[김성민의 삼디 Life] 왕초보의 출력 불량 삽질기

[김성민의 삼디 Life - 초보가 만나는 출력불량 Best 5]

이제 정상적으로 프린터가 동작을 하게 되어 흐뭇한 마음에 출력을 걸었다.

그러나 출력이 가능하다고 해서 좋은 출력물이 나오는 것은 아니었다.

누군가는 조립의 실력과 뽑기의 운으로 한번만에 상당히 괜찮은 출력물이 나오기도 하지만 나의 경우에는 여러차례의 실패를 거듭한 후에야 위와 같은 키티를 출력할 수 있었다. 어떤 불량에 대해서는 여전히 지금도 해결을 위해 고심하고 있다. 

한번 경험해보고 나면 아주 당연하고 간단한 문제였음에도 초보때에는 알지못하고 당혹감에 빠진다. 

그래서 나처럼 프린터를 조립한 후에 좌충우돌하고 있는 초보메이커들에게 도움이 되었으면 해서 이 포스팅을 올려본다.

초보라면 누구나 한번쯤 거칠 수 있는 출력불량 삽질기 Best 5를 뽑아보았다.

1) 안착불량

일반적인 2D 프린터에서 잉크나 토너가 종이위에 붙어 있지 않는다고 상상해보자. 그러면 어떤일이 벌어질까? 잉크가 종이위를 굴러다니고 토너가루가 흐트러져버리는 상황 말이다. 이런일은 2D 프린터에서는 일어나지 않는다. 그러나 FDM 방식의 3D 프린터로 출력할 때 가장 먼저 맞이하게 되는 것이 '안착불량' 이라고 하는 필라멘트가 허공을 떠도는 현상이다. 

내가 프린터에 전원을 넣고 처음으로 출력했던 것의 운명은 이렇게 끝나버렸다. 

이때는 첫 프린팅이어서 내가 그 옆에 지켜보고 있었기에 바로 정지를 해서 이런 모습으로 끝날 수 있었지만 만약 그대로 놓아두었다면 어떤일이 벌어졌을까? 

다음 사진 한장이 가장 잘 설명해줄 것 같다. 

몇일 전 출력을 걸어놓고 저녁 밥을 먹고 왔더니 20분만에 스파게티가 만들어진 모습에 경악을 했다. 베드안착이 안되면 대표적으로 2가지 결과가 나온다. 하나는 내가 경험한 위와 같은 스파게티이고, 다른 하나는 노즐에 필라멘트가 눌러붙어서 똥처럼 쌓이고 쌓이는 형태이다. 체감상 두번째 경우가 더욱 참혹하다. 첫번째는 원하는 출력물을 얻지 못했다는 절망감과 그동안 소모된 필라멘트의 재료값과 전기요금만 손해보면 되지만 두번째 경우는 노즐 주위로 늘러붙은 필라멘트를 제거하는 고역까지 동반된다. 심한 경우는 필라멘트를 떼어내다가 노즐을 망가뜨리게 되는 경우도 발생한다고 한다. 그러기 때문에 베드 안착은 성공적인 프린팅을 위해 첫번째 선결되어야 하는 과제라고 할 수 있겠다. 

딸이 부탁한 키티를 첫 출력물로 뽑기 위해 여러차례의 삽질이 진행되었다. 대부분 출력물이 베드로부터 떨어져 나와 정상적인 출력이 진행되지 않는 것을 보고 황급히 전원을 내린 결과물이다. 

어떻게 하면 안착불량을 해결할 수 있을까?  이 문제에 대해 이미 앞서간 인터넷의 선배들인 답을 다음과 같이 내놓고 있었다. 

첫째. 딱풀 (유사물품 물풀, 목공풀, 3M 양면테이프)

이 방법은 가장 값싸고 즉각적인 결과를 얻을 수 있는 방법이다. 

물리적으로 그냥 붙여버리는 방식이라고 생각했는데, 굳어있는 풀 위에도 안착이 비교적 잘 되는 것을 보니 필라멘트와의 접착력이 좋은 것 같다는 생각이 들었다. 

나는 처음에 이 방법을 사용했다. 먼저는 다이소에서 파는 가격저렴한 1000원짜리 마스킹테이프를 베드위에 곱게 바른 후 출력 온도가 올라가는 동안 열심히 풀칠을 했다. 그러니 안착이 비교적 쉽게 성공하였다. 

