[범블비 델타 13] 모터 연결, 베드출력, 보드케이스 디자인

[범블비 델타 13 - 모터연결, 베드 출력, 보드케이스 디자인]

지금까지 진행사항을 정리해보고 이어가도록 하겠다.

먼저는 각 파츠들을 모으고 하드웨어적인 프레임 조립이 끝났다.

(https://youtu.be/Bf0llQ4xqqo)

그 다음으로 tmc2130 을 skr1.1 보드에 성공적으로 안착시켜서 소프트웨어 측면의 조정도 완료가 되었다. (https://youtu.be/tS_vPuQkG2c)

이제 기계적으로는 더 이상 신경써줄게 없게 되었다. 

한가지 남은 것은 바로 선정리다.  오늘은 그것에 대해 기록을 남겨보도록 하겠다. 

1) 모터연결

이미  tmc2130 의 센서리스 호밍을 설정하면서 설정을 마쳤지만 중요한 정보가 있어서 언급해보도록 하겠다.  나는 모터구입에 매우 신중해지려고 했다. 그 이유는 tmc 드라이버에서 일전에 모터발열때문에 힘들었던 기억이 있었기 때문이다. tmc 드라이버로 궁합이 맞지 않는 스텝모터를 연결했을때는 문제가 발생했었다. Vref 라고 하는 모터드라이버의 전압값이 높을 때는 심각한 모터발열이 났었고, 전압값이 낮을 때는 탈조때문에 힘들었다. 아직 제대로 가동을 해보지 않아서 이번에는 어떨지 모르겠지만 현재 시점에서 내가 어떤 모터를 선택했는지 간략하게 글을 남겨보도록 하겠다. 

과연 TMC 드라이버에 맞는 모터의 스펙은 어떤 것일까?  그게 내가 찾아 헤맸던 질문이다. 이에 대해 내가 들었던 말은 2가지 상반된 의견이 있었기에 매우 혼란스러웠다. 

첫째, TMC 드라이버는 모터전류치가 1A 를 넘는걸 쓰면 안된다. 즉, 낮은 전류스펙의 모터를 구입해야 한다. 

둘째, TMC 드라이버는 큰 전류치 모터에 적정 전류를 가해줘 사용하는게 좋다.  즉, 높은 전류 스펙의 모터가 답이다. 

일반적으로 데스크탑 3D 프린터에 사용하는 스텝모터는 Nema17 모터라고 해서 가로세로 1.7inch 즉 약 43mm 가 되는 규격을 쓰고 있다. 이때 모터의 길이 방향이 길 수록 전류치는 높고 토크도 강해지는 식으로 모터규격이 정해져 있다. 

모터드라이버를 통해서 스텝모터의 최대전류치에 맞는 전류를 흘려주면 제대로 만든 모터라면 모터스펙에 있는 최대토크를 내주는게 스텝모터의 원리였다. 

여기서 모터드라이버의 적정 전류치가 참 혼동되는 개념이다. 흔히 Vref 라고 하는 값을 통해서 전류를 인가해주는데,  이에 대해 제대로 명쾌하게 설명해주는 글을 보지 못했던 것 같다.  아마도 전류나 모터쪽을 전문적으로 하는 분들은 구구절절 설명하지 않아도 직관적으로나 경험적으로 이미 알고 있는 내용이기 때문에 따로 설명이 없는건 아닐까 싶었다. 하지만, 전기 문외한의 입장에서는 사람마다 이야기하는 드라이버 Vref 설정에 대한 내용이 다르기에 (특히 발열의 입장에서) 많이 혼동되었던게 사실이다.  혹자는 smps 의 전압값과 거기서 모터드라이버에 인가해주는 전류치를 모터드라이버에서 모터로 가는 전류와 동일시해서 최대 Power 를 계산해 발열을 줄인다라고 말하는 사람도 있었다. 그런 글에서 기술해놓은 내용을 따라 가다보면 늘 명쾌하지 않은데다가 잘못된 정보를 써놓고 있는 것도 확인할 수 있었다. nema 17 의 일반적인 스펙이 2상 모터이기 때문에 power 는 2배가 되어야 하는데 그걸 감안하지 않았다거나 해서, 제대로된 계산이 아닌데도 불구하고 그게 원칙인것마냥 이야기하는 내용들이 잘못된 정보의 대표적인 케이스라고 할 수 있다. 그러던 중 찾은 가장 이해하기 쉽고 합리적인 설명은 pololu 에서 나온 Vref 설정에 대한 영상이었다. (https://youtu.be/89BHS9hfSUk) 영어로 되어 있다는게 안습이긴 하다. ㅠㅠ 

