FDM 3D 프린팅 소재 특성, 안전성

3D 프린팅 소재의 이해

3D 프린터는 20여종 이상의 기술이 존재하고 있지만 현재 가장 널리 사용되는 방식은 포토폴리머리제이션 방식과 익스투루전 방식이 있습니다. 포토폴리머리제이션 방식은 광경화성 수지를 경화시켜 형상을 만들고, 익스투루전 방식은 필라멘트나 필라멘트 형태의 각종 고체 수지 재료를 적층하여 형상을 만드는 방식입니다. 3D 프린팅 방식에 다양한 종류가 있듯이 사용하는 소재에도 많은 종류가 있습니다. 그중에서도 오늘은 FDM 3D 프린터에 사용되는 소재의 특성에 대해 알아보고자 합니다. 익스투루전 방식 중에서도 FDM은 최근에 특허가 만료됨에 따라 제일 먼저 보급용으로 널리 쓰이게 된 3D 프린팅 방식입니다. 요즘에는 보급형 제품의 가격이 많이 낮아졌기 때문에 이 방식의 3D 프린터에 관심을 두고 계신 분들도 많고, 제품을 보유하고 계신 분들이 상당히 많은 것으로 알고 있습니다. 저 또한 3D 프린터를 보유하고 있고, FDM 방식을 사용하고 있습니다. 

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2021년 3D 프린터가 암을 유발한다는 뉴스가 보도되었습니다. 3D 프린터를 다루는 고등학교 교사 세 명이 육종암이라는 희귀암에 걸렸다는 소식이었는데요. 3D프린터의 존재를 모르다 이 사건으로 인해 이런 기기가 있다는 것을 처음 알게 된 경우도 있겠다는 생각이 듭니다. 그럼, 정말 학교나 현장에서 이런 위험성이 있는 제품을 사용하고 있는 걸까요? 이미 구입해서 사용하고 계신 분들은 안전한 걸까요? 혹시라도 있을 수 있는 위험을 피해 안전하게 사용할 수 있는 방법은 없을까요?   

FDM 프린터의 대표적 소재

가장 대중적으로 사용되는 ABS 소재와 PLA 소재 이외에도 금속 입자를 넣은 필라멘트, 톱밥을 넣어 나무 질감을 낸 필라멘트, 도자기의 가루를 넣은 필라멘트 등 정말 많은 종류의 소재가 존재합니다. 그중에서도 가장 많이 사용되는 소재는 단연 ABS와 PLA가 아닐까 합니다. 먼저 PLA는 옥수수 등의 식물추출 원료로 만들어 생분해가 가능하다는 특징을 갖고 있습니다. 바이오 플라스틱이기 때문에 유해 물질의 배출이 거의 없고, 유해 물질 인증을 취득한 제품이 많아 선택의 폭이 넓습니다. 열변형 온도가 낮아 내열성에 취약하지만 일단 경화되고 나면 강도는 상당히 높은 편입니다. 다만 이 강도가 강하다는 것이 양날의 검이라고 볼 수 있습니다. 단단해도 너무 단단하기 때문에 후가공을 하려면 애를 많이 먹습니다. 줄로 갈아내고 사포로 문지르고···. 정말 후가공에 노력이 많이 들어가기 때문에 PLA는 취미로 하는 일상적인 출력물에 적합합니다. 또 다른 소재인 ABS는 플라스틱 합성수지라는 뜻으로 온도저항이 높고 유연성과 강도가 높은 것이 특징입니다. 온도저항이 높기 때문에 열변형 온도가 높아 경화되는 과정에서 구부러지거나 휘어지는 정도가 덜한 편입니다. 강도는 높은 편이나 PLA와 비교하자면 상대적으로 연마나 절삭이 용의합니다. 그렇기 때문에 시제품 제작에 PLA보다 ABS가 선호되는 것으로 알고 있습니다.  

ABS와 PLA 

결론적으로, 가정에서 취미로 3D 프린터를 운용할 계획이라면 PLA 소재의 필라멘트를 사용하는 것이 맞습니다. ABS, 플라스틱 합성수지는 용해 시에 냄새가 심한 스타이렌(스티렌)과 페놀이라는 발암물질이 나오게 됩니다. PLA를 사용해 본 분이라면 아, 이건 몸에 좋지 못한 냄새구나 바로 느끼셨을 겁니다. PLA 소재의 필라멘트를 사용할 계획이라면 챔임버와 유독성 물질을 걸러주는 필터가 달린 모델을 사용해야 하는데, 그렇다고 하더라도 냄새가 얼마나 독한지 챔임버 밖으로 기분 나쁜 냄새가 스멀스멀 흘러나옵니다. 당연히 한여름에 사용하던 한겨울에 사용하던 창문은 무조건 활짝 열어젖히고 사용해야 합니다. 그렇다면 PLA는 식물추출 원료로 만들었고 생분해가 된다고 하니 안전하지 않을까 생각할 수 있는데, 또 그렇지만도 않습니다. PLA 소재 또한 스타이렌이 배출됩니다. 다만 ABS에 비해서 배출되는 독성 물질의 양은 미량입니다. 사용 시에 환기를 제대로 시켜준다면 크게 문제가 되는 정도는 아니라고 하니 건강을 위해서 환기를 잘 시키는 것이 중요할 것 같습니다. 30만 원 정도 되는 조립형 모델의 경우 챔임버가 없는 형태가 많은데, 챔임버만도 온라인으로 구입이 가능하니 장비는 모두 갖춰놓고 안전한 취미생활 하시길 바랍니다. 

3D 프린팅 소재별 성분분석 결과(PLA,ABS 예시)