델타 3D 프린터 DIY (2) 제작 부속

 1. 프레임

1) 프로파일

직접 만든 3d 프린터와 조립 방식의 기성품도 대부분 알루미늄 프로파일을 사용합니다.알루미늄 프로파일을 구입할 때 주의할 점은 3d프린터에 주로 사용되는 프로파일의 형태가 v슬롯인 반면 국내에서 생산되는 프로파일은 t슬롯이 유일합니다.

v슬롯프로파일은 주로 중국산 3d프린터에서 v롤러의 이송을 위해 또는 내부홈에 타이밍벨트를 넣을 때 많이 이용되고 있습니다. v 롤러의 사용 목적은 비용을 절약하기 위한 것으로 메커니즘상 내구도가 좋지 않아 권장하지 않습니다. 게다가 한국에서 v 슬롯 프로파일을 구하기 위해서는 중국 측에서 직접 구입해야 하지만 품질이나 배송에 있어서도 신뢰도가 떨어질 수 있습니다.

t슬롯 프로파일은 국내에서 쉽게 구입가능합니다. 기존 v롤러를 사용한 프린터의 유지보수를 위해 구입을 하시려면 슬롯 형태를 반드시 확인하셔야 합니다.

V 슬롯 프로파일 vs T 슬롯 프로파일

저는 (주)동진산업(profileok.com)에서 블랙t슬롯프로파일을 구입하였습니다. 해당업체는 저와 아무런 관계가 없으며, 제가 알기로는 소매에서 가장 저렴하게 프로파일을 구입하실 수 있는 많은 분들이 이미 이용하고 있는 업체입니다.

프로파일을 조립하는 방법은 다음과 같습니다.

1) 조인트 클립을 이용하는 방식 – 프로파일에 가공이 필요한 대신 가장 직관적이고 간단한 조립 방식 – 브래킷을 이용하는 방식 – 브래킷의 비용이 부담되거나 브래킷에 의한 간섭 발생 3) 너트를 이용한 방식 – 사각너트 및 t-너트를 상황에 따라 선택

좌측 상단에서 시계방향으로 조이엔트 클립, 사각너트, 다이캐스팅 브라켓, t너트 (사진출처:동진산업)

그 밖에도 어진 조인트와 이너 브래킷 등 다양한 방법이 있지만, 하중에 견디는 면에서는 다소 제한적이므로 취급하고 있지 않습니다.
2. 코너프레임
델타 3d 프린터 구조상 프로파일과 코터 프레임의 결합만으로 간단하게 프린터 바디를 조립할 수 있습니다. 사이즈가 작을 경우 2020 프로파일용 코너를 적용해도 되지만, 설계한 프린터 사이즈가 크기 때문에 2040 프로파일용 코너를 선택했습니다.

2020 코너와 2040 코너

2. 구동계
1. 리니어 모션 시스템
3d 프린터로 사용하는 리니어 모션 시스템으로는 앞서 말한 v롤러, 연마봉, lm가이드 3가지를 들 수 있습니다.
먼저 v 롤러는 앞서 언급했듯이 비용을 절약하기 위한 시스템으로 롤러 마모 등 내구도가 좋지 않아 수평으로 휘어질 수 있으므로 권장하지 않으며, 가장 보편적으로 사용될 경우 코어 xz 시스템에서 z축 이동에 모터 하나만 사용시 모션 시스템으로 많이 사용됩니다. 대표적인 예로 엔더 시리즈가 있습니다.
연마봉은 비용과 성능을 어느 정도 타협했다고 보면 되지만 고정된 막대를 따라 볼스크류를 이용하여 축이동을 합니다. 이 방식은 세계적으로 유명한 플루서에서 주로 사용되며, 플루서i3 시리즈의 경우 엔더 시리즈와 비교하여 z축 이동에 관여하는 모터가 좌우 양 측면에 위치하므로 보다 안정적인 움직임을 제공합니다.
마지막으로 직접 만든 3d프린터를 만들 때 가장 추천해드리는 lm가이드입니다. 금속 가이드 레일에 따라 lm 블록이 이동하는 방식입니다. 내구도는 말할 것도 없이 정밀도가 가장 우수한 방식입니다. 단, 설치 및 유지보수시 블럭내 베어링볼이 탈락되지 않도록 주의가 필요합니다. 베어링 볼이 탈락되면 가이드 이동에 부하가 걸려 안정된 출력이 되지 않습니다.
저는 이 lm가이드 방식을 선택했고, 한국에서 판매되는 대다수의 제품도 중국이나 대만에서 수입하고 있는 실정이므로 알리익스프레스에서 MHN12H를 검색하시면 3d프린터에 적합한 제품으로 구매하실 수 있습니다. 모션 부하가 적은 3d 프린터나 레이저 조각기 정도로 사용 가능합니다. 필요한 길이의 제품과 블럭을 같이 구입하시면 됩니다.

