Metalliska nanopartiklar bildas i samband med additiv tillverkning (3D printing)
I en nyligen publicerad artikel har forskare i Ryssland och Norge visat att ett stort antal ultrafina partiklar (dvs partiklar i nano-storlek) bildas i samband med laser-baserad additiv tillverkning (även kallad 3D-printing) med utgångspunkt från rostfritt stål. Dessa partiklar påminner om de som uppstår vid svetsning.
Additiv tillverkning (eng. additive manufacturing, förkortat AM), även kallad 3D-printing, är en relativt ny produktionsmetod som gör det möjligt att automatiskt skapa komponenter direkt från en CAD-modell (eng. computer-aided design dvs datorstödd design). Genom AM tekniker kan olika komponenter tillverkas för att ge unika egenskaper som inte kan erhållas med traditionella tekniker såsom gjutning, smidning eller fräsning. Studier av den yrkesmässiga exponeringen för luftburna partiklar som bildas och sprids i samband med dessa processer är dock få och än färre är de studier som också karakteriserar dessa partiklar. Kunskap om fysikaliska och kemiska egenskaper såsom t ex partikelstorleksfördelning, grad av agglomeration, form och kemisk sammansättning är nödvändig för att kunna bedöma potentiella negativa hälsoeffekter.
Forskargruppen har samlat in partiklar vid laser-baserad additiv tillverkning med baserat på pulver av rostfritt stål [Noskov et al, 2020]. Med hjälp av högupplöst elektronmikroskopi har forskarna karakteriserat dessa partiklar och genom modellering visat att AM processen genererar ett stort antal sk ultrafina sfäriska partiklar. Resultaten visar således att partiklarna har en storlek mellan 4 och 16 nm, men att de främst förekommer i större agglomerat (dvs en hopgyttring av flera partiklar). Analyser av partiklarnas sammansättning pekar på amorfa komplexa metalloxider av järn (Fe), nickel (Ni), krom (Cr), mangan (Mn), kisel (Si) och syre (O). Ett mindre antal större partiklar (> 30 nm) förekommer också vilka inte är fullt oxiderade utan har en metallisk kärna täckt av en tunn ytoxid (dvs tecken på oxidation). Forskarna drar vissa paralleller till de svetspartiklar som bildas vid svetsning med massiv rostfri tråd med avseende på partiklarnas primärstorlek och kemiska sammansättning. En tidigare studie av forskare vid Linköpings universitet [Ljunggren et al, 2019] visar dock på avsevärt färre partiklar vid AM-baserad tillverkning jämfört med svetsning.
Forskarna till den aktuella studien spekulerar i att storleksfördelningen av de ultrafina partiklar som kan mätas upp i en andningszon hos AM operatörer kan vara ett rimligt mått på det antal partiklar som hamnar i lungan. Men det bör poängteras att den aktuella studien genomfördes i laboratoriemiljö och det är därför nödvändigt att genomföra denna typ av mätningar i verkliga yrkesmiljöer där AM tillverkning förekommer. En ökad förståelse för partiklarnas egenskaper och deras sammansättning kan ge en ökad förståelse av de eventuella hälsorisker som kan uppstå i samband med AM tillverkning.
Referenser:
A. Noskov, T. K. Ervik, I. Tsivilskiy, A. Gilmutdinov, Y. Thomassen.
Characterization of ultrafine particles emitted during laser-based additive manufacturing of metal parts. Scientific Reports 2020;10(1):20989.
S.A. Ljunggren, H. Karlsson, B. Ståhlbom, B. Krapi, L. Fornander, L.E. Karlsson, B. Bergström, E. Nordenberg, T.K. Ervik, P. Graff.
Biomonitoring of metal exposure during additive manufacturing (3D printing). Safety and Health at Work, 2019;10(4):518-526.
Källa: Professor Inger Odnevall Wallinder, KTH Kungliga Tekniska Högskolan
0 kommentarer