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ThreeApples/IT&Tech

[IT] 3D 프린터 익스트루더(Extruder)

잘생긴 이미남 2020. 4. 21. 19:30
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익스트루더(Extruder)

글루건은 뜨거운 노즐에서 녹은 글루가 나올 때 사용자가 누르는 힘에 따라서 나오는 글루의 양이 제각각 다르다. 반면 3D 프린터는 재료(필라멘트)가 노즐에서 일정하게 나와야 균일할 표면의 출력물을 얻을 수 있다. 재료를 일정한 힘과 속도로 밀어주는 역할을 하는 것이 익스트루더(압출기)이고, 뜨거운 노즐에서 재료가 녹아나오는 상황을 압출이라고 부른다. 익스트루더에 연결된 모터가 돌아가는 속도에 따라 노즐에서 재료가 많이 나오기도 하고, 적게 나오기도 한다. 또한 재료를 노즐 밖으로 나올 수 있게 밀어낼 뿐만 아니라, 반대 방향으로 돌아 노즐에서 재료를 빼주는 역할도 하는데 이를 리트랙션이라고 부른다. 재료가 나오지 않으면서 노즐이 이동만 할 때 리트렉션을 해주게 된다. 리트렉션은 좀 더 깔끔한 출력물을 얻을 수 있게 도와 주는데 나중에 슬라이서를 설명할 때 더 자세한 설명을 참고한다.

익스트루더에서는 재료와 모터 사이에 적절한 압력이 필요하다. 재료의 두께나 재질에 따라서 익스트루더 압력의 변화가 필요할 수 있다. 압력이 너무 낮으면 모터는 헛돌고 재료가 제대로 들어가지 않아 노즐에서 일정하게 나오지 않는다. 재료와 모터사이의 압력이 너무 세면 익스트루더에서 재료가 갈려 익스트루더 사이에 끼어 제대로 공급되지 못할 수도 있다.

직결형 vs 보우덴형

3D 프린터에서 익스트루더의 위치에 따라 직결형과 보우덴형으로 나뉠 수 있다.

먼저, 직결형은 노즐 바로 위에 익스트루더가 있어 재료를 직접 밀어주는 방식이다. 노즐 가까이서 재료를 바로 밀어주기 때문에 재료가 압출되는 힘이 좋다. 하지만 노즐이 이동하면 익스트루더도 같이 움직이기 때문에 노즐 부분이 무겁다. 너무 빠른 속도로 출력하면 반동에 의해 진동의 소음이 보우덴형보다 크게 발생할 수 있다. 보우덴형은 노즐과 떨어져서 재료를 밀어주는 방식으로 재료 공급을 위해 익스트루더와 노즐 사이를 흰색의 테플론 튜브로 이어 주고 있다. 테플론 튜브처럼 필라멘트가 제공되는 관이 없으면 보우덴형은 사용할 수 없다. 또한 피팅 부품이 테플론 튜브를 잘 잡아주고 있어야 보우덴형 익스트루더에 재료 공급이 잘된다. 보우덴형은 직결형보다 노즐을 밀어주는 힘은 약하지만, 직결형보다 노즐 부분이 가벼우므로 움직임이 빠르고 진동과 소음이 덜 한 편이다. 

☞ 테프론이란?
플루오린 원자와 탄소 원자로 만드는 플루오린화 탄소수지. 테플론은 미국 듀폰사의 상표명이며 테프론이라고도 불린다. 영어 철자를 보면 알 수 있겠지만 외래어 표기법상 테플론 쪽이 옳은 표기이다. 화학명은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE). 폴리에틸렌의 수소 원자가 모두 플루오린으로 치환되어 있다. 흔히 불소수지라고도 한다.

