3D 프린터 쿨링 시스템의 개조.

요즘 일에 치어 포스팅을 제대로 못해 죄송합니다ㅠ 그동안 틈틈이 제가 사용하는 3D 프린터인 프린터봇 메탈 플러스의 쿨링 시스템을 개조하기 위해 고군분투하고 있었습니다.

테스트에 사용한 모델입니다. 이른바 Marvin이라고 불리는 모델인데요, 서포트 없이 출력했을 때 overhang, 즉 매달려있는 형태를 얼마나 출력해낼 수 있는지 볼 수 있는 좋은 테스트 모델입니다. 

http://www.thingiverse.com/thing:215703

위 주소에서 다운로드받으실 수 있습니다.

하지만.. 결과는 처참했지요. 다리는 잘 나왔으나 overhang되어있는 아랫부분부터 배부분까지가 완전 이상하게 나왔습니다.

http://support.3dverkstan.se/article/23-a-visual-ultimaker-troubleshooting-guide#overhangs

위 글을 읽어보시면 아시겠지만, 저렇게 나오는 경우는 뜨거운 노즐에서 나온 필라멘트가 제대로 쿨링되지 않아서 생기는 문제 때문에 발생하는 것입니다. 한 층을 적층한 뒤 다음 층을 그 위로 적층했을 때 출력 품질이 좋으려면 아래쪽 층이 단단하게 잘 받쳐주어야합니다. 하지만 냉각이 잘 되지 않는 경우, 아래쪽 층이 말랑말랑하거나 흘러내려서 그 위로 다음 층을 적층했을 때 제대로 받쳐주질 못해서 위와 같이 못생기게 출력되는 것이지요.

프린터봇 메탈의 경우에는 쿨링시스템이 그리 강력하지 않고 한쪽에만 달려있기 때문에 특히 overhang부분을 출력할 때 약한 것 같습니다.

그래서 쿨링팬을 하나 더 달아주기로 했습니다.

메카솔루션이라는 곳에서 쿨링팬을 구입했습니다. 박스는 이만하더군요. 12V 50x50x15mm  Blow Fan과 12V 30x30x10mm 쿨링팬을 주문했는데, 이들은 크기가 작으니까요.

상품은 이만합니다.

가로세로 3cm 짜리 쿨링팬입니다.

블로우 팬입니다. 세로로 세워서 바람을 흡수해서 쏴주는 방식이지요.

블로우 팬에서 바람이 나오는 구멍은 이만합니다.

블로우 팬의 옆면입니다.

여기는 특이하게 배송하면서 약과를 넣어주더군요ㅋ 맛있게 먹고 다시 개조에 돌입했습니다.

기존의 팬으로 전원을 공급하는 전선에 추가적으로 전선을 연결해서 블로우 팬으로 전원이 공급될 수 있게 해준 후 위와 같이 zip tie로 간단하게 연결해보았습니다.

요런 식으로 말이지요.

바닥에는 닿지 않으면서 노즐에서 나온 필라멘트는 효과적으로 냉각시켜줄 것 같았습니다.

하지만.. 문제가 있었습니다.

블로우 팬에서 나온 찬 공기가 노즐에서 나온 필라멘트만 냉각시키는 것이 아니라.. 핫엔드까지 냉각시켜버리는 것이었습니다. 이렇게 되면 핫엔드가 냉각되면서 온도가 내려가서 cura 창에는 cold extrusion prevented라고 뜨게 됩니다. 즉, 핫엔드가 너무 차가워서 extrusion을 중지한다는 것이지요. 결국 프린팅 헤드와 프린팅 베드는 이리저리 움직이는데 나오는 필라멘트가 없어서 3D 프린팅은 실패하게 됩니다.

