[논문]실제 3D 프린팅 작업장에서 발생하는 공기 중 유기화합물, 금속 및 입자특성 평가

김성호; 정은교; 김세동; 권지운

doi:10.15269/jksoeh.2020.30.2.153

실제 3D 프린팅 작업장에서 발생하는 공기 중 유기화합물, 금속 및 입자특성 평가
Assessment of Emitted Volatile Organic Compounds, Metals and Characteristic of Particle in Commercial 3D Printing Service Workplace 원문보기

한국산업보건학회지 = Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, v.30 no.2, 2020년, pp.153 - 162

김성호 (산업안전보건연구원 직업환경연구실) , 정은교 (산업안전보건연구원 직업환경연구실) , 김세동 (산업안전보건연구원 직업환경연구실) , 권지운 (산업안전보건연구원 직업환경연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: 3D printing technologies have become widely developed and are increasingly being used for a variety of purposes. Recently, the evaluation of 3D printing operations has been conducted through chamber test studies, and actual workplace studies have yet to be completed. Therefore, the objective of this study was to determine the emission of volatile organic compounds(VOCs), metals, and particles from printing operations at a workplace. This included monitoring conducted at a commercial 3D printing service workplace where the processes involved material extrusion, material jetting, binder jetting, vat photo polymerization, and powder bed fusion. Methods: Area samples were collected with using a Tenax TA tube for VOC emission and MCE filter for metals in the workplace. For particle monitoring, Mini Particle Samplers(MPS) were also placed in the printer, indoor work area, and outdoor area. The objective was to analyze and identify particles' size, morphology, and chemical composition using transmission electron microscopy with energy dispersive spectroscopy(TEM-EDS) in the workplace. Results: The monitoring revealed that the concentration of VOCs and metals generated during the 3D printing process was low. However, it also revealed that within the 3D printing area, the highest concentration of total volatile organic compounds(TVOC) was 4,164 ppb at the vat photopolymerization 3D printing workplace, and the lowest was 148 ppb at the material extrusion 3D printing workplace. For the metals monitoring, chromium, which, is carcinogenic for humans, was detected in the workplace. As a characteristic of the particles, nano-sized particles were also found during the monitoring, but most of them were agglomerated with large and small particles. Conclusions: Based on the monitoring conducted at the commercial 3D printing operation, the results revealed that the concentration of VOCs and metals in the workplace were within Korea's occupational exposure limits. However, due to the emission of nano-sized particles during 3D printing operations, it was recommended that the exposure to VOCs and metals in the workplace should be minimized out of concern for workers' health. It was also shown that the characteristics of particles emitted from 3D printing operations may spread widely within an indoor workplace.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Target monitoring of 3D printing workplace
표 Table 1. Continuation
표 Table 2. TVOC concentration of material extrusion 3D printing workplace
그림 Figure 1. Composition of VOCs from 3D printing workplace
표 Table 3. VOCs concentration of 3D printing workplace
그림 Figure 2. Shape and chemical composition of particles. (a), (b) : material extrusion, (c), (d) : powder bed fusion
표 Table 4. Metals concentration of 3D printing workplace

AI 본문요약
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문제 정의

선행연구는 챔버 시험 연구가 많았고, 실제 작업장 평가 연구는 제한적이므로 실제 작업장 환경에 대한 노출평가 자료 축적이 필요하다. 따라서 본 연구는 국내에서 많이 활용되고 있는 재료압출, 재료분사, 광중합, 접착제분사 및 분말소결 3D 프린팅 실제 작업장을 대상으로 휘발성 유기화합물, 금속 및 입자의 특성에 대한 평가를 하고자 하였다.

제안 방법

본 연구는 실제 3D 프린팅 작업장을 대상으로 공기중 유기화합물 및 금속의 농도수준을 평가하고, 발생된 입자의 특성을 파악하였다. 이번 연구의 결론은 아래와 같다.

대상 데이터

국내에서 활용도가 높은 재료압출, 재료분사, 광중합, 접착제분사 및 분말소결 3D 프린터를 사용하고 있는 작업장을 중심으로 평가하였으며, 활용도가 낮은 판재 적층과 직접용사 3D 프린팅 작업장은 본 연구에서 제외하였다. 본 연구에 선정된 작업장의 수는 재료압출 5개소, 재료분사 1개소, 광중합 1개소, 광중합과 접착제 분사 1개소, 분말소결 2개소를 평가하였다(Table 1).
국내에서 활용도가 높은 재료압출, 재료분사, 광중합, 접착제분사 및 분말소결 3D 프린터를 사용하고 있는 작업장을 중심으로 평가하였으며, 활용도가 낮은 판재 적층과 직접용사 3D 프린팅 작업장은 본 연구에서 제외하였다. 본 연구에 선정된 작업장의 수는 재료압출 5개소, 재료분사 1개소, 광중합 1개소, 광중합과 접착제 분사 1개소, 분말소결 2개소를 평가하였다(Table 1).

데이터처리

통계 분석 프로그램은 PASW version 18.0(SPSS Inc, Chicago, USA)을 사용하였으며, 측정자료의 분포를 통계 검정한 결과 로그정규분포하지 않았기 때문에 작업장 간, 유해인자 간 비교를 위해서 비모수검정 (Kruskal Wallis test)을 실시하였고, LOD 미만값은 LOD/2로 처리한 후 통계 처리하였다.

성능/효과

1. 3D 프린팅 작업장의 유기화합물과 금속의 농도수준은 낮지만, 100 nm 이하의 나노입자가 공기 중으로 발생된다. 따라서 사전주의원칙에 입각하여 국소배기장치 등 공학적 대책 마련을 통한 작업장 노출수준을 최소화하기 위한 노력이 필요하다.
2. 3D 프린팅 작업장에서 검출된 유기화합물은 에탄올, 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸이소부틸케톤, 헵탄, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 스티렌, 시클로헥사논이며, 금속은 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 크롬, 철이었다.
3. 재료압출 및 분말소결 3D 프린팅 작업장의 경우, 3D 프린터에서 발생한 입자는 공기 중으로 비산될 가능성이 있고, 그 입자 크기는 100 nm 보다 작은 입자가 존재한다. 입자의 형태는 구형이며, 공기 중에서 서로 응축되어 탄소 중심으로 크고 작은 입자가 서로 뭉쳐있었다.

후속연구

3D 프린팅 작업장의 유기화합물과 금속의 농도수준은 낮지만, 100 nm 이하의 나노입자가 공기 중으로 발생된다. 따라서 사전주의원칙에 입각하여 국소배기장치 등 공학적 대책 마련을 통한 작업장 노출수준을 최소화하기 위한 노력이 필요하다.
이러한 영향으로 이소프로필 알콜 농도의 영향을 주었다고 보고했다. 이처럼 3D 프린팅 작업장의 농도수준에 영향을 줄 수 있는 환경요인 을 구체적으로 조사해야 할 필요성이 있다.
5 ppb로 가장 낮았는데 이는 프린터 수보다 작업장 규모 가 TVOC 농도의 영향인자로 판단된다. 하지만 그 밖에 조사되지 않은 다양한 변수가 있으므로 유해인자와 변수간의 상관관계를 파악하기 위해서는 더 많은 연구가 필요해 보인다. 배경농도의 측정은 3D 프린팅 작업의 영향을 받지 않는 사무실에서 측정하였으나 작업장과 완전히 분리되지 않아서 작업장의 농도와 차이가 없었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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