6. FlashForge Adventurer3 주변 환경 구성(개선)

 FlashForge Adventurer3 주변 환경 구성을 완료하고, 3개월 정도 실제 사용을 해보니 개선할 부분이 확인 되어 개선한 부분에 대해 작성하겠습니다. 개선 항목은 아래의 1~3과 같습니다.

1. 팔라멘트 삽입 경로 개선
2. 스풀 홀더 개선
3. 흄후드 개선

1. 필라멘트 삽입 경로 개선
 3D프린터를 사용하는데 있어서 출력물 인쇄를 하다 보면, 간혹 3D프린터가 멈춰 있는 현상(시스템 다운) 이 있었는데, 그동안 별다른 이유를 알 수 없었습니다. 대략 3개월간 4번 정도 발생 했었는데, 이럴 수도 있지!? 라는 생각으로 전원을 끄고/켜고 다시 인쇄물을 출력하였습니다.
 멈추는 이유가 무엇일까? 생각해봤는데, CNC 조각기를 사용하던 적에 G Code가 정상적으로 나오지 않을 때, 움직이지 않았던 것을 생각하여 G Code도 열어서 확인해 봤는데 별다른 이상은 없었습니다. 현재 예상하는 것으로는 필라멘트를 당겨주는 부분에서 정상적으로 필라멘트 삽입이 이루어지지 않아 발생하는 것으로 예상하고 있습니다. 원인이 될 수 있는 부분이 마찰 관련 부분이므로, 마찰을 줄여주기 위한 개선 작업을 진행하였습니다.(추후 사용하면서 이전처럼 멈추는 현상이 없는지 확인해봐야 명확하겠지만 우선은 마찰이 원인이다라고 가정하고 개선을 진행하였습니다.)

[이미지1] 개선 전(좌측 이미지), 개선 후(우측 이미지)

 초기에 필라멘트 박스 제작 시, 필라멘트가 이동하는 경로에 대해서는 별도로 고려하지 않았습니다. [이미지1]의 좌측 이미지를 보시면 개선 전에 S자로 경로가 구성되어 있으므로, 진행 방향이 바뀌는 부분에서 마찰이 증가할 수 있습니다. 또한 경로가 길어질 수록 마찰이 증가할 수 있기 때문에, 필라멘트 이동 경로를 최대한 줄이고 최대한 직선으로 진행하도록 필라멘트 나가는 위치를 위쪽으로 변경하였습니다. 즉, [이미지1]의 우측 이미지 처럼 개선하게 되었습니다.

[이미지2] 필라멘트 당겨지는 방향

 [이미지2]는 필라멘트가 당겨지는 방향에 따라 어떤 상태가 될지 생각해 본 내용입니다.
 필라멘트가 당겨지는 방향이 지면과 평행한 방향일 때, 스풀 홀더가 지면에 고정되어 있지 않으면 당겨지는 방향으로 스풀 홀더가 슬립이 일어날 수 있습니다. 슬립이 일어나다 보면 필라멘트 박스의 내부 벽면과 필라멘트 롤의 외경 부분이 닿으면서 마찰이 높아질 수 있습니다. (스풀 홀더를 바닥면에 고정하는 방법도 있지만 추후 변경될 수도 있어서 고정하는 방법은 선택하지 않았습니다.)
 필라멘트가 당겨지는 방향이 지면과 수직한 방향일 때, 스풀 홀더가 고정되어 있지 않더라도 슬립이 발생하지 않습니다.(참고로 필라멘트 삽입 속도는 매우 느립니다.)

 

2. 스풀 홀더 개선

[이미지3] 스풀 홀더 개선

 [이미지3]은 스풀 홀더 개선에 대한 내용입니다. 스풀 홀더를 ①처럼 구성할 경우, 사이 간격 조정이 자유롭지만, 필라멘트 롤을 올려놓거나 빼내는 상황에서 스풀 홀더가 다소 넘어지는 단점이 있습니다. 필라멘트 롤 부분과 맞다는 간격을 미리 정하여 고정할 수 있는 블록을 ③과 같이 설치하여 적용했습니다. 블록을 ②처럼 집어 넣고 90도 회전시키면 고정이 되는 방식을 적용했습니다.

