PLA-Dämpfe: Sind sie giftig und gesundheitsschädlich?

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Die Sicherheit von PLA-Dämpfen ist für viele ein Grund zur Sorge. PLA (Polymilchsäure) ist das beliebteste und am weitesten verbreitete Material für den 3D-Druck, weil es günstig, leicht zugänglich und umweltfreundlich ist. Viele Nutzerinnen und Nutzer haben jedoch Fragen zur möglichen Toxizität der PLA-Dämpfe gestellt und ob sie eine Gefahr für ihre Gesundheit darstellen.

3D-Druck mit PLA ist im Allgemeinen sicher, setzt aber dennoch Dämpfe und feine Partikel frei. Diese sind zwar nicht hochgiftig, können aber bei längerer Exposition die Gesundheit beeinträchtigen. Sorge für eine gute Belüftung im Druckbereich, um Risiken zu vermeiden.

Welche Risiken das sind und wie du sie minimieren kannst, steht im Mittelpunkt dieses Artikels. Denn manchmal reicht Belüftung allein bei PLA-Dämpfen nicht aus.

Sind PLA-Dämpfe giftig?

PLA wird zwar für seine Umweltfreundlichkeit gelobt, aber beim 3D-Druck werden Dämpfe freigesetzt. Die meisten Studien deuten jedoch darauf hin, dass die Verwendung von PLA beim 3D-Druck im Allgemeinen sicher ist.

Beachte jedoch, dass „im Allgemeinen sicher“ nicht gleichbedeutend mit „risikofrei“ ist – auch wenn die PLA-Dämpfe deutlich weniger giftig sind als die von ABS, können sie bei manchen Menschen Unbehagen oder allergische Reaktionen hervorrufen, insbesondere bei Menschen mit empfindlichen Atemwegen. Wie bei jedem 3D-Filament-Material wird auch bei der Verwendung von PLA eine gute Belüftung empfohlen.

Nach aktuellem Stand der Forschung und Daten gelten die PLA-Dämpfe nicht als gefährlich für die Gesundheit des Menschen. Laut einer Veröffentlichung von Environmental Science & Technology kann eine längere Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von PLA-Dämpfen jedoch zu Zelltoxizität, oxidativem Stress und Entzündungsreaktionen führen, was die Lungenfunktion beeinträchtigen und das Risiko von Atemwegserkrankungen erhöhen kann.

Bevor wir uns mit den Details zur Vermeidung dieser Risiken befassen, wollen wir zunächst die genaue Zusammensetzung der Dämpfe verstehen.

Was sind PLA-Dämpfe?

Wenn PLA-Filament während des Druckvorgangs durch das Hot End des 3D-Druckers erhitzt wird, setzt es Dämpfe frei – ein Phänomen, das bei Thermoplasten üblich ist.

Diese PLA-Dämpfe bestehen aus verschiedenen Emissionen, die hauptsächlich aus ultrafeinen Partikeln (UFPs) und in geringerem Maße aus flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) bestehen.

Ultrafeine Partikel (UFPs)

Einer der Hauptbestandteile der PLA-Abgase sind ultrafeine Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 0,1 Mikrometer haben. Ihr Problem besteht darin, dass sie aufgrund ihrer winzigen Größe tief in die Lunge eingeatmet werden können.

Sobald sie in die Atemwege gelangen, können UFPs bestehende Erkrankungen wie Asthma verschlimmern oder andere Reizungen der Atemwege verursachen. Es besteht auch die Möglichkeit, dass diese Partikel in den Blutkreislauf gelangen, was zu weiteren gesundheitlichen Auswirkungen führen kann.

Flüchtige organische Verbindungen (VOCs)

PLA-Dämpfe enthalten auch flüchtige organische Verbindungen (VOCs), wenn auch normalerweise in niedrigeren Konzentrationen als bei anderen 3D-Druckmaterialien wie ABS. VOCs sind Verbindungen, die leicht zu Dämpfen oder Gasen werden und verschiedene Symptome verursachen können, die von Augen-, Nasen- und Rachenreizungen bis zu schwerwiegenderen Gesundheitsproblemen wie Schädigungen der Leber, der Nieren und des zentralen Nervensystems reichen.

Die Zusammensetzung dieser organischen Verbindungen variiert je nach der spezifischen Zusammensetzung des PLA-Filaments und der Temperatur, bei der es extrudiert wird.

