아직 ‘+’ 되지 않았는데도.
데스크탑 DLP-SLA 방식은 대체로, 산업용 장비로 개발되어오다 2000년대 초부터 보급형 DLP 프로젝터를 활용한 오픈소스 프로젝트로 그 저변이 크게 확대되었습니다. DLP 프로젝터 역시 1990년대 중후반 오픈소스로서 이미 가정에서 직접 만든 프로젝터로 영화를 감상하는 취미 활동도 있었는데요. DLP 프로젝터가 이제는 제조기기로서의 새로운 역할이 주어졌습니다.
광 경화 조형(SLA) 방식은 액상으로 준비된 소재를 사용해야하고, 빛을 다루다보니 이것저것 여간 까다로운 것이 아닙니다. 때문에 기술이 단순해보여도 상당히 고도화된 노하우를 필요로 합니다. 지난 10년간 데스크탑 오픈소스 DLP-SLA 3D프린터 모델이 수 없이 출시되었지만 기억에 남을 만큼 주목을 받은 모델은 그리 많지 않습니다. 이번 자이지스트 리뷰는 주목 받았던 DLP-SLA 모델 중 하나로, 국내에는 많이 알려져 있지 않은 MAKEX(메이크 엑스)사의 처녀작. ‘M-One’ 모델을 진행했습니다. 아마도, 광 경화 방식 장비에 대해 까다로운 이미지를 갖고 계셨던 분들께선 조금 생각이 바뀌시지 않을까 싶습니다. 🙂
성능 (Performance)
용도와 호주머니 사정을 고려해 프로젝터 선택
60um(micron). 마이크로미터 단위는 대중에 친숙한 단위는 아닙니다. 밀리미터로 환산하면 0.07mm 인데, 머리카락 두께가 0.04mm 정도 이니, 상당히 정밀한 수치입니다. M-One은 동일한 그레이드 모델들 중 비교적 높은 X/Y 해상도를 지원합니다. 물론, 이 해상도는 M-One에 장착가능한 DLP 프로젝터 중 고해상도 프로젝터 장착 시 지원 가능합니다. DLP-SLA 방식에서는 당연히 DLP 프로젝터의 성능이 3D프린터 성능 절반 이상을 차지하기 때문에 적용가능한 DLP 프로젝터가 사양에서 민감한 부분입니다.
대체로, 전용 DLP 프로젝터가 단일 제품으로 고정되어 있는데 비해, M-One은 해상도에 따라 3가지 등급 프로젝터 중 선택 교체 할 수 있습니다.
> 저해상도부터 고해상도까지 DLP 프로젝터 선택 – 왼쪽부터 110um / 70um / 60um
최고 해상도로 3D프린팅해보았습니다. – 0.015mm 적층 (아마 몽골사람도 적층면 보기 힘들걸요?)
The Bearded Yell by bendansie
Rook Test by Make magazine
흔한 DLP-SLA 방식의 특장점
언급안해도 다들 아실 것 같아 넘어가려고 했으나… 워낙 장점이니 🙂 몇자 적겠습니다.
DLP 프로젝팅 장점은 하나의 적층면을 한 번에 조사(적층)하기 때문에 3D프린팅 시간이 오로지 Z축(높이)에만 영향을 받는 다는 것입니다. 레이저 방식의 경우, 다이내믹 미러(갈바노미터)가 미친듯이 움직이며 레이저 빔을 여기저기 쏴주어야 합니다. 이에 비해 시간을 크게 단축 시킬 수 있습니다.
소형/소량생산에 적합하며, 특히 주얼리 분야에서 각광받는 이유 중 하나가 바로 이 때문입니다.
Moai Voronoi by roman_hegglin
두터운 첫 층
DLP-SLA 방식의 경우, 첫 층 광원 조사(노출)를 느긋하게 진행하기 때문에 당연한 현상일 수 있습니다. 바닥 면이 평평한 형태의 모델은 지지대(Support)없이 플랫폼 바닥에 밀착 시키는 포지션을 하는 경우가 많은데요. XYZ-Puppy(일명 삼축이)를 테스트 모델로 밑 면의 예각 형태를 관찰한 결과 약간의 뭉그러짐이 발견됐습니다. 이 현상은 플랫폼과 레진 탱크(Vat)의 간격 문제입니다. 수동으로 원점을 맞추고 앞서 언급한 첫 층 광원 조사 시간이 긴 특성으로 발생합니다. 차선책으로 지지대를 생성해 베이스를 생성 시키면 이 현상을 피할 수 있습니다. 만약 지지대 없이 3D프린팅을 하고자 할 때에는 원점을 위치 시킬 때 플랫폼과 레진 탱크의 간격을 최소화 하는 것이 좋겠습니다.
