Trianglelab - MK8 Ruby Nozzle 리뷰

Trianglelab - MK8 Ruby Nozzle

이번 포스트에서는 최근 Aliexpress를 통해 릴리즈된 Ruby Nozzle 가운데, Trianglelab에서 출시한 MK8 Ruby Nozzle를 간략히 살펴 보도록 하겠습니다. 

지난번 포스트에서 최근 Aliexpress Store에 Ruby Nozzle들이 올라오기 시작했다는 소식을 전해 드렸는데요. 첫 Release는 Trinaglelab과 Fysetc 에서 테이프를 끊었지만, 현재는 매우 많은 Store에서 Ruby Nozzle을 판매하고 있습니다.  이미 오래전부터 정품을 구매해서 사용하고 싶었지만, 가격이 너무 고가일 뿐만 아니라 국내에 Reseller도 없어 유럽에서 해외 구매를 해야 하다보니, 우선 사고 싶어도 한국으로 배송을 해주지 않아 구매를 할 수 없는 경우도 많고, 배송이 가능하더라고 배송비가 만만치가 않아 엄두가 나질 않았었는데요.. 최근에 Ruby Nozzle 들이 출시되면서 하나를 구입하게 되었습니다. 

여러 차례 포스트를 통해 언급을 했지만, Ruby Nozzle은 Carbon fiber,  Steel,  Wood,  Glass Fiber,  Kerval,  Tungsten,  Graphite,  Boron Carbide,  Glow In The Dark 등이 포함된 마모성(abrassive) 필라멘트를 사용할 경우에 일반 Brass(황동) 노즐의 팁이 손상되기 때문에 이를 대치하기 위한 노즐입니다. 따라서, 이들 마모성 필라멘트를 사용하지 않는 사용자분들은 이 노즐을 구매할 이유가 없습니다.  

Ruby는 강옥(鋼玉, Corundum) 중 한 가지 이고, 우리나라에서는 홍옥(紅玉)이라고 부르고 있는 보석이죠.. 나머지 색상의 강옥은 모두 사피이어라고 부릅니다. 따라서, 루비와 사파이어는 모두 동일한 경도를 갖습니다. 모스경도(Mohs' Hardness)에서 강옥은 9로, 다이아몬드(10)에 이어 두번째로 경도가 높습니다. 

루비가 3D프린터 노즐에 적용된 것은 Olsson Ruby Nozzle로 스웨덴 Uppsala 대학의 리서치 엔지니어인 Anders Olsson 이라는 분이 Boron carbide Ceramic 필라멘트로 3D 프린팅을 할 목적으로 만든 것이 시초 입니다.  

Anders Olsson

일반 FFF 3D 프린터의 Hotend에서 노즐을 교체하는 것은 매우 까다로운 작업이기 때문에, 일반 PLA, ABS, PETG 등등의 필라멘트와 마모성 필라멘트를 모두 하나의 노즐에서 사용하는 것이 소위 Experimental(실험적) Nozzle들이 갖춰야 할 덕목 중 하나로 꼽히고 있고, 따라서 Ruby Nozzle 역시 모든 필라멘트를 모두 소화해 낼 수 있는가가 중요한 성능지표 중 하나 입니다.  

Aliexpress에 현재 두 가지 Type의 Ruby Nozzle 이 출시가 되었는데, MK8 Type과 E3D Type 입니다.  두 Ruby Nozzle 다 공히, 외부 형태는 reference 와 조금 상이하지만, 전체 외각치수 spec은 동일 합니다. 

죄측부터, Triaglelab(55달러) , E3D(42~55달러), Reprap Store(70달러) 버전의 Ruby Nozzle.

이미지로 봐서는 RepRap Store 버전이 가장 깔끔해 보입니다. 그 만큼 가격도 비싸네요..