Obwohl PLA aufgrund der geringeren Schadstoffemissionen als sicherer für den 3D-Druck gilt, können seine Dämpfe dennoch zur Luftverschmutzung in Innenräumen beitragen und in schlecht belüfteten Räumen ein Risiko darstellen. Untersuchungen zeigen, dass das Risiko, das von PLA-Dämpfen ausgeht, im Vergleich zu anderen Materialien geringer ist, aber „geringer“ bedeutet nicht risikofrei.

Es ist ratsam, 3D-Drucker in gut belüfteten Räumen zu betreiben und die ständige Exposition am Arbeitsplatz zu minimieren.

Risiken beim Einatmen von PLA-Dämpfen und bei längerer Exposition

Bemerkung: Die unten aufgeführten Risiken können bei sehr hohen Dosen auftreten, die in einer normalen 3D-Druckumgebung sehr unwahrscheinlich sind. Dennoch ist es wichtig, sich dieser Risiken bewusst zu sein und die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, um eine mögliche langfristige Gesundheitsgefährdung zu vermeiden.

1. Reizung der Atemwege: Längerer oder hochkonzentrierter Kontakt mit PLA-Dämpfen kann zu Reizungen der Atemwege führen und ein Risiko für die Gesundheit der Atemwege darstellen. Zu den Symptomen können Husten, Rachenreizungen und Kurzatmigkeit gehören, insbesondere bei Personen mit Vorerkrankungen wie Asthma oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung.
2. Kopfschmerzen und Übelkeit: Personen, die PLA-Dämpfen ausgesetzt sind, können Kopfschmerzen oder Übelkeit verspüren, was wahrscheinlich auf die flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in den Dämpfen zurückzuführen ist. Diese Symptome können nach längerer Exposition in einem schlecht belüfteten Bereich auftreten.
3. Augenreizung: Das Vorhandensein von Partikeln oder potenziell reizenden Gasen in den PLA-Dämpfen kann zu Augenreizungen führen, die sich in Form von Rötungen, Juckreiz oder einem brennenden Gefühl äußern.
4. Überempfindlichkeitsreaktionen: Manche Menschen können allergisch oder überempfindlich auf die Bestandteile der PLA-Dämpfe reagieren, besonders nach wiederholter Exposition. Dies kann zu Hautausschlägen, Juckreiz oder sogar zu schwereren Atembeschwerden führen.
5. Auswirkungen auf die kardiovaskuläre Gesundheit: Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass UFPs, die aus verschiedenen Quellen, einschließlich 3D-Druckern, freigesetzt werden, Auswirkungen auf die Herzgesundheit haben könnten. Obwohl es noch keine direkten Beweise für einen Zusammenhang zwischen der Exposition gegenüber PLA-Dämpfen und kardiovaskulären Effekten gibt, sind die allgemeinen Auswirkungen von UFPs auf das Herz-Kreislauf-System ein Thema, das noch erforscht wird.
6. Mögliche langfristige Auswirkungen auf die Gesundheit: Die langfristigen Auswirkungen der Exposition gegenüber PLA-Dämpfen werden noch untersucht. Die chronische Exposition gegenüber gemischten VOC und Partikeln aus verschiedenen Quellen wird mit einer Reihe von Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht, zu denen auch Organschäden oder Krebs gehören können, obwohl die Beweise für PLA-Dämpfe bisher nicht endgültig sind.
7. Auswirkungen auf Entwicklung und Fortpflanzung: Zwar gibt es derzeit keine direkten Beweise für einen Zusammenhang zwischen Fortpflanzungs- oder Entwicklungsproblemen und PLA-Dämpfen, aber andere Materialien mit hohem VOC-Gehalt werden mit solchen Risiken in Verbindung gebracht. Schwangere oder Personen mit Kinderwunsch, die in der Nähe eines 3D-Druckers arbeiten oder leben, sollten vorsichtig sein.

Wie man die Risiken durch schädliche 3D-Drucker-Dämpfe verringert

Nachdem wir die potenziellen Risiken im Zusammenhang mit PLA-Dämpfen erörtert haben, ist es wichtig, darauf einzugehen, wie man diese Risiken verringern kann.

Benutze deinen 3D-Drucker in einem gut belüfteten Raum

Der effektivste Weg, um die Belastung durch giftige Dämpfe zu minimieren, ist, deinen 3D-Drucker in einem gut belüfteten Raum zu benutzen. Regelmäßiges Lüften mit frischer Luft kann die Konzentrationen von VOCs und UFPs stark reduzieren und so die mit giftigen Dämpfen verbundenen Risiken minimieren.

