3D打印安全篇：金属3D打印企业为何发生粉尘爆炸？
基于粉末床选区激光熔化工艺的金属增材制造-3D打印技术，正在走向批量生产的应用。在金属3D打印的加工过程中，涉及到了金属粉末材料的使用与处理，该过程存在着粉尘爆炸的风险。安全责任，重于泰山, 防范胜于救灾。如何对粉末床工艺所需的金属粉末材料，进行安全、高效的管理、使用与回收，是粉末床金属3D打印技术在工业制造领域得到规模化应用的前提之一。
近日，中华人民共和国应急管理部官方微信，发文报道了一则金属3D打印粉尘爆炸相关的安全事故。该文章对这一事故的原因进行了分析。接下来是原文的分享，另外附上一份3D科学谷的安全小贴士。
安全小贴士
希望惨痛的代价换来对安全的高度重视，让类似事件不要再发生。
1.紧跟金属3D打印规模化生产脚步，是时候关注如何安全、高效的管理金属粉末了
2.金属加工中的安全隐患，被困粉末是否会导致爆炸发生？
3.实现金属3D打印安全生产，几点你需要了解的安全影响因素
4.金属粉末3D打印的安全隐患与防护措施
5.3D打印领域的操作安全培训与认证
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应急管理部原文
2023年9月14日14时许
上海汉邦联航激光科技有限公司
（以下简称汉邦公司）
发生粉尘爆燃事故
截至9月17日
事故造成2人死亡、2人重伤
（重伤人员烧伤面积分别为90%和70%）
I 事故单位基本情况
汉邦公司成立于2017年，注册资本4146万，为民营企业，现有员工89人，主要从事金属粉床激光增材制造（以下简称金属3D打印）装备的研发和销售，2022年销售总收入约1.5亿元。
事故发生地点为汉邦公司研发中心车间，涉事粉尘为铝合金粉尘（Al含量87%，Mg含量9%，Si含量1.5%）。
汉邦公司采用的金属3D打印工艺流程（见图2）为：成型室内，在基板上将金属粉末铺成微米级粉尘层，在激光作用下使粉尘熔化并迅速固化在基板上。通过层层堆叠“打印”，完成工件制造。
金属3D打印设备配套除尘系统用于成型室除尘，除尘系统采用一级旋风除尘器和二级滤筒除尘器。打印设备及配套除尘系统在氩气保护下运行（见图3、图4）。
I 2次爆燃还原事故经过
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。
13时40分，作业人员将该滤筒除尘器转移至车间外更换滤芯。
14时01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。
I 事故原因初步分析
经现场勘查、问询人员、查看监控录像，初步判断事故原因为：
上午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。
下午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。
目前事故确切原因还在进一步调查中。
I 金属3D打印领域安全风险提示
金属3D打印是增材制造行业的一项重要生产工艺。据2023年6月28日召开的增材制造产业发展（广州）论坛暨2023年增材制造产业年会消息，过去十年来，我国的增材制造产业整体取得了很好的发展，增材制造经历了由研发创新向产业规模化发展的蜕变，目前广泛应用于航空航天、医疗、汽车等领域，涵盖了产品的设计、原型制造、批量生产、工装夹具、保障维修等，行业规模不断壮大。产业规模从2012年的10亿元左右增长到2022年的320亿元。增材制造产业链的企业也超过了千余家，以增材制造为主营业务的规上企业数量从2016年的20余家增长到2022年的近200家。其中营收过亿的企业数量从2012年的3家增长到2022年的42家。
中钢集团武汉安全环保研究院粉尘防爆室主任吴晓煜介绍，金属3D打印产品加工、设备生产企业有别于我们既往印象的“典型”粉尘涉爆企业，但发生粉尘爆炸事故的风险不亚于任一家传统的铝镁金属制品加工企业。这种新的工艺技术在既往的粉尘爆炸领域研究及风险防控中尚未引起足够的重视，应该高度关注3D打印设备研发过程及应用3D打印技术制造加工过程中粉尘爆炸风险，有效采取防控措施。
全国安标委粉尘防爆分技术委员会委员、上海化工研究院安全工程中心主任肖秋平介绍，铝合金粉在金属3D打印中是比较常见的原料，且大多使用的是微米级铝粉，本身易燃、遇水反应可放出易燃气体（氢气）。
