- 공유 링크 만들기
- X
- 이메일
- 기타 앱
이 글의 목적은 가정, 학교, 사무실, 메이커스페이스에서 3D프린터 사용 시 발생하는 미세먼지와 VOC(휘발성유기화합물)를 과학적으로 이해하고, 실무에서 바로 적용 가능한 환기·필터·운영관리 방법을 단계별로 정리하는 것이다.
1. 3D프린터에서 왜 미세먼지와 VOC가 발생하는가
대부분의 데스크톱 3D프린터는 FDM(FFF) 방식과 수지를 사용하는 광경화(SLA, DLP, LCD) 방식으로 나뉜다.
FDM 방식은 필라멘트를 노즐 온도 190~260℃ 정도로 가열해 녹인 후 얇게 압출하여 적층하는 방식이다.
이 과정에서 두 가지 종류의 오염원이 발생한다.
- 플라스틱이 녹으면서 발생하는 초미세입자(UFP, 지름 100 nm 이하의 입자)와 미세먼지이다.
- 열분해 및 첨가제 증발로 인해 VOC가 기체 상태로 방출된다.
여러 연구에 따르면 데스크톱 FDM 3D프린터는 재료와 설정에 따라 인쇄 초기에 초당 매우 많은 수의 초미세입자를 방출하며, ABS 사용 시 배출량이 PLA보다 크게 높다는 결과가 보고되었다고 한다.
국내 연구에서도 일반 사무실 환경에서 FDM 프린터를 가동했을 때 단시간에 매우 높은 수준의 초미세입자가 측정되었고, 배출 성분 분석에서 벤젠, 톨루엔, 포름알데히드 등 발암성 또는 환경호르몬 특성을 가진 물질이 검출되었다고 보고한다.
광경화 수지 방식(SLA, DLP 등)은 레진 자체에 용제와 반응단량체가 포함되어 있어 인쇄 중·후에 레진 표면과 세정용 용제(보통 IPA)에서 VOC가 방출되며, 일부 장비에서는 미세입자도 함께 발생한다는 보고가 있다.
결론적으로 3D프린터는 일반 가정용 프린터보다 높은 수준의 초미세입자와 VOC를 방출할 수 있으며, 체계적인 환기와 필터링이 없으면 실내공기질을 악화시킬 수 있는 장비이다.
2. 재료별 미세먼지·VOC 특성과 선택 전략
2.1 대표 필라멘트별 배출 특성
필라멘트 종류에 따라 발생하는 미세먼지와 VOC의 양과 독성이 크게 달라진다.
| 재료 | 특징 | 미세먼지·UFP 경향 | VOC 특성 | 권장 사용 환경 |
|---|---|---|---|---|
| PLA | 옥수수 유래 생분해성 플라스틱으로 교육용에 많이 사용한다. | ABS 대비 배출량이 낮은 편이지만 초미세입자는 여전히 발생한다. | 대체로 저독성 VOC가 많지만 온도 과다 시 자극성 물질이 증가한다. | 간단한 교육·가정용으로 적합하며 그래도 환기와 필터를 활용해야 안전하다. |
| ABS/ASA | 내열성과 내충격성이 좋아 공업용으로 많이 쓴다. | PLA보다 높은 초미세입자 배출이 관찰되는 경우가 많다. | 열분해 시 스티렌과 자극성 VOC를 많이 방출하는 것으로 알려져 있다. | 필수적으로 밀폐형 케이스, 국소배기, 필터를 갖춘 공간에서만 사용하는 것이 바람직하다. |
| PETG | 강도와 내화학성이 좋고 수축이 적은 재료이다. | 배출량은 중간 수준으로 보고되며 세팅에 따라 차이가 크다. | 일반적으로 ABS보다 위험도가 낮지만 가열 시 VOC는 여전히 발생한다. | 적절한 환기와 필터를 병행하면 사무실·교육 공간에서도 활용 가능하다. |
| 나일론, PC 등 고성능 재료 | 노즐 온도가 매우 높고 산업·기능성 용도에 사용한다. | 고온에서 많은 초미세입자가 발생할 수 있다. | 복합 VOC와 분해 부산물이 많을 수 있어 보수적으로 관리해야 한다. | 산업용 국소배기 설비와 같은 수준의 제어가 필요한 재료이다. |
| 레진(SLA·DLP) | 액상 광경화 수지 사용으로 표면 품질이 우수하다. | 장비 구조상 입자 배출은 상대적으로 적을 수 있으나 미스트 형태가 발생할 수 있다. | 레진 자체와 세정 과정에서 다량의 VOC와 자극성 증기가 방출된다. | 항상 밀폐된 장비와 국소배기, 활성탄 필터를 함께 사용하는 것이 바람직하다. |
2.2 재료 선택 시 실무 가이드
- 가정과 학교, 코워킹 스페이스처럼 불특정 다수가 드나드는 공간에서는 가급적 PLA와 저취·저VOC 인증 필라멘트를 우선 사용한다.
