[김성민의 삼디 Life] 플렉서블 필라로 스마트폰케이스 성공기

[김성민의 삼디 Life - 플렉서블 필라로 스마트폰 케이스 성공기]

최근에 지인으로 부터 플렉서블 필라멘트를 선물로 받았습니다. 

그래서 소소하게 이것저것 출력을 해보다가 

몇몇분들의 추천에 힘입어 스마트폰 케이스를 출력해보기로 하였습니다. 

그러나 처음부터 난관에 봉착을 했는데

그것을 하나씩 해결해가며 결국 다음과 같은 스마트폰 케이스 출력에 성공하였습니다. 

이번 포스팅에서는 제가 경험했던 삽질을 바탕으로 플렉서블을 출력에 성공하기 위한 세가지에 대해 이야기해보겠습니다. 

<플렉서블 필라 출력 성공을 위해 알아야할 것 3가지>

1. 익스트루더 말림

2. 압출량

3. 베드안착

1. 익스트루더 말림

플렉서블 필라멘트를 사용할 때 가장 먼저 고려해야 할 것은 익스트루더 내에서 필라멘트가 말리는 현상을 잡아야 한다는 것입니다. 

저는 '뭐.. 그냥 해도 되지 않을까?' 하는 안일한 마음에 출력을 진행했었는데

처음 두번은 성공적으로 나왔지만 세번째 출력시 잠시 자리를 비웠다 가보니 노즐이 허공을 헤매고 있더군요.

그리고 익스트루더 틈으로 이상하게 필라가 빠져 나온 것을 경험했습니다. 

저기 저쪽에서 나올게 아닌데 이게 무슨 일이지 싶었는데 알고보니 전형적인 익스트루더 내의 필라 말림현상이었습니다.   인터넷에 찾아보니 플렉서블 필라멘트를 쓰게 되면 다들 한번씩 이런걸 경험하는 것 같더군요. 

<사진출처 : Dabbletron 사이트>

제가 안을 확인해보지 않고 필라를 뽑아 보았는데, 엄청난 길이가 딸려 나왔습니다. 

아마도 익스트루더 내에서 빙글빙글 한참을 꼬이고 돌고 했을 것 같습니다. 

이를 해결하는 가장 일반적인 방법은 익스트루더를 필라 말림이 발생하지 않는 형태로 바꿔줘야 하는데, 별도로 돈쓰기 좋아하지 않는 저는 싱기버스에 올라와 있는 출력물을 이용하기로 했습니다. 

필라가 말리는 것은 익스트루더가 리트랙션등으로 갑작스럽게 밀어줄 때 플렉서블이 밀려 들어가지 않고 압출기어와 노즐목 사이의 공간에서 옆으로 삐져 나가면서 발생하는 것이었습니다.  이 부분을 휘지 않도록 해주는 장치가 싱기버스에 많이 올라와 있는데 그중에 제가 쓰는 Anet A8 용의 출력물이 있어서 적당한 것을 골라 출력해 장착해줬습니다 

https://www.thingiverse.com/thing:2366523

이때, 이 출력물의 재질이 중요할 것 같습니다.  이 출력물을 보는 바와 같이 지지하는 곳이 장력스프링의 하단 볼트 한곳뿐이기 때문에 만약 PLA로 출력을 하게 되면 열에 의해 쉽게 변형되어 오히려 압출을 방해하는 요소로 작용할 것으로 예상이 되었습니다. 

아래에서는 히터블럭의 열이 올라오는 곳이고, 옆에는 익스트루더 모터의 발열에 의해 영향을 받을 수 있기 때문입니다.  

그래서 저는 가까운 무한상상실에 들려서 ABS 로 이 파츠를 출력해 장착해주었습니다. 

출력을 해놓고 보니 필라멘트가 들어가는 구멍에 필라가 너무 뻑뻑해서 살짝 구멍을 넓혀주는 작업도 해주었습니다. 

