Ultimaker, Cura 4.3 beta 릴리즈

Ultimaker가 오늘 Cura 4.3 첫번째 beta를 릴리즈 했습니다. 
이번 4.3 beta 1에서는 몇 가지 설정 항목이 새롭게 추가되었는데요.. 구체적으로 좀 살펴보도록 하겠습니다. 

Infill > Randomize Infill Start

일반적으로 Infill을 정의하게 되면, 동일하거나 특정 세그먼트 영역에서 동일한 시작점을 갖게 됩니다. 단일 Layer 출력의 시작점과 끝점에서는 retraction/unretraction에 따른 급격한 압출(Extrusion) 변화가 생기기 때문에 미세하게 나마 필라멘트가 과도하게 뭉쳐 나오게 마련인데, 이러한 미세한 압출 과다(over extrusion)가 한 지점 혹은 특정 세그먼트 영역에 계속 누적되게 되면 품질에 영향을 주게 됩니다.

Radomize Infill Start 옵션은 이와 같이 특정 세그먼트에서 Infill이 반복적으로 시작되는 것을 방지, 무작위 시작점에서 Infill을 출력하도록 해 줍니다.  아래의 예는 연속된 3 레이어의 Infill 시작점을 보여 줍니다. 

Cura 4.3 beta - Grid Infill 에서 Randomize Infill Start 옵션을 설정한 경우

Random Infill Start 옵션을 해제한 경우

 위의 예를 보면, 해당 옵션을 설정했을 때와 설정을 해제했을 경우를 비교해 볼 수 있습니다. 해당 옵션을 설정했을 경우, 무작위 시작점에서 Infill을 시작한다는 것을 확인할 수 있습니다.  때문에 특정 세그먼트가 두꺼워지는 것을 막을 수는 있지만, 반대로 그 만큼 노즐의 이동 시간이 길어져 출력 시간이 다소 늘어날 수 있는 단점이 발생하게 됩니다. 

Experimental > Print small features slower

두번째 추가된 옵션은 Experimental 카테고리의 Print small feature slower 입니다. 일반적으로 Slicer들은 직경이 작은 구멍(Hole)이나 출력길이가 짧은 부분에서는 기본적으로 출력 속도를 줄이게 됩니다. 실제 출력속도가 얼마로 줄어들지는 사용자가 설정한 각 파트의 속도와 가속도(acceleration) 그리고 Jerk 설정값에 따라 달라지게 되지요. 자동차로 예를들자면, 비교적 완만한 곡률로 회전할 경우와 좁은 코너를 돌 때, 좁은 코너에서 더 속도를 줄여야 하는 것곽 같은 이치 입니다. 

하지만, 얼마나 좁은 곡률에서 속도를 얼마로 줄이는 것이 안정적인 출력을 보장할 것인가? 하는 것은 프린트의 구조, Hotend의 무게, 구동 방식과 모터 특성에 따라 적절할 수도 아니면 반대로 적절하지 못할 수도 있습니다. 따라서, 이러한 저속 구간 및 속도 감소 수준을 사용자가 설정할 수 있다면 보다 좋은 품질의 결과물을 얻는데 도움이 될 수 있습니다. Small Feature는 이와 같이 특정한 크기의 곡률에서 얼마의 속도로 줄일지를 설정할 수 있는 옵션입니다. 

아래의 예는 해당 옵션의 설정을 해제한 경우(Small Hole Max Size = 0mm)와 설정한 경우(Small Hole Max Size = 2mm , 10mm)로 설정한 경우의 feedrate(출력 속도)의 차이를 보여 줍니다. 

좌측으로 부터 0mm(OFF), 2mm, 5mm

비교적 곡률반경이 좁은 모자의 끝 부분에서 출력 속도의 차이가 남을 확인할 수 있는데, 설정을 해제 했을 경우에는 비교적 곡률반경이 큰 영역부터 속도를 줄이지만, 2mm로 설정했을 경우에는 거의 끝부분에서만 속도를 줄이는 것을 볼 수 있습니다. 가장 오른쪽의 예는 반대로 값을 10mm로 설정했을 경우로, 이 경우는 오히려 반대로 보다 큰 반경의 영역에서부터 속도를 줄이는 것을 볼 수 있습니다. 

이것은 비단 꽤 유용한 기능으로 보이지만, 사실은 좀 아쉬운 부분이 있습니다. 위와 같이 곡률 반경이 좁은 부분도 그렇지만, 현실적으로는 아래와 같이 특졍 세그먼트 영역에서 급격하게 곡률이 바뀌는 부분에서의 속도 제어가 더 절실할 수 있습니다. 

