3D 프린팅 보호 마스크 제작 단계별 가이드: 나노핵(NanoHack)

코로나19 세계적 대유행 속 마스크 부족은 의료진뿐 아니라 고위험군 모두에게 심각한 문제. 항균 필라멘트 PLActive 제조사 Copper3D가 거의 모든 FDM 프린터로 출력 가능한 마스크 설계(STL)를 무료 공개했습니다.

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이미지 1: 나노핵 마스크 설계. 출처: 3D Copper.

나노핵 마스크 특징

• 항균·항바이러스: 고품질 PLA + 특허 나노 구리 첨가제(PLActive)
• 재활용 가능: 일회용 마스크 환경 오염 방지
• 평면 패턴: 대량 생산·대부분 FDM 프린터 호환
• 모듈식 필터 시스템: 구리 나노복합체 미세 입자 필터, 다층 기하학, 서드파티 필터(부직포, 스펀지, 직물) 장착 가능
• 열성형(55~60℃): 헤어드라이어/온수로 얼굴 형상에 맞춤
• 필터·공기흡입량 조절: 모듈 필터 디스크로 입자 크기·흡입량 조절. 부직포, 면패드 등 조합으로 여과 수준 조절

출력·조립 순서 (안전 사용 필수)

1. 20% 인필, 서포트/래프트 없이 출력. 마스크당 ~40g → 750g 롤로 17~18개 생산
2. 55~60℃ 가열(헤어드라이어/온수). 원형부는 두꺼워 변형 방지
3. 연화 시 코 날개·하악 조정 날개 모아 얼굴 형상 잡기
4. 재가열 후 얼굴에 밀착해 최종 피팅
5. 필터 장착: 1~2매 추가. 부직포 마스크 원형 조각(A) 또는 화장솜(B) 필터창에 밀착. 조합으로 여과/공기량 조절
6. 고무줄 결합

이미지 2: 나노핵 조립 지침. 출처: Copper 3D.

유연 항균 필라멘트 MD¹ Flex(Copper3D) 사용 시 열성형 생략 가능.

한계점 및 주의사항

• 수명 약 8시간(일일 필터 교체 권장)
• SARS-CoV-2 표면 생존 최대 72시간 → 사용 후 필터·마스크 표면 고농도 바이러스 잔존 위험 → 취급·폐기 주의

나노핵 프로젝트 팀(미국·칠레 과학자·디자이너)의 특허 공개에 감사.

업데이트(3/20): Copper3D 나노핵 인증·용도 관련 해명 공지.
업데이트(3/21): 여과 효율 96.4%(1µm), 89.5%(0.02µm) 확인. 전 프린터 최적 출력 스펙 공개.

나노핵 2.0

최신 버전: 강밀폐 일체형 구조. PLActive 출력 필수. 프레임 가장자리 MDFlex(항균 TPU)로 밀봉.

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이미지 3: 나노핵 2.0 마스크 설계. 출처: Copper 3D.

기술적 고려사항

나노핵은 공기 중 입자 차단·액체 에어로졸 호흡기 유입 방지 목적. N95 인증 마스크 아님. 일반 공간용, 의료진은 최후 수단(기관삽관·기관지경 등 금지).

자체 필터(부직포 폴리프로필렌, 수술용 마스크 동일 소재) 여과 효율: 1µm 96.4%, 0.02µm 89.5%.

FDA 연구: 일반 수술용 마스크는 밀착 불량으로 완전 차단 불가. 일회용, 폐기 시 비닐백 밀봉·손 씻기 권고. 사용 마스크 잔존 고바이러스 부하가 착용자·타인 전파원 될 수 있음. 수술실 환자 비인두 병원체로 인한 병원 감염 위험도 존재. → 나노핵은 항균 구리 나노복합체 함유 PLActive로 보완.

구리 항균 활성: SARS-CoV, 인플루엔자, H1N1 등 호흡기 바이러스 복제·확산 억제. 황색포도상구균, 대장균, 리스테리아 등 세균 단시간 노출로 사멸. → PLActive, MDFlex가 저비용 보완 전략으로 감염병 전파·원내 감염 감소 기여.

나노핵 = FDM용 항균 마스크 + 활성 부직포 필터(3층) 조합. Borkow G. 연구: 구리 산화물 함침 부직포가 호흡기 바이러스 등 다양한 바이러스 필터링 입증.

이미지 4: 구리 항바이러스 활성. 출처: Copper 3D.

최적 방호 위해 The Copper Company 개발 3층 구리 나노복합체 부직포 필터 권장.

이미지 6: 구리 입자 필터 바이러스 저감표. 출처: Copper 3D.

이미지 7: 구리 산화물 함침 폴리프로필렌 섬유 SEM. 출처: Copper 3D.

전용 필터 미확보 시 Anna Davies 연구 참고: 진공청소기 필터, 면, 실크 등 소재별 효율 비교.

이미지 8: 소재별 필터 효율 비교. 출처: Copper 3D.

사용 권장사항

• 일반 공간용, 최대 8시간 사용, 부직포 필터 일일 교체
• 필터 취급 후 손 씻기·방역 수칙 준수
• 세척: 비누물 → 깨끗한 물 헹굼 → 화학적 소독(오토클레이브 불가, PLActive 80℃ 이상 불가)
  1. 에탄올 70%(광범위 살균, 소표면·환기 필수)
  2. 차아염소산나트륨 5% 원액 1:100 희석(1부 원액+99부 찬물). 2.5%면 2:98
• 무균수/냉각 끓인 물로 잔류 소독제 헹굼(30분 침지 소독 권장)
• 알코올 헹굼 → 강제 건조
• 건조 상태 밀봉 보관

나노핵 2.2

나노핵 2.0 업데이트 버전. 3층 상수 벽면(각도 없음) 구조 강화. 내부 필터 구조 보로노이(Voronoi) 또는 자이로이드(Gyroid) 선택 가능. 총 출력 시간 4.5시간.

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이미지 9: 나노핵 2.2 마스크 설계. 출처: Copper 3D.

나노핵 2.0/2.2는 턱끝~눈평면 12cm, 관골폭 12cm 얼굴에 맞춤. 다른 크기면 모델 5~10% 스케일 조정 권장.