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[북리지의 삼디 Life] 압출불량 해결을 위한 16가지 가이드

[북리지의 삼디 Life - 압출불량 해결을 위한 가이드 16가지] 


3D 프린터가 저렴해지면서 주변에 많은 분들이 프린터를 구입해 취미생활에 접어들고 있다. 그런데 3D 프린팅 취미생활이 만만치는 않다. 처음 프린터가 집에 도착해 두근거리는 마음에 조립을 끝마치고 출력을 진행하는 순간. 아뿔싸! 이게 뭔가, 할 때가 있다. 출력불량을 경험하는 것이다. 

활동하는 카페에 가장 많이 나오는 질문 3가지를 꼽는다면 첫째, 안착불량에 대한 문제 둘째, 출력 설정에 대한 문제, 셋째, 압출불량에 관한 문제이다. 그 중에 단연코 압출불량의 문제가 가장 많을 것 같다. 그도 그럴것이 안착불량과 출력설정의 경우는 입문 시기에 잠시 고생을 하고 어느정도 안정화를 거치고 나면 신경을 덜 쓰게 되는데, 압출불량은 오랜시간 출력을 해온 사람들에게도 어느날 느닷없이 불청객처럼 찾아와 괴롭히는 것이기 때문이다. 바로 이와 같은 모습으로 말이다. 


<출처 : OC 카페의 압출불량 관련 질문글들 중 일부 사진>


나 역시 초보 입문때 부터 시작해서 갖가지 압출불량을 경험했었고, 최근에도 압출불량에 시달리기도 했다. 이런 압출불량을 해결할 만능키가 있다면 얼마나 좋을까? 그런데, 그런 열쇠는 존재하지 않는다는 것이 지금에 와서 내가 내린 결론이다. 대신에 자신의 압출불량 현상에 대해 원인을 찾아가볼 수 있는 가이드 정도는 정리해볼 수 있을 듯 해서 오랫동안 고민해오다가 내용을 정리해 글로 남기는 바이다. 


이번 글은 총 세부분으로 구성될 예정이다. 

1장에서는 압출불량이란 무엇인가 에 대한 간략한 정의를 내리고

2장에서는 본격적으로 다양한 압출불량의 원인을 3가지 큰 분류로 나누어 접근해보겠다.

3장에서는 마무리 말로 마치려고 한다. 


언제나 그랬듯이 이런 글을 짧게 요약해서 쓰는 능력이 내게는 없다. 

아마 지금까지의 어떤 글보다 무자비한 스크롤 압박이 있을 예정이니 이런글에 어려워하는 분들이라면 지금이라도 뒤로가기 버튼을 눌러 나가는 것도 좋을 것이라 본다. 


그럼 이제 시작하도록 하겠다. 


<목차>

1. 압출불량의 정의 

2. 압출불량의 원인 및 대응 방법

  [안당겨질때]

   (1) 필라 없음

   (2) 필라 꼬임

   (3) 스풀홀더 이탈

   (4) 필라 저항

   (5) 너무 잘 풀리는 스풀러

  [못밀어낼때]

   (6) 낮은 모터 토크

   (7) 낮은 스프링 장력

   (8) 무두볼트 풀림

   (9) 필라 기어 이탈

   (10) 베어링 마찰

   (11) 필라 갈림

  [안밀릴때] 

   (12) 테프론 튜브 회전각

   (13) 젤리구간 확장

   (14) 테프론 튜브 변형

   (15) 노즐막힘

   (16) 베드레벨링 

3. 마무리



1. 압출불량의 정의 - 압출불량과 압출불량이 아닌것은? 


압출불량을 해결하기에 앞서서 압출불량과 압출불량이 아닌것에 대해 구분을 하고 넘어가도록 하겠다. 

압출에 관한 불량으로 미압출 / 압출부족 / 압출불량 이 있을 수 있다. 나는 이번 글에서는 이 세가지를 나누지 않고 모두 '압출불량' 이라고 정의내리고 글을 진행하고자 한다. 물론 각각의 이름마다 나타나는 현상은 조금 다를 수 있다. 하지만 Gcode 로 부터 받은 압출량에 미치지 못하는 양이 노즐로부터 압출된다는 점에서 (정도의 크고 작음이 있지만) 모두 압출불량이라고 하겠다.   


<압출불량 정의>

Gcode 상에 표현된 압출량  >  실제 압출량 


대표적인 압출불량의 현상으론 출력이 잘 되다가 특정 몇몇 레이어에서 층이 빠진 것과 같은 형태로 나타나는 경우가 많은데 다음 2개의 사진과 같이 나타날 때가 있다. 


그런데 둘중 하나는 압출불량이 아니다.  어느것이겠는가? 

정답은 B 이다. 출력물 결과가 상대적으로 괜찮아보이기 때문에 B가 압출불량이 아니라고 하는게 아니다. 물론 B처럼 보이는 것중에 압출불량이라고 불러야 하는 것도 있지만 실제로 내가 경험했던 B의 출력물은 압출불량과는 거리가 먼 것이었다. 

다음 사진을 보면 이해가 갈 것이다.  이것이 압출불량과 차이가 있는 것을 알기 위해서는 뒷면을 보면 된다. 



앞면에는 특정 레이어 구간의 외벽이 압출부족과 같이 안으로 들어가 있는 모습이어서 이전에 진행한 미니타노스의 완장문제으로 착각할 수도 있다. (미니타노스 완장 프로젝트 참조 : http://bookledge.tistory.com/947

그러나 뒷면을 보면 동일한 레이어에서 바깥으로 튀어나와 있는 것을 볼 수 있다. 이는 압출불량이 아니라 탈조 or 와블 or 흔들림 이였던 것이다. 

여기서 그 차이를 그림으로 정리해보자면 다음과 같다. 



압출불량은 노즐의 이동경로는 벗어나지 않으면서 압출량만 변했기 때문에 출력물의 앞과 뒤를 같이 보면 알 수가 있다. 때에 따라서는 앞쪽에는 줄이 빠져 있지만 같은 레이어의 뒷편은 정상적으로 나올 때도 있는데 이 역시 압출불량으로 볼 수 있다. (특별한 케이스로 GT2 벨트 늘어짐이 발생했을 때도 비슷하게 나타날 수 있지만 이 경우는 전체 레이어에서  발생한다는 것이 특징이다)
반면에 탈조/와블/흔들림 으로 불리는 불량은 다르다. 앞쪽에 줄이 빠져 있는 듯 하지만 이건 빠진게 아니라 움푹 들어가 있는 것이다. 그러다 보니 뒤쪽으로 가보면 해당 레이어가 앞에서 들어간 만큼 튀어 나온 형태를 보이게 된다. 이 현상에 대한 원인도 모터 스텝 틀어짐, 벨트 장력, 벨트 파손, 출력물 흔들림, 리드스크류 휘어짐.. 등등 다양하기에 이 글에서는 압출불량과 차이가 있다는 정도만 밝히고 넘어가도록 하겠다.  만일 당신이 경험하고 있는 문제가 압출불량인지 아니면 다른 문제인지 보고자 한다면 위에 내가 했던 것처럼 레이어가 비어 있는 부분의 뒷면을 보길 바란다. 뒷 부분이 튀어 나와 있지 않다면 일단 압출불량이라고 보고 접근해보도록 하자. 

내가 여기서 압출불량과 압출불량이 아닌 것의 차이를 밝히는 이유는 정확한 원인을 파악하고 나서 문제해결에 들어가야 함을 강조하기 위함이다. 
입문자 시기에 불량이 나서 카페나 단톡방을 통해 질문을 하면 수많은 답변들이 오고가는걸 경험해 보았다.  그리고 그 답변 중에는 간단히 슬라이서 설정값 몇개를 바꿔보라는 조언에서 부터 프린터의 리드스크류를 다 분해해서 확인해보고 재조립해야된다는 대공사가 예상되는 그런 답변까지 다양했다.  만약 현상이 압출불량이었는데 탈조나 와블이라고 생각하고 접근을 하게 되면 시간은 시간대로, 비용은 비용대로 소모하면서도 문제를 해결하지 못하는 삽질이 반복될 수도 있기 때문에 정확한 문제해결을 위해 이 둘을 구분하는 것은 매우 중요하다고 하겠다. 


그렇다면 이 압출불량에는 어떤 종류가 있는가?  나는 다음과 같이 크게 3가지로 나누어 보았다. 


안당겨질 때 / 못밀어낼 때 / 안밀릴때

이것을 문제 원인 제공 부위별로 말해보자면 

안당겨질때는 - 필라멘트 보빈과 익스트루더 사이에서 일어나는 상황 전반

못밀어낼때는 - 익스트루더와 익스트루더를 작동시키는 보드와 관련한 문제 전반 그리고 노즐까지 가는 경로상의 존재하는 것들

안밀릴때는 - 노즐셋(핫엔드 / 콜드엔드) 에서 일어나는 현상 전반 이라고 보았다. 


<압출불량의 큰 분류>

1. 안당겨질 때

2. 못밀어낼 때

3. 안 밀릴때



여기서 하나 의도적으로 제외시킨 것이 있는데 그것은 설정에 관련한 부분이다. 예를 들어  삼디입문 초기에 경험했던 슬라이서 설정관련한 압출불량으로 combing 기능 사용시 리트랙션이 안되면서 발생하는 압출부족이 있다. (참조 : http://bookledge.tistory.com/869

제외를 시키고자 한 이유로는 슬라이서와 펌웨어 상에서 발생하는 압출불량은 스스로 충분히 경험을 못해봤다는 생각이 들었고, 경험했다고 하더라도 하드웨어상의 문제와 연계된 문제일 경우가 많았기 때문이다.  그래서 combing 쪽 이슈정도만 언급하고 본문에서는 오직 하드웨어 측면의 접근으로 원인을 정리해보겠다.  (추가적으로, 설정 관련해서는 노즐온도조건이나, 슬라이서에 노즐직경 입력등의 문제가 압출불량의 원인으로 많이 나타나고 있다. 이 부분은 별도의 글이나 영상에서 다뤄볼 예정이다) 


압출불량 문제의 핵심을 나는 다음과 같이 3가지라고 보았다. 

첫째는 저항에 관한 문제

둘째는 힘싸움의 문제

셋째는 열평형의 문제 이다. 


이것들이 복합적으로 작용해서 압출불량이라는 하나의 단일한 결과를 내주게 되는데 압출불량의 해결책은 결코 하나가 아니다.  그 이유는 원인 자체가 복합적이기 때문이다. 자동차를 운전하다가 브레이크가 밀리는 느낌을 받을 때 그것을 노면의 상태가 미끄럽기 때문이라고 접근할 수도 있고, 승차인원이 많아 차량이 무거워졌기 때문이라고 보기도 한다. 아니면 브레이크 오일이 오래된 것이라서 그렇다고 보고 오일을 교체하기도 하며, 접지력 좋은 타이어로 타이어를 교체하고, 오래된 브레이크 패드를 갈기도 한다. 그런데 뭔가 교체하고 나서 순간적으로 문제가 해결된 듯 하지만 시간이 얼마지나지 않아 동일한 문제가 다시 반복되는 상황을 경험할 때면 당황스럽다.  어떻게 해야할까?  종합적으로 보아야 한다고 생각한다. 그것이 이 글을 남기는 이유이기도 하다. 


복합적인 원인이라는 것을 간단히 적어보면 다음 그림과 같이 표현할 수 있다. 

A,B,C,D,E ... 등은 압출불량의 다양한 원인들이다. 

그러나 이 원인들이 존재한다고 해서 갑자기 압출불량이 나타나는 것은 아니다. 

이 값이 쌓이고 커지다가 X 라고 하는 어떤 한계값을 넘어가게 될 때 그때 드디어 압출불량이 발생하게 된다고 본다. 

예를 들어, X 가 100 이라고 치고 A 가 70, B 20, C 5, D 3 이라고 해보자. 

A+B+C+D 는 98 이기 때문에 아슬아슬하게도 압출불량이 나타나지  않는다. 

그런데 출력조건을 바꾸었거나 프린터 업그레이드를 통해 원인 D 가 3에서 6으로 2배가 상승하는 순간 원인들의 총합은 101이 되어 드디어 압출불량이 나타나게 된다. 

