3D 프린팅 재활용: 재료의 지속가능성에 있어 이것이 실제로 의미하는 바는 무엇인가
2026년 8월 14일 | 읽는 데 걸리는 시간: 5분
많은 논의에서 3D 프린팅과 지속가능성을 서로 바꿔 쓸 수 있는 개념으로 다루지만, 사실 이 둘의 연관성은 조건에 따라 달라집니다. 적층 제조(AM)는 수많은 장점을 지니고 있습니다. 준완성형(near-net-shape) 생산 방식은 폐기물을 최소화하며, 디지털 워크플로는 주문형 부품 생산을 가능하게 함으로써 과잉 생산을 방지합니다. 문제는 팀들이 재활용, 재사용, 책임 있는 조달을 적용하여 효율적인 프린팅을 검증 가능한 소재 지속 가능성으로 전환할 수 있는지, 아니면 기존의 폐기물 흐름을 반복하게 될지 여부입니다. 진정한 책임 있는 제조를 위해서는 적합한 3D 프린터, 소재 유형, 그리고 인쇄 품질 관리가 필수적입니다.
3D 프린팅이 왜 저절로 지속 가능한 기술은 아닌가
AM을 턴키 방식의 지속가능성 솔루션으로 간주하는 것은 기계만으로는 탄소 발자국을 줄일 수 없다는 사실을 간과하는 것입니다. 관리되지 않은 분말, 최적화되지 않은 파라미터, 과도한 지지재는 AM이 제공하는 환경적 이점을 무효화할 수 있습니다. 적절한 재활용 공정 관리가 이루어지지 않으면 재료 낭비와 스크랩이 누적되어 지속 가능한 3D 프린팅의 목표를 저해할 수 있습니다.
분말 침대 융합(PBF) 공법이 대표적인 예입니다. 이 기술은 미사용 분말을 후속 제작 과정에 재사용하고, 경량 구조 설계와 생산 과정을 통해 원자재 수요를 제한할 때만 저폐기물이라는 약속을 지킬 수 있습니다. 이러한 조치가 없다면, 융합되지 않은 분말, 실패한 출력물, 부피가 큰 지지대가 3D 프린팅 폐기물을 예상보다 더 많이 발생시킬 수 있습니다.
적층 제조에서 재활용 대 재사용
재사용은 소재를 동일한 순환 고리 안에 유지합니다. 용융되지 않은 분말은 체로 걸러 불순물과 큰 입자를 제거한 후, 소재에 따라 새로운 분말과 혼합하거나 단순히 호퍼에 보충하는 방식으로 분말 순환 과정으로 되돌려집니다. 이러한 접근 방식은 여러 번의 순환 과정을 거치면서도 적층 소재의 품질을 보장합니다.
재활용은 다른 경로를 따릅니다. 정의상 재활용이란 폐기물을 새로운 소재 및/또는 물체로 변환하는 과정입니다. 인쇄 실패품이나 지지대는 분쇄하여 사출 성형용 펠릿으로 압출하거나, 다른 합금에 재사용하거나, 분말화하여 새로운 원료로 활용할 수 있습니다. 두 전략 모두 3D 프린팅 폐기물을 처리하지만, 자본 비용, 품질 관리 요구 사항, 규제 감독 측면에서는 차이가 있습니다. 현재 대부분의 재활용 방식은 미사용 폴리머 분말, 부품, 지지 구조물을 펠릿이나 다른 기술에 사용될 압출 부품으로 전환하거나, 금속 폐기물을 재용융하는 방식입니다.
그럼에도 불구하고, 사용된 폴리머 분말을 처리하여 PBF 공정에 다시 사용할 수 있도록 만든 사례가 다수 존재한다. ALM HT-23의 재분말화 연구 프로젝트(타당성 조사)에서 드러났듯이, 사용된 폴리아미드 분말의 점도는 수증기 처리를 하거나 부품을 파쇄하여 다시 분말로 만드는 과정을 통해 낮출 수 있습니다. 반면, 금속 스크랩으로 만든 금속 분말은 금속 부품의 재사용과 금속 분말 조달이라는 두 가지 문제를 동시에 해결합니다.
