3D 프린터는 독성이 있나요? 밀폐형 3D 프린터가 가정용 3D 프린팅을 안전하게 만드는 방법

데스크톱 3D 프린터는 초미세 입자와 휘발성 유기 화합물을 배출하는데, 이러한 물질이 인체에 도달하는 양은 프린터 자체보다는 주변 환경에 훨씬 더 크게 좌우됩니다. 측정된 입자 농도는 PLA와 ABS 사이에서 대략 5배 정도 차이가 나지만, 환기 상태에 따라 노출량은 1~2배 정도 달라질 수 있습니다. 재료 선택이 입자 발생 강도를 결정하고, 실내 부피, 공기 순환 횟수, 프린터 배치 위치가 노출량을 결정합니다.

실제로 작동 중인 3D 프린터에서 나오는 결과물은 무엇일까요?

실내 공기질에 중요한 배출물은 초미세먼지와 휘발성 유기화합물 두 가지입니다. 두 제품 모두 열가소성 수지를 녹여 압출할 때 생산되며, 제어된 챔버 테스트에서 특성이 잘 규명되어 있습니다.

초미세입자(UFP)는 직경이 100나노미터보다 작은 공기 중 입자입니다. 이 입자들은 매우 작아서 오랫동안 공중에 떠 있을 수 있고 폐 깊숙이까지 도달할 수 있습니다. 한 대학 메이커스페이스 비교 연구에서는 모든 출력물에서 배출되는 입자의 90%가 120nm 미만인 것으로 측정되었습니다.

휘발성 유기 화합물(VOC)은 상온에서 증발하는 탄소 기반 화학 물질입니다. UL의 화학 인사이트 연구 프로그램에 따르면 3D 프린터는 다음과 같은 물질을 방출합니다. 200종이 넘는 다양한 종이 섞여 있는 혼합물, 작동 중인 기계에서 분당 최대 1조 개의 입자가 배출될 수 있으며, 환기가 잘 되지 않는 공간에서는 프린터 주변의 입자 농도가 차량 통행이 많은 도로변보다 높을 수 있다고 지적합니다. 미국 환경보호청(EPA)의 자료는 이러한 내용을 다루고 있습니다. VOC와 실내 공기질 그리고 미국 폐협회의 VOC 개요 두 사람 모두 실내 농도가 실외 농도보다 일반적으로 높으며, 발생원 제어와 환기가 효과적인 두 가지 수단이라고 지적합니다.

이 모든 것이 특정 취미 활동가에게 어떤 구체적인 건강 결과를 초래할지는 밝혀내지 못했습니다. 노출 과학은 "독성"이라는 단어 자체가 아니라 농도와 노출 시간에 따라 결정됩니다. 실질적인 문제는 프린터에서 유해 물질이 방출되는지 여부가 아니라(모든 프린터는 유해 물질을 방출합니다), 사용자의 작업 환경이 유해 물질 농도를 낮게 유지하고 프린터 근처에서 보내는 시간을 짧게 유지하는지 여부입니다.

이 가이드는 다음 내용에 관한 것입니다. 방: 공기량, 환기량, 위치, 그리고 함께 사는 다른 사람 등도 중요합니다. 특정 재료의 화학적 성질에 대해서는 저희의 관련 가이드를 참고하세요. PLA 필라멘트가 독성이 있는지 여부 PLA에 대해서만 심도 있게 다룬다. 두 책은 함께 읽도록 의도되었다.

재료마다 실제 차이가 얼마나 날까요?

7개의 챔버 연구를 종합 분석한 결과, ABS는 PLA보다 약 4.6배 높은 입자 수 농도를 나타냈습니다. ABS의 평균 입자 밀도는 300,980개/cm³였고, PLA는 65,482개/cm³였습니다. 평균 입자 직경은 ABS가 48.5nm, PLA가 40.4nm로 비슷하여 두 소재 모두 초미세 입자 범위에 속하며 흡입 시 유사한 거동을 보입니다. FDM 입자 배출에 대한 메타 분석 일반적으로 노즐 온도가 높을수록 농도가 높아지는 것으로 나타났으며, 이것이 대부분의 물질 차이의 원인입니다.