국내 사용자가 Olsson Ruby Nozzle를 구매할 경우 배송비를 포함, 실제 구입기격이 100달러를 훌쩍 넘어서는데, 사실 이 가격이 적절한가에 대해서는 이견이 있을 수 있습니다. 충분히 제값을 한다고 생각하는 사용자가 있을 수도 있고, 저 처럼 조금 비싼 편이다라고 생각하는 사용자들도 있죠. 일반 노즐보다 가격이 고가인 이유는 Ruby 가공, 바디 가공, Ruby Tip 고정등 일반 노즐을 만드는 것보다 복잡하고 많은 단계를 거쳐야 하기 때문입니다. 여하튼, 이번에 나온 대륙발 Clone Ruby Nozzle의 가격은 대략 45달러 ~ 70달러 후반까지 다양합니다, MK8 노즐의 경우 Trianglelab(=DFORCE), Mellow, REPRAP Store 에서 판매를 하고 있는데, 각인의 형태가 조금씩 다른 것을 보면 각자 생산을 한 것으로 보이고, E3D Type의 경우 Alliexpress의 여러 Store에 동시에 풀렸는데, Fuyuansheng 이라는 업체에서 생산 후, Fysetc 등 다수의 Store에 OEM으로 공급되고 있는 것으로 보여 집니다. 그럼에도 가격은 또 일정하지 않다는 점이 좀 의문인데, 가격이야 판매자 맘이고 선택은 사용자들의 몫이니 뭐라 할 수는 없겠죠.. ^^

Ruby Nozzle의 치수 정보

저의 경우에는 이미 Tungsten Carbide 노즐을 사용하고는 있지만, 프린터가 3대 이다 보니 이번에 Trianglelab을 통해 MK8 Type을 구매했습니다. 굳이 이 노즐을 구입한 이유는 Trianglelab에서는 이미 오래전부터 Ruby  Nozzle의 출시를 예고 했었고,  Heater  Block에 장착 시, 노즐 높이가 E3D  Type 대비 0.5mm 높아서 Cooling Pen Bracket을 구현하기가 다소 유리한 장점이 있어서 입니다. 
 
하지만, 제 3D 프린터는 Titan Aero를 사용하고 있고, 기존에 E3D V6 Type의 노즐을 사용하고 있었기 때문에,  E3D Heat Block,  Heatbreak와  MK8  Nozzle의 조합이 적절하지는 않습니다 만, 그렇다고 전혀 몹쓸 조합은 아닙니다. 이유는 MK8용 부품이 당장 없어서 이기는 한데, E3D Heater Block에 Heatbreak와 MK8 노즐을 연결 시,  노즐 팁이 Heater Block의 바닥면에 완전히 밀착하는 정점이 있는 반면, Heatbreak가 Heater Block 안으로 대략 1.5mm 정도 더 들어가는 단점이 있습니다. 

Olsson Ruby Nozzle의 경우에는 고가인 만큼 아래와 같이 그에 걸맞게 포장 또한 근사합니다. 하지만, 1/2 가격 밖에 되지 않는 Clone 제품에서 그 만큼 럭셔리한 포장을 요구하는 것은 무리겠지요.. 아래와 같이 플라스틱 케이스 안에 지퍼비닐에 그냥 덩그러니 넣어져 옵니다. 

물론, 기대도 안하지만 전혀 신경 안쓰고요.. 중요한 것은 노즐의 퀄리티 일 텐데요.. 외형을 좀 자세히 보겠습니다.  
노즐에 각인된 표시는 총 4가지로 R(Ruby), 175(1.75mm Filament용), 0.4(Nozzle Hole 직경), A(?) 이렇게 표시가 됩니다. 
Olsson Ruby Nozzle의 경우 OR 이라고 표시가 되어 있습니다.

Brass Nozzle Body에 Ruby를 넣고, 뒷쪽에서 다시 Brass Insert를 삽입하여 안쪽의 Ruby Nozzle Tip을 고정시킨 것을 알 수 있습니다. 적어도 Ruby가 깨지지 않는 이상, 스스로 빠지는 일은 없어 보일 정도로 조립 완성도는 높아 보입니다.  

