- 금속 복합 필라멘트서 2배 이상 나노입자 발생…인체 호흡 노출 가능성 제기

- 환경 분야 상위 4.9% 저널 ‘Journal of Hazardous Materials(IF:11.3)’에 연구성과 게재

△연구의 전체 개요도. PLA-Steel 필라멘트 사용 시 배출되는 나노입자의 정량·정성 분석 결과,

적철석 (hemtatie)을 포함한 금속 산화물 입자임을 발견했다.

 가톨릭대학교 에너지환경공학과 대기환경연구실(Air Quality Research Lab.) 윤종상 교수 연구팀은 인하대학교 환경공학과 전기준 교수 연구팀과 공동연구를 통해 3D 프린팅 환경에서 금속 산화물 나노입자가 공기 중으로 배출될 수 있음을 세계 최초로 실험적으로 입증했다. 해당 연구는 가톨릭대학교 에너지환경공학과 박은진 석사과정생이 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 환경 분야 상위 4.9% 저널인 Journal of Hazardous Materials(IF:11.3)에 게재됐다.

 3D 프린팅 기술은 산업·가정·학교 등 다양한 환경에서 널리 활용되고 있으나, 출력 과정에서 배출되는 초미세·나노입자의 인체 및 환경 영향에 대한 우려는 지속적으로 제기돼 왔다. 기존 연구는 PLA, ABS 등 일반 플라스틱 필라멘트에 집중돼 있어 금속 복합 필라멘트의 위해성은 충분히 규명되지 않았다.

 윤종상 교수 연구팀은 스테인리스 스틸이 포함된 PLA 필라멘트를 사용해 출력 과정 중 배출되는 나노입자의 물리·화학적 특성을 정량·정성적으로 분석했다. 그 결과, 일반 PLA 필라멘트 대비 수십 나노미터 크기의 입자가 두 배 이상 다량 배출되는 것이 확인됐다.

 전자현미경 분석에서는 독특한 flake(박편) 형태의 입자가 관찰됐으며, 이들은 α-Fe2O3(hematite)가 풍부한 금속 복합 나노입자로 확인됐다. 연구팀은 이러한 입자가 호흡기를 통해 인체에 노출될 경우 잠재적 독성 및 건강 위해성을 유발할 가능성이 높다고 설명했다.

 가톨릭대 에너지환경공학과 윤종상 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 것으로 기대한다”고 전했다. 

 윤종상 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 정보통신기획평가원-학석사연계ICT핵심인재양성사업(IITP-2025-RS-2024-00438207) 및 한국연구재단 기본연구(RS-2023-00250272)의 지원을 바탕으로 수행됐다.