粉塵爆燃，導(dǎo)致 3 人死亡、1 人重傷。

原因：作業(yè)人員違反操作規(guī)程，對(duì)充滿(mǎn)鋁鎂粉塵的濾芯加水導(dǎo)致爆炸[4]。

（三）美國(guó)馬薩諸塞州 Powderpart Inc.公司事故

時(shí)間：2013 年

地點(diǎn)：美國(guó)馬薩諸塞州沃本市

事故描述：金屬粉塵爆炸，一名工人被三度燒傷。

設(shè)備：使用可燃金屬粉末的 3D 打印機(jī)[5]。 

三、安全生產(chǎn)管理措施

（一）風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與評(píng)估

企業(yè)應(yīng)根據(jù)《3D 打印技術(shù)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)及治理對(duì)策研究》中提到的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法，對(duì)金屬 3D 打印過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面辨識(shí)和評(píng)估，制定相應(yīng)的預(yù)防措施[2]。企業(yè)應(yīng)組織專(zhuān)家、技術(shù)人員或委托專(zhuān)業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，特別是對(duì)于初次接觸或使用的新材料和新工藝，要督促技術(shù)人員切實(shí)了解掌握其安全技術(shù)特性，督促操作人員切實(shí)落實(shí)安全防范措施。

（二）安全教育培訓(xùn)

根據(jù)《上海臨港漢邦科技公司“9·14”中效》中的事故原因分析，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)，確保作業(yè)人員熟悉操作規(guī)程和應(yīng)急處理措施，提高安全意識(shí)[4]。安全教育培訓(xùn)應(yīng)涵蓋安全生產(chǎn)法律法規(guī)、安全操作規(guī)程、應(yīng)急處置措施、安全防護(hù)知識(shí)等方面。通過(guò)培訓(xùn)，使作業(yè)人員具備應(yīng)有的安全意識(shí)、自我防護(hù)能力和崗位操作技能。

（三）安全操作規(guī)程

企業(yè)應(yīng)制定和嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程?！?D 打印行業(yè)火災(zāi)爆炸事故及安全措施研究》中提到的防火防爆技術(shù)措施，以及個(gè)人防護(hù)裝備的正確使用，都是安全操作規(guī)程的重要組成部分[3]。企業(yè)應(yīng)確保所有操作人員都能夠遵守操作規(guī)程，特別是在涉及粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)較高的工序中，如金屬粉末的輸送、儲(chǔ)存和處理等。

（四）應(yīng)急處置能力

企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)急處置能力建設(shè)，制定應(yīng)急預(yù)案，并定期進(jìn)行演練，確保在發(fā)生事故時(shí)能夠迅速有效地進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)。《3D 打印技術(shù)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)及治理對(duì)策研究》中提到，企業(yè)應(yīng)培訓(xùn)員工在發(fā)生安全事故時(shí)的應(yīng)急處置能力，包括事故報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)疏散、救援等，確保作業(yè)人員掌握相關(guān)應(yīng)急救援知識(shí)[2]。

（五）設(shè)備安全設(shè)計(jì)

金屬 3D 打印設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮安全因素，包括防塵、防爆、防火等。設(shè)備應(yīng)配備必要的安全裝置，如自動(dòng)滅火系統(tǒng)、泄壓裝置、緊急停機(jī)按鈕等。此外，設(shè)備的操作界面應(yīng)直觀易懂，避免操作人員因誤操作而導(dǎo)致事故。

（六）環(huán)境監(jiān)控與檢測(cè)

金屬 3D 打印生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)配備有效的監(jiān)控和檢測(cè)設(shè)備，如可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器、粉塵濃度監(jiān)測(cè)儀等。這些設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)環(huán)境中的危險(xiǎn)因素，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即發(fā)出警報(bào)，以便采取相應(yīng)的安全措施。

（七）個(gè)人防護(hù)裝備

作業(yè)人員在金屬 3D 打印作業(yè)過(guò)程中，必須正確佩戴和使用個(gè)人防護(hù)裝備，如防塵口罩、防護(hù)眼鏡、防火服等。這些裝備能夠有效減少作業(yè)人員接觸有害粉塵和氣體的風(fēng)險(xiǎn)。