출력량은 프린터 기종과 필라멘트 제조 로트에 따라 크게 달라집니다. 공급업체가 다른 동일한 폴리머 필라멘트라도 첨가제와 안료의 차이로 인해 출력량이 상당히 다를 수 있습니다. 아래 표는 특정 설정에 대한 측정값이 아니라 출력량 조절을 위한 참고 자료로 활용하시기 바랍니다.

크기 조절보다는 프로젝트에 사용할 재료를 선택하는 경우, 필라멘트 종류 가이드 기계적 특성과 열적 특성을 나란히 비교합니다.

실제 방 크기에 맞춰 환기 장치를 설치하세요.

가장 중요한 변수는 시간당 공기 교환 횟수이며, 프린터가 작동 중인 방의 경우 적절한 목표치는 최소 6회/시간입니다. 그 수치는 다음에서 가져온 것입니다. 세 곳의 대학 메이커스페이스 환기 효율 비교, 해당 저자들은 프린터 작동 중 최소 6 ACH 및/또는 휴대용 HEPA 필터를 사용할 것을 권장했습니다.

측정된 결과는 왜 실험실 공간이 공기 정화 속도에서 압도적인 차이를 보이는지 보여줍니다. 실험실 공간은 8.7 ACH, 도서관은 3.125 ACH, 그리고 다른 공간은 0.18 ACH를 기록했습니다. 실험실의 입자 제거 효율은 도서관보다 30배 높았고, 캐비닛 문을 닫았을 때는 54배까지 증가했습니다. 다른 공간은 도서관보다 입자 제거 속도가 최대 2.5배 느렸습니다. 동일한 프린터와 필라멘트를 사용했는데도 공기 정화 속도에서 두 자릿수 차이가 났습니다.

목표값을 팬 용량으로 변환하는 것은 단 한 줄의 계산으로 가능합니다.

CFM = 실내 용적(ft³) × 목표 ACH ÷ 60

일반적인 욕실 환풍기는 50~110 CFM의 풍량을 제공하므로, 일반적으로 환풍기 한 대로 작은 방에서는 시간당 6회 환풍(ACH)으로 충분하지만, 차고처럼 넓은 공간에서는 시간당 12회 환풍(ACH)으로 부족할 수 있습니다. 공기 흐름 방향을 프린터에서 사용자 쪽으로 향하게 하여 프린터를 지나 밖으로 나가도록 설치하십시오. 반대로 설치하면 안 됩니다.

밀폐된 공간과 필터는 실제로 얼마나 도움이 될까요?

밀폐는 입자 감소에 있어 가장 효과적인 제어 수단이며, 밀폐 정도에 따라 입자 감소율이 67%에서 99% 이상에 이르는 것으로 측정되었습니다. 연구 테스트 ABS 프린팅에 대한 저비용 인클로저 및 엔지니어링 제어 두 대의 프린터에 대해 완전 밀폐형 유연 인클로저를 사용했을 때 최소 제어 효율이 각각 91.2%와 94.97%로 보고되었으며, 부분 밀폐형 경질 인클로저를 사용했을 때는 80.2%와 67.3%였습니다. HEPA 필터가 장착된 국소 배기 장치를 추가하면 효율이 85.2~99.63%로 향상되었고, 인클로저를 실외로 환기시키면 98.35%와 99.95%에 도달했습니다.