Ruby Nozzle Tip의 가공 품질이나 Flat 특성도 대단히 우수하구요.. Nozzle Orifice도 거의 완벽한 원이며 깔끔하게 처리되어 있는 것을 확인할 수 있습니다. 

아래는 0.4mm Needle을 뒤에서 관통해 본 사진인데요.. 0.4mm에 정확히 맞습니다. 

전체적으로 Olsson Ruby Nozzle의 가격에 비춰 보자면 충분히 50달러 정도 받는 것이 근거 있어 보이는 퀄리티 입니다. 
물론 Ruby Nozzle에 사용된 루비는 천연 루비는 아닙니다. 합성루비 이죠. Olsson Ruby Nozzle도 정확히 알 수는 없지만 아마도 천연 루비는 아닐 겁니다. 합성루비는 천연루비와 화학성분, 경도, 굴절율, 내포물이 거의 동일하게 만들어지기 때문에 감정서가 없으면 구별을 할 수 없을 정도로 천연 루비와 동일하죠.. 다만, 합성루비의 품질이 모두 동일하지는 않을 겁니다. 앞서 언급했듯이 루비와 사파이어는 동일하다고 볼 수 있으므로, 추후 사파이어 노즐이 출시된다하더라도 팁의 색상이 다를 뿐 루비 노즐과 동일하다고 봐도 무관합니다. 

Ruby Nozzle의 바디는 Brass이므로 Hotend 온도는 대략 300도까지 사용할 수 있습니다. 판매 사이트의 설명에는 PEEK 필라멘트에도 사용할 수 있다고 되어 있기는 하지만, Carbon Filled PEEK나 Ultem 같이 350도 ~ 400도 수준의 High Temp Filament를 사용하는데 Brass는 한계가 있는 것이 현실입니다. 500도까지 가용한 Copper 바디 정도는 되어야 하죠..

아래는 Heater Block에 Nozzle과 Heaterbreak를 연결하고, Sock도 씌운 상태 입니다. 이 상태로 Titan Aero에 장착이 될 것입니다. Fit이 매우 깨끗하고 이쁩니다 만, 실제 출력을 하게되면 Brass Body는 머지 않아 압출된 필라멘트에 더렵혀 질 것입니다. TT.  Brass Body에 Non-Stick 코팅을 해 주면 좋으련만... 기대할 수는 없는 것이겠죠 ?

Ruby Nozzle을 사용할 경우, 3가지를 주의 해야 합니다. 
첫번째, Heater Block에 Nozzle을 체결할 시의 주의 사항으로 대략 5 Nm(뉴턴 미터) 미만의 토크로 조일 것을 권장하고 있습니다. 이유는 너무 과도한 힘으로 노즐을 조일 시, 노즐 바디인 Brass에 힘이 작용해서 루비 노즐 팁과 Brass Body간에 이격이 생겨 흔들거리거나 빠질 수 있기 때문입니다. 하지만, 5 Nm가 어느정도 수준인지 저를 포함하여 일반 사용자들이 가늠하기란 쉽지 않죠.  !@#$#$%$

일반적으로 잘 알려진 노즐 장착 방법은 일반 렌치로 꽉 조인 상태에서 반 바퀴 정도를 풀고, heatbreak를 연결한 다음, 노즐을 높은 온도로 가열 후, 노즐을 다시 꽉 조이는 방법을 사용합니다. 이유는 미세한 틈을 통해 용융된 필라멘트가 세어나오지 않게 하려는 것인데.. Ruby 노즐은 무리한 힘을 주면 안되기 때문에 상온에서 노즐 나사선에 Thermal Glue를 도포하고 그대로 랜치로 천천히 그리고 단단히 조이는 방법을 사용하면 됩니다. 아니면, 토크를 확인할 수 있는 게이지 어뎁터를 사용하던가 게이지 일체형 토크렌치를 사용하면 됩니다 만.. 꽤 비싸죠..

