3D프린터 노즐막힘 현상과 문제 해결

 

3D프린터 노즐막힘 현상과 문제 해결에 대해서 자세하게 알아보자. 3D프린터의 출력 원리는 플라스틱을 녹여서 압출하는 것이다. 따라서 노즐은 3D프린터에서 상당히 중요한 역할을 한다. 그런데 노즐이 원활하게 작동되지 않는 것은 3D프린터의 전체 작동을 멈추게 되는 주요 원인이 되기 때문에, 미리 사전에 점검하고 노즐 막힘 현상을 방지해야 한다. 이번에는 이러한 3D프린터 노즐 막힘 현상에 대해서 알아보고, 문제를 해결하는 방법에 대해서 알아보도록 하자.

 

 

 

3D프린터의 노즐 막힘 현상은 어떤 것일까?

3D프린터가 갑자기 출력이 되지 않거나, 소음/진동 등의 이상현상이 발생했을 때는 3D프린터의 여러 가지 방면의 문제를 파악해 볼 필요가 있다. 그중에 3D프린터의 노즐이 막혔을 때 출력이 정상적으로 되지 않는 경우를 알아보도록 한다.

3D프린터의 더 나은 출력 환경을 제공하기 위해서는 누적되는 문제를 줄이고, 유지보수를 해주는 것이 가장 중요한데 이를 위해서 아래와 같은 내용을 참고하여 미리 사전에 문제 예방을 할 수 있으니, 참고해 보는 것이 좋다.

노즐이 막히는 가장 큰 원인은 필라멘트 공급 과정에서 유입된 먼지와 이물질이다. 서로 물 성이 다른 필라멘트를 번갈아 사용하는 경우, 필라멘트를 교체할 때 눈에 보이지는 않지만 필라멘트 찌꺼기가 미세하게 노즐에 달리 붙는 것도 원인 중 하나다. 이러한 것들이 노즐 안에 점점 누적되면 재료를 정상적으로 압출하기 어렵다.
노즐이 막혔을 경우, 노즐을 분해 후 청소해야 한다. 번거로운 작업이 싫다면 깔끔하게 노 즐만 새것으로 교체해도 된다. 그러나 노즐뿐만 아니라 노즐목과 테플론 튜브까지 필라멘 트 잔여물이 차오른 심각한 상태라면 차라리 핫엔드를 전부 교체하는 것이 낫다.

 

3D프린터의 필라멘트 공급 경로와 테플론 튜브

보우덴 방식의 익스트루더에서는 종종 필라멘트와 테플론 튜브의 마찰로 인한 문제가 발생한다. 이때 튜브와 필라멘트 사이에 마찰이 발생하고, 이에 따라 튜브도 응력을 받아 약간 의 탄성 변형을 일으킨다. 그런데 익스트루더가 압출을 중지해도 이로 인한 튜브의 압력이 계속해서 필라멘트를 밀어내게 된다.
필라멘트는 크게 두 가지 요인으로 인해 튜브와의 마찰을 일으키는데, 하나는 보빈에 둘둘 말려서 판매되는 필라멘트 자체의 흰 형상과 튜브의 마찰이며, 또 다른 하나는 압출 과정에서 발생한 필라멘트의 변형 문제이다. 익스트루더는 압출 기어와 베어링 사이에서 발생하는 마찰력을 통해 필라멘트를 밀어낸다. 이 과정에서 가해지는 압력에 의해 필라멘트의 단면이 납작하게 뭉개지는 등 형상이 변형되면 튜브를 통과하면서 강한 마찰을 일으킬 수 있다.

마지막으로, 테플론 튜브 안에 이물질이 끼어 있는지, 눌림이나 찍힘 등으로 인해서 튜브 단면이 변형된 부분은 없는지 점검해야 한다. 이 역시 필라멘트 공급을 방해하는 요소다.
장시간 사용했을 때 피팅에 의해 고정되는 부분이 깊게 파이면서 피팅과 튜브가 잘 분리되지 않는 경우도 있는데, 이때는 어쩔 수 없이 피팅과 테플론 튜브를 모두 교체해야 한다.