이것은 기본적으로는 Z축간의 출력정렬(Align)문제와 관련이 있으며, 레이어 출력간 발생할 수 있는 Overhang Curling 문제와 관련이 있습니다. Model을 전체적으로 분석할 때는 모자의 끝 부분에서의 속도만 줄이면 품질에 문제가 없을 것 같지만, 실제 레이어를 적층해 나가는 데에는 그보다 더 심각한 문제를 야기할 수 있는 부분이 더 많습니다. 

동일한 직선 패턴을 출력할 때는 Z축의 출력 정렬이 문제를 발생시키지 않지만, 크던 작던 Layer벌로 곡률반경이 변하게 되면 Z축 정렬에 품질 문제를 유발할 수 있습니다. 이것은 어찌보면 FDM 3D프린터의 태생적 한계일 수 있습니다. 하지만, 속도를 줄여 출력을 하게 되면 그나마 품질저하를 최소화 시킬수는 있죠.

Overhang Curling이란 지지부분이 약하거나 없는 Overhang 영역 그중에서도 끝이 표족한 영역에서 하단 지지 부족과 냉각(Cooling) 부족으로 생기는 말아올림 현상을 말합니다. 

뾰족한 부분에서 발생하는 Curling 문제

위의 모델을 예로 들자면, Overhang Curling 문제가 발생할 수 있는 부분은 아래와 같습니다.  물론 찾아보면 더 많은 부분이 해당될 수 있지만 대표적으로 아래아 같이 끝이 뾰족한 부분에서 대체적으로 잘 발생할 수 있죠.

더군다나 대부분의 Slicer들은 Z Seam을 효과적으로 방지하기 위해 주로 Edge 영역 즉 뽀족한 부분을 출력의 시작과 끝점으로 지정하는 알고리즘을 사용합니다. 가뜩이나 하단지지가 약한 부분인데, 이 뾰족한 부분이 시작과 끝점으로 설정되어 이 문제가 더 잘 발생하게 되죠.

Curling 발생을 최소화 하려면 속도를 보다 천천히 구동하여 측면 perimeter와 약하지만 하단 지지부분과의 접합을 보다 견고히 하며, 해당 부분이 충분히 냉각되도록 하거나 Layer Height/Layer Width를 크게 할 수 밖에 없습니다. 결론적으로 인접한 Perimeter와의 접착력을 증가시켜 하단 지지 불안정을 커버해야 하는 것이죠.  하지만, LH나 LW 값은 출력물의 해상도와 관련이 있기 때문에 가장 현실적인 방법은 좁은 곡률 회전 부분에서 속도를 줄이는 것입니다. 하지만, 이런 부분과 관련된 설정 옵션을 대부분의 Slicer에서는 여전히 지원하고 있지 않습니다. 

해당 기능 설명에서 좀 벗어났네요.. 암튼.. Small feature ... 옵션셋은 곡률반경에 따른 속도제어를 할 수 있는 옵션이라고 정리합니다. 

Shall > Z seam Position

Cura 4.3 beta Z Seam Position 옵션

Z Seam 해피와 관련하여, 이전 버전에서는 아래와 같이 Z Seam Alignment를 User Specified로 설정할 경우, X/Y 좌표를 설정하도록 했었지만, 이번 beta 버전에서는 위에 보시는 바와같이 방향으로 설정하도록 해서 보다 직관적이고 간단하게 설정할 수 있도록 변경되었습니다. 

Cura 4.2.1 Z seam User Specified 관련 옵션

Support > support infill line Direction

Suppot 에서도 Infill Line에 대한 방향(단일 값)을 설정할 수 있도록 옵션이 추가되었습니다.

Build Plate 정렬 기능 추가
이제 Cura에서도 특정 면을 Build Plate에 정렬할 수 있게 될 전망입니다. 

위에 보시는 바와 같이, Rotate(회전) 옵션에 Build Plate align 아이콘이 추가되었습니다.  해당 아이콘을 선택한 후, 마우스로 3D 모델의 특정 Face를 클릭해면, 지정한 Face를 Build Plate의 바닥면으로 설정해 줍니다. 

Top Face를 클릭하여 Build Plate Align을 수행한 결과

지원 3D 파일 포멧 확대
Plugin을 통한 COLLADA, GLTF, OpenCTM, PLY 등 다양한 포멧을 지원함으로써, CAD, Scaner, Modeling S/W 등과의 Workflow 통합이 보다 확대될 것이라고 합니다. 

여전히 여타 다른 Slicer들에 비해 UI속도가 느려 불편하긴 하지만, Tree Support 라던가, 그 어떤 Slicer들 보다 다양한 옵션을 지원한다는 점은 Cura의 장점이라 할 수 있을 것 같습니다. 4.2.x에서 4.3으로 빌드넘버를 많이 올린것 보면 보다 많은 새로운 기능이 추가될 것 같은데, 기대를 해 봅니다.