3D 프린터/FDM/부품
1. 압출부
필라멘트 송급 튜브 (테프론 튜브)
튜브 고정부 (피팅)
익스트루더 기어 (강한 스프링과 금형 절삭한 부품이 선호된다.)
1.1. 핫 엔드
필라멘트에 열을 가해 녹이고 사출시키는 역할을 하는 부분. 부품 자체는 상당히 간단한 편이지만, 출력에 큰 영향을 끼치기 때문에 꽤 섬세한 부분이다. 핵심적인 명제는 온도를 고르게 전달하면서 열이 가해지는 부분은 최소한으로 할것을 두고있다. 열이 발생하는 부분이 길어지면 열팽창에 의해 핫엔드 자체가 망가지고, 너무 식으면 퀄리티가 낮아지거나 동작을 정지한다.
1.1.1. 노즐목
필라멘트를 안정적으로 공급시켜주는 가이드이자, 열이 너무 올라오는 것을 막아주는 부품. 기존에는 열을 차단시키는 방식으로 동작했으나, 이전엔 전체 금속으로 이루어졌으나, 방식이 보완되면서 내부팽창을 막기위해 테플론 튜브를 적용하고, 방열판과 히트브레이크를 통해 열이 올라오는 것을 최소한으로 만들고있다. 270도 이상의 고온이 요구될 경우 테플론 튜브가 사용 불가능 하기때문에 전부 금속으로된 노즐목이 필요한데, 저가 부품은 리트렉션에서 문제가 발생하는 경우가 많으니 주의. 여기에 방열판을 안정적으로 냉각시키기 위해 쿨링팬이 추가로 적용된다.
1.1.2. 히팅 블록
핫 엔드를 구축하는 중심적인 부품. 노즐목, 노즐, 써미스터, 카트리지 히터를 연결시켜주는 큐브형 부품이다. 보온성이 중요시 되기 때문에 보통 테플론 테이프나 실리콘 커버를 끼우기도 하며, 필라멘트를 식히는 용도의 쿨러는 좁은 범위를 노즐에 한해서만 직빵으로 노리게 되어있다.
1.1.3. 쿨링 팬
사출된 필라멘트나 방열판을 식히기 위해서 장비된다. 일반적으로 방열판 쪽엔 30mm~40mm 사이즈의 팬이 사용되고, 노즐부엔 블로워 팬이 적용된다. 그렇다고 풀 가동해서 식히는게 마냥 좋은 건 아니고, abs같이 수축이 큰 재료의 출력시엔 출력을 줄이거나, 아예 꺼버리기도 한다. 소음에 민감한 사람들은 쿨링 팬을 소리를 굉장히 거슬려하기도 하는데, 이 경우 녹투아 팬으로 교체하도록 하자.
1.1.4. 노즐
주로 0.4mm 노즐을 사용하나, 정밀한 피규어는 0.2mm나 0.25mm, 단순하고 큰 물건은 0.6이나 0.8mm를 사용하며, 별 다른 일이 없으면, 0.4mm노즐에 보통은 0.2mm 레이어를 기준으로 출력하게 된다. 역류같은 현상이 일어나면, 100% 노즐목과 조립이 잘못된 상태다. 때문에 노즐을 교체할 일이 있으면, 먼저 조립 방법을 찾아서 읽고 조립하자. 온도 문제의 경우는 고확률로 히터부분 문제니 괜히 분해하지말고, 히터와 온도센서부터 갈아주자. 교체시 안빠진다고 억지로 빼려하는 경우가 있는데, 이런 땐 잘못하면 노즐이 막히거나, 다른 부품이 파손난다. 먼저 온도를 높인 다음 필라멘트를 빼낸 뒤, 화상에 주의하면서 펜치 등으로 히팅 블록을 잡은 뒤, 스패너 등으로 노즐 부분을 빼내는게 좋다.
2. 구동부
움직임을 담당하는 부품들이다. 주로 정밀도와 관련이 깊다.
