렙랩 오픈소스 학습을 위한 기초

3D 프린터 조립 및 설계를 위한 모든 자료는 렙랩(RepRap)에 있습니다. 이 페이지에서는 렙랩과 3D 프린터 커스텀에 대한 이해를 도와주는 개념정리를 위주 편집되어 있습니다.

지금 보시는 일반적인 형태의 3가지의 프린터가 있습니다. 이외에도 다양한 모델들이 있지만, 이 모델들은 몇 가지 다양성을 보여줍니다.

‘다양성’이 어떤 것인지 보이시죠? 바로 여러분이 직접 설계도를 바꾸고, 그에 맞는 부품을 선택해 커스터마이즈 할 수 있다는 것입니다. 예를 들어보죠, 압출기(익스트루더)에 초점을 맞추자면: 보우덴 압출기, 기어 압출기, 다이렉트 드라이브 압출기 등을 선택할 수 있습니다. 그리고 만약 기어 압출기를 사용하기로 결정했다고 가정할 때, Wade의 기어 압출기 또는 Greg의 기어 압출기 중에서도 선택할 수 가 있는 것이죠. 이러한 직접 하나하나 선택해 만들어가는 것이 다소 어렵다면 누군가 일정한 포맷으로 일련의 부품들을 지정해놓은 ‘킷’을 구입할 수가 있는 것이죠. 킷은 이미 적절한 부품의 적절한 조합을 찾아놓은 완성품을 조립할 수 있도록 구성한 것이기에 직접 설계하는 것 보다 쉬운 방법으로 접근 할 수 있는 것입니다.

여기 기본적인 FFF(FDM) 방식의 프린터가 있습니다. 구조와 각 파트의 역할들을 잘 기억해두세요. 🙂

[1] 필라멘트는 스테퍼 모터에의해 플라스틱을 용해하는 핫-엔드에 도달하게 됩니다. 그리고 노즐을 통해 프린트 베드에 압착되어 쌓여나가면서 조형하게 됩니다.

[2] 프린트 베드는 가열판이 있는 것과 없는 것이 있습니다. 가열판이 있는 것은 용해된 원료가 미끄러지거나 베드에서 떨어지는 것들을 최소화 시켜줄 수 있습니다.

[3] 제어보드는 프린터의 두뇌죠. 모터의 온도를 제어하는 것에 이르기까지 모든 것을 움직이는데 필요합니다.

3D 프린터의 필라멘트 원료가 계산된 정확한 위치에 증착되려면 3개의 이동축(X, Y 그리고 Z 축)이 필요합니다. 그리고 오픈 소스로써 체계적인 개발을 위해서 프린터 이동축의 구동 유형을 분류해놓고 있습니다. 최근의 가장 대표적으로 사용되는 유형이 두 가지가 있는데, 바로 ‘카르테시안(Cartesian)’, ‘델타(Delta)’라고 부르는 유형입니다.

이해를 돕기 위해 대표적인 프린터들을 대중적인 이 두 가지의 표로 작성한 것입니다.

렙랩이 다른 프린터와는 다른 한 가지 재미있는 점이 있다면, 몇몇 상업적인 프린터가 커스텀할 수 있는 다양한 수준과 프린터 기술을 해킹하기 쉽다는 것 입니다. 프린터를 만들다 보면 프린터의 모든 부분에서 선택할 수 있는 사항이 굉장히 많다는 것을 알게 되실 겁니다.

위의 제어보드 그래픽 이미지에서 볼 수 있듯이, 제어 가능한 주 연결 기능과 몇 가지 옵션 기능들이 있습니다. 그러나 이동축의 구동은 스태퍼 모터에 의해 가능합니다. 모터는 스태퍼 드라이브를 가지고 있는데요, Pololu가 가장 있기 있는 것 중 하나입니다. 그리고 프린터 모델에 따라서는 4 ~ 5개의 드라이브가 필요하기도 합니다. 필요한 최소 개수의 드라이브를 추가하고, 남는 것에 한에 듀얼 익스트루더를 추가하는 등의 고려를 해볼 수도 있습니다.

사진) 대표적인 NEMA-17 스태퍼 모터와 RAMPS 1.3 제어보드

옵션 중에 SD 메모리카드 리더의 경우 PC에서 파일을 불러오지 않아도, 메모리카드 슬롯을 장작하여 바로 파일을 로드할 수 있도록 해줍니다. 그리고 사용자가 프린터 상태를 모니터링 할 수 있도록 해주는 LCD와 인코더 옵션도 아주 좋은 옵션입니다.

팬이 추가되기도 합니다. 주 용도는 핫-엔드에 접근된 필라멘트를 위한 쿨링(특히 보우덴 설정에서의)과 제어보드를 위한 쿨링, 필라멘트가 프린트에 사용되는 동안의 쿨링 용도입니다.(주로 PLA 필라멘트 사용 시)

사진) 듀얼 익스트루더(압출기)

렙랩 프린터는 다양한 익스트루더를 장착할 수 있는데요, 때로는 매우 흥미로운 용도로도 사용되기도 합니다. 두 개의 스태퍼 모터가 위치한 것을 볼 수 있듯이, 각각 다른 색상의 필라멘트를 이용할 수 있으며, 또한 하나 이상의 물질을 결합해 출력할 수 있는 것도 있습니다. 결과물은 하나 이상의 색상을 가지게 되거나, 두 가지 성질의 다른 플라스틱 제품이 만들어지게 되겠죠.

사진) 다양한 색상을 혼합하여 만든 휴대폰 케이스 / 세라믹 컵

또 다른 익스트루더 유형으로는 ‘페이스트(paste) 익스트루더’가 있습니다. 붙여 넣는 다는 이름 의미 그대로, 필라멘트를 사용하는 대신 주사기 같은 곳에 특수한 원료를 담아 인쇄할 수 있도록 합니다. 활용 예로는 초콜릿 원료를 넣어 원하는 형태로 굳혀 독특한 초콜릿을 만들거나, 세라믹 원료로 그릇을 만들거나 하는 것 입니다. 최근에는 생채조직 세포를 넣어 이식 수술에 필요한 ‘귀’ 를 인쇄하는데에 성공하기도 했습니다. 바로 이 페이스트 익스트루더를 잘 활용한 예로 볼 수 있겠습니다.(물론, 생체를 원료로 사용하는 것은 매우 전문적인 일입니다. 예시 사진 같은 걸 쓸 수는 없죠… :()

사진) 페이스트 익스트루더 부품 구성