장비 방식을 막론하고 첫 번째 적층은 3D프린팅의 성패를 좌우하는 가장 중요한 요소입니다. 대체로 3D모델의 바닥 면이 넓거나 좁을 수록 실패율은 높아집니다. 이러한 경우 지지대 적용이 필요하며, 두터운 지지대가 첫 적층을 충분히 보조해줍니다.
> 바닥면이 들뜬 결과물 – 지지대 꼭 해주세요.
선택의 폭이 넓은 레진 유형
M-One은 처음부터 오픈소스 기반을 표명하고 출시된 모델답게, 오픈소스의 장점을 극대화하는데 중점을 두고 있습니다. 지원 가능한 레진 유형 또한 여러 개발사의 제품을 폭넓게 사용할 수 있습니다. 시중에서 구할 수 있는 (메이저급의) 대부분의 레진이 사용 가능합니다. 물론 경화 시간 조절 등의 설정이 필요합니다. – 차츰 MAKEX 및 유통사에서도 이러한 설정값 정보를 더 많이 제공하게 될텐데, 이 부분이 지원 소재 유형폭이 좁은 광 경화 방식 3D프린터 시장에서 상당한 경쟁력이 되지 않을까 예상해봅니다.
> 호환 레진 브랜드 – 대표적인 브랜드의 레진은 모두 쓸 수 있다.
> 레진 조사값 설정 / 등록
특수 레진 별 특성
그럼 Standard(일반용) 레진외 현재까지 출시된 주요 특수 레진을 살펴보겠습니다. Castable(주물용), Flexible(플렉시블), Functional Parts(기능성 부품파트), Dental(치과/의료용), Bio Material(인체 적합성 재료)이 있습니다. 일반 레진은 기본 설정으로도 큰 문제 없이 프린팅 결과물을 얻을 수 있었고 안정적이다라는 소감을 전합니다. 본 리뷰에서 다룬 특수 레진은 Castable, Flexible, Functional Parts 레진입니다.
특수 레진은 결과물의 특성이 다른 만큼 광원 조사 시간이 각각 다릅니다. 이는 용융 압출 조형 방식(Fused Extrusion)에서 가열 온도가 각 소재별로 상이한 것과 같은 개념으로 보시면 쉽습니다. 제조사에서 권장값을 표기 하기는 하지만 장비 상태와 상황에 따라 소정의 조절은 필요할 수 있습니다. 일반 레진에 비하여 실패율이 올라갈 수 있으며 경험이 따르는 적절한 운용 노하우도 요구될 것입니다.
Functional Parts(기능성, 고강도)
올리브 그린 색상을 띕니다. 점성이 높아 찐득찐득한 느낌이 강합니다. 플랫폼 안착 시 강하게 달라붙으며 결과물의 강성 또한 높습니다. 다만 3D프린팅 시 플랫폼에 너무 강하게 붙으면 떼어내면서 파손되는 일이 발생할 수 있으니 주의를 요합니다. 본 리뷰를 진행 하면서도 플랫폼에서 떼어낼 때 파손된 모델들이 적지 않았습니다. 기능성 레진 사용 시에는 지지대 적용을 권장, 또 권장합니다.
> 펑셔널 그륀 랜턴! 츄야야압–!! (죄송합니다.)
Flexible(유연성)
색상은 채도가 높은 붉은색이며 점성은 매우 묽어 찰랑거리는 정도입니다. 레진 탱크에 레진을 채울 때는 넘치지 않도록 수면 한계선에 약간 못미치게 채우는게 좋습니다. 3D프린팅 결과물은 세척과 경화 후에도 끈적끈적한 느낌이 남아있습니다. 만졌을 때, 손에 묻어나는 것은 전혀 없지만 감촉이 비교적 깔끔한 여타 레진과는 다른 이물감이 느껴집니다. 이러한 부분은 여타 제조사의 플렉서블 레진에서도 발견할 수 있는 공통점이기도 합니다.