둘째, 브림, 라프트 설치

좌측은 브림을 한 것이고 우측은 내가 브림을 넣지 않고 스커트(노즐 출력안정화를 위해 본격적인 출력전 필라멘트를 뽑아내는 외곽선)만 하고 진행한 결과이다. 

브림이라는 것은 출력물의 면적이 좁은 경우, 즉 바닥에서 떨어져 나올 가능성이 높은 것에 대해 주변으로 바닥과 연결된 면적을 더 넓혀주는 보조물 형성을 말한다. 

반면에 라프트는 출력물 하단에 얇은 층을 깔아주는 것으로 출력 이후 출력물과 라프트를 분리해야하는 번거로움이 있지만 분리가 깔끔하게 잘 되고 나면 바닥의 울퉁불퉁함을 신경쓰지 않아도 되는 결과물을 얻을 수 있다. 그러나 이것은 근본적으로 바닥안착을 돕는다라고 보기보다는 바닥 불균형에 대해 출력물이 영향을 받지 않도록 하는데 목적이 있지 않을까 생각을 한다. 

그러나 이 방법으로도 안착 문제가 해결되지 않을 때가 있다. 그것은 다음에 나오는 이유때문일 가능성이 크다. 

셋째, 베드 수평 및 노즐과 베드와의 간격

노즐과 베드와의 간격이 중요하다는 것은 실제 여러차례 출력을 해보면서 경험적으로 알게 되었다. 

그전에는 대략 수평만 맞으면 어느정도 잘 뽑히지 않을까 하는 생각을 했는데.. 노즐이 필라멘트를 쏘아내는 지점과 바닥과의 간격은 접착력 및 바닥 형태에 큰 영향을 미쳤다. 

위의 사진은 고르게 출력면이 나온 것 같지만 전형적인 노즐-베드 간격의 불량이다.  출력 중에 베드를 이리저리 돌아다니는 걸 경험한 녀석이다. 첫번째 레이어를 보면 실과 같은 형태가 그대로 나타나 있음을 확인할 수 있다. 보통 노즐 사이즈가 0.4mm 이고 권장되는 노즐과 바닥간의 거리는 0.1mm 이다. 만약 0.1mm 로 맞춰져 있으면 자연스럽게 노즐에서 둥글게 나온 필라멘트가 눌려져서 넓적하게 퍼지는 형태가 될 수 밖에 없다. 그러나 위의 사진에서 보면 가는 둥근형태가 그대로 뽑혀진걸 확인할 수 있다. 

다음은 출력 중 떨어져 나가지 않고 출력이 완료된 것들 중 바닥면을 찍은 사진이다. 노즐과 바닥베드와의 간격이 어떠하느냐에 따라 형태가 다름을 알 수가 있다. 

간격이 아주 넓은 경우에는 바닥에 안착이 전혀 안되고 노즐은 허공에서 필라멘트를 뿜어낸다. 불량이다. 

그러나 간격이 좁을 경우에도 0.2 전후가 될 시에는 바닥에 그려진 필라멘트가 왼쪽과 같이 다 드러난 모습이 된다. 반면에 간격이 조정되었을 때에는 이런 물리적인 형태가 잘 드러나지 않는 오른쪽과 같은 결과물을 확인할 수 있다. 

그러나, 간격이 좁은지 넓은지는 어떻게 조정한다는 말인가? 

메뉴얼 레벨링의 방식에서 가장 많이 사용되는 방식은 A4 종이이다. 

내가 처음 출력시에 그 수많은 불량을 만들어 낸 이유는 A4 용지 대신에 명함 종이를 이용해서 수평을 잡았었기 때문이다. 당연히 A4에 비해서 명함은 2배내지 3배가 두껍고 불량이 자연스럽게 나올 수 밖에 없었으리라 생각된다. 

나의 경우 이 문제를 해결하기 위한 적절한 노즐 거리는 레벨링을 해가면서 노즐과 베드사이에 있는 A4가 눌려서 살짝 긁히는 느낌이 나면서 움직이는 지점이다. 이건 말로는 이렇게 했지만 실제로 여러번 해보면서 자신만의 최적의 간격을 잡는 훈련이 되어야 할 것이다. 