이럴 때 우리가 쉽게 하는 접근은 원인 D 를 해결해보는 것이다.  그러면 다시 원인들의 합이 100보다 작게 되어 압출이 해결된 것처럼 보인다. 아니 해결되었다고도 할 수 있다. 

이를테면 압출불량의 대표적인 해결책으로 노즐셋을 바꾸는 것이다. 누군가 노즐셋을 바꾸니깐 압출불량이 해결되었다고 하면 그 문제를 해결했다는 사람의 노즐 구매좌표를 받아 구입해 교체를 한다.  이것으로 영구히 압출불량이 안 일어나면 좋겠지만 실은 노즐을 바꾸었음에도 불구하고 압출불량이라는 공포가 다시 찾아올 때도 있다. 문제를 복합적으로 보지 않았기 때문이다. 

상식적으로 우리가 70 + 20 + 5 + 6 이 100 보다 커져서 원인을 제거한다고 하면 D 를 줄이는 것만이 답이 아님을 알 수 있다.  70을 50으로 줄이면 어떨가?  20을 10으로 줄이는 것은.. 모두가 압출불량을 해결하는 방법이 될 수 있다. 


이야기가 길어졌다.  요는 압출불량을 한가지만의 원인으로 보지 말자는 것이다. 

앞으로 2장에서는 압출불량의 16가지 원인들을 하나씩 파헤쳐 보도록 하겠다. 현재 압출불량으로 고생하고 있는 분이라면 이 원인들 하나씩을 살펴보고 적용해보면서 문제 해결에 도움이 되었으면 한다. 


<압출불량 문제의 본질>

복합적 원인에 의한 문제이다.





2. 압출불량의 원인 및 대응 방법



안당겨질 때 


 

 

안당겨질 때와 관련된 문제는 직접적으로 눈에 보여지는 원인이기 때문에 다른 것들과 비교해 상대적으로 쉽게 해결할 수 있는 문제이다. 이 중 내가 직접 경험한 상황을 바탕으로 5가지 경우를 소개하도록 하겠다.  

간단히 말해 FDM 프린터의 재료가 되는 필라멘트가 감겨 있는 스풀에서 프린터까지의 경로상에 존재하는 모든 저항에 관련한 내용이 이 분류에 속한다고 할 수 있다. 



1) 필라 없음

너무나 당연한 말이겠지만 필라멘트가 없으면 압출불량이 날 수 밖에 없다. 
FDM 프린터가 필라멘트를 녹인다음 굳히는 작업을 통해 출력을 진행하는데 원재료가 되는 필라가 없다는 것은 출력 자체가 안된다는 것을 뜻한다. 
처음부터 필라멘트를 삽입 안한채 출력을 하는 경우는 거의 없을 것이다. 있다고 하더라도 출력과 동시에 바로 인지를 하고 조치를 취할 수 있다. 그러나 압출불량으로까지 이어지는  필라 없음은 출력 도중에 발생하는 상황을 말한다. 즉 필라가 다 떨어진 것이다. 그것도 사람이 없을 때 말이다.  

이 문제를 해결하기 위해 몇몇 완성형 프린터에서는 필라멘트 센서를 달아 필라 없음을 감지 하여 그 순간, 출력을 중지 할 수 있도록 하는 기능을 사용하기도 한다. 

<사진 : 오리지널 프루사의 필라멘트 센서 장착 모습>


그런데, 이 필라멘트 센서가 필라 없음에 대응하는 좋은 방법일까? 다소 회의가 드는 부분이 있다. 그것은 바로 필라멘트가 보빈에 연결되어 있는 방식 때문이다. 


필라멘트를 한번이라도 끝까지 사용해본 분들은 발견하게 될 것이다.  필라멘트 끝이 보빈에 꺾여 구멍속에 고정이 되어 있다는 것을 말이다. 물론 이걸 잘 돌리면 빠지긴 하지만 간혹 상당히 튼튼히 고정되어 있는 필라도 있다. 이렇게 꺾여 있는 이유는 필라멘트제조시에 시작점이 고정이 되어 있지 않으면 필라를 보빈에 감을 수 없었기 때문에 감을 때 쉽게 빠지지 않도록 체결이 되어 있는 상태이다. 이렇게 필라멘트의 끝이 보빈과 단단히 연결되어 있어서 필라가 거의다 소모가 되는 상황에서는 사람이 반드시 옆에 있어줘야 한다. 그대로 나뒀다가는 보빈이 통채로 익스트루더까지 딸려 가거나, 보빈이 어딘가 축에 걸려 있다면 필라가 팽팽해진 상태에서 안당겨지는 상황이 발생할 수도 있으니깐 말이다.  


필라없음 대응 방법

1. 사전에 출력시 필요한 필라 양을 현재 남아 있는 필라의 양과 비교해 진행한다. 

(참고 : 필라멘트가 얼마 남았을까? https://youtu.be/9k5VCLDo428

       보빈 질량 데이터 베이스 http://bookledge.tistory.com/945)

2. 적절한 순간에 Pause 를 시킬 수 있도록 Gcode 를 수정한다. (Cura 기준 Pause At Height 기능 사용 https://youtu.be/ovNv8L7O_lM

3. 필라가 소모되고 있는 시점에서는 사람이 곁에 있다가 멈추고 필라멘트 체인지를 해줄 수 있도록 한다. 



2) 필라 꼬임


한참 잘 출력하다가 필라멘트가 안당겨오는 순간이 있다. 필라가 꼬였을때가 그렇다. 
이때도 어김없이 압출 불량이 발생한다. 

<2018년 5월 31일 실제 경험한 상황>


단단히 꼬여서 전혀 필라가 당겨지지 않을 때는 미압출로 이어지고, 당겨지기는 하지만 꼬인 부분때문에 저항이 높아져서 잘 안당겨질 때는 부분 압출불량이 나타난다. 

이것은 이론적으로 제조 과정에서는 절대 꼬일 수가 없다. 보빈에 필라를 감을 때 일부러 꼬아서 감기는 불가능에 가깝기 때문이다.  하지만 필라 꼬임이 발생할 가능성을 몇가지 생각해 보았다. 
첫째는, 제조이후 포장하는 단계에서 발생하는 경우다. 필라 끝을 작업자가 놓쳤을 경우가 그것이다.  이것은 필라멘트 제조 회사에 가보지 않았기 때문에 그냥 상상을 해보는 내용이다. 모든 일은 사람이 하고 사람이 하다보면 간혹 실수가 나올 수도 있다. 작업자가 필라를 다 감고 끝을 잘라내는 순간에 실수로 잡고 있던 필라 끝을 놓치게 된다면 끝이 기존 감겨 있는 필라 사이로 들어가 꼬일 가능성이 있다고 여겨진다. 
둘째는, 그보다 높은 확률로 필라 구매자가 포장을 해체할 때 끝을 놓치는 경우다. 나는 이 상황이 가장 많을 것으로 보고 있다. 나 역시 이 실수를 했던 적이 있다.  집근처 무한상상실에 있는 프린터로 출력을 걸려고 필라를 교체하는데 잘못해서 끝을 놓쳐버린 것이다. 당연히 필라 끝은 보빈에 스르륵 감겨버렸고 나는 끝을 다시 찾아 필라를 교체하고 출력을 걸었다. 나는 그게 문제를 일으키리라고는 상상도 못했다.  다음날 기대에 가득찬 마음으로 출력물을 찾으러 갔더니 10cm 높이 출력물이 2cm 까지만 출력이 된채 나머지는 미압출이 발생한 것을 확인했다.  필라가 감겨 있는 보빈을 보니 필라멘트가 꼬여 있었고, 필라는 익스트루더에 하도 갈려서 그랬는지 끊겨진 상태였다.  
위에 있는 사진은 출력 중 어디선가 '뜨드득 뜨드득' 하는 소리가 들리기에 보니 꼬여 있던 상황이다. 필라가 꼬여서 당겨지는 저항이 커지면 어디선가 이런 소리가 날 수도 있다는걸 알게 되었다. 



필라꼬임 대응 방법

1. 필라멘트의 포장을 제거할 때, 혹은 필라를 교체할 때 끝을 놓치지 않도록 주의한다.

2. 필라 교체해서 보관할 때에는 반드시 필라 보빈 옆의 구멍에 필라를 빠지지 않도록 꽂아 둔다. (필라멘트 클립을 출력해 사용할 수도 있다. : https://www.thingiverse.com/thing:12516)

3. 출력 중간에 필라멘트가 꼬였다는 사실을 알게 되면 꼬인 부분을 푼다. (잘라내고 풀경우 푼줄 알았는데 또 다시 꼬인 상황을 겪기도 한다.  카페에서 활동하는 대구|혁 님의 방식이 출력을 중단하지 않고도 풀 수 있는 방법인것 같아 링크를 남긴다. https://cafe.naver.com/makerfac/66029)



3) 스풀홀더 이탈


압출불량 발생의 첫번째 '안당겨질 때' 는  저항 증가에 관한 문제이다.  이중 무지 혹은 신중하지 못함에 의해 발생한 스풀홀더 이탈이 압출불량을 일으켰던 사례가 있다. 

이전글 A8 업그레이드 List (http://bookledge.tistory.com/851) 에 보면 나는 사전에 여러 글과 영상들을 보면서 나만의 업그레이드 List 를 만들어 보았다. 그 당시에는 나름 고민해서 괜찮게 작성한 내용이었지만 실제 업그레이드 해서 써보니 괜찮은 것도 있지만 어떤것은 오히려 안하느니 못한 것도 있었다. 그 대표적인 것이 '스풀 서포터' 였다. 


지금이야 7시간, 10시간 되는 것도 그냥 걸어놓고 자곤 하지만 입문 시기인 그 당시에는 1시간이 넘어가는 출력물은 엄청 오래걸린다는 느낌이 있었다. 게다가 필라멘트 재료도 아껴야 잘살지 않을까 하는 (어머니에게 배운 유산 ㅠㅠ) 생각에 같은 기능이면 되도록 필라 소모가 적게 들어가는 출력물을 찾다가 스풀 서포트로 위 사진과 같은 것을 출력해 장착을 했다.  그랬더니 문제가 생겼다. 



출력을 걸어놓고 나갔다 들어와보니 옆에 살짝 끼워져 있던 스풀 서포트가 스풀에서 빠져 버린 것이었다.  한쪽으로 빠지면서 스풀이 기울어졌고 기울어진쪽으로 필라가 넘어가면서 필라는 당겨지지 않은 상황이 왔고 결과는 참혹했다. 오른쪽 그림과 같은 출력결과가 나왔고 (그 당시로서는 4시간이라는 엄청난 시간을 출력했는데) 그보다 난감했던 것은 익스트루더 내부에서 필라멘트가 갈려서 끊겨진 상황을 발견했다는 것이다. 


<그나마 청소하고 나서 찍은 사진이지만 익스투르더 내부 엄청난 가루가 끼어 있었다>

안당겨지지만 그걸 알길 없는 프린터는 출력 상황이라고 보고 계속 익스트루더 기어를 돌려 나름 열심히 일을 했을 것이다. 그리고 가까이에 있는 당겨지지 않으며 제자리에 버티고 있는 필라를 계속 갈아댔을 것이다. 끊겨진것은 당연했다.  (이 끊겨진 필라를 빼내는것이 엄청 힘겨웠던 기억이 있다. 그때 노하우가 생겨서 지금은 어렵지 않게 빼내고 있다. )


이 정도의 상황은 아니었지만 스풀홀더를 부주의하게 장착 했기 때문에 발생한 압출불량도 있었다.  



앞선 출력에서는 왼쪽처럼 깔끔하게 나왔던 출력이 오른쪽처럼 바뀌었다. 필라를 교체했다는 것 밖에는 바뀐게 거의 없었기에 이게 왠일인가 싶었는데 최근에 출력해 만든 스풀러를 보니 어떤 일이 벌어졌는지 그려졌다. 



필라 제조사마다 보빈의 폭이 다른데 평소에는 필라 교체하고 나서 항상 폭에 맞춰 조절을 해줬는데, 이때는 바쁘게 나가봐야 하는 상황이 있어서 필라 교체후 보빈을 스풀러에 이전 상태 그대로 걸쳐두고 출력을 걸었던 것이다. 간신히 걸쳐 있다가 출력 도중에 이탈을 했는데 이게 저항은 있었지만 그래도 풀리긴 풀렸었나 보다.  잘 풀린 곳에는 벽면이 제대로 나왔지만 풀리는 저항에 따라 들쭉날쭉 한 결과를 내었던 것이다. 


