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Simplify3D - 출력 부분별 Layer Fan 속도 다르게 설정하는 방법 본문

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Simplify3D - 출력 부분별 Layer Fan 속도 다르게 설정하는 방법

elsa in mac 2017. 8. 27. 13:46

일반적으로 3D 프린트에는 두 개의 Fan을 적용하는데, 하나는 Hotend의 Heat Sink를 냉각하기 위한 Hotend Fan과 노즐을 통해 압출되는 팔라멘트를 식히기 위한 Layer Fan이 그것 입니다. 

필라멘트를 Blower를 통해 빨리 굳게 만드는 이유는 적층의 안정성과 관련이 있습니다.  일반적으로 FDM 방식의 3D 프린트는 고열로 필라민트를 가열하고 압출된 필라멘트를 한 층(Layer) 한층 적층하면서 프린트를 합니다. 단순한 구조의 모델이거나 현재 출력하고 있는 Layer의 아래 Layer 그러니까 이미 출력된 Layer가 튼튼하다면 문제가 없지만, 모델에 따라서는 그렇치 못한 경우도 많이 있습니다. 

대표적으로 상향 경사로가 대표적인데요, 아래는 그 예 입니다. 

보시면, 위로 올라갈 수록 면적이 넓어지는 구조를 하고 있는 모델 입니다.  보통 외각선을 출력하고 내부를 채워(InFill)가는 순서로 하나의 Layer를 프린트 하는데, 위와 같은 구조에서 한 층을 프린트 하는데 걸리는 시간이 다소 짧을 때가 문제가 됩니다. 바꿔 말하면 이제 막 출력이 완료된 Layer의 필라멘트들이 충분히 경화되지 못한 상태에서 새로운 Layer를 출력해야 하는 문제에 직면하게 되는 것이죠.. 이 경우 아래 층 그 중에서도 외각 부분이 완전히 식지 않아 흐믈흐믈한 상태이므로 새로운 Layer를 쌓을 경우 외형이 깔끔하게 출력되지 못하거나 플라스틱의 수축 현상으로 들어 올려지거나 하는 등의 품질관련 문제가 발생할 수 있습니다. 

이를 방지하기 위해서 바로 필라멘트가 압출되어 나온 직 후 찬 공기를 불어줘서 빨리 굳도록 해주는 것이 Layer Fan의 역활인 셈입니다. 

Hotend의 모양과 구성이 프린트들 마다 개성이 있다보니, 효과적인 냉갹을 위한 Layer Fan Duct의 디자인과 설치 방법도 매우 다양합니다.  아래의 사진을 보면, 검정색 Fan이 hotend의 윗 부분을 식혀주기 위한 hotend Fan 이고, 오른쪽에 위치한 밝은 브라운 색의 Fan이 바로 Layer Fan 이죠..

 Layer Fan의 경우에는 Controller를 통해 혹은 GCode를 통해 Fan의 속도를 조절할 수 있도록 되어 있습니다. 이유는 적층 Layer가 바닥면과 얼마나 이격되어 있는가 ? 혹은 인쇄에 사용된 필라멘트의 특성이 어떠한가 ? 프린트 속도는 어떠한가 ? 등에 따라 필요한 적절한 냉각수준이 제 각각 다를 수 있기 때문입니다. 

PLA 소재의 경우, 열을 간직하는 성질이 좀 높아서 Layer Fan으로 냉각을 해 주지 않으면 자연적으로 오래 열을 머금고 있습니다. 그래서 Layer Fan으로 빨리 식혀 주죠. 반면 PETG나 ABS 같은 소재의 경우에는 Layer Fan으로 냉각을 시키면 층간 결합력이 낮아지는 효과로 말미암아 출력물의 내구성이 떨어지는 문제가 있습니다. 

따라서, PLA 보다는 ABS나 PETG의 경우 좀 더 Layer Fan 의 사용에 신경이 쓰이게 됩니다. 앞서 언급한 데로, 내구성을 위해 Layer Fan을 OFF 시키면 모델의 형상에 따라 외형 품질이 저하되는 결과를 초래할 수 있고, 그렇다고 Layer Fan을 ON 시키면 내구성이 떨어져 조금만 힘을 줘도 층간 크렉(Crack)이 발생하여 부셔질 수 있기 때문입니다. 

위의 사진은 Layer Cooling을 할 때와 하지 않을 때의 출력물의 품질의 차이를 보여 주는 사진 입니다. 물론 이와 같은 결과는 모든 경우에 적용되는 것은 아닙니다. 단순 사각형과 같은 아주 단조로운 모델에서는 별 반 차이가 없을 수도 있습니다. 