UL의 테스트 결과도 같은 맥락을 보여줍니다. 환기가 잘 되는 밀폐된 공간에서는 입자 농도가 99.7%, VOC 수치가 69.5% 감소하고, HEPA 필터와 활성탄 필터를 함께 사용하면 최대 입자 농도가 95% 이상 감소한다고 보고했습니다. 이 수치들의 비대칭성에 주목하십시오. 여과 방식은 기체보다 입자를 더 잘 처리합니다. 활성탄 필터는 포화될 때까지 VOC를 흡착하며, 포화 상태가 되더라도 아무런 경고를 하지 않습니다. 이것이 바로 VOC 제거 측면에서 실외로 환기하는 방식이 재순환 필터 방식보다 우수한 이유이며, 활성탄 필터는 감으로 교체하기보다는 정해진 일정에 따라 교체해야 하는 이유입니다.

둘 QIDI 이 제품에는 G3 프리필터, H12 HEPA 필터, 코코넛 껍질 활성탄이 결합된 3-in-1 챔버 필터가 장착되어 있으며, 먼지와 미립자를 99.5% 포집하도록 설계되었습니다. 2분기 그리고 맥스4. 그만큼 Q2C 가열 챔버 기능이 없는 난연성 하우징을 사용하며, 필터는 옵션으로 제공됩니다. 생산 배치에 따라 구성이 변경될 수 있으므로 교체 부품을 주문하기 전에 해당 장치의 설명서를 참조하여 확인하고 전체 사양을 참조하십시오. 프린터 범위 현재 사양에 따라 인클로저는 챔버 온도를 안정화시켜 수축률이 높은 재료의 층 접착력을 향상시킵니다. 자세한 내용은 가이드를 참조하십시오. 온도 조절 챔버 그 부분을 다룹니다.

프린터를 어디에 놓아야 할까요? 그리고 집에 누가 더 있나요?

설치 위치와 가구 구성은 시중에 판매되는 어떤 액세서리보다도 위험도 계산에 더 큰 영향을 미칩니다. 거리가 멀어지면 집중력이 떨어지고, 자리를 뜨기 가장 어려운 사람들이 바로 가장 중요한 사람들이다.

공기 질 문제와는 별개이지만 같은 계획에 포함되어야 할 두 가지 관련 위험 요소가 있습니다. 샌딩, 절단, 드릴링과 같은 후가공 작업은 그 자체로 미세 입자를 발생시키므로 마스크 착용과 별도의 작업 공간이 필요합니다. 열 위험은 또 다른 별개의 문제입니다. 저희 가이드에서 자세히 다루겠습니다. 무인 인쇄 실행 연기 감지기, 소화기 배치 및 기계 아래에 무엇을 놓아야 하는지에 대한 내용이 포함되어 있습니다. 프린터 외부에서 필라멘트를 녹이는 방법에 대한 내용은 저희 가이드에서 다루고 있습니다. PLA 재용융 및 재사용, 밀폐된 공간을 완전히 제거해야 하며, 프린팅보다 훨씬 강력한 환기가 필요합니다.

실용적인 가정 생활 습관

네 가지 습관만으로도 달성 가능한 위험 감소의 대부분을 이룰 수 있습니다. 이 제품들은 팬과 교체용 필터 외에는 추가로 구매할 것이 없습니다.

1. 시작하기 전에 공기 흐름을 설정하세요. 앉아 있는 곳에서 멀리 떨어진 방향으로, 가능하면 야외에서 운동하며 에너지를 발산하세요. 문을 닫으세요.
2. 뚜껑을 닫고 그대로 두십시오. 인쇄 도중에 문을 열면 축적된 집중력이 머리 높이에서 한꺼번에 방출됩니다.
3. 처음 20분 동안은 방을 나가 계세요. 작업 시작 시점에 배출량이 가장 높습니다. 카메라로 지켜보세요.
4. 부품이 식도록 챔버를 닫아둔 다음, 실내 환기를 시킨 후 꺼내십시오.

정해진 일정에 따라 장비를 관리하십시오. 냄새 제거 효과가 떨어지거나 명시된 주기에 따라 활성탄을 교체하고, HEPA 필터는 수명이 다한 후 교체하며, 내부 표면에 쌓인 먼지는 주기적으로 닦아내십시오. EPA의 지침은 다음과 같습니다. 가정용 공기청정기 및 필터 이 글에서는 휴대용 기기의 기능과 한계, 그리고 오존 발생 장치를 피해야 하는 이유를 설명합니다.

