Dass ein fertig gedrucktes Kunststoffteil einfach daliegt und nichts abgibt, halten die meisten für selbstverständlich. Zwei Forscher der Prager Karls-Universität haben das genauer überprüft. Sie hängten Druckteile aus 16 handelsüblichen Filamenten über menschliche Hautzellen und warteten eine Woche. Die Überraschung: Bei einem biegsamen TPU-Filament brach die Energieversorgung der Zellen fast vollständig ein. Der übliche Standardtest hätte das Filament trotzdem nicht als zellschädigend eingestuft.
Das Filament berührte die Zellen nicht einmal
Wenn es um Gesundheit und 3D-Druck ging, standen bisher meist Partikel und Dämpfe im Vordergrund, die beim Drucken selbst entstehen. Die neue Studie im Fachjournal Scientific Reports stellt eine andere Frage: Können auch fertige Druckteile Stoffe abgeben, die Zellen belasten?
Dafür druckten die Forscher kleine Einsätze aus 16 handelsüblichen Filamenten. Darunter waren PLA, PETG, ABS, Polycarbonat und flexibles TPU von Fillamentum, Prusament, Smartfill und Verbatim. Die Teile hingen eine Woche lang in Schälchen mit Nährlösung. Am Boden wuchsen menschliche Hautfibroblasten – robuste Zellen aus der Lederhaut, die unter anderem Kollagen bilden.
Wichtig ist: Kunststoff und Zellen berührten sich nie. Nur Stoffe, die sich aus den Druckteilen lösten, konnten über die Nährlösung zu den Zellen gelangen. Der Aufbau war bewusst streng. Pro Milliliter Nährlösung nutzten die Forscher deutlich mehr Kunststofffläche als in der üblichen Prüfnorm vorgesehen. Zudem wuschen oder sterilisierten sie die Teile nach dem Druck nicht, damit lose Rückstände auf der Oberfläche blieben.
Ein TPU-Filament bringt die Zellen in Energienot
Am deutlichsten reagierten die Zellen auf ein weißes TPU-Filament von Fillamentum mit der Härte 98A. TPU steht für thermoplastisches Polyurethan, einen biegsamen und zähen Kunststoff. Er steckt etwa in gedruckten Handyhüllen, Dichtungen oder Armbändern.
Nach sieben Tagen waren die Zellen aufgequollen, unregelmäßig geformt und von kleinen Bläschen durchsetzt. Noch auffälliger war, was im Inneren geschah: Die Mitochondrien, also die Kraftwerke der Zellen, lieferten kaum noch nutzbare Energie.
Die normale Zellatmung sank um 58,9 Prozent. Der Anteil, mit dem die Zellen den Energieträger ATP herstellen, brach sogar um 87,9 Prozent ein. Gleichzeitig verpuffte ein größerer Teil der verbliebenen Energie ungenutzt. Kurz gesagt: Die Zellen lebten noch, konnten ihre Energieversorgung aber kaum aufrechterhalten.
Genau deshalb ist der Befund bemerkenswert. Nach der gängigen Prüfnorm für Medizinprodukte gilt ein Material erst als zellschädigend, wenn die Lebensfähigkeit der Zellen um mindestens 30 Prozent sinkt. Beim TPU waren es nach sieben Tagen nur 17,1 Prozent. Das Filament wäre nach diesem Kriterium also durchgegangen, obwohl die Messung deutlichen Stoffwechselstress zeigte.
Dazu passt ein zunächst widersprüchliches Ergebnis: Die Zellen vermehrten sich sogar. Nach sieben Tagen zählten die Forscher beim TPU rund ein Viertel mehr Zellen als in der Vergleichsgruppe ohne Kunststoff. Jede einzelne Zelle leistete dabei jedoch weniger. Die Autoren deuten den Zuwachs deshalb als mögliche Notreaktion und nicht als Zeichen gesunder Zellen.
