[Reprap 3DR 제작기 - 5] 노즐, 익스트루더, 배선 작업

시작하기에 앞서, 저는 3DR의 풀리-낚싯줄 구조를 타이밍 벨트 구조로 교체했습니다.
풀리-낚싯줄 구조가 저렴하고 가벼우며 정밀도도 높지만, 제 실력의 한계인건지 낚싯줄이 풀리에 정확하게 감기지 않아서 타이밍 풀리와 타이밍 벨트로 교체했습니다.
이렇게 하면 비용이 확 상승하니 제작하는 여러분은 가급적이면 풀리-낚싯줄 구조를 사용하시기 바랍니다.

모터에 연결된 풀리를 RUMBA보드 세트에 동봉되어 있던 20T GT2 알루미늄 풀리로 교체했습니다.

미스미에서 FL685ZZ 플랜지 베어링을 구입해 

벨트가 베어링 바깥으로 밀려나는 것을 막았습니다.

케이블 타이를 이용해 벨트의 장력을 조절하고, Carriage와 벨트를 고정했습니다.

다음은 익스트루더 제작입니다.

Reprap 3DR은 Wade's Geared Extruder를 변형한 Greg Frost's Hinged Accessible Extruder를 보우덴 방식 (피더와 노즐이 서로 떨어져 있고, 테플론 튜브로 연결되어 있는 구조) 에 맞게 변형한 익스트루더를 사용합니다. 한국어로 된 설명중에는 Greg Frost's Hinged Accessible Extruder 의 제작방법에 대한 자세한 설명이 없어서 이 참에 자세히 설명하겠습니다.

먼저, Idler의 Hinge 부분에 너트를 끼워넣어줍니다. 힘으로는 잘 들어가지 않으니 자리르 잘 맞추어 놓고 반대편에서 볼트를 넣어 조이면 쉽게 넣을 수 있습니다.

직경 8mm의 환봉이나 M8 전산볼트를 Idler의 홈 길이에 맞추어 자르고, 608 베어링에 관통시킵니다.

이걸 그대로 Idler 부품에 끼워넣습니다. 베어링에 힘을 주지 말고, 중심 축부분을 눌러 끼워 넣으면 툭 소리와 함께 단단히 고정됩니다.

Extruder 본체에 Idler를 M3 볼트를 이용해 연결합니다.

익스트루더 본체에 608 베어링 2개를 끼웁니다. 단단히 고정되지 않아도 상관없습니다.

Hobbed Bolt를 준비합니다. 저는 Hobbed Bolt를 이베이에서 주문했지만, 공구만 있다면 어렵지 않게 만들 수 있습니다. 자세한 제작 방법은 이곳을 참고합니다.

큰 기어를 Hobbed Bolt의 육각형 머리에 딱 맞도록 끼웁니다. 만약 사이에 틈이 있다면 볼트 머리에 테이프를 감아 딱 맞도록 크기를 조절합니다.

Hobbed Bolt의 톱니 부분이 Extruder의 중앙에 위치하도록 기어와 베어링 사이에 와셔를 넣어 조절합니다.

간격이 적당히 조절되었다면 M8 나일론 너트나 M8 너트 2개를 이용해 풀리지 않도록 조여줍니다.

모터와 작은 기어를 연결하고, 기어가 부드럽게 맞물리면서도 유격이 적게 모터의 위치를 조절합니다.

다음으로는 테플론 튜브를 잡아줄 휘팅을 연결해야 합니다. 원래 1/8" 휘팅을 사용해야 하는데, 저는 M5 휘팅을 구입하는 바람에 출력물과 휘팅의 나사산이 결합되지 않았습니다.

그래서 M5 너트를 에폭시로 접착하고, 휘팅을 연결하였습니다.

휘팅을 연결한 다음에는 테플론 튜브를 연결합니다.

이렇게 익스트루더가 완성되었습니다.

다음으론 배선 작업입니다.

