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、航空航天等領域的應用日益廣泛。然而，伴隨著技術的發(fā)展，金屬 3D 打印生產(chǎn)中的安全問題也日益凸顯，尤其是火災和爆炸事故。本文通過分析金屬 3D 打印生產(chǎn)過程中存在的火災、爆炸危險因素，并提出相應的安全措施，旨在為金屬 3D 打印行業(yè)在投產(chǎn)及生產(chǎn)過程中的安全提供參考。

關鍵詞：金屬 3D 打?。话踩a(chǎn)；粉塵燃爆；火災爆炸；預防措施

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，又稱增材制造技術，以其制造靈活性高、制造速度快、節(jié)約材料等優(yōu)點，在多個領域得到廣泛應用。特別是在金屬加工領域，金屬 3D 打印技術能夠制造出高強度、高精度的金屬零件，推動了制造業(yè)的革新。但是，金屬 3D 打印過程中使用的金屬粉末，如鋁合金、鈦合金等，屬于可燃性粉塵，操作不當易導致粉塵燃爆，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，對于預防事故、保護人員安全、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)風險分析

（一）粉塵爆炸風險金屬 

3D 打印技術在生產(chǎn)過程中，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，一旦遇到點火源，極易引發(fā)爆炸?！?D 打印過程中的粉塵燃爆風險探析》中提到，微米級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 打印機時發(fā)生金屬粉塵爆炸，造成嚴重燒傷事故[1]。

（二）有害氣體釋放金屬 

3D 打印過程中，金屬粉末與水反應可能產(chǎn)生易燃易爆的氫氣?！?D 打印行業(yè)火災爆炸事故及安全措施研究》中提到，金屬粉末與水的接觸會產(chǎn)生氫氣，增加了粉塵爆炸的風險[3]。此外，金屬粉末在激光燒結過程中可能釋放有害氣體，對作業(yè)人員的健康構成威脅。

（三）設備操作風險

《上海臨港漢邦科技公司“9·14”中效》中的事故調(diào)查報告指出，作業(yè)人員在更換濾芯時違反操作規(guī)程，未按規(guī)定佩戴防護用品，導致爆炸事故的發(fā)生[4]。這表明設備操作不當是金屬 3D 打印安全生產(chǎn)中的一個重要風險因素。操作人員對設備操作規(guī)程的不熟悉或忽視，可能導致嚴重的安全事故。 

二、安全事故舉例

（一）中南大學實驗室事故

時間：2022 年 4 月 20 日

地點：中南大學材料科學與工程學院

事故描述：實驗室鋁粉爆燃，一名博士研究生受傷嚴重，全身 60%燒傷，右眼球可能受損。

影響：因部分實驗室不符合安全條例，院內(nèi)實驗室全部關停整改[5]。

（二）上海漢邦聯(lián)航激光科技有限公司事故

時間：2023 年 9 月 14 日

地點：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，導致 3 人死亡、1 人重傷。

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

（三）美國馬薩諸塞州 Powderpart Inc.公司事故

時間：2013 年

地點：美國馬薩諸塞州沃本市

事故描述：金屬粉塵爆炸，一名工人被三度燒傷。

設備：使用可燃金屬粉末的 3D 打印機[5]。 

三、安全生產(chǎn)管理措施

（一）風險辨識與評估

企業(yè)應根據(jù)《3D 打印技術存在的安全風險及治理對策研究》中提到的風險辨識方法，對金屬 3D 打印過程中可能存在的風險進行全面辨識和評估，制定相應的預防措施[2]。企業(yè)應組織專家、技術人員或委托專業(yè)服務機構進行安全評價，特別是對于初次接觸或使用的新材料和新工藝，要督促技術人員切實了解掌握其安全技術特性，督促操作人員切實落實安全防范措施。

（二）安全教育培訓

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)應加強安全教育培訓，確保作業(yè)人員熟悉操作規(guī)程和應急處理措施，提高安全意識[4]。安全教育培訓應涵蓋安全生產(chǎn)法律法規(guī)、安全操作規(guī)程、應急處置措施、安全防護知識等方面。通過培訓，使作業(yè)人員具備應有的安全意識、自我防護能力和崗位操作技能。

（三）安全操作規(guī)程

企業(yè)應制定和嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程?！?D 打印行業(yè)火災爆炸事故及安全措施研究》中提到的防火防爆技術措施，以及個人防護裝備的正確使用，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險較高的工序中，如金屬粉末的輸送、儲存和處理等。

