3D 프린터 히트 크립(Heat Creep) 예방 및 해결법

일부 3D 프린터 문제는 눈앞에서 바로 일어나 쉽게 감지되지만, 어떤 문제는 감지되지 않은 채 쌓이다 큰 손상을 냅니다.

이런 문제는 노즐 막힘처럼 3D 프린터에 심각한 손상을 입히고 나서야 눈에 띕니다.

대표적인 예가 3D 프린터의 히트 크립(heat creep)입니다.

3D 프린터엔 히터 카트리지가 히터 블록에 부착돼 있습니다. 히터 카트리지가 가열되면 히터 블록도 열이 퍼지기 전 가열됩니다.

열은 열 차단 튜브(thermal barrier tube)를 통과하며 필라멘트를 녹입니다. 필라멘트는 튜브를 지나며 팽창하고 히터 블록에서 녹습니다.

용융 필라멘트는 노즐 끝으로 배출됩니다. 익스트루더를 식히면 열 차단 튜브 안의 열이 올라갑니다.

열이 튜브로 기어 올라가면(크립) 내부의 필라멘트가 거의 즉시 부풀어 오릅니다. PLA가 벽에 달라붙어 열 차단막을 만듭니다.

이런 문제를 예방하는 팁을 알아두면 도움이 됩니다. 이 글에서 몇 가지를 소개합니다.

히트 크립(Heat Creep)이란?

히트 크립이 정확히 뭘까? 3D 프린터 핫엔드 구성과 부품 간 작동/조율을 알기 전까진 낯선 개념처럼 들립니다.

우선 핫엔드는 필라멘트가 노즐로 배출되기 전 녹는 곳입니다. 익스트루더 어셈블리 옆에 있습니다.

히팅 블록은 노즐 위에 있고 필라멘트를 녹이는 열을 내는 영역입니다. 그 옆엔 온도 센서가 있습니다. 필라멘트 온도를 감지해 히팅 블록으로 보낼 전력량을 결정합니다.

다음은 히트 싱크입니다. 히팅 블록과 익스트루더 어셈블리 사이에 있어 둘을 분리합니다. 전기 전도성과 쿨링 팬 통합이 특징입니다.

히트 크립은 히팅 블록에서 발생한 열이 위로 올라가 필라멘트가 의도 범위 밖에서 과도하게 녹는 현상입니다. 결과적으로 필라멘트가 급격히 부풀어 올라 익스트루전 문제가 생깁니다.

3D 프린팅 히트 크립 원인

3D 프린터 히트 크립은 사용자 몰래 언제든 발생할 수 있습니다. 이 문제를 고치려면 원인을 아는 게 필수입니다.

이 문제들은 히트 크립을 순식간에 유발해 출력물 품질을 떨어뜨리니 시급히 다뤄야 합니다.

가장 흔한 원인들은 다음과 같습니다:

• 온도 과다

히트 블록 과열로 과도한 열이 3D 프린터 원치 않는 부위로 새어 나와 히트 크립을 일으킵니다.

• 핫엔드 설계

핫엔드마다 열 견딤 용량이 다릅니다. 금속 핫엔드는 다른 요인으로 열이 과도 축적되면 핫엔드 어셈블리 내 열 이동이 빠릅니다.

• 필라멘트가 핫엔드에 장시간 머무름

필라멘트가 핫엔드에 오래 머물면 멜트 존에 닿기 전 녹습니다. 이는 3D 프린터 히트 크립을 유발합니다.

• 핫엔드 쿨링 팬 고장

핫엔드 팬은 핫엔드와 히트 싱크 어셈블리에서 과도 열을 식히고 배출해야 합니다.

고장 난 팬은 히트 블록에서 발생한 과도 열을 충분히 식히지 못합니다. 열이 핫엔드 위로 올라가 필라멘트가 멜트 존 도달 전 녹게 만듭니다.

3D 프린터 히트 크립 문제 해결 팁

3D 프린터 히트 크립 대응은 당면 문제 해결뿐 아니라 미래에 이런 문제를 피하거나 예방하는 요령도 알아야 합니다.

첫 단계는 문제와 문제 근원을 파악하는 것입니다. 히트 크립인지 다른 문제인지 확인하세요.

PTFE 튜브와 노즐이 잘 맞는지 확인하세요. 노즐 문제로 의심되면 교체하세요. 그래도 문제가 안 사라지면 히트 크립입니다.

