论金属 3D 打印安全生产重要性

赵波，李臻，王利军，张占波

（上海毅速激光科技有限公司）

摘要：金属 3D 打印技术作为制造业的新兴力量，在金属加工、医疗、航空航天等领域的应用日益广泛。然而，伴随着技术的发展，金属 3D 打印生产中的安全问题也日益凸显，尤其是火灾和爆炸事故。本文通过分析金属 3D 打印生产过程中存在的火灾、爆炸危险因素，并提出相应的安全措施，旨在为金属 3D 打印行业在投产及生产过程中的安全提供参考。

关键词：金属 3D 打印；安全生产；粉尘燃爆；火灾爆炸；预防措施

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 打印技术，又称增材制造技术，以其制造灵活性高、制造速度快、节约材料等优点，在多个领域得到广泛应用。特别是在金属加工领域，金属 3D 打印技术能够制造出高强度、高精度的金属零件，推动了制造业的革新。但是，金属 3D 打印过程中使用的金属粉末，如铝合金、钛合金等，属于可燃性粉尘，操作不当易导致粉尘燃爆，引发生产安全事故。因此，探讨金属 3D 打印安全生产的重要性，对于预防事故、保护人员安全、保障企业可持续发展具有重大意义。

一、金属 3D 打印安全生产风险分析

（一）粉尘爆炸风险金属 

3D 打印技术在生产过程中，金属粉末的使用是不可避免的。这些金属粉末在空气中悬浮，形成粉尘云，一旦遇到点火源，极易引发爆炸。《3D 打印过程中的粉尘燃爆风险探析》中提到，微米级金属粉末由于其粒径小、表面积大，易悬浮在空中与空气形成易燃易爆的混合物[1]。例如，美国马萨诸塞州沃本市的 Powderpart Inc.公司在使用可燃金属粉末的 3D 打印机时发生金属粉尘爆炸，造成严重烧伤事故[1]。

（二）有害气体释放金属 

3D 打印过程中，金属粉末与水反应可能产生易燃易爆的氢气。《3D 打印行业火灾爆炸事故及安全措施研究》中提到，金属粉末与水的接触会产生氢气，增加了粉尘爆炸的风险[3]。此外，金属粉末在激光烧结过程中可能释放有害气体，对作业人员的健康构成威胁。

（三）设备操作风险

《上海临港汉邦科技公司“9·14”中效》中的事故调查报告指出，作业人员在更换滤芯时违反操作规程，未按规定佩戴防护用品，导致爆炸事故的发生[4]。这表明设备操作不当是金属 3D 打印安全生产中的一个重要风险因素。操作人员对设备操作规程的不熟悉或忽视，可能导致严重的安全事故。 

二、安全事故举例

（一）中南大学实验室事故

时间：2022 年 4 月 20 日

地点：中南大学材料科学与工程学院

事故描述：实验室铝粉爆燃，一名博士研究生受伤严重，全身 60%烧伤，右眼球可能受损。

影响：因部分实验室不符合安全条例，院内实验室全部关停整改[5]。

（二）上海汉邦联航激光科技有限公司事故

时间：2023 年 9 月 14 日

地点：上海市临港新片区事故描述：中效净化箱发生两次粉尘爆燃，导致 3 人死亡、1 人重伤。

原因：作业人员违反操作规程，对充满铝镁粉尘的滤芯加水导致爆炸[4]。

（三）美国马萨诸塞州 Powderpart Inc.公司事故

时间：2013 年

地点：美国马萨诸塞州沃本市

事故描述：金属粉尘爆炸，一名工人被三度烧伤。

设备：使用可燃金属粉末的 3D 打印机[5]。 

三、安全生产管理措施

（一）风险辨识与评估

企业应根据《3D 打印技术存在的安全风险及治理对策研究》中提到的风险辨识方法，对金属 3D 打印过程中可能存在的风险进行全面辨识和评估，制定相应的预防措施[2]。企业应组织专家、技术人员或委托专业服务机构进行安全评价，特别是对于初次接触或使用的新材料和新工艺，要督促技术人员切实了解掌握其安全技术特性，督促操作人员切实落实安全防范措施。

（二）安全教育培训

根据《上海临港汉邦科技公司“9·14”中效》中的事故原因分析，企业应加强安全教育培训，确保作业人员熟悉操作规程和应急处理措施，提高安全意识[4]。安全教育培训应涵盖安全生产法律法规、安全操作规程、应急处置措施、安全防护知识等方面。通过培训，使作业人员具备应有的安全意识、自我防护能力和岗位操作技能。

（三）安全操作规程

企业应制定和严格执行安全操作规程。《3D 打印行业火灾爆炸事故及安全措施研究》中提到的防火防爆技术措施，以及个人防护装备的正确使用，都是安全操作规程的重要组成部分[3]。企业应确保所有操作人员都能够遵守操作规程，特别是在涉及粉尘爆炸风险较高的工序中，如金属粉末的输送、储存和处理等。