자주 묻는 질문

3D 프린터는 집에 두기에 유해한가요?

모든 FDM 프린터는 초미세 입자와 VOC(휘발성 유기화합물)를 배출하므로, 솔직히 말해서 이러한 배출은 실제로 존재하며 노출량은 관리 가능한 수준입니다. 환기가 잘 되는 밀폐된 공간에서 PLA를 출력할 경우, 대부분의 사람들은 그 노출량을 무시할 수 있을 정도로 낮다고 생각할 것입니다. 하지만 환기가 되지 않는 침실에서 ABS를 출력하는 경우는 상황이 완전히 다릅니다. 이러한 차이를 줄이는 데 도움이 되는 조치들, 즉 밀폐 공간, 필터, 방향성 공기 흐름, 거리 유지 등은 비용이 저렴하고 효과가 입증된 방법입니다.

3D 프린터와 같은 방에서 자는 것이 안전할까요?

이는 피해야 할 노출 상황입니다. 잠을 잔다는 것은 환기를 제대로 할 수 없는 방에서 6~9시간 동안 계속 지내야 한다는 것을 의미하며, 프린터가 가까이에 있어 문제를 알아차리기 어렵습니다. 프린터를 침실에 두어야 한다면, 다른 곳에 있을 때 인쇄 작업을 하고 잠자리에 들기 전에 방을 환기시키세요.

3D 프린팅에 공기청정기가 필요한가요?

공기청정기는 HEPA 필터와 활성탄 필터가 함께 구성되어 있고, 프린터 흡입구 옆이 아닌 배기 경로를 따라 설치해야 효과적입니다. 이온화 장치나 오존 발생을 광고하는 제품은 피하십시오. 공기청정기는 밀폐된 공간과 환기 시스템을 보완하는 역할을 하며, 연구 결과에 따르면 이들을 대체할 수는 없습니다.

3D 프린터는 얼마나 많은 환기가 필요할까요?

출력 중에는 실내 공기 순환을 시간당 최소 6회 이상으로 유지하고, ABS나 나일론과 같은 장시간 출력 작업의 경우 12회까지 높이는 것이 좋습니다. 환풍기 용량은 CFM = 실내 부피(ft³) × 시간당 공기 순환(ACH) ÷ 60 공식으로 계산할 수 있습니다. 예를 들어 1,360 ft³ 크기의 실내에는 시간당 6회 공기 순환 시 약 136 CFM의 공기 순환이 필요합니다.

PLA 소재는 밀폐 장치 없이 출력해도 안전한가요?

환기가 잘 되는 실내에서 몇 시간 정도 작업하고 프린터를 책상 위에 올려놓지 않는다면 PLA의 미세먼지 농도는 일반적인 소재 중 가장 낮으며 대부분의 사람들은 이 정도면 허용 가능한 수준이라고 생각합니다. 하지만 밀폐된 공간을 사용하면 미세먼지 농도를 더욱 줄일 수 있으며, ABS, ASA, 나일론 또는 고온 엔지니어링 소재를 사용할 때는 밀폐된 공간이 필수적입니다.

내 환기 시스템이 제대로 작동하는지 어떻게 알 수 있나요?

두 가지를 확인해 보세요. 환풍기를 작동시킨 상태에서 문틈에 휴지를 대보세요. 휴지가 안쪽으로 빨려 들어간다면 방 안이 약간 음압 상태이고 공기가 집안 다른 곳으로 빠져나가지 않는다는 뜻입니다. 그리고 작업이 끝난 후 냄새가 얼마나 오래 지속되는지 확인해 보세요. 냄새가 몇 분 이상 지속되거나 다른 방으로 퍼져 나간다면, 현재 진행 중인 작업에 비해 공기 순환량이 너무 낮은 것입니다.