히트 크립 대응 팁:

• 3D 프린터 설정을 하나씩 조정하세요. 설정을 하나씩 훑으면 정확한 문제와 출처를 쉽게 찾습니다. 여러 하드웨어나 슬라이서 설정을 한꺼번에 바꾸지 마세요.
• 리트랙션 설정을 낮추세요. 리트랙션 설정은 프린트헤드 이동 시 노즐에서 배출되는 필라멘트 양을 결정합니다. 리트랙션 길이가 길면 뜨거운 필라멘트가 멜트 존을 지나 열이 어셈블리를 타고 전달됩니다. 이게 문제면 리트랙션 설정을 낮추세요.
• PTFE 튜브 끝을 자주 자르세요. 이 관행은 테플론 튜브 끝이 타지 않게 해 노즐과 PTFE 튜브 간 완벽한 핏을 보장합니다. 히트 크립 발생 예방에 도움 됩니다.
• 핫엔드 어셈블리 청소. 핫 어셈블리를 항상 먼지/오염 없이 깨끗이 유지하세요. 몇 번 출력마다 핫엔드 청소하세요. 핫엔드 어셈블리 입자는 히트 크립뿐 아니라 다른 문제도 일으킵니다. 청소 시 일반 출력 온도에서 젖은 천이나 알코올 천으로 핫엔드 구성품 안팎을 닦으세요. 단, 노즐 청소엔 노즐 니들을 써 입자를 제거하세요.
• 필라멘트 품질이 좋아야 합니다. 공차 ±0.05mm 이하 고품질 필라멘트는 직경이 일정해 핫엔드 잼을 방지합니다.
• 좋은 품질의 PTFE 튜브 사용. PTFE 튜브는 튜브 안 필라멘트를 절연해야 합니다. 고품질 PTFE 튜브는 필라멘트를 제자리에 잘 보호합니다. 내열성도 좋아야 합니다.
• 출력 후 항상 3D 프린터 전원 끄기. 프린터 끄면 출력 완료 후 핫엔드 어셈블리가 식습니다. 단, 끄기 전 히팅이 멈췄는지 확인하세요.
• 핫엔드 팬 청소: 팬 안 먼지 입자는 회전 속도를 낮춰 냉각 효율을 떨어뜨립니다. 알코올 천으로 팬을 정기 청소하세요.
• 출력 완료 후 필라멘트 제거. 필라멘트를 핫엔드에 두면 멜트 존 위에서 녹습니다. 출력 후 제거하길 권장합니다.

3D 프린터 히트 크립 고치는 법

출력 온도 낮추기

히트 베드 과열로 인한 높은 출력 온도가 히트 크립을 일으킵니다. 온도를 낮추려면 필라멘트 설정이나 슬라이서를 변경하세요.

필라멘트가 녹을 만큼만 충분히 높게 유지하세요.

팬 속도 높이기

핫엔드에 쿨링 팬이 있으면 속도를 높이세요. 없으면 히트 싱크 주변에 설치하는 걸 고려하세요.

팬 속도는 필라멘트가 멜트 존에서만 녹도록 식히는 데 충분해야 합니다. 팬을 100% 속도로 돌려 히트 크립을 없앤 뒤 편한 수준으로 낮추세요.

고려할 팬: Noctua와 CUI 디바이스 팬들, 무소음 팬 원하면 Noctua가 최선입니다.

히트 블록 엔드 교체

올메탈 핫엔드는 과도 열 발생 시 히트 크립 축적을 부추깁니다. 금속도 열을 전도합니다.

PTFE 라이닝 핫엔드는 탈착식 PTFE 튜브로 필라멘트 절연을 더 잘해줍니다. 튜브는 필라멘트가 멜트 존에 닿을 때까지 녹는 온도를 유지합니다.

3D 프린터 출력 설정이 올바르다면 고품질 핫엔드는 히트 크립 문제를 일으키지 않아야 합니다.

출력 속도 높이기

노즐의 필라멘트는 고속으로 이동합니다. 이 점에서 3D 프린터 출력 속도가 낮으면 배출된 필라멘트와 익스트루전 시스템 내 필라멘트 간 불일치가 생겨 히트 크립을 유발할 수 있습니다.

프린터 출력 속도를 높여 일정한 필라멘트 흐름을 만드세요. 출력 속도가 올바르게 보정됐는지 확인하세요. 잘못된 속도는 3D 프린터 문제를 낳습니다.

스피드 타워는 출력 속도 보정에 훌륭한 솔루션입니다. 비슷한 출력에서 다양한 속도를 보정해 속도가 출력 품질에 미치는 영향을 파악할 수 있습니다.

마무리

3D 프린터 히트 크립은 3D 프린팅 시 마주칠 가장 까다로운 문제 중 하나입니다. 더 심각하고 되돌릴 수 없는 문제를 일으키기 전까진 감지하기 어렵습니다.

히트 크립 문제는 주로 높은 출력 온도와 연관됩니다. 이 글에서 소개한 팁을 따라 히트 크립 발생을 예방하세요.