이렇게 해주고 나서 여러차례 출력을 진행했었으나 필라 말림은 발생하지 않더군요. 확실히 안정적인 것이 장시간 출력에도 안심이 되었습니다. 

저의 경우는 익스트루더가 직결방식인데 보우덴으로 쓰시는 분 중에도 저런 파츠를 삽입하여 출력에 성공하는 경우를 종종 보게 되더군요. 플렉서블을 출력하고자 하시는 분은 자신의 익스트루더가 쉽게 말릴 수 있는 구조라면 익스트루더 파츠를 업그레이드 하시는 걸 추천드립니다. 

2. 압출량

이것은 베드 안착과 복합적으로 나타난 불량인데 원인이 다른데 있는 것으로 여겨져 분리시켜 말씀드리겠습니다. 

필라는 기존 PLA 에서 플렉서블로 바뀌었으나 압출과 관련된 조건은 온도 이외에는 동일하게 진행했는데, 이상하게도 출력 결과가 실처럼 뽑히는 것입니다. 

 

첫 레이어만 이렇다면 베드와 노즐사이의 간격을 의심해볼 수 있겠으나 전체적으로 압출량이 적은 것이 그대로 보이더군요. 

1) Step 값

일단 Step 값을 측정해보았습니다.  그랬더니 이상하게도 일반 PLA보다는 작게 나왔습니다.  그 결과는 다음과 같습니다. 

혹시 그동안 Step 값이 바뀌었나 해서 기존 일반 PLA 를 이용해서 다시 Step 값 테스트를 진행해보았지만 기존에 setting 되어 있던바와 같이 100mm 가 정확히 소모되는 것을 확인하였습니다. 

결과는 이렇지만 정확히 어떤 원인에서 이런 결과가 나왔는지는 모르겠습니다. 

다만 추측하기로는 탄성을 지니고 있는 필라가 익스트루더 기어의 이빨에 맞물려 밀릴 때에 일반 PLA 와는 다르게 움직이는 것이 아닐까 하는 생각입니다. 

(추가 : matterhackers.com 에 있는 플렉서블 출력에 대한 글을 찾았는데, 거기에도 이와 같은 말이 나와 있는 것을 확인했습니다.  Turn up the extrusion multiplier a bit more. A great way to get this accurate, is to do an E-step calibration for your flexible filament, because what works for PLA won’t work the same for TPE. What gets you 100mm in PLA might only get you 85mm with TPE, so follow our E-step calibration article to get that set up. Or, once you find the proper E-steps, find the percent difference from the original E-steps, and you have your extrusion multiplier whenever you come back to your flexible, so you aren’t always going through your printer’s firmware. For example, your printer uses 400 E-steps for PLA, and after calibrating you find TPE uses 500 E-steps. 500/400=1.25, so your extrusion multiplier for TPE should be 125% and you can leave your E-steps calibrated to PLA.) 

하지만 어쨋든 결과적으로는 현재 제가 setting 해 둔 Step 값은 플렉서블 필라에서는 안맞다는 것이 밝혀졌습니다.  그러나 매번 필라를 바꿀 때마다 펌웨어 상의 step 값을 바꾸는 것은 뭔가 적절하지 않은 것 같아서 슬라이서상의 flow(압출량)를 바꿔주기로 하고 이 값을 아래와 같이 입력해 넣었습니다. 

결과는 어땠을까요? 

자신만만하게 성공할 것을 기대했지만, 이번에도 실패였습니다. 

출력을 처음에는 skirt 만 했다가 안착에 문제가 생겨서 브림을 넣었는데 외곽부터 brim 이 형성되는 모습을 보니 여전히 선들이 떨어진채 만들어지는게 아니겠습니까?  그래서 프린터상에 있는 flow 값을 강제로 올려가면서 옆의 선들끼리 붙도록 한 것이 위의 사진의 결과입니다.  오른쪽에 면발이 뽑힌 것은 장비상의 flow 가 100으로 진행된 것이고 안쪽으로 돌아가면서 점차 130 정도까지 올려서 나온 값입니다. 

