3D프린터로 듀얼 인젝션 커넥터(dual injection connector) 만들기

실험을 하다보면 주사기 2개를 써서 하나의 주사바늘을 통해 약품을 주입해야하는 경우가 종종 있는데요, 이 경우 제가 보통 사용하는 주사기에 딱 맞는 규격을 찾기가 어려워 그냥 3D프린터로 만들어보기로 했습니다. 이름하여 듀얼 인젝션 커넥터(dual injection connector), 우리나라말로는 2중 주사 연결장치(?!) 정도 되겠습니다. 




흔히 실험에 많이 사용하는 10ml 주사기와 1ml 주사기입니다. 이 주사기들에 맞는 커넥터를 만들기 위해 가장 먼저 해야할 일은..



수치를 재는 일이지요. 각 부분을 적당히 수치를 잰 후에 10ml 주사기에 연결되는 커넥터 먼저 뚝딱뚝딱 3D모델링으로 만들어주면..



매우 투박하지요? 어차피 테스트용도니까 괜찮습니다. 3D프린터의 가장 큰 장점이 바로 매우 빠른 시제품 제작 아니겠습니까ㅎ


듀얼 인젝션 커넥터의 구조는 매우 단순합니다.



아래쪽에 10ml 주사기 2개가 연결되면, 각각의 주사구멍으로부터 끝 부분의 한개 주사구멍까지 홈으로 연결되는 구조니까요. 




자, 이제 3D모델링도 다 되었으니 3D프린터로 실제 출력해보도록 하겠습니다. 3D모델링 파일을 XYZ프린팅 소프트웨어인 XYZware Pro로 불러온 뒤 슬라이싱 과정을 거친 후 XYZ프린팅 사의 다빈치 주니어 1.0 프로(da Vinci Jr. 1.0 Pro) 3D프린터로 출력하였습니다.  출력을 위해 익스트루더를 가열하고 있는 모습이구요. 



출력이 시작되었습니다.



3D모델링으로 입력한 수치가 3D프린터에서 실제 출력 시 약간 다를 수 있으므로 보정작업을 위해 출력을 아래쪽만 약간 진행한 후에 강제로 취소한 모습인데요. 



일부 출력된 부품을 주사기에 끼워보니 맞지 않습니다. 계산해본 바로는 약 4~5% 정도 수치 차이가 나는 것으로 생각되었는데요, 소프트웨어상에서 입력된 수치와 실제 출력 후의 수치가 차이가 나는 것은 어느 3D프린터에서나 발견되는 문제이고 수치보정을 해줌으로써 어느 정도 해결이 가능합니다. 


이 수치차이는 3D프린터의 가격이 올라가면 올라갈수록 줄어듭니다. 이 부분은 특히 공차(tolerance)와 직접적으로 연관된 부분이라 관련업종이 아닌 제가 이해하기가 참 어렵더군요ㅠ



수치보정을 거쳐 다시 출력을 한 뒤에..



주사기에 다시 끼워봤더니 이번에는 잘 맞군요. 이 수치보정값으로 완성품을 만들어보겠습니다. 



출력에 사용한 3D프린터는 앞서 말씀드린 바와 같이 XYZ프린팅 사의 다빈치 주니어 1.0 프로(da Vinci Jr. 1.0 Pro)이고 XYZ프린팅 사의 정품 natural PLA필라멘트를 사용하였으며, 세부 세팅값은 다음과 같습니다. 


Nozzle diameter 0.4mm

Nozzle temperature 210도

Layer height 300마이크론

Shell, Top surface, Bottom surface 5

Infill density 10%

Infill type Rectilinear


Speed

- normal 50mm/s

- surface 50mm/s

- small radius 20mm/s

- top surface 50mm/s

- solid infill 30mm/s

- bridge printing speed 50mm/s

- non-printing movement speed 200mm/s

- bottom layer speed 10mm/s

- retract speed 30mm/s


Support(+)


Retraction length 4mm

Activate threshold 5mm


shell & infill extrusion ration 100%



출력완료까지 약 2시간 30분 정도 소요되었습니다.




모양은 투박하지만 그래도 잘 나와줬습니다.



위쪽 부분도 잘 나왔구요.



필라멘트가 약간 투명하다보니 내부 홈이 파여있는 부분이 보이더군요.



구조상 오버행잉(overhanging) 되어있는 부분은 서포트가 필요하므로 서포트를 3D프린터 세팅에서 선택했었구요, 그 결과 위와 같이 서포트가 출력된 것을 확인할 수 있습니다. 



서포트를 제거하면 이와 같이 떼집니다ㅎ


각 부분을 8배 확대 렌즈를 사용하여 좀 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다. 



주사바늘과 연결되는 부분을 8배 확대한 모습입니다. 내부에 미세한 실 같은 것들(string)이 약간 나와있습니다. 다음에 출력할 때는 약간 노즐온도를 낮춰야겠군요.



적층이 잘 되었군요. 



본체 부분 적층도 잘 되었구요.




내부 홈과 맞닿는 부분과 경사진 부분 모두 적층이 꽤 깔끔하게 표현되었습니다.



