FFF/FDM 프린팅 방식인 다이렉트와 보우덴 압출 방식 소개

 # FFF/FDM 프린팅 방식인 다이렉트와 보우덴 방식에 대해서 알아보자.

• FFF(Fused Filament Fabrication) 또는 FDM (Fused Deposition Modeling) 프린터에서 압출기는 필라멘트를 녹이는 히터와 노즐이 결합된 핫엔드(HotEnd)에 정확한 양의 필라멘트를 밀어 넣는 역할을 하는 부품입니다. 
  
  
• 프린터에 따라서 압출 시스템은 두가지 방식 중 하나를 가지는데 압출기가 핫엔드와 직접 부착되어 있는 방식(Direct Extrusion : 직접 구동 압출)이거나 핫엔드와 떨어져 있는 방식(Bowden Extrusion : 보우덴 압출)입니다.
  
  

  

  다이렉트 압출과 보우덴 압출 비교

  
  
  
  
• 이제 직접 구동 압출기(Direct Extruder)와 보우덴 압출기(Bowden Extruder)에 대해 조금 더 자세히 알아보고 각각 어떤 장단점이 있는지 살펴보겠습니다. 
  
  

1. Direct Extruder (직접 구동 압출기) 의 장/단점

direct extruder

직접 구동 압출기는 핫엔드와 부착되어 하나의 프린트헤드를 이룹니다.  압출기는 필라멘트를 노즐로 직접 밀어 넣습니다. 이로 인해 얻는 장점과 단점은 다음과 같습니다. 

# 장점
 

1. 안정적인 압출 

• 압출기와 노즐 사이 거리가 짧기 때문에 압출기의 모터가 노즐을 통해 필라멘트를 쉽게 밀어낼 수 있습니다. 

2. 빠른 철회 

• 압출기가 노즐에서 가깝기 때문에 필라멘트를 더 쉽고 빠르게 후퇴시킬 수 있습니다. 

3. 작은 모터 

• 압출기와 노즐 사이의 거리가 짧기 때문에 필라멘트를 밀 때 모터에서 큰 토크가 필요하지 않습니다. 

4. 다양한 필라멘트 사용이 가능 

• 압출기에서 핫엔드까지 필라멘트가 이동해야 할 거리가 짧기 때문에 필라멘트의 재료와 크게 상관없이 안정적으로 공급될 수 있습니다. 특히 유연한 재료나 마모성이 있는 재료의 경우는 직접 압출기를 사용하는 것이 좋습니다. 

# 단점 

1. 프린트헤드의 무게 증가 

• 프린트헤드에 핫엔드만 있는 경우보다 훨씬 무거워집니다. 이는 프린트헤드 동작에 더 많은 전력을 요구하며 인쇄의 속도도 감소합니다. 인쇄 중 방향을 바꿀 때도 더 많은 흔들림이 발생합니다. 

2. 복잡한 유지 관리 

• 노즐 청소와 같은 유지 관리가 더 어려워질 수 있습니다. 

  

2. Bowden Extruder (보우덴 압출기) 장/단점 

bowden extruder

보우덴 압출기는 3D 프린터의 프레임에 부착되어 이동하지 않습니다. 압출기에서 핫엔드까지 보우덴 튜브(PTFE, 테플론)가 연결되어 있고 이 튜브를 통해 필라멘트를 핫엔드에 밀어 넣습니다. 압출기와 필라멘트 스풀 사이는 보우덴 압출기와 직접 구동 압출기 모두 튜브로 연결하기도 하므로 튜브가 있다고 모두 보우덴 압출기는 아닙니다. 

# 장점 

1. 가벼운 프린트 헤드

• Bowden 설정에서 압출기는 프린트 헤드가 아닌 프린터 프레임에 장착되므로 캐리지에 가해지는 무게가 훨씬 적습니다. 따라서 더 빠르고 조용하며 프린트헤드의 진동도 적어 고품질의 인쇄가 가능합니다. 

# 단점 

1. 더 강력한 모터 

• 보우덴 압출기는 긴 튜브를 통해 필라멘트를 밀고 당겨야 합니다. 또한 PTFE 튜브도 어느 정도의 마찰이 존재하기 때문에 필라멘트를 적절하게 제어하기 위해 더 강력한 모터가 요구됩니다. 

2. 느린 응답 시간 

• 보우덴 튜브와 필라멘트 간 마찰이 압출기와 노즐 사이의 지연을 더욱 크게 만듭니다. 따라서 효율적으로 증착하고 스트링을 방지하기 위해 압출기는 압출 및 수축에서 더 빠른 가속이 필요합니다. 

3. 재료의 제한 

• 긴 경로로 인해 직접 구동 압출기에 비해 재료가 제한됩니다. TPU 등 유연성이 큰 재료는 먼 거리에서 잘 밀리지 않아 튜브를 통과하기 어렵고 연마성이 큰 필라멘트를 사용하면 튜브가 쉽게 마모될 수 있습니다. 

 

어떤 압출기를 선택해야 할까요? 

• 많은 제조사들이 아직 보우덴 압출기를 선호하고 있습니다. 우선 지금까지 잘 작동하고 있기 때문에 특별히 바꿀 이유가 없기도 하고 특히 자체 슬라이서를 사용하는 경우 프린터 압출기의 압출 및 수축 조절에 더욱 효과적으로 대응해 오고 있기 때문입니다. 
  
  
• 한편으로 직접 구동 압출기 역시 새롭게 계속 증가하고 있습니다. 가장 큰 이유는 최근의 스테핑 모터가 이전 모터에 비해 훨씬 소형화, 경량화 되었기 때문에 무게로 인한 단점이 얻을 수 있는 장점에 대비 많이 작은 부분이라고 생각될 수 있기 때문입니다. 
  
  
• 언제나 그렇듯이 각각의 선택은 모두 장단점이 있습니다. 모션 시스템의 안정성과 필요한 인쇄 속도 그리고 사용할 재료 등을 고려하여 사용자의 필요에 따라 선택해야 할 것입니다.