ATRAC 3D

모든 제조 장비는 유지보수가 필요하며, 3D 프린터도 예외가 아닙니다. 제조사들은 보통 예방 유지보수를 위한 간단한 체크리스트를 제공합니다. 

정기적인 유지보수 루틴을 지키는 데에는 여러 중요한 이점이 있습니다. 적절하게 유지보수된 기계는 원래 의도된 성능대로, 아니 그 이상으로 작동할 것이며, 다운타임을 피할 수 있습니다. 

유지보수 작업에 투자한 시간과 노력은 문제 해결에 걸리는 수 시간, 심지어 몇 주 또는 몇 달에 걸친 대기 시간을 절약할 수 있습니다. 무엇보다도 정기적인 유지보수는 데스크톱 3D 프린터를 다룰 때 특히 중요한 안전 요소입니다.

이 글에서는 융합 적층 방식(FDM) 3D 프린터를 양호한 상태로 유지하고, 안정적이며 품질 높은 출력 결과를 얻기 위해 필요한 다양한 관리 항목을 전반적으로 살펴보고자 합니다. 구체적인 작업 절차를 단계별로 설명하는 대신, 각 관리 방법의 핵심 개념과 그 중요성에 초점을 맞춰 기본적인 내용 위주로 설명합니다.

Tooling Up

작업을 시작하기 전에 적절한 공구 세트를 미리 준비해 두는 것이 바람직합니다. 이는 유지보수 과정을 훨씬 수월하게 만들어 줍니다. 기본적인 공구 세트에는 다음과 같은 항목이 포함되어야 합니다.

1. 드라이버, 육각렌치(알렌 렌치), 플라이어
2. 와이어 브러시(선택 사항이지만 권장)
3. 축 및 가이드용 그리스 또는 윤활제
4. 천, IPA(이소프로필 알코올) 등 청소용 자재
5. 전자 부품의 먼지를 제거하기 위한 소형 브러시

위에 나열한 도구들은 유지보수와 청소 작업에 특히 유용하며, 이 외에도 전반적인 3D 프린팅 작업 과정에서 도움이 되는 다양한 도구와 액세서리가 있습니다(필수성의 정도는 각각 다를 수 있습니다). 또한 가격대와 브랜드는 매우 다양하지만, 항상 저렴한 선택이 가장 경제적인 것은 아니라는 점을 기억할 필요가 있습니다. 예를 들어 품질이 낮아 핀셋을 반복적으로 구매해야 한다면, 처음부터 가격이 다소 높더라도 내구성이 좋은 제품을 선택하는 것이 오히려 더 합리적인 투자일 수 있습니다.

예방법

예방 유지보수란 장비가 원활하게 작동하도록 유지하고, 예기치 않은 고장의 발생 가능성을 줄이기 위해 정기적으로 수행하는 관리 작업을 의미합니다. 이러한 유지보수는 각 구성 부품의 수명을 연장하여, 장기적으로는 부품 교체에 소요되는 비용과 해당 작업으로 인한 장비 중단 시간(downtime)을 줄이는 데에도 기여합니다.

예방 유지보수 점검의 수행 주기는 장비의 사용 빈도에 따라 달라집니다.

즉, 장비를 더 자주 사용할수록 예방 유지보수 작업 역시 더 빈번하게 수행되어야 합니다.

1. Light Cleaning & Inspection(가벼운 청소 및 점검)

먼저 프린터 본체와 주요 구성 요소를 점검할 시간을 가지시기 바랍니다. 손상 여부나 잠재적인 문제를 보다 정확하게 파악하기 위해서는 간단한 청소가 도움이 됩니다. 이 단계에서는 가볍게 먼지를 제거하는 것만으로도 충분합니다.

모든 전기 케이블과 커넥터는 손상 여부와 함께 단단히 연결되어 있는지 확인해야 합니다. 특히 핫엔드와 히티드 베드 커넥터는 더 높은 전류가 흐르기 때문에, 잠재적인 화재 위험 요소가 될 수 있어 각별한 주의가 필요합니다.