스풀홀더 이탈 대응 방법

1. 스풀홀더는 필라멘트의 원활한 공급에 있어 핵심적인 파츠이므로 제대로 기능하는 모델링을 선택해 사용한다. (참고 : http://bookledge.tistory.com/950)

2. 베어링 안착식 스풀홀더는 보빈의 폭에 맞추고 벌어지지거나 빠지지 않도록 고정한다. 



4) 필라 저항


지금은 필라멘트를 익스트루더에 직선으로 가져와 연결하지만 처음 입문시기에만 하더라도 다른 사람들이 하는 것처럼 필라멘트는 위에서 수직으로 내려와 연결되어야 하는 것인줄로만 알았다. 

지금에 와서 생각해보면 직결 방식의 프린터에서 수직으로 필라는 내린다는게 다 이유가 있는 것이지만 처음에는 그냥 무작정 따라하다보니 문제가 발생했다. Anet A8 에서 제공하고 있는 스풀 거치대는 바닥에 놓는 방식이었다. 그러다 보니 필라가 위에서 떨어지도록 구성을 하려면 스풀을 프린터 뒤쪽에 두거나 옆에 두더라도 프린터위로 필라를 올려서 다시 아래로 떨어뜨리는 방식을 할 수 밖에 없었다. (그렇게 해야한다고 생각했다. ) 

한동안 그와 같이 사용했는데 압출불량이 발생했다.  뭔가 익스트루더가 필라를 잘 당기지 못하는 것 같아서 내가 익스트루더 대신에 필라를 잡아 당겨보았더니 저항이 엄청났다. 이래서는 필라멘트가 제대로 공급되지 않을 것이라는 생각이 들었다.  그 당시 메탈 프로파일로 업그레이드를 했는데 필라가 거기에 닿아 꺾여 내려오기 때문이라 생각하여 아래 사진과 비슷한 필라멘트 가이드를 출력해 장착해봤지만 당겨질때 저항은 나아지지 않았다. 여전히 꺾이는 부분이 존재했고 필라 가이드에 닿는 곳에서는 큰 저항이 발생했다. 



저항으로 인해 필라의 공급이 원활하지 못하다는 것은 압출불량으로 이어지는 수순이었던 것이다. 


필라 저항 대응 방법

1. 필라가 스풀에서 익스트루더까지 오는 길에 혹시 걸리거나 저항을 가질 수 있는 부분이 있는지 살펴보고 사전에 조치한다. (싱기버스에 보면 필라가이드 중에 롤러 방식으로 작동하는 것도 있으니 참고하길 바란다.  https://www.thingiverse.com/thing:1903618)


2. 스풀러를 프린터 상단으로 올리는 방식을 취한다. 보통 챔버를 만들게 되면 스풀을 챔버 상단에 올리고 구멍을 뚫어 내리는 방식을 쓰는 것도 원활한 필라 공급의 목적이 있다. 


3. 스풀을 위에서 내리는 것이 아니라 그냥 옆으로 거치는 것이 없도록 바로 연결한다. (앞선 사진의 '현재' 연결 방식 참조) 



5) 너무 잘 풀리는 스풀러


스풀홀더 이탈과 필라멘트 저항을 겪고 나서 튼튼하며 잘풀리는 스풀홀더로 교체했다. 


출력해 장착해보니 무척 마음에 들었다. 필라멘트가 그냥 살짝만 당겨도 스스륵 하면서 돌아가는걸 보니 적어도 스풀에 의한 저항은 거의 없다고 여겨졌다. 



그런데 문제가 있었다. 풀려도 너무 잘 풀린다는 것이었다.  스풀이 잘풀린다는 특성은 2가지 상황을 만나면 압출불량으로 이어진다.  첫째는 크기가 큰 출력물, 둘째는 새로 뜯은 필라멘트

아래 사진은 내가 겪었던 압출불량 상황을 대략적으로 다시 재현한 설정 샷이다.  아마 눈치빠르신 분은 내가 무엇을 이야기하는지 금새 알아차렸으리라 생각한다. 



위 사진처럼 필라멘트를 많이 소모했을때에는 필라가 밖으로 빠져나오는 상황은 잘 일어나지 않는다. 보빈의 좌우 턱이 높아 필라가 옆으로 빠지지 않기 때문이다. 그런데, 새 필라멘트의 경우는 보빈 좌우 턱이 정말 낮다. 거기에다가 필라멘트가 잘 풀리는 상황을 맞이하면 풀려서 느슨해진 필라멘트는 보빈의 턱을 쉽게 넘어가서 위와 같이 스풀홀더의 축에 뱅글뱅글 감기다가 급기야 완전히 체결이 되어서 안당겨지는 상황이 온다.  당겨지기는 하더라도 모멘트가 높아지기 때문에 저항이 증가해 압출불량으로 이어지는 상황이 온다.  

나의 경우는 스풀이 프린터 상단이 아니라 옆에 두고 출력을 진행했기 때문에 노즐이 왼쪽에 있다가 오른쪽으로 휙 가는 순간 잘 풀리는 스풀러가 필라를 술술 풀어내는 상황이 보다 쉽게 벌어지는 것이다. (직결식이기 때문에 이 현상이 일어난다고 볼 수도 있다)


위의 프린터는 스풀이 프린터 옆에 놓여 있지만 이것은 보우덴타입이라 보빈이 급회전한다거나 하는 일은 없다.  하지만 만약 직결식으로 교체를 해서 익스트루더가 왼쪽에서 오른쪽으로 급하게 움직일 수 있는 환경이 된다면 가급적 스풀을 옆이 아닌 위쪽에 둘 수 있도록 하면 좋겠다. 


너무 잘 풀리는 스풀러 대응 방법

1. 잘 풀린다는게 문제는 아니다. 잘 풀리는 성질때문에 필라가 턱을 넘는게 문제이다. 나는 필라가 풀려 턱을 넘더라도 당겨지는 방향을 스풀턱과 평행하게 해서 넘지 않도록 스풀거치대의 각도를 조정하는 편이다. 

2. 보빈 턱이 낮은 새로 뜯은 필라의 경우는 일부러 약간 스풀이 돌아가는데 저항을 가질 수 있도록 챔버 옆 벽면에 닿게 해서 출력을 한다. (잘 안돌게 만든다)

3. 필라멘트를 옆이 아니라 상단에 위치시키면 갑자기 많이 풀리는 문제를 줄일 수 있다. 





못 밀어낼 때 

 

이제 압출불량의 대표주자가 속해 있는 두번째 유형의 '못 밀어낼 때'에 대한 내용이다. 이 부분은 깊이 들어가면 프린터 설계 미스로 까지 고려해봄직 하지만 여기서는 그런 설계오류가 없다고 판단되는 상용으로 판매되는 프린터를 기준으로 하여 살펴보도록 하겠다.  이 유형은 A8 을 사용하면서 처음 압출불량을 해결했던 내용이기도 하고, 최근에 지인이 구입한 Ender-3 압출불량 문제를 해결하는 과정에서 주범으로 지목한 바 있다. (참고 : https://youtu.be/hkV9R3g3qcI)

못 밀어낸다고 하는 이 부분에 대해 조금 쉽게 이해하기 위해 다음과 같은 그림을 그려보았다. 이는 3D 프린터 압출에 관련된 요소들을 단순화해 나타낸 것으로, 가장 중심에 있는 것이 압출에 핵심적인 영향을 미치는 것임을 말하고자 한다. 

압출이라는 것은 쉽게 말해 익스트루더가 돌아가는 힘으로 필라를 밀어내는 것을 뜻한다. 

여기서 구성요소를 나누어 보면 그것이 바로 압출불량을 일으키는 요소가 됨을 알 수 있다. 


<압출이란>

익스트루더돌아가는으로 필라를 밀어냄 



이글을 시작하는 1장에서 나는 압출불량의 문제가 '저항과 힘싸움의 문제' 라고 했는데 힘싸움이라고 하면 싸움의 주체와 객체가 있을 것이다. 즉 둘이 붙어야 싸움이 된다는 것이다.  여기서 싸움의 주체는 바로 익스트루더가 되고, 그것과 대항해서 힘겨루기를 하는 객체는 스풀과 노즐셋이라고 단순화해서 표현할 수 있겠다. 

앞서 우리는 스풀이 가하는 저항에 대해 이야기 했는데, 익스트루더가 이 저항을 이겨낼 수 있는 충분한 힘 X 가 있다면 A, B, C, D 로 일컬어지는 각종 저항이 있다고 하더라도 힘싸움에서 이겨  압출불량은 발생하지 않는다.  다시말해  1부 '안당겨질 때' 의 해당하는 다섯가지 문제가 발생하더라도  익스트루더 단에서 당기고 밀어내는 힘이 받쳐만 주면 그건 전혀 문제가 안될 수 있다는 뜻이다. (물론 꼬여버려 전혀 움직이지 않는 상황이 되었을때는 예외로 하기로 한다)

그럼 이제 이 개념을 가지고 '못밀어낼때' 에 해당하는 원인항목 다섯가지를 살펴보도록 하겠다. 



6) 낮은 모터 토크

압출을 위해서는 '돌아가는 힘'이 있어야 한다. 
이 힘은 FDM 프린터에서는 익스트루더 스텝모터가 담당해준다.  


그렇기 때문에 스텝모터의 힘, 즉 스텝모터 토크는 압출불량 문제에 있어서 가장 핵심적인 요소중 하나라고 할 수 있다. 이 때문에 익스트루더 제조회사에서는 어떻게 하면 이 힘을 높일 수 있을지 연구를 하고 타이탄 익스트루더와 같이 기어비를 이용해서 밀어내는 힘을 3배 가량 높이는 익스트루더를 개발해놓기도 한다. (타이탄은 직결식에서 토크는 낮지만 무게가 가벼운 팬케이크 모터 장착을 가능케도 해준다) 


<예시 사진 : e3d 의 titan extruder 모습>


이 정도로 익스트루더 스텝모터의 토크는 중요하다는 말이다. 

좀 말도 안되지만 설명을 위해 앞서 언급했던 부등식을 거칠게 가져와 보았다. 



왼쪽의 저항들을 다 합하면 31이다.  스텝모터의 토크가 만약 30이라고 한다면 여기서 스텝모터는 탈조가 난다. 외부의 힘을 못버티기 때문이다.  익스트루더 쪽에서 출력중에 '틱~ 틱~ 틱~ ' 하는 소리가 반복적으로 들린다면 익스트루더의 탈조라고 봐도 좋다. 스텝모터의 탈조는 곧바로 압출불량으로 이어진다. 

이를 해결하는 방법은 단순히 생각하면 2가지이다.  왼쪽을 낮추거나 오른쪽을 높이는 방법이다. 만약 모터토크자체가 너무 낮게 셋팅이 되어 있다면 이것을 높이는 것은 가장 먼저 고려되어야 하는 사항이다. 


낮은 모터토크 대응 방법

1. 2가지를 확인한다. 내 모터 스펙과 보드의 스텝모터 드라이버 종류
   그리고, 스텝모터의 조절나사를 돌려 스텝모터 제조사가 제시하는 적정 Vref 값을 셋팅한다.  만약 이 값이 모터 최대 전류치에 비해 너무 낮은 값으로 셋팅이 되어 있을경우는 토크가 낮아 압출하는 힘이 약할 수 밖에 없다.  만일 적정 모터 스펙값을 모른다면 현재 Vref 값에서 10% 정도씩 상승시키며 틱~틱~ 소리가 없어지는지 보면서 맞춘다. 멀티메터를 가지고 작업하길 바라며 절대 동서남북 방향을 돌리지 않도록 한다. 살짝만 틀어져도 값은 크게 차이나기 때문이다.  이 작업을 간편하게 하기 위해 아래 영상을 참고하길 바란다. (쉽고 안전하게 Vref 조정하기 : https://youtu.be/378ptW5j7Z4)  Vref 값이 너무 높을 경우는 모터의 소음이 심해진다. 소리를 듣는 것도 정적 토크를 찾는 방법 중 하나이다. 

