3D 프린터 똥 - 3D peulinteo ttong

안녕하세요.

지구인 입니다.

그동안 '3D 프린터로 뭘하지?' 시리즈를 올렸었는데

오늘은 그 시리즈를 만들면서 경험했던 여러 가지 문제들을 정리해 봤습니다.

3D 프린트를 하시는 분들께

조금이나마 도움이 되면 좋을 것 같다는 생각에 글을 쓰긴 하는데

쓰다보니 그동안 잊고 지냈던 딥빡의 순간들이 불쑥불쑥 떠오르는군요.

오타가 있더라도 양해 부탁드리고

시작해보겠습니다.

지금까지 다양한 크기의 프린터를 사용하면서

대략 30cm 내외의 작은 출력물은

기본적인 세팅만 (베드 레벨링, 볼트 혹은 너트 풀림 등등) 어느 정도 되어 있다면

큰 무리 없이 출력이 가능했습니다.

물론 디테일하게 들어가면 출력에 영향을 미치는 다양한 이야기거리가 많이 있겠지만

보통은 왠만큼만 프린터 세팅이 되어있다면 출력물이 나오긴 합니다.

하지만 출력물의 사이즈가 50cm 이상으로 커지면

출력물이 커진만큼 출력 시간이 급격하게 길어집니다.

또 전체 출력물의 무게도 크기에 비례해 늘어나는 상황속에서

작은 프린터를 사용할 때는 경험할 수 없었던

예상치고 못했던 다양한 문제들이 발생을 했고

그렇게 예기치않게 발생한 문제로 인해 출력물의 퀄리티에 문제가 발생하거나

출력 자체가 안되는 상황이 벌어졌었습니다.

오늘은 그동안 대형 3D Print를 하면서 겪었던 몇 가지 문제들을 좀 정리해볼까합니다.

1. 프린터의 종류에 따른 문제

3D 프린터는 사용하는 재료와 작동하는 방식에 따라 굉장히 많은 종류가 있습니다.

하지만 대형 출력이 가능하고 비교적 가격이 저렴해 구매가 가능한

FDM 방식의 3D 프린터를 기준으로 이야기를 해보겠습니다.

대표적인 3D 프린터의 구동방식은 크게 4가지가 있습니다.

1. 카르테시안 방식 (실물 프린터를 본적 없기에 패스!)

2. 멘델 방식 (PRUSA의 구동방식 입니다.)

출력물이 고정되는 베드가 Y축 (앞뒤)으로 이동하고, 노즐뭉치가 Z축 (수직)에 연결된 상태로 X축 (좌우)로 움직이며, 출력을 진행합니다.

베드의 높이는 변화가 없으며, 노즐뭉치가 Z축으로 높이를 높히면서 출력이 이루어지기 때문에

출력물이 커지고 무거워 질 수록 베드가 Y축 (앞뒤)으로 움직일 때 발생하는 관성도 증가합니다.

3. 코어 XY 방식 (Modix Big60 V2의 구동방시 입니다.)

현재 제가 사용중인 대형 3D프린터의 Modix Big60 V2가 코어 XY 방식으로 작동됩니다.

코어 XY 방식은 대부분 외곽 프레임이 있고

베드 위에 있는 노즐뭉치가 X축 (좌우)과 Y축 (앞뒤)으로 움직이면서 출력을 진행하고

Z축 (수직)에 베드가 고정되어 있습니다.

그래서 베드는 위에서 아래로 이동만 하기 때문에 출력물의 크기가 커지고 무게가 증가하더라고

그에 따른 관성이 없기 때문에 안정적인 출력이 가능해집니다.

(높이가 높은 출력물의 경우도 동일합니다.)

4. 델타 방식

델타 방식은 다른 방식의 프린터들과는 구동방식 자체가 꽤 다릅니다.

베드는 바닥에 고정된 형태이고

3개의 Z축에 달린 구동부가 움직이면서 가운데 있는 노즐 뭉치가 형태를 그리는 방식입니다.

여튼 기본적으로 출력물이 안착되는 베드가 움직이는 카르테시안 방식과 멘델 방식은

대형 출력물을 출력하기에 적합하지 않습니다.

그 이유는 출력물의 크기가 커지면서 자연스럽게 무게가 증가하는데

무거운 무게의 출력물이 안착되어 있는 베드가 움직이면서 발생하는 관성을 이기지 못해

다양한 문제가 발생하기 때문입니다.

