기술연구

김경현 2016. 1. 5. 03:46

Prusa i3 3D프린터 조립.pdf 무료 다운로드


안녕하세요.


기술이 공유되지 않으면 미래의 사회는 지금보다 더욱 폐쇄적이고 불평등한 사회가 될 것입니다. 카피레프트(copyleft)는 개인의 지적재산권을 중시하는 기존의 카피라이트(copyright)에 대항해 사회적 공유를 강조하는 정신이자 운동입니다. DIY연구소는 카피레프트(copyleft) 정신과 4차 산업기술의 확산을 위하여 연구한 내용을 무료로 배포하고 있습니다. 오늘은 네써팝 무극 대표님의 도움으로 3D프린터 조립를 공부하여 정리합니다. 감사합니다. Prusa i3는 Reprap.org의 대표적인 자작 프린터 모델입니다. 완전한 오픈 소스 3D프린터이며 아마도 자작 프린터 중에서는 제일 많이 만들어진 모델이라 생각됩니다. DIY는 일단 한번 만들어보면 유지보수를 스스로 할 수 있는 능력이 키워집니다. 개인적으로 이 모델의 조립 난이도는 상당히 있는 편입니다.





DIY연구소 김경현 배상 (010 8604 6802)



[교육내용]


☞ 1. 3D프린터 설계제작

☞ 2. 3D프린터 프로그램

☞ 3. 3D프린터 의수제작

☞ 4. Core XY 3D프린터 구동방식과 조립

☞ 5. Prusa i3 3D프린터 조립

☞ 6. Prusa i3 3D프린터 배선

☞ 7. 3D프린터 전기조립 기초

☞ 8. Fun i3 3D프린터 조립

☞ 9. 3D프린터 오픈소스 RepRap

☞ 10. 20만원대 교육용 3D프린터 개발

☞ 11. 3D프린터 전기자전거 개발

☞ 12. 원노즐 듀얼 3D프린터 개발















































3D 프린터 조립


- 모델 : Prusa i3, 

- 자료 : 네써팝 무극 대표님


1. 기계조립

Prusa i3 모델을 선정하여 기계조립 방법을 설명을 시작한다. Prusa i3는 Reprap.org의 대표적인 자작 프린터 모델이다. 완전한 오픈 소스 3D프린터이며 아마도 자작 프린터 중에서는 제일 많이 만들어진 모델이라 생각된다. 본 조립 설명을 처음부터 마지막까지 차례대로 해 나가면 누구나 프린터를 조립할 수 있는 것을 목표로 만들었다. DIY는 일단 한번 만들어보면 유지보수를 스스로 할 수 있다. 출력경험이 많아질수록 정밀도는 올라가며 상용프린터는 기계 자체가 우수하다기보다 출력 노하우가 녹아 있어 더 정밀한 편이다. 난이도가 상당히 있는 편이다. 


1-1. 부품 확인

m4 x 20 는 지름 4mm 길이 20mm 의미. m3 너트이면 너트구멍의 지름이 3mm. 베어링의 경우 마지막 숫자가 구멍 지름이다.

그림 1.1. 아크릴 부품

그림 1.2. 플라스틱 출력 부품

그림 1.3. 스텝 모터 부품

그림 1.4. 스위치, 배선 부품

그림 1.5. 전원공급 부품

그림 1.6. 벨트 부품

그림 1.7. 핫베드, 센서, 강화유리 부품

그림 1.8. 보드 부품

그림 1.9. 기타 부품

준비물로는 코팅목장갑, 육각렌치, + - 드라이버, 소형벤치, 15cm이상 자, 파워케이블, 집게, 절연테이프 또는 수축튜브, 버니어캘리퍼스, 멀티테스터, 인두, 대형벤치, 강력접착제 등이 필요하다.


1-2. 소프트웨어

큐라, 아두이노 설치 : ※ 전기조립에서 설명


1-3. 조립 시작

그림 1.10. 몸통 조립

그림 1.11. Y축 조립

1. 이렇게 두 쌍을 만든다. 볼트를 완전히 조이면 다시 풀어야 한다. 손으로 약하게 체결한다. SC8UU와 연마봉도 약하게 체결한다. 나중에 아크릴 프레임과 길이 조절한다.

그림 1.12. 벨트홀더 조립

1. 베어링이 돌아가야 되니 돌아갈 틈은 남기고 체결해야 한다. 너트가 헐거워질 염려가 있어 m8 나일론 너트를 추천한다.

그림 1.13. Y축 조립

1. 모터 마운트 나사 2개, GT2 기어 무두 렌치볼트 두개를 제외하고는 모두 손으로만 대충 조이면 된다. 몸체와 체결 시 꽉 조이면 된다.

그림 1.14. Y축 본체와 체결

1. 너트를 조인다. 나일론 너트가 아닌 이상 그냥 장갑 끼고 손으로 체결해도 된다.

2. 길이를 맞추는 방법은 간단하다.

그림 1.15. 가로길이 조절

1. 아크릴 쪽으로 밀어 넣은 후 볼트를 조이고 반대쪽도 동일하게 조인다. 앞쪽 부분부터 GT 벨트가이드를 제외한 모든 너트를 조인다. 전산볼트가 보기 좋은 길이 정도로 둘 다 동일하게 조인다. 가로 세로 방향 12개 너트 전부 조인다. 