그제서야 얼티메이커 2(Ultimaker 2)의 프린팅 헤드 구조가 이해가 가더군요. 위 구조처럼 2개의 쿨링팬으로 노즐에서 나온 필라멘트를 효과적으로 잘 냉각시켜주고, 핫엔드는 추가적인 금속 판으로 감싸주어 쿨링팬에서 나온 찬 공기가 닿아 핫엔드가 냉각되는 것을 막아줍니다. 얼티메이커 2의 출력 품질이 괜히 좋은 게 아니구나란 생각이 들었습니다.

핫엔드가 냉각되는 것을 막고 필라멘트를 효과적으로 쿨링하게 위해 2가지 방법을 생각해냈습니다.

첫번째는 팬슈라우드를 만드는 것이었습니다. 위와 같이 블로우 팬의 입구에 딱 맞는 팬슈라우드를 만든 뒤..

출력합니다.

2번째 방법은 핫엔드에 단열 재료를 사용하여 외부의 차가운 공기가 닿지 않도록 막아줍니다. 저는 기존 Ubis 핫엔드의 Insulation Sock를 잘라내어 위와 같이 노즐 나오는 부분을 구멍뚫은 뒤 사용하였습니다.

저는 금속 재질인 줄 알았는데.. 천 재질이군요. 사용하던 것이라서 탄 부분도 있고.. 사용감이 있군요.

이 Insulation Sock로 어떻게 핫엔드를 감쌀까 생각하다가 결국 고전적인 방법인 실을 이용하기로 했습니다.

이런식으로 감싸주었습니다. 그리고 추가적으로 프린팅 헤드에 블로우 팬을 연결할 수도 있도록 연결부분도 3D 프린팅해서 만들어준 후 앞에서 출력한 팬슈라우드를 장착해보았습니다.

이렇게 쿨링 시스템을 개선하고 출력해보니 이전보다는 훨씬 나아졌지만 그래도 별로 이쁘게는 안나오더군요.

또한 팬슈라우드 앞부분이 좀 길어서 핫엔드 부분과 닿아 녹는 점도 문제점으로 발견되었고, 블로우 팬에서 팬슈라우드를 통해 나오는 찬 공기가 노즐 옆으로 쏴지는 것도 발견하여 이들 문제점들을 커버하기 위해 여러번 팬슈라우드의 디자인을 변경하다가 결국 다음과 같이 수정하였습니다.

바람이 나오는 부분은 넓게 하고..

블로우 팬 입구에는 딱 맞게 말입니다. 

3D 프린터로 출력한 모습입니다.

디자인한대로 잘 나왔습니다.

이를 블로우팬 입구에 테이브를 이용해서 붙여주었습니다.

사실 본드로 붙일까도 잠시 고민했지만.. 나중에 교체할 가능성도 있고 해서 그냥 테이프로 고정했습니다.

출력하는 모습입니다.

쿨링 시스템을 작동시켜도 핫엔드의 온도는 떨어지지 않았습니다. 일단 이부분은 통과되었군요.

짠! 출력물입니다. 완벽한 것은 아니지만, 그래도 많이 나아졌습니다.

뒷부분입니다. 블로우 팬에서 나온 바람이 확실이 영향을 주는 것 같긴 하지만, 아직 앞쪽보다는 쿨링이 약한 것으로 생각됩니다.

하지만 맨 처음과 비교해보면 장족의 발전입니다. 일단 이 쿨링시스템으로 출력하는 것을 유지하고 나중에 시간날 때 대대적으로 다시 손봐야겠습니다.

1줄 요약 : 3D 프린팅할 때 못생기게 나오는 것은 쿨링 시스템을 손보면 어느정도 나아진다.

이제 쿨링 시스템도 어느 정도 고쳤겠다, 본격적인 3D 프린팅을 위해 colorfabb의 PLA/PHA 필라멘드 두롤을 3Developer에서 구입했습니다. 하루만에 배송되서 깜짝 놀랐다는.. 이제 현재 계획중인 프로젝트를 위해 열심히 출력해야겠습니다.

이제까지 메이드인네버랜드였습니다~!