3D 프린터 작동 시 배출되는 가스상 물질과 입자상 물질 노출 특성 평가

Abstract

3D프린터는 Maker Movement의 영향과 다른 공작기계 대비 사용 방법이 간단하여 빠르게 보급 되고 있다. 수요의 증가에 따라 출력방법, 재료 등의 기술력 또한 발전하고 있다. 하지만 재료와 기술의 발달에도 불구하고 사용 시 노출될 수 있는 다양한 오염물질에 대한 연구 자료는 많지 않다. 본 연구는 작업자가 여러 3D프린터를 사용하면서 노출될 수 있는 설정에 따라 입자상물질과 가스상 물질의 발생정도를 알아보고자 한다. 3D프린터 출력은 제작물의 목적에 맞게 재료와 기계를 선택하게 된다. 재료비가 저렴한 ABS와 PLA 사용을 위해 FDM방식 프린터 2대를 이용하였고 소재의 색, 투명도, 정밀도, 강도를 조절할 수 있는 재료A와 재료B를 사용하기위해 SLA, Polyjet 방식 프린터 2대를 이용하였다. 기기에서 사용하는 재료에 따라 배출되는 가스상 물질과 기체상물질을 출력 전, 출력 중, 출력 후로 나누어 샘플링 하였다. 또한 FDM방식에서는 기능에 따라 나눠지는 3가지 재료를 사용하였다. 용융과 경화를 반복하면서 발생되는 수축현상을 고려하여 플랫폼의 히팅배드 온도도 상용 범위 내에서 3가지로 분류하여 측정하였다. 샘플링은 실시간 이루어 졌으며 가스상 물질은 ppbRAE를 통해 TVOC를 확인하였고 입자상물질은 입자자계수기인 P-trak을 이용하여 배출 농도를 측정하였다. 측정결과 가스상 물질의 농도 수는 실외의 TVOC농도가 0에 가까웠지만 3D프린터 가동 전과 농도변화가 존재 했다. FDM방식에서 사용하는 필라멘트의 경우 출력 전 평균 농도를 제거하여도 출력 전부터 상승하여 출력 후에는 출력 중의 기간보다 높은 발생 수치를 보였다. 항온항습실에서 측정한 3D프린터의 경우 작동시점부터 급격히 농도가 증가 하긴 하였으나 출력 전 부터 지속적으로 농도가 상승하는 현상을 볼 수 있었다. 플랫폼의 히팅배드 따라서 3D프린터 가동 시 배출량이 달랐으며 ABS 90도, PLA1 60도에서 급격한 증가를 확인했다. 입자상 물질의 농도 수는 실외 입자수가 실내에 약 2배 이상인 10,000입자/cm2에 가까웠으나 출력 전과 출력 중을 명확히 구별할 수 있을 정도로 급격하게 상승하는 했고 ABS는 PLA에 비해 약 4배 이상 급격히 증가 하였다. ABS 80도와 90도, PLA1은 50도와 60도, PLA2는 50도에서 급격한 증가를 확인했다. 이 연구를 통해 작업자가 3D프린터를 사용하면서 설정값, 기기와 재료에 따른 가스상물질과 입자상 물질의 배출 특성을 확인하였다. 가스상물질의 경우 실내에서 공간에서도 다양한 물질에 도출되지만 히팅배드의 조건과 재료에 따라서 발생 정도의 차이가 발생 되었다. 입자상물질은 3D프린터가 가동 전, 가동 중의 경계에서 명확하게 확인 할 수 있을 만큼 주요 발생지였다. 일상 작업 공간에서 측정된 물질들은 미량이지만 공동작업 공간의 경우 유사하게 유해한 물질들을 배출하는 장비들이 상존하므로 관리자의 세심한 공기질 관리가 요구 된다.