（四）應急處置能力

企業(yè)應加強應急處置能力建設，制定應急預案，并定期進行演練，確保在發(fā)生事故時能夠迅速有效地進行應急響應?！?D 打印技術存在的安全風險及治理對策研究》中提到，企業(yè)應培訓員工在發(fā)生安全事故時的應急處置能力，包括事故報告、現(xiàn)場疏散、救援等，確保作業(yè)人員掌握相關應急救援知識[2]。

（五）設備安全設計

金屬 3D 打印設備的設計應充分考慮安全因素，包括防塵、防爆、防火等。設備應配備必要的安全裝置，如自動滅火系統(tǒng)、泄壓裝置、緊急停機按鈕等。此外，設備的操作界面應直觀易懂，避免操作人員因誤操作而導致事故。

（六）環(huán)境監(jiān)控與檢測

金屬 3D 打印生產(chǎn)環(huán)境應配備有效的監(jiān)控和檢測設備，如可燃氣體檢測報警器、粉塵濃度監(jiān)測儀等。這些設備能夠實時監(jiān)測作業(yè)環(huán)境中的危險因素，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即發(fā)出警報，以便采取相應的安全措施。

（七）個人防護裝備

作業(yè)人員在金屬 3D 打印作業(yè)過程中，必須正確佩戴和使用個人防護裝備，如防塵口罩、防護眼鏡、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險。

（八）法規(guī)遵守與政策支持

政府和相關部門應制定和完善金屬 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。同時，政府應加強對金屬 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制

在粉末處理領域，惰化技術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制，以確保生產(chǎn)過程中的安全性和穩(wěn)定性。

1、惰化技術原理

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。

2、惰化設備與系統(tǒng)

金屬3D打印服務商毅速公司提供專業(yè)的惰化設備與系統(tǒng)，包括惰性氣體供應裝置、控制系統(tǒng)、監(jiān)測裝置等。這些設備與系統(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、實時監(jiān)測與預警

為確保惰化效果，毅速公司的安全保障機制還包括實時監(jiān)測與預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測粉末處理系統(tǒng)中的氧氣濃度、溫度等關鍵參數(shù)，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時及時發(fā)出預警，以便操作人員采取相應措施。

4、應急處理措施

除了實時監(jiān)測與預警外，毅速公司還制定了詳細的應急處理措施。一旦發(fā)生危險情況，操作人員可以迅速按照應急預案進行處置，最大限度地減少損失。

（二）反吹柜整體換新服務

反吹柜是粉末處理系統(tǒng)中重要的組成部分，用于清除附著在過濾器上的粉末顆粒。隨著使用時間的增加，反吹柜的性能可能會逐漸下降，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。

1、服務內(nèi)容

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

2、專業(yè)團隊

毅速公司擁有專業(yè)的技術團隊，具備豐富的經(jīng)驗和技能。他們能夠根據(jù)客戶的實際需求，提供定制化的反吹柜換新方案，并確保服務的質(zhì)量和效率。

3、售后服務

除了提供優(yōu)質(zhì)的換新服務外，毅速公司還提供完善的售后服務。包括定期維護、檢修以及技術支持等，確保反吹柜能夠長期穩(wěn)定運行。綜上所述，毅速公司致力于為客戶提供完善的粉末惰化安全保障機制和反吹柜整體換新服務。通過專業(yè)的技術和優(yōu)質(zhì)的服務，確保客戶的粉末處理系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運行，為客戶創(chuàng)造更大的價值。 

四、結論

金屬 3D 打印技術的安全生產(chǎn)管理是保障行業(yè)健康發(fā)展的關鍵。通過風險辨識、安全教育培訓、操作規(guī)程的制定與執(zhí)行以及應急處置能力的提升，可以有效降低安全風險，保障人員安全和生產(chǎn)效率。未來，隨著技術的進步和安全管理措施的完善，金屬3D 打印將在安全的基礎上實現(xiàn)更廣泛的應用。

參考文獻

[1]顧聞，王進飛. 3D 打印過程中的粉塵燃爆風險探析[J]. 環(huán)保與節(jié)能，2024(9): 75-79.

[2]王衛(wèi)華. 3D 打印技術存在的安全風險及治理對策研究[J]. 公理理論與實踐，2023(9): 33-38.

[3]邵芳芳，王國偉. 3D 打印行業(yè)火災爆炸事故及安全措施研究[J]. 建筑防火，2024(6): 78-80.

[4]上海市人民政府事故調(diào)查組. 上海臨港漢邦科技公司“9·14”中效凈化箱較大爆炸事故調(diào)查報告[R]. 上海：上海市應急管理局，2024.

[5]中南大學實驗室鋁粉爆燃，博士生受傷嚴重，3D 打印實驗安全性引關注|3d 打印|中南大學|材料|粉末|金屬_手機網(wǎng)易網(wǎng) (163.com)