LM 가이드와 LM 블록

2. 동력전달시스템
동력 전달은 주로 볼 스크류 또는 타이밍 풀리와 타이밍 벨트를 사용합니다.
볼스크류는 주로 연마봉과 함께 쓰이며 타이밍벨트와 느슨해지는 lm가이드를 구동시킬때 많이 사용됩니다. 어느 쪽이 좋다기 보다는, 상황에 맞는 선택을 하는 것이 좋습니다. 볼스크류의 경우 나사축의 정밀도에 큰 영향을 받습니다. 또한 타이밍 벨트와 풀리는 고무의 특성상 장력 조정이 관건이며, 너무 무겁거나 CNC와 같이 부하가 큰 상황에서는 사용하기 어렵습니다.
lm 가이드의 블록을 구동하는 장치이며, 저는 타이밍 벨트와 풀리를 사용하고, 장력을 쉽게 조절하기 위해 텐셔너를 따로 장착할 예정입니다. 델타 방식의 코너 프레임 자체가 타이밍 벨트의 사용을 전제로 하고 있었기 때문에, 이 부분은 선택지가 없었습니다.

타이밍 벨트와 풀리 (왼쪽) 아이드풀리 (오른쪽)

델타 3d 프린터는 lm 블록의 움직임을 헤드에 전해주는 다리 부분 부속이 추가로 필요합니다.’푸쉬로드’ 또는 ‘델타암’이라 불리는 이 장치는 lm블록에 부착된 캐리어백과 헤드를 연결하여 노즐을 운송합니다. 연결 방식에 따라 자석 방식과 베어링 방식이 있습니다.
이펙터를간단히교환하거나유지보수하기위해마그네트방식을채택했습니다.

마그네트 방식의 푸시 로드

3. 전기, 전자계
1. 파워서플라이
220v의 전기를 끌어 프린터에 필요한 12v 또는 24v로 전압을 바꾸는 파워서플라이가 우선적으로 필요합니다. 3d 프린터에서는 12v를 사용할지 24v를 사용할지를 우선적으로 선택하지만, 24v는 노즐이나 침대의 온도를 보다 신속하게 높이기 때문에 보통은 24v를 권장합니다. 히팅 침대가 없거나 기기의 크기가 작은 경우는 12v라도 나쁘지 않은 선택입니다. 전압을 선택한 후 부속된 각 기기의 암페어 또는 와트값을 계산하고 여유있는 용량을 선택합니다.
요즘에는 중국 meanwell사 제품을 많이 사용하는 것 같아요. 저는 해당 업체의 LRS-350-24 제품을 선택하고, 이 제품의 24V에서 14.6A 사이의 충분한 전류를 허용합니다.

LRS – 350 – 24

참고로 14.6A가 충분한 것은 제가 사용하는 실리콘 히팅베드가 220v 제품으로 파워서플라이에서 전류를 끌어들이지 않고 콘센트에서 직접 교류전류를 연결해 사용하기 때문입니다. 이 경우 보드에서 송신되는 24v의 전기 신호를 체크할 수 있는 릴레이가 추가로 필요하며 이를 SSR라고 합니다.

