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[3D프린터 발암물질 논란] 산업용 프린터도 문제다

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[3D프린터 발암물질 논란] 산업용 프린터도 문제다

2016.01.03 18:00

‘제조혁명’이라는 말을 들으며 세계적인 열풍을 일으키고 있는 3D 프린터 중 일부가 초미세먼지와 발암물질을 내뿜는다는 연구 결과가 나왔다.


최근 몇 년 사이 아무런 규제 없이 전세계 구석구석에서 사용되고 있어 주의가 필요하다. 그 중에는 학생들이 이용하는 교육용 3D 프린터도 있다.
 
[긴급진단] 독성물질로 프린트 하시겠습니까
1. 교육용 기기에서 초미세먼지 나와
2. 산업용 프린터도 문제다
3. 폐기물 처리 규정 부재... 대안 노력도 필요하다

 

GIB 제공
GIB 제공

 

● 산업용 기기엔 접착제와 중금속

 

일반 가정과는 약간 거리가 있지만, 산업용 프린터도 문제다. 후가공에서 쓰는 접착제 때문이다. 분말로 된 재료에 프린터 헤드가 접착제를 짜 넣는 접착제 분사 방식(Material Jetting, MJ)을 보자. 3DP(3 Dimensional Printing) 프린터가 대표적이다.

 

출력물의 본체가 되는 흰 분말은 석고와 유사한 재료로, 칼슘이 주재료다(CaSO4ㆍ1/2 H2O, 황산칼슘 반수화물). 여기에 수계(H2O) 접착제를 분사하는데, 물이 닿으면 분말의 결정 구조가 성게 모양으로 바뀌면서 서로 결합된다.

 

문제는 이 다음부터다. “너무 약합니다. 툭 치면 부스러지고 심지어 표면을 만지면 분필 가루처럼 묻어 나와요. 일반 순간접착제로 후가공을 해야만 합니다. 제조업체에서도 그렇게 권유하고요.”(이해신 KAIST 화학과 교수) 순간접착제의 주성분인 시아노아크릴레이트 단량체는 인체에 유독하다. 특히 아이들은 절대 입에 넣으면 안 된다.

 

문제는 국내에서 이미 일부 피규어와 장난감, 교구 등이 3DP 프린터로 만들어지고 있다는 점이다. 시각장애아동용 교구를 만들고 있는 문명운 한국과학기술연구원(KIST) 계산과학연구센터장은 “재료의 유해성이나 프린팅 속도 등을 고려했을 때 상용 프린터 가운데에서는 아직 다른 대안이 없다”며 “인체에 해가 없는 수계 물질로 표면을 별도 코팅하는 게 현재로서는 유일한 대안”이라고 말했다.


 

과학동아 제공
과학동아 제공

광중합 방식(Photo Polymerization, PP)은 더 위험하다. 광경화성 액체 수지에 레이저나 가시광선 빛을 쪼여 중합반응을 일으켜 선택적으로 고형화시키는 SLA(Stereolithography)와 DLP(Direct Light Processing)가 대표적이다.

 

광중합 방식 재료의 유해성에 대해 물을 때마다 모든 취재원이 고개부터 절레절레 흔들었다. 윤충식 교수는 “반도체 칩을 만들 때 광경화성 물질을 굳혀 회로 패턴을 만드는 ‘포토 공정’이 있다”며 “유해한 화학 물질을 제일 많이 쓰는 공정인데, SLA가 이와 비슷하다”고 말했다.

 

미국 로버트 모리스대 환경과학과 다니엘 쇼트 교수팀이 3D 프린팅용 소재의 MSDS(물질안전보건자료)를 검토한 결과를 보자(doi:10.1108/RPJ-11-2012-0111). 다양한 재료 가운데 특히 일부 SLA 프린터에 쓰이는 광경화성 액체 수지에는 안티몬이 포함돼 있었다.

