본 페이지는 렙랩이 어떻게 이루어져 있고, 어떻게 형성되는지 일반의 구조적 내용을 담고 있습니다. 하지만, 여러분의 손이 이미 기름때로 더럽혀진 상태이거나 바로 제작 본론으로 들어가고 싶은 경우에는 렙랩 초보자 가이드에서 [빌드 인스트럭션 카테고리(원서)]를 참고하는 것입니다. 이 외 본 섹션의 ‘모델’ 내용들을 살펴보고 어떤 3D 프린터 유형이 있는지 숙지해야 합니다. 높은 수준의 내용을 알아보기 전, 우리는 렙랩의 4가지 주요 구성 요소를 살펴본 후, 렙랩 기반의 확장된 다른 모델들을 살펴보아야 합니다.
- 소프트웨어 툴체인
- 전자부품
- 기계 본체
- 익스트루더(압출기)
모델들
렙랩 오픈소스를 기반으로한 다양한 모델들입니다. 어떻게 각 모델을 만들 수 있는지, 매뉴얼이 정리되어 있습니다. (차근차근 매뉴얼 번역을 해나갈 예정입니다. :: 대한민국의 모델이 있다면, 이곳에 매뉴얼을 등록하실 수 있습니다.) – 프루사 멘델 만드는 방법: 멘델을 기반으로한 보다 더 빠르고 업그레이드된 멘델입니다. – 다윈 만드는 방법: 렙랩 프로젝트의 첫 번째 모델입니다. 지금은 전설로 불리우고 있습니다. – 멘델 만드는 방법: 렙랩의 두 번째 모델입니다. -헉슬리 만드는 방법: 멘델에서 업그레이드된 모델로, 렙랩의 세 번째 모델입니다. 현재 실험단계에 머물러 있으며, 아직 도큐먼트가 완성되지 않았습니다. – 카르테지오: 프로페셔널 3D 프린터이자 CNC 루터입니다. – 이벤터봇: 렙랩 기반의 상업적인 모델입니다. – ???: 앞으로 등록될 여러분의 자작 모델일겁니다.
소프트웨어 툴체인
툴체인은 다음의 3 분류로 구성됩니다.
- CAD 툴
- CAM 툴
- 펌웨어
CAD 툴 : [CAD 소프트웨어] 페이지 참조 CAM툴 / 펌웨어 / 파일 유형: [프린터 구동 소프트웨어] 페이지 참조
전자 부품
일반적으로 다음의 5 가지 분류로 구성됩니다.
- 컨트롤러
- 스테퍼 모터
- 스테퍼 드라이버
- 엔드-스탑
- 히티드 베드
컨트롤러
렙랩의 ‘브레인’ 입니다. 대부분의 렙랩 컨트롤러는 아두이노 마이크로컨트롤러를 기반으로 하고 있습니다. 아두이노 또한 오픈소스 하드웨어이기 때문에 조금씩 응용에 의한 변화가 있습니다만, 거의 모든 동일한 작업을 수행합니다. 때때로 독립형 칩과 함께할 때가 있습니다. 또한 때때로 애드온 보드(쉴드라고도 불림)와 아두이노 메가일 때도 있습니다. [전자부품 목록]에서 더 찾아보실 수 있습니다.
스테퍼 모터
스테퍼 모터는 전자 모터의 한 종류이며 컨트롤러에 의해 정밀한 컨트롤이 가능합니다. 대부분의 렙랩은 4 ~ 5개의 스테퍼 모터를 사용하는데, 3 ~ 4개의 모터는 X/Y/Z 축의 움직임을 위해 쓰이며 (때때로 Z 축은 2개가 사용되기도 함), 나머지 하나는 익스트루더(압출기)를 컨트롤하는데 쓰입니다.
스테퍼 드라이버
스테퍼 드라이버는 스테퍼 모터와 컨트롤러의 일종의 중개인 역할을 하는 칩입니다. 이 칩은 스테퍼 모터의 움직임을 위해 전송해야하는 신호를 단순화합니다. 때때로 스테퍼 드라이버는 케이블을 통해 컨트롤러에 연결되어 있는 별도의 회로 기판에 위치하기도 합니다. 또한 때때로 컨트롤러에 있는 작은 회로에 직접 연결되어 있기도 합니다. 이 경우에는 컨트롤러에 이러한 작은 회로가 적어도 4개(각 스테퍼 모터를 위한) 정도가 마련되어 있습니다. 마지막으로 컨트롤러 자체에 직접 납땜되어 있는 경우도 있습니다.