2. 스텝모터의 최대 토크 값이 낮을 경우, 높은 토크의 모터로 교체하거나 (이 경우는 제품 설계문제이기 때문에 자작시 고려되어야 하며 판매제품에서는 거의 발생하지 않는다고 여겨짐), 좀더 강한 힘으로 올려주기 위해 gear 방식의 타이탄 익스트루더와 같은 것으로 익스 셋을 교체한다. 



7) 낮은 스프링 장력

익스트루더가 돌아가는 힘이 아무리 커도 '밀어내'지 못한다면 아무 소용없다. 
이에 대해 필라멘트를 밀어내는 힘이 어떤 방식으로 나오는지 이해할 필요가 있어 이 항목을 넣었다. 


위 그림은 익스트루더가 필라를 밀어내는 모습을 나타낸 것이다. 

익스트루더 스텝모터에는 그림과 같이 이빨을 가진 기어가 달려 있다. 이 기어는 필라멘트의 옆면을 찍어서 홈을 내고 그 홈을 기준으로 돌아가며 밀어내는 방식이다.  아래 사진은 실제 익스트루더를 통과한 필라멘트의 옆을 찍은 것인데 일정한 간격으로 홈이 나있는 것을 확인해볼 수 있다. 



그런데, 필라멘트가 익스트루더 기어로부터 떨어져 있으면 절대로 홈은 생기지 않는다. 홈이 생기지 않는다는 것은 아무리 쎄게 모터가 돈다고 해도 필라는 밀리지 않는다는 말이다. 이 지점에서 필라멘트를 기어에 밀착시키는 힘이 필요해지는 것이다.  필라를 밀착시키는 힘은 기어와 맞닿고 있는 베어링(plunger)의 압력에 의해 얻어진다.  이것을 힘의 방향과 함께 나타내보면 아래 사진과 같다. 



마치 지렛대의 원리처럼 스프링이 있는쪽이 스프링 힘에 의해 레버를 들어 올리면 베어링 쪽에서는 기어쪽으로 밀착시키는 힘을 받는 방식이다.  이것은 익스트루더 제조사별로 구조가 조금씩 다를 수 있으나 원리는 동일하다.  핵심은 기어와 베어링을 밀착시키는 힘이 어디서 나오느냐 이다. 


위 방식에서의 힘은 바로 스프링의 텐션으로 부터 오는 것임을 알 수 있다. 만일 스프링이 많이 압축이 되어 있다면 이 힘은 F = kx 라는 스프링 탄성력 공식에 의해 보다 큰 힘으로 밀어낼 것임을 알 수 있다.  그런데 중국산 저가 프린터의 상당수가 스프링 장력 조절 장치가 없다. 너무 강하게 밀고 있으면 풀어주고 너무 약하게 밀어주고 있으면 세게 조여줄 수 있어야 하는데 이게 없는 것이다. 대부분의 경우 장력이 강한 것보다는 약해서 압출불량이 나는 상황을 많이 보았다. 


스프링의 장력이 약하면 어떤 현상이 나타날까?  

내가 경험한 바로는 다음과 같은 일이 발생한다. 

1. 특정 상황에서 필라멘트의 슬립(미끄러짐)이 발생한다. 

2. 슬립이 발생하면 필라멘트의 압출길이가 실제 모터가 회전한 양에 미치지 못한다. 

3. 압출이 적게 되면 자연스럽게 압출불량으로 이어진다. 


여기서 '특정 상황' 이라고 한다면 다양한 경우가 있는데

그중에 하나는 속도가 빨라질 때이다.  

예전에 어떤 분이 작성한 익스트루더 스텝값 조절 실험글에 이런 내용을 본적이 있다.  속도 100(mm/min)으로 하면 압출량이 100만큼 정상으로 나오는데 200 혹은 300으로 속도를 높이면 압출량이 90, 80으로 떨어진다는 결과였다. 

나 역시 A8 을 가지고 초기에 익스트루더 스텝값 조절을 할 때 이런 현상을 경험한적 있다. 

gcode 를 자유롭게 만지지 못할 당시에 호스트 프로그램 중 pronterface 나 octoprinter 의 extruder 기능을 사용할 때의 압출량과  프린터 LCD 화면에서 익스트루더 값을 만졌을 때의 압출량이 서로 달랐던 것이다.  나중에 알게 된 사실은 둘다 압출거리를 입력하는 것은 동일 했지만 압출 속도가 차이가 났었다. 

압출 속도가 느리면 아무래도 슬립은 적게 발생하게 된다. 모래사장에 자동차 바퀴가 빠져서 헛돌때 어떻게 빠져나가는지를 생각해보면 알 수가 있다. 저단 기어로 바꾸고 천천히 액셀을 밟으면 바퀴가 미끄러지지 않고 움직인다. 마찬가지로 낮은 속도에서는 슬립이 발생하지 않지만 속도가 빨라질때 슬립이 발생할 수 있다. 

출력 상황에서 속도가 빨라질 때는 언제인가? 

보통의 출력상황에서 익스트루더의 속도는 5mm/s 를 넘지 않는다. 

(참고 : 3d 프린팅을 위한 수학 - 익스트루더 속도  http://bookledge.tistory.com/862)

그런데, 반드시 그 속도 이상이 나올때가 존재한다.  아마 이글을 읽고 있는 여러분도 알고 있을 것이다. 

바로 '리트랙션' 상황이다.  리트랙션은 재빠르게 필라멘트를 후퇴시켜서 노즐내부의 압력을 낮춤으로 거미줄이 발생하지 않도록 하는 메카니즘이다. 

이때 리트랙션 속도가 기본은 40mm/s 를 넘는다. 어떤이는 70이나 80mm/s 가지 설정해놓기도 했을 것이다.   평상시 3~5mm/s 로 출력을 하다가 40mm/s 정도로 10배 가까이 빠른 속도로 익스모터가 회전하면 어떻게 될까? 

스프링 장력이 충분할 때는 아무 문제도 없다. 정확히 그 값만큼 당겨지고 밀어낼테니 말이다. 

그러나 스프링 장력이 약할 때는 이 빠른 속도를 견뎌내지 못하고 필라멘트 슬립이 발생한다.  (아무리 리트랙션 거리를 높이고 속도를 올려도 거미줄이 잡히지 않을때 그 원인 중 하나가 스프링 장력의 약함 때문에 발생한 슬립 문제이기도 하다.)  압출불량이 발생할 때에는 당기는 리트랙션보다는 다시 동일 속도로 밀어주는 프라임때 슬립이 잘 발생한다. 왜냐하면 밀때 압력이 더 걸리기 때문이다. 10만큼 후퇴했다가 프라임으로 다시 밀때는 5만큼만 밀리는 상황인 것이다. (이런 문제 때문에 Cura 의 retraction extra prime amount 의 값을 설정하기도 하는데.. 개인적인 생각으로는 이 값을 조절할 것이 아니라 Slip 이 발생하는 근본 원인을 제거하는게 먼저라고 생각한다.)


이런 이유로 출력시 이동을 하고 나면 꼭 압출불량(압출부족) 이 발생한 적이 있었다. 왜냐하면 이동시에는 늘 리트랙션이 걸렸기 때문이었다.  이에 대한 실험글은 다음 글을 참고하길 바란다.  

압출불량 해결기 (장력스프링, combing) http://bookledge.tistory.com/869


추가적으로 스프링 장력이 약해지는 경우가 플라스틱으로 만들어진 익스트루더 하우징이 깨졌을때이다. 이때는 지렛대의 힘이 베어링까지 가지 않고 찢어지고 깨진 부분을 더 가속화 시키는데 힘이 사용된다. 아무리 장력을 높여서 개선이 안되는 상황이 벌어지는 것이다.

<위 : 별밭님 글 중 / 하우징이 찢어져 장력이 가해지지 않는 모습, 
아래 : 해앤쥬님 글 중 / 클립을 이용해 인위적으로 장력을 가해주는 임시방편의 모습> 



낮은 스프링 장력 대응 방법

1. 스프링 장력을 높여준다. 조절 장치가 있다면 나사를 돌려 스프링을 좀더 압축을 시키면 된다. 없을 경우에는 만들어주거나 임의로 장력이 높아지도록 스페이서를 장착한다.  (A8 익스트루더 스프링 장력조절 장치 만들기 : http://bookledge.tistory.com/939 , Ender-3 압출불량 해결 클리닉 영상 : https://youtu.be/hkV9R3g3qcI)

2. 장력을 높여도 슬립이 계속된다면 익스트루더 하우징이 깨진게 없는지 확인하고 교체해준다. (메탈 하우징이 이런 문제가 없을 듯 해서 몇몇분들에게 권하기도 했었는데, 메탈 하우징의 경우 익스트루더 모터가 발열이 심할 때는 그 열이 필라멘트까지 타고 전달되어 PLA를 흐물거리게 함으로써 익스트루더에서 PLA 가 구부러져 압출이 안되게 불량이 나타난다고 함. 자신의 익스트루더 온도가 높지 않은 것을 확인했다면 메탈을 추천하나, 온도가 높다고 한다면 플라스틱 출력물을 써보도록 한다.  프린터 한대만 있는 사람은 유사시를 대비해서 미리 Petg 나 ABS 로 하나 출력해두면 좋겠다.) 


6) or 7) 원인 구분을 위한 팁

압출불량을 일으키는 위에 언급한 두가지 원인은 가장 많이 나오는 것들이면서 동일한 익스트루더 공간에 있기 때문에 이를 혼용하여 생각하는 경우가 있는 것 같다. 
그래서 7번이 원인인데 6번의 해결책을 쓴다거나  6번이 원인인데 7번의 해결책을 쓴다거나 할 때가 있다. 
예를 들어, 익스트루더에서 '틱! 틱! 틱!' 소리가 반복적으로 나는 것은 익스트루더 모터토크가 각종 저항에 비해 약하기 때문이다. 그런데 이때 조치방법으로 나오는 이야기가 장력 스프링을 높이라고 한다. 이것은 잘못된 방법이라 여겨진다. 왜냐하면 장력이 약하면 베어링과 익스트루더 기어의 밀착력은 떨어지고 그러면 '틱틱틱' 이 발생하는게 아니라 그냥 필라멘트 슬립이 발생하게 된다.  오히려 '틱틱틱' 이 발생한다는 것은 장력이 충분하다는 것을 뜻한다.  장력이 충분해 밀착이 되어 있기에 필라멘트 전후에 존재하는 저항을 오로지 익스트루더가 혼자 다 감당하다가 전사한 상황이니 말이다. 

따라서, 앞으로 틱틱틱 소리가 난다고 하면 장력스프링은 괜찮다고 여기고 가만히 두도록 하자.

오히려 장력이 너무 강하게 되면 베어링과 기어가 밀고 있는 힘이 저항으로 작용해 모터가 더 틱틱 거릴 수 있다. 그 상태에서는 장력을 풀어주는게 답이 될 수 있다. 물론 장력 문제가 확실할 때의 말이지만 말이다. 





8) 무두볼트 풀림

무두볼트(無頭bolt) - 머리가 없는 볼트를 말한다. 

익스트루더 기어에 있는 이 무두볼트는 가장 작은 1.5mm 육각렌치를 이용해서 조이고 돌려줘야한다. 무두볼트는 익스트루더 기어에 2개가 존재하는데 이 결합을 옆에서 보면 다음과 같다. 



모터 축의 한쪽이 평평한 곳이 있는데 볼트 하나는 반드시 이 평평한 곳을 조여주고 있어야 한다. 그래야만 기어가 헛돌지 않게 된다.  

만약 무두볼트가 평평한곳에 조여져 있지 않다면 어떻게 될까.. 혹은 평평한 곳을 조여주고 있을 무두볼트가 풀려버리게 되면?   다음과 같은 상황이 발생한다. 



그림에서 모터축으로 표현한 평평한 부분이 있는 원을 주목해 보길 바란다. 그냥 스텝모터가 헛돌고 있는 것을 확인할 수 있을 것이다.  축은 도는데 기어는 그자리인 모습.  즉, 무두볼트가 제대로 체결되지 않는 상황에서는 헛돌게 된다.  당연히 필라멘트를 '못밀어주는' 경우로 압출불량으로 이어진다. 