Installiere ein richtiges Belüftungssystem

Wenn du deinen 3D-Drucker häufig benutzt, ist es ratsam, ein geeignetes Belüftungssystem in deinem Arbeitsbereich zu installieren. So können die giftigen Dämpfe, die der 3D-Drucker ausstößt, entfernt werden, und die Luft wird sauber und sicher.

Verwende einen Luftqualitätsmonitor

Die Investition in einen Luftqualitätsmonitor kann dir helfen, die VOC-Werte und die allgemeine Luftqualität in deinem Arbeitsbereich zu überwachen. So kannst du die notwendigen Vorkehrungen treffen und dein Belüftungssystem entsprechend anpassen.

Verwende ein 3D-Drucker-Gehäuse

Ein 3D-Druckergehäuse kann die Dämpfe, die während des Druckvorgangs entstehen, eindämmen und so verhindern, dass sie sich in deinem Wohn- oder Arbeitsbereich ausbreiten. Dies ist eine gute Option für alle, die keinen eigenen Arbeitsbereich für ihren 3D-Drucker haben.

Dieses Gehäuse von Creality ist mein Favorit.

Installiere Luftreiniger/Filter

Luftreiniger oder Filter können die Konzentration schädlicher Partikel wirksam reduzieren. Sie fangen diese Partikel ab und verhindern, dass sie zirkulieren und deine Gesundheit beeinträchtigen.

Aktivkohlefilter funktionieren durch Adsorption, d. h., die Schadstoffmoleküle in der Luft werden in der Porenstruktur des Kohlenstoffsubstrats eingeschlossen. Diese Filter sind dafür bekannt, dass sie flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Gerüche und andere gasförmige Schadstoffe wirksam auffangen.

Obwohl PLA im Vergleich zu anderen Filamenten für seine geringe Emissionsrate und allgemeine Sicherheit bekannt ist, kann es beim Drucken dennoch zu einer minimalen Ausgasung von flüchtigen organischen Verbindungen oder anderen Geruchsstoffen kommen, die durch Aktivkohlefilter gemindert werden können.

Einige 3D-Druckerhersteller bieten diese Filter in ihren Systemen an, weil sie diese in der Luft befindlichen Chemikalien auffangen und so die Luftqualität rund um den 3D-Drucker verbessern können, insbesondere in schlecht belüfteten Bereichen. Obwohl sie oft mit Harz-3D-Druckern in Verbindung gebracht werden, weil diese in der Regel stärkere Dämpfe ausstoßen, können sie auch für Filament-3D-Drucker nützlich sein.

In meinem Arbeitsbereich verwende ich diese Filter* hauptsächlich, wenn ich mit Filament oder Harz 3D-Drucke.

Trage eine Atemschutzmaske

Für zusätzlichen Schutz solltest du beim 3D-Drucken eine Atemschutzmaske tragen. Eine Atemschutzmaske kann kleine Partikel und schädliche Chemikalien aus der Luft filtern, die vom 3D-Drucker und dem Filament ausgestoßen werden können.

Achte bei der Auswahl einer Atemschutzmaske auf eine N95- oder N99-Einstufung. Diese Einstufungen geben an, wie effektiv der Filter Partikel unterschiedlicher Größe abblockt.

Für gesunde Menschen in einem gut belüfteten Raum ist das Tragen einer Maske jedoch nicht notwendig. Nur wenn du unter Asthma, Allergien oder Atemproblemen leidest, solltest du eine Maske tragen (und einen Arzt konsultieren, bevor du einen 3D-Drucker benutzt).

Verwende nur hochwertiges Filament

Einige minderwertige Filamente können schädliche Stoffe enthalten, die nach dem Schmelzen in die Umwelt gelangen können. Deshalb ist es wichtig, hochwertige Filamente von renommierten Herstellern zu verwenden.

Druckerfarmen benötigen mehr Belüftung

Wenn du mehr als einen 3D-Drucker gleichzeitig in einem Raum benutzt, musst du die oben genannten Maßnahmen noch stärker berücksichtigen.

Eine interessante Studie untersuchte die Konzentrationen von Feinstaub und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), die von 3D-Druckern in einem Arbeitsraum einer Universität erzeugt werden. Die Untersuchung ergab, dass in einem Worst-Case-Szenario, in dem mehrere Geräte gleichzeitig mit PLA-Filament druckten, die Gesamtpartikelkonzentration deutlich anstieg (0,7 mg/m3 gegenüber 0,3 mg/m3 bei typischem Einzeldruckerbetrieb).

Auch die Konzentration flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) stieg um das Sechsfache, wobei Isopropylalkohol die am häufigsten nachgewiesene Verbindung war (Quelle).

