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2024-02-19 返回

拒绝爆炸风险：金属3D打印手套箱技术详解

粉尘爆燃

再次敲响警钟

2023年9月14日14时许，上海一科技公司发生粉尘爆燃事故，短时间内粉尘两次爆燃，造成2人死亡、2人重伤（重伤人员烧伤面积分别为90%和70%）。9月14日，作业人员准备

在车间内更换滤筒除尘器的滤芯。11时32分，滤筒除尘器发生第一次爆燃。作业人员立即灭火，爆燃未进一步扩散。

（文章内容来源于网络）

13时40分，作业人员打开滤筒除尘器。

14时02分，作业人员向滤筒除尘器滤芯泼水，滤筒除尘器发生第二次爆燃。

爆炸原因

铝粉与水接触

当日11时30分许，在更换滤筒除尘器滤芯前，作业人员对滤芯进行“湿化”处理，将自来水喷入滤芯和收尘桶内，水与铝合金粉尘接触发生放热反应产生氢气，由于收尘桶体积小，桶内累积氢气浓度较高，在作业人员进行收尘桶拆卸操作时，因静电或机械撞击等原因引起收尘桶内局部爆燃。收尘桶与除尘器腔体之间用蝶阀隔离，本次局部爆燃未传播至腔体内。

14时02分许作业人员将滤筒除尘器转移至车间外，在打开箱门后，疑似作业人员发现滤芯区域存在高温冒烟现象，随后作业人员直接向滤芯泼水，在高温条件下迅速造成反应失控，引发粉尘自燃和迸射，导致箱体内发生爆燃，致使周边员工烧伤。

据悉，金属3D打印中大多使用的是微米级铝粉！不仅具有易燃属性，遇水反应放出氢气的速度，也比一般铝材迅速得多。据专家介绍，铝粉和水反应释放氢气的同时还会产生热量，当水量足够时，热量能够及时耗散，不会造成热量累积；但在半干半湿状态下，因导热性能差，反应放出的热量很容易在铝粉堆中累积，从而出现温度升高的现象，温度越高，铝粉和水的反应越激烈，累积的热量也越多，往往将导致铝粉的自燃。

金属粉尘爆炸原因

助燃性气体：一定的氧含量是粉尘燃烧的基础。

可燃性粉尘：可与助燃气体发生氧化反应而燃烧的粉尘。

点火源：能使局部粉尘云的温度骤增发生燃烧的高温热源。

粉尘云：悬浮在空中且达到爆炸下限的可燃性粉尘云。

密闭空间：粉尘云被限制在了相对密闭的空间。

中南大学实验室铝粉爆燃

3D打印安全问题不容忽视

2022年4月20日，中南大学材料科学与工程学院发生一起爆燃事故，一名博士研究生受伤。而此次中南大学发生的痛心事件让我们对3D打印相关的实验安全性敲响了警钟，无论对于制粉还是3D打印工艺实验相关。2013年，美国马萨诸塞州沃本市的 Powderpart Inc. 公司发生金属粉尘爆炸，一名当时独自在工厂工作的工人被三度烧伤，现场至少有一台使用可燃金属粉末的3D打印机。除此之外，国内也出现过与金属3D打印相关的危险事件。

3D打印的重要材料——钛和铝等均是活泼金属，这些材料可燃，因此会像粉尘一样爆炸。钛和铝的燃烧速度也非常快，并会产生极高的温度和压力，因此需要格外小心。与粉尘相关的危害程度在很大程度上取决于相关材料的数量及其在该数量下的行为。粉尘爆炸是由悬浮在封闭空间中的颗粒快速燃烧引起的。当这些颗粒与火花、明火、过热的表面或机器放电接触时，就会发生爆炸。

（文章内容来源于网络）

金属3D打印的从业人员要考虑所使用的集尘器或吸尘器中混合的材料，会不会引发铝热反应，是否配备了D类灭火器等等。实际上，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。

不仅如此，在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。

金属3D打印保护

安全刻不容缓

基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。

金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

（大型金属3D打印手套箱）

3D打印安全保护

3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。

（大型金属3D打印手套箱）

技术优势

●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。

●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。

●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。

●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。

●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。

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