그런데, 이 무드볼트라는 것도 역시 볼트이다. 볼트는 잘 조여줄 수 있어야 하는 것이고 나사선으로 되어 있다. 알다시피 3D 프린터는 모터의 회전에 의해 위치를 제어해서 움직이는 기계이다 보니 회전에 따른 진동이 발생하지 않을 수가 없다. 진동이 발생하면 약하게 결합되어 있는 부분은 풀리게 마련이다.  비단 이 무두볼트 뿐만 아니라 조립식으로 되어 있는 볼트들은 한동안 출력을 진행하고 나면 어딘가 하나 둘씩 풀릴 수가 있다. 그래서 자작시 안에 스프링 와셔가 들어 있는 렌치볼트 등을 사용하기도 한다. 

예전에 기계하시는 분들이 하셨던 명언이 기억이 난다. 

닦고 , 조이고, 기름치자 !!!

이 말을 처음 들었을 때는 그냥 공돌이 티 풀풀나고 촌스럽다고 생각했는데

이게 왜 명언인지를 삼디 프린터 취미생활로 갖게 되면서 뼈속 깊이 느끼고 있다. 


압출불량이 나고 있는가? 그러면 혹시 내 익스트루더의 무두볼트가 풀리지 않았는지 확인해보기를 바란다.  이것을 확인하는 방법은 기어 축이 돌아가고 있는지, 기어축과 기어가 같이 회전하고 있는지를 보면 된다. 



무두볼트 풀림 대응 방법

1. 대응은 간단하다. 그냥 무두볼트를 단단히 조여주면 된다. 이때 2개의 무두볼트중 하나는 반드시 모터축의 평평한 곳으로 조여주는 것만 기억하고 있으면 된다. 

무두볼트 조일 때는 귀찮겠지만 모터와 기어를 익스트루더에서 분리해서 제대로 조이는 것이 필요할 것이다. 결합 장착되어 있는 상태에서 할 경우 오히려 더 힘들 수가 있다. 





9) 필라 기어 이탈

무두볼트는 잘 체결이 되었다.  그런데 출력을 하다보니 압출불량이다. 그럴 때 확인해봐야 하는 것 중에 하나가 바로 필라 기어 이탈이다. 
내가 경험한 것 중에 필라멘트가 익스트루더 기어 옆으로 빠져 나온 적이 있었다. 
그 당시 사진을 찍어 놓지 못했는데 대략 이런 상황이었다. 


내 경우는 이것 역시 무두볼트 풀림에 의한 현상이었다.  그런데.. 기어가 돌지 않는 것은 아니었다. 완전히 풀리기 이전에 무두볼트는 모터축의 평평한 곳에 있어서 회전에는 문제가 없었다. 그러나 진동에 의해 기어가 출력 도중 슬금슬금 옆으로 이동을 한 것이었다. 그러다보니 필라가 기어 이빨로 부터 빠지는 위치까지 움직인 것이다.  

기어 이빨에서 필라멘트가 빠져나가면 필라는 '못밀리는' 상황이 되는 것이고 이는 압출 불량으로 이어진다. 

경우에 따라서는 익스트루더 조립시 기어 alignment 가 제대로 안되어 있어서 필라가 이탈할 수도 있다. 



위 사진은 오랫동안 사용한 26이빨의 익스트루더 기어이다. 여기에 보면 이빨 사이에 하얗게 되어 닳아 있는 부분이 보이는데 이곳이 필라멘트가 지나가던 부위이다.  중요한 것은 필라가 걸려 있던 위치인데, 이것이 중심에 있는 것이 가장 좋을 듯 싶다. 위 사진의 경우는 저 정도면 양호한 편인데.. 무두볼트를 체결하다보면 자칫 위치 선정이 잘못되어 필라멘트가 끝쪽에 간신히 걸리게 조립할 수도 있다. 이러면 필라 이탈의 위험성이 있으니 주의해야 한다. 



필라기어이탈 대응 방법

1. 일단 문제가 발생한 상황이라면 익스트루더를 해체하여 기어이빨을 제대로된 위치에서 다시 조립하도록 한다.

2. 무두볼트는 프린터 진동에 의해 언제든 풀릴 수 있기 때문에  일단 조립시 꽉 조이도록 하고 (너무 심하게 돌리면 볼트머리가 닳어버려 헛돎 - 전문용어 야마난다, 오도가도 못하는 상황 발생 주의) 가끔씩은 기어위치가 제대로 되어 있는지 눈으로 확인하는 습관을 들여도 좋겠다.   




10) 베어링 마찰

이 문제는 얼마전 '북리지의 실수 - 와셔하나' 라는 영상을 통해서 공유했던 부분이기도 하기에 자세한 내용은 영상을 참고하길 바란다.  (영상 참조 : https://youtu.be/-aifh9i6hHA)



현재 내가 계속해서 전달하는 내용은 '저항'과 '힘싸움'의 문제이다. 익스트루더의 힘보다 더 강한 저항을 만나면 압출불량으로 이어지기 때문에 이 저항들을 줄이는 작업을 해야 한다는 것이 핵심이다. 어떨때는 아주 사소한 저항값의 증가가 턱걸이에 있던 토크값을 뛰어넘어 문제를 발생시킬 수 있다는 경험을 삽질을 하다보니 알게 되었다. 

위 사례에서 베어링(영어로는 Plunger)은 익스트루더 기어와 맞닿아 함께 돌아감으로써 필라를 밀어주는 가이드 역할을 해주는 것이었다. 그런데 와셔 하나 끼지 않으니..베어링이 베어링으로서 역할을 제대로 하지 못하는 상황이었다.  하우징 자체가 와셔가 없이도 잘 돌아갈 수 있도록 설계된 익스 하우징도 있을 것이다. 하지만 자작을 한다고 할 때 이런 부분에 고려가 들어가지 않으면 언제든 저항을 높이는 압출에 방해물로 작용할 수도 있음을 알아야 할 것이다.  

이 부분은 조립시 돌려보았을때는 아무 이상이 없었다. 그런데, 스프링 장력을 높여 조여줬을때 베어링이 하우징과 밀착되며 마찰력이 발생했다. 사진에서 베어링 외부에 네임펜으로 점 하나를 찍어 놓은 것을 볼 수 있을 것이다. 

출력이 뭔가 좀 이상한 느낌이 들어 저 점을 찍고 관찰을 하였다. 그랬더니 압출도중 모터와 기어는 회전하는데 점의 위치가 움직이지 않는 것이었다.  즉 필라는 베어링을 긁으면서 마찰로 미끄러지고 있었던 것이다.  여러분들도 압출불량이 발생했을 때 익스 베어링이 잘 돌아가는지 한번 점을 찍고 확인해보길 바란다. 


베어링 마찰 대응 방법

1. 베어링 한쪽에 점을 찍어 출력시 베어링이 익스기어와 맞물려 잘 돌아가고 있는지 눈으로 확인한다. 

2. 영상에서와 같이 와셔등을 통해 베어링이 제대로 기능할 수 있도록 조치한다. 



11) 필라 갈림

필라가 갈리는 현상이 있다.  동일한 이름으로 불려도 검색을 해보면 다양한 형태가 존재함을 알 수 있었다. 

<OC 카페회원님들의 이슈 사진들>


어떤것은 압출불량의 원인으로 작용하기도 하고, 또 다른 것은 압출불량이 야기시킨 결과이기도 하다. 

가장 먼저 첫번째 세일러 문님의 사진에 나오는 것은 익스트루더에 꺽여서 들어가는 필라멘트가 플라스틱으로 되어 있는 익스트루더 하우징을 갈아버린 것이다. 이정도로 갈렸다는 것은 필라와 하우징간의 마찰도 큰 상황이었을 것이다. 마찰은 곧 필라 당겨짐의 저항으로 작용해 압출불량을 야기시킬 수 있다. 즉 압출불량의 원인이 되는 것이다.  이와 같은 현상을 보았다면 필라멘트가 익스트루더로 들어갈 때 꺾이지 않도록 가이드를 설치해주거나 하면 해결될 수 있다. 


Kms me 님의 사진은 필라멘트를 마치 연필깍기와 같이 깍아버린 듯한 모습을 보이는데 이런 경우는 한번도 경험해보지 못했기 때문에 신기하기만 하다.  아마도 들어가는 입구가 칼날처럼 날카로와서 필라멘트가 대패처럼 깍이면서 들어가기 때문이 아닐까 싶다. 이 경우에는 그 구멍 부분을 드릴날을 이용해 날카로운 부분을 제거해주는 디버링 작업이 들어가면 괜찮아진다고 한다.   이런 갈리는 부분이 있다는 것도 저항으로 작용하기 때문에 압출에는 긍정적이지 않은 현상이다. 


배내골 그렇게 님의 필라갈림은 심각한 상황으로 보인다. 이것은 이 갈림자체가 압출불량의 원인이라기 보다는 결과일 가능성이 높다. 특히 노즐단에서 저항이 강하기 때문에 필라가 밀리지 못하고, 그 자리에 있는 필라는  탈조안나고 열심히 돌아가는 익스트루더 모터에 의해 갈려져 나가는 상황인 것이다.  이런점 때문에 탈조가 오히려 고마운 존재라는 생각도 든다. 탈조가 필요할 때 탈조가 안나면 다른 부분이 고장나게 되기 때문이다. 예를 들어 X, Y 모터를 생각해보자. 여기에 탈조가 안나는 엄청나게 강한 토크의 모터를 사용한다고 치다. 그러면 절대 탈조는 안날 것이다. 그런데 만약 모터선 연결을 반대로 했다면 어떨가. 오토홈을 눌렀을때 탈조가 적당히 나는 모터의 경우는 노즐뭉치가 반대편으로 가다가 막혀있는 지점에서 드드드득 하며 소리를 내고 충격을 완화할 것이다. 하지만 탈조가 안나는 엄청나게 강한 토크의 모터였다면 상황이 달라진다. 그대로 프린터 몸체에 정면 충돌하고 그냥 밀어 붙일 것이다. 그러면 프린터 하우징이 박살나거나 벨트가 끊어지거나 하는 일이 벌어지게 된다. 탈조가 안나는 모터니깐 말이다.  

여기서 말하고 싶은 것은  앞서서 언급한 저항과 힘싸움이라는 관계에서 X 가 무조건 크다고 좋은 것은 아니라는 것이다.  물론 크면 좋겠지만, 위기시 멈춰질 수 있는 정도면 충분하다고 보는데, 현재 오픈소스에서 보급형으로 많이 취급되는 nema17 모터의 경우는 여러 고려사항이 들어가 선택된 적당한 모터라 여겨진다. 

이야기가 갑자기 딴데로 샛는데.. 다시 압출로 돌아와서 보면 노즐단에서 저항이 강할 때 일반적인 경우에는 스텝모터의 힘이 다른 저항에 굴복당하여 '틱 틱 틱' 하는 소리를 내어 문제를 사용자에게 알려주겠지만, 배내골 님의 상황에서는 모터 힘이 워낙 좋고 장력스프링의 체결도 확실하기 때문에 애궂은 필라멘트만 갈리고 있었던 상황이라고 보인다. 즉, 압출불량의 원인으로서 필라 갈림이 아니라 결과적인 현상인 것이다. 


마지막으로 있는 3dhubs 사이트의 사진은 이런 현상의 결과로 나온 갈려진 필라의 모습을 담고 있다.  그런데 때론 스프링 장력이 너무 강해서 필라 갈림이 발생하기도 한다. 

앞서 보여준 사진을 다시 가져와보도록 하겠다. 


적당한 익스트루더 스프링 장력하에 필라에 찍힌 기어이빨은 위와 같다. 

그런데, 재질이 무른 필라일 경우.. 예를 들어 장마철에 습기를 많이 먹었거나 할 때.. 이빨의 깊이가 깊어지기도 한다. 거기에 아주 강력한 스프링 장력이 작용하기라도 하면 더 깊이 파일 수 있을 것이다. 그런데 한번이면 그나마 봐줄만하다. 문제는 같은 자리에 또 패이고 다시 또 패이는 상황이 발생할 때이다. 그래서 상대적으로 필라 깊숙하게 홈이 파지는 경우가 되면 다음과 같은 상황이 벌어진다. 



일반적인 상황은 왼쪽과 같지만 오른쪽과 같이 홈이 깊숙히 파인 경우 노즐로 필라가 들어갈 때 공기가 딸려 들어가 팽창할 수 있다.  이 결과도 압출이 지저분해지는 압출불량이 될 수 있다고 보인다. 

