3D프린터 소개

VORON SWITCHWIRE 제작

coreXZ 방식 FDM 프린터 스위치와이어는 보론 디자인에서 공개한 오픈소스 프린터 솔루션 입니다.
스위치와이어는 흔하게 볼 수 있는 coreXY 방식이 아닌 XZ 방식을 사용합니다. 해당 방식을 사용하면 Z축 이동시 생기는 와블 현상을 억제하는 것이 가능합니다.

라즈베리파이4와 메인보드가 서로 소통하며 wifi연결을 통해 무선 동작이 가능합니다.
또한, IP주소를 VPN을 사용하여 암호화 하였으며 안전하게 외부에서 접근이 가능합니다.

좌측 사진은 스위치와이어를 초기에 제작할 당시 찍은 사진입니다. 초기 모델은 PLA 재질을 빠르게 냉각 시킬 수 있는 쿨링 시스템이 제작되기 전입니다.

주요 부품 재료 :
nema17스텝모터, E3D 핫엔드, 쿨링팬, 라즈베리파이4, skr mini e3 v2.0, klicky-probe

클리퍼 펌웨어와 기구부에서 오는 안전성으로 고속 출력이 가능합니다.

PLA쿨링 핫엔드 개선

고속 출력을 위한 쿨링 개선 기본 스위치와이어 핫엔드는 에프터버너를 사용하며 핫엔드와 노즐에 직접적으로 쿨링을 도와줍니다. 하지만 이러한 기본 쿨링 성능은 ABS 재질에 특화되어있어 PLA와 같은 강한 쿨링을 원하는 시스템에는 맞지 않습니다. 따라서 PLA를 고속 출력하기 위해서는 별도의 노즐 쿨링이 되어야 합니다.

기존 에프터버너에 달려있는 팬 두개와 핫엔드를 개조하여 듀얼 팬을 장착 총 4개의 쿨링으로 핫엔드와 노즐 쿨링을 개선했습니다.

클리퍼 펌웨어

mainsailOS와 Klipper를 적용 초기 3D프린터는 8bit 보드로 제작되어 그 이후로 계속 발전해왔습니다. 다양한 프린터 메인보드가 나왔고 유명한 메인보드로는 Bigtreetech SKR 보드가 있고 다른 보드로는 MKS Robin 보드가 있습니다. 그 외에도 수 많은 보드가 있으며 이번 스위치 와이어 제작에는 라즈베리파이4와 SKR mini e3 v2.0을 사용했습니다.

라즈베리파이4를 사용하는 이유는 설치하려는 클리퍼 펌웨어를 안전하게 구동하기 위함입니다. 또한 실제 프린터를 동작을 위해서는 skr mini e3 메인보드를 사용하였고 라즈베리와 직접 연결을 하여 서로 소통하게 했습니다.

라즈베리파이 IP를 VPN연결을 통해 외부에서 안전하게 접속할 수 있게 했으며 외부에서 작업이 가능합니다.

클리퍼 펌웨어를 사용하는 이유

1. 능력

클리퍼는 고성능 하드웨어를 활용하여 프린터의 작동을 더 정확하게 제어할 수 있습니다. 이를 통해 더 빠른 인쇄 속도와 더 나은 출력 품질을 얻을 수 있습니다.

2. 유연성

클리퍼는 다양한 프린터 구성에 쉽게 적응할 수 있으며, 사용자는 라즈베리파이와 같은 보조 컴퓨터를 사용하여 연산을 처리할 수 있습니다. 이를 통해 프린터 제어 보드의 성능에 구애받지 않고 더 나은 프린팅 성능을 얻을 수 있습니다.

3. 사용자 친화적

클리퍼는 사용자 친화적인 구성 파일을 사용하여 프린터의 설정을 쉽게 구성할 수 있도록 합니다. 이를 통해 프린터의 작동 원리를 쉽게 이해하고 변경할 수 있습니다.

4. 커뮤니티 지원

클리퍼는 활발한 개발자 커뮤니티가 지원하고 있으며 계속 발전하고 있습니다. 이는 버그 수정, 새로운 기능 개발 등 프린팅 기술의 발전에 기여하고, 사용자의 질문이나 문제를 빠르게 해결할 수 있는 지원을 제공합니다.

5. 오픈소스

클리퍼는 오픈소스 프로젝트로, 모든 이들이 프로젝트에 기여하고 소프트웨어를 자유롭게 사용할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 프린터 모델 및 하드웨어 구성과의 호환성이 확보됩니다.

총체적으로 보면, 클리퍼 펌웨어는 뛰어난 성능, 확장 가능성 및 사용자 친화적인 환경을 제공하여 3D 프린터 사용자가 더 나은 인쇄 결과를 얻을 수 있도록 도와줍니다.

creality ender3-pro 품질 개선

FDM 프린터 엔더3 프린터는 creality 프린터로 사용자가 많은 인기있는 3D프린터입니다. 하지만 엔더3는 인기 있는 것과 반대로 에러사항도 많이 있어 초보자가 사용하기에는 불완전한 프린터라고 생각합니다.