원래 1938년 미국의 듀폰에서 만든 물질인데, 맨해튼 프로젝트에서 우려먹다가 1946년 시중에 팔리게 되었다. 우주선의 방수재로 만들려고 했으나 강도가 너무 약해서 이걸 어디다 쓰냐라고 고민하고 있었는데, 이걸 프랑스의 기술자인 마르크 그레고아르라는 사람이 처음엔 이 물질을 낚싯줄에 코팅해보면 어떨까하고 집에서 아이디어를 짜던 도중 마르크의 마눌님께서 요리하다가 자꾸 늘러붙는 무쇠 프라이팬때문에 짜증이 난다며 남편에게 바가지를 긁는 일이 있었다. 그 얘길 듣고 그럼 이걸 프라이팬에 코팅해보자라고 기술을 구상해 특허를 1954년 사갔고, 마르크의 아이디어는 대박을 쳐서 개인 생산품임에도 마르크의 테플론 코팅 프라이팬은 프랑스에서 날개돋힌듯 팔려나갔다. 결국 마르크는 이걸 정식으로 시판하기 위해 1956년 회사 테팔(TEFAL)을 설립하고, 1958년 프랑스 농림부에서 테플론 프라이팬을 공산품으로 허가하면서 공장제로 생산된 테팔의 테플론 프라이팬은 그해에만 100만개를 팔아치우며 성공적으로 시장을 개척했고 이후 세계적인 주방용품 생산 기업이 되었다. 실은 테팔이라는 이름 자체가 Teflon과 Aluminium의 조합이며 그만큼 테플론은 테팔에 기여한 바가 크다.

테플론은 뛰어난 내열성과 내부식성 및 내마찰성이 있고 알려진 물질 가운데 가장 마찰력이 적은 물질 중 하나이다. 강도와 경도는 상당히 낮은 편으로 웬만한 두께는 칼에도 무리없이 잘린다. 뛰어난 내부식성으로 인해 웬만한 약품에는 꿈쩍도 하지 않으며 내열성도 높아 용융점(335도) 근처까지 올라가지 않는다면 열에 의한 변형도 거의 없다.

테플론은 프라이팬 등의 조리기구의 코팅으로 이용된다. 마찰력이 적어서 각종 기계표면에 코팅재로도 널리 쓰인다. 수도관이나 난방관 같은 배관의 연결부에 보면 얇은 흰색 테이프가 감겨있는 것을 볼 수 있는데 이게 테플론 테이프다. 이걸 감으면 마찰력이 적어서 뻑뻑하지 않게 잘 돌아가게 하면서도 미세한 틈새를 막아주기 때문에 배관공에게도 테플론이 필수 물품이다. 테플론 가공이 된 프라이팬은 플루오린으로 인해 물질이 잘 달라붙지 않기 때문에 잘 눌어붙지 않고, 물이나 더러움을 씻어내기도 수월하다. 마찬가지 원리로 스테인리스 프라이팬이나 공용 바비큐 기구 등을 사용할 때 고기가 눌어붙지 않도록 깔아주는 라이너도 테플론 재질이다.

테플론이 가진 단점은 너무 비싸고 무겁고 비교적 무르다는 것. 가장 큰 단점은 바로 가격. 고가 플라스틱의 대명사로 저가의 대체 소재인 폴리에틸렌보다 5~10배 가량 비싸다. 대체 불가능한 경우엔 그저 눈물. 그래도 PEEK(폴리에테르에테르케톤)보다는 훨씬 싸다. 또 테프론은 플라스틱 치고는 엄청나게 무겁다. 흔히 쓰이는 플라스틱 중에 가장 무거운 축에 속하며 역시 무거운 축에 속하는 폴리염화비닐과도 비교를 불허한다. 플라스틱은 가볍다라는 상식을 가볍게 깨는 물질로 다른 플라스틱 류의 비중이 0.8~1.5 사이인 것에 비하여 2.14의 비중을 가지고 있다. 다른 경성 플라스틱에 비해서도 비교적 물러서 금속과 마찰되면 표면에 쉽게 흠이나서 테프론 프라이팬은 들러붙지않는 장점이 약해져 금속 수세미나 금속제 뒤집개 따위를 쓰지 못하고 나무나 프라스틱제를 써야한다.

-테프론에 관해서[나무위키 중 발췌]

메이커 다은쌤의 FDM 3D PRINTING 에 나오는 내용입니다.

3D 프린트 공부를 위한 자료입니다. 

 

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