만약 이런 과정을 매번 해주기가 힘들다면 오토레벨링 장치 센서를 설치해는 것도 좋은 방법일 것이다. 물론 센서의 성능이 어느정도 검증된 것이어야 하겠지만 말이다. 

넷째, 특별한 베드 재료 (3M 테이프, PEI, 서른님베드, 유리 ...)

안착때문에 삽질을 해본 사람들이 많은 것 같다. 어떻게 하면 안착에 신경을 안쓰고 프린팅을 할지 메이커들이 고민을 하면서 베드 물질을 바꾸는 여러 방법을 고안해냈다. 

나는 처음에 가격 저렴하게 다이소 마스킹테이프와 딱풀로 해결을 하려고 했지만 여러번의 안착불량을 경험한 선배들은 다양한 시도를 하는 걸 볼 수 있다. 다이소 테이프에 허덕인 사람은 그 다음으로 3M 테이프로 가고, 플라스틱 소재인 필라멘트와 접착력이 좋다는 PEI 를 베드에 깔거나.. 이게 사람이름인지 제품명인지 잘 모르겠는 서른님베드 라고 하는 것을 사용한다. 모두 원리는 같은데 베드 표면 재질을 바꾸어주어 필라멘트와의 접착력을 높이는 방식이다. 나는 유리를 이용해서 안착 성능을 확보하였다. 

자세한 설치 및 결과는 다음 포스팅에서 이야기하도록 하고 여기서는 결과물 사진 2개로 정리하도록 하겠다. 

이외에도 바닥에 먼지가 쌓이거나 손때가 많이 묻거나 하면 필라멘트와 베드사이에 있는 이물질들이 접착력을 떨어뜨리기도 한다.  이점은 특히 유리베드 사용자가 크게 겪는 문제일 것이다. 

2) 탈조

출력물이 어느 순간 한쪽으로 시프트 되어 버린 현상을 '탈조' 라고 한다. 탈조는 전적으로 하드웨어적인 원인을 가지고 있다. 탈조가 발생하는 원인에는 3가지 정도가 있을 수 있는 것 같아 정리해보았다. 

첫째, 벨트 텐션

FDM 방식의 3D 프린터는 스텝모터의 회전운동을 직선움직임으로 변환시켜서 원하는 위치에 플라스틱을 쏘아주는 장치이다. 따라서 하드웨어적으로 핵심적인 부품이 스텝모터와 그것을 연결하는 벨트톱니, 그리고 벨트와 연결부위에 있다고 할 수 있다. 

위 사진은 벨트가 걸리는 스텝모터의 톱니이다.

모터의 톱니에 벨트에 나있는 톱니를 걸어서 움직이게 되는 방식이다. 

그런데, 톱니가 꽉 물리지 않고 느슨하게 빠져 버리면 어떻게 될까? 

모터는 소프트웨어적으로 한바퀴를 돌면 1cm 를 움직인다고 하였을 때, 톱니가 드르륵 빠져서 모터는 한바퀴를 돌았지만 벨트는 그자리라고 한다면 소프트웨어는 모터가 회전한 것을 레알로 생각하고 그 자리에다가 프린터를 진행하게 된다. 당연히 벨트가 헛돌았기 때문에 원래의 자리가 아닌 1cm 시프트된 곳에 출력이 될 것이다. 이것이 가장 전형적인 탈조 현상이다.

이를 예방하거나 해결하는 방법은 간단하다. 벨트를 적당히 탄탄하게 걸어주는 것이다. 그러나 사람 힘만으로 벨트의 장력을 조절하는 것은 어렵기 때문에 Thingiverse 사이트에서 Belt Tensioner 라고 검색을 해보면 다양한 형태의 벨트 장력을 조절해주는 장치가 나온다. 그것 중 자신의 장치에 맞는 형태를 출력해서 달아주면 간단히 해결할 수 있다. 

둘째, 스텝모터 톱니 무두볼트 

탈조가 나지만 한번에 확 나지 않고 서서히 기울어지는 경우가 있다. 이 경우는 위 사진에 있는 볼트의 체결이 단단하지 않아서 그럴 수 있다. 체결상태가 완전히 느슨한 경우에는 모터는 회전하지만 벨트는 움직이지 않게 되는데 이때는 이것이 문제임을 확실히 알고 조치할 수가 있다. 그러나 어중간하게 체결이 되어 있을 때는 모터가 돌때 벨트도 같이 움직여서 안심하게 되지만 프린트가 진행되면서 서서히 틀어져버려 문제가 발생한다. 