또한 기계적 구성 요소의 마모 상태도 함께 점검해야 합니다. 나사는 필요에 따라 다시 조여 주어야 하며, 특히 시간이 지나면서 느슨해지기 쉬운 플라스틱 부품에 체결된 나사는 더욱 신경 써서 확인해야 합니다. 모든 벨트 풀리 고정 나사 역시 점검 후 필요 시 조여 주시기 바랍니다.

Creality 프린터를 포함한 대부분의 V-슬롯 방식 3D 프린터의 경우, 베드와 프린트헤드 캐리지가 흔들리는지 여부를 반드시 확인해야 합니다. 휠이 너무 느슨하면 캐리지가 흔들릴 수 있으며, 반대로 너무 단단하면 캐리지가 부드럽게 이동하지 않을 수 있습니다. 필요한 경우에 한해 휠을 조이거나 풀어 적절한 상태로 조정하시기 바랍니다.

이 작업을 수행하지 않을 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• - 먼지 축적으로 인한 이동 저하

1. - 케이블 및 커넥터 손상으로 인한 전자적 오작동
2. - 진동 증가 및 링잉 현상 발생

2. Axis & Guide Checks (축 및 가이드 점검)

리니어 가이드는 각 축을 따라 부드럽고 정밀한 움직임을 보장하는 역할을 합니다. 적절하게 유지보수될 경우, FDM 방식은 선형 이동의 정밀한 제어에 크게 의존하기 때문에 전체적인 출력 품질을 향상시키는 데 기여합니다.

또한 이는 화재 안전 측면에서도 이점이 있습니다. 기계적 마찰이나 이동 저항이 커질 경우, 스테퍼 모터는 더 큰 토크를 요구하게 되며, 이는 종종 모터 과열로 이어질 수 있습니다.

볼 베어링이 적용된 리니어 로드와 캐리지 슬라이드가 포함된 리니어 레일 모두, 마찰로 인한 마모를 줄이기 위해 적절한 윤활이 필요합니다. 실제로 이러한 부품들이 윤활 없이 장기간 사용된 경우, 교체 여부를 점검해 보는 것이 바람직할 수 있습니다.

또한 리드스크류(주로 Z축)에 대한 윤활 역시 권장되지만, 실제 유지보수 과정에서는 자주 간과되는 항목이기도 합니다.

윤활제 선택

시중에는 매우 다양한 종류의 그리스와 윤활제가 존재하므로, 반드시 사용 중인 3D 프린터 제조사가 권장하는 제품을 확인하시기 바랍니다. 일반적으로 3D 프린터에 사용되는 윤활제로는 화이트 리튬 그리스, 그리고 실리콘이나 테플론 계열의 드라이 윤활제가 많이 사용됩니다.

한 가지 주의할 점은, WD-40은 윤활제가 아니라는 사실입니다. 이를 리니어 로드나 레일에 사용할 경우, 기존에 도포된 윤활제를 오히려 제거해 버릴 수 있습니다.

이 작업을 수행하지 않을 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

1. - 과도한 소음 발생
2. - 출력물 표면에 층 라인(layer line) 발생
3. - 스테퍼 모터 과열

3. Belt Tension Alignment (벨트 장력 조정)

대부분의 3D 프린터는 최소 두 개 이상의 축에서 타이밍 벨트를 사용합니다. 타이밍 벨트는 가볍고 동력 전달 효율이 높지만, 적절한 장력으로 정확히 조정되어야만 제 성능을 발휘할 수 있습니다.

벨트가 너무 느슨할 경우, 처짐이 발생하거나 톱니가 미끄러지는 현상이 나타날 수 있습니다. 또한 속도나 방향이 급격히 변화할 때 제대로 반응하지 못해, 출력 표면 품질 저하가 발생할 수 있으며, 이러한 문제는 고속 출력이나 직접 구동(Direct Extrusion) 방식과 같이 무거운 구성에서 더욱 두드러집니다.

