압출 방식 : Frying Extruder, Remote Direct Extruder

안녕하세요

 

Kevin 입니다.

 

어제에 이어 FDM 3D프린터의 필라멘트 피딩 방식! 보우덴 및 다이렉트 방식 이외의 방식에대해 다뤄보려 합니다.

하나하나 알아가보도록 하시죠!

플라잉 익스트루더(Frying extruder)	원격다이렉트 방식 (Remote Direct Extruder)
출처 : https://www.fabbaloo.com/blog/2015/11/15/the-flying-extruder-the-best-of-bowden-and-direct-3d-printer-extruders	출처 : https://www.youtube.com/watch?v=FrLicMf4B9k

위 사진을 참고하시어 설명보시면 되겠습니다.

 

플라잉 익스트루더(Frying Extruder) : 필라멘트를 노즐부로 밀어 압출하는 방식.

- 피딩시스템이 노즐부 상단에 공중에 위치하여 필라멘트를 노즐부로 밀어 압출하는 방식입니다.

 

원격다이렉트 방식 (Remote Direct Extruder) : 노즐부에서 필라멘트를 당겨 압출하는 방식.

- 플렉시블 샤프트(Flexible Shaft)를 이용하여 노즐에 모터를 장착하지 않고도 필라멘트를 당겨 압출하는 방식입니다.

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=FrLicMf4B9k 출처 : Zesty Technology

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비교표

	출력 품질	출력 속도	리트랙션 제어	압출 안정성	재료 다양성
플라잉 익스트루더(Frying Extruder)	중간~높음	중,고속 출력 가능	보우덴 대비 정확	중간	특정 조건 충족시 사용 가능
원격다이렉트 방식 (Remote Direct Extruder)	중간~높음	중,고속 출력 가능	보우덴 대비 정확	중간~높음	모든 필라멘트 수용 가능

* 비교 결과는 절대적인 것은 아닙니다.

 

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부가설명

출력품질, 압출 안정성

플라잉 익스트루더(Frying Extruder) - 보우덴 대비 피딩시스템과 노즐부사이의 거리가 가까워진 만큼 압출에대한 안정성 및 출력품질은 올라갔다고 볼 수 있습니다. 하지만 완전한 직결식 효과를 얻기엔 어느정도의 거리가 떨어져 있으므로 어쩔 수 없이 가이드튜브의 공차 영향을 받습니다. 그렇기때문에 출력 품질은 "중간~높음"의 결과가 도출되었습니다.

 

하단 사진의 출처 비디오 영상을 보시면 플라잉 익스트루더에대한 한가지 우려되는 점이 있습니다.

이 플라잉 익스트루더는 적용하자면 어떤 FDM프린터든 다 적용할 수 있어보이지만 델타프린터에는 조금 위험성이 있어보입니다. 플라잉 익스트루더 자체가 공중에 떠있기때문에 사방팔방으로 움직여 델타프린터의 축을 가격할 수 있어보입니다. 이는 출력품질에도 영향을 끼칠뿐만 아니라 나아가 축 자체가 파손될 수 있는 가능성이 있다고 생각하네요.

출처 : https://vimeo.com/68489641

 

원격다이렉트 방식 (Remote Direct Extruder) - 노즐부에 모터가 같이 장착되어있는 직결(다이렉트) 방식과는 다르게 플렉시블 샤프트(Flexible Shaft)를 사용하여 노즐부의 무게는 줄이면서 동시에 직결(다이렉트) 방식의 장점까지 가져왔기 때문에 출력 품질은 "중간~높음"의 결과가 도출되었습니다. 

이에대한 대표적인 모델은 Zesty사의 님블 익스트루더 (Nimble Extruder)가 있습니다.

 

Flexible Shaft(Flexible bit)

출처 : https://www.lelong.com.my/298mm-flexible-shaft-extension-screwdriver-drill-bit-holder-connecting-link-aelahmall-F1284258-2007-01-Sale-I.htm 출처 : https://www.garrettwade.com/flex-shaft-with-chuck.html

전동드릴을 구매하면 사은품으로 딸려오는 경우가 많은, 플렉시블 샤프트라고 하는 물건입니다. 보통 플렉시블 비트라고도 불리죠.