2.1. 스텝 모터
모터의 움직임을 정밀하게 쪼게어 정밀 동작이 가능하게 해 주는 모터. Easythreed x1(피코)나 ToyRep처럼 저전력 저가 모델을 뽑을 경우 아주 드물게 28BYJ-48가 사용되기도 하지만 모터 자체가 힘이 부족한게 출력물 전체에 영향을 줄 정도라 일반적인 가정용 3d 프린터엔 주로 NEMA 17모터가 주로 채용되고 있다. 익스트루더 부분은 무게 감소가 필요한 경우도 있는데 보통 기어를 적용해 부족한 토크를 보강하는 것으로 커버를 친다.
2.2. 축 이동
2.2.1. 스크류 방식
스테핑 모터에 직접 채결해 사용하는 방식의 이동법. 주로 Z축에 채용된다. 처음부터 리드 스크류를 탑제한 모터가 쓰이기도 하지만, 일반적인 모터에 채결엔 보통 커플러가 쓰인다. 일부 키트에선 드물게 튜브와 케이블 타이로 채결되기도 하는데, 가능하면 구매해서 바꾸고, 못하더라도 프린트해서 바꿔주자.
편심과 편각이 프린터에서 주로 나타나기에, 조 커플링이 편각만 보정해주는 기존의 커플링보다 낫다.
2.2.1.1. 전산볼트
초창기의 3d 프린터에 사용됬던 z축 이동 방식이다. 가격이 매우 싸지만, 그만큼 정밀도도 낮고 고정방법이 출력물에 홈을 파서 육각 너트를 넣는 형태이기에 수명도 짧으며 유격이 큰 편이다. 프로파일에 밀려서 거의 쓰이지 않게 되었지만, 프레임의 주 재료로 사용되었다. 프로파일이 주가 된 뒤로는 100달러 선에서 저가로 만들때 정도를 제외하면 Z축 프레임의 지지대 용도로나 간간히 쓰이고 있다. 애초에 전산볼트는 이동용이 아닌 고정과 체결을 위한것이기에 초창기에만 쓰일수 밖에 없었다. 이동용으로 사용시 오차가 매우 크기 때문이다.
2.2.1.2. 리드 스크류
나사산이 사다리꼴로 뭉툭한 형태의 볼트. ACME Threaded rod나 TM Rod로도 불린다. 전산볼트보다 마찰이 적어 상대적으로 빠른 속도로 사용할 수 있고 안정성 또한 높다.
2.2.1.3. 볼스크류
볼트와 너트 부분 사이에 쇠구슬이 접해 올라가는 형태의 스크류. 베어링을 적용한 스크류라고 생각하면 된다. 그만큼 정밀도가 높고, 마찰이 적어 마모도가 낮아 정밀 장비에도 자주 쓰인다. 그만큼 가격이 전산볼트나 리드스크류보다 비싸다.
2.2.2. 타이밍 벨트
모터에 기어를 장비해 동력을 전달하기 위한 장치. 기어에 맞게 벨트에 홈이 파져있기 때문에 기어의 움직임에 따라 이동할 수 있게 해준다. 벨트의 팽팽함이 중요하기 때문에, 가끔 타이트하게 정비해줄 필요가 있다. 너무 강하게 잡아당기면 모터가 휘어지는 불상사가 발생할 수 있기 때문에 가능하면 벨트 텐셔너로 타이트함을 잡아주자. 벨트의 힘만으로 축 이동에 단독으로 사용하는 것은 정밀도가 엄청나게 떨어지기 때문에, 지지대와 함께 기구에 롤러나 연마봉, lm가이드 중 하나를 복합시켜 정밀도를 높여줄 필요가 있다.
주로 쓰이는 규격은 게이츠사의 gt로, 벨트의 홈 사이의 거리가 2mm인 2gt를 주로 사용한다. 2gt는 s2m이라는 규격과 매우 흡사하다. 2gt는 홈이 반원형이지만 s2m은 반원형에 직선이 섞여있다. 따라서 일부 쇼핑몰에서도 s2m 규격 풀리를 2gt로 파는 경우가 있으므로 확인해보고 사는 것이 추천된다. 2gt는 게이츠사의 저작권이라 중국제 짝퉁은 gt2라고 표시하지만, 실제론 같은 규격이다. 어짜피 같은 규격이면 싼거 써도 괜찮지 않냐는 생각이 들기도 하지만, 정품에는 철심이 박혀있어서, 장기적으로 보면 내구도 차이가 꽤 크다.