반대로 벨트가 너무 팽팽할 경우, 모터에 과도한 부담이 가해져 과열로 이어질 수 있습니다.

벨트 장력 조정

데스크톱 3D 프린터에 사용되는 타이밍 벨트는 일반적으로 고무 재질이며, 경우에 따라 유리섬유나 강철로 보강되어 있습니다. 구조와 관계없이, 이러한 벨트는 시간이 지나면서 장력이 느슨해지기 때문에 주기적인 조정이 필요합니다. 이를 돕기 위해 Prusa와 같은 일부 제조사에서는 장력 조정 가이드를 제공하기도 합니다.

많은 데스크톱 3D 프린터에는 간단한 나사 조정만으로 사용할 수 있는 벨트 장력 조절 장치가 기본으로 탑재되어 있습니다. 반면, 일부 기종은 장력 조정을 위해 약간의 추가 작업이 필요할 수도 있습니다. 이러한 경우에는 벨트 텐셔너를 출력하여 설치하는 방법을 고려해 볼 수 있으며, Thingiverse에는 다양한 텐셔너 모델이 공개되어 있습니다.

이 작업을 수행하지 않을 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

1. - 레이어 시프트(layer shifting) 발생
2. - 백래시(backlash) 문제
3. - 출력물 치수 오차 발생(설계보다 크거나 작게 출력됨)

4. Nozzle Care (노즐 관리)

프린터의 노즐에는 각별한 주의를 기울일 필요가 있습니다. 노즐은 FDM 3D 프린터에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나임에도 불구하고, 많은 사용자가 막힘이 발생할 때까지 관리하지 않고 방치하는 경우가 많습니다.

노즐이 막히지 않았더라도, 외부 표면이 상당히 더러워질 수 있습니다. 이러한 오염은 출력물에 덩어리(blob)를 발생시켜 출력 품질을 저하시킬 수 있으며, 작업 공간에 불쾌한 탄 플라스틱 냄새를 퍼뜨릴 수도 있습니다.

정기적인 노즐 청소

노즐은 가능한 한 항상 깨끗한 상태로 유지하는 것이 바람직합니다. 노즐을 가열한 후, 와이어 브러시를 사용하여 여러 차례 출력 과정에서 쌓인 녹은 플라스틱과 녹지 않은 플라스틱 잔여물을 제거하시기 바랍니다.

소형 플라이어나 두꺼운 천을 사용할 수도 있지만, 화상에 각별히 주의해야 합니다. 이와 함께 히터 블록 역시 청소하는 것이 좋으며, 필요하다면 실리콘 커버를 추가로 장착하는 것도 고려해 볼 수 있습니다.

주의: 와이어 브러시를 사용할 경우, 프린터 전원을 끈 상태에서 작업하는 것이 권장됩니다. 금속 재질의 브러시가 전원이 인가된 부품 사이에 접촉할 경우 단락(short)이 발생할 수 있으며, 실제로 메인보드가 손상된 사례도 보고된 바 있습니다.

노즐 막힘(Clogs)

노즐이 부분적으로만 막힌 경우, 이를 즉시 알아차리기 어려울 수 있습니다. 시중에는 노즐 청소 전용 필라멘트도 판매되고 있지만, 막힘이 의심될 경우 콜드 풀(cold pull) 작업을 먼저 시도해 볼 수 있습니다.

또 다른 방법으로는 노즐 온도를 가능한 한 높게 설정한 뒤, ABS나 PETG와 같은 고온용 필라멘트를 통과시켜 잔여물을 제거하는 방법도 있습니다.

마지막으로, 올바른 필라멘트 교체 절차 역시 매우 중요합니다. 노즐 막힘을 예방하기 위해서는, 항상 사용 예정인 필라멘트 중 가장 높은 출력 온도를 기준으로 노즐 온도를 설정하는 것을 잊지 말아야 합니다.