어쨋든, 여기서는 내가 이런 오류들을 잡아내고 내 나름의 기준을 설정한 내용을 구구절절 설명하고 싶지는 않다. 왜냐하면 내가 이해한게 맞는지 아직 확실치는 않기 때문이다.  하지만 나는 앞서서 2가지 모터 선정에 대한 관점 중 두번째 의견을 따르기로 결정하였다. 이렇게 결심한 이유 중 하나는 이전에 내가 tmc2100 을 사용하면서 발열과 탈조로 고민했던 모터는 Anet A8 기본 모터였는데 이 모터의 전류치가 0.9A 였었기 때문이다. 물론 중국산 모터가 제대로 스펙 기재가 되어 있을지도 의문이긴 하였지만 34mm 라고 하는 길이를 봐서는 절대 1.68A 라는 (이렇게 잘못 기재되어 있는 해외 유명사이트도 있었다) 값은 아닐것이라 보았다. 그래서 높은 토크와 높은 전류치의 모터를 구입해서 tmc 드라이버에 맞는 발열을 최소화 할 수 있는 낮은 전류를 가해줄 생각이었다. 이때 토크가 낮아지더라도 기본 스펙이 높은 토크였기 때문에 어느정도 프린터에는 적용할 만한 힘이 나오지 않을까 하는 생각이었던 것이다. 

그래서 나는 국내 한 프린터 파츠 몰에 있는 중국산 1.68A 의 4.0kg･cm 의 홀딩토크를 내주는 녀석을 구입하였다.  센서리스 호밍과 프로브 캘리브레이션을 가진행해본결과 tmc2130 에서 전류치를 500mA 를 준 상태였음에도 출력 모터 힘은 괜찮아 보인다. 이제 남은 것은 실제 출력시 발열 여부인데  발열 여하에 따라 전류값은 낮추거나 조금 높일 수도 있을 듯 하다. 조금 큰 모터를 구입했기 때문에 이렇게 조정할 여지가 있다는 점이 내가 노렷던 면이기도 하다. 

그런데, 이걸 조립하는 과정에서 황당한 실수를 했었다.  물론 실수라기 보다는 무지의 결과였다고 보는게 맞겠다.  과거의 경험을 바탕으로 현재를 확신으로 살려면 늘 이런 문제를 맞닥뜨리게 되는 것 같다.  바로 배선연결 문제였다. 

나는 일전에 범블비 1호를 만들때 커넥터의 선을 빼서 뒤바꾼후 배선연결을 제대로 해서 모터연결에 성공했던 적이 있다. 그래서 이번에도 그렇게 같은 방식으로 했던 것이다.  그런데 스텝모터가 이상하게 도는 것이었다. 틱틱거리면서 제대로 스텝을 못찾는 것을 볼 수 있었는데 그 이유는 내가 제대로 할려는 마음으로 바꾸었던 배선이 오히려 잘못 연결하게된 결과를 초래했기 때문이었다.  받은대로 가만 놔두었어야 했다. 

위에 모터케이블 2개가 있는데 잘 보면  배선 연결이 서로 다르다.  나는 모든 모터가 오른쪽처럼 연결해야 되는줄로만 알았는데, 실제론 모터마다 다른 것이었다. 내가 이번에 구입한 모터는 왼쪽처럼 순서가 동일하게 연결되어 있어야 제대로 작동하는 것이었는데 그걸 모르고 선을 뒤바꿔버렸으니 제대로 돌아가지 않았던 것이다.  새로 모터를 구입해 장착하시는 분이 있다면 나와 같은 실수를 하지 않게 되길 바란다. 

2) 베드 출력

베드를 어떻게 구성할지 잠시 고민했었는데 결국 출력해서 장착하기로 결정했다. 

일단 히팅베드를 안할 것이기 때문에 적당한 원형판을 만들어 프로파일에 고정시켜놓으면 되지 않을까 싶었고, 별도의 스프링이나 조절나사등은 안하기로 했다. 이렇게 할 수 있던 이유는 내가 장착한 오토레벨링 센서를 통해서 베드 캘리브레이션을 한다면 별도의 조절장치는 없어도 되겠다 싶었기 때문이다. 이는 이미 범블비 1호기에서 높낮이 조절안되는 베드를 장착하고 오토레벨링 센서로 커버했던 경험이 있기에 델타에도 충분히 가능하지 않을까 싶었다. 