조치는 간단하다. 무두볼트를 단단히 조여주기만 하면 된다. 

셋째, 베드 움직임..

탈조 불량에 대해 내가 올려놓은 사진은 바로 베드 움직임 때문에 발생한 것으로 추측된다. 왜 추측할 수 밖에 없는가 하면 심증은 있는데 물증을 확보하지 못했기 때문이다. 그러나 거의 확실시 되고 있다. 

내가 경험한 이 탈조 현상은 바닥에서 부터 정상적으로 올라가다가 일정 높이 위에서 여러차례가 발생하고 있다. 그것도 한쪽방향으로 불규칙하게 치우치는 모습이다. 

이 불량이 발생하기 전에 내 프린터에 한가지 변화가 있었다. 그것은 다름아닌 유리베드 장착이다. 

나는 처음에 유리베드 장착을 한 사람이 위 사진의 노란 화살표에 나오는 저런 클립을 왜 끼워놓는지 이해를 못했었다. 그러나 저 클립은 유리베드 장착에 필수품이다. 유리를 고정시키는 장치이기 때문이다. 

나는 고정이 중요하다는 사실을 알고 있었고, 유리베드를 설치한후 클립 4개로 귀퉁이를 고정시켜놓았다. 그런데 문제가 생겼다. 정상적인 출력상황에서는 저 클립만으로 충분하지만 비정상적인 상황이 발생했을 때 클립은 베드를 충분히 붙잡아주지 못하였고, 따라서 베드가 움직여 하단 출력물의 위치가 틀어지게 되고, 그 사실을 전혀 알지 못하는 익스트루더의 노즐은 원래 자신에게 명령내려진 그 위치에 그대로 쌓아올리게 된다. 그 결과는 처음 보여준 탈조사진과 같게 나왔다. 

바닥이 고정이 안되는 이런 상황은 다른 바닥재에서는 발생하기가 어렵고, 유리베드 장착자는 한번쯤 생각해봐야 하는 문제이다. 

이 문제의 원인은 바로 다음에 소개하게 되는 워핑 불량으로 부터 기인하였다. 

3) 워핑

워핑은 바닥들뜸 이라고도 이야기 되는 현상인데 PLA 보다는 ABS에서 월등히 많이 발생한다. 이유는 온도민감도면에서 ABS가 더 높기 때문이라고 한다. 

워핑이 발생하게 되면 베드 안착에도 영향을 주지만 안착에는 성공했다고 해도 워핑은 출력물에 다양한 불량을 야기시킨다. 

먼저 워핑 발생의 원인을 살펴보면 필라멘트가 식으면서 수축하는데에 있다. 온도가 서서히 내려가면 형성된 물질이 자체적으로 내부 스트레스를 분산시켜서 급격한 수축이 일어나지 않지만 반대로 갑자기 식게 되면 물체내부에 스트레스가 갖혀서 서서히 전체 출력물 변형을 가져다주는 수축, 워핑으로 나타난다. 

이를 해결해주는 방법은 크게 세가지가 있는 듯 하다. 

첫째. 베드 온도를 높인다.

수축은 급격한 온도변화때문에 발생한 것이기 때문에 온도변화를 낮추면 줄어들 것임은 자명하다. 따라서 워핑이 발생한다면 온도를 현재보다 조금 높인다.  다만 이를 위해서는 히팅베드가 필요하겠다.  

둘째. 챔버를 만든다.

중저가 FDM 프린터 중에서 가격이 조금 나가는 완제품의 경우에는 챔버타입이 많다. 물론 히팅베드도 장착되어 있기도 하다. 그러나 저가의 경우는 오픈형으로 되어 있어서 주변 온도에 더욱 영향을 받게 된다. 환경적 온도변화의 영향을 되도록 적게 받으려면 챔버가 있어야 한다. 히팅베드라고 하더라도 ABS 재질의 필라멘트는 챔버가 없이는 거의 출력이 힘들다고 알려져 있다. 