가장 큰 문제 중에 하나는 무거운 무게를 이기지 못해

베드를 움직이는 Y축의 폴리 기어와 벨트가 어긋나서 탈조가 발생 할 수 있고

유리 베드를 사용하는 프린터들을 보면

유리 베드를 클립으로 고정해서 사용하는 경우가 대부분인데

유리 베드를 잡아주는 클립 자체가 빠지면서 출력물이 프린터에서 유리베드와 함께 떨어지는 경우도 발생합니다.

(모두 제가 경험한 것들 입니다. ㅡ.ㅡ;)

그렇기 때문에 안정적인 출력을 위해선 베드가 움직이지 않는 코어 XY 방식의 프린터가 좋습니다.

물론 코어 XY 방식도 Z축으로 베드가 내려가면서 출력이 되는 방식과

베드가 아예 하단에 고정이 되어 있는 두 가지 방식이 있는데

1m 이상의 초대형 출력물을 출력한다면

코어 XY 방식의 프린터 중에서도 베드가 아예 바닥에 고정되어 있는 방식이 안정적인 출력을 위해서 좋을거라 생각합니다.

2. 프린터의 내구성

너무나도 기본적인 것이지만 가장 중요합니다.

3D 프린터의 기본적인 내구성이 좋아야합니다.

20~30시간 정도의 출력이라면 기계적인 내구성의 한계까지 갈 일이 별로 없습니다.

하지만 출력 시간이 100시간을 넘어가고

때로는 350시간정도까지 연속 출력을 진행해야 할 경우

프린터의 모든 부품들이 내구성의 한계에 몰립니다. ^^;

그렇기 때문에 기본적으로 프린터에 사용되는

프레임이 튼튼해야 하며

메인보드는 충분히 열을 식혀줄 수 있는 별도의 쿨러가 장착되어 있어야 합니다.

그리고, XYZ 축의 모터와 벨트

각 축의 가이드 레일과 베어링은 물론

익스트루더의 구성품 (히터, 온도센서, 노즐 등등) 들이

모두 내구성이 인증된 좋은 제품들로 구성되어 있어야 합니다.

(그래서 프린터를 구매할 때 판매자 홈페이지에서 중요하게 보는 것이 각각의 부품에 대한 상세한 스펙입니다.)

그리고, 반드시 출력 전 자주 교체해야하는 부품들은 미리미리 교체해두는 것이 좋습니다.

E3D 타이탄 익스트루더의 경우 안쪽에 작은 베어링을 자주 교체해주어야 합니다.

저 베어링이 고장나면 필라멘트를 일정하게 이송하지 못하면서

압출이 원활하게 이루어지지 않아 출력이 실패하는 경우가 종종 생깁니다.

3D 프린터에 있어선 '소모품은 미리미리 교체하기!' 이게 최선의 준비입니다!!!

3. 베드 레벨링 

출력의 성패를 좌우하는 요소 중 가장 큰 영향을 끼치는 요소를 꼽자면

언제나 베드 레벨링과 첫 번째 레이어의 안착이라고 생각합니다.

바닥의 수평만 잘 맞추고, 안착만 잘 된다면 대부분 끝까지 잘 나옵니다. ^^

하지만 대형 프린터의 경우 베드 레벨링 잡은거 자체가 쉽지 않습니다.

보통 많이 사용하는 0.4mm의 노즐일 경우 한 레이어의 높이가 0.2mm 정도 됩니다.

베드의 좌우 혹은 앞뒤의 높이 차이가 0.2mm 이상이 난다면

안착이 안되는 부분이 생기게 된다는 이야기이지요.

30cm 내외의 작은 베드에 편차를 0.1mm 이하로 잡는 것과

60cm 정도의 대형 베드에 편차를 0.1mm 이하로 잡는 것은 생각보다 난이도가 많이 차이 납니다.

아주 정밀하게 가공된 평평한 베드는 기본이고

오토레벨링과 UBL등의 소프트웨어적인 부분도 도움이 되겠지만

기본적으로 수동으로 정밀하게 레벨링을 잡아줘야 합니다.

4. 챔버

베드 레벨링과 첫 번째 레이어의 안착이 잘 이루어 졌다면 일단 출발은 아주 성공적입니다.

하지만 출력물의 크기가 커진만큼 출력물의 수축범위도 큽니다.