이 작업을 수행하지 않을 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

1. - 언더 익스트루전, 오버 익스트루전과 같은 압출 문제
2. - 노즐 막힘 및 필라멘트 흘러내림(oozing)
3. - 출력물 표면에 블롭(blob) 및 돌기(zit) 발생

5. Build Platform Check

FDM 3D 프린팅에서 첫 레이어의 접착력은 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 접착력이 충분하지 않으면 출력 도중 부품이 베드에서 떨어질 수 있으며, 특히 ABS와 같이 온도 변화에 민감한 소재를 사용할 경우 모서리 들뜸(워핑)이 발생하기 쉽습니다. 출력물을 베드에 고정하기 위해 어떤 방법을 사용하든, 빌드 플레이트는 항상 최대한 깨끗한 상태로 유지해야 합니다.

먼지와 오염물은 매우 쉽게 쌓이며, 손끝에 묻어 있는 미량의 유분만으로도 플라스틱 접착력을 크게 저하시킬 수 있습니다. 유리 베드를 사용하는 경우에는 IPA(이소프로필 알코올)와 같은 알코올 계열 세정제를 사용한 청소가 권장됩니다.

풀 스틱(glue stick)을 사용하는 방법도 일반적이지만, 접착제가 두껍게 누적될 경우 스크래퍼로 긁어내고 싱크대에서 비누로 세척해야 하는 번거로움이 발생할 수 있습니다. 테이프나 특수 접착 시트를 사용하는 경우에는 손상 여부를 주기적으로 확인하고, 필요 시 교체해야 합니다.

베드 레벨링

청소가 끝난 후에는 반드시 베드 레벨링 상태를 확인해야 합니다. 자동 레벨링 기능이 있는 프린터라 하더라도, 수동 점검을 병행하는 것이 바람직합니다.

나일론이나 PC처럼 열 수축률이 큰 소재를 사용하는 경우, PEI 시트 사용이나 히티드 베드 교체와 같은 하드웨어 업그레이드가 도움이 될 수 있습니다.

이 작업을 수행하지 않을 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

1. 워핑 발생
2. 첫 레이어의 높이가 고르지 않음
3. 첫 레이어 접착 불량

6. Filament Care (필라멘트 관리)

필라멘트는 스풀의 보관 방식이나 프린터에 장시간 장착된 상태에 따라 미세한 먼지 입자가 쌓일 수 있습니다. 이러한 입자는 매우 작아 쉽게 눈에 띄지 않지만, 출력 품질과 노즐 상태에는 동일하게 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

적절한 보관만으로도 먼지 축적을 상당 부분 예방할 수 있으며, 이는 사용 환경에 따라 다양한 방식으로 구현할 수 있습니다. 여기에 더해 습기로부터의 보호도 중요한데, 그렇지 않을 경우 사용 전에 건조가 필요한 수분을 머금은 필라멘트를 다뤄야 하는 상황이 발생할 수 있습니다.

더스트 필터(Dust Filters)

이미 프린터에 장착된 필라멘트의 경우, 특히 작업실 환경이나 CNC 장비와 함께 설치된 공간에서는 먼지가 비교적 빠르게 쌓일 수 있습니다. 이때 익스트루더 앞단에 장착하는 스펀지형 필라멘트 필터를 사용하면, 필라멘트가 통과하면서 먼지를 효과적으로 제거할 수 있습니다.

이러한 필터는 DIY 방식으로 제작할 수 있으며, Thingiverse에는 다양한 설계 모델이 공개되어 있습니다. 일부 사용자는 PLA와 같이 상대적으로 단단한 필라멘트를 긴 보우덴(Bowden) 구조에서 사용할 때, 스펀지에 소량의 오일을 묻혀 윤활 효과를 얻기도 합니다. 다만, 이러한 오일 필터 방식의 효과에 대해서는 의견이 분분합니다.