나는 처음에 저런 이야기를 들었을 때 같은 곳에 계속 패일 수가 있을까? 과연 그런일은 벌어지는가 싶어서 질문을 했던 기억이 난다. (다시 그 대화를 찾아보았지만 어디서 누구와 했던 대화인지 모르는게 아쉽다.) 직결식보다는 보우덴과 같이 리트랙션 거리가 긴 프린터의 경우..  리트랙션을 빈번하게 해야하는 트러스 구조의 에펠탑 같은 것을 출력 할 때 발생한다는 것이었다. 필라멘트는 파였던 구간을 계속 반복해서 왔다갔다 하며 도끼질 하듯이 파인다는 말이었다.  듣고보니 일리가 있었고, 실제 경험을 통해서 알게 된 사실이라고 하니 여기서 소개하는 바이다. 

한마디로, 무른 필라멘트 재질 , 강한 스프링 장력과 압력, 빈번한 리트랙션이 결합이 되면 필라멘트가 갈릴 정도로 깊이 파일 수 있고 불량이 날 수 있다는 말이다. 


참, 앞서서 우리는 장력스프링에 대해 이야기 하며 스프링 장력이 약할 때 필라멘트 슬립이 발생해서 압출량의 변화가 발생한다고 말했었다. 그런데, 모터 기어는 탈조가 나지 않는 한 정확한 스텝을 돌게 마련이다. 이때 필라멘트가 슬립으로 충분한 길이를 밀리지 않았다면 기어와 필라멘트사이의 미끄러짐 (이걸 slip 이라고 했었다) 이 있고 미끄러진다는 것은 기어 이빨에 갈리는 현상이 날 수 있겠다.  예전에 어른들이 신발 질질 끌고 다니면 신발 밑창 닳는다고 똑바로 걸으라고 했던 기억이 난다. 미끄러지듯이 움직인다는 것은 마찰을 가지고 움직인다는 것이고 그것은 닳게 되어 있다. 


정리하자면, 장력이 너무 강할 때도 필라 갈림이, 장력이 애매하게 약할 때도 슬립에 의한 갈림이 발생할 수 있다는 사실이다. 



필라갈림 대응 방법

1. 필라멘트가 어딘가 걸려서 저항을 가지고 있는 것은 아닌지 확인하고 만약 그렇다면 필라 가이드를 부착한다. 

2. 필라 들어가는 입구의 alignment 가 맞질 않아 대패처럼 갈린다고 하면 deburring 을 해주도록 한다. 

3.장력도 세고 익스모터 탈조도 없는 가운데 필라가 갈리고 있다면 노즐 단의 저항이 무척 높은 것이다. 일단 이글 뒤에 나오는 세번째 '안밀릴 때' 편을 참고하길 바란다. 

4. 장력이 너무 높아도, 너무 낮아도 갈릴 수가 있다. 그리고 너무 무른 재질의 필라멘트는 리트랙션이 많이 들어가는 모델링 출력에는 사용을 삼가도록 한다. 





안 밀릴 때

 

압출불량에 영향을 주는 세번째 저항에 이르렀다. 이 파트에서는 우리가 흔히 압출불량이라고 했을 때 많이 조치하던 내용으로 구성되어 있다. 가장 쉬운 접근으로는 그냥 노즐셋 뭉치를 새걸로 교체하는 것인데, 경제적으로 여유가 된다면 좋은 정품노즐셋 몇개를 사다두고 문제생길때마다 교체해주는게 가장 깔끔한 해결책이 될 수 있음을 말하고 싶다.  하지만, 문제의 원리를 안다면 적은 비용에도 조치할 수 있게 될 수 있지 않을까 하는 생각이 있다. 돈으로 다 해결하면 무슨 재미가 있겠는가.  없는 가운데 라면만 먹고 복싱 타이틀매치를 거머쥐거나 마라톤에 1등으로 들어오거나 하는게 더 신나는 일이 아니겠는가. 라고 스스로를 위로하면서 했던 나의 삽질기의 마지막 단원을 이제 진행해보도록 하겠다. 


12) 테프론 튜브 회전각

본격적으로 노즐로 가기전에 보우덴 방식에 있어서 테프론 튜브 회전각 문제를 거론해 보기로 한다.  보우덴 방식의 프린터는 익스트루더와 노즐 사이에 테프론 튜브로 길을 만들어 놓았다.  그런데 이 테프론 튜브가 형성한 길이 고속도로인지 구불구불한 시골길인지에 따라 필라 진행에 저항이 달라진다.   아래 그림을 보도록 하자. 


왼쪽과 오른쪽의 튜브의 길이는 동일하다.  필라멘트를 삽입했을 때 어떤 쪽이 더 잘 밀리겠는가? 

오래 생각할 필요도 없이 왼쪽이 훨씬 더 잘 밀릴게 뻔하다. 일단 직관적으로도 그렇게 보이지만 내부 메카니즘을 살펴보면 다음과 같다. 



 이해를 돕기 위해 필라와 튜브 내경을 조금 과장해서 그리긴 했지만 어렵지 않게 이해가 될 것이다. 필라멘트를 밀면 테프론 튜브 내벽에 필라가 닿으면서 그곳에서 마찰 저항이 생기게 된다.  앞선 그림에서 왼쪽의 경우는 저항위치가 한군데에서 발생하고 있지만 오른쪽의 구불구불 휘어진 테프론 내에서는 일곱차례의 저항이 발생할 것으로 예상이 된다.  따라서 왼쪽이 훨씬 쉽게 밀린다. 반대로 말하면 오른쪽과 같이 테프론 튜브가 휘어진 상황에서는 저항이 커질 수 있다는 것이다. (집에 있는 테프론 튜브를 이용해서 테스트 해본 결과 휘어지는 횟수에 거의 비례해 마찰이 커진다는 느낌을 얻을 수 있었다) 하지만 프린터에 연결된 테프론 튜브가 오른쪽처럼 심하게 휘어지는 일은 없지 않느냐고?  맞다. 내가 좀 과하게 많이 휘어놓은 것이다. 그러나 이 원리는 그대로 출력 상황에서 적용이 된다.  이 이야기는 보우덴 프린터를 사용하는 사람들 중에서는 이미 많이 알려진 유명한 불량 사례이기에 입문자들은 상식선에서 알아두면 도움이 될 것이다. 



위 사진의 두 프린터는 동일 기종의 보우덴 방식 프린터이다. 두대는 정확히 같다. 하지만 한가지 차이가 있다. 그것은 노즐의 위치가 다르다는 것이다. 

프린터 사용자들 중에 이상한 걸 눈치챈 사람들이 하나둘 글을 올렸고 이는 한명만의 문제가 아님을 알게 되었다고 한다.  오른쪽과 같은 헤드위치에서는 출력할 때 잘만 나오던 것이 왼쪽과 같이 헤드가 왼편으로 이동했을때 압출불량이 나온다는 내용이었다. 

앞서 내가 미리 구불구불길과 고속도로길을 비유했기 때문에 이미 이글을 읽는 분들은 알아차렸을 것이다.  바로 테프론 튜브의 회전각이 달라졌던 것이다. 

보우덴 사용자들은 이제 알게 되었다. 익스트루더에서 노즐로 오는 길도 무척 중요하다는 사실을..  그런데 내 생각에는 테프론 튜브의 회전각이 조금 저렇게 바뀌었다고 해서 갑자기 압출불량이 붉어진걸 회전각 문제로 치환하는 것은 문제가 있다고 보인다.  앞서 대전제로 놓고 시작했던 말과 같이 "압출불량의 원인은 복합적"이다.  나는 이렇게 본다. 이미 다른 부분의 저항이 90을 넘어섰던 것이다. 그리고 노즐이 오른쪽으로 갔을 때는 테프론 튜브의 저항이 7정도 되었다면 왼쪽으로 갔을 때 그 저항이 14정도로 올라간게 아닐까? 그래서 100이 넘어가 압출불량이 난게 아닐까?  즉 테프론 튜브 내의 저항이 커졌다는 것은 부인할 수 없는 사실이지만 그게 주요 원인은 아닐 수 있다는 것이다. 


이런 사실을 알게 된 사람들 중에 자작을 하거나 업그레이드를 할 때 필라멘트를 위에서 내리듯이 테프론 튜브를 위에서 아래로 내리면 되겠다고 생각하여 익스트루더를 위쪽 기둥으로 이동시키는 사람도 있었다. 그러나 이것도 실패로 끝난다.  왜냐하면 낮은 레이어에서 출력할 때는 못느끼는데, 큰 모델링을 출력할 때 Z 축이 올라감에 따라 테프론 튜브의 회전각은 급격히 꺾이게 되더라는 것이다.  근본적인 압출불량을 해결하지 않고 익스트루더 위치만 옮기게 될 경우에는 출력을 거의 끝나갈 때쯤 해서 압출불량을 경험할 수도 있게 된다. 


이와는 메카니즘은 조금 다르지만 필라와 테프론 튜브와의 마찰력이라는 측면에서 흥미로운 발견을 한 글이 있어 소개를 한다.  (원본글 참조 : https://cafe.naver.com/makerfac/64583)



닉네임 왕코쟁이님은 필라멘트가 감긴 회전방향과 테프론 튜브의 회전방향이 불일치 할 때 압출불량이 일어남을 경험적으로 알게 되셨고 그 내용을 그림과 함께 소개하고 있는데 보우덴 방식에 있어서 저항을 줄이는데 좋은 자료라고 보여진다. 


테프론 튜브 회전각 대응 방법

1. 현재 직결식 프린터만 두대 사용하고 있는 나로서는 크게 고민해보지 못한 내용이다. 그런데, 내가 알고 있는 어떤 프린터 제작자는 제작 단계에서 테프론 튜브가 이리저리 회전하지 않도록 U 자 형태로 딱 한번 꺽이도록 만든다고 한다.  이걸 적용해본다면 CR-10 이나 Ender-3 같은 기종에서 익스트루더의 위치를 바꿀것이 아니라 익스트루더의 방향을 바꾸면 어떨까 생각이 들었다.  현재는 필라멘트가 옆으로 들어와 옆으로 나가는 방식으로 되어 있는데, 노즐헤드에서 테프론튜브가 위에서 수직으로 내려와야 하기 때문에 어쩔 수 없이  꺽임이 두차례 발생할 수 밖에 없는 구조이다. 그런데 보우덴 익스트루더를 세워서 아래로 필라가 들어와 위로 나가게 한다면 U 자 (정확하게는 ∩ 자) 로 한번만 꺾인 방식으로 연결할 수 있지 않을까 하는 생각이 든다.  델타 프린터의 경우는 그렇게 적용한 기종이 많이 나오는 걸로 보아 효과가 있을 것 같다. 

2. 요즘 테프론 튜브 내부에 기름을 바르는 방식도 나오고 있고, 테프론 내부의 저항을 줄인 조금 비싼 테프론 튜브도 나오고 있다. 한번 알아보고 취사 선택하면 될 것 같다. 




13) 젤리구간 확장

필라멘트가 테프론 튜브를 지나서 처음 도착하는 곳은 콜드엔드라고 하는 히트싱크가 있는 곳이다.  대략적으로 히터봉이 있는 히터블럭 쪽은 핫엔드, 그 위에 냉각해주는 곳을 콜드엔드라고 부르는 것 같다. 


핫엔드는 뜨거워야 하고, 콜드엔드는 그 단어처럼 차가워야 한다. 

여기서 젤리구간이라는 표현은 내가 '미니타노스 완장제거 프로젝트' 에서 처음 언급했던 용어인데, 필라멘트가 녹아서 흐물거리는 상태를 뜻한다.  콜드 엔드쪽의 구조는 노즐셋 종류에 따라 조금씩 다른게 사실이다.  하지만 여기에서는 필라멘트가 지나가는 길, 그리고 그곳에서 열평형의 줄다리기 싸움이 벌어지는 공간이라는 관점으로 이야기 해보겠다. 자세한 내용은 이전에 작성해놓은 2개의 글을 참고하면 좋을 것이다. 


