3D프린터 기본 구성

3D프린터 해부하기

3D프린터에 대한 관심은 하루가 다르게 늘고 있습니다.  렙랩과 같은 웹사이트에서 설계서를 다운받아 직접 부품을 구입하고 조립할 수도 있습니다.  가정용 3D프린터 제조사들의 제품 스펙을 비교하고 자신과 맞는 프린터를 구입하는 방법도 있습니다.  가정용 3D프린터를 구입하는 사람들이 늘고 있고, 소규모의 커뮤니티에서 활동하며 취미 생활에 필요한 것들을 제작하거나 또는 예술작품을 만듭니다.  이제 3D프린터를 직접 살펴보겠습니다.

 

현재까지 출시된 상업용 3D프린터는 대부분 유사한 구조를 띄고 있는데, 그 이유는 FDM 3D프린터 방식만이 특허가 만료되어 그 방식을 토대로 만들어졌기 때문입니다.  상업용 3D프린터의 원조격인 렙랩은 명칭으로 인한 분쟁을 피하기 위해 FDM의 명칭을 없애고 FFF라는 명칭을 사용합니다.  FDM방식의 하드웨어 개발은 이미 정점에 도달했다고 해도 과언이 아닙니다.

 

레이저 소결방식 특허는 2014년을 기점으로 만료됩니다.  덴마크에 위치한 블루프린터 앱스사와 같이 유럽의 몇몇 회사들은 이미 레이저 소결 방식을 적용한 데스크탑 3D프린터를 개발 중입니다.  가격은 약 800만원~1000만원 사이로 결정될 것이며, 열가소성 분말을 사용합니다.  가격은 과거에도 그랬듯이 결국 떨어지기 마련입니다.  FDM방식의 특허 만료가 오늘날의 작고, 저렴한 3D프린터 시장을 성장시켰던 것처럼, 앞으로도 계속 새로운 기술을 적용한 상업용 3D프린터를 만나게 될 것입니다.

 

우선은 FFF방식을 기반으로 하는 3D프린터를 살펴보겠습니다. 크게 7개의 부분으로 분류해서 볼 수 있습니다.

 

 

프레임

3D프린터의 각 부 명칭

 

3D프린터의 기본 골격이라 생각하면 됩니다. 붙박이 형식의 고정된 너트 장붓구멍과 경첩과 같은 장부 이음매를 사용하여 조립하기 편하고 매우 견고한 프린터를 만들 수가 있습니다.

 

 

 

X, Y, Z축 3차원 움직임

프린터를 정면으로 마주 보면, X축의 움직임은 좌우로, Y축의 움직임은 앞뒤로 움직입니다.  Z축은 XY평면에 수직으로 움직입니다.  선형 움직임은 일반적으로 벨트와 도르래를 이용하는데, 빠르고 가벼운 움직임을 보입니다.  드물지만 나사골을 이용해 움직이는 경우도 있는데, 조금 느리지만 힘이 좋습니다.

 

 

 

스테퍼 모터

스테퍼 모터는 한 바퀴의 회전을 많은 수의 단계들로 나눌 수 있는 브러쉬리스 직류 전기 모터입니다.  컨트롤러로 정확하게 조작이 가능하다는 장점이 있으며 대부분의 3D프린터는 4~5개 정도의 스테퍼 모터를 사용합니다.  3~4개 정도의 모터로 XYZ 각 축의 움직임을 컨트롤 합니다.  프린터 종류에 따라 Z축을 조작하는 데 두 개의 모터를 이용하기 때문이며 나머지 한 개의 모터로 앞출기를 컨트롤 합니다.

 

 

 

압출기

압출기, 또는 사출 성형기라고도 부르며 3D프린터의 심장과도 같습니다.  제품을 형상화 하고 우수한 질감을 표현하는 것은 압출기의 성능에 달려 있습니다.  압출기는 원료를 노즐을 토애해서 공급받아 이를 녹여서 물건이 만들어지는 가열 판에 축적시키는 역할을 담당합니다.