또 크기가 아주 큰 모델을 출력할 경우에는 한 층을 출력하고 다음 층을 새로 출력할 때까지 매우 충분히 자연냉각의 시간이 있기 때문에 Layer Fan을 켜지 않아도 품질에 큰 영향을 주지 않을 수도 있습니다. 

서론이 좀 길었는데요..
위와 같이 Layer Fan을 사용할 때와 사용하지 않을 때의 품질과 내구성에 대한 Trade-Off에 다소나마 효과적으로 대응 할 수 있는 한 가지 아이디어가 있다면..  최 외각 부분을 인쇄할 때는 Layer Fan을 켜 주고, 내부를 출력할 때는 Layer Fan을 끄거나 혹은 약하게 해 주면, 외형은 외형대로 좋은 품질을 보이고, 내구성도 좀 높일 수 있을 것 같다는 생각을 할 수 있습니다. 

일반적으로 Slicer에는 이와 같이 어느 부분을 프린팅하느냐에 따라 Layer Fan의 속도를 조절하는 옵션은 존재하지 않는 경우가 대부분 입니다. 대신 Simplify3D에서는 Post Processing Script를 정의할 수 있는데요.. 이를 통해 outer perimeter(외 벽)과 inner perimeter(내 벽) , 그리고 inFill (내부 채움)에 따라 각각 Fan Speed를 정의할 수 있습니다. 

위에 보시면, FFF 설정 중 Scripts 부분을 캡쳐 한 것인데요.. 하단의 Red Box를 보시면, 아래와 같은 구문이 정의되어 있습니다. 

{REPLACE "; inner perimeter" "M106 S0\n; inner perimeter"}

{REPLACE "; outer perimeter" "M106 S150\n; outer perimeter"}

{REPLACE "; infill" "M106 S60\n; infill"}

첫번째 줄을 보시면, Simplify3D가 생성한 GCode에서 inner perimeter 부분을 그 앞에 "M106 S0"를 추가하라는 script 명령입니다.  나머지 두 줄도 같은 맥락으로 이해 하시면 되는데요..

M106은 Gcode에서 Fan On 명령 입니다. 물론 뒤에 S는 Speed 이고, S에 이어 나오는 숫자가 Fan의 속도 입니다. 최소 0(0%) 에서 최대 255(100%) 까지 설정 가능하죠.

즉, 위의 스크립트를 해석해 보면, 내벽(inner perimeter)를 출력할 때는 S0 즉, Fan의 속도를 0%로 하고(= OFF) 외벽(outer perimeter)를 출력할 때는 S150 약 59%의 속도로 변경하고, 채움(Infill)을 출력할 때는 S60 약 24%의 속도로 Fan을 변경하라는 의미가 됩니다. 

보통은 layer 별로 Fan 속도를 제어하도록 되어 있고 이를 통해 Fan의 속도를 조절해서 사용하지만, 위와 같이 Post Processing을 정의해 주면 Layer별 속도제어가 아닌 출력대상에 따라 속도제어를 하도록 할 수 있는 셈입니다.  당연히 layer별 Fan 속도제어는 무시되게 됩니다. 

몰론, 이 방법을 쓰게 되면 첫 번째 layer 부터 적용이 되기 때문에 첫 Layer를 출력할 때 의도치 않게 들뜸이 발생할 수도 있는데, Simplify3D의 경우 4.0 부터 Variable Setting 을 통해, 구간을 나누고 각각에 대한 FFF를 적용할 수 있으므로 이를 이용하면 초기 Layer와 Fan간의 문제를 피해갈 수 있습니다. 

아예 post processing을 하지 않고, 단지 구간을 나눠서 상시 Fan 속도를 따로 지정할 수도 있겠죠.. 그것도 방법은 방법 입니다. 

SImplfy3D의 Variable Setting 기능은 정말 굉장하죠.. 사용자가 구간을 정해 각각에 서로 다른 출력 설정을 할 수 있다니... 좀 귀찮기는 해도 출력 실패 확률을 현저하게 줄일 수 있다는 점에서 매우 높게 평가를 합니다. 거의 저가 3D 프린터 한 대 구매할 가격 만큼 비싼 소프트웨어 이지만, 그 만한 가치는 충분히 한다고 할 수 있을 것 같네요. 

위와 같은 설정을 통해 실제 출력을 해 보면, 실제로 일정하게 Layer Fan을 켜 놓는 경우 보다 분명히 품질과 내구성을 좀 더 끌어 올리는데 도움이 되는 것을 알 수 있습니다. 


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