3D 프린팅 기술은 비약적으로 발전하고 있습니다. 어느 순간 우리는 아이들을 즐겁게 해줄 작은 장난감을 만드는 것에 대해 논의하고 있고, 다음 순간에는 3D 프린터가 진도 8의 지진을 견딜 수 있는 콘크리트 건물을 지었다는 소식을 듣습니다. 시간이 지나면 '3D 프린터로 3D 프린팅'도 가능할 것으로 보인다.

그러나 잠재 고객을 제쳐두고, 애호가와 제작자가 더 관심을 갖는 것은 여전히 ​​데스크탑 3D 프린터입니다. 유형, 인쇄 속도, 비용 등이 있습니다. 사물의 근본 원인을 파악하는 것을 좋아하거나 이전에 3D 프린터 DIY를 시도한 적이 있다면 다음 질문도 생각해 보셨을 것입니다. 어떻게 움직이는가?

XYZ, I3 및 CoreXY는 현재 가장 인기 있는 데스크탑 3D 프린터 스타일입니다. 이동 방법은 다음과 같습니다. 기계에는 3D 좌표계의 X, Y 및 Z 방향으로 하나 이상의 축이 있습니다. 각 축의 한쪽 끝에는 모터가 장착되어 동력을 공급합니다. 그런 다음 동기식 벨트 또는 리드스크류가 모터의 회전을 X, Y 및 Z 방향을 따른 선형 운동으로 변환합니다. 마지막으로 3방향의 선형 가이드 레일 시스템을 사용하면 기계는 축으로 형성된 3D 공간의 어느 지점에나 노즐을 배치하고 필라멘트를 압출하고 3D 객체를 생성할 수 있습니다.

가이드 시스템이 왜 중요한가요?

가이드 시스템은 인쇄 중 주로 3가지 목적으로 사용됩니다.

1. 정밀도: 엄격한 공차를 실현하고, 흔들림을 방지하며, 가이드에 설치된 프린트 헤드 또는 가열 베드가 미리 결정된 방향을 따라 선형으로 움직이는지 확인합니다.
2. 매끄러움: 베어링이나 롤러와의 마찰을 줄이고 더 부드러운 움직임에 기여합니다.
3. 신뢰성: 강성이 뛰어난 가이드 구조는 기계 신뢰성을 향상시키고 시간이 지남에 따라 보다 일관된 인쇄에 기여할 수 있습니다.

다양한 가이드 시스템

일반적으로 3D 프린터에 사용되는 가이드 시스템은 다음과 같습니다.

1. 휠 및 프로필
2. 선형 로드 및 베어링
3. 선형 레일
4. 내장형 선형 레일

휠 및 프로필

모든 가이드 중에서 휠과 프로파일의 조합이 아마도 가장 일반적이고 비용 효율적일 것입니다. 일반적으로 움직임을 안내하기 위해 프로파일의 V자형 또는 T자형 홈을 따라 움직이는 3~4개의 롤러가 있습니다.

휠의 외부 링은 가장 일반적으로 POM(Polyformaldehyde)으로 만들어지며 내부 링은 강철과 볼 베어링으로 ​​구성됩니다. POM은 강도가 높고 변형이 적으며 내마모성이 뛰어나 프린터 휠 제작에 특히 적합합니다. 올바르게 사용하면 POM 롤러는 수백 시간 동안 지속될 수 있습니다. 일부 제조업체에서는 PC(폴리카보네이트)를 사용하여 휠을 만들기도 하는데, 이 휠은 가격이 약간 높지만 훨씬 더 높은 강도와 ​​긴 수명을 제공합니다.

직선 운동을 보장하려면 바퀴가 프로파일을 적절하게 잡아야 합니다. 너무 느슨하면 고속에서 진동이 발생할 수 있습니다. 너무 세게 조이면 마모가 증가합니다. 쌓인 잔해물이 바퀴와 레일 사이에 쌓여 울퉁불퉁하거나 불안한 움직임을 유발할 수 있습니다. 따라서 사용자는 프린터 작동 방식에 따라 휠 견고성을 조정하고, 잔해물을 청소하고, 필요한 경우 휠을 교체해야 합니다. 다른 가이드에 비해 휠과 프로파일 콤보는 더 자주 유지 관리가 필요합니다.

