[휴대용 3D프린터 자작 프로젝트 4] 베드 사이즈 결정 및 프레임 디자인

[북리지의 삼디 Life - 휴대용 프린터 자작 / 베드 사이즈 결정 및 프레임 디자인]

프린터 자작을 위한 필요 부품들에 대한 리스트를 만들고 

내게 있는 것과 구입해야 할 것들을 나누어 정리를 하고 있다. 

집에 안쓰고 있는 부품 박스에 보니 프린터 한대는 족히 만들 수 있을 것 같은 파츠들이 들어 있었다. 

그러나, 목록표를 만들다보니 이걸로는 많이 부족하다는 사실을 알게 되었다. 

신경써야 하는게 하나둘이 아닌데, 

들어가는 전기부의 부품들은 크게 문제가 되지 않았다. 

규격대로 구입을 하면 되니깐 말이다.  

익스트루더 쪽의 부품도 표준화되어 있기에 내게 없는 것만 구입하면 될 일이었다. 

어찌보면 휴대용 프린터 제작 프로젝트가 간단해 보이기 까지 했다. 

그런데, 문제는 하드웨어 몸체 부위였다.  기존에 AM8 로 업그레이드 할 때에는 이미 A8 프린터의 사이즈가 정해져 있었고, AM8 용 프로파일 크기라던가 프린터 출력물들이 이미 오픈소스로 공유되어 있는 것을 사용했던 터라 고민이 없었는데,

사이즈가 작은 특별히 나만의 맞춤 프린터를 만들어야 하는 상황에서는 모든게 달라져 버렸다. 

가장 먼저 눈에 띈 것은 Y 축의 스텝 모터 장착 파츠의 위치였다. 

현재 220mm 사이즈의 베드에서는 저정도 간격이 나오지만,

나는 베드 사이즈를 줄일 예정이기 때문에 저곳의 간격이 간섭을 일으킬 가능성이 컸다. 

그리고 저 간격으로 리니어 베어링 하우징이 지나다녀야 한다는 문제도 있었고

무엇보다 베드가 기존의 H 형 프레임을 쓰는게 아니라 

별도 평판 출력물을 사용할 예정이어서 베드가 지날 때 스텝모터에 걸리지 않게 하는 것도 요구되었다.  (이 부분의 해결법을 찾았지만 그건 다음번 포스팅에서 공유하도록 하겠다.)

그것만 있는것이 아니었다. 알루미늄 프로파일을 주문하고, 연마봉을 주문하려면 정확한 사이즈를 알려줘야 하는데 과연 얼마로 잘라야 할지 정해진게 없었다. 

모든 것을 내가 결정해놔야 하고, 이를 위해서는 오픈소스 디자인을 활용한다고 하더라도 개별 설계가 병행되어야 가능하다는 사실을 알게 되었다. 

이런 설계를 위해 가장 먼저 해야 하는 것이 뭘까?

나는 베드라고 생각했다. 

베드 디자인이 나오고 리니어베어링 가이드를 어디에 설치해야 할지가 정해져야 Y endstop 위치가 나오고 그에 따라 프로파일의 사이즈가 나오겠다 싶었다. 

그래서 간략히 그려보았다. 

프린터를 오른쪽 측면에서 보았을 때의 모습이다. 

Y축 연마봉을 따라 앞뒤로 움직일 때 베어링 하우징이 2020 프로파일에 부딪히는 영역을 표현해보았다. 

여기서 D와 d 를 결정하여야만 알루미늄 프로파일의 길이를 정할 수가 있게 된다. 

여기서 잠시 고민을 했었다.  국내 3D 프린터 부품을 판매하는 한 사이트에서는 170x170 의 알루미늄 평판을 팔고 있었기 때문에 그걸 그대로 쓰려고 한다면 베드 사이즈를 170x170 으로 하는게 좋겠다는 생각도 했다. 

그러나 여러가지 고민을 하다가 원래 목적대로 작은 사이즈의 미니 휴대용 프린터가 목적이기에 좀 작게 만들자고 마음을 먹고 최정적으로 150 x 150 으로 결정하였다. 

