‘원조’
3D프린트 업계 관련 종사자는 물론, 개인용 3D프린터를 살펴본 사람이라면, ‘프루사’라는 이름을 한 번이라도 들어보았을 것입니다. 이 명칭이 정확히 무엇을 의미하는지는 몰라도, 가장 널리 알려진 3D프린터를 대변한다는 것을 느끼고 있었으리라 생각되는데요. 보급형 3D프린터 역사에 있어 그만큼 족적을 남긴 것으로 볼 수 있습니다. 렙랩(RepRap) 프로젝트가 공개된 이후부터 젊은 엔지니어 ‘요세프 프루사 (Josef Prusa)’의 열정은 – 만들기 좋아하는 – 수 많은 평범한 사람들을 디자이너와 엔지니어로 변모시켜 왔습니다. (XYZist 또한 그 수혜자들입니다.)
리뷰를 작성하면서 미간에 힘이 들어가기보다는 입가에 미소가 절로 번지는, 참으로 기분 좋은 경험을 했습니다. 제품의 수준에 의해서라기 보다 ‘원조의 가치’를 느꼈기 때문이라고 표현하고 싶습니다. 아직 원조에 대해 소문으로만 들어오셨던 분들께선 본 리뷰를 꼭 확인해주세요! 🙂
성능 (Performance)
렙랩 프루사 멘델 (Prusa Mendel) 등장 후 지금까지는 렙랩 모델들에 대해 성능 자체를 논하는 것이 사실 무의미하다고 느껴지는 정도였습니다. 렙랩의 개념에서 가장 핵심인 프린티드 파트가 하드웨어에서 미치는 영향이 적지 않았고, 펌웨어도 안정적인 수준이라고 할 정도는 아니었으니까요. 사용자의 조립 및 개량 역량에 따라 동일 소스의 모델에서 수준차이가 상당했었습니다. 하지만, ‘Original Prusa i3 MK2 (편의상 이하 원조 푸르사 2)’ 모델에서는 성능부터 이야기해야할 것 같습니다.
’삼축 자동 교정’
‘X, Y, Z Axis Full Auto Calibration’ 기능을 한자어로 ‘삼축 자동 교정’이라 직역을 했습니다. (마음에 드실지는 모르겠습니다만… 자이지스트는 삼축이라는 단어를 참 좋아합니다.)
그동안의 렙랩 또는 렙랩 소스 기반의 3D프린터들은 Z축(적층 높이)에 대한 자동 교정기능 (Mesh Bed Leveling, MBL)을 제공해왔습니다. 사실 가장 먼저 필요한 기능이기도 했죠. 한 방향(바닥)에서부터 원료를 쌓아올리는 3D프린팅 기술의 특성상 첫 층에 대한 안착 성공이 조형 전체 성공을 좌우하기 때문입니다. 처음 자동 수평 교정에 대한 개념이 제시된 후 약 1년 반정도 후인 2013년 즈음 상용화되었습니다. 각 제조사마다 조금 씩 기술 방식과 그 성능 차이는 있지만, 지금은 용융 압출 방식 3D프린터에서 중요한 요소로 자리매김하였습니다.
원조 푸르사 마크1 까지는 동일했습니다. 이번 마크2 모델에서는 X/Y(평면)축에 대한 자동 교정기능을 지원합니다. 그 원리는 아래의 Prusa3D에서 공개한 영상을 참고해주십시오.
위 자동 교정 기능에 대한 소개영상의 내용을 간추려보면 다음과 같습니다.
- 특수 제작된 HBP(가열판)에는 모두 4개의 교정 기본점이 있고, 헤드에 위치한 교정 프로브는 제일 처음 기본점을 찾아 상태를 측정합니다. – Y축의 조형판이 전후 구동하며서 동시에 X축을 담당하는 헤드도 함께 좌우 구동하며 프로브의 원형 지름과 기본점의 원형 지름을 일치시킵니다.
- 다음으로 기본점에서 측정된 범위 내에 위치한 9개의 교정점을 찾습니다. 전체 그리드 범주에서 축 이탈을 막기위한 작업으로 이 교정점은 삼축 교정에 중요한 역할을 합니다. X/Y축 교정은 앞서 기본점에서 각 축을 구동하며 원형 지름을 맞추어 직선을 찾는 방식으로 진행합니다.
- 마지막으로 9개의 교정점을 통해 Z축 (수평) 교정을 진행합니다. – 이 방식은 교정 프로브를 활용한 보통의 방식과 같습니다.