（八）法規(guī)遵守與政策支持

政府和相關(guān)部門(mén)應(yīng)制定和完善金屬 3D 打印行業(yè)的安全生產(chǎn)法規(guī)和政策，為企業(yè)提供明確的安全生產(chǎn)指導(dǎo)。同時(shí)，政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)金屬 3D 打印企業(yè)的監(jiān)管，確保企業(yè)遵守安全生產(chǎn)法規(guī)，及時(shí)糾正違法違規(guī)行為。 

四、毅速解決方案

（一）完善的粉末惰化安全保障機(jī)制

在粉末處理領(lǐng)域，惰化技術(shù)是一種有效的安全保障手段。毅速公司致力于提供完善的粉末惰化安全保障機(jī)制，以確保生產(chǎn)過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。

1、惰化技術(shù)原理

反吹柜中的碳酸鈣作為一種惰性粉末，可以覆蓋在金屬粉塵上，從而隔絕金屬粉塵與空氣中的氧氣接觸。碳酸鈣在高溫下分解，生成氧化鈣和二氧化碳。這一過(guò)程能夠吸收熱量并釋放不活潑的氣體（如二氧化碳），有助于降低粉塵環(huán)境中的溫度，抑制粉塵的燃燒反應(yīng)。

2、惰化設(shè)備與系統(tǒng)

金屬3D打印服務(wù)商毅速公司提供專(zhuān)業(yè)的惰化設(shè)備與系統(tǒng)，包括惰性氣體供應(yīng)裝置、控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)裝置等。這些設(shè)備與系統(tǒng)能夠精確控制惰性氣體的充入量和速度，確保惰化效果的穩(wěn)定性和可靠性。

3、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警

為確保惰化效果，毅速公司的安全保障機(jī)制還包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)粉末處理系統(tǒng)中的氧氣濃度、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警，以便操作人員采取相應(yīng)措施。

4、應(yīng)急處理措施

除了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警外，毅速公司還制定了詳細(xì)的應(yīng)急處理措施。一旦發(fā)生危險(xiǎn)情況，操作人員可以迅速按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處置，最大限度地減少損失。

（二）反吹柜整體換新服務(wù)

反吹柜是粉末處理系統(tǒng)中重要的組成部分，用于清除附著在過(guò)濾器上的粉末顆粒。隨著使用時(shí)間的增加，反吹柜的性能可能會(huì)逐漸下降，甚至出現(xiàn)故障。為確保粉末處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，毅速公司提供反吹柜整體換新服務(wù)。

1、服務(wù)內(nèi)容

毅速公司的反吹柜整體換新服務(wù)包括拆除舊的反吹柜、安裝新的反吹柜以及相關(guān)的調(diào)試和檢測(cè)工作。確保新的反吹柜能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，并具備良好的性能和穩(wěn)定性。

2、專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)

毅速公司擁有專(zhuān)業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和技能。他們能夠根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際需求，提供定制化的反吹柜換新方案，并確保服務(wù)的質(zhì)量和效率。

3、售后服務(wù)

除了提供優(yōu)質(zhì)的換新服務(wù)外，毅速公司還提供完善的售后服務(wù)。包括定期維護(hù)、檢修以及技術(shù)支持等，確保反吹柜能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。綜上所述，毅速公司致力于為客戶(hù)提供完善的粉末惰化安全保障機(jī)制和反吹柜整體換新服務(wù)。通過(guò)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，確?？蛻?hù)的粉末處理系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，為客戶(hù)創(chuàng)造更大的價(jià)值。 

四、結(jié)論

金屬 3D 打印技術(shù)的安全生產(chǎn)管理是保障行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、安全教育培訓(xùn)、操作規(guī)程的制定與執(zhí)行以及應(yīng)急處置能力的提升，可以有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保障人員安全和生產(chǎn)效率。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和安全管理措施的完善，金屬3D 打印將在安全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[5]中南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室鋁粉爆燃，博士生受傷嚴(yán)重，3D 打印實(shí)驗(yàn)安全性引關(guān)注|3d 打印|中南大學(xué)|材料|粉末|金屬_手機(jī)網(wǎng)易網(wǎng) (163.com)