미니타노스 완장제거 프로젝트 (완결) - http://bookledge.tistory.com/943

Temp tower 를 통해 알게된 출력 온도의 진실 - http://bookledge.tistory.com/917



쉽게 설명해 보겠다.  콜드 엔드 쪽이 열평형 힘싸움에서 져서 뜨거워지기 시작했다면 어떤일이 벌어지겠는가? 
ABS 나 PETG 와 같이 Tg 점이 다소 높은 필라멘트는 그나마 버틸 수 있는 여지가 있지만, Tg 가 50, 60도 정도 밖에 되지 않는 PLA 는 흐물거리기 시작할 것이다. 
그걸 표현해 보면 다음과 같다. 

노즐목(heat breaker or nozzle throat : 앞으로의 글에서 throat 보다는 Heat breaker 라는 용어를 주로 사용할 것임)에 해당하는 부분을 옆으로 눕혀서 그린 그림들이다.  A 와 B 를 같은 힘으로 밀때 어느것이 더 잘 밀릴 것 같은가?  B 가 더 잘 밀릴것 같다는 분은 없을 것이다. 그냥 보더라도 B 보다는 A 가 잘 밀리고 저항도 없게 보인다.  B 는 콜드엔드쪽으로 열이 확산되어 필라멘트의 상당부분이 Tg 온도를 넘게 되면서 밀리는 압력에 의해 옆으로 부풀어 오른듯한 모양이다. 벽면을 흐물거리는 젤리 상태가 밀어내고 있으니 저항이 A 에 비해 클 수 밖에 없고 당연히 압출불량이 발생할 큰 가능성을 만들어 주게 된다. 


앞서 링크한 2개의 글을 통해서도 알 수 있지만 이는 콜드엔드가 콜드엔드로서 역할을 다하기만 하더라도 저항은 줄어들게 마련이다. 그 역할을 할 수 있게 해주는 것이 바로 '쿨링팬' 이다. 이런 점에서 노즐셋에서 가장 중요한 부품이 무엇이냐라고 묻는다면 나는 쿨링팬이라고 말해도 크게 틀리지 않다고 생각한다. (뒤에 나오겠지만 히트브레이커도 매우 중요하다)  콜드엔드에 있어 냉각은 그 무엇보다도 중요하다.  


여기서 입문자들이 자주 하는 실수 하나를 언급해 볼 수 있겠다. 그것은 프린터 출력이 끝나고 곧바로 전원을 내리는 습관 말이다.  처음 프린터를 구입해서 신나게 취미생활을 시작하신 분이 몇일 뒤에 압출불량 때문에 침울한 표정을 짓고 있다면 나는 혹시 프린터 마치고 전원을 바로 껐냐고 물어본다.  그러면 절반 이상이 바로 끈다고 대답한다.  출력이 끝나면 압출과는 상관없으니 이제 꺼도 되는 것 같이 보인다. 하지만 전원을 내리는 순간 쿨링팬 동작이 멈추게 되면서 노즐목에서는 아주 드라마틱한 일이 벌어진다. 핫엔드의 열이 위로 타고 올라오면서 내부에 있던 필라멘트를 녹이는 것이다.  아니 아얘 녹지 않더라도 Tg 점 위로 올라간 필라멘트는 노즐목 직경의 공간을 꽉 채우도록 변형이 된다.  처음에는 다음 출력을 걸었을 때 여차저차 간신히 압출이 되더라도 그것이 반복되면서 어느순간 더이상 밀리지 않는 상황이 발생하고  그때는 압출불량이 아니라 미압출.. 아무것도 밀리지 않는 절망적인 순간이 온다.  

그러니 출력이 끝나더라도 노즐온도가 60도 밑으로 떨어지고 나서 전원스위치를 내리기를 바란다. 



젤리구간 확장의 대응방법

1. 앞서 언급한 미니타노스 완장 프로젝트의 해결방법을 따르면 된다. 즉, 쿨링을 강화할 수 있도록 노즐목과 방열판 사이의 서멀구리스 작업을 진행해주는 것이 큰 도움이 된다. 실제로 적용해보았더니 리트랙션 거리를 줄여도 거미줄이 나오지 않게 되었다는 결과들을 몇몇분들의 후기를 통해 볼 수 있었다. 

2. 소음 감소를 위해 회전과 풍량이 약한 팬을 쓰는 경우가 있는데 이 곳에는 가능한 소리가 있더라도 쎈 모터를 쓰는게 맞지 않은가 싶다. 물론 온갖 시뮬레이션을 다 해보고 말하는 것은 아니기에 적정 풍량이라는게 있을 것은 같다. 그 부분은 좀더 전문적으로 연구하는 분들의 몫으로 남겨놓도록 하겠다.  바라기는 몇도 온도조건 진행시 바람직한 최소 풍량과 해당 팬의 모델까지 선정되는 글들이 나오면 좋겠다. 

 그런데, 생각해보면 냉각을 한다는 것은 외부의 바람을 불어주어 식혀준다는 것을 의미하겠다. 이때 외부 기온은 냉각에 매우 중요한 변수가 된다. 아주 극단적이지만 외부 온도가 100도 찜질방 불가마이다. 그러면 어떻게 될까? 그때는 노즐온도보다 낮은 온도이긴 하지만 제대로 노즐목을 식혀줄 수 없을 것이다. 겨울철에 아무 문제없이 출력을 했는데 날씨가 따듯해지고 여름이 오니 압출불량이 생겼다 하면 이런 이유에서가 아닐까 싶다. 




14) 테프론 튜브 변형

이번에는 노즐목안에 삽입하여 필라멘트의 이동을 원활하게 해주는 테프론 튜브, PTFE tube 에 대해 이야기해보겠다. 


노즐목에 테프론을 쓰는 이유는 가장 먼저로는 마찰계수가 엄청나게 낮은 물질이기 때문이다. 게다가 내화학성까지 있어서 다른 물질과 반응을 하지 않으니 달라붙거나 합성되거나 변형되지 않다는 이유로 노즐목내부에 많이 쓰이는게 아닐까 싶다. 그래서 믿고 있었는데 아래의 상황을 경험해보니 테프론튜브도 안심할 수는 없겠구나 싶었다. 



때는 바야흐로 2018년 11월.  그때 나는 작은 휴대용 프린터를 자작하기 위해 처음으로 PETG 필라를 이용해 열심히 출력을 하고 있었다. 출력온도는 너무 높은게 좋은건 아니다는 생각에 나는 230도 온도로 셋팅을 하여 출력을 진행했었다. 모든 파츠를 출력하고 1kg 의 필라멘트를 거의 다 쓸 동안 아무 이상 없이 성공적으로 자작 프린터의 모든 파츠들을 출력할 수 있었다.  그런데 다시 PLA 로 교체하고 나서 출력을 진행하는데 어느날 갑자기 출력이 안되는 것이다. 매우 중요한 출력을 진행하고 있었는데, 처음에는 압출 불량이 일어나 표면이 엄청 지저분하더니 곧이어 다시 출력 진행한 것에는 노즐목이 꽉 막힌채 전혀 압출이 안되는 상황이 왔다. 

처음에는 잔류 PETG 제거가 되지 않아서인가 하고 온도를 높여서 밀어내보기도 하고 했지만 소용이 없었다.  (노즐막힘을 예방하는 필라 교체 방법 참조 : https://youtu.be/kqWRFIICQ6I)


그래서 노즐셋을 모두 해체해보니 위 사진과 같은 상황이었다. 

팽창된 필라가 꽉 막고 있었고 그것을 빼고 보니 안에 있어야 할 튜브가 안보여 간신히 끄집어 내보았더니 정상적인 길이에 비해 5~6mm 정도가 짧아져 있었다. 형태로 보면 녹은것 같아 보였다. 물론 조립할 때 확인했던 튜브였는데 말이다. 

아니, 어떻게 테프론이 녹지? 라는 생각이 들 수 밖에..

위키피디아에서 테프론의 물성을 찾아보니 다음과 같았다. 



녹는 점은 300도가 넘었고, Tg 점도 100도가 넘는 온도였다.  정상적인 출력 상황에서는 저렇게 나올 수가 없을 것 같은데 신기했다. 

이 지점에서 합리적으로 생각을 한다면 내가 노즐목에 끼워둔 튜브가 과연 테프론이 맞았는지가 의심이 된다.  풍문으로 듣기론 테프론 튜브의 투명도에 따라 테프론 함량이 차이가 난다는 말이 있다. 그 말이 맞다면 테프론 튜브가 종류에 따라서는 100% 테프론만으로 만들어진 것은 아니라는 것을 뜻할 것이다. 실제 테프론은 기존의 플라스틱에 비해 가격대가 높은 물질이라고 알고 있다. 아마 중국산 저가 노즐목에는 테프론 함량이 낮은 튜브를 사용하고 테프론 함량이 아닌 나머지 부분에는 높은 출력 온도에서 녹아져 내리는 문제를 만들 수도 있겠구나 하는 생각이 들었다. 

그야 어쨋건, 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 저가 노즐목의 테프론 튜브에서는 저런 녹는 문제도 발생할 수가 있다는 사실을 경험으로 알게 되었다. 

또한 어쩌면 정상적인 순도 100% 테프론튜브의 경우도 히터블럭내부에 위치한 것은 녹을 수 있는지도 모른다.  테프론 튜브가 팽창해서 소위 '동맥경화' 가 발생하여 노즐목이 막힐 수 있음을 잘 정리해놓은 '야풍' 님의 글을 링크로 대신하도록 하겠다. 더 자세히 알고자 하는 분은 다음 글을 참고하길 바란다. 

(야풍의 압출 불량 및 노즐이 막히는 원인 : https://cafe.naver.com/makerfac/52741)


노즐목이 막히는 이유중 하나는 처음에는 괜찮다가 테프론에 변형이 와서 내가 겪은 사진과도 같이 테프론이 없어진 공간을 필라멘트가 팽창해서 막아버리는 상황이 올 수 있다. 

그리고 또한 테프론 튜브가 애초부터 너무 짧게 잘린것이 삽입되어 있을 때 빈공간이 생기면 그것이 압출불량을 일으킬 소지가 된다.  노즐셋쪽의 문제가 의심이 된다면 지금 노즐목을 분리해 테프론튜브의 길이를 확인해보길 바란다. 너무 짧다면 그것이 압출불량, 혹은 압출저항의 원인을 제공 하고 있을 것이다. 


나름 이문제를 겪고 나니 어떻게든 예방을 해보고자 머리를 굴렸었다. 내가 순간 하게 된 생각은 열에 변형이 될 수 있는 테프론을 아얘 없애버리고, All metal 고온용 노즐목을 쓰면 어떨가 하는 것이었다.  그런데, 이것을 구입하려고 알아보는 과정에서 아주 재밌는 사실을 알게 되었다.  다음 비교사진을 보자. 


겉으로 보기엔 똑같아 보이는 히트 브레이커(노즐목)이 무려 10배 이상의 가격차이가 나는 것이었다. Trianglelab 의 히트브레이커도 정품이 아닌 카피이기에 정품은 이보다 훨씬 더 비싼 가격일 것이다. (글을 작성하고 나서 e3d 본사 사이트에 들어가 확인해보니 가격이 $43 이었다. 이게 실환가?)  e3d v6 카피인데 왜 이렇게 차이가 날까 생각하며 그냥 무심결에 왼쪽에 있는 저렴이를 구입해놓았고 1달이 지나 배송을 받았는데 이제 그것은 다 버려야 할 참이다.  

왜냐하면 히트브레이커의 핵심은 핫엔드의 열이 콜드엔드쪽으로 타고 올라오는 것을 막는 역할이기 때문이다. 여기서 가장 중요한 성질 중 하나가 열전도율인데, 그냥 스텐리스 스틸로 만든 왼쪽의 것은 열전도율이 매우 높다. 그나마 안에 테프론 튜브라도 있기에 저온용에서는 무난하게 사용되지만, All metal 로 스텐리스 스틸 노즐목이라면 필라가 그 안에서 부풀어 버려 제대로된 출력 물을 얻기 힘들다는 것이 사용자들의 평이었다. 

