La sicurezza nell’Additive Metallo

Per proteggere macchine e operatori da una serie di potenziali pericoli durante il processo di fabbricazione additiva con materiali metallici, è necessario rispettare alcune linee guida e adottare le corrette contromisure.

di Paolo Minetola *
* professore associato di Tecnologie e Sistemi di Lavorazione presso DIGEP (Dip. Ingegneria Gestionale e della Produzione) del Politecnico di Torino

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In ambito industriale, la diffusione delle tecnologie di fabbricazione additiva (AM, Additive Manufacturing) per la produzione di componenti in metallo comporta nuove opportunità e sfide per i nuovi utilizzatori. Le principali tecniche consolidate della fusione su letto di polvere (PBF, Powder Bed Fusion), deposizione diretta (DED, Directed Energy Deposition) o deposizione di legante (BJ, Binder Jetting) utilizzano polveri metalliche microscopiche di diversa granulometria. L’impiego delle polveri da un lato semplifica l’approvvigionamento della materia prima, ma dall’altro richiede che l’utilizzatore segua adeguate procedure per la gestione in sicurezza dei materiali. I comitati tecnici internazionali ASTM F42 e ISO TC261 stanno lavorando alla definizione della linea guida ISO/ASTM 52931 per la valutazione dei rischi e loro prevenzione nella gestione dei materiali metallici per l’additive manufacturing. Nel frattempo, i principali costruttori e rivenditori italiani di sistemi di fabbricazione additiva per il metallo hanno collaborato con INAIL, attraverso l’AITA (Associazione Italiana Tecnologie Additive), per definire alcune linee di indirizzo relative alla sicurezza dei processi di fusione su letto di polvere con sorgenti laser o a fascio di elettroni. Il documento pubblicato da INAIL fornisce alle aziende indicazioni per operare in sicurezza, e agli enti di sorveglianza informazioni su cosa controllare, perché i processi additivi sono nuovi e differenti rispetto a quelli tradizionali.

Il quadro normativo

I macchinari per la fabbricazione additiva vengono installati nei luoghi di lavoro e ricadono nell’ambito applicativo del decreto legislativo 81/2008 con successive modifiche e integrazioni relative alla salute e sicurezza sul lavoro. Le macchine sono certificate dai fabbricanti secondo i requisiti di sicurezza previsti dalla Direttiva Macchine 2006/42/CE, ma per pericoli specifici devono essere applicate altre disposizioni come, ad esempio, la Direttiva ATEX 2014/34/UE per l’utilizzo di apparecchiature in atmosfera potenzialmente esplosiva. Tuttavia, il datore di lavoro è responsabile della gestione del rischio residuo sulla macchina, secondo le indicazioni fornite dal costruttore e in funzione delle caratteristiche peculiari della singola installazione. Le macchine per la fusione su letto di polvere operano con una camera di lavoro chiusa e schermata, che minimizza i rischi derivanti dalla presenza di organi in movimento oppure esposizione a radiazioni ionizzanti (sorgenti a fascio di elettroni) o non ionizzanti (sorgenti laser). Le sorgenti vengono spente dai sistemi di sicurezza quando si effettuano regolazioni o manutenzioni su di esse o sulla catena ottica. La movimentazione di oggetti pesanti, quali piattaforme metalliche, contenitori o filtri per le polveri e bombole per i gas tecnici deve prevedere mezzi adeguati a peso, dimensioni e altre caratteristiche dell’elemento. La gestione in sicurezza di polveri metalliche e gas inerti costituisce rischi specifici ai quali le aziende non sono normalmente esposte con le tecnologie tradizionali. Tali sostanze devono essere trattate in conformità alla direttiva REACH del Regolamento CE 1907/2006 e successive integrazioni.

I rischi specifici

I gas inerti, comunemente argon, azoto e elio, sono necessari per proteggere la polvere metallica da ossidazione e combustione. Il principale pericolo può derivare dall’accumulo di questi gas, incolori e inodori, che può provocare asfissia a causa della diminuzione del livello di ossigeno in ambienti chiusi. Le principali misure di sicurezza prevedono l’installazione di sensori di presenza dei gas o monitoraggio del livello di ossigeno abbinati a sistemi di ventilazione forzata. Sebbene non vi sia una comprovata correlazione tra l’inalazione o l’assorbimento cutaneo delle polveri metalliche utilizzate per l’AM e l’insorgere di malattie, è consigliabile evitare il contatto diretto degli operatori con le particelle microscopiche. Occhiali, maschere filtranti, guanti e tute ignifughe costituiscono i DPI (Dispositivi di Protezione Individuale) di cui dotare gli operatori per impedire l’inalazione delle polveri o il contatto cutaneo. A seconda della reattività e infiammabilità che il materiale presenta, la polvere metallica può comportare rischi di incendio o esplosione, fenomeni distinti fra loro ma correlati. Pertanto, occorre prestare particolare attenzione nella gestione delle polveri nelle diverse fasi del processo produttivo. Le polveri devono essere riposte in idonei contenitori (mostrati in figura sopra al paragrafo precedente), con chiusura ed etichettatura che soddisfino i requisiti della scheda di sicurezza del fornitore. Questi contenitori devono essere stoccati in un locale con condizioni di temperatura e umidità adeguate, lontano da fonti di calore e superfici calde o anche attrezzature che possono generare scariche elettrostatiche o scintille. In alcune macchine per la fabbricazione additiva, specialmente in quelle dedicate ad attività di sperimentazione e laboratorio, le operazioni di caricamento della polvere sono manuali e possono prevedere l’uso di imbuto o sessola. A fine produzione, prima dell’estrazione della piattaforma di costruzione dalla camera di lavoro della macchina, il recupero della polvere e la rimozione del condensato richiedono l’utilizzo di spazzole e aspiratori (come mostrato nella figura qui sopra). Infine, ai fini del riciclo del materiale, la setacciatura per l’eliminazione di impurità e delle particelle di granulometria non idonea al riutilizzo della polvere deve essere eseguita con macchinari e filtri specifici. Anche dopo la pulizia dei pezzi e la rimozione della polvere dalla piattaforma di costruzione, potrebbero esserci particelle intrappolate all’interno delle strutture di supporto. La polvere qui intrappolata viene normalmente rilasciata durante le operazioni manuale di distacco degli stessi (come in figura qui sotto). Per minimizzare il contatto diretto dell’operatore con le particelle metalliche, le macchine per la fusione su letto di polvere di ultima generazione sono progettate con sistemi di riciclo automatico delle polveri e sono dotate di glove box.