3D 프린터 증기 및 기타 오염 물질을 위한 최고의 공기 청정기

3D 프린팅은 제조 분야에서 놀라운 잠재력을 가지고 있습니다. 기술이 발전하고 가격이 하락함에 따라 이제 가정 작업실과 학교 교실에서도 3D 프린터를 사용할 수 있게 되어 더 많은 사람들이 3D 프린팅을 취미 또는 사업으로 삼을 수 있게 되었습니다.

안타깝게도 3D 프린터는 방출하는 증기 및 기타 오염 물질로 인해 실내 공기질에도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 3D 프린터의 영향을 상쇄하는 데 가장 적합한 공기청정기를 찾기 위해 프린터에서 배출되는 오염 물질과 공기에서 이러한 오염 물질을 제거하는 데 적합한 장치를 살펴봅니다.

산업 환경에서는 정부가 정한 작업장 표준에 따라 측정할 수 있는 적절한 실내 공기질을 유지하기 위해 필터와 강력한 환기 시스템을 갖추고 있는 경우가 많습니다. 하지만 가정이나 학교의 3D 프린터 사용자에게는 이러한 장치가 없습니다. 3D 프린터는 비교적 새로운 기술이기 때문에 관련 규정이 거의 없으며, 3D 프린터의 배출 가스가 OSHA 기준을 충족하는지 확인하기 위해 홈 작업장을 검사하는 기관도 없습니다. 따라서 집안의 공기질을 안전하고 건강하게 유지해야 합니다. 이를 위한 한 가지 방법은 공기청정기를 사용하는 것입니다.

공기청정기가 3D 프린터에서 나오는 증기와 입자에 대해 효과가 있나요?

3D 프린터는 다양한 방법을 사용하여 3차원 형상을 만들 수 있지만, 개인이나 소규모 기업용으로 시판되는 대부분의 3D 프린터는 용융 폴리머 증착(MPD)이라는 방법을 사용합니다. 이 프로세스는 용융 증착 모델링(FDM)이라고도 합니다. MPD 프린터는 노즐을 통해 플라스틱을 압출하고 최대 320°C의 온도에서 녹인 후 얇은 층으로 쌓아 올려 원하는 물체를 형성합니다. 플라스틱이 고온으로 가열되면 그 성분이 분해되기 시작하여 매우 미세한 오염 물질과 증기로 공기 중으로 방출됩니다. 공기청정기는 이러한 유형의 공기 중 오염 물질을 줄일 수 있어야 합니다.

여기서는 MPD 3D 프린팅에 초점을 맞출 것입니다. 인기 있는 메이커봇 프린터가 이 범주에 속합니다. 다른 유형의 3D 프린터도 다른 유형의 오염 물질을 생성할 수 있지만, 거의 모든 3D 프린터는 분말, 바인더 또는 기본 재료의 용융을 기반으로 하므로 사용하는 프린터 유형에 관계없이 공기 정화 시스템을 고려해야 합니다.

3D 프린터의 유해 물질 유형

널리 사용되고 있기 때문에 대부분의 실험실 테스트는 MPD 3D 프린터로 수행되었습니다. 이러한 프린터는 휘발성 유기 화합물(VOC)과 초미세 입자(UFP)라는 두 가지 유형의 오염 물질을 생성합니다.

플라스틱 증기(VOC)

3D 프린터에 사용되는 플라스틱은 일반적으로 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 또는 폴리락트산(PLA)입니다. 두 플라스틱 모두 고온에서 스티렌, 포름알데히드, 메틸 메타크릴레이트, 시안화수소 등 다양한 휘발성 유기화합물(VOC)을 방출합니다. 일산화탄소도 생성될 수 있습니다. 올바른 공기 정화 기술은 VOC를 고려해야 하며, 모든 기술이 이를 고려하는 것은 아닙니다. HEPA 필터나 이온화 장치와 같은 기존 공기 필터는 입자만을 대상으로 설계되었고 가스는 포함하지 않았기 때문에 3D 프린팅 과정에서 방출되는 유해한 VOC 혼합물에는 효과적이지 않습니다.