대략 사이즈를 측정하였고 직경 200mm 의 원형판에 프로파일 고정용 구멍 3개를 뚫은 다음과 같은 모델링을 하였다. 

그리고 이를 열심히 출력했다. 

수출때문에 바깥쪽이 베드에서 떨여져 휘는 문제가 있긴 했다. 하지만 내가 사용할 것은 Top 이고 Top 자체는 X,Y 노즐 움직임에 의해 수평이라고 보았기 때문에 괜찮을 거라 생각했다. 또한 그 위에 고무자석과 PC 판을 올릴것이기 때문에 어느정도의 휨은 감수해도 되지 않을까 싶다. 

그래서 완성된 베드 판을 일단 상단에 올려본 모습이다. 치수를 대충 재어서 만들었는데 사이즈가 괜찮게 맞는듯 하다.  구입한 150mm PC 판을 올려보니 160~180mm 정도의 PC와 강판을 구입했더라는 아쉬움이 밀려왔다. 애초에 130mm 직경 출력 스펙을 만들려고 했을 때는 150 정도만 되어도 충분하다고 생각했는데, 지금 생각해보니 좀더 크게 하고 만들어진 프린터에서 실제 안정적 출력 가능 직경을 찾아보는게 나았지 않았나 싶었다. 

어쨋든, 이로써 튼튼한 베드 완성  ^^v

3) 보드 케이스 디자인 및 출력 / 장착

범블비는 기본적으로 조금은 작은 프린터를 지향한다. 그런데 어쩌다보니 범블비 델타는 아주 작게는 안되었고 약간 크기가 어느정도 되는 형태로 완성이 되가고 있다. 하지만 기존 Kossel 보다는 사이즈가 작기 때문에 하부에 보드를 장착하는게 어려움이 있지 않을까 싶어서 신경을 썼다.   모터까지 장착하고 모터와 모터사이의 간격을 자로 재어보니 약 90mm 정도가 나왔다.  보드의 사이즈를 재어보았다. 그랬더니 다행히 90mm 보다는 작은걸로 나와서 정말 큰 한숨을 돌릴 수 있었다.  만일 보드가 안들어가는 간격이 남았다면 그 보드를 어디에 둘지 난감했었기 때문이다. 

싱기버스에는 skr 보드의 다양한 케이스들이 이미 올라와 있었지만 내가 장착할 공간인 90mm 안에 들어가도록 만들어진 케이스는 없었다. 그래서 따로 내가 직접 디자인을 해서 만들어줘야만 했다.  그동안 몇가지 생활 물품들 디자인하면서 조금 자신감이 있었기에 시작해보기로 했고, 드디어 디자인을 완성했다. 

상단에는 집에 가지고 있던 80mm 팬을 장착할 수 있도록 했고, 이 보드를 열어볼때 베드를 떼어내는 번거로움을 줄이기 위해 보드 덮개 방향을 아래로 향하고 팬도 아래쪽에서 위로 불도록 만들려고 했다. 범블비 아래는 다리가 있어서 대략 공간은 나올 듯 싶었다. 

직접 디자인한 것을 출력할 때 정말 보람되고 기쁘다. 

보드를 넣어보니 정말 딱 맞아 떨어진다. 

옆쪽 구멍들은 일단은 바람이 통하는 구멍이지만 모터케이블 같은 것이 이 구멍으로 들어올 수 있도록 사이즈를 맞췄다. 예전에는 케이스 내부에 선을 뭉쳐넣고 밖으로는 깔끔하게  선처리를 했는데 내부가 무척 비좁기 때문에 바깥에서 케이블 타이등으로 묶어 선정리를 해야할 듯 하다. 

저렇게 너저분한 선들을 볼 때 skr1.3 을 구입하지 않았다는 아쉬움이 더 크게 밀려온다. 

80mm 팬까지 장착해보니 훨씬더 그럴듯 하다. 

팬의 위치가 X 모터드라이버에 직바람을 못주는 것 같아 디자인을 수정해 팬의위치를 옮기고 모터그릴까지 출력해 범블비에 장착한 모습. 

이렇게 장착한 뒤 범블비를 바로 세워보면 이런 모습(아직 히터나 쿨링팬등의 선 연결은 안한 상태)이 되었다.   이 위에 선정리를 끝내고 앞에서 만든 베드를 올려놓으면 작동을 시켜볼 수 있을 듯 하다.    두근 두근...  

다음 포스팅에서는 초기 작동 결과를 공유할 수 있게 되길 바란다. 

모두들 즐거운 프린팅 생활 되길 ....

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