Auch andere Filamente fielen auf – aber nicht jede Kunststoffsorte
Ein ähnliches Muster zeigte sich bei je einem PETG-, Polycarbonat- und Polypropylen-Filament: Nach sieben Tagen gab es mehr Zellen, während die einzelne Zelle weniger leistete. Mehrere PLA-Proben, normales ABS und CPE blieben in diesem Test dagegen weitgehend unauffällig.
Eine Rangliste sicherer und unsicherer Kunststoffe ergibt sich daraus aber nicht. Von den meisten Kunststoffarten untersuchten die Forscher nur ein einziges Produkt. Das Ergebnis sagt daher mehr über die getesteten Filamente als über komplette Materialfamilien aus.
Was die Zellen stresste, wissen die Forscher noch nicht
Filament besteht nicht nur aus dem namensgebenden Kunststoff. Hersteller mischen Farbpigmente, Weichmacher, Stabilisatoren und weitere Zusätze bei, deren genaue Rezeptur sie meist nicht offenlegen. Hinzu kommt die Hitze im Drucker: Beim auffälligen TPU waren es 240 Grad. Dabei können weitere Abbauprodukte entstehen.
Solche Stoffe könnten aus dem fertigen Teil in die Nährlösung gelangt sein. Welche Substanz tatsächlich verantwortlich war, haben die Forscher jedoch nicht chemisch untersucht. Studienautor Jiří Dejmek vermutet beim TPU Zersetzungsprodukte aus dem Erhitzen und möglicherweise Isocyanate. Das sind Ausgangsstoffe für Polyurethan, von denen Reste im Material stecken könnten. Mehr als eine Hypothese ist das bislang aber nicht.
Ein Warnsignal aus dem Labor ist noch kein Gesundheitsnachweis
Wie viel von diesem Effekt im Alltag ankommt, beantwortet der Versuch nicht. Getestet wurde in einer Schale, nicht am Menschen. Intakte Haut bildet eine Barriere, die im Versuch fehlte. Untersucht wurde außerdem nur ein Zelltyp. Scientific Reports hat die Arbeit im Juni zudem als vorläufige Fassung veröffentlicht. Die endgültig redigierte Version steht noch aus.
„Ich würde unsere Ergebnisse als biologisch bedeutsames Warnsignal und als Grund für weitere Tests beschreiben, nicht als Beweis für Schäden bei Verbrauchern“, schreibt Dejmek außerdem auf Nachfrage von wattmoves.
Was Hobbydrucker daraus mitnehmen können
Vom 3D-Druck abraten will Dejmek deshalb nicht. „Ich würde Hobbydruckern nicht empfehlen, mit dem 3D-Druck aufzuhören oder ganze Kunststofffamilien zu meiden.“ Bei technischen Teilen ohne längeren Körperkontakt sieht er keinen Grund zur Sorge, etwa bei Halterungen, Ersatzteilen oder Gehäusen aus einem Einsteigergerät wie dem Bambu Lab A1.
Bei Armbändern, Schuhteilen, Orthesen oder Spielzeug, das lange auf der Haut liegt oder in den Mund genommen wird, wäre er vorsichtiger. Hier sollte der Hersteller das konkrete Filament für genau diesen Einsatz bewertet haben. Der Name des Grundkunststoffs – etwa TPU oder PLA – reicht als Sicherheitsbeleg nicht aus.
Beim Hersteller des auffälligen TPU gibt es einen solchen Hinweis bereits: In der Produktübersicht seines Flexfill TPU rät Fillamentum von Lebensmittel- und Hautkontakt ab. Für das hauseigene TPE gibt der Hersteller dagegen eine Zertifizierung für Hautkontakt an. Der Studienautor hat uns außerdem noch auf einen praktischen Leitfaden für sicheren 3D-Druck hinweisen, der vom US-amerikanischen National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) herausgegeben wurde.
Die Studie ist damit ein Warnsignal aus dem Labor, aber kein Nachweis, dass gedruckte Armbänder oder Schuhteile grundsätzlich schädlich sind. Bei sensiblen Anwendungen lohnt sich dennoch ein Blick auf das jeweilige Zertifikat des verwendeten Filaments.