2) 필라 직경

왜 이런 결과가 나왔을까 원인을 생각해보다가 필라의 직경을 측정해보았습니다. 

다른 플렉서블은 써보지 않아서 일반화시킬 수는 없겠으나 저의 플렉서블 필라의 직경은 기존에 설정되어 있는 1.75mm 보다는 다소 작은 값을 보였습니다. 

필라의 위치별로 차이는 있으나 위의 사진으로 보면 대략 1.72mm 정도로 보여집니다. 

이를 1.75와의 압출량 비를 보면 약 96% 정도선이기 때문에 영향을 미쳤다고 볼 수 있으나 프린터의 Flow 값을 130이상 올려야 했던 것의 주 원인은 아닌듯 싶습니다. 

어쨋든, 필라 직경에 따라 압출량이 달라질 수 있다는 점도 체크포인트 중 하나라는 정도로 정리해볼 수 있겠습니다. 

3) 필라 수축

세번째 원인은 저의 상상의 영역입니다. 실제로 어느정도 일지 테스트 방법이 전혀 없는 것은 아니지만 그렇게 까지 하지는 않으려고 합니다.  대신에 해외 사이트에 올라와 있는 TPU와 TPE 의 필라 수축량에 대한 데이터를 가져와봤습니다. 

<출처 : rigid.ink 사이트 TPU, TPE comparison>

다른 자료에 보면 PLA 의 수축량이 0.3~0.5% 라는 것과 비교해보면 플렉서블 필라멘트가 수축이 더 잘 되는 것으로 볼 수 있겠습니다. 이 값은 통상 ABS 가 0.7 ~ 1.6% 라고 말하고 있으니 ABS 에 버금가거나 더 큰 수축량을 가지고 있음을 알게 되었습니다. 

수축이 된다는 것은 동일한 필라를 압출했을때 최종 출력물의 부피가 줄어든다는 것으로 볼 수 있으므로 결과적으로 압출량이 줄어든 결과로 이어질 수 있으리라 봅니다. 

지금까지 저는 1) Step 값  2) Filament 직경 3) 필라수축 이 세가지를 통해서 기존 PLA와 동일한 압출량을 설정해놓고 Flexible을 출력하면 안된다는 사실을 확인해보았습니다.  처음 플렉서블을 써보는 저로서는 당황스럽기도 했지만 이런 기회를 맞이하여 새롭게 배울 수 있는 순간이었습니다. 

결론적으로, 플렉서블 필라멘트를 사용하시려고 한다면 기존 PLA 에 비해 슬라이서상의 압출량을 보다 높여 진행하시길 추천드립니다. 그리고 그것의 정확한 값은 직접 몇가지 테스트를 통해 정하셔야 할 것으로 여겨집니다.  (참고로, 제가 첫 레이어에서 슬라이서의 flow 값을 112로 높였음에도 프린터에서 다시 130으로 올렸던 것은 노즐과 베드사이의 간격을 조금 높게 조정했었던 탓도 있었습니다. 그 상태로 계속하니 두번째 레이어부터는 압출 과다가 발생하더군요.. ㅠㅠ )

3. 베드 안착

저는 최종적으로 저만의 스마트폰 케이스를 다섯번의 시도끝에 만들 수 있게 되었습니다. 

그러니깐 총 네번의 실패가 있었다는 말이죠.

각 실패의 사진은 다음과 같습니다. 

이 네번의 문제는 여러가지 불량이 섞여 있긴 하지만 가장 핵심적으로는 베드 안착의 문제라고 볼 수 있습니다. 

가장 흥미로왔던 순간은 1번 실패 이후에 했던 2번이었습니다. 

왜냐하면 1번은 안착이 안되어 발생한 실패였던데 반해 2번은 안착이 너무 잘되어 발생한 실패였기 때문입니다. 