두번째, 루비는 경도(Hardness)가 대단히 높아 잘 긁히거나 마모되지는 않지만, 강도(Toughness)는 높지 않아 충격에 잘 깨질 수 있습니다. 따라서, 실 사용시 Bed면에 부딧혀 충격이 가해지지 않도록 조심해야 합니다. 노즐을 새로 교체하면 Z Offset을 다시 설정해야 하는데, 충분이 이격을 주고, Z Offset을 조금씩 줄여 가면서 값을 찾아야 합니다. 

충격으로 데미지를 입은 예

세번째, Ruby의 열 전도율(Thermal Conductivity)은 Brass의 1/3 정도 수준입니다. 다행히 노즐 바디가 Brass 이므로, 필라멘트가 용융되는 Melting Zone의 특성은 일반 Brass Nozzle과 동일하다고 할 수 있으나, 압력으로 노즐홀을 통해 필라멘트를 밀어낼때는 Brass Nozzle과 달리 Ruby Tip의 열 전도율이 낮아 특성이 다릅니다. 따라서, 실제 사용에서는 출력환경에 따라 Brass Nozzle 대비 Hotend의 온도를 5도~10도 혹은 그 이상 높혀 줘야 합니다. 그렇지 않으면 압출이 원할하지 않아 Extruder Skip 현상이 발생하거나 출력 Layer의 층간 결합력이 떨어져 출력물이 결을 따라 갈라지는 품질불량이 발생할 수 있습니다. 

반대로 Hotend의 온도를 올리게 되면 Melting Zone에 가해지는 열도 높아지기 때문에 Brass Nozzle을 사용할때와 열 특성이 상이할 수 밖에 없죠.. 따라서, Retraction, Printing Speed, Layer Cooling 수준등 출력 파라미터들이 상이할 수 있기 때문에, Slicer Profile 튜닝이 필요합니다. 일반적으로 저속 출력 시에는 큰 차이는 없어 Brass Nozzle을 사용하던 사용자가 Ruby Nozzle로 교체할 경우, Hotend 온도만 조금 더 높혀 주면 큰 트러블 없이 잘 사용할 수 있습니다. 

위의 영상은 TITAN AERO 장착 후 Carbon Fiber PETG를 245도에서 5mm/s의 속도로 압출해 본 것 입니다. 깔끔하고 매끄럽게 압출되는 것을 확인할 수 있습니다. 

현재 DYZE Tungsten Nozzle로 대략 4kg 정도의 Carbon Fiber 필라멘트를 사용하고 있는데요.. 내구성을 포함 전체적인 만족도는 높은 편입니다. 하지만, 예전 리뷰에서도 밝혔듯히 전반적으로 Retraction 특성이 나쁘고, 특정 필라멘트에서 String 발생 빈도가 높다는 아쉬운 점이 있는데.. MK8 Ruby Nozzle의 경우 동일 필라멘트에서 String 발생이 거의 없고 Retraction 특성도 훨씬 뛰어나다는 점은 매우 큰 만족스러움을 줍니다. 반대로, Tungsten Nozzle 대비 열 전도율이 낮은 것은 상대적인 약점이라고 할 수 있을 것 같네요..

아직은 프로파일 튜닝을 하지 않아 정식 Sample 출력을 하지는 않았는데요, 앞으로 이 노즐을 사용하여 PLA, PETG, ABS, CF PLA, CF PETG, PC, WOOD, SILK PLA 등등 제가 보유하고 있는 필라멘트 범위에서 하나하나씩 출력 샘플을 공유해 보도록 하겠습니다. 

현재 출시된  Clone Ruby Nozzle 모두를 사용해 볼 수는 없어 각각의 특성을 자세히 비교해 볼 수 없는 아쉬움이 있고, 궁극적으로 특정 필라멘트에서 트러블이 어느정도인지, 마모성 필라멘트 사용시의 내구성 수준 등은 실제 다양한 출력을 해 본 후에 결론이 날 수 있으니, 당장은 개인적으로 이 노즐을 추천하거나 비 추천할 수는 없을 것 같습니다.   다만, 첫 인상은 예상을 뛰어넘어 매우 매력적이라는 점은 분명합니다. ^^

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