따라서 프린터에 더스트 필터를 추가하는 것을 고려해 볼 만합니다. 실제로 필터에 포집되는 먼지의 양을 확인하면 그 효과에 놀라게 될 가능성이 큽니다. 단, 예방 유지보수의 일환으로 스펀지는 정기적으로 청소하고, 필요 시 교체하는 것을 잊지 말아야 합니다.

이 작업을 수행하지 않을 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

1. - 노즐 막힘 및 필라멘트 흘러내림(oozing)
2. - 보우덴 튜브 내부 마찰 증가
3. - 수분을 머금은 필라멘트로 인한 스트링잉(stringing) 발생

7. Calibration (캘리브레이션)

지금까지 다룬 예방 유지보수 작업의 상당수는 분해와 각종 조정 작업을 포함합니다. 마지막 단계는 프린터가 정상적으로 작동하는지, 그리고 의도한 대로 제대로 작동하는지를 확인하는 과정입니다.

모든 상태가 양호하다고 판단된다면, XYZ 캘리브레이션 큐브와 같은 간단한 출력물로 테스트를 시작해 보시기 바랍니다. 이는 베드 접착 상태와 표면 품질을 확인하는 데 유용할 뿐만 아니라, 추가로 조정이 필요한 부분이 있는지도 함께 점검할 수 있는 좋은 방법입니다.

마지막으로 정밀한 캘리브레이션을 진행한 지 오래되었다면, 익스트루더의 밀리미터당 스텝 수(steps per millimeter) 설정을 포함한 전체 캘리브레이션 과정을 다시 수행할 것을 강력히 권장합니다.

캘리브레이션의 마무리 단계로는 3D Benchy 출력을 권장합니다. 출력물을 통해 품질, 치수 정확도, 표면 상태, 전반적인 완성도 등을 종합적으로 확인하시기 바랍니다.

만약 테스트 출력 과정에서 예상치 못한 문제가 발생한다면, 바로 이 단계가 트러블슈팅을 진행하기에 가장 적절한 시점입니다.

이 작업을 수행하지 않을 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

1. - 전반적인 출력 품질 저하
2. - 언더 익스트루전, 오버 익스트루전과 같은 압출 문제
3. - 장비 과열

8. Nozzle Replacement (노즐 교체)

앞서 설명한 정기적인 핫엔드 노즐 청소를 수행하더라도, 대부분의 FDM 3D 프린터에 기본으로 사용되는 황동 노즐은 시간의 경과에 따라 외부와 내부 모두에서 마모가 발생합니다. 이러한 마모는 탄소섬유나 금속 성분이 포함된 복합 필라멘트를 출력할 경우 더욱 빠르게 진행되는 경향이 있습니다.

노즐은 점진적으로 성능이 저하되기 때문에, 일정 시간이 지나기 전까지는 눈에 띄는 손상을 알아차리기 어렵습니다. 출력 품질이 갑자기 나빠지지는 않지만, 출력을 거듭할수록 미세한 품질 저하가 누적됩니다. 이러한 이유로, 노즐을 항상 양호한 상태로 유지하기 위해 연간 교체 일정을 계획하는 것이 매우 중요합니다.

교체 주기(Frequency of Replacement)

노즐 교체 주기는 사용 빈도와 사용 재료에 따라 달라집니다. PLA만을 사용하며 잘 관리된 노즐은 비교적 오래 사용할 수 있지만, 일반적인 기준으로는 3~6개월마다 교체하는 것이 권장됩니다.

추가적인 보정 작업을 최소화하기 위해서는, 앞서 설명한 예방 유지보수 작업을 수행하는 시점에 맞추어 노즐을 교체하는 것이 바람직합니다.

노즐 종류(Types of Nozzles)

황동 노즐은 가격이 저렴하고 PLA, ABS와 같은 비마모성 필라멘트에 적합합니다. 반면, 마모성이 높은 복합 소재를 출력하는 경우, 이러한 재료에 맞게 설계된 다른 유형의 노즐로 교체하는 것을 고려해야 합니다.

