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  • 기사등록 2020-07-06 14:01:30
  • 수정 2023-10-25 11:16:14
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3D프린터 안전이슈 선제 대응, 선택 아닌 필수



한국건설생활환경시험연구원(KCL)은 2015년 적층제조(AM:Additive Manufacturing) Safety와 관련된 국제표준을 전 세계에서 최초로 제안하고 ISO & ASTM Joint Members로 구성된 ISO TC 261 & ASTM F42 JG68의 Safety 분과를 최초로 설립하였다.


현재까지 2015년 당시 제안했던 보급형 ME(Material Extrusion)방식에서 방출되는 유해물질 평가 방법 ‘Test method for determination of particle and chemical emission rates from desktop 3D printer material extrusion’과 작업장 내 Safety Issue와 관련하여 작년에 새롭게 제안한 ‘The test method for the hazardous substances emitted from ME type 3D printers in the non-industrial places’ 국제표준 2건을 개발중에 있다.


2015년 AM 표준화기구 ISO TC261 총회에서 보급형 3D프린터 가동 중 발생되는 유해물질에 대한 안전성 문제를 제기하고 국제표준 신규 표준 제정을 위해 PWI(Preliminary Work Item)를 발표할 때 적극적인 관심을 가졌던 미국 및 유럽 국가와는 달리, 2016년 국내 3D프린팅 포럼 및 공청회를 통해 처음으로 보급형 ME방식 3D프린터에 대한 Safety 표준의 중요성을 언급했을 때 대부분의 국내 기업들은 싸늘한 반응을 보였다. 당시, 정부에서는 3D프린팅 국내 산업을 육성하기 위해 2015년 ‘삼차원프린팅산업 진흥법’을 제정하고 매년 1000억 이상의 R&D 예산을 투자하여 국내 기업들의 경쟁력 강화를 위해 노력하였지만, 보급형 장비에 대한 투자보다는 국내 수요가 많고 시장 규모가 큰 산업용 메탈 장비 개발과 국내 3D프린팅 기반구축사업에 집중된 투자가 이루어지고 있는 시기였다. 그렇다 보니, 상대적으로 보급형 장비를 개발하는 국내기업들과 소재 기업들에게는 장기적인 기술 개발 투자보다는 당장 국내 보급률을 높여 기업 이익을 높여야 하는 상황에서, 세계적으로도 Safety와 관련된 문제의식이 부족한 시기에 보급형 ME방식 3D프린터에 대한 유해물질 저감을 위한 국제표준 개발은 오히려 국내기업들의 발목을 사로잡는 새로운 규제로 인식할 수 있는 시기였기 때문이었다.


하지만, 당시 3D프린팅 Safety와 관련된 국제표준 개발에 대한 부정적인 시선에도 불구하고 KCL은 지금 개발되고 있는 표준이 국내·외 산업현장에 적용되기까지 다소 시간이 걸릴 수 있으나 언젠가는 제품 수입 및 수출을 제한하는 환경규제로 적용될 가능성이 높기 때문에 현재 개발되고 있는 표준을 기반으로 친환경 3D프린터 및 친환경 소재에 대한 지속적인 개발과 차별화된 전략 제품으로 국제 경쟁력을 갖춰야 한다고 강조해왔다.


■ 美, 보급형 ME방식 3D프린터 안전인증 마련 활발


AM 표준화기구 ISO TC 261은 2011년 미국 ASTM F42와 PSDO(Partner Standards Developing Organization Agreement) 협약을 맺고 국제표준을 공동으로 개발하고 있으며, 미국의 대표적인 시험인증 기관 UL은 ASTM의 최대 회원으로 AM 표준 개발을 위해 ASTM F42 Subcommittee에 각 분야 별 전문가를 적극적으로 참여시켜 기존에 UL 표준이 현재 AM 표준에 많이 반영될 수 있도록 노력하고 있다. 특히, UL은 3D프린팅 Safety 관련 표준에 대한 중요성을 일찍이 파악하고, 현재 KCL에서 개발하고 있는 ME방식 3D프린터 유해물질 평가방법 ISO/ASTM DIS 52932와 유사한 표준 UL 2904를 2019년 발행하였다.


UL은 건축자재, 전기용품 등에서 방출되는 유해물질 저감 관리를 위해 실내공기질 관리를 위한 UL GREENGUARD(그린가드) 인증 프로그램을 운영하고 있으며, 미국 환경청(EPA)에서 인정하는 대표적인 환경인증제도로, 건축자재, 전기용품 등 다양한 실내 제품에 대하여 신경계 장애를 일으킬 수 있는 휘발성유기화합물(VOCs), 폼알데하이드(HCHO) 및 미세먼지(Particles) 등의 방출량을 평가하고 있다.