2.3. 프레임
프린터를 구성하기 위한 틀. 직접적인 진동에 연관되어 있는 만큼 프린터의 안정성에 큰 영향을 주는 부분. 보통 국제규격 프로파일이나 절곡한 철판이 사용된다. 과거에는 전산볼트도 이용되었으나, 위에서 서술한대로 한정적인 용도로나 쓰이게 되었다. 나무, 플라스틱, 아크릴로 구성되는 경우도 있으나 흔들림을 잡을 수 없기때문에 크게 추천되지 않는다.[1] 물론 단일로 구성할때나 문제지, 프로파일과 혼용되는 경우는 괜찮은 안정성을 보여준다.
2.3.1. 지지대
타이밍 벨트에 의한 이동에 의한 유격을 잡아서 안정적으로 이동을 지지해 주기 위한 부품들. 국제규격 프로파일에 롤러를 쓰거나, 연마봉, LM가이드가 쓰인다. 의외로 LM가이드가 무조건 좋단 인식이 있는데, 반은 맞고 반은 틀린 이야기. 어디까지나 유격도 거의 없는 고급형 LM가이드에 한정한 이야기고, 저가형은 열처리 연마봉에 비해 크게 차이 안난다. 물론 프로파일 + 롤러 조합은 상대적으로 떨어진다.
2.3.1.1. 연마봉
원통형 철심. 여기에 리니어 베어링이나, 부싱을 연결해 사용된다. 주로 8파이 규격이 사용되지만, 강도를 위해서 그보다 두꺼운 규격이 채용되기도 한다.
2.3.1.2. lm 가이드
[image]
철로된 가이드레일을 쇠구슬이 들어있는 블록이 이동할 수 있게 되어있는 지지대. 중국/대만제 제품저가 제품덕분에 가격이 많이 떨어진 편인데, 일부 제품은 유격이 있어서 정밀도가 떨어지므로 평가를 보고 구매하는게 좋다. 구매자가 많은 제품을 사길 균장한다. 고가 정품 LM가이드는 합치면 거의 저가 프린터 하나 살 정도로 가격이 높으나 성능은 확실히 좋다.
3. 전자부
연산을 담당하는 부품들이다.
3.1. 메인보드
초창기에는 아두이노2560에 ramps 1.4 보드 두개를 합친 8비트 보드가 주로 사용되었지만, 2019년 쯤 부터 중국산 카피 보드가 많이 싸지고[2], 펌웨어가 용량이나 기능 등을 8비트 보트만으로 커버치기엔 한계에 달하기 시작해서 보다 유연하게 기능 추가와 확장을 위해서 skr1.4와 같은 단일 32비트로 보드를 사용하는 추세로 변하고 있다. marlin의 경우 2.0부터 8비트 보드로 돌리려면 상당수 기능을 막아야 할 정도로 용량의 압박을 받고 있다.[3] 역으로 말하면 기본적인 프린팅 자체는 미비할정도의 차이밖에 없기 때문에 무리해서 교체할 필요는 없다.
3.2. 스텝모터 드라이버
제어보드는 높은 전류를 견디지 못하기 때문에 제어는 보드에서 담당하고 전류는 스텝모터드라이버가 담당하는 방식이다.
일반적인 스텝모터는 1.8도 즉 200바퀴를 돌아야 360도 한바퀴를 회전한다는 뜻인데 이 값은 3d프린터를 정밀하게 구동하는데에는 적은 값이다. 정밀하게 조정하기 위해서는 스텝모터 드라이버가 필요하다. 스텝모터 드라이버는 모터 내부 전자석의 힘을 미세하게 배분하는 마이크로 스테핑을 통해 모터가 더 적은 각도를 돌 수 있게 해준다.