실제 위에 예시로 올려놓은 사진의 워핑은 Zortrax 라고 하는 200만원이 넘는 장비에서 발생한 워핑인데, 밤 기온이 떨어져 곧바로 출력물에 영향을 미친 상태이다. 물론 챔버타입이라고는 하지만 위쪽이 훤하게 뚫려 있어 오픈형이라고 해도 무방한 구조이기 때문이다. 그래서 완전히 밀폐된 형태로 챔버를 제작하는 사람도 있다. 

셋째. 완전한 베드 밀착을 시킨다. 

물질이 온도가 내려가면 부피가 줄어들고 수축은 자연스럽게 발생한다. 그러나 아주 강하게 붙잡고 있는 것이 있다면 이야기가 달라진다. 워핑을 방지하는 방법으로 아주 강력하게 출력물을 베드와 밀착시키는 방법을 쓴다. 이는 베드안착 불량의 해법과 동일하다. 브림을 넣어 밀착면적을 높인다거나 PEI 필름등을 베드에 깔아서 밀착력을 말도안되게 높이는 방식이다. 개중에는 너무 높은 밀착력 때문에 출력 완료 후 베드로부터 출력물이 떨어지지 않아서 고생하는 사례도 나올 정도이다.  

나는 워핑이 발생할 여지가 있는 출력물 주변에 간단하고 단순한 형태의 출력물을 놓아 함께 출력하는 방법도 사용해보았다. 이 방법도 꽤 괜찮은 아이디어이다. 워핑은 보통 부피가 많이 나가는 물체에서 상대적으로 크게 발생하는데 대부분 귀퉁이 부분이 들뜨는 형태이다. 그런데 이 귀퉁이 부분에 다른 물체를 함께 출력을 하고 브림을 넣어두면 워핑이 안쪽에 있는 본 물체까지 오지 않는 방식이 있다. 

나는 유리베드로 바꾸고 나서 온도조건을 변화시키며 이 문제를 해결해보았다. 

왼쪽은 출력불량이 발생한 결과인데 자세히 보면 바닥면이 둥글게 휘어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 워핑이 발생하고 그에 따라 바닥 안착에 문제가 생겨 떨어져 나온 모양이다. 반면에 베드 온도를 높여 진행한 오른쪽 바닥면의 사진은 정확히 밀착이 되어 완전히 반듯한 사각형 형태이다. 이는 급격히 온도가 떨어지지 않은 결과도 있지만 온도가 높을 때에는 필라멘트의 유리와의 밀착력이 좋아지기 때문이기도 하다. 어쨋든 온도는 지금보다 조금 높이는 것이 워핑과 바닥 안착에는 더 유리하다는 말로 정리해볼 수 있겠다. 전기세는 조금 더 나가겠지만 말이다. 

(추가 : 내가 경험한 탈조는 워핑때문이었다. 워핑이 발생하면 바닥으로 부터 출력물이 뜨게 되는데 그 다음 레이어를 올릴 때 이 뜬 부분과 노즐이 부딪히게 된다. 이때 일어나는 몇가지 현상이 있는데 바닥면의 고정이 부실할 때는 노즐과 워핑에 의해 뜬 부분이 부딪히면서 바닥을 조금씩 밀어버린다. 이렇게 밀리는 과정이 반복되면서 탈조는 발생하는 것이다.)

4) 토출불량

내가 올려놓은 불량사진중에 유독 라즈베리파이 케이스가 많은 것을 눈치 챘을 것이다. 여러개를 뽑은 것이 아니라 하나만 필요해서 뽑았는데 그때마다 계속 출력불량을 경험했던 결과이다. 

위 사진은 출력하다가 멈춘것이 아니다. 출력이 완료가 된 사진이다. 근데 왜 저 모양이냐고?  필라멘트의 토출 불량 문제가 발생했기 때문이다. 

잉크젯 프린터의 노즐이 막히면 종이에 인쇄되는 결과에 줄이 빠져 있거나 글자를 알아볼 수 없거나 할 것이다. 마찬가지로 FDM 방식의 3D 프린터의 필라멘트가 제대로 공급이 되지 않으면 문제가 발생하는데 나는 이를 토출불량이라고 이름을 붙였다. (일반적으로 많이 쓰이는 용어인지는 모르겠다.)