ABS 플라스틱은 PLA보다 높은 온도에서 녹기 때문에 잠재적으로 더 유해할 수 있으며, 녹는점이 높을수록 더 많은 독성 화합물이 방출되는 경향이 있습니다(Stephens et al., 2013). 플라스틱이 녹을 때 발생하는 증기는 쥐, 생쥐 및 기타 포유류에게 유독한 것으로 알려져 있습니다(Schaper, Thompson & Detwiler-Okabayashi, 1994). 또한 3D 프린터의 많은 기본 재료에는 색상, 유연성, 전기 전도성 또는 기타 특성을 부여하기 위한 첨가제가 포함되어 있습니다. 이러한 첨가제는 가열 시 더 많은 독성 휘발성 유기 화합물(VOC)을 공기 중으로 방출할 수 있습니다.

플라스틱 및 초미세먼지

또 다른 문제 영역은 플라스틱을 고온으로 가열할 때 생성되는 초미세 입자(UFP)입니다. 이 입자는 VOC와 마찬가지로 용융된 원료의 부산물입니다. 이러한 입자는 직경이 0.1마이크로미터 미만이므로 쉽게 흡입할 수 있습니다. 3D 프린터의 UFP 흡입이 장기적으로 미치는 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만, 확실한 것은 UFP의 축적이 인체에 좋지 않다는 것입니다. 기존 공기 필터는 크기가 매우 작기 때문에 이러한 오염 물질을 처리하려면 특수한 기술이 필요합니다. 기존 공기 필터는 일반적으로 특정 크기의 입자를 처리할 수 있지만(일반적으로 0.3마이크론 크기의 입자에 가장 효과적임), UFP는 일반적으로 그보다 더 작습니다.

이 두 가지 유형의 오염 물질은 두 가지 다른 오염 물질을 처리할 수 있어야 하는 공기청정기에 특히 까다로운 문제입니다: VOC와 UFP.

3D 프린터로 인한 오염을 방지하는 데 가장 적합한 공기청정기는 어떤 종류일까요?

각 공기 정화 기술에는 고유한 장단점이 있으며 모든 공기 청정기가 입자상 오염 물질과 휘발성 유기 화합물을 모두 처리할 수 있는 것은 아닙니다.

HEPA - HEPA 필터는 0.3마이크론 크기의 입자를 99.97% 제거하도록 특정 표준에 따라 설계되었습니다. 3D 프린터의 UFP는 0.1마이크론까지 작을 수 있기 때문에 HEPA 필터로는 공기 중에 있는 모든 입자를 제거할 수 없습니다. 그러나 이러한 작은 입자는 서로 달라붙거나 공기 중의 다른 입자에 달라붙어 더 커지는 경향이 있습니다. 연구에 따르면 프린터 자체를 HEPA 필터가 있는 인클로저에 넣었을 때 실내의 UFP 농도가 98% 감소한 것으로 나타났습니다. 따라서 HEPA 필터는 UFP를 모두 제거하지는 못하더라도 실내에 있는 UFP의 양을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 HEPA 필터는 탄 플라스틱에서 휘발성 유기 화합물이나 냄새를 제거하지는 못합니다.

카본 필터 - 카본 필터는 활성탄을 사용하여 공기 중 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거합니다. 탄소에는 열쇠 구멍에 맞는 자물쇠처럼 VOC 분자가 갇힐 수 있는 수많은 부위가 있습니다. "흡착"으로 알려진 이 과정은 공기 중 휘발성 유기 화합물과 냄새를 모두 효과적으로 제거할 수 있습니다. 탄소 공기청정기의 문제점은 탄소가 VOC 분자로 '가득 차면서' 점차 효과가 떨어진다는 점입니다. 어느 시점에서 필터는 작동을 멈출 뿐만 아니라 동일한 독성 화합물을 공기 중으로 다시 방출하기 시작합니다. 따라서 자주 교체해야 합니다. 또한 탄소 필터는 일산화탄소 및 기타 유형의 가스와 같은 특정 화합물을 필터링할 수 없습니다. 3D 프린터에서 배출되는 휘발성 유기 화합물은 플라스틱을 녹이는 것과 관련이 있기 때문에 가정용 탄소 필터는 이러한 물질을 제거하는 데 효과적이지 않을 수 있습니다. 마지막으로, 탄소 필터는 UFP를 포함한 미립자 오염 물질을 포집하지 못합니다.