원자재 조달 측면에서 볼 때, ‘ EOS Aluminium ’ AlSi10Mg는 이제 100% 재활용 원료를 사용하며, 이는 기존 배합에 비해 ‘크래들-투-게이트(cradle-to-gate)’ 온실가스 배출량(CO2e)을 약 83% 줄였습니다. 독립적인 감사를 통해 고객사가 동일한 물성을 유지하며 비용이 많이 드는 재인증 지연 문제를 피할 수 있음이 확인되었습니다. 재활용 소재로의 전환은 폐쇄형 순환 재활용 및 지속 가능한 3D 프린팅을 향한 중요한 진전입니다. 또한 재활용 함량이 높은 소재는 이 제품뿐만이 아닙니다.
눈에 띄는 재사용 사례로는 최대 100%의 재사용 폴리머 분말로 제작된 산업용 수처리 부품이 있습니다. 이 프로젝트에서는 이미 여러 번의 적층 공정을 거쳤음에도 불구하고 3D 프린팅 부품에 필요한 모든 기계적 요구 사항을 충족하는 폴리아미드 2200(PA 2200) 분말을 사용했습니다. 이는 고객이 이전에 사용된 분말을 자사 제품에 활용하는 하류 공정으로, 해당 사용된 분말이 지닌 고유한 특성을 최대한 끌어낸 사례입니다.
그러나 폴리머의 경우 여전히 다운사이클링이 가장 흔한 처리 방식입니다. 따라서 엔지니어들은 단순히 환경적 고려 사항뿐만 아니라 비용, 품질, 규제 요건을 바탕으로 재사용과 재활용을 비교 검토합니다. 견고한 폴리머 3D 프린터와 신뢰할 수 있는 분석 도구를 활용하면, 특히 다양한 소재를 다룰 때 팀이 적절한 균형을 찾는 데 도움이 됩니다.
소재가 적층 제조(AM) 라이프사이클을 거치는 과정
자재 조달
PBF 공정을 통해 생산되는 부품의 환경 발자국 중 재료가 차지하는 비중이 단연 가장 큽니다. 따라서 재료 자체가 미치는 영향을 줄이려면 우선 재료 조달 단계부터 시작해야 합니다.
AlSi10Mg와 같은 많은 금속 소재는 최대 100%에 달하는 상당한 재활용 함량을 가질 수 있습니다.
현재 PBF에 사용되는 폴리머에는 재활용 함량이 없습니다. 그러나 재생 가능 에너지원이나 바이오 기반 폴리머, 그리고 폐식용유를 원료로 한 폴리머를 활용함으로써 원자재의 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다.
ISO 14040/44 또는 ISO 14067에 부합하는 수명주기 평가(LCA)나 제품 탄소 발자국은, 가급적 제3자 기관의 검증을 거쳐 상류 단계의 영향을 정량화하고, 조달 및 규정 준수 팀이 활용할 수 있는 감사 가능한 탄소 기준선을 수립합니다. 재활용 소재를 포함한 적절한 소재 유형과 원자재를 선택하는 것은 지속 가능한 제품을 설계하는 데 있어 기초가 되는 단계입니다.
프로덕션
분말 원료의 낭비를 방지하는 것이 생산 과정에서 원료를 절약하고, 결과적으로 온실가스 배출을 줄이는 가장 좋은 방법일 것입니다. 다양한 접근 방식을 통해 가능한 한 많은 분말을 재사용할 수 있도록 하고 있습니다.
금속: 잔여 분말은 체로 거른 후 재사용할 수 있습니다. 2025년 M4 ONYX와 함께 출시된 RFS Pro는 사이클론 분리기를 통해 배기 가스에서 분말을 분리하여 체로 거르거나 재사용할 수 있게 해줍니다. “Smart Fusion”와 같은 도구를 사용하면 지지대를 줄이고 재료를 절약할 수 있습니다.