저가형 프린터의 경우 보통 a4988드라이버를 사용하며, 이 드라이버는 16분주까지 스테핑이 가능하고 가성비가 굉장히 좋은데, 문제는 발생하는 소음이 일반적인 소음이 아니라 가끔 유투브에서 음악을 만드는데 사용 가능할정도의 고주파 소음으로 사실상 3d프린터를 시끄럽게 만드는 주범이다. 이 소음은 모터에 뎀퍼를 붙여주고, 방음 챔버라도 만들게 아니면 잡을 방법이 없다. 이를 해결해준 것이 tmc드라이버인데 제일 많이 움직이는 두 축으로 타협한다 쳐도 최소2개, 일반형을 기준으로 4개를 달아야 하기 때문에 알리 기준으로도 2만원 이상 들어서 비싸게 느껴질지 모르나, 돈을 들인 만큼 소음은 확실히 잡힌다. 단, 모터와 보드에 과열 현상이 일어나기 때문에 각각 냉각팬과 쿨러를 달아줄 필요가 있다. TMC 드라이버로 교체하고, 팬들 달아주는 과정은 생각보다 어렵지 않기 때문에 부담 가지지 말고 달아주자. 단 a4988과 끼우는 방향 반대로 잘못 끼우면 탄다. 펌웨어에서 모터 드라이버를 바꾼 것을 따로 설정해줘야 하니 주의.
tmc계열 드라이버는 tmc2130,tmc2208,tmc2209등 다양한 종류가 있는데[4], STANDALONE 타입과 UART MODE를 지원해주는 타입이 있다. 그냥 사용할거라면 STANDALONE, 제대로 펌웨어를 만져서 이런저런 기능을 사용할 거라면 UART MODE를 지르자. STANDALONE 타입 만으로도 소음이 팬속도가 더 커질정도로 줄어들기 때문에, 그냥 사용할거면 이걸로 충분하다. 또한 UART MODE지원 타입에서 STANDALONE 모드를 선택하면 구조 자체가 영구히 고정되기 때문에 주의.
3.3. 오토 레벨링 센서
배드 부분의 기울기를 측정해주는 장치. 레벨링 할때만 노즐이나 미리 장비해둔 자석 부분에 붙이는 방식과, 핫 엔드 옆에 부착해두는 두 종류의 타입이 있다. 후자쪽이 자주 쓰이는 편인데, 초기에는 서보 모터에 엔드 스탑을 적용해 만들었지만, 지금은 거의 쓰이지 않게 되었고, 근접 센서나 BLTouch가 자주 쓰인다.
근접 센서는 유도성 근접센서와 용량성 근접 센서로 나뉘는데, 후자쪽이 조금 더 비싸지만 유리를 제외한 비금속 물질도 측정 가능하다. 싸구려 근접 센서들은 온도나 배드의 두께에 따라 정확도가 떨어지는 문제가 발생하기도 하고, 레귤레이터와 별도의 선들을 배선해줄 필요가 있다.
배드의 재료에 대해서 자유로워지게 만들어진게 물리적 터치로 측정하는 방식으로, 보통 서보모터와 엔드스탑을 결합시킨 레벨링 센서를 만들었다. 그러나 그렇게 정밀한 물건이 아니다 보니 품질이 떨어졌고, 이를 하나의 부품으로 정밀화 시켜 만들어진게 BLTouch다. 가격은 상당히 높은 편이지만 센서에 비해 가볍고 오차율이 0.005mm 내외로 매우 정밀하다. 한국의 앤트클랩스(ANTCLABS)에서 국제 특허를 보유하며 제조한 덕분에 국내에서 AS가 쉽다. 다만 드물게 팁이 수축난 출력물에 걸려 왜곡되거나 작살나는 문제가 발생하기도 한다.
델타 프린터의 경우는 배드가 고정식이다보니 틀어질 일이 적고 익스트루더 부위의 무게에 민감하다보니, 임시로 노즐부에 부착해서 쓰는 감압식 센서로 슬라이서 프로그램에서 한번 측정하고 메모리에 저장하는 방식이 쓰이기도 한다.
주의할게 오토 레벨링 센서는 만능이 아니다. 어디까지나 오차를 줄여주는 역할이다. 조립자체가 잘못되어서 하드웨어적으로 왜곡이 심하면 짤없고, 수동 레벨링도 필요한 편이니 너무 맹신하지 말자.