세척 중입니다. (꽥꽥이 물먹이는 것처럼 나왔군요.)
Castable(주조용)
보통 주조용 왁스 레진은 밝은 코발트 블루이거나 다크 그린입니다. M-One에 사용되는 레진은 블랙에 가깝게 느껴지는 다크 그린 색상이었습니다. 점성은 물처럼 매우 묽어 물방울이 떨어지면 근처로 튈 정도입니다. 3D프린팅 후 휴대용 토치로 태워본 결과, 연소는 매우 잘 되었으나, 연소 시간이 빠르진 않았습니다. – 공급사 측에서는 추후 더 높은 등급의 주조용 레진이 지원된다고 밝힌 바 있습니다.
> M-One에 잘 어울리는, 오픈소스 하드웨어 심벌 링 – 캐스터블 그륀 랜턴! 츄야야압–!! (죄송합니다.)
조금은 지저분해도 끄떡 없음!
광 경화 조형방식에서는 당연히 광원 조사 기구가 가장 민감한 부분입니다. Laser나 DLP 모두 광원을 직접 조사를 하지 않고 반사경을 통해 간접 조사를 하는데, 반사경에 한톨의 먼지가 내려앉아 있어도 경화에 영향을 주는 경우가 대부분입니다. M-One의 경우, 리뷰를 진행하면서 ‘화들짝’ 놀란 정도의 얼룩과 먼지가 있었는데, 3D프린팅에 큰 지장을 주지 않았습니다. 오히려 레진 탱크의 잔흠집들이 영향을 준 것으로 파악했습니다. 물론, 청결이 중요하지 않다는 의미가 아닙니다만, 그만큼 덜 신경써도 되니 사용자입장에서 반가운 부분이 아닐 수 없겠습니다.
> 반사경
진동과 소음
광경화 조형 방식의 경우, 장비의 구동부가 적기 때문에 본체 진동은 거의 없습니다. M-One 모델 역시 진동은 없으며, 소음은 레진 탱크 내 레진 재분포를 위한 Z축 베드 상하 이동과 레진 탱크 틸팅 설정 시에만 발생합니다. 상하 이동 방식이 좀 더 소음이 컸습니다.
> 소음은 여기서만.
레진 재분포를 돕는 두 가지 방식
광 경화 조형 방식에서 조형 시간을 더 소요시키는 부분 중 하나가 바로, 레진 재분포를 위한 구동입니다. 하나의 적층면이 경화된 후, Z축의 빌드 플랫폼이 상승하면, 경화되었던 영역만큼 탱크 내 레진이 비어지게 됩니다. 액상의 레진이 다시 탱크에 고르게 퍼질 시간이 필요한데, 대체로 두 가지 중 하나의 방식을 채택하게 됩니다.
하나는 레진 탱크 틸팅. 다른 하나는 빌드 플랫폼 이송입니다. M-One의 경우, 이 두 가지 방식을 모두 지원하는데, 필요에 맞게 선택해서 사용할 수 있습니다. 경험상으로는 탱크 내 레진 잔량이 적을 때 틸팅 방식이 유리했습니다. 탱크를 기울이는 것이 레진 재분포 시간을 촉진시킬 수 있기 때문입니다. M-One에서는 플랫폼 이송을 기본으로 두고 사용하는 것이 성공률이 높습니다. 레진이 정 부족할 때에 틸팅을 설정하면 유용하겠습니다.
> 빠르게 돌려 보면 재미가 없지 않지 않은 틸팅 과정
*플랫폼 이송 모습은 타임랩스 영상을 참조해주세요.