소개영상은 소개영상이고… 검증의 시간을 가졌습니다.
> 마지막 X/Y 그리드 테스트
> 검증 끝. 진짜 된다. – 조립, 교정 완료 후 바로 3D프린트한 Marvin.
> 얼티메이커 시리즈의 마빈과 비교 (PLA+PHA Pale Gold _Colorfabb)
자동 교정 기능이 개발사에서 제시한 결과를 보여주는지 충분히 확인했습니다. 다만, 종종 펌웨어의 오류가 있는 것으로 파악했는데요. 교정이 완료된 Z축 값이 초기화되는 문제였습니다. 주로 리부트한 후에 발생했었는데, 펌웨어 업데이트로 이 현상이 줄었습니다.
첫 층을 확실하게.
점점 조형판 소재의 대세는 PEI(ULTEM®)로 굳어지는 것만 같습니다. 웬만한건 다 붙인다는 그 유명한 ‘BuildTak (빌드택)’ 베드 시트 또한 PEI 기반으로 알려져있죠. 원조 푸르사 2 역시 가열판 위에 투명 PEI 시트가 붙여져 출고됩니다. 빌드택처럼 표면이 가공되지 않은 투명한 시트를 차용한데에는 아무래도 가열판에 인쇄된 그리드와 인포그래픽을 보여줄 수 있어야 하기 때문인 것 같습니다.
투명하고 매끄러운 표면의 이 시트는 마치 유리 조형판을 사용했을 때의 결과와 유사합니다. 조형판에 붙어 있던 조형물의 표면은 ‘고르게 녹아 아크릴처럼 광택이 나는 표면’을 보여줍니다. 그리고 가열판의 온도가 모두 식으면, 조형물은 자연히 떨어집니다. 물론 이 매끄러운 표면은 조형판의 수평이 제대로 맞지 않으면, 첫 층 안착을 기대하기 어렵습니다. 소재의 강점이 있어도, 이는 분명 해결되지 않는 난제입니다. 때문에 ‘왠지 있어보이는 체코산 딱풀’도 함께 제공됩니다.
> 왠지 있어보이는 체코산 딱풀.
수축이 심한 고온에서 운용해야하는 소재들, ABS, HIPS 등등의 경우 딱풀과 PEI 투명 시트의 조합으로 어느정도 문제를 잡아낼 수 있습니다. 하지만, 전체 조형면적을 활용하기에는 이 시트의 한계가 분명해보입니다. 결국 해외 사용자들 중에 이미 이 PEI 투명 시트를 떼어버리고 빌드택 시트를 붙인 경우도 있습니다. X/Y 교정은 처음 한 번 완료하면 오랜기간의 사용으로 하드웨어 자체가 틀어져 다시 진행해야하는 경우를 제외하고 필요없죠. 때문에 그리드를 항상 확인할 필요는 없을 것입니다. 빌드택 시트는 표면이 거칠기 때문에 까다로운 소재도 더 큰 조형이 가능합니다. 다만 떼어내기 어렵다는 문제에 직면합니다.
빌드택 시트를 사용할 때에는 안착 보조체로 라프트(Raft) 적용을 권장합니다. 원료 소모 및 조형 시간을 줄이고, 수축이 심한 소재를 사용하기 위해 브림(Brim) 적용을 생각하신다면, 조형물을 떼어내는 도구로 다음의 두 가지를 추천드립니다.
더 빠른 조형 속도, 더 커진 조형 부피
영국 E3D 사의 v6.1 풀메탈 핫엔드가 기본 채택되었으며, 이 핫엔드의 온전한 성능을 발휘할 수 있다는 것이 큰 강점입니다.
보다 고온사용이 가능한 핫엔드를 사용하는 이유는 크게 두 가지입니다. 하나는 동일한 소재를 탄화되지 않는 선까지 압출 온도를 높이고 조형속도를 증가시키기 위함이고, 다른 하나는 더 큰 부피를 조형하기 위함입니다. 부피가 커질 수록 조형시간이 대폭 늘어나죠. 수십시간씩 문제 없이 버텨줄 수 있는 품질의 핫엔드가 그리 많지 않습니다. 풀메탈 핫엔드가 개발된 이유 중 하나이기도 합니다.
> E3D v6.1 풀메탈 핫엔드가 적용된 헤드 – 실리콘 삭스는 완전 신상이라.. 동봉되어 있지 않아 따로 구매해 씌웠습니다.
