Gesundheitsrisiken 3D-Druck: Wie giftig sind PLA und andere Filamente wirklich?
Wie giftig sind Filamente im 3D-Druck?
Hier ist die überarbeitete Version deines Textes mit verbessertem Stil, klarerer Struktur und präziserem Ausdruck: — **Ist der FFF-(FDM)-3D-Druck mit allen Filamenten gesundheitsschädlich?** Sind manche Filamente beim Drucken gefährlicher als andere? Ist ABS wirklich giftiger als PLA oder Carbon-Filament? Und was bedeutet im Zusammenhang mit dem 3D-Druck überhaupt „giftig“ oder „gesundheitsgefährdend“? Über diese Fragen gibt es unterschiedliche Meinungen – ähnlich wie bei der Diskussion um die tägliche Tasse Kaffee. Auch bei 3D-Druck-Filamenten gilt: Die Einschätzung hängt stark vom jeweiligen Material und den spezifischen Bedingungen ab. Grundsätzlich muss man zwischen der Entstehung und Freisetzung von **Feinstaub** sowie von **gesundheitlich bedenklichen Dämpfen, Gasen oder chemischen Verbindungen** unterscheiden. Feine und ultrafeine Partikel entstehen bei nahezu allen thermoplastischen Filamenten während des FFF-3D-Drucks. Darüber hinaus werden bei jedem Filament in unterschiedlichem Ausmaß **flüchtige organische Verbindungen (VOCs)** freigesetzt – bei manchen Materialien stärker, bei anderen weniger. — Möchtest du, dass ich den Text zusätzlich wissenschaftlicher oder populärwissenschaftlicher formuliere (z. B. für einen Fachbericht oder Blogartikel)?
Emission von Feinstaub
Feinstaub entsteht überall dort, wo mechanische Prozesse stattfinden. Diese feinen Partikel können sich in den Atemwegen ablagern und eine Vielzahl gesundheitlicher Probleme verursachen. Besonders bedenklich sind die sogenannten ultrafeinen Partikel (UFP) – winzige Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie tief in die Lunge eindringen und über den Riechnerv sogar bis ins Gehirn gelangen. Eine Studie des Illinois Institute of Technology zeigte, dass 3D-Drucker, die mit Kunststoffen arbeiten, ebenfalls Feinstaub freisetzen. Beim Erhitzen und Verarbeiten thermoplastischer Kunststoffe entstehen ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern, die in die Umgebungsluft abgegeben werden können.
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.