오른쪽은 모양이 동일해 보이지만 일단은 재질자체가 달랐다. TC4 라는 Grade5의 티타늄 합금이라고 한다. 정식 표기는 다음과 같았다. Ti-6Al-4V .  즉 겉은 똑같아도 내용물이 전혀 달랐던 것이다. TC4 는 스텐리스 스틸의 절반정도의 열전도율을 갖는데 이게 노즐에 달려 출력이 진행되는 상황에서는 크리티컬한 점이 있는가 보다.  게다가 정품 All metal 의 내부 벽면에는 필라멘트가 늘러붙지 않도록 특수한 재질로 코팅이 되어 있다는 말도 들었다.  그러니 가격차이가 10배가 넘게 나는게 아닐까. (실제 정품과는 100배) 

어쨋든, 나의 All metal 히트브레이커 교체는 이렇게 단념하게 되었다. (추가: 저렴이 노즐목을 버리기 전에 한번은 테스트해보자 싶어 장착해 출력해보았다. 결과는, 문제없이 잘 나와준다. 아마도 노즐목 쿨링을 신경써서 해줘서 그렇지 않은가 싶다. 첫째로 e3d v6 클론을 받았을때 있는 30mm짜리 팬을 떼어버리고 40mm 팬으로 풍량 업을 해준게 크지 않을까 싶다. 둘째로 노즐목과 방열판 사이에 서멀구리스 작업을 꼼꼼히 해주었다. 셋째로는 내가 출력하는 온도가 190~200도 정도의 상대적으로 낮은 온도였기 때문이 아닌가 싶다.  고온으로 올려 출력 테스트를 더 해봐야지 좀더 자세히 평가할 수 있을 듯 하다)  향후에 고온 필라를 사용하게 될 때에는 가격이 좀 더 나가더라도 정품 히트브레이커를 사용해야겠다는 생각을 했다. 이에 대해 자세한 정품 e3d V6 노즐셋에 대해서는 '에테르! 울산' 님의 정품 e3d 관련 글을 참고하길 바란다. :  https://cafe.naver.com/makerfac/55187 



테프론튜브 변형 대응방법

1. 간단히 변형된 테프론 튜브를 빼고 새 테프론 튜브로 교체해 넣으면 된다.  전체 노즐셋을 바꾸는 것보다 이렇게 하는 것이 훨씬 싸게 먹힌다.  만일 노즐셋을 분해했을 때 테프론이 변형되어 있다면, 싸고도 쉽게 문제를 해결할 수 있는 길을 찾은 것이라 생각해도 좋겠다. (압출이 안될때 노즐을 교체하는데, 노즐목의 테프론 튜브 교체가 답일 경우가 많다.)

2. 싸구려 노즐목보다 가격이 조금 더 나가더라도 TC4 노즐목을 사용하는게 좋지 않을까 싶다. 열이 올라오는 것을 최대한 막아줘 테프론튜브 변형도 줄어들 것이다. 

3. 만약 ABS 나 PETG 를 주로 많이 출력한다면 정품 E3d 의 All metal heat break로 교체하는 것도 방법이겠다. 에테르!울산님에 따르면 나머지는 다 가품으로 쓰고 heat break 만 정품을 쓰더라도 성능은 괜찮을 거라고 이야기 하는데, 나도 그에 공감하는 바이다. 





15) 노즐 막힘 

스풀에서 시작된 압출불량의 원인을 찾는 여정이 이제 노즐까지 왔다. 이제 얼마 남지 않았으니 힘내길 바란다. (북리지야 힘내라...)

노즐이 막히면 당연히 안밀린다. 안밀리면 압출불량으로 귀결된다. 
나는 노즐목이 막힌적은 여러번 있지만 지금까지 노즐이 막혔던적은 없었던 것 같다. 그냥 퉁쳐서 노즐이 막혔다고 말하긴 하지만 이제 이글을 읽는 분들은 노즐이 막힌것과 노즐목이 막힌것, 이 둘을 구분할 수 있게 되었으리라 생각한다. 노즐이 막혔다는 것은 일반적으로 많이 사용하는 0.4mm 구멍이 무엇엔가 의해 완전히 혹은 부분적으로 막혀버렸다는 뜻인데 내가 다른 분들의 경험을 통해 알게된 바로는 다음과 같이 크게 3가지 경우가 있었다. 

첫째, 필라가 문제였다. 
둘째, 필라 탄화물이 문제였다.
셋째, 필라에 쌓인 먼지가 문제다. 

이런 이야기들이 많다.. 어떠어떠한 필라를 썼는데 노즐이 막혔더라 하는 등..  예를 들어 우드필라를 썼는데 그랬고, 마블 필라를 썼는데 막혔더라라는...  과연 우드필라나 마블 필라 자체에 노즐구멍을 막을 만한 파티클이 들어가 있는가?  사실 이부분은 잘 모르겠다. 특수 필라멘트라서 출력 조건 셋팅에 어려움이 있고 온도조건이나 리트랙션 설정 조절에 실패하여 노즐목이 막혔을 때도 우리는 흔히 노즐이 막혔다고 하지 않는가.  하지만 다른쪽 관점에서 볼때 필라 자체에 노즐을 막을만한 파티클이 들어가 있을 가능성도 배제할 순 없다.  카페에 올라왔던 글 중에 구매한 필라 내에 철심 혹은 이물질이 박혀 있어서 익스트루더에서 밀려 들어가지 않는다는 글을 본적이 있다. 


이런게 한번이 아니라 여러차례의 글이 있었는데, 저가 필라멘트를 사용했을때의 경우였다.  나는 지금까지도 저가 필라멘트를 주로 쓰고 있고 이런 문제를 겪어보진 않았지만 제조과정에서 공장의 청결도나 품질관리에 소홀한 업체의 제품인 경우는 필라내부 불순물이 들어갔을 가능성도 있다고 여겨진다. 위와 같이 아얘 큼지막한 이물질은 테프론 튜브자체를 통과 못할 것이지만, 크기가 작은 - 그러나 0.4mm 보다는 큰 파티클의 경우 필라 중간에 끼어 있다가 노즐로 들어가면 그것은 노즐 막힘이란 결과를 만들 가능성도 있다고 생각한다. (자주 있는 일은 아니겠지만 그런 가능성도 생각해 볼 수 있다는 뜻이다)


두번째로 필라멘트 탄화물에 대한 이야기도 많이 나온다. 

이런 탄화물은 히터블럭과 노즐 사이로 새어나온 필라가 굳어 있는 모습을 보면 알 수가 있다. 분명 PLA 필라멘트가 새어나와 녹았다 붙은 것인데 노즐을 히팅해도 노즐주변에 붙어 있는 물질이 녹질 않는다. 아주 딱딱하게 굳어 있는 것을 볼 수 있는데 내가 이해하기론 이런 딱딱하게 굳은 물질이 필라내부에 잔존하여 노즐이 막힐 경우 이를 필라탄화물에 의한 노즐막힘이라 부르는 것 같다.  해외사이트에 보면 이에 대한 내용의 글들을 종종 찾아볼 수 있었다. 


<https://www.antonmansson.com/how-to-cold-pull-clogged-nozzle/>


위 사이트의 내용에 보면 나일론 필라멘트를 사용해서 막힌 찌꺼기를 제거하는 방식을 소개하고 있으니 관심있는 분은 한번 시도해보길 바란다. 

하지만 나라면 그냥 노즐을 새거로 바꿔낄 것 같다. 나일론 필라를 별도로 구매하느니 하나에 몇백원 밖에 안하는 새 노즐로 바꾸는게 낫지 않을까 싶다. 


세번째 경우로는 필라는 전혀 잘못이 없고, 보관 방법에 의해 발생하는 노즐막힘을 말한다. 출력을 자주자주 해주는 사람은 상관없지만 오랫동안 필라멘트를 밖에 방치해놓은 경우는 다양한 문제가 발생한다. 가장 흔한것은 습기를 먹어 필라가 뚝뚝 불어지는 현상일 것이다. 그리고 또 하나는 먼지가 쌓였을 때 발생한다. 내 경우는 최근까지 필라멘트를 사용하고 나면 바로 배송될 때 들어 있던 비닐포장에 다시 넣어 보관했기 때문에 그런일은 없었던것 같다. 게다가 다이소 김치통을 이용해 보관과 스풀러를 겸용한 통을 만들어 놨는데 나 처럼 보관한 경우는 먼지가 잘 쌓이지 않을 것이다. (참고 : 습도에 강한 필라멘트 박스 만들기 https://youtu.be/GfbcBLiNges)



그런데 사실 요즘 좀 걱정이다. 건조한 겨울이고 너무 빈번한 필라 교체를 해야하는 상황이라는 핑계로 비닐에 잘 보관하지 않고 그냥 밖에 방치하고 있는 것이다. 아마도 필라 윗면에 차곡차곡 먼지가 쌓이고 있을것이다. 이런 먼지들이 익스트루더로 들어가 노즐에서 밖으로 다시 나오면 좋은데 경우에 따라서 노즐을 막히게 하는 것으로 작용도 하는 것 같다.  그래서인지 싱기버스에는 다음과 같은 필라멘트 먼지 제거와 오일 바르는 용도로 만들어진 모델링을 찾아볼 수 있었다. 


<https://www.thingiverse.com/thing:492067>


나도 이걸 장착해두고 사용했던적이 있지만 이게 얼마나 먼지제거에 도움이 될지 확신은 들지 않는다. 오일을 필라에 바르는 용도로는 효과가 있을 듯도 하다.  참, 여기서 갑자기 오일 이야기가 나왔는데,  필라멘트 혹은 테프론 튜브내에 오일을 바르면 출력이 잘된다는 이야기가 있다. 나는 해보진 않았지만 마찰저항을 줄여준다는 점에서 여러가지로 긍정적인 측면이 있을 것 같다. 


여기까지 노즐이 막히는 경우에 대해 많이 언급되는 원인들을 알아보았다.  여러분들은 이  세가지 경우에 속하는 경험을 해보았는가? 만약 있다면 댓글을 통해 경험담을 남겨주면 좋은 정보공유가 될 것이다. 



노즐 막힘 대응방법

1. 노즐을 새걸로 교체한다.  끝.

   이게 싸게 먹히고 뚫고 토치로 가열하고 하는 것보다 훨씬 쉽다. 






16) 베드레벨링  

이제 마지막이다.  마지막은 출력이 진행되는 바로 그곳 베드에서 일어나는 상황때문에 발생한 압출불량에 대한 내용이다. 
이건 그다지 복잡한 내용이 아니라 짧게 마치도록 하겠다. 
말 그대로 베드레벨링 문제다. 정확하게는 노즐이 베드와 너무 가깝기 때문에 발생하는 문제로 레벨링이 틀어져 일순간 노즐과 베드와의 간격이 0 혹은 마이너스로 붙어버린 상황이다. 
이 경우를 다른 표현으로 하자면 베드가 노즐을 막고 있다고 볼 수 있다. 


필라멘트가 나갈 구멍이 막혀버리니 압력이 가해지고, 이때도 익스트루더 모터는 틱틱틱 소리를 내게 된다. (장력스프링이 약할 때에는 슬립이 발생한다) 



베드레벨링 대응방법

1. 첫레이어를 깔면서 압출이 안되는 것을 보게 되면 일단 노즐/베드 간격이 너무 가깝지 않은지 의심해보라. 그리고 레벨링을 다시해서 A4 용지 한장 들어갈 정도의 거리로 레벨링을 잡도록 하라.  오토레벨링 센서를 장착해 사용하고 있다면 노즐과 프로브(오토레벨링 센서) 의 offset 간격의 값을 재설정해야 할 수도 있다. 

(참고 : 수동레벨링 방법 :  https://youtu.be/GLRI3z6NxZo 

오토레벨링 센서 초기설정 방법 : https://youtu.be/pAv4gwtQmOw  )








3. 마무리 


오랫동안 구상하고 있던 내용에 대한 정리를 마쳤다. 전문성을 가지고 작성한게 아니라 나의 경험기반으로 해서 정리한 것이기에 빈틈도 많으리라고 본다. 보완되어야 하거나 수정이 필요한 부분은 거침없이 댓글을 통해 의견을 남겨주길 바란다. 

이글은 나의 경험도 일부 있지만 대부분은 나보다 앞서 프린팅을 시작하며 정보를 공유해주신 여러 선배 취미생활자님들이 있었기에 가능하였다. 이자리를 빌어 이름을 다 이야기하지 못할 좋은 영감을 주신 선배님들과 OC 카페에서 다양한 불량들을 공유한 회원님들께 감사를 드린다.  

아무쪼록 이글이 처음 삼디 프린터를 접해 취미생활을 시작하시는 분들에게 좋은 가이드가 되길 희망하는 바이다. 


모두들 즐거운 프린팅 생활 되시길....






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