고등학생이 3D프린터를 개발해보았다! – 2편 익스트루더(Extruder)

 

3D프린터를 직접 설계해보고 제작까지 해보는 프로젝트 – 고등학생이 3D프린터를 개발해보았다!

필라멘트를 밀어주는 익스트루더 방식을 어떻게 할까?

 

안녕하세요, 프매씨 입니다. 이전 1편에서는 어떠한 3D프린터를 만들지, 대략적인 스펙을 정해보았습니다! (http://vmao.tistory.com/722) 이번 2편부터는 3D프린터의 각 파트의 부분에 대해 알아보며 어떠한 방식을 고를지 정해보려고 합니다. 이번 2편에서는 3D프린터의 필라멘트를 밀어주는 부분인 '익스트루더' 파트에 대해 알아보려고 합니다.

 

3D프린터를 개발하는 프로젝트이지만, 이렇게 각 파트에 대해 알아보고 설명해드리며 진행하는 이유에 대해 궁금하시는 분들이 계실 것 같습니다. 사실은 그냥 제작하는 과정만 적어두 되지만, 저는 제 글을 보시고 시작하시는 분들이 왜 이러한 방식을 채택했는지, 왜 이렇게 생겼는지, 꼭 아셨으면 하는 마음에 글을 이렇게 써나가려고 합니다 :) 그럼 시작하죠!

 

 

『익스트루더(Extruder)』

[3D프린터 '피넛'의 익스트루더(보우덴 방식)]

 

익스트루더(Extruder)는 FDM 방식의 3D프린터에서 사용되는 원료인 필라멘트(Filament)를 밀어주는 역할을 합니다. 샤프를 사용하기 위해서는 샤프심을 넣어서 밀어줘야하죠? 그만큼 익스트루더는 매우 중요한 파트이며, 이 부분이 전력이 부족하거나 문제가 생기면 출력품의 품질이 떨어지는 경우가 생깁니다. (사실 어느 부분이나 문제가 생기면 안되죠…)

 

3D프린터의 익스트루더는 다양한 방식이 있는데요? 그 중 대표적인 2가지의 방식이 있습니다. 익스트루더와 노줄이 붙어있어 직결로 연결되어 있는 방식인 '다이렉트(직결, Direct) 방식'이 있구요. 익스트루더와 노줄이 떨어져있고 위 사진처럼 옆부분에 익스트루더가 달려있는 '보우덴(Bowden) 방식'이 있습니다. 각 방식마다 장점과 단점이 있는데요? 한 번 알아보죠 +_+

 

 

『익스트루더(Extruder) 직결 방식』

[프린터 봇 심플 메탈 노줄 부분(직결 방식)]

 

익스트루더 방식 중 첫번째 '다이렉트(직결, Direct)' 방식에 대해 먼저 알아보죠! 위 사진은 '프린터 봇 심플 메탈'이라는 3D 프린터의 노줄 부분의 사진 입니다. 자세히 보시면 아래 쪽에 노줄과 다양한 센서들이 보이는데요? 바로 위에 보시면 익스트루더가 보입니다. 이러한 구조를 가진 익스트루더 방식을 다이렉트 방식이라고 해요! 그러면 이러한 방식은 어떠한 장점이 있을까요?

 

[익스트루더 직결 방식의 장점]

1. 노줄과 익스트루더 사이의 거리가 가까워 필라멘트를 안정적으로 공급한다.

2. 필라멘트를 안정적으로 공급받아 출력 품질에 큰 도움이 된다.

3. 익스트루더에 사용되는 스탭모터의 힘이 적게 필요해 부하를 받지 않는다.

4. PLA, ABS이외에 다양한 필라멘트를 사용할 수 있다.

(PLA, ABS이외에 필라멘트 같은 경우 휘어지면 부셔질 수 있는 가능성이 있다)

 

이러한 장점이 있는데요? 다만 단점또한 있습니다.

 

[익스트루더 직결 방식의 단점]

1. 익스트루더에 필요한 스탭모터가 헤드부에 장착이 되어 헤드가 무거워져 고속 출력에 무리가 있다.

2. 헤드가 무거워져 3D프린터의 기체가 흔들려 출력물에 계단형의 무늬가 보일 수 있다.

(기체를 무겁게 할 경우 해결가능한 문제)

 

이렇게 직결 방식의 장단점을 알아보았습니다. 출력물의 고품질을 원한다거나, 고무 필라멘트 같은 다양한 필라멘트를 사용할려면 직결 방식을 채택하는게 맞겠죠. 그러면 다음으로 보우덴 방식에 대해 알아보려고 합니다 +_+

 

 

 

『익스트루더(Extruder) 직결 방식』

[3D프린터 '피넛'의 익스트루더(보우덴 방식)]

 

다시 3D프린터 피넛을 살펴보죠! '피넛' 같은 경우 자세히 보시면 노줄과 익스트루더가 떨어져 있고 중간에 테프론 튜브를 통해 조금이나마 안정적으로 필라멘트를 공급하려고 연결되어 있습니다. 이렇게 노줄과 익스트루더가 떨어져있는 형태를 '보우덴 방식'이라고 부릅니다. 그러면 이 방식을 왜 사용하는지 또 알아봐야겠죠?

 

[익스트루더 보우덴 방식의 장점]

1. 헤드가 가벼워 고속 출력을 하는데에 용이하다. (시간 단축)

2. 3D프린터의 기체가 가벼워도 출력물의 계단 현상이 발생하지 않는다.

 

[익스트루더 보우덴 방식의 단점]

1. 필라멘트 공급이 불안정 하다.

2. 사용된 스탭모터가 부하를 받게 된다.

3. 복잡한 형태의 출력물을 출력할 경우 반응이 늦어져 품질이 떨어질 수 있다.

 

 

이렇게 간단하게 살펴보았습니다. 가만 보면 직결 방식의 단점이 보우덴 방식에서 해결되고, 보우덴 방식의 단점이 직결 방식에서 해결되네요 +_+ 이 두가지 방식의 장점은 모두 가지고 단점을 모두 해결한 익스트루더 방식은 없을까요…?

 

 

『어떠한 방식을 채택할까..?』

 

제가 제작할 3D프린터의 목표는 "아이폰6+ 케이스를 제작하자!" 이기 때문에 빠른 출력속도보다는 고품질이며 다양한 필라멘트를 사용할 수 있어야 하기 때문에 일단은 '직결 방식'을 채택하려고 합니다. 현재 직결 방식의 장점과 보우덴 방식의 장점을 모두 가진 새로운 익스트루더의 방식을 생각해보고 있어요! 이글을 읽으시는 분들은 어떠한 방식이 더 좋으신지 궁금하네요 +_+ 2편은 그러면 여기서 마치겠습니다!

 

프매씨의 개인 프로젝트는 http://pemassi.modoo.at/ 에서 더 만나보실 수 있습니다.