사실 위 사진에서 보이는 모양의 핫엔드가 채택된 3D프린터를 많이 보셨을 것입니다. 특히 국내 및 중국에서 E3D 가품이 상당히 많이 유통되고 있습니다. 모방품은 각 부품의 가공 품질이 낮으며 원본 설계를 모방하기 어려워 겉 모습은 풀메탈로 모방을 하고, 내부에는 결국 PTFE(Teflon®) 튜브를 히트블럭까지 집어넣은 제품입니다. E3D v6.N 풀메탈 핫엔드의 장점인 300도 이상의 고온 압출 및 조형 속도 상향 조정 등의 제기능을 발휘할 수 없죠. 대체로 중국제 오픈소스 기반의 모델에서 E3D 가품을 사용하게되는데, 이는 단지 제조 원가를 낮추고자 함일 것입니다. 최근에는 국내에도 E3D 모방품이 적지 않게 유통되고 있는데, 브랜드네임이 대명사처럼 되어버려서 정품과 모방품을 통칭해서 E3D로 부르는 경우가 많습니다. 유의하셔야하는 부분입니다.
풀메탈 핫엔드 특집 리뷰는 별도로 올릴 예정입니다.
> 여러 소재들 테스트 – 귀여운 불도기들. 약간의 설정을 잡아주면 대체로 매끄럽게 나올 수 있겠다. 소재를 막 써도 막힘없는 원조 프루사.
: PLA Grey _Sunhokey
소음과 진동
원조 푸르사 2는 초기 프루사 i3 구조를 거의 그대로 따르고 있습니다. 인클로져가 없는 개방형 모델인 것도 그러하고, Z 스크류 이송 시 특유의 소음이 발생합니다. 다만 본체 진동은 대폭 개선된 모습을 보여주고 있습니다.
> 측정된 소음 수치
확장성 (Extensibility)
렙랩 (RepRap)
렙랩 모델은 그 의미처럼, 프린티드 파트를 언제든 프린트하여 동일한 3D프린터를 더 만들 수도 있고, 원하는 목적에 맞게 개량할 수 있습니다. 사용자가 개량하는데 있어 자유도가 충분히 보장되기 때문에, 생각에 따라 수 많은 애드온(Add-on) 제품이 개발될 수 있습니다. 이미 개발자인 프루사씨도 2013년 손수 개발한 풀메탈 핫엔드 ‘Prusa Nozzle’을 더 이상 채택하지 않고, 영국 E3D 사의 v6.N 풀메탈 핫엔드를 채택하였습니다. 사용자 누구든 마음에 드는 핫엔드를 적용하는 것은 그리 어렵지 않을 것입니다.
프린티드 파트는 렙랩 프로젝트의 상징입니다. 파트 상당부분이 3D프린트된 것으로, 아직은 출시 초기인지라 3D모델 소스가 전면 공개되어 있지는 않습니다만 머지 않아 공개될 가능성이 큽니다. 이를 이용해 필요한 기능을 더한 파트로 리디자인할 수 있을 것입니다.
오픈소스 하드웨어에서의 확장성은 소프트웨어에서도 유효합니다. 그리고 전통있는 오픈소스는 확장성이 더욱 배가된다는 것을 우리는 잘 알고 있습니다. 훌륭한 슬라이스-호스트웨어 대부분이 원조 프루사의 새로운 버전이 나오기 전부터 ‘하드웨어 지원 대기’를 하고 있을 정도입니다.
멀티 피더 애드온
현재 Prusa3D 사에서 공식적으로 공개한 애드온은 1종으로, 멀티 피더(Feeder)입니다.
메인 프레임 상단부는 이것저것 장착하기 좋은, 프루사 마니아들이 특히 좋아하는 부위입니다. 이 곳에 기본적으로 스풀 홀더를 장착하도록 하였는데, 이를 떼어내고 최대 4개까지 피더를 장착할 수 있도록 제공합니다. 그럼, 4개의 필라멘트 스풀은 어디다 둘까요? 당연히 본체 장착은 어렵고, 가장 이상적인 위치로는 본체 뒷 쪽으로 거리를 두고 홀더를 배치하도록 제안하고 있습니다.
> 멀티 피더 애드온
소개 영상에서도 알 수 있듯이, 피더는 4개이지만, 핫엔드는 1개입니다. 때문에 여러 노즐이 장착된 일반적인 멀티 헤드와는 달리 필라멘트 변경(스위칭) 시 각 핫엔드 노즐 간의 조형물 간섭이 없어 더욱 멀끔한 프린트가 가능합니다. 실패율도 낮죠. 물론 피딩이 원활하다는 전제하에 그렇습니다. 새로운 멀티 피더의 피드 스위칭을 위해 특별히 고안된 Prusa Super Switch MK2 (프루사 수퍼 스위치 마크2) 보드가 포함됩니다.