 

 

 

베드

베드는 플라스틱 결과물이 프린트되는 곳입니다.  ABS 수지는 가열판없이 작업을 하게 되면, 프린트가 완료되기 전에 결과물이 식어버리거나, 휘어지거나, 바닥으로 쓰러져 버립니다.  가열판은 재료와 반응하거나, 달라붙지 않는 재료로 만들어야 하며 가열판에 엉겨 붙으면 후처리 단계에서 많이 곤란하기 때문입니다.  가열판은 ABS 수지의 경우에만 필요한데, PLA 수지는 많이 휘어지지 않기 때문에 일반 베드를 사용합니다.

 

 

 

전기 및 배선

프린터를 제어하는 전기의 설치 및 전선줄 배선이 있습니다.  아두이노 보드와 결합된 램프의 실드가 프린터 프레임 위에 올라옵니다.  빌드 플랫폼, 배선, 장비 연결선과 압출기 배선 장비 그리고 그 외의 부품들이 PCB에 고정되어 있습니다.  마지막으로 전원공급장치가 연결되면 프린터가 제대로 된 외형을 갖추게 됩니다.

 

 

 

전자제어 하드웨어 및 소프트웨어

오픈소스 소프트웨어를 사용할 계획이면 아두이노를 이용하는 것이 좋습니다.  아두이노 기반의 전자기기에서 펌웨어를 컴파일 및 업로드를 하기 위해서는 아두이노 웹사이트에서 아두이노 프로그램 IDE를 다운로드 받아 이용해야 합니다.

 

특히, 아두이노 보드에 쉽게 펌웨어 프로그램을 만들어 탑재할 수 있는 아두이노 개발 툴과 PC에서 아두이노 그래픽 요소로 주고받을 수 있는 프로세싱 툴은 아두이노 열풍의 핵심 요소가 되겠습니다.

 

아두이노

아두이노는 2005년 이탈리아에서 활동한 2명의 인터랙션 디자이너로부터 시작됐습니다.  AVR8비트 CPU를 이용해 만든 아두이노 보드는 쉽게 말해서 작고 간단한 컴퓨터입니다.  키보드나 모니터가 달려 있지 않은 대신 전자부품들을 직접 연결하기 좋게 되어 있어 컴퓨터에 대한 전문 지식이 없는 예술가와 일반인들이 쉽게 활용할 수 있도록 회로도, 개발툴 등을 오픈소스 형태로 공개했습니다.  입력을 담당할 빛이 센서나 소리, 온도, 무게 센서 같은 다양한 센서를 연결하고, 출력을 담당할 LED, 모터, 릴레이 들을 달아 원하는대로 제어할 수 있습니다.  예를 들어 박수 소리에 켜지는 전등을 만들고 싶을 때 아두이노에서는 간단한 회로와 코드 몇 줄이면 충분합니다.

 

이 밖에도 메이크 코리아라는 웹사이트에 가면 아두이노로 이뤄지는 다양한 프로젝트와 장치들을 둘러볼 수 있습니다.  아두이노를 사용해 독립형 인터액티브 장치를 개발할 수도 있고 여러 대의 컴퓨터와 연동할 수도 있습니다.  아두이노 보드는 직접 조립할 수도 있고, 조립된 상태로 구입할 수도 있습니다.

 

 

이번 포스팅에서 다룬 3D프린터 구조를 살펴보시면 아시겠지만 복잡할 것만 같았던 구조가 의외로 단순한 구조로 이루어져 있다는 것을 아실 수 있습니다. 최근에는 유저가 직접 3D프린터를 제작하여 원하는 디자인으로 3D프린터를 구현하는 유저들이 늘어나고 있습니다.  이런 것들이 3D프린터를 발전시키는 원동력이지 않을까 생각해봅니다.

대부분의 부품들을 인터넷을 통해 구매가 가능하니 여러분들도 조금만 공부하셔서 나만의 3D프린터를 만들어 보시는 것도 좋을 것 같다는 말씀을 드리며 이번 포스팅을 마무리 하겠습니다.

 

하루하루 행복하세요~^^