4. 전원부
보드에 전력을 공급하기 위한 장치. 일반적으로 파워 서플라이(SMPS)나 직류 전원 장치가 쓰인다. 직류 전원 장치는 히트배드를 사용하지 않을 경우 직류 전원 장치로 커버 가능하지만, 히트베드를 사용하려면 최소 240w이상[5]의 파워 서플라이가 요구된다. 여기에 가능하면 히트 배드의 과전압을 방지하기 위한 mosfet, 전원 스위치등을 배선해 주는게 좋다. 특히 mosfet은 메인보드의 수명을 늘려주는 효과도 있다.
SMPS의 쿨링팬 소음이 신경쓰일경우 방수용 SMPS를 구매하는 것도 하나의 방법. 다만 방수용 SMPS는 기제 스팩보다 효율이 좀 떨어지는 경우가 많은 건 주의. 돈 아낀다고 중국산 SMPS를 사는 경우도 있는데, 뻥파워인 경우도 심심치 않게 있고, 안전을 위해서라도 KC인증된걸로 구매하던지, 평가를 보고사자. 괜히 싼거 썼다가 보드채로 날아가는 수가 있다.
SMPS 이외도 컴퓨터 부품 중 하나인 전원공급장치를 사용할 수도 있다. 규모의 경제로 인해 품질에 비해 가격이 매우 싸단 것이 장점. 다만 프린터의 종류에 따라서 사용 전압이 24v 또는 12v인데, 유의할 것.
5. 히트베드
가열이 되는 판. 히팅베드라고도 한다. PLA처럼 비교적 수축이 적은 재료는 출력물을 안착시키는 판의 평탄도만 보장된다면 어떤 판을 사용해도 무방하나, abs와 같이 식으면서 수축이되는 재료는 제대로 노즐에서 나온 재료가 냉각되면서 안착이 되지않고 노즐에 붙어 끌려다닌다. 히트베드는 안착면을 뜨겁게해주어 수축이되는것을 예방해준다. 다만 히트베드 위쪽은 상대적으로 열을 덜 받기때문에, ABS처럼 수축률이 심한 재료는 프린터를 전체적으로 보온시켜줄 수 있는 챔버와 함께 구축해주는 것이 더 중요하다.
- PCB 히트베드는 프루사 형제[6]가 개발하였다. 구조는 pcb기판이나 알류미늄판에 0.035mm(35마이크론)두께의 구리를 특정패턴으로 깔아 만든 구조며, 열의 균등한 보온을 위해 코르크 시트를 바닥에 붙여 사용하는 것이 좋다. 다만 단선에 의한 화재의 위험이 있으니, 선이 이동하는 경로에는 테이핑 등의 처리를 해주자.
- 실리콘 히트베드의 경우는 일반적으로 교류 220V를 바로 사용하기에 가열 속도가 90도 기준 30초-1분대로 매우 빠르나 감전과 화제에 주의해야 한다. 따라서 특정 온도 이상에서 연결이 끊어지는 온도스위치를 같이 사용하는 것이 권장된다.[7]
5.1. MK2
pcb기판에 구리를 깐것이다. pcb기판위에서 바로출력을할 수 없기에 기판위에 유리나 시트를 올려 쓴다.
5.2. MK3
열전도성이 높은 알류미늄판에 구리를 깐것이다. 구리는 밑면에 오고 알류미늄판이 위로 오며, PEI필름이 붙어져 있어서, 유리나 시트를 올릴필요없이 바로 출력이 가능하다. 열이 중앙에 집중적으로 퍼지던 MK2와 달리 전체적으로 골고루 퍼지게 개량되었다. 다만 필름을 붙이는게 귀찮은 편이기도 하고, 탈착 편의성이나 안착력 향상등을 위해 다른 평판이나 자석베드를 올리는 경우가 많다.
5.3. MK52
히트베드는 자석이 심어저 있어서 스프링강판에 PEI를 코팅한 판을 이용하여 쉽게 출력물을 땔 수 있다.
6. 베드판
일반적으로 알류미늄판에 풀을바르고 출력을 해도 무방하나 떼기 힘들고 떼어냈을때 알류미늄판에 기스가 난다.
또는 pcb기판에 그대로출력을 할수없기 때문에 베드판을 올려서 사용을하는데 여러가지 종류가 있다.