필라멘트는 노즐을 통해 나오고 노즐은 익스트루더가 밀어낸다. 익스트루더 스텝모터는 회전을 하면서 필라멘트를 톱니에 끼어 노즐쪽으로 밀어내는 역할을 하고 이 필라멘트는 두루마리(스풀홀더)에서 풀려나온다. 

순서대로 적어보면

스풀홀더 -> 필라멘트 -> 익스트루더 모터 -> 톱니 -> 노즐 

요정도 될 것이다. 이중에 하나라도 잘못이 되면 필라멘트 토출불량이 발생한다. 

일단 필라멘트가 다 쓰고 없으면 토출불량이 발생할 것이다. 잉크 다 떨어지면 출력물이 나오지 않듯이 말이다. 

노즐이 막혔거나 물리적 손상을 받았을 때 출력불량이 나올 것이다. 

익스트루더 모터가 맛이 가서 돌지 않는다면, 혹은 선이 끊겼거나 하면 불량이 나올 것이다. 

그리고 앞선 불량중에 탈조가 발생하는 원인 중 하나와 같이 스텝모터와 톱니의 무두볼트 체결이 제대로 안되어 있을 시에는 모터는 돌지만 필라멘트를 밀어내주지 못해서 불량이 발생할 것이다. 

이제 남은 것은 스풀홀더인데, 내가 경험한 것은 바로 이 문제였다. 

지난번 업그레이드 항목 리스트 편에서 소개했던 스풀홀더의 센터링을 도와주는 파트이다. 그냥 가는 나사로 돌아가던 스풀홀더(두루마리)에 이 부품을 끼워주는 중심을 잡고 아주 잘 돌아가게 되었다. 잘 돌아간다는 것은 익스투르더가 필라멘트를 당겨줄 때 잘 보내준다는 뜻이 된다. 이 것은 출력품질에 영향을 미칠 수 밖에 없는 부분이라 생각하고 필수 업그레이드 항목이라 생각했다. 

그러나 너무 허술한 부품을 출력해 장착한게 화근이었다. 보다시피 다른 부품보다는 필라멘트가 적게 쓰이고 출력시간도 짧다는 장점이 있다. 그러나 그만큼 약하다. 간신히 장착을 해놓고 잠시간은 잘 썼지만 스프링 구조가 약해서 완벽한 결속이 안된채 돌아가는 위태위태한 상태였던 것이다. 물론 사건이 벌어지기 전에는 그 위험을 알 수가 없었다. 

사진으로 남겨놓지 못해서 애석하지만 간단히 요약해보자면 이런 상황이다. 부실하게 결합되어 있는 홀더 장착부품이 스풀에서 출력중 빠져버린 것이다. 둘다 완전히 빠진게 아니라 한쪽만 빠진채 돌다보니 필라멘트가 한쪽으로 빠져나와 볼트쪽에 걸치게 된다. 이때부터 필라멘트는 잘 풀리는 것이 아니라 볼트에 감겨서 완전히 묶여져 버리게 되었다. 익스트루더가 아무리 당겨도 필라멘트는 잡아당겨지지가 않고 (꼬인채 완전히 결착되어 있었다) 그러나 이를 알지 못하는 익스투르더는 계속 돌면서 출력을 해나가는 것이다. 어느 순간까지는 얇게 뽑히며 거미줄을 형성해 놓았지만 그 순간이 지나고 더이상 조금의 필라멘트도 당겨지지 않는 상황에서는 출력이 되지 않은 채 노즐이 허공을 왔다갔다 했을 뿐이다. 

이후 문제를 조치하려고 익스트루더 팬을 떼어내 안을 보니 필라멘트가 갈려서 가루가 날리는 상태였다. 

이것은 내가 경험한 문제였지만 이 외에도 필라멘트가 가지런히 감겨있지 않고 잘못해서 꼬여 들어가게 되면 풀리다가 묶여버리는 경우가 발생한다. 이또한 토출 불량으로 이어진다. 

필라멘트가 물리적인 거리를 지나 익스트루더로 오기 때문에 장비의 한 귀퉁이에 걸리게 되면 이것 역시 불량으로 나타난다. 어떤 경우에는 출력물의 외벽과 같은 곳은 힘있게 당기기 때문에 문제가 없다가도 서포트나 내부 infill 을 빠르고 가볍게 출력하려고 할 때는 당기는 힘이 부족하여 토출불량을 야기하기도 한다. 