주사기가 연결되는 안쪽 모습의 확대 사진입니다. 서포트가 붙었다가 떨어진 터라 약간 필라멘트들이 일어나있으나 오버행잉되었던 것을 감안하면 꽤 봐줄만 합니다. 


자, 각 부분을 확인해보았으니 이제 주사기를 한번 연결해볼까요?



수치를 보정했기 때문에 출력된 결과물에 주사기 연결이 잘 됩니다.



이렇게 말이죠ㅎ



주사바늘도 잘 연결이 됩니다. 



주사바늘이 연결된 부분을 8배 확대한 모습입니다. 꽤 단단히 연결됩니다. 



주사기 2개 및 주사바늘과 듀얼 인젝션 커넥터를 조립한 모습입니다. 



듀얼 인젝션 커넥터 내부를 주사기 내용물이 잘 통과하는지 확인하기 위해 구입한 먹물입니다. 거의 한 10년만에 먹물 사본 것 같군요.



이렇게 주사기 2개에 먹물을 채운 뒤 피스톤을 동시에 누르는 것이지요. 사실 이 경우는 테스트목적이기 때문에 따로따로 주사기를 눌러도 상관은 없겠습니다.



듀얼 인젝션 커넥터 내부 홈으로 먹물이 채워져서 하나의 주사바늘로 연결되는 모습입니다.




각 부분을 8배 확대렌즈로 살펴보면, 먹물이 전반적으로 내부 홈을 잘 채우며 지나가는 것을 확인할 수 있었습니다. 




하지만, 주사기로부터 홈까지 연결되는 부분은 약간 내부에서 먹물이 새어나오는 것도 확인할 수 있었습니다. 적층이 되어있음에도 불구하여 약간 틈새가 있었나봅니다. 


그래도 어느 정도 시뮬레이션은 되므로, 그다음 1ml 주사기 버전의 듀얼 인젝션 커넥터를 만들어보겠습니다. 




10ml 주사기와 기본 구조는 비슷합니다.



XYZ프린팅 소프트웨어인 XYZware Pro로 불러온 모습이구요.



마찬가지로 서포트를 설정했습니다. 


출력에 사용한 3D프린터는 마찬가지로 XYZ프린팅 사의 다빈치 주니어 1.0 프로(da Vinci Jr. 1.0 Pro)이고 XYZ프린팅 사의 정품 natural PLA필라멘트를 사용하였으며, 세부 세팅값은 Layer height를 100마이크론으로 변경한 것을 제외하면 이전 세팅값과 동일합니다. 




출력완료까지 약 1시간 30분 정도 소요되었습니다. 



앞서 살펴본 10ml 주사기용 듀얼 인젝션 커넥터보다는 훨씬 아담합니다.



이런 식으로 1ml 주사기 2개와 연결이 되구요.



먹물을 사용하여 이 듀얼 인젝션 커넥터가 제 역할을 잘 하는지 살펴본 바, 하나의 주사구멍으로 먹물이 나오긴 합니다만, 내부 홈 주변으로 좀 더 많이 새는 것을 확인할 수 있었습니다. 아무래도 전체적으로 크기가 작아지면서 홈을 둘러싸는 벽의 역할을 하는 적층 부분이 견고하지 않아 발생한 것으로 생각되었습니다.




각각의 주사기로부터 먹물이 와서 하나로 합쳐지는 부분을 8배 확대한 모습인데요, 합쳐지는 부분의 모양을 봐서는 내부 홈도 잘 형성되었을 것으로 생각해볼 수 있겠으나 좀 더 테스트해봐야겠습니다.



다음 작업에서 좀 더 보완해야할 점은 다음과 같습니다. 


1. 좀 더 정확히 수치 보정하기. 


2. Shell, Top surface, Bottom surface의 두께를 기존 5 layer에서 좀 더 늘리기 : 홈 주변에서 내용물이 새는 것을 방지하기 위함입니다. 


3. 크기를 어느 정도 크게 만들기 : SLA이나 DLP 방식의 3D프린터들은 출력이 말 그대로 속이 꽉 차있는 solid 형태로 출력이 되므로 상관없지만, FDM 방식의 3D프린터들 같은 경우에는 출력물이 solid 형태이긴 하지만 꽉 차있지는 않으므로 2번에서 설명한 바와 같이 저런 surface를 감싸는 층을 설정하게 됩니다. 이에 따라 그 설정 층보다 더 얇은 두께를 가지는 부분은 surface 설정보다 더 적은 수의 적층이 될 수 있고 아무래도 좀 더 약할 수 있다는 것이지요. 


오늘은 2개의 주사기를 연결해주는 듀얼 인젝션 커넥터를 3D프린터로 제작해보았습니다. 머리속에서 생각만 하던 것들이 실제 3D프린팅되고 테스트까지 해볼 수 있다는 것은 정말 신나는 일인 것 같습니다. 물론.. 삽질의 기쁨에 몸서리치기도 하지만요ㅎ


지금까지 메이드인네버랜드였습니다~!



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