엔드-스탑
엔드-스탑은 멀리 떨어져 있는 부품에 직접 연결할 수 있는 스위치가 있는 매우 작고 간단한 회로 보드입니다. 따라서 2개 축마다 일반적으로 6개가 있습니다. 싱글 엔드-스탑 중 한 쪽에 배선을 통해 다음 부품을 연결합니다 :
- 컨트롤러
- 스테퍼 드라이버 보드
히티드 베드(가열판)
프린트 베드(인쇄판)는 압출기에서 원료가 뽑아져나와 인쇄물이 만들어져 놓이는 공간입니다. 렙랩에서 히티드 베드가 선택적 부품으로 간주되고 있는 동안, 종종 오랜기간 필요하고 중요한 부품으로 인식되어 왔습니다. 그 이유는 인쇄물 인쇄되는 동안 너무 빨리 식어버려 인쇄물 모서리가 뒤틀리는 결과가 일어나는 부분이 물리적으로 인쇄자체를 망쳐버리기 때문입니다. 히티드 베드는 일정 온도의 열을 인쇄되는 동안의 인쇄물에 가해주면서 뒤틀림 현상을 미연에 방지해주는 역할을 하게 됩니다. 이는 부엌의 토스터기와 같은 원리로 작동합니다. 히티드 베드는 온도 센서를 갖고 있는 큰 저항체입니다. 참조: [PCB 히티드 베드] / [램스 1.2 배선 다이어그램] / [프루사 멘델 조립 기술문서(매뉴얼)]
3. 기계 본체
본체는 일반적으로 다음의 두 파트로 나뉩니다.
- X/Y/Z 축의 선형 운동체 부분
- 프린트 베드(인쇄판)
X/Y/Z 축의 선형 운동체 부분
여러분이 렙랩 3D 프린터를 정면에서 마주할 때, X 축은 좌우 이동이며, Y 축은 전후 이동이고, Z 축은 상하 이동입니다. 선형 운동은 일반적으로 다음의 2 가지 방법 중 하나를 이용해 구축할 수 있습니다. (X, Y는 조형 너비/면적, Z는 조형 높이)
- 벨트 / 폴리 모션 구동
- 스레드 로드(나사 막대) 또는 리드 스크류 모션
벨트와 폴리를 이용한 방법은 빠르고 가벼운 움직임에 좋으며, 스레드 로드를 이용한 방법은 다소 느리지만 강력한 힘을 필요로 할 때 좋습니다. 대부분의 렙랩은 X/Y 축의 움직임에선 벨트를 이용하고 Z 축에선 스레드 로드를 이용한 결합 방식을 채택해 사용하고 있습니다.
벨트와 폴리
정확도를 고려할 때 벨트와 폴리 조합은 가장 중요한 부분입니다. 현재 기술 수준으로는 가공된 폴리와 함께 여러분의 스테퍼 모터의 직경에 정확히 일치하는 GT2 벨트 조합 입니다.(일반적으로 5 mm) 이 외에도 많은 조합이 있습니다. 현재 (2012년 3월 기준) 사용되는 대부분의 조합은 다음과 같습니다. T5 이 미터 벨트는 북미 지역에서는 얻기 어려운 벨트입니다. 게다가 폴리는 자체 인쇄가 가능합니다. 인쇄된 폴리를 사용하는 것은 잘못된 직경에 MXL 폴리/벨트 조합을 사용하는 것과 같은 결과를 초래합니다. T2.5 T5와 마찬가지로 미터 벨트/폴리 조합입니다. 이 것은 2.5 mm (0.098 인치)의 피치를 가지고 인쇄합니다. 동일한 직경 폴리 벨트에 더 좋은 그립(T5 보다)이 보다 나은 결과를 제공합니다. 금속 미세치형으로 최상의 결과를 도출할 수 있습니다. MXL 이 벨트는 임페리얼 사이즈를 사용하기 때문에 북미 지역에서는 일반적으로 구할 수 있습니다. 치형 사이의 거리는 0.08 인치 입니다. 아마 여러분이 갖고 있는 폴리는 5 mm 직경을 가지고 있겠지만 좀 어려울 수 있습니다. 대부분의 스테퍼 모터는 스핀들을 가지고 있으며 직경이 5 mm 입니다. GT2 MXL과 T5 벨트와는 달리, GT2 벨트는 둥근 치형과 낮은 반동이 특징입니다. MXL과 T5는 타이밍 벨트라고 하는데, 단방향 회전을 위한 사다리꼴 치형을 갖고 의도적인 반동으로 벨트 마모 및 소음 감소가 있습니다. GT2는 구하기 더 어려울 수 있습니다. [벨트와 폴리 목록(원서)]에서 더 찾아보실 수 있습니다.