Obwohl diese Ergebnisse Konzentrationen unterhalb der Arbeitsplatzgrenzwerte ergaben, was auf ein geringes Risiko gesundheitlicher Beeinträchtigungen hindeutet, unterstreichen sie, wie wichtig eine kontinuierliche Überwachung und die Einhaltung einer guten Belüftung oder Luftfilterung in solchen Umgebungen sind.

FAQ – Häufig gestellte Fragen

Welche Filamente setzen giftige Dämpfe frei?

Bestimmte 3D-Druck-Filamente setzen Dämpfe frei, die giftige Elemente enthalten können, insbesondere wenn sie erhitzt werden. Hier sind einige häufig verwendete Materialien, die für stärkere Emissionen bekannt sind:

1. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol): ABS-Filament setzt beim FDM-Druck Styrol frei, eine Chemikalie, die als krebserregend gilt. Längerer Kontakt mit hohen Konzentrationen dieser krebserregenden VOC kann das Nervensystem beeinträchtigen und andere Probleme verursachen. Ein Beispiel dafür ist eine Fallstudie, die einen Zusammenhang zwischen dem 3D-Druck mit ABS-Filamenten in einem engen Raum und dem Wiederauftreten von Asthmasymptomen aufzeigte, die sich nach dem Wechsel zu PLA besserten (Quelle).
2. Nylon: Beim Drucken mit Nylon-Filamenten kann Caprolactam freigesetzt werden, eine Verbindung, die bekanntermaßen Reizungen in Augen, Nase, Rachen und Haut verursacht. Obwohl sie im Allgemeinen als weniger schädlich als Styrol gilt, ist es dennoch wichtig, die Exposition zu minimieren.
3. Polycarbonat und andere Hochtemperaturkunststoffe: Diese Materialien erfordern höhere Drucktemperaturen, was zur Freisetzung stärkerer Dämpfe führt, darunter Bisphenol A (BPA), das aufgrund seiner potenziell endokrinschädigenden Eigenschaften ein Problem darstellt.
4. PETG (Polyethylenterephthalat-Glykol): PETG-Filamente vereinen Stärke und Benutzerfreundlichkeit in einem einzigen Material und werden oft als perfekter Kompromiss zwischen ABS und PLA angesehen. PETG setzt beim Erhitzen VOCs frei, allerdings weniger stark als andere Materialien wie ABS-Filamente. Im Vergleich zu PLA-Filamenten sind die PETG-Emissionen etwas höher, aber PETG-Dämpfe werden bei richtiger Belüftung im Allgemeinen nicht als schädlich angesehen.

Wie erkenne ich, ob mein 3D-Drucker schädliche Dämpfe ausstößt?

Es ist nicht immer einfach, schädliche Dämpfe aus deinem 3D-Drucker zu erkennen, da diese Emissionen geruchlos und unsichtbar sein können. Es gibt jedoch einige Anzeichen und Methoden, mit denen du feststellen kannst, ob dein 3D-Drucker potenziell schädliche Dämpfe ausstößt:

1. Geruch: Ein starker, unangenehmer oder chemischer Geruch während des Druckens ist ein erstes Anzeichen. Materialien wie ABS-Filament neigen dazu, einen auffälligen Geruch abzugeben, während PLA oft weniger beißend ist. Jeder starke Geruch sollte ein Zeichen dafür sein, die Belüftung zu verbessern, auch wenn die genaue Giftigkeit der Dämpfe nicht bekannt ist.
2. Körperliche Symptome: Wenn du während des Betriebs deines 3D-Druckers Kopfschmerzen, Schwindel, Übelkeit oder Reizungen der Augen, der Nase und des Rachens verspürst, kann das an den schädlichen Dämpfen liegen. Achte auf unmittelbare Gesundheitssymptome, vor allem während oder kurz nach dem Druckvorgang.
3. Materialsicherheitsdatenblätter (MSDS): Überprüfe die vom Filamenthersteller bereitgestellten MSDS. Sie enthalten Informationen über die potenziellen Gesundheitsrisiken des Produkts und die Sicherheitsvorkehrungen, die bei der Verwendung zu beachten sind. Sie enthalten zwar keine Angaben zu den Dämpfen beim Drucken, aber sie informieren dich über die Gefahren, die mit den Rohstoffen verbunden sind.
4. Verwendung von Sensoren oder Monitoren: Einige technisch versierte Benutzer/innen oder solche in gewerblichen Umgebungen verwenden Raumluftqualitätsmonitore, um einen Anstieg von VOCs oder UFPs festzustellen. Diese Erhöhungen deuten oft auf das Vorhandensein von potenziell schädlichen Dämpfen hin.
5. Beobachtung der Bedingungen im 3D-Drucker: Filamente, die mehr Dampf freisetzen, benötigen oft höhere Temperaturen zum Drucken. Wenn dein 3D-Drucker bei höheren Temperaturen arbeitet, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass er schädliche Dämpfe produziert.