> Prusa Super Switch MK1 사용 영상
과거 수퍼 스위치 마크1의 경우 매우 단순한 기능을 제공했었습니다. 프루사3D 사에서 제공하는 웹앱으로 멀티 컬러 슬라이싱된 GCode를 사용하면서 필라멘트 교체 시점에 사용자가 수동으로 필라멘트를 교체할 수 있도록 일시중지 및 재가동 정도의 기능만을 제공했습니다. 마크2 버전은 수동이 아닌 온전히 자동화된 피드 경험을 제공합니다.
편의성 (Usability)
일단 프루사는 정품만 차용 – 편의는 보장된 품질로부터.
렙랩 모델에서는 편의성을 극대화하기 위한 조치는 상당한 사치로 여겨집니다. ‘장비는 익숙해지면 그만’ 이라는 인식이 있는 이른바 ‘3D프린트 쫌 하는’ 이들이 주사용자이기 때문입니다.
RAMPS, RAMBo 보드 개발사로 유명한 미국 얼티머신(Ultimachine)의 RAMBo 정품 보드를 채택하고 있고, Marlin 펌웨어에서 제공되는 모든 제어 기능은 LCD 컨트롤러를 통해 어렵지 않게 제어가 가능합니다.
언제든지 Z축 조절
프루사의 Live Z 기능은 Marlin 펌웨어에서 종종 Baby Steps 라고도 불리는데, 조형판과 노즐팁과의 간격을 컨트롤러의 조그 다이얼로 조절할 수 있는 기능입니다. 이 기능은 조형 중에도 적용이 되기 때문에 다양한 소재 특성에 맞게 사용할 수 있어 편리합니다. 직접 해본결과, 종종 펌웨어 오류로 적용이 되지 않는 부분이 있었습니다만 대체로 예약된 툴패스가 종료된 후 바로 설정값이 적용되었습니다.
생긴건 엉성해 보이는데… 희한하게 피딩이 잘되네??
피더가 상당히 인상적이었는데, 프린티드 파트로만 구성되어 있는 모습을 보고 조립하면서 내심 걱정이 있었습니다. 3D프린터 핵심 부분 중 한 곳이 다소 엉성하게 준비된 느낌이랄까…
막상 구동하고보니 필라멘트 로드 시에 아주 매끄럽게 피드를 하는 것과 언로드 시에도 스턱이 발생하지 않고, 원활히 진행되는 것이 신기할 정도였습니다. – 다양한 소재를 다루면서도 압력 조절을 하지 않았고, 그대로 사용했음에도 문제가 발생하지 않았습니다.
: PolyFlex (TPU) Yellow _Polymaker
조립 (Assembly)
렙랩 프로젝트 3D프린터들은 사용자(수급자)가 직접 제작하고 개량하여 사용하는 것을 목적으로 합니다. 그래서 저희는 리뷰 모델을 완제품이 아닌, DIY 키트로 진행하였습니다. 키트 모델을 선택한 것에는 다른 이유도 있는데, 원조 푸르사 2의 핵심 기능인 X/Y 자동 교정기능 때문입니다. 완제품으로 출고되는 모델은 사용자가 Z축 교정만 진행하면 되기 때문에 삼축 자동 교정이 온전히 적용되는지 확인할 길이 없습니다. 때문에 직접 조립하고 조립자가 다소 부족한 실력을 가지고 있더라도, 얼마만큼 이 기능이 하드웨어 조립상태를 보완해주는지 확인할 필요가 있었습니다.
조립은 기존의 프루사 i3 모델들은 평균 10시간에서 12시간 정도 소요됩니다. 대체로 2~3일 정도에 걸쳐 작업을 합니다. 숙련자의 경우는 6~7시간 걸려 완성 후 3D프린트 테스트를 진행하는 것으로 알려져 있는데요. 조립에 있어서 대부분의 시간은 교정에 관련된 부분입니다. 하드웨어 조립 시 축의 직교를 염두하고 진행하기 때문에 신경쓰이는 부분이 한 두군데가 아닙니다. 그리고 하드웨어 조립 후 교정을 위한 테스트가 꽤나 오랜 시간을 필요로 하죠.