이런 문제가 발생했을 때에는 필라멘트가 노즐을 통해 나오는 경로의 것들에 무슨 문제가 있는지를 따라가면서 조치해보길 바란다. 

5) 주름 (현재진행형)

주름은 크게 2가지 형태가 주를 이룬다.  하나는 출력물 표면상에 가로 방향으로 발생하는 것이고 다른 하나는 세로방향으로 발생하는 형태이다. 

왼쪽사진의 가로방향의 물결처럼 나 있는 주름은 wave 혹은 ringing 이라고 불리우는 불량이고, 오른쪽 사진의 출력물 세로 방향(사진은 90도 회전한 모습)으로 울룩불룩한 형태로서 wobble(와블)이라고 표현된다.  우리나라에서는 구분없이 와블이라고 불리고 있는 것 같은데 향후 검색이나 제대로된 문제해결을 위해 구분해서 볼 필요가 있는 것 같다. 

첫째 ringing 문제가 발생한 히스토리를 따라가면서 변수가 뭐가 있었는지를 찾아보니 나의 경우에는 Slicer 프로그램의 변화였다. 처음에는 Cura 3.0.1 버전을 쓰다가 15.04.06 버전으로 바꾸었는데 ringing 발생이 그전에도 없었다고는 할 수 없지만 눈에 띌 정도로 많아진 것을 발견할 수 있었다. 

그래서 슬라이서 프로그램은 다시 3.0.1 버전으로 바꾸어보니 확실히 달라짐을 보게 되었다. 사진에서 큐브의 절반만 출력한 것이 바꾼 슬라이서로 출력한 것이다.  물론 그렇다고 완전히 없어진 것은 아니다. 혹자는 15만원 상당의 simplify3D 라고 하는 유료 슬라이서를 사용하면 더 개선된다고도 하는데 나의 경우는 그렇게 까지 투자하고 싶지는 않다. 

출력속도를 낮추면 개선이 된다고 하는데 속도를 낮추면 출력시간이 늘어날 수밖에 없다는 점이 단점이다. 

그리고 각 축 움직임의 Acceleration 값과 Jerk 값을 낮추면 개선된다고 하지만 이것 역시 출력시간을 늘이게 되는 결과를 초래하기도 하지만, 절반정도 줄여서 진행해보았으나 결과물의 차이가 없기에 현재 어떻게 해결할 수 있을지 고민하고 있다. 

와블의 문제는 z 축으로 생기는 울퉁불퉁함이다. 처음 조립을 하고 난후에 샘플용 필라멘트로 출력할 당시에는 없던 형태의 불량이 내게 발생한 것이다.  

일반적으로 Z 축 와블의 경우는 z 축 움직임을 가능케 하는 스텝모터와 연결된 전산볼트로 인해 발생하는 걸로 알려져 있다. 전산볼트가 Z 축방향으로의 움직임만 발생시키면 되는데, X,Y 축으로의 움직에도 영향을 주게 될 때 wobble 이 발생하는 것이다.

사진으로 보면 다음과 같다.  

전산볼트가 완전히 직선이면 괜찮겠지만 약간 휘어져 있거나 결합시 각도가 틀어져 결합이 되어 있을 때는 회전시에 전후좌우로 움직일 가능성이 있다. 이때 전산볼트가 혼자 움직이면 괜찮지만 같은 마운트에 있는 축 봉이 움직이고 이는 노즐을 잡고 있는 벨트의 움직임에도 영향을 미친다. 

이를 잡기 위해서 thingiverse 에 보면 다양한 출력물이 올라와 있는데 전산볼트 상단을 고정시키는 방식은 원리상으로 보았을 때 해결방법이라고 보기 어렵다. 물론 고정을 통해서 우연히 센터링을 잡았을 때에는 해결될 수 있지만 가공에 의해 만들어진 본체에 그런 확률을 기대하기는 어렵다고 본다. 대체로 많은 사람들이 전산볼트 상단고정방식으로 오히려 와블이 더 많아졌다고도 말한다.  

