Risk management of occupational exposure to nanomaterials during metal additive manufacturing

Abstract

A manufatura aditiva, também chamada impressão 3D, de metais deixou de ser um processo de prototipagem e está agora integrada em diversas indústrias, com trabalhadores alocados a estes postos de trabalho. Esta tecnologia emergente apresenta diversos riscos ocupacionais, nomeadamente a exposição dos trabalhadores a nanomateriais incidentais libertados durante este processo de manufatura. Estudos recentes evidenciam a libertação de nano-objetos e muitas têm sido as abordagens utilizadas para estudar a exposição aos mesmos. Alguns autores optam por uma abordagem quantitativa, que inclui a utilização de equipamentos de leitura direta, análise laboratoriais às características físico-químicas das emissões e/ou indicadores biológicos. Foram ainda publicados alguns estudos com uma abordagem qualitativa, nomeadamente a aplicação de métodos baseados na abordagem por bandas de controlo. Independentemente do tipo de abordagem, tem havido lugar a descobertas relevantes neste campo ainda pouco explorado. No entanto, estes estudos revelam também algumas limitações e pouco se sabe ainda acerca do controlo adequado deste risco. Motivada pela necessidade e importância de gerir o risco nestes postos de trabalho e de proteger os trabalhadores envolvidos, esta tese debruçou-se sobre o estado-da-arte e teve como principal questão de investigação qual a abordagem a adotar para gerir o risco ocupacional de exposição a nanomateriais incidentais na impressão 3D de metais. Para esse efeito, foram testadas diferentes abordagens em casos de estudo, culminando na criação de um método de gestão do risco ocupacional de exposição a nanomateriais incidentais na impressão 3D de metal, intitulado IN Nanotool. Esta ferramenta, baseada no CB, permite alcançar um nível de risco, com base na pontuação atribuída a diferentes fatores de risco quer na banda de perigo, quer na de exposição. A IN Nanotool fornece ainda recomendações para o controlo do risco, propondo assim uma solução para a abordagem a ter na gestão deste risco ocupacional. Esta ferramenta foi testada num caso de estudo concreto, apresentando resultados coerentes com o estado-da-arte e mostrando-se promissora. Não obstante, este método carece de mais aplicações práticas e de validação, apresentando algumas limitações também exploradas no decorrer da presente tese.

Additive manufacturing, also known as 3D printing, of metals is no longer a prototyping process and is now integrated in several industries, with workers allocated to these workplaces. This emerging technology presents various occupational hazards, namely the exposure of workers to incidental nanomaterials (INM) released during this manufacturing process. Recent studies show this release of nano-objects and many approaches have been used to study exposure to these INM. Some authors prefer quantitative approaches, including the use of direct reading equipment, laboratory analysis of the physicochemical characteristics of emissions and/or biological indicators. Other studies provided a qualitative approach, namely the application of methods based on control banding. Regardless of the type of approach, relevant discoveries have been made in this still unexplored field. However, these studies also reveal some limitations, and little is known about the adequate control of this risk. Motivated by the need and the importance of managing risk in these workplaces and protecting the workers involved, this thesis focused on the state-of-the-art and had as main research question what approach to adopt to manage the occupational risk exposure to incidental nanomaterials in 3D printing of metals. For this purpose, different methodologies were tested in case studies, culminating in the design of a method for occupational risk management of exposure to incidental nanomaterials in metal 3D printing, entitled IN Nanotool. This CB-based tool allows reaching a risk level, based on the score assigned to different risk factors, either in the hazard band and the exposure band. IN Nanotool also provides recommendations for risk control, thus proposing a solution for the approach to be taken in the management of this occupational risk. This tool was tested in a specific case study, presenting promising results, consistent with the state-of-the-art. However, this method requires more practical applications and validation, presenting some limitations also explored in the course of this thesis.