SSR은 릴레이라고도 부르며 스위치의 일종이라고 생각하면 된다.

2) 컨트롤보드
이 24v에 따라 각 장치에 전기 신호나 전류를 흐르게 하기 위해서는 컨트롤 보드가 필요합니다. 최근에는 32bit 보드가 주류를 이루며 향후 익스트루더를 추가하기 위해 총 8개의 모터가 연결 가능한 fysetc사의 스파이더 모델을 선택했습니다.

fysetc spider

컨트롤보드가 제어하는 것은 스테퍼 모터와 히터, 히팅센서, 리미트 스위치의 정도가 있습니다.
3. 스테퍼모터 및 드라이버
스테퍼모터는 x, y, z축 이동시 사용하는 용도와 익스트루더용 2종류가 있으며 일반적으로 nema17 또는 23모터를 사용합니다. 3d 프린터 사이즈가 다소 크기 때문에 축 이동에 관여하는 모터는 nema23이며 익스토르다는 nema17을 사용하도록 하겠습니다. 또한 스테퍼모터를 구동시키기 위해서는 드라이버가 필요합니다. 스테퍼 모터 드라이버는 고주파 소음이 적은 TMC 2209를 선택했습니다.

스테퍼 모터와 스테퍼 모터 드라이버

4. 히터
히터에는 히팅베드와 노즐히터 두 종류가 있는데, 앞서 말씀드렸듯이 히팅베드는 교류전류를 직접 받아오는 것이고 노즐히터는 24v 제품을 선택했습니다.

300mm 220V 침대 히터

노즐 히터와 히팅 센서는 모두 triangle lab사 제품입니다. 그 업체는 알리 익스프레스를 통해 접할 수 있는 비교적 신뢰도가 높은 업체입니다.
5) 엔드 스톱(리미트 스위치)
리미트 스위치는 홀 이펙트 리미트 스위치를 사용할 예정입니다. 홀이펙트 센서는 자력을 감지하여 작동하는 센서로 기계적 리미트 스위치에 비해 접촉이 없기 때문에 기계 고장이나 내구성 면에서 안전하고 정밀하다고 알려져 있습니다.

홀 이펙트 센서

6 ) LCD
LCD의 경우 성능에 영향을 주는 부속이 아니기 때문에 가장 무난한 12864 디스플레이를 선택했습니다. 일반적으로 이 LCD에 sd카드 슬롯이 포함되어 있습니다.

12864 lcd display

4. 출력계
필라멘트가 지나가는 경로를 편의상 출력계라고 불렀어요.
필라멘트는 익스트루더의 동력을 통해 밀려나 프린팅 헤드로 이동되며 히트 싱크, 노즐 눈, 히트 블록, 노즐에서 최종적으로 출력됩니다. 이 때 익스트루더와 프린팅 헤드가 떨어져 있으면 보우덴 방식, 붙어 있으면 다이렉트 방식으로 칭합니다. 보우덴 방식은 헤드의 무게를 줄일 수 있어 작업속도를 높이기 쉽지만 플렉스 필라멘트를 출력할 때 꼬임이 발생하기 쉽다는 단점도 있습니다.
델타 3d 프린터는 헤드 무게를 줄이는 보덴 방식이 적합하여 해당 방식을 적용하여 nema17 익스트루더 모터와 듀얼 기어 익스트루더를 구입하였습니다. BMG 익스트루더라는 기성품도 있으나, 향후 5컬러 노즐 장착으로 다수의 익스트루더가 필요하며, 가격이 저렴한 조립식으로 구입했습니다.
그 외 헤드부속은 모두 triangle lab사의 v6 제품군에서 구입했습니다.
자세한 부분에 대해서는 추후 전체 조립 완료 후 BOM 자료를 첨부하여 확인하겠습니다.
다음에 실제 조립 내용으로 들어 보겠습니다.