- ABS, ASA, 나일론, PC, 탄소섬유 강화 필라멘트 등은 별도 환기 설비와 밀폐 케이스가 갖춰진 실험실 또는 공정 전용 공간에서 사용하는 것이 좋다.
- 사용 전에는 반드시 필라멘트 제조사가 제공하는 SDS(MSDS)를 확인하고, 권장 온도 범위를 벗어나지 않도록 설정해야 한다.
- 색상과 첨가제에 따라 배출 특성이 달라질 수 있으므로 가능한 한 인증된 교육용 또는 저배출 제품을 선택하는 것이 바람직하다.
3. 환기 설계로 미세먼지·VOC 줄이기
3.1 기본 환기 원칙
연구 결과에 따르면 3D프린팅 작업 중 발암물질 포름알데히드와 초미세먼지 농도가 작업 시작 후 30분 이내에 국제 기준을 초과할 수 있으나, 적절한 환기를 시행하면 약 수분 내에 농도가 기준 이하로 떨어지는 것으로 보고되었다고 한다.
또한 국내 가이드라인에서는 작업 시작 전부터 완료 후까지 최소 1시간당 5분 이상 환기하도록 권고하며, 일부 교육기관 매뉴얼에서는 사용 전·후 1시간 이상 창문을 열어 두도록 안내한다.
실무에서 적용 가능한 기본 원칙은 다음과 같다.
- 3D프린터는 가능하면 별도의 작은 방 또는 파티션으로 구획된 공간에 설치한다.
- 창문이 있는 경우, 창문 쪽으로 공기가 흐르도록 프린터를 배치하고 반대편에 사용자가 위치하도록 한다.
- 창문이나 배기구를 통해 밖으로 공기를 내보내는 배기팬을 설치하고, 동시에 반대편에서 신선한 공기가 유입되도록 해야 한다.
- 작업 시작 10~15분 전부터 환기를 가동하고 작업 종료 후에도 최소 30분 이상 환기를 유지하는 것이 좋다.
- 동일 공간에서 여러 대의 3D프린터를 사용할 경우, 가동 대수와 출력 시간에 비례하여 환기량을 증가시켜야 한다.
3.2 국소배기장치와 덕트 설계 기본
가능하다면 3D프린터를 통째로 덮는 국소배기 후드나 안전부스, 덕트형 배기장치를 설치하는 것이 가장 효과적이다.
| 방식 | 개요 | 장점 | 주의사항 |
|---|---|---|---|
| 포위식 후드 | 프린터 전체를 작은 부스 내부에 넣고 상단이나 후면으로 배기하는 방식이다. | 배출원 전체를 감싸기 때문에 포집 효율이 높고 주변 확산을 크게 줄일 수 있다. | 부스와 덕트의 누설이 없도록 기밀성을 확보하고, 유지보수 시 내부에 손을 넣을 수 있는 구조여야 한다. |
| 캔오피 후드 | 프린터 상부에 후드를 설치하고 위쪽으로 공기를 빨아들이는 방식이다. | 설치가 비교적 간단하고 기존 프린터에 후속 설치가 가능하다. | 공기 흐름이 사용자 얼굴을 지나 후드로 향하지 않도록 후드 위치와 방향을 조정해야 한다. |
| 덕트형 배기 | 프린터 케이스에 배기구를 만들고 덕트 팬을 통해 외부로 직접 배기하는 방식이다. | 실내 재순환 없이 오염공기를 외부로 배출할 수 있어 VOC 저감에 효과적이다. | 역류 방지 댐퍼 설치, 이웃 민원 방지, 겨울철 열손실 등을 고려하여 설계해야 한다. |
주의 : 단순히 선풍기나 서큘레이터로 공기를 섞기만 하면 오히려 오염공기가 실내 전체로 확산되므로 반드시 외부 배기가 가능한 방향으로 공기 흐름을 설계해야 한다.