특히 외부 온도가 낮거나 한 상황이라면

거의 70~80%의 비율로 출력물의 일부가 베드에서 들뜨는 현상이 발생하게 됩니다.

그렇기 때문에 대형 출력을 위한 3D 프린터는 반드시 챔버가 필요합니다.

만약 챔버가 없다면 온도 변화가 거의 없는 일정한 온도의 출력실에서 출력이 이루어져야 합니다.

하지만 내부 온도를 유지하기 위해 만든 챔버가 출력물의 퀄리티를 떨어뜨리는 양날의 검이기도 합니다.

점점 어려워지죠?! ^^;

수축 때문에 챔버를 만들어야 한다더니

챔버때문에 출력물의 퀄리티가 떨어진다니

'그럼 어떻게 하란 말이냐!!!'

이 무슨 '서서 다리에 묻지 않게 똥싸봐라!'는 것처럼 느껴지는 이상한 소리 같으시겠지만

챔버를 만들어 온도 변화를 잡아준 후에

챔버 안에서 움직이는 각 축의 모터에 히트싱크 혹은 별도의 쿨러를 달아 열을 식혀줄 수 있는 세팅을 추가해야 합니다.

그래야만 모터가 과열되지 않고 오랜시간 일정하게 제 성능을 발휘할 수 있기 때문입니다.

이제 서서 다리에 묻지 않게 오~~~ 다리를 하고 똥싸는 모습을 상상하실 수 있을겁니다. ㅎㅎㅎ

5. 필라멘트 퀄리티 

일반적으로 많이 사용하는 필라멘트는 직경 1.75mm의 얇은 플라스틱 와이어를

보빈이라는 원형틀에 돌돌돌돌 말아서 판매됩니다.

구매자는 당연히 필라멘트의 직경은 모두 1.75mm이고

보빈에 돌돌돌돌 잘 말려있을거라고 생각합니다.

아주 당연한 겁니다!!!

하지만 좋은 퀄리티의 필라멘트가 의외로 많이 없습니다. ㅡ.ㅡ;

직경이 들쭉날쭉한 경우도 많고

때때로 필라멘트의 중간중간에 두꺼운 똥이 뭉쳐있는 경우도 있습니다. (정말 쓰레기같은 퀄리티입니다. ㅜ.ㅜ)

그리고, 처음부터 끝까지 말아서 판매하는거라

당연히 처음부터 끝까지 잘 풀려야 하는데

이게 종종 중간에 엉켜있는 필라멘트들이 있습니다.

진짜 이건 미리 알아낼수도 없고

운좋게 출력하는 도중에 발견한다면 해결이 가능하지만

그렇지 않은경우 바로 출력실패로 이어지면서

분노 게이지가 1000% 상승합니다!!!

엉커있는 필라멘트와 더불어 딥빡이 밀려오는 한 가지 경우가 더 있습니다.

바로 필라멘트 끝부분인 보빈에서 빠지지 않는 경우입니다. ㅜ.ㅜ

보빈에 걸린 마지막 부분이 빠지지 않아

결국 필라멘트는 공급되지 못하지만 필라멘트 센서상에 필라멘트는 있기 때문에

출력은 계속 진행됩니다.

물론 필라멘트가 나오지 않는 상태로 허공에 열심히 움직이는 노즐을 보면

정말 기이픈~~~ 한 숨이 밀려옵니다.

정말 어처구니 없는 경우이지만

같은 회사의 제품으로 같은 종류, 같은 색상의 필라멘트를 주문했는데

이렇게 완전히 다른 필라멘트 같지만 제품이름은 똑같은 제품이 오기도 합니다. ㅜ.ㅜ

하지만 이런 어처구니 없는 상황을 피하는 방법은 의외로 간단합니다.

PRUSA에서 판매중인 PRUSAMENT는 감겨있는 모습만으로 심신안정을 시켜줍니다!

어느정도 네임벨류가 있는 필라멘트를 구매하면 됩니다. ㅡ.ㅡ;

듣보잡 중국산 필라멘트를 구매하면 10개 중 많게는 3~4개가 위와같은 상태인 경우도 있었습니다.

몇 천원 아끼려다 수명이 몇 년 줄어듭니다.

꼭! 좋은 필라멘트를 구매해서 출력을 시작하시기 바랍니다!