저는 1번 실패 이후에 2번을 출력할 때에는 프린터 조건 2가지를 바꾸었습니다. 

첫번째는 Brim 을 넣어주었고, 두번째는 Bed 온도를 40도에서 60도로 올려서 진행했습니다. 

1번 실패때 모퉁이부터 서서히 수축에 의해 들뜨는 것을 보았기 때문에 제가 할 수 있는 상식적인 조치였습니다. 

저의 탁월한 조건 설정능력이 빛을 발했는지 다음과 같은 성공적인 출력을 보면서 스스로를 대견하게 생각했었습니다.   순전히 저만의 착각임이 곧 드러났지요. 

이제 베드로 부터 뜯는데, 이게 왠걸 첫 레이어는 그대로 베드에 붙어 있고, 1번과 2번 레이어 사이가 주욱 뜯겨 버리는 것입니다.  망연자실

게다가 베드에 남아 있는 첫번째 레이어를 뜯으려고 하는데 일단은 필라 사이의 간격 때문에 한가닥씩 뜯어내야만 했고, 그마저도 떼어내기가 거의 불가능할 정도였습니다. 

물에 밤사이에 담가놨다가 해보기도 하고, 라이터 불로 지진다음에 떼어보기도 하고, 냉동실에 30분간 얼렸다가 떼어보기도 하고, 핀셋으로 한줄씩 잡아서 떼기도 하고, 약 1시간 정도를 한줄 한줄 떼어낸 결과가 아래 사진과 같습니다.  결국 이건 아니다 싶어서 저 PC 판을 그냥 버려버리기로 결정하였습니다. 

그때 그냥 PC 판 바꾸면서 플렉서블 스마트폰 케이스는 포기하려고 했습니다. 그랬다면 어쩌면 이 글도 나오지 않았겠지요.  그런데, 그동안 낭비해버린 필라도 있고 시간도 허비했는데 여기서 멈추면 아무것도 안남을 거란 억울한 생각에 다시 머릿속으로 뭐가 문제였지 하며 고민을 하게 되더군요. 

고민중에 하나는 왜 첫번째는 정말 잘 떨어졌는데, 두번째는 저토록 강하게 붙어서 안 떨어지는가 하는 것이었습니다.  베드온도를 조금 높였다가 저렇게 강하게 붙어버릴 수가 있는건가 하는 의구심이 생겼습니다. 도무지 상식적으로 말이 안된다고 여겨졌었지요. 그때 OC카페의 과슈님과 현준아방님의 댓글에서 번뜩하는 섬광이 스쳤습니다. 

특히 현준아방님이 자신도 pc 판 베드사용할 때 너무 안떨어져서 버렸다는 말씀에 PC 판과의 플렉서블 필라간의 궁합이 너무 강력하다는 생각에 머물렀습니다. 

그러고 나니 첫번째 출력에서 너무 쉽게 떨어져 나가버린 이유가 이해가 되었습니다. 

첫번째 출력에서 저는 플렉서블 필라를 이용한 나만의 스마트폰 케이스를 만든다는 이 프로젝트의 성공을 위해 PC 베드판을 정교하게 준비를 했습니다. 

어떻게 준비했었는지 설명을 드리면 금방 이해하실 것입니다. 

사실 PC 판도 오래 사용을 하다보면 PLA 와의 접합력이 다소 떨어지면서 첫 레이어가 잘 안착이 안되는 경우가 발생하더군요. 그래서 제가 사용하는 방법이 딱풀입니다. 딱풀을 일단 발라놓고 출력을 하면 안착력이 다시 돌아오는 것을 경험했기 때문에 이 첫번째 출력을 위해 딱풀을 바르고, 물티슈를 이용해서 아주 얇게 골고루 펴발라 놓았던 것입니다. 

결국 첫번째 출력에서 필라멘트는 PC 위가 아니라 딱풀층 위에 올라 앉았던 것입니다. 