오존 발생기 - 오존 발생기는 가스를 제거하는 데 한계가 있을 뿐만 아니라 유해한 오존을 생성합니다. 또한 독성 부산물을 생성하며 프린터의 플라스틱이 뜨겁기 때문에 공기 중에 이미 화학 물질이 포함되어 있습니다. 또한 오존 발생기는 미립자를 제거하지 않으므로 잠재적으로 유해한 UFP는 영향을 받지 않습니다. 이러한 요인으로 인해 EPA는 실내에서 오존 발생기 사용을 권장하지 않습니다.

Ioniser - 이온화기는 이온화기를 통과하는 입자를 전기적으로 충전하여 입자가 서로 뭉쳐서 공기에서 분리되도록 합니다. 그러나 이 과정에서 오존이 생성되므로 오존 발생기와 동일한 단점이 있습니다. 이온화기는 또한 VOC에 효과적이지 않으므로 3D 프린터에서 녹은 플라스틱의 독성 부산물을 제거하지 못합니다. 일부 공기청정기에는 장치의 주요 기술을 보완하는 특별한 '이온화' 섹션이 있습니다.

PCO - PCO 공기청정기는 광화학 반응을 통해 공기 중 휘발성 유기 화합물을 제거할 수 있다고 주장합니다. 그러나 이러한 반응의 부산물은 예측할 수 없으며 독성이 있을 수 있습니다. 또한 PCO 공기청정기는 약간의 오존을 방출하며 입자상 오염 물질에는 효과적이지 않습니다.

3D 프린팅 유해 물질에 대한 권장 사항

탄소 필터와 HEPA 필터의 하이브리드 - 또는 개인 상황이나 예산이 허락한다면 3D 프린터 화합물에서 생성되는 미립자 및 VOC를 방지하는 데 도움이 될 수 있으므로 충분한 수의 탄소 필터와 HEPA 필터가 장착된 하이브리드 장치를 고려할 수 있습니다. 유기 입자는 파괴되지 않지만 HEPA 필터는 여전히 오염 물질을 걸러냅니다. 탄소층은 VOC를 충분히 흡수할 수 있을 만큼 충분히 무거워야 합니다(예: 5파운드 이상)(얇은 층은 빠르게 포화됨).

3D 프린터 사용 시 공기질을 개선하는 다른 방법

3D 프린터를 사용할 때 가장 중요한 단계는 적절한 환기를 하는 것입니다. 3D 프린팅 프로세스는 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있으므로 창문을 열어두는 것 이상의 환기가 필요할 수 있습니다. 외부로 배출되는 적절한 배기 팬을 사용하면 휘발성 유기 화합물(VOC)과 입자를 집 밖으로 배출하여 더 깨끗한 공기를 얻을 수 있습니다.

3D 프린터 사용의 잠재적 위험성에 대한 이해가 높아지면서 VOC와 UFP를 적게 배출하는 새로운 플라스틱과 기본 재료가 개발되고 있습니다. 저방사성 기본 재료를 선택하면 실내 공기질도 개선할 수 있습니다.

HEPA 필터가 장착된 인클로저에서 3D 프린터를 사용하는 것이 더 안전한 것으로 입증된 방법입니다. 하지만 현재 인클로저와 함께 판매되는 3D 프린터는 거의 없습니다. 작업장에 HEPA 인클로저를 추가하면 3D 프린터로 인해 발생하는 많은 공기질 문제를 피할 수 있습니다.

3D 프린팅 기술의 활용도가 높아지고 가격이 저렴해짐에 따라 실내 공기질과 건강에 미치는 영향에 대한 이해도 높아지고 있습니다. 따라서 가정이나 직장에 3D 프린터가 있는 경우 안전한 실내 환경을 유지하기 위해 공기청정기를 선택할 때 정보에 입각한 결정을 내리는 것이 중요합니다.