2. 앞 쪽을 모두 조인 후, 전체를 들어서 이번엔 반대로 세로 부분 길이 조절 위하여 8개의 너트를 조인다.

그림 1.16. 세로길이 조절 (1)

1. 연마 봉을 둘 다 빼낸다.

2. 빼낸 연마 봉 두개를 비교하여 긴 쪽을 찾아서 끼워 넣고 밀착 시킨 후 나머지 볼트를 조인다. 반대쪽도 긴 연마 봉을 다시 넣고 밀착 시킨 후 볼트를 조인다.

그림 1.17. 세로길이 조절 (2)

1. 단순히 아크릴 홈에 끝까지 밀어 넣고 너트를 조이기만 하면 된다.

2. 가운데 너트 4개도 조여야 한다.

그림 1.18. X축 조립 (1)

그림 1.19. X축 조립 (2)

1. 연마 봉 길이가 38, 32cm 이므로 바꿔 끼우지 않도록 주의한다. 

2. 빡빡해서 굳이 안 끼워도 되지만 볼트 4개는 연마 봉이 헐렁할 경우 체결한다.

그림 1.20. X축 보충 설명 (1)

1. 도면만 보고 조립하시기 힘든 경우를 위하여 보충 설명을 추가한다. 사진은 플라스틱 출력 프린트 부품으로 밑에 붙어 있는 것은 BRIM 으로 휨 방지와 바닥에 더 잘 붙여주기 위해 큐라 소프트웨어 옵션에서 넣어준 것이다. 연마봉과 프린트부품의 절단면이 날카로우므로 꼭 코팅 장갑을 끼고 작업한다.

2. 벤치로 뜯어내고 남은 부분은 커터 칼로 제거한다. 거친 부분은 사포로 갈아도 되고 그냥 두어도 상관없다.

그림 1.21. X축 보충 설명 (2)

1. 베어링 LM8UU 장착 시 완전히 끝에 끼우지 말고 조금 들어가게 넣어준다. 끝 부분에 맞춰도 상관없지만 혹시 모를 끝부분 뒤틀림이나 수축을 대비한다.

2. 베어링 LM8UU 장착완료. 프린트 부품이 날카로우니 부상의 위험이 있어 꼭 장갑을 끼고 작업해야 한다.

그림 1.22. X축 보충 설명 (3)

1. 베어링 우선 X축 왼쪽 프린트 부품에 직경 38 cm 연마 봉을 끼워 넣는다. 연마 봉을 단단히 잡아줘야 하므로 빡빡하다. 코팅장갑을 끼고 환봉을 돌려가면서 힘껏 끼워 넣는다. 3~4 cm 정도 끼워 넣으면 된다. 사진처럼 오른쪽 끝부분이 맞지 않아도 전혀 상관없다. 미관상 좋지 않을 뿐이다. 꼭 장갑을 끼고 작업한다.

2. 나머지 프린트 부품들을 결합한다. 왼쪽 "X엔드 오른쪽" 파트 부분은 연마 봉이 조금 헐렁하게 들어간다. 나중에 나사로 조여주면 되지만 아직 조이지 않는다. "X엔드 중간" 파트의 방향을 꼭 확인해야 한다. 방향이 잘못 되면 나중에 다시 분해해야 되는 사고가 발생한다.

그림 1.23. X축 보충 설명 (4)

1. M5 너트는 여유 있게 들어간다. 기존에 설계는 딱 맞춰서 너트를 방향을 맞춰 주는 식이었는데, 수평이 잘 맞지 않는 등 너무 많은 문제가 있어서 조금 불편하지만 여유 있게 변경하였다. 여유 있는 상태로 두고 그냥 본체에 결합한 후, 프린터 완성 후에 강력접착제로 고정하면 된다.

그림 1.24. X축 벨트 조절

1. GT2 벨트 조립 시 벨트는 적당히 꽉 당겨주면 된다. 

2. 팽팽할 정도로 당겨주되 너무 세게 당기면 Z축이 휘는 수가 있으니 안 휠 정도로 당겨야 한다.

그림 1.25. Z축 조립

1. Z축 5mm 전산볼트를 구멍 가운데에 맞추어 체결한다. 전산볼트가 한쪽으로 쏠리면 나중에 다시 분해해야 하는 상황이 벌어지므로 M5 너트 방향을 조정하여 가운데에 맞춘다.

그림 1.26. X축, Z축 조립용 부품

그림 1.27. Z축 조립도 완성도

1. Z축 조립도

2. Z축 완성도

그림 1.28. X축 조립도 완성도

1. X축 조립도

2. X축 완성도

그림 1.29. Y축 베드 결합 (1)

1. GT2벨트를 y축 모터와 연결한다.

그림 1.30. Y축 베드 결합 (2)

그림 1.31. 기계조립 완성도 (1)

1. 우측면도, 정면도

그림 1.32. 기계조립 완성도 (2)

1. 후면도

기계조립 하드웨어 부분이 완성되었다. 다음은 전기조립으로 배선과 보드 연결 설명한다. 