예를 들어, E3D의 경화강(hardened steel) 노즐이나 Olsson Ruby 노즐로 업그레이드할 경우, 노즐 교체 빈도를 크게 줄일 수 있습니다.

압출 방식 변경(Replace the Extrusion Setup)

같은 영역에서 작업을 진행하는 김에, 보우덴(Bowden) 방식 압출 구조를 사용 중이라면, 출력하는 재료에 따라 직접 구동(Direct Extrusion) 방식으로 변경하는 것을 고려해 볼 수 있습니다.

보우덴 방식은 가속도, 저크(jerk), 출력 속도를 높일 수 있다는 장점이 있지만, 유연한 필라멘트나 마모성 필라멘트를 사용할 경우, 리트랙션 설정과 보우덴 튜브 내 결속 문제로 인해 출력이 훨씬 까다로워질 수 있습니다.

사용 중인 프린터의 구조와 변경 작업에 대한 숙련도, 그리고 실질적인 효과가 있다고 판단되는 경우에 한해, 직접 구동 방식으로의 전환을 검토하는 것이 바람직합니다.

9. Thorough Cleaning (정밀 청소)

이 유지보수 작업은 전자 보드나 냉각 팬과 같이 외부에서 잘 보이지 않는 ‘숨겨진’ 구성 요소를 대상으로 하는 심층 청소를 의미합니다. 이러한 부품들 역시 다른 부품과 마찬가지로 먼지가 쉽게 쌓이지만, 대부분 덮여 있는 구조이기 때문에 자주 점검 대상에서 제외되는 경우가 많습니다.

팬은 특히 먼지가 많이 쌓이기 쉬운 부품입니다. 이로 인해 회전이 원활하지 않거나 공기 흐름 통로가 막힐 수 있습니다. 또한 먼지는 습기나 유기물과 결합하여 전자 보드를 손상시킬 수 있으며, 이는 오작동이나 성능 저하로 이어질 가능성이 있습니다. 더 나아가 보드의 열 관리 성능에도 악영향을 미칠 수 있습니다.

익스트루더 기어에도 오염물이 축적될 수 있는데, 이는 대부분 필라멘트가 마찰되면서 발생하는 미세한 플라스틱 분말입니다. 다행히 많은 3D 프린터는 이 구역에 비교적 쉽게 접근할 수 있도록 설계되어 있어, 청소 자체는 큰 작업이 아닐 수 있습니다.

반면, 전자 보드와 팬에 접근하려면 일정 수준의 분해 작업이 필요합니다.

이러한 문제를 해결하는 데에는 작고 간단한 브러시만으로도 대부분 충분합니다.

10. Firmware Updates (펌웨어 업데이트)

마지막으로, 3D 프린터의 펌웨어 업데이트 여부를 확인하는 것을 잊지 말아야 합니다. Prusa Research와 같은 일부 제조사는 비교적 자주 소프트웨어 업데이트를 제공하지만, 대부분의 프린터에서는 보통 약 6개월 주기로 업데이트가 이루어집니다.

제조사들은 일반적으로 최신 소프트웨어를 사용하는 것을 권장하지만, 실제 업데이트 과정은 시간이 많이 소요될 수 있으며, 경우에 따라서는 업데이트의 실익이 크지 않을 수도 있습니다. 그럼에도 불구하고, 펌웨어 업데이트가 있는지 확인하고, 해당 업데이트가 적용할 만한 가치가 있는지를 검토하는 과정 자체를 하나의 유지보수 단계로 인식하는 것이 중요합니다.

이와 함께, 주로 사용하는 슬라이서 소프트웨어의 업데이트 여부도 함께 확인하시기 바랍니다. 관리가 잘 이루어지는 슬라이서는 새롭게 추가되거나 개선된 프린터 기능을 반영하려는 경우가 많기 때문에, 업데이트를 놓치지 않는 것이 바람직합니다.

출처: https://all3dp.com/2/3d-printer-maintenance-fdm-3d-printer/