Reprap 3DR은 보드가 위에 장착되고, 모터는 아래에 장착되는 구조입니다. 그렇기 때문에 모터 선을 위로 연결해야 하는데, 이걸 그냥 배선하면 프린터의 멋이 떨어집니다.

장점이 '멋지다' 뿐인 델타가, 전선이 치렁치렁 매달려 있어서 되겠습니까? 제작자도 이 점을 유념했는지, 전선을 프로파일 속으로 넣을 수 있도록 설계했습니다.

사실, 프로파일을 장착하기 전에 프로파일을 약간 갈아내야 합니다. 어떻게 갈아내는지는 제작자의 블로그를 참고해 주세요.

갈아낸 틈으로 모터 선을 통과시킵니다.

그 다음, 위로 나온 선을 뽑아 왼쪽의 구멍으로 통과시킵니다.

구멍으로 통과된 선을 보드에 연결하면 됩니다.

보드가 연결되는 기둥의 구멍이 조금 낮고, M3 볼트가 헐렁하게 박혀서 서포트를 접착제로 고정해 주었습니다.

자세한 배선 방법은 제작자의 글에 잘 설명되어 있습니다. 이 부분은 이미 잘 되어 있으니 제가 굳이 한번 더 설명할 필요는 없을 것 같습니다.

노즐에서 나온 선은 보우덴 튜브와 함께 모아 하나로 감싸주고, 익스트루더 모터 선과 함께 프로파일의 틈을 통해 보드에 연결합니다 이렇게 하면 외부로 드러나는 선 어뵤이 배선이 가능합니다.

노즐은 이번에도 역시 J-Head Nozzle을 이용합니다. 이베이에서 짝퉁 J-Head Nozzle을 판매하는 곳이 많은데, 반드시 정품을 사용합니다. 가격 차이도 거의 안나고, 성능은 정품이 비교도 안되게 좋습니다.

정품 J-Head Nozzle 판매처: http://hotends.com/

노즐 장착에 대해서는 Prusa Mendel 제작기에 자세하게 설명해 놓았으니 참고해 주세요.

지난번엔 카트리지 히터와 디바이스마트의 서미스터를 사용했으나, 이번에는 동봉된 저항과 서미스터를 사용했습니다.

저항과 서미스터의 다리는 동봉된 테플론 슬리브를 이용하여 절연합니다. 다른 소재는 노즐의 온도를 견디지 못하고 녹아버립니다.

저항과 서미스터를 고정할 마땅한 방법이 없어서 에나멜선을 이용해 고정했습니다.

과천과학관 무한상상실의 NP-멘델을 이용하여 팬마운트를 출력해 보드에 80mm 팬을 장착했습니다... 만 소음이 크고 보기도 흉해서 곧 떼어냈습니다. 보드를 냉각할 다른 방법을 생각해 봐야겠습니다.

무한상상실의 Almond를 이용해 손잡이를 출력해 장착했습니다. 손잡이는 직접 설계해 만들었습니다.

사실, 프로파일용 손잡이를 구입해 장착했으면 더 쉬웠겠지만, 왠지 Reprap에는 직접 출력한 손잡이를 달아야만 할 것 같아서 이렇게 만들게 되었습니다.

마지막으로 전원 잭과 USB 포트 구입하여 따로 장착해 주었습니다.

제작자는 LCD를 장착하고, SD 카드로 출력하는 것을 염두에 두고 설계하다 보니 USB 연결이 매우 불편합니다. 다행스럽게도 RUMBA 보드에는 USB 의 4개 선을 납땜으로 연결할 수 있는 자리가 있어 그 곳을 이용해 USB Type B Female 포트를 연결해 주었습니다. 이를 이용하면 보다 쉽고 깔끔하게 연결 가능합니다.

출력 영상입니다.

역시 델타는 형언할 수 없는 멋이 있습니다.

지금도 출력은 충분히 가능하지만, 오토레벨링을 위해 몇 가지 더 삽질하고 있습니다.

다음 게시글에서는 오토레벨링에 대해 다루도록 하겠습니다.