2019년 발행된 UL 2904 표준으로 3D프린터 제조업체가 자사 제품이 얼마나 유해물질을 방출하고 있는지, 실내공기질 환경에 얼마나 영향을 미치는지를 판단할 수 있도록 3D프린팅 UL GREENGUARD 인증을 받을 수 있게 되었다.


미국 직업안전건강관리청(OSHA)은 2014년부터 3D프린팅 안전사고와 관련된 위험 사항들에 대해 3D프린팅 제조 회사들에게 알려왔으며, 특히, 3D프린팅 유해물질 위험성과 관련하여 미국 국립산업안전보건연구원(NIOSH) 나노기술센터(NTRC)에서는 2020년 필라멘트 소재를 사용하는 ME방식 3D프린터에 대한 Health & Safety Guidebook을 발행하였다. NTRC에서는 필라멘트 소재 종류에 따라 호흡 및 피부 노출 시 잠재적으로 위험할 수 있는 휘발성유기화합물(VOCs), 입자성 물질, 기타 화학물질에 대한 위험성을 언급하고 있으며, 이러한 유해물질 저감을 위해 작업장에서 AM 프로세스 과정 중 고려해야 할 주의사항과 작업장 내 인체 노출을 줄이기 위한 공학적 관리, 행정관리, 개인보호장비와 같은 안전 조치사항을 가이드하고 있다.


UL 인증마크는 원칙적으로 자율규제로 여겨지고 있으나, 미국 지방정부 차원에서 UL 인증을 필수 사항으로 요구하는 제품들이 있어, UL 마크를 받지 않는 상품은 미국 내 조달 시장 입찰 및 미국 대형유통 업체 구매 대상에서 제외될 수 있다.


이처럼, 미국 OSHA와 NIOSH가 ME방식 3D프린터를 포함한 모든 3D프린터 장비 및 소재에 대한 Health & Safety 관련 지침을 개발하고, UL이 3D프린팅 필라멘트 소재에 대한 UL GREENGUARD 인증제도를 시행하고 있어, 향후 몇 년 안에는 3D프린팅 소재 및 작업장에서의 유해물질 안전관리 규제들이 각국의 안전관리 규제 지침에 따라 제정될 수 있을 거라 조심스럽게 전망해 볼 수 있을 것 같다.


▲ 국가별 집진필터가 설치된 ME방식 3D프린터(예)


美·유럽, 방출 유해물질 안전관리 및 안전장치 마련 중

수출장벽 우려, 친환경 3D프린터·보호장비 개발 지원 必


■선진국, 유해물질 방출 차단 Clean box 개발 박차


최근 데스크탑 방식 보급형 ME방식 3D프린터는 기존 제품과 달리 3D프린터 구동 성능, 출력품질이 향상되어 소비자들의 사용 영역이 점점 확대되고 있다. 특히, 최근에는 UL2904 및 KCL에서 개발 중인 ISO/ASTM DIS 52932 Safety 표준에 대응하고, 적층 과정 중 발생되는 유해물질 및 미세먼지를 사전에 차단하기 위하여, 밀폐형 챔버에 다양한 집진필터가 장착된 보급형 프린터들이 아래 표와 같이 미국 및 유럽국가에서 개발되고 있다.


또한, 개인 사용자들을 위한 $1000달러 이하의 저가용 DIY ME방식 3D프린터들도 지속적으로 개발되어 출시되고 있는 상황이다. 하지만, DIY 방식의 저가형 3D프린터의 경우, 대부분 밀폐형보다는 오픈 형태로 제작되고 있기 때문에 프린터 가동 중 유해물질과 미세먼지 위험에 노출되는 문제점이 있었다. 하지만, 미국과 유럽에서는 이러한 오픈형 DIY 3D프린터의 단점을 보완하기 위하여, 아래와 같이 다양한 Clean box들을 개발하여 Clean box에 오픈형 3D프린터를 설치하고 헤파필터 및 카본필터 등을 이용하여 유해물질이 외부로 방출되는 것을 사전에 차단하는 Clean box들을 개발하고 있다.


미국 및 유럽국가와는 달리 현재 우리나라에서는 극히 일부 제조회사를 제외하고는 대부분 이러한 유해물질과 미세먼지를 근본적으로 차단할 수 있는 필터 모듈이 장착된 보급형 3D프린터 개발은 미진한 상태이다. 오히려, 국내에서는 타사와의 가격 경쟁력 때문에 오히려 밀폐형보다는 오픈 형태로 판매하는 경향이 두드러지고 있는 상황이다. 또한, 미국과 유럽국가에서 이러한 오픈 형태의 단점을 보완하기 위해 Clean box들을 별도로 개발하여 보급하고 있는 반면, 우리나라에서는 이러한 Health & Safety에 관심이 아직 부족하고, 이를 위한 향후 대응이 늦어지고 있는 상황이다.