3D프린터의 필라멘트 품질

3D프린터의 필라멘트의 품질도 출력에 많은 영향을 미친다. 특히 중요하게 작용하는 것은 필라멘트의 굵기다. 필라멘트 규격이 1.75mm이더라도 전체 필라멘트가 완전히 동일한 굵기를 유지하는 것은 아니다. 제품에 따라 ±10% 정도의 오차가 있을 수 있는데, 이 정도는 출력 품 질을 약간 저하시킬 수는 있으나 심각한 문제는 되지 않는다. 그러나, 저품질의 필라멘트에서는 종종 그 이상의 오차가 발생하기도 하므로 문제가 된다. 특히 핫엔드 제조사들에서는 1.75mm 규격에 대해서는 필라멘트 두께가 1.9~2mm 이상 인 구간이 없어야 한다고 강조한다. 공급 과정에서 핫엔드와 심한 마찰을 일으켜 압출을 방 해할 수 있기 때문이다. 반대로 굵기가 지나치게 얇은 경우는 공급 부족 문제가 발생할 것이다.
그러나 이보다 더 심각한 문제가 될 수 있는 것은 내부에 이물질이 섞인 필라멘트이다. 드물 지만 필라멘트에 철심이나 머리카락, 검은 때 등의 이물질이 섞여 있는 경우가 제보되곤 한 다. 이는 출력 품질뿐만 아니라 핫엔드에 문제를 일으킬 수 있으므로, 이런 현상이 발생한 필라멘트는 즉시 사용을 중지하고 제조사에 문의해야 한다. 물론 필라멘트를 공급하는 과 정에서 먼지와 같은 이물질이 섞여 들어갈 수도 있다. 이 경우 8장에서 소개할 필라멘트 청 소 필터를 부착하면 많은 도움이 된다.

마지막으로, 필라멘트가 대기 중에 오랫동안 노출되면 습기를 흡수하면서 품질이 떨어질 수 있다. 특히 PLA는 흡수율이 가장 높고, 다른 필라멘트들도 정도의 차이가 있을 뿐 품질에 문제가 생길 수 있다. 사용하지 않는 필라멘트는 가급적이면 밀봉한 후 실리카겔과 같은 제습제와 같이 보관하는 것이 좋다.

 

3D프린터의 노즐막힘 현상 해결하기

3D프린터의 노즐막힘 현상을 해결하기 위해서는 앞서 여러 번 설명한 것처럼, 핫엔드의 열팽창 문제를 방지하는 데에는 쿨링 팬의 역할을 점검하는 것이 필요하다. 쿨링 팬이 필요 없도록 설계된 핫엔드도 쿨링 팬을 같이 사용하면 도움이 된다. 특히 풀 메탈 핫엔드는 방열판을 식히는 쿨링 팬이 무조건 필요하며, 이론적으로 쿨링 팬이 없어도 문제없는 J-head 타입 역시 쿨링 팬이 있으면 많은 도움이 된다.
또한 핫엔드를 식히기 위한 쿨링 팬은 프린터의 SMIPS에 직접 연결되어, 상시 작동해야 한다. 종종 출력물을 식히기 위한 쿨링 팬과 함께 제어 보드에 같이 연결해 사용하는 경우가 있다. 그러나 이 쿨링 팬은 슬라이서에서 쿨링 팬 옵션을 활성화시켜야 작동할 뿐 아니라 베드 안착을 위해서 보통 첫 레이어에서는 작동하지 않는다. 이 짧은 시간이라도 쿨링이 중단된다면 문제가 생길 수 있다.
핫엔드를 식히기 위한 쿨링 팬이 이미 있고, 잘 돌아가고 있는데도 여전히 문제가 생기면 쿨 링 팬을 떼어내 바람의 방향이 잘못되지 않았는지 확인해 보자. 핫엔드를 식히는 쿨링 팬은 바람이 핫엔드를 향하도록 설치되어야 한다. 이전에 앞서 다루었던, 출력물 냉각용 팬의 바람 도 마찬가지로 노즐 끝을 향해야 한다.
한편 멀티 컬러 프린팅을 할 때에는 3D 모델링 단계에서부터 세심한 고려가 필요하다. 가 령 초록색 여의주를 물고 있는 붉은색 용을 출력하고 싶다면, 여의주의 모델링 파일과 용의 모델 파일을 따로 만들어 슬라이서에서 합쳐야 한다. 앞서 설명한 바와 같이 신도리코 장비를 이용한 출력 과정은 간단하게 되어 있다. 그러나 아직 이런 식의 모델링 작업을 하는 사 람이 그렇게 많지는 않다. 멀티 컬러 프린팅을 위한 전용 확장자 파일도 아직 충분히 보급되지 않았다.