히팅베드로 할게 아니기 때문에 표면이 꼭 알루미늄이 아니어도 될 듯 하고,

집에 안쓰고 있는 3T PC 판을 올려놓고 쓰면 되지 싶었다. 

그리고 나서 다시 밑에서 보았을때의 베드 디자인을 그려보았다. 

이렇게 그려놓고 보니 양쪽 간격을 30mm 로 하면 되겠다는 생각이 들었다. 

그래서 결론은 

D = 150 mm

d = 30 mm

베드 사이즈가 나왔으니 이제 남은 것은 Y 축 프로파일의 사이즈를 결정하면 되는 것이었다. 

여기서 Ly 는 베드가 끝에서 끝까지 갈때의 값이니깐 최소로 240mm 는 되어야 한다는 계산이 나왔다. 

여기서는 약간의 여유 공간을 감안하여 250mm 로 정하면 어떨까 생각이 들었다. 

베드 사이즈가 정해졌기 때문에 Lx (x 방향의 프로파일 길이) 도 어렵지 않게 나올 수 있었다. 

히팅베드를 사용하거나 체인을 이용하거나 할 것은 아니기 때문에 

베드 움직임에 방해되지 않는 길이면 될 것이라고 여겼다. 

그래서 나는 Lx 의 길이를 150 + 2*20 = 190mm 로 하면 될 것 같다는 생각을 했다. 

여기서 한가지 고민 되는 것은 X 축 노즐셋이 max 까지 갔을때 과연 베드 끝에 도달할 수 있는가  하는 것이었다. 

AM8 의 구조를 보니 313mm 에서 베드 220 mm 보다 무려 양쪽으로 46.5mm 나 추가적인 길이를 확보한 것으로 보아 내가 선정한 길이가 너무 타이트하게 하는 것도 아닌가 하는 생각이 들었다. 그래서 최종적으로 Lx 는 210mm 로 하고 향후 진행해보도록 하겠다. 

이렇게 지금까지 나온 것을 AM8 과 프로파일의 길이 비교해 보면 다음과 같다. 

남은 Z 프로파일의 높이를 선정해야 하는데, AM8 에서 440mm 가 나왔던 이유를 생각해보았다. 

2040 프로파일을 썼기에 상단바와 하단 지지와 연결을 위해서는 기본적으로 80mm 가 쓰일 수 밖에 없는 상황이었다. 

그리고 Z 스텝모터가 장착되는 길이와 베드 높이 등을 감안했던 결과였기에 이를 감안하면 나의 DIY 프린터 높이를 어느정도로 하면 안전권에 들을지 감을 잡을 수 있을 것 같았다.  AM8 에서 출력 높이 240을 제외한 200 중에 80mm 가 상하단 프로파일 연결로 쓰였기 때문에 120mm 높이만큼 더해졌음을 알게 되었다. 이는 익스트루더 뭉치의 높이일 것으로 예상된다. 

나는 상단과 하단연결시 요구되는 거리는 2020 프로파일을 쓰기 때문에 40mm  밖에 추가되지 않는다. 그리고 베드 높이가 높지 않기에 10mm 정도는 줄일 수 있을 듯 하다. 이렇게 생각하고 높이 170mm 프린터를 제작한다고 하면 다음과 같은 계산이 나온다. 

Lz = 170mm(z 방향 출력 높이) + 40mm(상하단 연결부위 길이) + 110mm(익스트루더 감안 거리) 

   = 320mm 

여기서 만약 계산이 조금 달랐다고 하더라도 Z 출력 높이가 다소 줄어들면 되는 문제이기 때문에 크게 걱정할 것은 없지 않나 생각이 들었다. 

지금까지 결정된 사항을 정리해 보면 다음과 같을 것이다. 

이제 다음번 포스팅에서는 리드스크류와 각축의 연마봉의 사이즈를 계산해보도록 하겠다. 

아아... 자작의 길은 그리 순탄하지만은 않구나..

김성민의 북리지 - 함께 성장하는 책 리더십 지혜