기술연구

김경현 2016. 5. 16. 17:12

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 (주)ATID 김창일 대표님의 배려와 지원으로 원노즐 듀얼 3D프린터 개발을 진행하게 되었습니다. 감사합니다. FDM 방식중 산업용 3D프린터의 선두업체인 미국 스트라타시스 업체방문후 보급형 3D프린터와의 차이점을 비교하였습니다. 구조 진동 내구성 프로그램 설계등 여러 차이가 내부적으로 있겠지만 개인적 판단으로는 3D프린터 출력시 입체인쇄물의 나사구멍이나 돌출부, 빈공간 등의 지지를 위한 서포트부분들의 사출부분을 일반 필라멘트와 달리 용액에 담가두면 용융되어 쉽게 제거 가능한 이종 특수필라멘트를 적용하는데 이부분이 가장 크게 보였습니다. 스트라타시스사 1차 출력 실제출력 산업용 부품들도 육안으로 확인하였는데 표면조도는 RepRap 보급형 3D프린터와 큰차이를 못느꼈지만 서포트부분의 제거작업후 표면의 상처가 없이 매끄럽고 자연스러운 형상의 결과가 큰차이로 보여졌습니다. 큰 공급가액의 차이가 존재함에도 이러한 작은차이가 국내 산업현장에서는 수입제품들로만 선택 받고 있음도 확인했습니다. 오픈소스 펌웨어인 RepRap Marlin을 적용하여 가격대비 높은 성능을 제공하는 듀얼 3D프린터 개발을 위하여 노력하겠습니다. 제조방법과 부품, 펌웨어를 공유하므로 본 모델을 변형하여 자신이 원하는 형태의 듀얼 3D프린터를 손쉽게 자작할 수도 있습니다. DIY는 일단 한번 만들어보면 유지보수를 스스로 할 수 있습니다. 출력경험이 많아질수록 정밀도는 올라가며 상용프린터는 기계 자체가 우수하다기보다 출력 노하우가 녹아 있어 더 정밀한 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




1. 개발 스케치 & 부속품


DIY 제작 시 40만원대 비용으로 제작 가능한 것을 목표로 하며, Prusa i3 모델과 동일하게 완전한 오픈 소스 3D프린터이며 자작 듀얼 3D프린터 중 가장 저렴하고 내구성이 뛰어난 모델로 개발되기를 기대합니다. 노즐이 두개가 있는 듀얼 노즐 3D프린터의 단점은 노즐이 동일 높이로 두개가 존재하므로 인쇄를 위하여 하나의 노즐이 사출후 이동시 출력물과 다른 노즐 말단부가 이동으로 인한 간섭이 발생할수 있다는 것입니다. 이러한 단점을 피하고자 두개의 익스트루더 모터로 이종 필라멘트를 하나의 노즐에 공급하는 듀얼 3D프린터 개발을 하고자 합니다. 동일한 부품이라도 업체에 따라 가격이 상이하므로 사전 조사가 필요합니다. 립 난이도는 높은 편입니다. 스케치 도면내 "A", "B" 부는 아래의 2,3 항목 Detail "A" Detail "B" 사진 참조 바랍니다. 




2. Detail "A" (익스트루더 Assembly)


3. Detail "B" (듀얼 필라멘트 공급용 익스트루더 모터 Assembly)


4. 듀얼 3D프린터의 장점 (리모넨, Hip 용액에 녹는 서포트용 재질로 사용 예)


산업용 3D프린터 개발에 필수적으로 필요한 Prusa i3 이중압출 모델을 공부하여 정리합니다. 이중 압출기로 2색 인쇄나 서포트용 이종 필라멘트 적용이 가능합니다. 이종재질 서포트는 물혼합수산화나트륨 용액 또는 물혼합수산화타트륭 용액에 녹는 PVA 필라멘트를 일반적으로 적용합니다. 그러나 PVA 필라멘트의 단점인 수산화나트륭의 인체 유해성과 보관시 습도에 약해 쉽게 변질되는 흡습성 문제를 해결하고자 인체에 무해한 귤껍질 성분인 리모넨, Hip 용액에 녹아 서포트용 재질로 사용시 쉽게 제거할수 있는 Lay Wood3 등의 새로운 필라멘트 재질들의 개발이 활발하게 진행되고 있습니다. 단점은 PVA에 비해 용액에 녹는 시간이 조금더 길게 걸린다는 것입니다. 출력물 표면 정밀도가 높으며 신뢰도가 높습니다. 



5. 리모넨, Hip 용액에 녹는 필라멘트


Kai Parthy 제품을 예로 설명합니다. 최초로 목분합성 플라스틱 필라멘트를 개발한 분입니다. Lay-wooD3 (래이우드)라는 유명한 필라멘트입니다. 석고, 벽돌 느낌의 Lay-Brick 필라멘트도 있고요. 이 외 독특한 필라멘트를 많이 개발한 이력이 있습니다. 서포트용 필라멘트는 흔히 물에 녹는(Water soluble, 수용성) PVA 재질을 사용해왔습니다. 그러나 PVA 보관시 높은 흡습성에 의하여 습도에 약하고 쉽게 변질되는 문제를 해결하여야 했습니다. 흡습성에 의한 손상에서 자유로운 필라멘트들이 최근 Kai Parthy 에서 4종류의 수용성 필라멘트 형태로 개발해 선보이고 있습니다. LAY-WAY 시리즈라고 하며 요약하면 ‘LAY-CLOUD’ 는 유연성 소재이며, 240도 정도의 압출 온도가 필요 합니다. 접착성이 좋은 폴리우레탄 성질입니다. ‘LAYaPVA’ 는 높은 점도를 지니고 있고 230도 정도의 압출 온도가 필요합니다. 빠른 용해를 목적으로 개발되었습니다. ‘HIGH-T-LAY’ 의 ‘T’는 온도, 즉 내열성을 의미하는 것으로 결과물이 약 100도까지 견딥니다. 240도 정도의 압출 온도가 필요합니다. ABS, HT 등의 소재를 서포팅하면 좋으며 HIPS를 사용해 리모넨 용매의 악취를 맡을 필요가 없다고 강조합니다. ‘ETHY-LAY’ 는 에씨-래이의 경우 수용성은 아닙니다. 대신에 용매로 알코올을 사용하며, 165도 정도의 상당히 낮은 압출 온도로도 운용이 가능합니다. 바이오 프린팅에 활용될 수 있다고 언급하고 있습니다.




6. 부품 간격








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