첫 층에서의 빛샘 현상(Light bleeding, 광 손실) 확인
레진 탱크(Vat, Tank)에 원료 레진을 담아 놓은 상태에서 광원을 조사하는 방식의 경우, 광원이 조형범위를 벗어나게 되는(빛이 새어나가는, 잃어버리는) 현상이 종종 있습니다. 특히 정교하게 광원을 조사하는 Laser-SLA 방식보다 하나의 적층면 전체를 광범위하게 조사하는 DLP-SLA 방식에서 이러한 현상이 보다 두드러집니다. 이러한 빛샘 현상이 두드러지는 장비일 수록 정밀도가 낫다고 볼 수 있겠는데요.
M-One 모델의 경우, 전체 조형면에서 이 현상이 나타나기 보다, 첫층에서 유독 심하게 나타나는 것을 확인했습니다. 지지대를 적용하지 않고, 플랫폼에 바로 조형물이 위치할 경우에 조사 시간이 길어진 탓에 불필요한 영역이 경화되는 것을 확인했습니다.
이러한 현상은 조사값이 상이한 레진의 물성에 따라서도 차이를 보입니다. 기능성 레진의 경우, 동일하게 지지대 미적용 후 3D프린팅 했습니다만, 대체로 정치수에 가깝게 경화되었습니다.
편의 (Usability)
기능에 충실한 슬라이서- XMAKER
XMAKER는 M-One 전용으로 개발된 슬라이싱-호스팅 통합 소프트웨어입니다. ‘흡사’ Form 시리즈의 Preform을 연상시키는 그래픽 유저 인터페이스(GUI)를 확인할 수 있습니다.
> XMAKER / Preform 비교
지지대 자동생성 기능
XMAKER 또한 지지대 자동생성 기능이 있습니다. 입력한 설정값에 따라 균일한 지지대 포인트 배치가 되며, 무엇보다 지지대 원기둥이 모델과 중첩되지 않는 점은 매우 준수한 완성도를 보입니다. 하지만 지지대 자동생성 기능을 사용해도 수동 수정을 하는 것이 좋겠습니다. 지지대 자동생성 기능으로 포인트를 기본 배치 한 후, 수동 모드로 주요 부위만 추가 검토하는 것이 효율적이었습니다.
유용한 3D모델 편집기능도 탑재
XMAKER의 괄목할 만한 점은 할로우(Hollow, 내부 깎아내기)와 스무스(Smooth, 표면 다듬기) 기능를 지원해 편의성을 높였다는 점입니다. 할로우는 속을 비워내 원료 절감과 작업 성공률을 높이는 목적으로 – 보통 원료가 조형물 내부에 가득차는 것을 방지해야하는 – 광 경화 및 분말 소결 방식 3D프린팅 작업에 유용한 기능입니다. 별도 프로그램으로 3D모델을 수정 후 다시 불러올 필요 없이 슬라이싱 중에 바로 할로우 처리가 가능합니다. 스무스 기능은 말 그대로 적층면을 부드럽게 조절할 수 있는 기능입니다. 가로, 세로 그리고 가로+세로 방향으로 스무싱 적용이 가능합니다.
> 할로우 기능 설명 | ©MAKEX
직접 사용해본 결과 할로우 기능은 모든 3D모델에 적용되지 않았습니다. 3D모델이 완전한 솔리드를 이루고 있지 않다면, 제대로 효과를 볼 수 없습니다. 따라서 처음 설계 시 또는 기존 3D모델을 리페어링 소프트웨어를 통해 솔리드로 구성한 후 할로우 기능을 사용하는 것이 좋겠습니다.
시간과 원료의 낭비를 방지하는 일시정지 기능
광 경화 방식 3D프린팅의 초반 상황은 사용자가 육안으로 확인하기에 어려운 점이 있습니다. 3D프린팅 초반 단계에서는 레진이 레진 탱크에 담긴 상태에서 빛이 굴절이 되어 작업물 적층 상태 식별이 어렵습니다. 게다가 레진은 불투명하고 색상을 띈 제품이 대부분입니다. 이처럼 제대로 적층이 되는지 확인이 어려운 점이 많아 한참을 기다려야하는 불편함이 있었습니다. 초반 실패를 감지 하지 못하면, 그만큼의 시간과 원료 손실이 발생할 수 밖에 없습니다. XMAKER에서는 일시정지 기능을 제공하는데, 일시정지 상태에서 플랫폼의 상하 이동을 할 수 있어 적층 상태를 확인해볼 수 있습니다. 다시 3D프린팅을 재개하는데도 문제가 발생하지 않아 매우 유용한 기능입니다.