[Reprap 3DR 제작기 - 4] Mechanical Part 제작

자이지스트 주인장님께 부탁드린 3DR Printed Parts의 인쇄가 완료되어, 프린터를 마저 만들 수 있게 되었습니다.

출력 파트를 찾기 위해 제기동역 근처에 위치한 자이지스트 아지트에 방문했습니다.

<지하철을 타고 자이지스트 아지트로!>

지난 추석연휴에 방문했을때는 정말 애플 썬더볼트 디스플레이 하나 뿐이었는데, 이제 제법 구색을 갖춘 모습을 볼 수 있었습니다.

<한쪽에 장식되어있는 출력물들>

<NP-Mendel과 Pine Tree>

Pine Tree의 히트베드가 고장나는 바람에, NP-Mendel이 혹사당하고 있었습니다.

제가 도착했을 때, 마침맞게도 오픈크리에이터즈의 최종언 대표님(카페 닉네임 스텔스)이 계셔서 짧게 대화를 나눌 수 있었습니다.

방문한 김에 3D systems의 Sense 3D 스캐너로 제 상반신을 스캔해 보았습니다만, 잘 되지 않았습니다.

아직은 많은 발전이 필요해 보입니다.

아지트 방문기는 이 정도로 하고, 슬슬 제작에 들어가도록 하겠습니다.

<3DR Printed Parts>

출력물 하나하나의 덩어리가 커서 그렇지, 부품 자체의 개수는 적은 편입니다.

색깔이 참 예쁘군요. 역시 현직 디자이너의 감각은 다릅니다.(그러고 보니 색깔이 은근 자이지스트 홍보용 프린터 같기도....)

저렴한 가격에 부품을 출력해주신 자이지스트 주인장님께 이 자리를 빌어 감사의 인사를 보냅니다.

제작 방법은, 3DR의 개발자인 RichRap의 블로그를 참고했습니다.

<스풀에 낚싯줄 연결>

가장 먼저, Spool에 낚싯줄을 감아줍니다.

감은 상태로 사진을 찍고 싶었으나, 실을 잡고 있어야 해서 사진을 찍지 못했습니다.

<낚싯줄을 감은 모습(방향에 주의) (출처)>

<모터 축 고정용 볼트 삽입>

실을 감기 전에, 모터의 축과 Spool을 고정시켜줄 볼트를 삽입합니다.

저는 진동에 의한 풀림을 방지하기 위해 록타이트 나사잠금제를 조금씩 발라주었습니다.

<모터 고정 전에 볼트 삽입>

바닥판을 연결하는 볼트 중, 모터를 고정시킨 후에는 삽입할 수 없는 위치의 볼트가 있습니다. 이 볼트는 미리 삽입해 줍니다.

<모터 고정>

다음으로는 모터를 고정시킵니다.

이 때, 실을 팽팽하게 당겨 풀리지 않도록 주의합니다.

<실을 테이프로 고정>

모터를 고정한 후에는 실이 풀리지 않도록 당겨 테이프로 고정시켜 줍니다.

<아랫판 결합>

이렇게 만들어진 아랫판을 결합합니다.

다음은 윗판 조립입니다.

<Hall effect sensor Endstop 장착>

가장 먼저, 윗판 부품에 Hall effect sensor Endstop을 장착해 줍니다.

이 부품은 carriage가 가까이 오는것을 감지해서 영점을 잡아주는 역할을 합니다.

일반적으로 마이크로 스위치를 많이 사용하는데, 3DR은 자석을 감지하는 홀센서를 사용합니다.

이 방식은 반복 사용에도 정밀도가 유지되고, 가변저항을 돌리는 것으로 쉽게 영점을 조절할 수 있다는 장점이 있습니다.

<윗판 결합>

그러고 나서 윗판을 결합해 줍니다.

그 다음에는 프로파일과 연마봉을 이용해서 윗판과 아랫판을 결합시켜야 하는데, 프로파일을 잘못 구입해서 밑판을 부러트렸습니다.

<대참사...>

알고보니, 프로파일은 반드시 미스미의 프로파일을 사용해야 합니다.