폴리머: 폴리머 분말은 일반적으로 신규 분말과 사용 후 분말을 혼합한 것입니다. 신규 분말의 비율이 50%인 경우가 일반적입니다. 재생에 최적화된 소재는 혼합물 내 신규 분말의 양을 줄임으로써 비용과 재료 사용량을 절감합니다. 앞서 언급한 예외적인 사례에서, 폐수 처리 공정을 통해 사용 후 PA12 분말을 최대 100%까지 활용하며, 이 특정 용도에 맞춰 노화된 분말의 변화된 특성을 활용하고 있습니다.
입력된 모든 그램의 재료가 최종 형상의 일부가 되는 것은 아닙니다. 지지 구조물과 중단된 출력 작업은 3D 프린팅 불량물을 발생시킵니다. 지지 구조물을 최소화하도록 설계하고, 출력 전 시뮬레이션을 실행하며, 용융 풀의 변화를 실시간으로 추적하면 편차가 눈덩이처럼 불어나 재료 손실로 이어지는 것을 방지할 수 있습니다. 적절한 3D 프린터 설정과 공정을 사용하고, 출력 실패 사례를 모니터링하면 불량물과 재료 낭비를 모두 줄이는 데 도움이 됩니다. 경량 구조와 토폴로지 최적화는 애초에 재료 사용량을 절감해 줍니다.
재사용 주기
3D 프린팅에서의 재사용은 생산 공정과 밀접한 관련이 있습니다. 소재는 재사용하거나, 재생하거나, 체로 거른 뒤 혼합하여 다시 가공할 수 있습니다.
미사용 분말은 체로 거르고 적절한 재생 비율에 맞춰 혼합하면 재사용 가능한 재고가 됩니다. 지속가능성 관점에서 볼 때, 재료 혼합과 관련된 배출량은 새로 추가된 재료에서 발생하는 배출량으로만 제한됩니다. PA 2220 HighReuse , PA 950 HD는 물론 EOS TPU 1301과 같은 재료는 신규 재료가 20~30%만 필요하므로, 신규 재료가 미치는 영향과 폐기물 발생을 최소화할 수 있습니다. 수처리 공정 결과에 대한 후속 분석에 따르면, 8개 부품, 22시간 가동 시 재사용 분말로 전환한 후 배출량이 108kg에서 16kg CO2e 으로 감소하여 86%의 감축 효과를 보였으며, 인장 및 피로 특성은 규격 범위 내를 유지했습니다. 이러한 접근 방식은 3D 프린팅 폐기물의 재활용을 줄이고 재활용 소재의 사용을 극대화하는 데에도 도움이 됩니다.
대부분의 응용 분야에서 100% 재사용 분말을 사용하는 것은 현실적으로 어렵습니다. 하지만 신규, 재생 및 최적화된 소재를 사용하면 재생 빈도를 충분히 낮게 유지할 수 있어, 혼합물에 추가해야 하는 분말은 거의 전적으로 부품으로 가공된 분말뿐입니다.
금속 분말도 유사한 원리를 따릅니다. 프린팅 과정에서 사용되지 않은 금속 분말은 체로 거른 후 다음 제작 주기에 재사용됩니다. 최신 세대의 재순환 여과 시스템(RFS Pro)은 사이클론 분리기를 통해 제작 챔버 밖으로 배출된 분말까지 분리해 내며, 이 분말 역시 재사용이 가능합니다. 또한, EOS는 향후 사용을 위해 사용된 분말을 테스트하고 재인증하는 서비스를 제공합니다.