엔더3 개선 프로젝트를 진행하기 위해 중고로 고장만 프린터를 구매해왔고 문제점을 확인하는 작업을 먼저했습니다.
압출불량, 안착불량, 드라이버 오작동, 프로브 고장, 익스트루더 깨짐 등등..

왼쪽 사진은 기본적인 ender3-pro모델이 아닌 여러가지 개선을 진행한 ender3모델로 총 6가지 개선사항을 거쳤습니다.

압출불량, z축 스크류로 인한 와블, xy축 탈조, 저소음 드라이버, 안착불량, 온도조절

주요 부품 재료 :
MKS Robin E3D, z축 스크류, 40mm 스텝모터, mks-servo-42c,

고속 출력은 불가능 하지만 안정적이며 고품질의 출력물을 얻을 수 있습니다.

압출 불량 개선

보우덴 방식을 다이렉트 방식으로 변경 중고로 구매한 엔더3 익스트루더는 부품이 깨져있었으며 압착스프링이 기능하지 못했습니다. 또한, 보우덴 방식으로 인해 필라멘트가 핫엔드와 노즐을 막아서 원활한 출력이 불가능 했습니다.

기존 에러 사항을 고치며 전반적인 문제를 해결하고자 핫엔드를 분리 및 교체를 진행했으며 익스트루더는 핫엔드 위에 설치하는 것으로 다이렉트 방식으로 전환했습니다.

이후로 압출불량은 따로 없었습니다.

Z축 스크류로 인한 와블

Z축 리드스크류를 각각 설치 진행 초기 스위치와이어를 제작하기 전 사용한 프린터가 두대 있습니다. 그중 하나가 엔더3pro모델이었습니다. 해당 프린터를 사용해본 경험으로 z축 리드스크류가 하나뿐인 경우 부피가 큰 출력물을 출력시에 오른쪽으로 와블이 생기거나 왼쪽과 오른쪽에 높이 차이가 발생할 경우가 큽니다.

해당 에러사항을 초기에 방지하고자 다른 스텝모터를 구입해 추가 장착을 진행했으며 사용한 메인보드에 스텝모터 드라이버를 추가하여 진행했습니다.

이후로 Z축 리드스크류로 인한 와블은 제거되었습니다.

X축, Y축 탈조

mks-servo-42c를 사용하여 탈조 방지 엔더3와 같은 프린터의 고질적인 문제중 하나가 스텝모터가 자신의 위치를 기억하지 못한다는 것에 있습니다. 출력중 벨트 혹은 가이드에 문제로 스텝모터의 위치를 벗어났을 경우에 스텝모터는 그것을 알지 못합니다. 이러한 문제를 해결하는 방법은 서보모터를 사용하거나 폐루프스텝모터를 사용하면 해결 가능합니다.

이번 해결에서는 평범한 스텝모터를 폐루프스텝모터처럼 기능하게 해주는 mks-servo-42c를 사용하여 출력물 탈조방지를 했습니다.

위치가 벗어나도 원래 위치로 돌아오는 것이 가능합니다.

저소음 드라이버 적용

MKS Robin E3D, TMC2209 사용 엔더3 기본 메인보드는 8bit 메인보드를 사용합니다. 이는 제한된 처리 능력과 메모리를 갖고 있으며 모터의 소음을 유발합니다.

모터의 소음을 잡기 위해서는 저소음 드라이버를 사용하면 해결됩니다. TMC2209모터드라이버를 사용하며 해당 드라이버를 사용할 수 있게 모터드라이버 자리가 비어있는 32비트 메인보드인 MKS robin E3D를 구매했습니다.

X, Y, Z두개, 익스트루더 총 5개 모터에 TMC2209를 사용했으며 조용한 출력이 가능합니다.

안착불량 및 온도조절 개선

PEI배드, 온도 조절용 인클로저 제작 PEI(Polyetherimide-폴리에테르이미드)배드는 높은 온도에 잘 견디고 접착력이 좋습니다.

고온에 잘 견디며, 반복적인 가열 및 냉각 과정에서도 안정적인 성능을 보여줍니다.
우수한 접착력을 보여주어 출력물이 출력도중에 제대로 붙어있도록 도와줍니다. 배드가 식으면 자연스럽게 분리되는 점도 장점입니다.

온도에 민감한 프린터를 안정적인 출력이 가능한 프린터로 만들기 위해 인클로저를 제작하여 설치했습니다.

출력물 사진들

프린터를 가지고 논다는 것은 그것에 가치를 끌어올리는 작업입니다. 에러를 수정하고, 형상을 설계하고, 수정하고 수많은 작업을 반복해야 비로소 하나의 작품이 탄생합니다.

3D프린터를 소개합니다