실시간으로 확인이 가능한 조사 이미지
XMAKER는 M-One과 항상 연결이 되어 있어야 하기 때문에 반드시 1대의 PC가 M-One에 배정되어야 합니다. 이는 3D프린팅 도중 PC에서 가급적 다른 운용을 하지 않는 것이 좋습니다. 다른 작업을 못하니 불편한 부분일 수 있겠습니다만, 좋은 점은 3D프린팅 과정 중 실시간으로 적층(조사) 이미지를 보여주는 것입니다. 또한 현재 진행 중인 적층 수 및 소요 시간을 정확히 안내해줍니다.
밀폐가 필요한 개폐문
광 경화식 장비의 두드러진 특성 중 하나가 오렌지 혹은 레드의 색상을 띄는 인클로저입니다. 난색 계열 색상이 한색 계열인 자외선(UV, 울트라 바이올렛)을 차단 해주기 때문입니다. M-One의 인클로저는 약간의 틈이 있고 완전 밀폐형 구조가 아닙니다. 주 목적은 외부 광원 차단이기 때문에 밀폐형이 아니더라도 제기능을 못 하는 것은 아닙니다만, 예상치 못한 현상이 발견되었습니다. 바로 날벌레의 침입(?)입니다. 야간에 빛을 향해 달려드는 날벌레들에게는 M-One의 틈새는 활짝열린 광화문과 다름 없습니다. 따뜻한 날 야간 운용 시 레진 탱크에 날벌레가 빠져있는 경우가 종종 있었습니다. 작업 환경에 따라 다르겠지만 이는 후속 모델에서 고려해야 할 사항이라고 판단됩니다.
> 아마도 이런 틈으로 들어갔을 것으로 추측
> 인간의 막강한 기술력 앞에 처참히 무너진 날파리.
꼭꼭 잠그자! ‘노브’
M-One의 플랫폼은 노브(knob)방식으로 고정을 합니다. 노브 방식의 작은 단점으로는 단단히 채결하지 않으면 미세한 움직임이 발생한다는 것입니다. 플랫폼에는 Z축 방향으로 압력이 가해지면서 미세하게 XY축으로도 움직이 발생할 수 있습니다. 너무 무리하게 단단히 죄일 필요는 없지만 노브 채결 시 주의하여 플랫폼의 움직임이 발생할 정도는 피하는 정도가 좋겠습니다.
> 튼실한 빌드 플랫폼
레진 적정량 가늠의 어려움
레진 탱크와 빌드 플랫폼의 아쉬운 부분이 한 가지 있는데, 레진을 담은 후 적정량의 레진이 담겼는지 가늠이 어렵다는 점입니다. 플랫폼이 탱크 밖으로 벗어난 상태에서 레진을 담기 보다, 플랫폼이 탱크에 담긴 상태에서 플랫폼 위로 레진이 넘치지 않을 정도로만 담는 것이 좋겠습니다.
> 레진이 플랫폼 위로 넘쳐버렸다.
반영구적인 레진 탱크
보통 PDMS 실리콘 코팅 처리가 되어있는 레진 탱크와 달리, 탱크 내부 바닥면에 필름이 부착되어 있습니다. 이 필름은 날카로운 스크래퍼로 인한 손상이나 흠집 정도가 심하지 않다면, 실리콘 코팅 처리된 탱크보다 더 오랫동안 사용이 가능합니다. 탱크와 필름 모두 가격도 높지 않은 편이고, 필름 교체 시에도 실리콘 코팅처럼 고도의 전문성을 요하지 않기 때문에 유지보수 측면에서 매우 큰 강점 중에 하나라고 볼 수 있겠습니다.
> 필름이 부착된 레진 탱크(Vat) – 내부면이 뽀얗게 반투명하다.