스레드 로드(나사 막대)
거의 모든 렙랩 기반의 모델들이 Z 축을 움직이는데 스레드 로드를 사용하고 있습니다. Z 축(조형 높이)는 한 번에 몇 mm 정도 밖에 움직이지 않기 때문에 빠른 속도를 필요로하지 않습니다. 스레드 로드는 정확도와 힘이 아주 좋습니다. 렙랩은 힘을 필요로 하지는 않습니다만 CNC 머신을 이용해 절단을 할 경우, 대체로 3개의 스레드 로드를 사용해 Z 축을 구성합니다.
반동에서 유의할 점
모든 움직임에서 유의해야 할 부분은 반동입니다. 반동은 스레드 로드와 벨트/폴리의 방향 변경 시 느낄 수 있는 불안정함입니다. 이러한 불안정함과 엉성함은 인쇄 정확도에 크게 영향을 미칩니다. T5와 MXL 벨트는 원래 타이밍 벨트로 사용하도록 설계되었습니다. 일반적으로 타이밍 벨트는 단방향으로만 회전하기 때문에 반동이 크게 문제되진 않습니다. 따라서 GT2 벨트는 방향을 바꿀 수 있도록 설계되었기 때문에 보다 더 정확도가 높을 것입니다. 스레드 로드 반동에 대한 표준 해결 방안은 로드에 스프링을 끼우고 2개의 너트를 양쪽에 사용해 고정시키는 것입니다. 이러한 너트를 사용할 때에는 방향전환이 일어날 때 흔들리지 않고 스레드를 밀고 있는지 확인해야 합니다.
2) 프린트 베드
인쇄물이 올려지는 곳입니다. 베드는 원래 렙랩 첫 번째 모델인 다윈처럼 고정되어 있을 수도 있고, X/Y/Z 축을 따라 움직일 수도 있습니다. 대부분의 렙랩 기반 모델은 Y 축을 따라 이동하는 모델이지만 Z 축을 이동하는 모델도 있습니다. 베드는 보통 상판(어퍼 플레이트)과 하판(로워 플레이트)으로 겹쳐져 구성되어 있습니다.
어퍼 플레이트(상판)
상판은 하판 위에 붙어 있는 네 귀퉁이의 스프링 위에 고정되어 있습니다. 스프링은 조정 나사를 사용해 베드 상판의 수평을 조절할 수 있도록 되어 있습니다. 상판은 가열되지 않을 수도 있습니다. 일반적으로 PCB 기판이나 금속으로 만들어집니다. 판이 가열되는 경우(히티드 베드), 일반적으로 그 위에 유리를 얹고 불독 클립으로 고정해 사용합니다. 테이프는 일반적으로 인쇄면으로 작용하는 상판에 붙입니다. 이 것은 압출된 플라스틱 필라멘트 막대가 베드에 잘 안착되도록 돕는 것은 물론, 인쇄가 완료된 후에는 인쇄물을 상판에서 더 쉽게 떼어지도록 하는 역할을 합니다. 대체로 사용되는 두 가지 유형의 테이프가 있는데, 바로 ‘블루 페인터 테이프(Blue painter’s tape)’와 ‘캡톤 테이프(Kapton tape)’ 입니다.
로워 플레이트(하판)
하판은 원래 초기 멘델에서 개구리처럼 보였기 때문에, ‘프로그 플레이트’ 라고도 불립니다. 하판은 상판을 지지할 수 있는 기반을 제공하는 역할을 합니다. 베드가 특정 축에 대한 이동을 하는 설계를 띄면, 바로 이 하판에 그 메커니즘이 연결됩니다. 이는 Y 축일 경우, 벨트가 하판에 연결된다거나, Z 축일 경우 스레드 로드가 연결됨을 의미합니다.