6.1. 유리판
초창기에 많이쓰이던방식으로 저렴하게 구할수있고 온도가 천천히 올라가고 천천히 내려가기때문에 일정한 온도를 유지 할 수있다는 장점이 있다.
pla를 기준으로 베드온도를 70도로 높이고 출력한뒤에 유리판이 식으면 유리판의 열수축과 pla의 열수축이 다르다는점 때문에 유리판과 pla가 저절로 때지면서 정말 쉽게 제거를 할 수있다. 이렇게 사용을 하려면 유리판의 유분과 땀이 없어야한다. 자주 물로 세척을 해주고 알코올로 닦아주면 된다.
단점으로는 충격에 깨질 수 있고, 평탄도가 알려진 것에 비해 그렇게 좋지는 않다. 평탄도가 높은 유리종류는 붕규산유리이며 강화유리는 평탄도가 좋지않다.
유리베드 중 평탄도가 가장 높은베드는 거울베드이다.
6.2. 스프링 스틸시트
스프링 스틸 시트라고 해서 프루사i3을 사면 들어있는 베드위에 올리는 판이다. 이 판의 장점은 쉽게 구부리고 다시 원상태로 돌아오기 때문에 출력물을 쉽게 제거할 수 있다.이게 정말 장점인게 딱딱한 판에 풀을바르고 출력을 하면 때어낼때 떨어지지않고 완전히 붙어있어서 때기가 힘들고 때어냈을때 판에 데미지를 주는데 이 스프링판은 그런일 없이 떼어내기가 편하다. 알리나 아마존에 스프링 스틸 시트(spring steel sheet)라고 검색을 하면 여러가지 제품이 나오는데 대부분 스프링판에 pei코팅이 되어있다.
6.3. 베트 시트
알루미늄 베드나 pcb베드에 붙이는 형태의 플라스틱 시트이다. 베드시트의 장점은 마스킹테이프와는 다르게 떼어냈을때 찢어지거나 베드에서 떼어내지지않고 여러번 출력
을 할 수 있다. 가격도 저렴하고 그냥 풀을바르고 출력하는것보다 100배는 정신건강에 이롭다. 주의점으로는 출력물을 떼어낼때 수직으로떼어내지말고 출력물을 옆으로
살짝 (20도)눞이듯이 떼어내면 시트가 늘어지거나 손상되지않게 때어낼 수 있다. 또한 petg를 출력할때에는 베드와 함께 합체가 될 수 있다.
6.4. 에폭시 베드
6.5. 빌트텍
6.6. PEI 필름 + 알루미늄 베드
일반적으로 큰 두께의 알루미늄 재질 판에 PEI필름을 붙여 사용한다. 이 방식의 장점은 두께가 클수록 평탄도가 비교적 높아지고, 많은 가열과 냉각에서도 얇은 두께에 비해 비교적 덜 휘어진다.
[1] 이 차이를 느낄 수 있는 대표적인 케이스가 anet a8인데 아크릴 기반 프레임이라 흔들림이 그대로 출력물에 직빵으로 나오는 반면, 프로파일 프레임 업그레이드 형태인 am8은 상당히 흔들림이 안정된 탓에 아예 다른 프린터 취급받는다.[2] 알리 익스프레스 기준으로 상술한 조합과 SKR v1.3간 가격 차이가 3달러 밖에 차이 안날 정도로 차이가 줄어들었다.[3] 물론 Prusa마냥 최적화를 기가막히게 잘해 놓으면 8비트로도 잘만 돌아간다.[4] 가끔 프린터중 TMC2225처럼 이런게 있었는가 의문스러운 번호인 드라이버를 탑제하는 경우도 있는데, 대부분 기존 넘버의 개량형인 경우다.[5] SMPS는 보통 사용량보다 20%이상 넉넉한 것이 추천된다. 요구 전력에 비해 공급 전력이 모자라면 발열이 나거나, 잘못한 불이 난다.[6] Prusa i3를 만든 요제프 프루사와 형제인 마이클 프루사. 마이클 프루사는 같은 회사에서 엔지니어링 팀으로 일하고 있다.[7] 퓨즈와는 달리 바이메탈을 이용하기에 재사용가능하다.