금속 복합 필라멘트 사용 시 수십 nm 나노입자 발생량 2배 이상 증가 확인
전자현미경 분석 결과 α-Fe2O3 기반 플레이크 형태 금속 산화물 나노입자 검출
PLA 중심의 기존 연구 한계 넘어...3D 프린팅 금속 필라멘트 위해성 최초 규명

가톨릭대학교 성심교정 전경./사진제공=가톨릭대

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가톨릭대학교는 최근 윤종상 에너지환경공학과 교수(대기환경연구실) 연구팀이 3D 프린팅 환경에서 금속 산화물 나노입자가 공기 중으로 배출될 수 있다는 사실을 세계 최초로 입증했다고 19일 밝혔다.

이번 연구는 전기준 인하대 환경공학과 교수팀과 함께 연구를 수행했으며, 박은진 가톨릭대 에너지환경공학과 석사과정이 제1저자로 참여했다.

3D 프린팅은 산업·가정·학교 등 다양한 공간에서 활용되고 있다. 하지만 출력 과정에서 배출되는 초미세·나노입자의 인체 및 환경 영향에 대한 우려는 지속적으로 제기되고 있다. 그동안의 연구는 PLA, ABS 등 일반 플라스틱 필라멘트에 집중돼 금속 복합 필라멘트의 위해성은 충분히 밝혀지지 않았다.

윤 교수팀은 스테인리스 스틸이 포함된 PLA 필라멘트를 사용해 출력 과정 중 배출되는 나노입자의 물리·화학적 특성을 정량·정성 분석했다. 분석 결과, 일반 PLA 필라멘트 대비 수십 나노미터 크기의 입자가 2배 이상 다량 배출되는 것으로 나타났다.

전자현미경 분석에서는 플레이크(Flake) 형태의 독특한 금속 산화물 입자가 관찰됐으며, 이는 α-Fe2O3(hematite)가 풍부한 금속 복합 나노입자로 확인됐다. 연구팀은 이러한 입자가 호흡기를 통해 인체에 노출될 경우 잠재적 독성과 건강 위해성을 유발할 가능성이 있다고 설명했다.

윤 교수는 "이번 연구는 향후 독성 평가, 환경 노출 모델링, 실내 작업환경 관리 기준 수립 등 다양한 후속 연구의 기초자료가 될 것"이라며 "공공 안전 가이드라인과 실내 환경 안전관리 기준 마련에도 기여할 수 있다"고 말했다.

한편 이번 연구는 정보통신기획평가원의 '학석사연계 ICT핵심인재양성사업'과 한국연구재단 기본연구의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 환경 분야 국제학술지 'Journal of Hazardous Materials'(IF=11.3, 상위 4.9%)에 게재됐다.

윤종상 가톨릭대 에너지환경공학과 교수팀의 연구자료 이미지./사진제공=가톨릭대

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권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr

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