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출력 속도

플라잉 익스트루더(Frying Extruder)- 직결 방식에서 큰 문제점이 노즐부가 고속 움직이면 모터무게로 인하여 진동 발생 또는 정확한 위치에 이송하지 못하는 단점이 있습니다. 그래서 직결방식은 출력속도를 느리게하여 출력하여야만 하는 단점이 존재합니다.

플라잉 익스트루더는 이 단점을 상쇄할 수 있도록 모터부분을 피딩시스템을 노즐부 자체에서 분리하여 공중에 위치시킴으로써 어느정도 단점을 상쇄하였고 이로인해 어느정도 출력 속도를 빠르게 설정하여 출력할 수 있습니다. 하지만 이 또한 완벽할 수 없는 부분은 최대한 플라잉 익스트루더와 노즐부 사이의 튜브 간격을 짧게 할수록 압출 제어에는 용이하지만 점점 모터 무게에대한 영향을 받을 수 있기때문에 그부분을 잘 타협하여 플라잉 익스트루더와 노즐부 간격을 조정하여야 할 것 입니다.

 

원격다이렉트 방식 (Remote Direct Extruder) - 원격 다이렉트 방식은 플렉시블 샤프트를 사용함으로써 노즐부의 무게를 가볍게 하였습니다. 그로인해 출력속도는 고속으로 진행 할 수 있는 장점이 있습니다.

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리트렉션 제어

플라잉 익스트루더(Frying Extruder)- 위에도 언급되어있다시피 필라멘트 가이드 튜브 내의 공차 및 플라잉 익스트루더와 노즐부의 간격에따라 리트렉션 제어 성능의 미세한 차이가 있을 것 같습니다.

기존 보우덴 방식 대비 노즐부에 수직방향으로 설치되어있는 플라잉 익스트루더는 튜브 마찰의 영향을 덜 받을 것으로 예상되며 필라멘트 제어 반응 속도 또한 보우덴 방식보다는 훨씬 좋을 것이라고 예상됩니다.

 

원격다이렉트 방식 (Remote Direct Extruder) - 플렉시블 샤프트를 핵심 부품으로 사용되므로 플렉시블 샤프트의 품질이 모든 작동 품질에 영향을 미칩니다. 리트렉션 제어도 말이죠.

보통 원격 다이렉트 방식이라고 하면 대표적으로 Zesty사의 Nimble extruder를 떠올립니다. 이 익스트루더는 이슈가 몇가지 있었는데 그중 대표되는 것이 플렉시블 샤프트 품질 이슈였습니다. 내부 스프링의 문제였던 것으로 알고 있는데 지금은 품질 개선을 통해 해결되었다고 합니다...^^

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재료 다양성

플라잉 익스트루더(Frying Extruder)- 이전 포스팅에서도 언급하였드시 플렉시블 필라멘트를 사용함에 있어서 보우덴은 너무나도 취약한 약점들이 많았습니다. 하지만 그부분에대해 플라잉 익스트루더는 노즐부와 익스트루더 간의 거리를 짧게함으로써 사용할 수 있는 환경을 만들었습니다. 물론 거리가 멀어지면 멀어질수록 문제가 생길 확률이 높습니다.

그리고 익스트루더의 피딩부가 오픈된 형태가 아닌 막혀있는 형태여야 원활한 플렉시블 출력이 가능합니다. 그것이아니라면 아래 첨부된 그림과같이 될 수 있을테니까요 ^^

 

출처 :  https://3dstartpoint.com/3d-printing-with-flexible-materials/ 출처 :  https://e3d-online.com/blog/2017/10/27/bowden-tube-physics/

 

원격다이렉트 방식 (Remote Direct Extruder) - 원격다이렉트 방식의 경우 직결 방식과 같기때문에 당연하게 사용이 가능합니다.

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이상으로 오늘 포스팅을 마치며

궁금하신점이나 상기 내용 중 잘못 알고있는 부분이 있는 경우 지적해주시면 감사하겠습니다.

 

감사합니다.