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2024년 12월 16일 (월) 20:34 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 에너지 효율을 고려한 3D 프린터 대기오염물질 처리기 설계

영문 : Design of processor which reduces air pollutant from 3D printer considering energy efficiency

과제 팀명

속이 쓰리디

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2019890003 공준호(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2019890008 김민석

서울시립대학교 환경공학부 2019890015 김정빈

서울시립대학교 환경공학부 2019890038 윤승범

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

현재 3D 프린터 산업의 성장에 따라 다양한 필라멘트 원료에서 발생하는 입자상 및 가스상 오염물질의 종류와 양이 증가하고 있다. 이로 인해 발암과 같은 사용자들의 건강에 악영향을 미친 사례가 발생하였고, 이에 대한 위험성이 대두되고 있다. 그러나 가스상 오염물질 등 유해물질 제거를 위한 기존 방안은 충분하지 않으며, 이를 통합적으로 처리할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 3D 프린터 작업 공간을 대상으로 2단계 필터 시스템을 설계한다. 전단에는 HEPA 필터와 활성탄 필터를 사용한다. 후단의 광촉매 필터의 경우, 장기간의 작업과 불규칙한 VOC 발생을 고려하여 2way로 설계함으로써 저농도 VOC를 효율적으로 처리한다. 또한, 처리된 공기를 3D 프린터 작업 환경에 다시 유입시켜 에너지 및 비용 효율을 도모한다. 이후 해당 모델을 경제성, 유지관리성, 처리효율, 확장성, 차별성을 기준으로 평가한다.

개발 과제의 배경

전 세계 3D 프린팅 시장 규모는 2023년 223억 9천만 달러로 평가되었으며, 2024년에는 275억 2천만 달러, 2032년에는 1,502억 달러에 이를 것으로 전망된다. 이는 예측 기간 동안 연평균 성장률(CAGR)이 23.6%에 달함을 의미한다. 특히 국내에서는 2014년 창조경제 정책의 일환으로 학교에 3D 프린터 보급이 추진되어 2020년 기준 전국 5,222개교(보급률 43.45%)에 총 18,324대의 3D 프린터가 보급되었다. 이처럼 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나인 3D 프린팅 기술이 다양한 산업에서 활용되며 급속히 발전하고 있다. 그러나 3D 프린터 사용 증가에 따라 사용자 건강과 안전에 대한 우려도 커지고 있다. 2020년 7월, 3D 프린터를 교재로 활용하던 한 과학 교사가 육종암으로 사망한 사례가 있었으며, 이와 유사한 사례들이 국내외에서 보고되고 있다. 미국 산업안전보건연구소(NIOSH)는 3D 프린팅 과정에서 발생하는 입자가 인간 폐 세포에 중간 정도의 독성을 유발한다고 발표했으며, 휘발성유기화합물(VOC) 배출과 그 위험성도 산업안전보건 연구에서 강조되었다. 미국 환경보호청(EPA) 역시 3D 프린터가 어린이와 청소년에게 특히 더 위험할 수 있다는 점을 경고하며 교육용 도구로 사용될 경우 신중을 기할 것을 권고하고 있다. 이에 반해, 국내에서는 과학기술정보통신부가 3D 프린터 가이드라인을 발간했으나, 환기 및 보호장치 착용 등 개인적인 실행을 강조하는 수준에 그치고 있으며, 이러한 지침조차 제대로 교육되지 않는 실정이다. 교육부가 2021년 5월 294개 학교를 대상으로 조사한 결과, 3D 프린팅 작업공간에서 별도의 환기시설 없이 자연 환기에 의존한다는 응답이 51.4%에 달했으며, 안전교육을 실시한다는 응답도 53.3%에 불과하였다. 따라서 본 설계에서는 3D 프린터 사용량 증가 추세, 위험성, 부실한 가이드라인 및 이행 실태에 따라 3D 프린터로 인한 유해 물질 저감을 위한 오염물질 처리 및 에너지 순환 장치를 설계하고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 배경====
-내용
+전 세계 3D 프린팅 시장 규모는 2023년 223억 9천만 달러로 평가되었으며, 2024년에는 275억 2천만 달러, 2032년에는 1,502억 달러에 이를 것으로 전망된다. 이는 예측 기간 동안 연평균 성장률(CAGR)이 23.6%에 달함을 의미한다. 특히 국내에서는 2014년 창조경제 정책의 일환으로 학교에 3D 프린터 보급이 추진되어 2020년 기준 전국 5,222개교(보급률 43.45%)에 총 18,324대의 3D 프린터가 보급되었다. 이처럼 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나인 3D 프린팅 기술이 다양한 산업에서 활용되며 급속히 발전하고 있다.
+그러나 3D 프린터 사용 증가에 따라 사용자 건강과 안전에 대한 우려도 커지고 있다. 2020년 7월, 3D 프린터를 교재로 활용하던 한 과학 교사가 육종암으로 사망한 사례가 있었으며, 이와 유사한 사례들이 국내외에서 보고되고 있다. 미국 산업안전보건연구소(NIOSH)는 3D 프린팅 과정에서 발생하는 입자가 인간 폐 세포에 중간 정도의 독성을 유발한다고 발표했으며, 휘발성유기화합물(VOC) 배출과 그 위험성도 산업안전보건 연구에서 강조되었다. 미국 환경보호청(EPA) 역시 3D 프린터가 어린이와 청소년에게 특히 더 위험할 수 있다는 점을 경고하며 교육용 도구로 사용될 경우 신중을 기할 것을 권고하고 있다.
+이에 반해, 국내에서는 과학기술정보통신부가 3D 프린터 가이드라인을 발간했으나, 환기 및 보호장치 착용 등 개인적인 실행을 강조하는 수준에 그치고 있으며, 이러한 지침조차 제대로 교육되지 않는 실정이다. 교육부가 2021년 5월 294개 학교를 대상으로 조사한 결과, 3D 프린팅 작업공간에서 별도의 환기시설 없이 자연 환기에 의존한다는 응답이 51.4%에 달했으며, 안전교육을 실시한다는 응답도 53.3%에 불과하였다.
+따라서 본 설계에서는 3D 프린터 사용량 증가 추세, 위험성, 부실한 가이드라인 및 이행 실태에 따라 3D 프린터로 인한 유해 물질 저감을 위한 오염물질 처리 및 에너지 순환 장치를 설계하고자 한다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
 내용