作為粉末冶金類別下最具前景的制造方法，金屬3D打印一直以來都受到人們極大的關注，特別是在工藝優化、材料創新和應用領域等方面。為了打印出結構復雜、輕量型的部件，金屬3D打印常采用鋁粉、鎂粉、鈦粉等輕質的粉體作為原料，但由于這些粉體的易燃易爆特性，近年來發生的類似爆炸事故屢見不鮮，確保安全生產也成為其制造過程中不可忽視的重要話題。

上海某3D打印企業鋁合金粉塵燃爆事故

3D打印金屬粉為啥易燃易爆？

鋁、鎂、鈦、鐵等金屬本身化學性質非常活潑，制備成塊狀時能在空氣中迅速生成一層氧化膜，阻止氧化的繼續進行，并不容易發生燃爆，但3D打印為了保證成形后零件致密度高，所采用的大多為微米級的金屬粉，其較大的比表面積，使得反應點位也比塊狀金屬多得多，化學活性非常大，在半干半濕狀態或者在空氣中接觸點火源時，金屬粉和水或氧氣反應而劇烈燃燒，燃燒瞬間產生大量的熱量和燃燒產物，使氣體、蒸汽等劇烈膨脹，造成爆炸的后果。另外，由于金屬粉塵是導電的，能量傳遞相比面粉、煤粉、可可粉、鋸末屑之類的粉體要快得多，若發生粉塵爆炸事故，威力也比它們更大。

鋁粉燃燒反應

如何避免燃爆事故？

從以上原理來看，金屬粉體受潮積熱、操作環境存在點火源、粉塵濃度達到爆炸濃度極限等都會引發燃爆事故，因此要避免燃爆事故的發生，在3D打印時，每個環節都要都得嚴加警惕。

1、存儲環節

正確儲存和處理金屬粉末不僅可以性質發生改變，保持其純度，而且對安全也很重要。3D打印行業中，一些金屬粉發生爆炸，是由于在保存、混合等環節，粉末不慎與氧氣、潮氣接觸而產生、積累大量的熱，從而導致燃爆事故的發生。因此，若要長期金屬粉末，需要做好三件事：

（1）密封：利用粉末真空包裝機等將粉末存儲于與粉末相容的非反應性材料制成的密閉容器中，徹底與外界空氣、潮氣隔絕；

（2）填充惰性氣體：防止粉末氧化，需要用惰性氣體置換容器中的空氣，控制粉末的物理及化學反應；

（3）控制水分含量和溫度：金屬粉末應儲存在干燥、受控的環境中，遠離潮氣、熱源及其他可能的化學污染源，防止粉末受潮、氧化而發生放熱反應并產生自燃現象。

2、使用防爆設備

金屬3D打印多采用合金粉末，而兩種不同的金屬粉末相互接觸極易發生電偶腐蝕，若活潑金屬單質與其他金屬氧化物相互接觸還會強烈的氧化還原反應，加之金屬粉在設備、管線中的流動，粉體與管線、粉體與設備、粉體與粉體之間相互摩擦，會不可避免產生靜電，并伴隨產生電火花，從而引發粉末燃爆事故。因此，無論是粉體輸送、篩分還是混合時，除了需要在惰性氣體保護下進行，還需要采用專用的防爆設備，使粉末在全3D打印過程中于全封閉環境下進行安全、高效、無污染周轉。

防爆真空輸送機、防爆真空振動篩、惰性氣體保護粉末混合機（從左至右）

（來源：浙江拓博環保科技有限公司）

防爆設備通常具有抑爆、隔爆、泄爆等防爆結構，同時其外殼一般采用鋼板或鋁合金材質制作，以有效地隔離爆炸源，防止內部產生的火花或電弧引起環境中的可燃物質爆炸，在外殼表面通常還進行了專門的防爆處理，一般為鑄造、噴涂等方式，防止外殼損壞，預防或最大限度地降低易燃物質泄漏的可能性。為了進一步杜絕電火花產生并接觸到可燃性金屬粉塵而引發燃，防爆設備中也不用或盡量少用易產生電火花的電氣元件，如必須使用，則應把容易發生電火花、電弧的元件都被密封起來并將整個系統接地處理。

抑爆、隔爆、泄爆裝置

（來源：匯允環境）

 粉塵防爆高壓電機 圖源：西門子

3、強化過程風險管控

在3D打印過程中，并不是采用了防爆設備就萬事大吉，為了避免防爆設備老化失效而引入點火源、氧氣等，操作人員不僅需要定期進行電氣防火檢測，防止電氣故障成為熱源，還應在設備中設置火花檢測熄滅系統、微量水及氫、氧含量實時監測系統，對工藝設備或管道內的火花以及氧含量進行實時檢測，確保相關工序在低氧濃度下運行，并使用惰化加消滅點火源的方式，從源頭上控制點火源，在根本上解決和預防粉塵爆炸的隱患。除此之外，操作人員還應定期進行電氣防火檢測，防止電氣故障成為熱源。

管道火花探測控制器

（來源：關內區生產運營中心）

氧份儀、微量水檢測儀

（來源：貝克休斯）

氫氣氣體檢測儀

（圖源：科爾諾）

除此之外，為防止操作過程中，設備內惰性氣體泄漏，在車間內形成高濃度的惰性氣體環境，引發缺氧事故，車間內也應同時設置氧含量檢測儀，在氧氣含量低于安全值提醒人員撤離。

3、粉塵清理不容忽視

生產完畢后，在清理和處置過程中，應采用專業的防爆吸塵器收集余粉，避免余粉彌漫至車間中引發爆炸。氣動防爆吸塵器和電動防爆吸塵器是在工業環境中用于清理粉塵和其他有害物質的重要設備。

來源：AFC工業除塵配套方案

電動防爆吸塵器需要通過電動機產生負壓，從而吸入粉塵和廢料，由于輕便且易于操作，適用于較小的工作區域或需要頻繁移動的場所，但期間可能會產生火花或電弧，需要采取適當的防護措施以降低爆炸風險。

相比電動防爆吸塵器，氣動式沒有電機，其動力主要來自壓縮氣體，操作時爆炸的風險更小，更加適合金屬3D打印這種易燃易爆的操作環境，其通過氣動原理驅動，使用壓縮空氣產生極大的負壓，從而吸入粉塵和廢料，適用于處理大量粉塵和廢料的工作場所。

另外，還需注意的是，當粉塵收集之后，還應避免往過濾器、收塵桶等密閉空間使用水進行局部“濕化”處理，使粉塵與水反應而積熱爆炸。

說在最后

總之，由于金屬粉末的易燃易爆型，3D打印的每個環節都必須采取有效的防爆措施，加強對設備的定期檢修，并對操作人員進行專業的粉塵爆炸事故應急處置及救援培訓。當生產或處置過程中不幸出現金屬粉著火情況，火情較輕時可使用沙子覆蓋滅火，滅火過程應避免揚塵；如火情較嚴重，則應引導人員撤離并報警處理，嚴禁使用水或泡沫滅火劑滅火，避免二次爆炸的發生。

粉體圈Corange整理

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