그리고 출력물이 수축에 의해 떨어져 나가면서 딱풀층도 같이 사라져 버린 상황이었을 것입니다. 

그리고 나서 두번째 출력은 정확히 출력물이 제거되고 딱풀층에 없어진 그자리에 그대로 (슬라이서 상에 위치이동을 하지 않은채 브림만 추가했기때문) 안착이 되었던 것입니다. 

그렇게 이해를 하고 나니, 두번째 출력물의 첫 레이어가 베드에 붙어 그토록 떨어지지 않았던 이유도, 브림은 의외로 쉽게 떨어졌던 이유다 말끔히 설명이 되었습니다. 

이제 원인을 알았으니 문제를 해결할 차례가 왔습니다.  앞서 힌트를 얻은바와 같이 유리베드로 바꿔서 진행하는 것도 방법이 될 수 있겠으나 저는 그대로  PC 배드를 이용하기로 하였습니다. 제가 할 것은 PC와 플렉서블 필라가 같이 만나지 못하도록만 하면 되겠다 생각이 들었지요.  이미 그 방법은 나와 있었습니다.  바로 딱풀 레이어를 다시 만들어주면 되겠다 싶었습니다. 

그런데, 이때 두번째 너무 베드와 달라붙어서 떼어낸다고 고생했던것이 트라우마로 작용했는지 노즐과 베드사이의 간격을 조금 높여놓은것이 화근이 되어 이것도 실패하게 되었습니다. 

물론 첫번째 레이어가 아니라 두번째 이상의 레이어를 봤을 때 전체적인 압출량이 작았던 것도 사실입니다. 그러나 베드 노즐 간격이 이 경우에는 주요 인자였던 것으로 해석됩니다. 하지만 이런 오해와 실수가 있었기 때문에 압출량 전반에 대해서 다양한 접근을 해보았던 것이지 않았나 하며 스스로 위안하고 있습니다. 

어쨋든, 이 부분도 압출량 조절을 하고 베드 간격을 조절하면서 결국 출력에 성공을 하게 되었습니다. 

세번째 이슈인 베드안착은 만약 PC 베드를 사용하시는 분이라면 참고하실 수 있는 내용이 되지 않을까 합니다. 그리고 PC 베드가 아니더라도 안착이 너무 강하게 되어 어려운 상황에서는 딱풀 레이어 신공을 펼쳐서 해결할 수 있는 방법이 되지 않을까 생각이 됩니다. 

End. 결과

이렇게 삽질을 하다가 드디어 다섯번째 정확히 성공을 할 수 있게 됩니다. 

그 결과는 다음과 같습니다. 

플렉서블 필라멘트로 출력 성공의 3가지 정리해보자면

1) 필라멘트 말림 방지 파츠를 업그레이드 한다.

2) 압출량을 기존  PLA 에 비해 높여서 진행하도록 한다.

3) 배드 안착이 너무 잘 되어 문제가 생길 수 있으니 참고하도록 한다.

장착을 해보니 원작자가 많이 신경을 썼는지 정확히 딱 맞아 들어가더군요. 

기존에 일반 PLA 로 출력을 했을 때는 딱딱하기도 하고 공차가 너무 타이트하면 잘 들어가지 않고 조금 공차가 있으면 폰이 케이스 안에서 돌아다니는 문제가 있었는데 플렉서블이라서 그런 염려도 없다는 것에 만족스러웠습니다. 

게다가 뒤에 북리지라는 이름을 새겨놓도 세상에 둘도 없는 나만의 스마트폰 케이스라는 것에 더욱 큰 보람이 되더군요. 

스마트폰 케이스를 만들어보시고자 하신다면 플렉서블로 한번 시도해보시길 강추드립니다. 

지금까지 긴 글 읽어주셔서 감사드립니다. 

즐거운 프린팅 생활 되세요.

김성민의 북리지 - 함께 성장하는 책 리더십 지혜