4. 밀폐형 케이스와 필터 시스템 구축
4.1 밀폐형 케이스의 효과
연구에 따르면 3D프린터를 완전히 둘러싸는 밀폐형 케이스를 사용하면 초미세입자 배출이 크게 감소하고, 케이스 내부에 배기를 적용하면 더 큰 저감 효과를 얻을 수 있다는 결과가 보고되었다고 한다.
또한 최근 실무 가이드에서는 밀폐형 케이스에 HEPA 필터와 활성탄 필터를 결합한 배기 시스템을 권장하며, 교육용과 사무실용 프린터는 가급적 기본적으로 필터가 포함된 밀폐형 모델을 선택하도록 안내한다.
4.2 HEPA·활성탄 필터 조합 설계
3D프린터 배출물 저감을 위해 일반적으로 다음과 같은 필터 조합을 사용한다.
- HEPA 필터는 입자상 물질, 특히 미세먼지와 상당 부분의 초미세입자를 제거하는 역할을 한다.
- 활성탄(또는 제올라이트 등 흡착제) 필터는 VOC를 흡착해 제거하는 역할을 한다.
일부 가이드에서는 공기 흐름 방향상 먼저 활성탄 필터로 VOC를 흡착하고, 이어서 HEPA 필터로 입자를 포집하는 구성을 권장한다.
| 필터 종류 | 제거 대상 | 장점 | 한계 |
|---|---|---|---|
| HEPA (또는 MERV 고등급) | PM10, PM2.5, 초미세입자 상당 부분이다. | 입자 제거 효율이 높고 성능이 비교적 예측 가능하다. | VOC는 거의 제거하지 못하며, 막힘이 생기면 풍량이 급격히 떨어진다. |
| 활성탄 | 다양한 VOC와 냄새 물질이다. | 단순 구조로 저렴하고 많은 모델에 적용 가능하다. | 혼합 VOC에서는 경쟁흡착으로 수명이 짧아질 수 있으며 포화 후에는 성능이 급격히 떨어진다. |
| 제올라이트 등 특수 흡착제 | 특정 VOC, 수분이 많은 공기에서 안정적인 흡착이다. | 내열성이 높고 재생이 가능하며 습도 변화에 비교적 강하다. | 타깃 외 물질에는 효율이 낮을 수 있고 비용이 높을 수 있다. |
주의 : VOC는 다양한 성분이 동시에 배출되며 농도와 조성이 계속 변하기 때문에 어떤 흡착제든 흡착 용량과 수명이 제한적이다. 필터는 정기적으로 교체하고, 필터 포화 전후의 냄새나 센서값 변화를 주기적으로 확인해야 한다.
4.3 필터 선택 및 교체 주기 설정
실무에서는 다음과 같은 기준으로 필터 사양과 교체 주기를 설정하는 것이 합리적이다.
- 프린터 1대 기준으로 최소 수십 m³/h 이상의 공기를 처리할 수 있는 팬과 필터를 사용하는 것이 좋다.
- 교육기관이나 메이커스페이스처럼 장시간 여러 사람이 사용하는 공간은 필터 공기 처리량이 실내 체적의 4~6배/h 이상이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.
- 활성탄 필터는 사용 조건에 따라 수명이 크게 달라지므로, 냄새 증가, TVOC 센서값 상승, 사용 시간(예를 들어 300~500시간 가동) 중 빠른 기준을 적용하여 교체 일정을 정하는 것이 안전하다.
- HEPA 필터는 시각적으로 먼지 축적 정도를 확인하고, 압력손실 증가 또는 풍량 감소가 눈에 띄면 교체해야 한다.
5. 프린터 운영 단계별 미세먼지·VOC 저감 실천
5.1 출력 전 체크리스트
- 사용할 필라멘트의 SDS와 권장 노즐 온도를 확인한다.
- 환기 장치, 밀폐 케이스, 필터 팬이 정상 작동하는지 점검한다.