（四）应急处置能力

企业应加强应急处置能力建设，制定应急预案，并定期进行演练，确保在发生事故时能够迅速有效地进行应急响应。《3D 打印技术存在的安全风险及治理对策研究》中提到，企业应培训员工在发生安全事故时的应急处置能力，包括事故报告、现场疏散、救援等，确保作业人员掌握相关应急救援知识[2]。

（五）设备安全设计

金属 3D 打印设备的设计应充分考虑安全因素，包括防尘、防爆、防火等。设备应配备必要的安全装置，如自动灭火系统、泄压装置、紧急停机按钮等。此外，设备的操作界面应直观易懂，避免操作人员因误操作而导致事故。

（六）环境监控与检测

金属 3D 打印生产环境应配备有效的监控和检测设备，如可燃气体检测报警器、粉尘浓度监测仪等。这些设备能够实时监测作业环境中的危险因素，一旦发现异常，立即发出警报，以便采取相应的安全措施。

（七）个人防护装备

作业人员在金属 3D 打印作业过程中，必须正确佩戴和使用个人防护装备，如防尘口罩、防护眼镜、防火服等。这些装备能够有效减少作业人员接触有害粉尘和气体的风险。

（八）法规遵守与政策支持

政府和相关部门应制定和完善金属 3D 打印行业的安全生产法规和政策，为企业提供明确的安全生产指导。同时，政府应加强对金属 3D 打印企业的监管，确保企业遵守安全生产法规，及时纠正违法违规行为。 

四、毅速解决方案

（一）完善的粉末惰化安全保障机制

在粉末处理领域，惰化技术是一种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机制，以确保生产过程中的安全性和稳定性。

1、惰化技术原理

反吹柜中的碳酸钙作为一种惰性粉末，可以覆盖在金属粉尘上，从而隔绝金属粉尘与空气中的氧气接触。碳酸钙在高温下分解，生成氧化钙和二氧化碳。这一过程能够吸收热量并释放不活泼的气体（如二氧化碳），有助于降低粉尘环境中的温度，抑制粉尘的燃烧反应。

2、惰化设备与系统

金属3D打印服务商毅速公司提供专业的惰化设备与系统，包括惰性气体供应装置、控制系统、监测装置等。这些设备与系统能够精确控制惰性气体的充入量和速度，确保惰化效果的稳定性和可靠性。

3、实时监测与预警

为确保惰化效果，毅速公司的安全保障机制还包括实时监测与预警系统。该系统能够实时监测粉末处理系统中的氧气浓度、温度等关键参数，并在发现异常情况时及时发出预警，以便操作人员采取相应措施。

4、应急处理措施

除了实时监测与预警外，毅速公司还制定了详细的应急处理措施。一旦发生危险情况，操作人员可以迅速按照应急预案进行处置，最大限度地减少损失。

（二）反吹柜整体换新服务

反吹柜是粉末处理系统中重要的组成部分，用于清除附着在过滤器上的粉末颗粒。随着使用时间的增加，反吹柜的性能可能会逐渐下降，甚至出现故障。为确保粉末处理系统的稳定性和安全性，毅速公司提供反吹柜整体换新服务。

1、服务内容

毅速公司的反吹柜整体换新服务包括拆除旧的反吹柜、安装新的反吹柜以及相关的调试和检测工作。确保新的反吹柜能够满足客户的需求，并具备良好的性能和稳定性。

2、专业团队

毅速公司拥有专业的技术团队，具备丰富的经验和技能。他们能够根据客户的实际需求，提供定制化的反吹柜换新方案，并确保服务的质量和效率。

3、售后服务

除了提供优质的换新服务外，毅速公司还提供完善的售后服务。包括定期维护、检修以及技术支持等，确保反吹柜能够长期稳定运行。综上所述，毅速公司致力于为客户提供完善的粉末惰化安全保障机制和反吹柜整体换新服务。通过专业的技术和优质的服务，确保客户的粉末处理系统能够安全、稳定地运行，为客户创造更大的价值。 

四、结论

金属 3D 打印技术的安全生产管理是保障行业健康发展的关键。通过风险辨识、安全教育培训、操作规程的制定与执行以及应急处置能力的提升，可以有效降低安全风险，保障人员安全和生产效率。未来，随着技术的进步和安全管理措施的完善，金属3D 打印将在安全的基础上实现更广泛的应用。

参考文献

[1]顾闻，王进飞. 3D 打印过程中的粉尘燃爆风险探析[J]. 环保与节能，2024(9): 75-79.

[2]王卫华. 3D 打印技术存在的安全风险及治理对策研究[J]. 公理理论与实践，2023(9): 33-38.

[3]邵芳芳，王国伟. 3D 打印行业火灾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调查组. 上海临港汉邦科技公司“9·14”中效净化箱较大爆炸事故调查报告[R]. 上海：上海市应急管理局，2024.

[5]中南大学实验室铝粉爆燃，博士生受伤严重，3D 打印实验安全性引关注|3d 打印|中南大学|材料|粉末|金属_手机网易网 (163.com)