익스트루더(압출기)
압출기는 원료 필라멘트를 노즐에 공급하고 베드에 필라멘트를 녹여 안착시키는 중요한 역할을 담당합니다. 사실상 ‘압출 적층 조형 방식(FDM 또는 FFF)’의 핵심입니다. 압출기는 다음의 두 부분으로 구성됩니다 :
- 콜드 엔드 (차가운 끝 부분)
- 핫 엔드 (뜨거운 끝 부분)
일반적으로 콜드 엔드는 절연체 또는 써멀 브레이크(열 틈)를 통해 핫 엔드로 연결되어 있습니다. 이것은 아주 엄밀하고 안정적으로 한 쪽에서 다른 쪽으로 필라멘트를 통과시킬 수 있을 만큼 정확도를 요구합니다. 하지만 여전히 많은 열 전달을 방지합니다. 선택할 수 있는 재료는 일반적으로 PEEK 플라스틱이 들어간 PTFE 강선 또는 스테인레스 소재의 기계적 지지대를 가진 PTFE 강선 그리고 이 형태들을 조합한 형태 등 세 가지입니다. 뿐만 아니라, 긴 관으로 콜드 엔드와 핫 엔드를 분리한 보우덴 압출기가 있습니다. 이 보우덴 압출기는 가볍기 때문에 보다 더 빠릅니다.
콜드 엔드
많은 사람들이 ‘압출기’ 에서 콜드 엔드 존재에 대해 혼란스러워 하는 경향이 있습니다. 콜드 엔드는 압출기에서 반 정도 차지하는 부분이며 기계적인 프로세스로 볼 때, 필라멘트를 녹여 핫 엔드에 보내는 역할을 하는 부분입니다. 가장 인기 있는 콜드 엔드는 다음과 같습니다 :
- 웨이드의 기어 압출기 (Wade’s geared extruder)
- 그렉의 힌지 압출기 (Greg’s hinged extruder)
핫 엔드
핫 엔드는 압출기에서 원료 필라멘트를 가열해 녹여내는 부분의 일부입니다. 일반적으로 핫 엔드는 금속 케이스와 함께 다음과 같은 속성을 가집니다 : 1) 플라스틱을 녹여낼 정도의 고온(대게 180도 이상)이 필요하기 때문에 이 미친듯이 높은 온도에 견딜 수 있는 레지스터(저항체)입니다. 2) 금속관의 온도를 측정하는 서미스터입니다. *서미스터(thermistor): 온도에 따라 전기 저항치가 달라지는 반도체 회로 소자 전자 부품은 기본적으로 레지스터를 통과한 녹여낸 원료의 양을 변화 시킴으로써 온도를 올리거나 낮춘 다음, 서미스터를 통해 온도를 모니터링하게 됩니다. 가장 인기 있는 핫 엔드는 다음과 같습니다 :
필라멘트
대게 ABS와 PLA, 두 가지 유형의 원료를 사용합니다. ABS는 휘어지는 문제와 냄새가 고약하다는 문제가 있지만, 레고 블럭처럼 강도가 좋습니다. PLA는 와플 냄새처럼 고약한 냄새가 나지 않는 생분해성 친환경 원료이지만 강도는 강하지 않은 소재입니다. 원료에 대한 자세한 정보는 [렙랩(RepRap – FFF) 원료 필라멘트 운용 기초 정보] 페이지를 참조하시면 됩니다.
PID에 대한 참고사항
종종 압출기에 대해 이야기될 때, PID에 대해 듣게 됩니다. PID는 수 년동안 엔지니어들이 쌓아온 피드백 알고리즘입니다. 쉽게 예를 들자면, 여러분이 고속도로 위를 운전하고 있다고 할 때, 직선 주행을 유지하도록 핸들을 조금씩 조종하고 있기 때문에 이 것을 ‘PID 수행을 하고 있다’라고 할 수 있습니다. 만약 여러분이 조금씩 운전하면, 꽤 똑바로 주행 할 수 있습니다. 하지만 도로 양쪽에 라인을 칠 때까지 기다리면, 사람들은 여러분이 술에 취했다고 생각할 겁니다. PID를 참고하는 것이 여러분의 엔지니어링을 더 수월하게 하는 길이라는 것이죠. 🙂
와…번역…
렙랩 읽다가 포기했는데 번역이라니!!
대!다!나!!다!
대단하십니다 ㄷㄷ