 

3. 흄후드 개선

[이미지4] 간이 흄후드 속도 조절 개선

 [이미지4]는 기존의 간이 흄후드 장치 개선에 대한 내용입니다.
 제작된 간이 흄후드를 사용한 이후, 방 내부에서 플라스틱 녹는 냄새가 발생하지 않는 장점이 있었고, 겨울이 되면서 단점이 1가지 발생했습니다. 집 외부로 공기를 배출한다는 의미는 외부의 공기를 집 내부로 공급하는 것을 의미합니다. 즉, 겨울에 집안의 따뜻한 공기를 배출하고, 외부의 차가운 공기를 집 내부로 공급하므로, 집안이 추워집니다. 초기에 사용할 때는 FAN이 생각보다 약해서 제대로 흄후드 역할을 할 수 있을지 염려 했었는데,절대로 약하지 않았습니다.
 이를 개선하기 위해서, FAN 속도 조절 기능이 필요했습니다. 1차적으로 이전에 아두이노 키트를 구매했을 때, 가지고 있던 가변 저항(10KΩ])을 사용하여 속도 조절을 시도했습니다. 가변 저항을 직렬로 연결하여, 입력전압 12[V]를 FAN과 가변 저항에 전압 분배하여 테스트를 진행 해보았습니다. FAN에 분배되는 전압이 12[V]보다 약간 낮더라도 FAN은 회전은 가능하다는 것을 토대로 진행해 보았는데(제가 알기로는 DC모터에 정격 전압보다 약간 낮게 가해도 모터는 회전이 됩니다.), 거의 ON/OFF 스위치 처럼 동작되어서 사용하기에는 부적절 했습니다. 
 2차적으로 DC모터 속도 조절 컨트롤러를 구매하여, 전원 공급부와 FAN 사이에 설치하는 방법으로 진행했습니다. 컨트롤러를 직접 제작하는 것도 생각해 봤지만, 이런 부분에서 원하는 기능이 되는 기성품을 구매하는 것이 저렴합니다. 1번 정도 공부해볼 생각으로 만들어 보는 것은 괜찮다고 생각되지만, 재료 수급부터, 제작 및 테스트 시간까지 생각한다면 구매하는 것이 매우 저렴합니다.
 디바이스마트에서 4,840원에 판매하는 PWM DC모터 속도 제어 컨트롤러를 구매했습니다. 간이로 연결하여 테스트를 해보았고, FAN에서 사용하는 전류가 작아서 인지 컨트롤러에서 발생하는 온도도 23~26도 사이의 온도 변화만 있었습니다. 컨트롤러에서 발열이 발생할 수도 있으므로, [이미지4]에서 볼수 있듯이 컨트롤러 케이스 제작할 때 공기가 지나다닐 수 있는 구멍을 포함해서 제작했습니다.

[이미지5] PWM 관련 예시

 [이미지5]는 PWM에 대해서 예시로 작성한 이미지 입니다. 제가 사용하고 있는 FAN이 12[V]에서 동작하므로, ①은 12[V] 전원을 계속 공급하는 것을 의미합니다. ②,③,④는 12[V] 전원을 ON/OFF하는 것을 의미합니다. 1[sec]라는 시간으로 비교해볼 때, 다음과 같습니다.
①은 1[sec] 중 0.00[sec] 전원 차단, 1.00[sec] 전원 공급 
②는 1[sec] 중 0.25[sec] 전원 차단, 0.75[sec] 전원 공급
③은 1[sec] 중 0.50[sec] 전원 차단, 0.50[sec] 전원 공급
④는 1[sec] 중 0.75[sec] 전원 차단, 0.25[sec] 전원 공급
하므로 모터가 소비하는 전기의 양이 달라지게 됩니다.
 ①을 100%로 보았을 때, ②는 75%, ③은 50%, ④는 25%로 볼수 있습니다. 간단하게 보면 1[sec]라는 시간에서 전원 공급 비중이 높으면 FAN 빨라지고, 전원 공급 비중이 낮으면 FAN이 느려진다는 의미입니다. 제가 구매한 PWM DC모터 속도 제어 컨트롤러에 오실로스코프를 찍어봐야 실제로 [이미지5]와 비슷한 그래프인지 알수 있겠지만, 구체적으로 알아야할 필요는 없습니다. PWM 컨트롤러를 사용하여 DC모터 속도 조절이 가능한 이유가 이런 개념 때문이구나 정도면 됩니다. 

 PWM DC모터 속도 제어 컨트롤러를 장착하여 테스트해 보았고, 실제로 속도 조절은 가능했습니다. PWM DC모터 속도 제어 컨트롤러에 장착되어 있는 가변저항을 돌려서 속도를 조절할 때, 일부분 속도에서 FAN에 약간의 고주파 소리가 발생합니다. 상대적으로 FAN에서 발생하는 소리보다 3D프린터 인쇄 소리가 크기 때문에 그다지 방해되는 느낌은 없었습니다. 이로써 FlashForge Adventurer3 주변 환경 구성(개선)을 마치겠습니다.