안녕하세요. 어려운 3D프린터 용어를 알기 쉽게 소개하는 기획 시리즈 <3D프린팅 백과사전> 시간입니다. 그 동안 출력방식부터 재료, 부품 등 다양한 3D프린팅의 용어에 대해 소개해 드렸는데요. 지금까지 종류와 구조에 대한 용어를 익혔다면 오늘은 3D프린터가 출력물을 만들어내기 위해 작동하는 방식에 대해 알아보려고 합니다.  


3D프린터는 입체로 출력물을 만들어야 하기 때문에 헤드와 베드가 움직이면서 원하는 형상을 출력해 내는데요. 이 때 X, Y, Z 3개의 직선 축을 기준으로 움직이는 방식을 ‘카르테시안 봇’이라고 합니다. 그리고 이를 축의 움직임에 따라 XZ-Y방식, XY-Z방식으로 다시 나누죠. 축이 아닌 3개의 모터가 공간을 이동하며 움직이는 ‘델타 봇’도 있는데요. 오늘 알아볼 방식은 카르테시안 봇의 XZ-Y, XZ-Y 두 가지 방식입니다. 그럼 본격적으로 살펴볼까요? 


카르테시안 봇의 구조 


▲ 카르테시안 봇 구조 


카르테시안 봇은 위 이미지에 표시된 것처럼 X, Y, Z 3개의 축으로 구성되어 있는데요. 좌표에 따라 정확하게 움직이기 때문에 복잡한 구조의 형상을 출력하기에 좋습니다. 형상이 출력되는 베드와 필라멘트가 압출되는 헤드가 앞, 뒤(X, Y축) 또는 위, 아래(Z축)으로 움직이는데요. 각각 어떤 축으로 이동하는 지에 따라 XZ-Y방식과 XY-Z방식으로 분류됩니다. 


① XZ-Y방식 


‘멘델 방식’이라고도 불리는 XZ-Y방식은 베드가 Y축 또는 X축으로 움직이고, 헤드가 X축 또는 Y, 그리고 Z축으로 움직이는 구조입니다. 


각각의 축에는 1~2개의 전담 모터가 배치돼 움직임을 도와주며 모터의 협동 없이 독립적으로 움직일 수 있기 때문에 이동 속도가 빠르다는 장점이 있습니다. 또 구조가 간단하기 때문에 전문 제조사가 아닌 개인도 이 방식의 3D프린터를 만들 수도 있죠. 대부분의 3D프린터 키트는 XZ-Y방식을 사용하고 있고 작동 구조를 한 눈에 볼 수 있기 때문에 교육용으로도 많이 활용됩니다. 


▲ 신도리코 3DWOX 2X의 XZ-Y방식 출력 영상


하지만 한 층의 레이어를 쌓기 위해서는 베드가 X, Y축으로 수없이 움직여야 하는데 이때 출력물이 영향을 받기 쉽고 베드가 움직일 수 있는 여유가 있어야 하기 때문에 출력물의 크기에 비해 프린터가 넓은 공간을 차지해야 하는 특징이 있습니다. 



▶ XZ-Y방식 특징 정리 

- 빠른 출력 속도 

- 저렴한 가격 

- 간단하고 직관적인 구조 

- 상대적으로 낮은 안정성 

- 낮은 공간 효율성




② XY-Z방식 


XY-Z방식은 헤드가 X, Y축으로 움직이고, 베드가 Z축으로 움직이며 형상을 출력하는 방식입니다. 각 축이 독립적으로 움직였던 XZ-Y방식(멘델 방식)과는 달리 X, Y축이 하나의 벨트로 연결돼 있다는 점이 특징이며 벨트와 연결된 두 개의 모터에 의해 헤드가 유기적으로 움직이게 됩니다. 


이 방식은 모터 2개를 이용하기 때문에 하나의 모터만 사용할 수 있는 다른 방식에 비해 출력 속도가 우수합니다. 또 베드가 아닌 헤드가 움직이므로 별도의 여유 면적이 필요 없어 공간 효율성 또한 뛰어납니다.  


하지만 헤드가 X, Y 두 개의 축으로 움직여야 하다 보니 복잡한 제작 과정과 높은 기술이 요구됩니다. 특히 두 개의 모터가 정밀한 운동을 만들어내기 위해서 벨트의 장력 조절과 베드의 수평 조절도 필요하기 때문에 직접 개인이 프린터를 조립해서 만들기는 쉽지 않습니다. 



▶ XY-Z방식 특징 정리 

- 높은 출력 품질 

- 높은 공간 효율성

- 높은 안정성 

- 높은 가격 

- 복잡한 구조 




앞서 XZ-Y방식은 구조가 간단해 조립 키트로도 많이 판매한다고 말씀 드렸는데요. 처음 3D프린터를 접하는 분들은 완제품으로 보다 간편하게 사용하실 수도 있습니다. 대표적으로 신도리코의 FFF방식 시리즈인 3DWOX 제품들이 XZ-Y방식을 활용하는 완제품 3D프린터입니다. 


출력물을 쉽게 떼어낼 수 있는 플렉시블 베드와 개인용 3D프린터 최초로 필라멘트 자동 공급 기능, 노즐이 막히지 않도록 하는 온도 자동 조절 기능 등 사용자들의 편의를 고려한 다양한 기능이 탑재돼 있어 많은 분들의 사랑을 받고 있죠.  


지금까지 3D프린터가 움직이는 방법에 대해 알아봤습니다. 같은 FFF방식이라도 헤드와 베드가 움직이는 축에 따라 출력 과정이 달라진다는 점이 흥미롭습니다. 3D프린터를 구매할 예정인 분들은 본인이 어떤 출력물을 출력할 것인지에 따라 적합한 방식의 프린터를 선택하면 되겠죠? 3D프린터가 없어도 신도리코의 3D스퀘어를 통해 원하는 피규어, 생활용품 등을 만들 수 있으니 관심있으신 분들은 3D스퀘어 홈페이지를 방문해보세요! 




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