 

안티몬(원소 기호 Sb, 원자번호 51)은 유해 중금속으로, 중독 증상이 비소 중독과 비슷하고 적은 양으로도 사람을 사망에 이르게 할 수 있다. 광경화성 액체 수지 안에 든 ‘광개시제’에 안티몬이 포함돼 있다. 광개시제란 광경화성 액체 수지의 고분자 끝에 달려 있는 물질로, 레이저 빛이 광개시제를 자극해야 경화 반응이 시작된다.

 

이해신 교수는 “안티몬 외에도 광개시제에 함유된 물질은 대부분 발암물질”이라며 “독성 수준이 폐타이어와 비슷하다”고 말했다.

 

다니엘 쇼트 교수는 논문에서 “액체 수지 안의 안티몬은 호흡 가능한 형태가 아니기 때문에 노출될 위험이 오히려 적다”며 “경화된 제품을 후가공하는 과정에서 안티몬이 함유된 먼지가 발생한다”고 밝혔다.

 

SLA 프린터로 만든 최종 제품은 과연 얼마나 유독할까. 학술지 ‘환경과학과 기술’ 2015년 11월 4일자에는 다양한 방식의 3D 프린터로 제작한 물건을 제브라피시(Danio rerio)의 배아에 노출시켜 독성을 시험한 연구 결과가 실렸다(doi:10.1021/acs.estlett.5b00249).

 

FDM, SLA(그림 표시 STL), SLA 프린팅 후 자외선 후가공 등 세가지 방식으로 찍은 물체에 제브라피시 배아를 노출시킨 결과. SLA 프린터로 찍은 물체에 노출된 배아가 발달이 늦고 돌연변이 비율이 높았다. 소수가 부화했지만, 100% 기형이었다. - Environmental Science & Technology 제공
FDM, SLA(그림 표시 STL), SLA 프린팅 후 자외선 후가공 등 세가지 방식으로 찍은 물체에 제브라피시 배아를 노출시킨 결과. SLA 프린터로 찍은 물체에 노출된 배아가 발달이 늦고 돌연변이 비율이 높았다. 소수가 부화했지만, 100% 기형이었다. - Environmental Science & Technology 제공

 

3D 프린터로 만든 물건에 노출된 배아가 대조군에 비해 돌연변이 비율이 높았다. 특히 SLA 방식으로 만든 물건에 노출된 배아는 심장부종 돌연변이가 발생할 확률이 FDM 방식에 비해 5배, 대조군에 비해 20배 높았다. 비슷한 실험을 해 본 이 교수는 “동물 세포가 남김 없이 다 죽었다”며 “최소한 의료기기용 국제표준인증(ISO) 기준은 통과할 수 없는 수준일 것”이라고 말했다.

 

이 같은 지적에 대해 같은 광중합 방식인 DLP 프린터를 개발·생산하고 있는 한 국내 업체 관계자는 “광개시제는 우레탄이나 에폭시를 다루는 기존 산업에서 매우 흔하게 사용돼 온 물질로, 당연히 먹어선 안되고 장기적으로 노출됐을 때 피부 등에 유해할 수 있다”며 “경고 문구를 비롯해 물질 정보가 정확히 기록된 MSDS를 구매자에게 제공해 안전에 유의하도록 하고 있다”고 말했다.

 

그는 또 “해외의 유명 화학 회사들과 인체 친화적인 소재를 개발하기 위한 프로젝트를 진행하고 있다”고 덧붙였다.

 

광중합 방식 프린터는 아직까지는 자동차 기업에서 시제품을 만드는 등 산업용으로만 쓰이고 있다. 이해신 교수는 “광경화성 물질은 산업용으로만 쓰여 왔는데, 3D 프린터 가격이 떨어지면 일반 소비자에게도 퍼질 가능성이 있다”며 “개인 보호복과 마스크를 입는 근로자와 달리 일반 소비자는 더 큰 위험에 직면할 수 있다. 그 전에 대안을 마련해야 한다”고 말했다.

 

 

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