6. 필라멘트 교체 간격에 따른 연결부 단차

필라멘트는 보통 1kg 단위로 판매됩니다.

보통의 경우 1kg이 적은 양은 아니지만

제가 출력하는 대형 출력물의 경우 보통 3~15kg 사이의 출력물들이 많습니다.

출력을 하는 동안 필라멘트를 2~14번 교체해야 한다는거죠.

출력물의 형태와 노즐 사이즈 압출량에 따라 다르지만

1kg이 들어가는데 30~40시간이 걸리는 경우도 있고

16~20시간 안팍으로 들어가는 경우도 있습니다.

(교체 시간 맞추기가 여간 까다롭고 귀찮은게 아닙니다.)

필라멘트 센서가 장착되어 있기 때문에

1kg짜리 필라멘트를 다 사용하면 다음 필라멘트를 교체할 수 있게

노즐은 교체 위치로 이동하고 대기 합니다.

(사진속에 보이는 가로 선이 1kg짜리 필라멘트를 교체할 때마다 생긴 선 입니다. ㅡ.ㅡ;)

다행히 프린터 옆에 있어서 딱 맞춰 필라멘트를 교체한다면 큰 문제가 발생하지 않지만

교체 시간이 벌어지는 경우

아직 출력중인 출력물의 끝부분이 미세하게 수축 혹은 변형이 됩니다.

(당연히 지속적으로 가해지던 열이 식는 과정이니 이걸 뭐라 할 순 없습니다. ㅡ.ㅡ;)

그래서 필라멘트 교체한 부분에 미세한 단차가 생기거나

심한경우 미세하게 틀어지는 경우도 발생합니다.

완벽하진 않지만 어느 정도 예방책이 있는데

1. 3kg 혹은 5kg정도 되는 대형 필라멘트를 사용하는 방법

2. 출력물의 외벽 두께를 늘려주면 방법 (두꺼운 외벽 두께로 변형이 덜 일어납니다.)

3. 멀티 컬러 출력에 사용되는 툴 체이저 방식이나 팔렛트 2 같은 다른 장비를 연결해

여러 개의 필라멘트를 물려둔 상태로 공급하는 방식

4. 1kg짜리 필라멘트를 끝까지 다 쓰고 다음 필라멘트를 연결하겠다는 생각을 버리고

적당한 시점에 자리 비우는 시계를 대략 계산해 새로운 필라멘트로 교체하는 방법

(가장 현실적인 방법이며, 약간의 집착을 버리면 스트레스를 줄일 수 있습니다. ㅋㅋㅋ)

7. 출력물 제거

위에 많은 역경을 딛고 드디어 출력이 끝났습니다.

하지만 마지막 관문이 남았습니다.

출력물의 크기가 커진만큼 베드에 안착된 크기도 커집니다!

출력에 실패하지 않게 첫 번째 레이어의 안착에 상당한 공을 들였기 떄문에

출력물은 정말 단단히 베드에 붙어있을 겁니다.

베드의 히팅 버튼을 끄고 온도가 내려가길 기다리지만

온도가 내려간 후에도 잘 떨어지지 않습니다. ㅡ.ㅡ;

모서리 부분으로 해라를 잘 밀어넣어보려 하지만

베드에 붙은 PEI 시트에 상처를 내기 일쑤입니다!

진짜 큰 출력물은 안착시키는 것도 어려운 일이지만

떼어내는 것도 보통 노하우가 필요한게 아닙니다.

가장 좋은 방법은 스프링 스틸 시트방식으로 개조하는 것 입니다.

기존 히팅베드에 고무자석을 붙이고

얇은 스프링 스틸판에 PEI시트를 붙여

스프링 시트 자체를 출력이 끝난 후에 출력물과 함께 빼낸 후

휘면서 출력물을 제거하는 방식입니다.

저도 순정 상태의 베드와 텍스쳐 베드를 혼용하기 위해

별도의 알미늄 베드 + 스프링 스틸 시트 방식으로 개조해 현재 사용 중입니다.

지난 1년 반정도 사용해보니

이제 대충 생길 수 있는 문제들은 거의 겪어본 것 같습니다. ㅡ.ㅡ;

요즘 또 만들고 싶은 의자가 생겨서 구상하고 그리고 있는데

딥빡의 순간들을 이겨내며 또 잘 만들어보겠습니다. ^^

긴 글 읽어주셔서 감사합니다. ^^