또한 플라스틱은 금속보다 강성이 낮습니다. 이동 중 휠 변형은 피하기 어렵기 때문에 휠을 사용하는 프린터는 일반적으로 강철 가이드를 사용하는 프린터에 비해 정밀도가 낮습니다.

3D 프린터에 일반적으로 사용되는 프로파일은 V 슬롯 프로파일과 T 슬롯 프로파일의 두 가지 유형으로 제공됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 이들 사이의 주요 차이점은 단면 모양입니다. 다양한 프로파일이 다양한 휠과 쌍을 이루어 우수한 가이드 효과를 얻습니다.

프로파일은 사용자 정의가 가능하고 저렴하며 충분한 성능을 제공하므로 휠과 프로파일의 조합은 많은 DIY 3D 프린터 빌드에서 최고의 선택입니다.

장점

• 좋은 안내 성능, 저렴하고 유용함;
• 폭넓게 사용 가능한 풍부한 옵션;
• 설치, 사용 및 수정이 쉽습니다.

단점

• 정밀도가 낮습니다.
• 진동에 더 취약합니다.
• 더 자주 유지 관리가 필요합니다.

선형 로드 및 베어링

휠 및 프로파일 가이드의 한계로 인해 DIY 사용자와 제조업체는 정밀도와 안정성이 뛰어난 또 다른 조합인 선형 로드와 베어링에 더 많은 관심을 쏟게 되었습니다. 지난 몇 년 동안 로드 및 베어링 가이드는 3D 프린터용 가이드 시스템과 거의 동의어가 되었습니다. 프린터의 각 축에는 최소 2개의 로드와 2개의 베어링이 필요합니다. 베어링은 선형 운동을 안내하기 위해 압출기 또는 가열 베드가 장착된 캐리지에 연결되는 동안 로드를 감싸거나 달라붙습니다.

매끄러운 막대라고도 불리는 선형 막대는 다양한 크기로 제공되는 원통형 강철 막대입니다. 3D 프린터는 일반적으로 직경 8mm를 사용합니다. 로드는 매우 매끄러운 표면으로 높은 치수 정확도로 가공될 수 있습니다. 볼 베어링과 함께 적절하게 조립된 로드는 상당히 좋은 선형 운동을 달성할 수 있습니다.

그리고 예, 매끄럽다는 단점도 있습니다. 가이드용으로 사용할 경우 로드의 양쪽 끝을 금속 클램프로 고정해야 합니다. 또한 베어링은 선형으로 움직일 수 있을 뿐만 아니라 실린더를 중심으로 360° 회전할 수도 있습니다. 그렇기 때문에 압출기나 히팅베드가 선형으로 움직일 수 있도록 다른 평행 로드의 베어링에 부착해야 합니다. 두 막대 사이의 평행성은 특히 DIYer의 경우 어려울 수 있습니다.

따라서 샤프트 가이드를 사용한다는 것은 한편으로는 더 높은 정밀도와 안정성을 의미하지만 다른 한편으로는 더 큰 조립 난이도와 함께 더 큰 설치 공간과 무게를 의미합니다.

로드에 사용되는 베어링은 주로 강철로 만들어진 U-홈 베어링과 선형 베어링입니다. U-그루브 베어링은 로드를 따라 굴러갈 수 있는 바퀴와 유사합니다. 선형 베어링은 외부에 원통형 슬리브가 있고 내부에는 샤프트를 따라 순환할 수 있는 여러 줄의 볼이 있습니다. 둘 다 최소한의 마찰로 부드러운 안내를 달성할 수 있습니다.

로드와 베어링은 오래 지속되므로 가끔 로드에 쌓인 쌓인 부분을 청소하고 베어링에 윤활유를 바르기만 하면 됩니다. 로드가 프레임 역할을 하는 대신 하우징에 포함되어 있는 경우 하우징을 분해하고 베어링에 윤활유를 바르는 것은 간단합니다. 그러나 장기간 사용 후 마모된 베어링을 교체하는 것은 약간 까다로울 수 있습니다.

장점

• 우수한 안내 성능, 높은 정밀도, 적당한 비용;
• 폭넓게 사용 가능한 풍부한 옵션;
• 낮은 유지보수 빈도;

단점

• 밀폐 시 더 큰 설치 공간과 무게;
• 병렬성은 문제가 될 수 있습니다.
• 베어링 교체는 까다로울 수 있습니다.