2. 전기조립

Ramps 1.4 보드는 아두이노 위에 올려서 작동하는 보드로 혼자서는 작동하지 않는다. 아두이노가 필요 없는 원 칩 기판도 많이 나오고 Generation 8보드 까지 나온 상황이지만, 넓은 확장성과 범용성 때문에 아직까지 널리 사랑받고 있다. 단점은 아두이노와 Ramps 보드 두개가 필요하기 때문에 가격이 조금 더 나간다.

그림 2.1. RepRap Arduino Mega Pololu Shield 1.4


2-1. 소프트웨어

기계조립 1-2. 소프트웨어 큐라, 아두이노 설치방법을 설명한다.

큐라 (Cura)

http://software.ultimaker.com 에서 아래 그림과 같은 방식으로 큐라 소프트웨어를 설치한다. 아두이노도 설치해야하니 드라이버 설치하며 Stl 이외의 파일은 선택하지 않는다. 

그림 2.2. 큐라 소프트웨어 설치방법

아두이노 (Arduino IDE)

http://arduino.cc/en/Main/Software 에서 아래 그림과 같은 방식으로 아두이노 소프트웨어를 설치한다. 압축 해제 후 실행한다. 아두이노는 도구 -> 보드 -> Arduino Mega 2560 or Mega ADK 순으로 선택 후 설정한다.

그림 2.3. 아두이노 소프트웨어 설치방법


2-2. RAMPS

아래 그림은 RAMPS SET 이다. 방열판은 A4988 모터 드라이버 위에 붙인다. 우측상부 직사각형에 점퍼 3개를, 모터드라이버 밑에 총 5세트를 장착한다. 미장착시 스텝이 1, 1개 장착 시 스텝이 1/4, 2개 장착 시 스텝이 1/8, 3개 장착 시 스텝이 1/16로 많이 장착할수록 더욱 정밀하게 작동하니 모두 장착한다. 왼쪽 정사각형의 방향을 주의하며 A4988 드라이버 칩을 장착한다. 왼쪽 정사각형을 드라이버로 돌릴시 모터에 흐르는 전기의 세기가 조절된다.

그림 3.2.4. RAMPS 설치방법


2-3. 아두이노

아래 그림과 같이 RAMPS를 핀이 어긋나지 않도록 조심하여 아두이노와 결합 후 USB 선을 이용하여 시리얼 포트를 컴퓨터와 연결한다. 아두이노 설정은 제어판 -> 검색에서 "장치" -> 장치 관리자 3번 포트 연결 시, 아두이노에서 도구 -> 시리얼 포트 com3 선택 후, 아두이노에서 파일 -> marlin 을 연다. LCD 연결후 ㅁㅁㅁㅁ 로 표시되면 잘못된 것으로 상기 순서대로 다시 실행해야 한다.

그림 3.2.5. 아두이노 설정방법 (1)

그림 2.6. 아두이노 설정방법 (2)

그림 2.7. 아두이노 설정방법 (3)

그림 2.8. 아두이노 설정방법 (4)

그림 2.9. 아두이노 설정방법 (5)


2-4. 전원스위치

쇼트가 나서 보드에 문제가 생기는 경우가 많으므로, 전원스위치 작업 시 반드시 USB 케이블을 제거해야 하며 LCD 화면이 켜지지 않은 상태에서 작업한다. 아래 그림은 전원스위치이다. 퓨즈가 없으면 작동하지 않으며, 우측은 스페어 퓨즈 이다.

그림 2.10. 전원스위치 설치방법 (1)    

그림 2.11. 전원스위치 설치방법 (2)

SMPS 용량에 대해서 또는 3D프린터 파워에 대하여 정리하면 아래와 같다. 최대 소모량 기준으로 평소 출력 시 아래 파워를 모두 사용할 일은 거의 없다. 안전을 위하여 최소 아래 정도의 파워를 권장한다. 이하 시 문제없는 경우도 많고 문제가 생긴다 해도 각종 안전장치로 파워가 타는 것 이외에는 별문제 없지만 파워 보호를 위하여 스위치에 미리 배선 작업을 해놓는 것이 좋으며, 이후 SMPS 에 연결한다. 

핫베드 11A x 12v = 132 W

핫엔드 5 A x 12v = 60 W 

듀얼 핫엔드시 핫엔드 X2

스텝모터 Nema 17 개당 5W X 5 = 25W

기타 2-3W

싱글핫엔드 219W

듀얼핫엔드 279W

그림 2.12. 전원스위치 설치방법 (3)

검은색 선은 접지이고 220V는 + - 구별이 없다. 구분 없이 연결하면 된다. 검은색 2개, 빨간색 2개의 같은 선이 4개 있으며 상기 그림처럼 연결하고 나사를 조이면 된다.

그림 2.13. 전원스위치 설치방법 (4)

상기 그림처럼 12 V 선 두개를 연결한다. 위에서 보면 총 7가닥의 선이 연결되어야 한다.








- 첨부파일

20160105-3D프린터조립-Prusa i3.pdf  
   
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