<좌: 미스미 프로파일, 우: 일반 프로파일>

<프로파일이 결합된 모습>

일반 프로파일은 프로파일 결합에 M5 너트를 사용할 수 있도록 네 귀퉁이가 사각형으로 부풀려져 있습니다. 하지만 이 구조는 3DR의 설계에 맞지 않습니다.

미스미 프로파일은 가격이 저렴한 편이니, 미스미에서 주문하세요.

미스미 프로파일은 일반 M5 너트로는 결합시킬 수 없으니, 전용 너트를 사용하셔야 합니다.

<미스미 프로파일 전용 너트>

시행착오를 거쳐, 결국 이 부분의 조립을 진행했습니다.

<프로파일 조립>

<연마봉 조립>

다음으로는, 여섯개의 구멍에 연마봉을 끼워줍니다.

이때 너무 힘을 주면 아래쪽이 뚫릴 수 있으니 주의하시기 바랍니다.

<LM6UU 삽입>

이렇게 연결한 연마봉에 LM6UU를 한개씩 끼워줍니다.

LM6UU를 끼우기 전에 LM6UU 안쪽 볼에 윤활류를 충분히 적셔주면 수명을 늘리는데 도움이 됩니다.

<프로파일 너트 삽입>

그리고, 프로파일 한개당 프로파일 너트를 3개씩 넣어줍니다.

윗판을 결합한 후에는 프로파일 너트를 넣을 수 없으니 지금 미리 넣어주어야 합니다.

<윗판 결합>

다음으로는, 윗판을 결합해 줍니다.

위로 올라온 프로파일의 높이가 20mm 이하가 되도록 해줍니다.

윗판을 끼울때는 세 방향을 조금씩 돌려가면서 넣어줍니다. 한번에 너무 많이 끼우면 부품이 부러질 수 있고, 잘 안들어갑니다.

<연마봉 고정>

윗판 안쪽의 슬롯에 너트를 넣고, 볼트로 조여 연마봉을 고정시킵니다.

다음은 carriage입니다.

carriage 부품에 자석을 넣어야 하는데, Endstop에서 감지하는 자석의 방향은 정해져 있으므로 이에 주의하셔야 합니다.

<자석 극성 확인>

동봉된 자석을 전원이 인가된 Endstop에 가까이 가져갔을 때 LED에 불이 들어와야 합니다. 이 방향이 위로 가도록 carriage에 삽입해 줍니다.

<자석 삽입>

원래 개발자는 구멍에 자석을 넣는것이 매우 빡빡하다고 했는데, 저는 오히려 헐렁거렸습니다.

휴지+순간접착제 신공으로 고정시켰습니다.

<로드와 carriage 연결>

접시머리 나사와 콘와셔를 이용하여 로드와 carriage를 연결해 줍니다.

<완성된 carriage>

이렇게 carriage가 완성되었습니다.

<LM6UU에 Carriage 연결>

케이블 타이를 이용해 LM6UU와 carriage를 결합시킵니다.

다음은 텐셔너입니다.

<텐셔너 제작>

텐셔너는 

M5*20mm 볼트 - 625베어링 2개 - M5 너트 - 와셔 - 프로파일 너트

의 순서로 만들어집니다.

M4 볼트와 624 베어링을 사용해도 됩니다.

<텐셔너 설치>

만든 텐셔너를 프로파일에 설치합니다.

최대한 아랫쪽으로 내려서 설치해야 나중에 장력을 높이는데 수월합니다.

<모터 선 배선>

프로파일에 미리 낸 홈을 통해 모터 선을 프로파일 속으로 배선합니다.

꼭 이렇게 해야 하는것은 아니지만, 이렇게 하면 굉장히 깔끔해집니다.

<낚싯줄 연결>

다음은 낚싯줄을 연결하는 과정입니다만, 이 과정이 상당히 복잡하므로 개발자의 블로그를 참고해 주세요.

노즐과 익스트루더, 그리고 전자 부품의 연결은 다음편에 계속하도록 하겠습니다.