선형 레일

선형 가이드라고도 하는 선형 레일은 최근 몇 년 동안 추세를 보이고 있습니다. 강철 레일 부분에는 양쪽에 트랙이 있고, 그 위에 중첩된 슬라이더에는 트랙을 따라 순환할 수 있는 볼 베어링 2세트가 포함되어 있습니다. 산업용 3D 프린터 외에도 점점 더 많은 데스크톱 제조업체가 고급 제품 라인에 선형 레일을 사용하고 있습니다.

둘 다 강철로 만들어졌지만 실제 작업에 있어서 선형 레일은 로드에 비해 굽힘과 진동에 덜 민감합니다. 이는 주로 독특한 장착 방법에 기인합니다. 로드는 양쪽 끝만 고정되는 반면 선형 레일은 표면에 일정한 간격으로 장착 구멍이 있어 하우징이나 기타 지지 구조물에 단단히 고정할 수 있습니다.

이를 통해 안정적인 직선 운동을 보장하고 인쇄 품질을 향상시키는 한편, 고속에서 과도한 흔들림을 방지하여 속도 제한을 높입니다. 이것이 J1이 고속 인쇄를 달성할 수 있는 이유 중 하나입니다.

조립하는 동안 선형 레일은 페어링 없이 단일 축을 안내할 수 있어 공간과 무게를 절약하여 기계를 더욱 가볍고 컴팩트하게 만듭니다. 레일 평행성에 대해 걱정할 필요도 없습니다.

모두 훌륭해 보이지만 문제는 무엇입니까? 가격. 대략적인 계산에 따르면 선형 레일용 슬라이더의 가격은 로드용 베어링과 비슷하지만 레일 자체의 가격은 동일한 길이의 로드 한 쌍 가격의 약 2.5~4배입니다. 그에 비해 막대는 저렴하고 충분합니다. 성능 향상에 비해 추가 비용을 고려하여 대부분의 DIY 사용자는 여전히 로드와 베어링을 선택합니다.

유지 관리를 위해 선형 레일은 전자 레일과 유사하며 베어링에 정기적인 윤활이 필요합니다. 노출된 레일도 가끔 청소가 필요합니다.

장점

• 매우 높은 정밀도;
• 고속 인쇄를 지원합니다.
• 사용하기 편리한 작은 설치 공간;

단점

• 지지 구조물 역할을 할 수 없으며 프로파일 등에 설치해야 합니다.
• 값비싼.

내장형 선형 레일

일부 제조업체에서는 위의 가이드를 직접 사용하는 대신 기술 역량을 향상하거나 특정 제품에 맞춰 더 나은 솔루션을 모색하고 있습니다.

선형 레일의 핵심 강점은 강철 레일의 높은 강성과 볼 베어링을 통한 정밀하고 부드러운 모션에 있습니다. 이러한 장점은 내장형 선형 레일에도 그대로 유지됩니다.

선형 모듈을 만들 때 FUYU는 알루미늄 합금 하우징의 내부 벽에 두 개의 강철 스트립을 삽입한 다음 CNC가 미크론 수준의 기계 가공 정확도로 강철을 레일로 정밀하게 연삭합니다. 또한, 내장된 레일이 넓어지면 무게를 늘리지 않고도 강성이 더욱 향상되어 고출력 CNC 작업에 더 적합합니다. 결국 일반 3D 프린터에는 이러한 극도의 강성이 필요하지 않습니다.

돌출부 표면에 선형 레일을 직접 장착하는 것과 비교하여, 선형 모듈 내부에 강철 레일을 내장하면 레일에 먼지가 쌓이는 것을 방지하여 유지 관리 빈도를 줄일 수 있습니다. 또한 모듈을 더 가볍고 컴팩트하게 만들어 값비싼 기계가 DIY 애호가의 프로젝트처럼 보이지 않게 됩니다. 그러나 선형 레일을 내장하면 일반 선형 레일에 비해 비용 이점이 없으므로 생산자에게 상당한 제조 문제가 발생합니다.

장점

• 선형 레일과 동일: 매우 높은 정밀도, 고속 인쇄 지원, 작은 설치 공간;
• 레일 강성이 더욱 향상되었습니다.
• 레일이 밀폐되어 있어 유지 관리 빈도가 낮아집니다.

단점

• 값비싼;
• DIY에는 적합하지 않습니다.