오늘은 3D프린터 노즐 종류에 대해 포스팅하려고 하는데요, 3D프린터는 2D프린터처럼 종이에 그림이나 문자를 출력하는 방식이 아닌 그릇이나 신발, 의자 등 3D데이터를 가지고 입체 형상을 만드는 기계입니다.
이는 기존의 절삭가공 방식이 아닌 적층가공방식으로 소재를 녹여내어 아래에서 위로 한층 한층 쌓아 올려 형상을 만드는 것이 특징이며 크기가 크든 작든 사이즈에 관계없이 모두 제작 가능하며 복잡한 형상도 제작 가능하다는 장점이 있습니다.
3D Printer 방식은 FDM, SLA, SLS, DLP 등 다양하며 그중에서도 오늘 포스팅 할 부분은 가장 기본적인 방식인 FDM입니다.
FDM3D프린터는 뜨거운 노즐을 통해 원료를 녹여 압출하는 방식으로 노즐의 방식은 크게 카르테시안, 멘델, 델타 3가지로 나눠집니다.
3D프린터 노즐이라 함은 FDM방식 소재인 필라멘트를 녹여서 분출시키기 위한 관입니다.
보통 멘델 방식을 많이 활용하는 편인데요, 지금부터 차례대로 그 특징에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. 카르테시안방식
카르테시안은 X, Y, Z 3개 축으로 구성되어 있으며 좌표에 따라 움직여서 복잡한 형상을 제작할 때 편리합니다.
카르테시안 좌표계를 바탕으로 하는데 핫엔드부가 X축과 Y축이 각 방향으로 제어되고, Z축이 상하로 움직이면서 출력하는 방식으로 보통은 노즐이 움직이며 아래 베드에 재료를 쌓아 올립니다.
즉 베드가 움직인다는 말이죠.
이 방식은 대형 출력물을 제작할 때 주로 사용하며 재료가 나오는 노즐이 움직이는게 아니고 베드가 움직이는 방식이라 출력물이 훨씬 정교하다고 합니다.
카르테시안 방식의 특징은 직선형 구동을 기반으로 하므로 직선을 긋는데 안정적이고, 정밀하며 간단한 구조로 되어 있기 때문에 편리하지만 정확한 곡선을 그리는데는 맞지 않는 않고, 각 구도욱의 형태가 달라서 각기 다른 설계를 필요로 하는데 그렇다 보니 장비에 부품이 많아져서 출력 속도가 느립니다.
2. 멘델방식
베드가 Z축으로 내려가면서 노즐이 X, Y축으로 이동하면서 형상을 만드는 방식으로 쉽게 말해 위에 있는 노즐이 움직이면서 아래에 있는 베드에 그림을 그리듯 재료를 쌓아 올려 형상을 만드는 것을 말하며 각 축에는 1, 2개의 모터가 있어 움직임을 도와주고 모터의 협동 없이도 독립적으로 움직일 수 있기 때문에 이동 속도가 빠르다는 장점이 있습니다. 또 구조가 간단해서 개인도 다루기 쉽게 되어 있습니다.
멘델방식의 대표적인 특징은 X축과 Z축이 한 몸이 되어 움직이고 Y축이 따로 있다는 것과 다른 방식의 프린터보다 구조가 쉽게 되어 있어 제작하기도 쉽고 복제 또한 쉽습니다.
멘델방식은 또 2가지로 나눠지는데 필라멘트 압출기가 헤드에 달려있는 방식과 필라멘트 압출기가 헤드가 아닌 다른 곳에 있는 방식입니다.
헤드에 압출기가 있는 경우 헤드의 무게가 무거워져서 출력 속도가 느려지게 되고, 헤드에 압출기가 없는 것은 헤드의 무게와 출력 공간에 제약이 없어지지만 필라멘트의 이탈 등 문제가 생깁니다.
3. 델타방식
3D프린터 노즐 종류 중 마지막!!! 델타방식!~
뽀니는 세 가지 방식을 모두 사용해봤는데 그중 작동법이랄까 세팅하는거랄까 가장 어려워했던 방식이었던 델타방식.
이 방식은 노즐을 잡아주는 축이 하나인 카르테시안과 멘델방식에 비해 3개의 축이 하나의 노즐을 고정하고 X, Y, Z축이 동시에 움직여 베드에 출력물을 적층해 나가는 방식입니다.
프린터 자체만 봤을 때는 뭔가 굉장히 있어 보이고 멋있어 보이고, 로봇 같은 느낌이랄까..
이 방식은 베드가 고정되어 있어 출력물 수축으로 인해 출력 중에 제품이 쓰러지는 일이 적고, 공간활용도가 높으며 출력 속도가 빠른 편입니다.
그러나 X, Y, Z의 세 축이 헤드와 연결되어 한 번에 움직이게 되는데 이때 원점 제어가 어렵다는 단점 때문에 사용자가 적다고 합니다.
또 장비가 한 번 고장 나면 어느 부분이 잘못됐는지 확실히 알기 어려워 수리가 어렵다는 단점 또한 사용자가 적은데 한몫합니다.
지금까지 3D프린터 노즐 종류에 대해 알아보았는데요, 뽀니는 세 가지 방식 중 가장 수월하게 접근해서 작동해볼 수 있는 방식은 멘델이었습니다.
개인적으로는 멘델방식의 이용자가 많은데는 이유가 있지 않을까.. 살짝 기계치인 제가 어렵지 않게 했다는 걸 보면..
FDM방식은 현재 KIT로도 판매되고 있어서 개인적인 취미로 다루는 분들도 꽤 많은데요, 저도 처음에 장비를 만질 때 하나 사서 집에 둘까.. 라는 생각을 했답니다.
시제품이나 목업 제작 시 대행업체에 맡기신다면 굳이 이러한 노즐방식까지 신경쓰지 않아도 되지만 3D프린터에 관심이 있다면 알아두는 것도 나쁘지 않을 것 같습니다!
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