爆炸机理主要是：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，而温度越高，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。此外，在金属3D打印过程中，还存在较高的粉尘爆炸风险，因使用的铝粉颗粒度很小，粉尘爆炸的可能性和爆炸后果都比较高。
针对这些燃爆风险，建议采取以下防护措施：
●一是强化过程风险管控。建议金属3D打印及其过滤工序采用惰性气体保护方式，并实时监测氧浓度数据，确保相关工序在低氧浓度下运行，避免制造过程中发生燃烧爆炸事故。
● 二是及时清理和处置废弃粉料。生产完毕后，在清理和处置过程中，应避免往过滤器、收尘桶等密闭空间使用水进行局部“湿化”处理；若使用大量水对废弃粉料进行浸泡处置，应在开放空间进行，防止氢气累积。
● 三是加强应急处置。当生产或处置过程中出现铝粉着火情况，火情较轻时可使用沙子覆盖灭火，灭火过程应避免扬尘；无灭火条件、涉火设备可搬离至安全区域时，可让其自行燃烧；严禁使用水或泡沫灭火剂灭火，避免事故后果扩大化。
I 粉尘爆炸安全提示
粉尘爆炸是由可燃性粉尘
在爆炸极限范围内遇到热源
（明火或高温）而引发的
粉尘爆炸极具危害性
往往会造成较大人员伤亡
夏季气温高
粉尘爆炸事故易发
需要提高警惕
I 粉尘爆炸的五要素
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。
I 粉尘爆炸的特点
多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点。
第一次爆炸气浪，会把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在爆炸后短时间内爆炸中心区会形成负压，周围的新鲜空气便由外向内填补进来，与扬起的粉尘混合，从而引发二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度会更高。
I 粉尘涉爆企业安全管理相关规定
粉尘涉爆企业具体指哪些企业？
《工贸企业粉尘防爆安全规定》第二条 存在可燃性粉尘爆炸危险的冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织、烟草、商贸等工贸企业（以下简称粉尘涉爆企业）的粉尘防爆安全工作及其监督管理，适用本规定。
企业粉尘防爆安全管理制度应当包括哪些？
《工贸企业粉尘防爆安全规定》第七条 粉尘涉爆企业应当结合企业实际情况建立和落实粉尘防爆安全管理制度。粉尘防爆安全管理制度应当包括下列内容：
（一）粉尘爆炸风险辨识评估和管控；
（二）粉尘爆炸事故隐患排查治理；
（三）粉尘作业岗位安全操作规程；
（四）粉尘防爆专项安全生产教育和培训；
（五）粉尘清理和处置；
（六）除尘系统和相关安全设施设备运行、维护及检修、维修管理；
（七）粉尘爆炸事故应急处置和救援。
I 粉尘涉爆企业重大隐患判定标准
相关企业哪些情形被判定为重大事故隐患？
《工贸企业重大事故隐患判定标准》第十一条 存在粉尘爆炸危险的工贸企业有下列情形之一的，应当判定为重大事故隐患：
（一）粉尘爆炸危险场所设置在非框架结构的多层建(构)筑物内，或者粉尘爆炸危险场所内设有员工宿舍、会议室、办公室、休息室等人员聚集场所的；
（二）不同类别的可燃性粉尘、可燃性粉尘与可燃气体等易加剧爆炸危险的介质共用一套除尘系统，或者不同建（构）筑物、不同防火分区共用一套除尘系统、除尘系统互联互通的；
（三）干式除尘系统未采取泄爆、惰化、抑爆等任一种爆炸防控措施的；
（四）铝镁等金属粉尘除尘系统采用正压除尘方式，或者其他可燃性粉尘除尘系统采用正压吹送粉尘时，未采取火花探测消除等防范点燃源措施的；
（五）除尘系统采用重力沉降室除尘，或者采用干式巷道式构筑物作为除尘风道的；
（六）铝镁等金属粉尘、木质粉尘的干式除尘系统未设置锁气卸灰装置的；
（七）除尘器、收尘仓等划分为20区的粉尘爆炸危险场所电气设备不符合防爆要求的；
（八）粉碎、研磨、造粒等易产生机械点燃源的工艺设备前，未设置铁、石等杂物去除装置，或者木制品加工企业与砂光机连接的风管未设置火花探测消除装置的；
（九）遇湿自燃金属粉尘收集、堆放、储存场所未采取通风等防止氢气积聚措施，或者干式收集、堆放、储存场所未采取防水、防潮措施的；
（十）未落实粉尘清理制度，造成作业现场积尘严重的。
粉尘爆炸涉及范围广
危害难以想象
请大家务必加以防范
来源：应急管理部安全执法和工贸监管局
制作编辑：中国应急管理报融媒体工作部
(责任编辑：admin)
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