재활용 경로
재사용 한도에 도달하면 자재를 재활용할 수 있습니다. 폴리머와 금속의 재활용 방식은 자재가 겪는 변화의 유형이 상당히 다르기 때문에 큰 차이를 보입니다. PBF에 일반적으로 사용되는 폴리머의 경우, 스크랩과 사용된 분말을 이용해 새로운 분말을 만드는 기계적 재활용은 현재로서는 실현 불가능합니다. 그 주된 이유는 PBF용 폴리머 분말에 대한 엄격한 특성 요구 사항과, 열을 받는 사용 과정에서 폴리머가 열화되기 때문입니다. 다운사이클링 옵션은 거의 없으며, 주로 요구 사항이 덜 까다로운 사출 성형 및 압출 제품용 과립을 제조하는 데 사용됩니다.
화학적 재활용은 또 다른 접근 방식을 취합니다. 이 방식에서는 기계적 재활용에 사용할 수 없는 잔여 고분자를 단량체나 그보다 더 작은 단위로 분해하여 새로운 고분자 제품의 원료로 사용합니다. 이 공정 경로는 더 많은 에너지와 촉매가 필요하지만, 근본적으로 새로운 특성을 지닌 고분자 소재를 생산해 냅니다.
반면, 남은 금속 분말, 지지 구조물 및 스크랩은 스크랩 중개업자가 수거하여 기존의 금속 재활용 공정에 활용됩니다. 일반적으로 이 과정에는 선별, 세척, 재용해 등이 포함되며, 이렇게 처리된 금속은 새로운 합금 및 각종 금속 제품 제조에 사용됩니다. 금속 생산 시 발생하는 배출량의 대부분은 광석 가공 및 용광로 사용에서 비롯되므로, 금속 재활용은 막대한 양의 에너지와 배출량을 절감해 줍니다. 반면, 2차 알루미늄은 반복적으로 재용해할 수 있으며, 많은 경우 1차 생산에 소요되는 에너지의 5%만으로도 충분합니다. 이는 적층 제조(AM)를 포함한 모든 산업 분야에서 금속 재활용이 갖는 시너지 효과를 잘 보여줍니다.
수명 종료
분말이나 부품을 재활용하거나 재사용할 수 없는 경우, 이들은 대개 매립지나 폐기물 소각장으로 보내지게 됩니다. 반면, 완제품 부품은 재제조되거나 원자재로 회수됩니다. 명확한 부품 표시, 추적 시스템, 그리고 문서화된 자재 이력을 통해 금속은 인증된 제련소로 재유입되고, 폴리머는 인증된 재활용 업체로 공급되어 이러한 수명 종료 시나리오를 피할 수 있습니다.
최적화를 통해 얻는 이득은 실제로 어디에서 비롯되는가
효율적인 자재 관리를 통해 적층 제조(AM)는 단순한 혁신을 넘어 실질적으로 지속 가능한 기술로 거듭납니다.
주요 방안은 다음과 같습니다:
지지대를 최소화하고, 가공 여분을 줄이며, 마무리 가공 시간을 단축하기 위해 배향 및 준완성형(near-net-shape) 형상을 최적화합니다.
체질 및/또는 재활용을 통해 폴리머 및 금속 분말을 재사용합니다.
분말 품질을 모니터링하여 입자 크기 분포와 화학 성분이 사양 범위 내에 유지되도록 하고, 공정 및 부품 품질을 저해하지 않으면서 분말을 안전하게 재사용할 수 있도록 합니다.
생산을 현지화하여 운송 과정에서 발생하는 배출량을 줄이고 공급망의 회복탄력성을 높입니다.
왜 소재 전략이 지속가능성 성과를 주도하는가
재활용 목표를 검증된 성과로 실현할 준비가 되셨나요? 당사의 폴리머 프린터를 살펴보고, 금속 시스템을 탐색해 보시거나, 이 BLUEPRINT 브이로그를 통해 적용 사례를 심층적으로 알아보시거나, 책임 있는 제조를 촉진하는 소재 전략을 수립하기 위해 당사에 문의해 주십시오.