- 창문 또는 환기구 주변 장애물을 치워 공기 흐름을 확보한다.
- 가능하면 사람이 적게 머무르는 시간대에 긴 출력 작업을 예약한다.
5.2 출력 중 관리
- 프린터가 있는 공간에 불필요하게 오래 머무르지 않는다.
- 출력 상태를 확인할 때는 노즐 바로 앞에서 호흡하지 않도록 하고, 가능한 한 케이스 문을 자주 열지 않는다.
- 출력 중에는 환기와 필터 팬을 상시 가동하며, 타이머를 이용해 환기 시간을 자동으로 관리한다.
- 여러 대를 동시에 가동할 경우, 한 대씩 순차적으로 시작하여 급격한 농도 상승을 피하는 방법도 고려한다.
5.3 출력 후 관리
- 출력 완료 후 최소 30분 이상 환기를 유지하고, 가능하면 1시간까지 연장하는 것이 좋다.
- 출력물이 충분히 식은 후 케이스를 열고, 서포트 제거나 사포질 작업은 별도의 국소배기 설비가 있는 작업대에서 수행한다.
- 노즐 청소, 필라멘트 교체 등 유지보수도 환기가 잘 되는 시간과 장소에서 진행해야 한다.
| 단계 | 주요 작업 | 미세먼지·VOC 저감 포인트 |
|---|---|---|
| 출력 전 | 재료 확인, 장비 점검, 환기 준비이다. | SDS 확인, 재료 변경 필요 여부 검토, 환기·필터 사전 가동이다. |
| 출력 중 | 상태 모니터링, 공간 출입 관리이다. | 케이스 상시 닫기, 출입 최소화, 사람 동선 조정이다. |
| 출력 후 | 환기 연장, 후처리 작업 관리이다. | 후처리 시 별도 국소배기 사용, 청소 시 마스크 착용이다. |
6. 환경별 관리 전략(가정·학교·사무실·메이커스페이스)
6.1 가정에서의 3D프린터 사용
- 아이 방, 침실, 거실처럼 장시간 머무르는 공간에는 가급적 3D프린터를 설치하지 않는다.
- 다용도실, 베란다, 창고 등 외기에 인접한 공간에 설치하고, 창문 개방과 함께 배기팬 또는 공기청정기를 활용한다.
- 재료는 PLA 위주로 사용하고, ABS 등 고위험 재료는 가급적 피하는 것이 바람직하다.
- 출력은 가족이 없는 시간대나 취침 전이 아닌 시간에 수행하는 것이 좋다.
6.2 학교 및 교육기관
- 교육용 3D프린터 공간은 일반 교실과 분리된 실습실 형태로 구성하는 것이 이상적이다.
- 밀폐형 케이스와 HEPA·활성탄 필터가 기본 포함된 장비를 우선적으로 도입한다.
- 수업 시간에는 학생이 프린터 바로 근처에 몰려들지 않도록 동선을 설계하고, 출력 관찰은 유리창이나 카메라를 통해 진행하는 것이 안전하다.
- 운영 매뉴얼에 환기 시간, 필터 교체 주기, 재료 허용 목록 등을 명시하고 정기적인 안전 교육을 실시해야 한다.
6.3 사무실·연구소
- 사무실에서는 업무좌석과 물리적으로 분리된 프로토타이핑 룸을 별도로 구성하는 것이 좋다.
- 연구소 내에서는 기존 국소배기장치, 배기 후드, 실험실 환기 시스템에 3D프린터를 통합하는 방안을 우선 검토한다.
- 장시간 출력이 필요한 경우, 야간이나 휴일에 무인 출력하고 원격 카메라로 모니터링하는 방식이 노출 저감에 효과적이다.
6.4 메이커스페이스·공방
- 다수의 3D프린터가 동시에 가동되는 공간에서는 환기 설비를 설계 단계에서부터 고려해야 한다.
- 장비별로 밀폐 케이스와 필터를 설치하더라도 전체 공간 환기량이 부족하면 실내 농도가 높아질 수 있으므로, 전체 공조 설비의 용량을 충분히 확보해야 한다.
- 사용자 등록 시 안전 교육을 실시하고, 재료 반입 규정을 통해 고위험 재료 사용을 통제하는 관리 체계를 마련하는 것이 필요하다.