다행스럽게도 2015년부터 KCL이 추진하고 있는 Safety 관련 국제표준 개발에 관심 있었던 기업이 있어 ’17년 과기부 「3D프린팅 사업화 기술개발확산 사업」으로 헤파필터가 장착된 ME방식 3D프린터 개발과 오픈형 ME방식 3D프린터 유해물질 저감을 위한 Safety booth 개발 사업을 진행할 수 있었다.


당시, 국내에서 3D프린터 가동 중 발생되는 유해물질과 미세먼지에 대한 연구를 오랫동안 진행해왔던 서울대 보건대학원, 국내 최초 필터 장착형 ME방식 3D프린터를 보급하였던 (주)큐비콘, 광학계 방식으로 미세먼지 입자 개수를 측정할 수 있는 기술을 보유한 (주)이노서플, 집진필터, 기능성 필터 및 탈취 필터 등 다양한 필터 생산 능력이 보유한 (주)쓰리에이씨와 컨소시엄을 구성하여, 필라멘트를 사용하는 ME방식 3D프린터 가동 중 발생되는 유해물질과 미세먼지를 저감하기 위한 헤파필터 모듈 개발과 미세먼지를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 광학센서가 함께 설치된 Safety booth를 개발하였다.


앞서, 미국과 유럽에서 개발한 Clean box와 달리, 챔버 내 광학센서를 이용한 미세먼지 방출량을 실시간으로 모니터닝 할 수 있는 기능은 세계최초로 개발되었다.


국내와 미국에서 개발한 Clean box에 보급형 ME방식 3D프린터를 Clean box에 넣고 TVOC와 Particles 개수 농도에 대한 평가를 한 결과 두 제품 모두 TVOC와 초미세먼지 감소율이 우수하였지만, 국내에서 개발한 Clean box의 유해물질 감소율이 미국 제품보다 우수한 결과를 보였다. 더욱이, 국내 제품의 경우, TVOC와 초미세먼지를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 광학 센서 모듈이 설치되어 있어 사용자가 챔버 내 유해물질이 잘 제거되고 있는지 확인할 수 있어, 제품 성능 및 기능성 측면에서 국외 제품과는 차별화된 Clean box로 개발되었다.


▲ Clean Box 성능평가 비교


■ 안전이슈 대응 제품 및 소재 개발 정책적 지원 필요


앞서 언급했듯이, 미국 직업안전건강관리청(OSHA)에서는 2014년부터 3D프린팅 안전사고 및 위험 사례들을 제조업체에게 적극적으로 알려왔고, 미국 국립산업안전보건연구원(NIOSH)과 UL에서 보급형 3D프린터 가동 중 발생되는 유해물질에 대한 위험 가능성과 관련 표준 개발의 중요성을 언급할 때 미국 및 유럽 국가에서는 이러한 Safety 이슈를 진지하게 고민해 왔으며 Safety 이슈를 대응하기 위한 친환경 3D프린터 개발과 Clean box와 같은 보호 장비를 개발해 왔다.


비록, 우리나라가 Health & Safety를 고려한 친환경 3D프린터 장비 및 소재 개발 등 관련 분야에 대한 기술 개발이 늦어지고 있지만, 앞서, 한국이 개발한 보급형 3D프린터와 Clean box 성능이 현재 개발되고 있는 미국 제품에 비해 기술적 차별성과 유해물질 저감 성능이 우수하다는 걸 확인할 수 있었다.


결론적으로, 우리 제조업계는 현재 개발되고 있거나, 개발 예정인 국제표준 현황을 관심 있게 살펴봐야 하며, 나아가서는 자사가 개발하고 있는 제품에 대한 표준 개발이 필요한 경우, 국내 표준기관과의 연계를 통해 국제표준 개발에 적극적으로 참여하여 세계 시장을 선도할 용기와 인내를 가지고 국제무대를 선도할 필요가 있다.


아울러, 정부는 국내 기업들이 중·장기 계획을 가지고 제품 및 소재 개발 사업을 도전할 수 있도록 국내 수요 및 제조업계 비중이 가장 높은 보급형 3D프린터 업계 및 관련 소재 업체들을 대상으로 국책 R&D 사업을 지속적으로 지원할 필요가 있다.

▲ 국가별 Clean box 개발 현황


▲ 유해물질 저감을 위한 Safety Box 개발 개념도


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