또한, RepRap.org 나 개량된 프루사 모델들의 개발자들이 제공하는 저마다의 매뉴얼들은 조립자가 따라하는데 부족하기 그지없습니다. 키트 모델이 어려운 이유는 설계된 부품의 구성도 구성이지만, 조립 안내가 영향을 많이 미칩니다.
> Prusa3D에서 제공하는 조립 매뉴얼과 사용자 가이드북 (영문입니다.)
우선 원조 푸르사 2의 경우, 나름 개발사 측에서 꼼꼼히 신경쓴다고 쓴 것 같지만… 조립하면서 내용을 보건데 미흡한 부분이 꽤나 많습니다. 사진 촬영 각도에 따라서도 이해 정도가 달라질 수 있는 부분이 많죠.
그럼에도 불구하고 일단 조립은 숙련자 2명이 차근차근 살펴보면서 진행한 결과. 약 4시간 반만에 하드웨어 조립을 마쳤습니다. 교정을 진행하고 바로 첫 프린트를 성공했습니다. 비숙련자의 경우 사용할 수 있는 상태로 조립하기까지 약 6~7시간 정도로 예상합니다. 각 스텝 별로 몇 일에 나눠 조립하면 무리없이 완성이 가능할 것으로 판단합니다.
디자인 (Design)
‘프루사’라는 이름을 듣자면, 명확히 떠오르는 특유의 디자인이 있죠. 바로 ‘ㅁ’ 자형 메인 프레임과 멘델(Mendel) 모델의 계보를 잇는 Y구동의 조형판입니다. 이 구조는 멘델 모델에서 파생된 모델 중 단연코 으뜸입니다. 조립에 가장 손이 덜 가면서도, 가공품이 적어 생산원가도 낮습니다. 특히 X, Z축 구동을 위한 메인 프레임은 소재를 금속재로 채택하면 구동 시 더 안정적입니다. 겉보기에 기존의 수 많은 프루사 모델들과 큰 차이가 없어보이는 듯 하지만, 들여다보면 이제까지 공개된 프린티드 파트와 호환되는 부분이 매우 적다는 것을 알 수 있습니다. 이는 디자인이 전면적으로 수정되었음을 보여주는 부분입니다.
본체 후면부에 단정히 정리할 수 있게 전자부품 하우징과 SMPS 마운트 설계는 고민을 충분히 한 흔적이 엿보입니다. 특유의 오렌지 & 블랙 컬러는 ‘오리지널 프루사’의 아이덴티티 컬러입니다. 구매 시 프린티드 파트를 오렌지 대신 블랙으로 선택할 수 있습니다.
구조적 한계는 역시 개방형입니다. 인클로저가 없기 때문에 조형 성능/품질 상의 문제가 발생할 소지가 있고, 안전 문제도 발생할 수 있습니다. 이러한 요소들을 유의하여 사용해야 합니다.
총평
요세프 프루사씨는 렙렙 프로젝트 코어 멤버입니다. 지난 9년 가까이 하드웨어 소스는 물론, 펌웨어 소스의 발전에도 큰기여를 해왔으며 현재까지도 자체 브랜드를 성장시키며 오픈소스 전파는 물론 기술 개량에 열정을 쏟고 있습니다. 렙랩 소스는 분명 한계가 있습니다. 사용자가 곧 기술자여야하며, 유지보수는 사용자의 몫이기도 합니다. 우리나라사람들이 익숙해져 있는 유무상 애프터서비스와는 거리가 멀죠. 렙랩 모델들에 있어서 만큼은 확실히 제품의 가격과 사용자의 몫이 반비례한다는 것을 확인하는 시간이었습니다.
장비의 가격이 낮으면, 사용자가 기술적 경험적 역량을 부담해야하는 몫이 커집니다. 장비 제조 원가에서 사용자의 비용 부담을 최소화하기 위해 – 그저그런 – 부품들을 사용하기 마련인데, 이는 장비 수급가격이 낮은 대신 성능은 최대한 양보하는 것이기 때문입니다.
이러한 현실을 고려할 때, 원조 프루사 마크2의 경우, (현지가격 기준) 우리돈 일백만원 이하의 모델로써는 큰 발전을 이룬 것이라 할만합니다. 이전 소스에 비해 ‘손이 덜 가도록’ 설계되었기에 시중에 출시되어 있는 300~400만 원대의 모델과 가성비를 비교했을 때, 결코 뒤지지 않는 결과를 보여주었습니다. 아마도 직접 사용해본 분들은 더 개선될 앞으로의 소스도 많이 기대하실 듯 합니다.
협찬: (주)오픈크리에이터즈
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