In jedem Fall ist es ratsam, Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, z. B. in gut belüfteten Räumen zu drucken, Luftreiniger zu verwenden und sich während des Betriebs möglichst wenig in der Nähe des 3D-Druckers aufzuhalten. Wenn du schädliche Emissionen vermutest, ist es besser, auf Nummer sicher zu gehen und deine Sicherheitsmaßnahmen zu verbessern.

Stellen PLA-Dämpfe eine Gefahr für Kinder oder Haustiere dar?

Kinder haben ein empfindlicheres Atmungssystem, und selbst eine chronische Belastung durch geringe Mengen an Emissionen kann gesundheitliche Folgen haben. Obwohl PLA-Filament-Dämpfe nur in sehr hohen Konzentrationen und bei langer Exposition schädlich sind, können Kinder besonders empfindlich darauf reagieren.

Für Haustiere, insbesondere Vögel, kann die Situation noch kritischer sein, da Vögel extrem empfindliche Atemwege haben. Deshalb wird empfohlen, 3D-Drucker von Bereichen fernzuhalten, in denen sich Haustiere, insbesondere Vögel, aufhalten.

Können Haushaltsluftreiniger die PLA-Dämpfe beseitigen?

Haushaltsluftreiniger können die Konzentration bestimmter Schadstoffe, einschließlich einiger Partikel und Gase, die beim 3D-Druck mit PLA freigesetzt werden, einigermaßen wirksam reduzieren. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch von mehreren Faktoren ab und kann stark variieren:

1. Art des Luftreinigers: Luftreiniger, die mit einem HEPA-Filter ausgestattet sind, fangen effektiv Partikel auf, einschließlich der Partikel, die beim 3D-Druck freigesetzt werden können. Diese HEPA-Filter sind jedoch nicht dafür ausgelegt, Schadstoffe aus der Gasphase zu entfernen, die häufig in den Emissionen von 3D-Druckern enthalten sind, wie z. B. flüchtige organische Verbindungen (VOCs).
2. Aktivkohlefilter: Luftreiniger mit Aktivkohlefiltern können flüchtige organische Verbindungen und andere Dämpfe absorbieren und so Gerüche und potenziell schädliche Gasphasenemissionen während des 3D-Druckprozesses reduzieren. Es ist wichtig, dass diese Filter ausreichend dimensioniert sind und regelmäßig ausgetauscht werden, um ihre Wirksamkeit zu erhalten.

Weiter oben in diesem Artikel habe ich meine Lieblingsluftfilter zur Vermeidung von giftigen Partikeln verlinkt. Ich verwende sie sogar für PLA-Filament.

Wie erkenne ich die Symptome einer Belastung durch PLA-Dämpfe?

Die Symptome einer Exposition gegenüber PLA-Dämpfen können sehr subtil sein, da sie oft den üblichen Reaktionen auf Allergene in Innenräumen ähneln. Typische Anzeichen sind Reizungen der Augen, der Nase oder des Rachens, Kopfschmerzen, Schwindel oder Übelkeit.

Bei empfindlicheren Personen, z. B. Asthmatikern, kann die Exposition Atemwegssymptome wie Husten, Keuchen oder Kurzatmigkeit auslösen. Wenn diese Symptome beim 3D-Drucken immer wieder auftreten, ist es wichtig, die Belüftung zu verbessern, eine Luftreinigung durchzuführen und bei anhaltenden Symptomen einen Arzt aufzusuchen.

Fazit

Kein Druckmaterial ist zu 100 % frei von Emissionen, nicht einmal PLA. Daher sind richtige Belüftung, konsequente Überwachung und eventuell die Verwendung eines Luftreinigers empfehlenswerte Praktiken für den 3D-Druck.

Aber PLA ist die sicherste und gesündeste Option, die es derzeit auf dem Markt gibt.

Lass dich also nicht von der Angst vor PLA-Dämpfen davon abhalten, die fantastische Welt des 3D-Drucks zu erkunden! Mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen und einem verantwortungsvollen Umgang kannst du diese Technologie genießen, ohne deine Gesundheit zu gefährden. Viel Spaß beim Drucken!

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