후처리 과정
사실, 사람은 습관의 동물인지라 몇번 해보면 번거로운 작업도 익숙해지고 쉬워지죠. 아직은 더 편리한 방법은 없기 때문에, 광 경화 조형 방식에서는 ‘이소프로필 알코올 세척과 경화처리’ 과정을 거쳐야만 합니다. 이 과정에 필요한 도구들을 통상 ‘Finish kit’이라고 부르는데, MAKEX에서 기본 제공되는 피니쉬 키트는 조금 부실한 구성이지 않나 싶습니다. 국내 유통사인 소나글로벌사에서는 몇 가지 더 유용한 도구들을 함께 제공합니다. 주변에 발품팔아서 쉽게 구할 수 있는 도구들이긴 하나, 일일이 직접 구하긴 좀 번거로운 물건들입니다.
마무리도 깔끔하게.
MAKEX 사에서 개발한 것은 아니지만, 국내 총판인 소나글로벌사에서 개발한 경화기, ‘CureM’이 있습니다. CureM은 간단한 타이머 조작으로 3D프린팅 결과물의 세척 후 경화를 도와줍니다. 자연경화에는 시간 소요가 적지 않아 보통 경화기를 별도로 사용합니다.
디자인 (Design)
DLP 프로젝터를 탑재해야하는 DLP-SLA 3D프린터의 특성상, 미려한 구조를 설계하기가 쉽지 않습니다. 더군다나 더 정밀하고 넓은 면적의 해상도를 지원하는 프로젝터일 수록 덩치가 크죠. Form 1 모델의 디자인에서 영감을 받은 것은 확실히 밝히고 있습니다. 우수한 디자인을 검토하고 차용하는 것은 분명 좋은 시도입니다. 프로젝터가 돋보이지 않게 하면서 3D프린팅 편의성도 확보한 디자인이라고 보여집니다.
> 육중한 DLP-SLA 3D프린터들의 예. 아직까진 대체로, 이런 모습이 유효하긴 하다.
한 가지 옥에 티라고 할 수 있는 부분이 한 가지 있습니다. 편의를 위해 반드시 필요한 인클로저 그립인데, 이 그립이 절묘한 위치에 있어 3D프린팅 과정을 확인하는데 필요한 시야를 방해합니다. 시야를 방해하는 요소는 또 있는데, 바로 레진 탱크입니다. 탱크가 일반적으로 투명 소재로 제작되는 것과는 달리, 불투명한 철제로 제작이 되었습니다. 내구성은 좋으나, 3D프린팅 초반 탱크 내 진행 상황 확인이 어렵다는 부분은 분명 아쉽습니다.
> 아직은 적층 성공을 확인할 수 없다. (아.. 보고 싶다…)
*다양한 색상으로도 출시를 하는군요.
총평
착실한 엘리트 코스 이수
크라우드 펀딩 플랫폼 킥스타터(Kickstarter)는 이제 3D프린터의 등용문이라고 해도 과언이 아닐 것 입니다. 적은 비용으로 넓은 잠재적 사용자층에 시제품을 테스트할 수 있기 때문입니다. 폭발적인 반응이었던 Form 1 이후, 펀딩에 성공한 이렇다할 광경화 조형 방식 데스크탑 모델이 없었는데, 2014년 중반 눈길을 끈 모델이 등장했습니다. 대체로 Formlabs 사의 많은 부분에서 영감을 받았다고 소개하는 MAKEX M-One 모델은, 오픈소스 기술을 가장 효율적으로 활용한 DLP-SLA 데스크탑 모델입니다. 모든 킥스타터 제품들이 그렇듯, 초기 출고 시 불안정한 모습을 많이 보였다는 평이 있습니다만, 꾸준한 연구개발과 투자를 지속해왔습니다. 최근 안정성이 높아지고 다양한 분야에 적합한 소재를 지원하게 되면서 준전문 및 전문가를 위한 중저가형 모델로 주목을 받고 있습니다. 특히 DLP-SLA 3D프린터 중 비교적 폭넓은 유형의 소재를 지원하는 부분은 다양한 분야에서 필요 역할을 톡톡히 수행할 것 이라는 판단입니다. 실제 리뷰 중에서도 Form 1+ 모델과 비교를 한 부분이 적지 않은데, 유지비용이 더 절감된다는 결론을 내렸습니다.
평소 광 경화 조형 방식에 대해 관심 갖고 계셨던 분들께, 이번 리뷰가 충분히 도움이 되시리라 생각합니다.
협찬: 소나글로벌
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