- CO2, PM2.5, TVOC 등의 센서를 설치해 실시간으로 공기질을 모니터링하고, 기준값 초과 시 알람과 강제 환기 모드를 가동하는 시스템을 구축하는 것이 바람직하다.
7. 모니터링과 관리 문서화
7.1 저가 센서 활용 요령
- 소형 PM2.5 센서와 TVOC 센서는 절대값 정확도에는 한계가 있지만, 전후 비교를 통해 환기 효과와 상대적 변화 추세를 파악하는 데 유용하다.
- 출력 전 10분, 출력 중, 출력 후 30분 간격으로 값을 기록하면, 환기·필터 조치가 실제로 농도를 얼마나 낮추는지 정량적으로 확인할 수 있다.
- TVOC 센서값이 평상시보다 지속적으로 높게 유지된다면 필터 포화 또는 환기량 부족을 의심해야 한다.
7.2 체크리스트와 로그 관리
실무에서는 다음 항목을 포함한 체크리스트와 로그를 만들어 관리하는 것이 좋다.
- 장비별 재료 사용 이력, 노즐 온도, 케이스 개방 시간이다.
- 환기 장치 가동 시간, 필터 교체 일자, 청소 주기이다.
- 공기질 센서 측정값의 날짜별 추세이다.
- 악취 민원, 사용자 불편 신고, 건강 이상 사례 기록이다.
이러한 기록은 나중에 환기 설비 증설, 재료 교체, 사용 시간 조정 등 개선 조치를 설계할 때 중요한 근거자료가 된다.
FAQ
PLA만 쓰면 굳이 환기나 필터가 없어도 괜찮은가?
그렇지 않다.
PLA는 ABS보다 배출량과 독성이 낮다고 알려져 있지만, 초미세입자와 일부 VOC는 여전히 발생한다.
특히 밀폐된 작은 방에서 장시간 출력할 경우 실내공기질이 눈에 띄게 나빠질 수 있기 때문에, PLA만 사용하더라도 기본적인 환기와 케이스, 필터를 갖추는 것이 안전하다.
공기청정기만 옆에 두면 충분한가?
일반 거실용 공기청정기는 주로 실내 전체 공기를 순환시키기 때문에 오염원을 국소적으로 포집하는 효과는 제한적이다.
가능하다면 프린터 케이스 안에 공기청정기 또는 전용 필터 모듈을 설치해 배출 직후의 공기를 먼저 처리하고, 그 다음 실내 전체 공기를 정화하는 이중 구조를 권장한다.
창문을 열 수 없는 실내에서는 어떻게 해야 하는가?
창문이 없는 실내에서는 외부로 직접 배출되는 덕트형 배기나 건물 공조 시스템과 연결된 배기 라인을 이용해야 한다.
이마저도 어려운 경우에는 밀폐형 케이스 내부에 충분한 용량의 HEPA·활성탄 필터 시스템을 설치하고, 무인 출력 비중을 높여 사람이 머무르는 시간을 최소화하는 보완 조치를 함께 적용해야 한다.
레진 3D프린터는 필라멘트보다 냄새가 심한데, 어떻게 관리해야 하는가?
레진은 액상 상태 자체에서 VOC가 계속 증발하고, 세정용 IPA 등 용제에서도 강한 냄새와 자극성 증기가 발생한다.
따라서 항상 밀폐형 장비와 국소배기, 활성탄 필터를 함께 사용하고, 레진 보관과 세정 작업을 같은 배기 설비 아래에서 수행하는 것이 좋다.
3D프린터 작업 시 호흡 보호구를 꼭 써야 하는가?
환기와 필터, 밀폐 케이스가 충분히 갖춰져 있다면 일반적인 짧은 관찰 작업에서는 항상 호흡 보호구를 착용할 필요는 없다.
그러나 다량의 고온 필라멘트를 사용하는 공정, 장시간 케이스를 열어 두고 작업하는 경우, 필터 교체나 청소 등 먼지가 많이 발생하는 작업에서는 유기화합물용 카트리지를 장착한 반면형 방독마스크와 P100 또는 동급 이상의 입자용 필터를 함께 사용하는 것이 바람직하다.