다음으로는 전산볼트의 움직임과 마운트를 분리시키는 방식이다. 전산볼트의 회전에 의한 움직임은 Z 축만 이동하게 하고 X, Y 로의 영향은 없도록 하는 방식인데, 이것이 전산볼트의 출렁임에 의한 와블을 잡는 제대로 된 방식이 아닐까 생각한다. 

그러나 나의 경우는 좀 달랐다. 

이전에는 없던 와블이고 본체가 탄탄하다고 자부하는 메탈프레임의 AM8 인데 이런게 생긴다는게 석연찮았다. 

그래서 이 현상이 발생한 시점으로 돌아가보니,

층간소음 문제 때문에 베란다로 프린터를 옮기고 나서부터였다는게 생각이 났다. 

뭔가 옮기면서 하드웨어가 틀어진 부분이 있는건가? 

그렇게 생각하고 있을 때 최근 octoprint 를 설치하고 나서 뭔가 다른 요인과 관계가 되어 있을 수 있다는 생각이 들었다. 

그것은 베드 온도였다. 

생각해보니 프린터를 베란다로 옮기고 나서부터 너무 추운 날씨를 의식해서 베드에 온도를 올리고 진행했던 것이다. 

그전에도 베드 온도를 올렸지만 실내 25도 온도에서 40도 온도로 맞춰놓고 했으니 그다지 온도차가 많지 않았지만, 10도 전후를 오르내리는 날씨에 60도 온도로 출력하다보니 변화가 있었다. 다음은 octoprint 에 나타난 온도 그래프이다. 

같은 그래프를 2개 올려놓은 이유는 그 구간에서 최소 온도와 최대 온도를 보여주기 위함이다. 더 낮고 높은 온도가 있을지 모르지만 내가 포착한 온도는 60도 온도조건에서 최저 57.6도 최대 62.1도까지 나타났다. 대략 4.5도의 온도차이다.  그리고 이것이 주기적으로 계속 반복해서 나타났다. 

왠지 저 표면의 와블과 비슷하다는 생각이 들었다. 

일반유리의 열팽창계수가 1도 변화에 0.0009%정도라고 하니 대략 계산해보았다. 5도 가량의 온도변화가 있다고 했을 때 0.0045%. 이건 내가 생각했을 때 정말 작은 변화라는 느낌이 들었다. 

그래서 한번 저 현상이 발생한 블럭을 놓고 계산해보았다. 한변이 20mm 인 블럭이니깐 유리베드 바닥의 위치변화는 0.09mm

허걱, 이렇게 놓고 보니깐 적지 않은 길이이다. layer 층을 현재 0.2mm로 하고 있으니 그것의 절반정도의 길이가 틀어진다는 말이 된다. 이 문제는 해결해놓고 볼 일이라고 생각이 들었다. 

그래서 찾아보니 marlin 펌웨어 configuration.h 에 PID 제어 기능이 있음을 알게 되었다. 

일단은 // 기호로 기능이 안되고 있는 PIDTEMPBED를 활성화시키고 기존에 온도가 떨어지면 베드에 전기가 들어오고 온도가 높아지면 베드에 전기가 끊어지면서 오르락내리락 하게 했던 BED_LIMIT_SWITCHING 를 꺼버렸다. 

kp, ki, kd 등의 값도 이 실험이후에 Optimize 해서 지금 잘 쓰고 있다. 결과는 다음과 같다. 

온도변화가 어떻게 달라졌는지 확인해보길 바란다. 

베드 온도가 전혀 흔들거리지 않고 아주 수평한 형태로 유지됨을 보게 되었다. 

그래서 결과는 어떻게 되었을까? 

왼쪽은 기존 출렁거리던 베드에서 출력한 것이고 오른쪽은 PID 제어로 온도가 유지되는 베드위에서 출력한 것이다. 

해결하였다. 

그러나 아직까지 완전히 매끄러운 형태는 아니다. 게다가 옆면 주름인 ringing 은 여전히 존재한다. 그러나 이것도 하나씩 탐구하고 조건을 바꿔가다 보면 해결되지 않을까 생각이 된다. 

이상  왕초보의 출력 불량 삽질기를 마치기로 한다. 

혹시 잘못된 부분이나 추가해야할 부분이 있으면 언제든 글 남겨주시길 바랍니다. 

김성민의 북리지 - 함께 성장하는 책 리더십 지혜