3D 프린팅용 재활용 플라스틱 필라멘트 제작 과정

세계적으로 폐플라스틱은 환경 문제의 핵심으로 꼽힌다. 매년 약 3억 톤 이상의 플라스틱이 생산되고, 이 중 상당 부분은 재활용되지 못한 채 매립되거나 바다로 흘러들어가 심각한 오염을 유발한다. 하지만 동시에 4차 산업혁명의 핵심 기술로 자리 잡은 3D 프린팅 산업은 새로운 가능성을 열어주고 있다.

 

 

3D 프린팅은 건축, 제조, 의료, 교육 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있으며, 그 핵심 재료는 바로 플라스틱 필라멘트다. 문제는 기존 필라멘트가 대부분 신규 플라스틱 원료로 제작된다는 점이다. 만약 버려진 폐플라스틱을 수거해 재활용 필라멘트로 전환할 수 있다면, 플라스틱 쓰레기를 줄이는 동시에 지속 가능한 제조 생태계를 구축할 수 있다. 따라서 “3D 프린팅용 재활용 플라스틱 필라멘트 제작 과정”은 환경과 기술을 동시에 살리는 매우 의미 있는 연구 주제로 주목받고 있다.

 

 

폐플라스틱 선별 및 세척 과정 

 

재활용 플라스틱 필라멘트를 제작하기 위해서는 먼저 원료 확보 단계가 필요하다. 흔히 사용되는 원료는 PET병, PP 용기, HDPE 뚜껑 등 비교적 안정적이고 구조가 단단한 플라스틱이다. 하지만 아무 플라스틱이나 사용할 수 있는 것은 아니며, 3D 프린팅에 적합한 물성을 가진 소재를 선별해야 한다. 이를 위해 플라스틱은 종류별 분류 작업을 거치게 된다.

선별된 폐플라스틱은 이후 세척 과정을 거친다. 플라스틱에 남아 있는 이물질, 기름기, 잔여 음료 성분 등을 제거하지 않으면 압출 단계에서 불순물이 발생해 필라멘트 품질을 크게 떨어뜨린다. 고온 세척과 건조 과정을 통해 깨끗한 원료를 확보하는 것이 필수적이다. 특히 병원용 플라스틱이나 식품 용기의 경우, 위생적인 처리 절차가 더 엄격히 적용된다.

세척이 완료된 플라스틱은 잘게 분쇄되어 플라스틱 플레이크(Flake) 형태로 변환된다. 이 플레이크는 재활용 필라멘트 제작의 핵심 원료로, 이후 압출기를 통해 실 형태로 가공될 준비를 갖추게 된다. 이 단계까지가 필라멘트 제작 공정의 기초이며, 품질 관리의 절반 이상을 차지하는 매우 중요한 과정이라고 할 수 있다.

 

 

폐플라스틱 압출과 필라멘트 생산 과정 

 

분쇄된 플라스틱 플레이크는 압출기(Extruder)로 이동해 필라멘트로 가공된다. 압출기는 고온에서 플라스틱을 녹인 뒤 일정한 직경으로 뽑아내는 장치다. 3D 프린팅용 필라멘트는 보통 1.75mm 또는 2.85mm의 직경을 가진다. 직경이 조금만 달라져도 프린터 출력 품질에 큰 차이가 생기기 때문에, 이 과정에서 정밀한 온도 제어와 속도 조절이 필요하다.

압출 과정에서 가장 중요한 것은 균일성이다. 온도가 지나치게 높으면 플라스틱이 과도하게 녹아 흐름이 불안정해지고, 반대로 낮으면 압출이 매끄럽게 이뤄지지 않아 기포나 불순물이 섞일 수 있다. 따라서 일정한 직경과 품질을 유지하기 위해 레이저 측정 장비를 사용하여 필라멘트 직경을 실시간으로 체크하고, 자동으로 보정하는 시스템을 도입하기도 한다.

압출된 필라멘트는 냉각 과정을 거쳐 단단하게 굳어진 후, 감는 장치에 의해 스풀(Spool) 형태로 말린다. 이렇게 완성된 필라멘트는 3D 프린터에서 바로 사용할 수 있으며, 재활용 원료임에도 불구하고 품질이 일정하다면 신규 플라스틱 원료 못지않은 출력 성능을 발휘할 수 있다. 최근에는 색소를 추가해 다양한 색상의 재활용 필라멘트를 제작하는 기술도 발전하고 있다.

 

 

폐플라스틱을 재활용한 필라멘트의 활용성과 한계 

 

폐플라스틱을 재활용한 플라스틱 필라멘트는 환경적·경제적 측면에서 큰 장점을 가진다. 첫째, 환경 보호 효과다. 기존에 버려졌을 플라스틱이 새로운 3D 프린팅 원료로 재탄생하면서 쓰레기 매립량과 탄소 배출량을 줄일 수 있다. 둘째, 원가 절감 효과다. 신규 플라스틱 원료를 사용하는 것보다 저렴하게 공급할 수 있어, 교육 기관이나 스타트업에서 많이 활용되고 있다.

그러나 한계도 존재한다. 가장 큰 문제는 품질 안정성이다. 폐플라스틱은 원료의 종류와 상태가 제각각이기 때문에, 압출 과정에서 균일하지 못한 품질이 발생할 수 있다. 이는 출력 결과물의 강도와 내구성에 영향을 주며, 고정밀 출력이 필요한 산업 현장에서는 사용이 제한될 수 있다.

또한, 일부 플라스틱은 열분해 과정에서 유해가스를 방출하기 때문에 안전 문제가 제기된다. 이 때문에 국제적으로는 재활용 가능 소재를 제한적으로 허용하고 있으며, 연구자들은 안전성과 품질을 동시에 확보할 수 있는 새로운 가공 기술 개발에 힘쓰고 있다.

결국 폐플라스틱을 재활용한 필라멘트의 성공적인 확산을 위해서는 고품질 재활용 공정 기술, 안전성 보장 시스템, 국제 인증 제도가 뒷받침되어야 한다. 나아가 기업과 연구기관, 환경 단체가 협력해 재활용 필라멘트 생태계를 확장한다면, 3D 프린팅 산업은 친환경 미래 산업으로 도약할 수 있을 것이다.