싱글 익스트루더로 멀티 컬러/멀티 소재 3D 출력하기: 단계별 가이드

FDM 기술 3D 프린팅 사용자라면 누구나 한 번쯤 이 질문을 해봤을 것입니다.

대부분의 데스크톱 FDM 3D 프린터는 익스트루더가 하나뿐이라, 사용자는 여러 필라멘트를 결합하는 옵션을 "잃어버립니다". 예를 들어 복잡한 부품을 출력할 때 빌드 필라멘트와 서포트 필라멘트를 쓰거나, 부품에 여러 색상을 통합해야 할 때 그렇습니다.

이미지 1: Fillamentut과 Mosaic Palette 필라멘트로 출력한 3D 화병. 출처: Fillamentum.

이 문제를 해결하기 위해 사용자 니즈와 부품 복잡도에 따라 여러 솔루션이 있습니다. 이 글에서는 두 가지를 설명합니다:

• 슬라이싱 소프트웨어 사용.
• 외부 장치 사용.

슬라이싱 소프트웨어 사용

가장 간단한 방법은 슬라이싱 소프트웨어를 사용해 사용자가 적절한 시기에 프린터 필라멘트를 교체할 수 있도록 준비된 .gcode 파일을 생성하는 것입니다. 이렇게 하면 여러 색상이나 소재의 부품을 출력할 수 있습니다.

이 경우 멀티 컬러 출력은 전체 레이어 단위로 제한됩니다. 즉, 각 독립된 레이어는 단일 색상입니다(한 레이어에 두 색상 불가). 부품 설계 시 이 제한을 고려하는 것이 매우 중요합니다.
이 방법을 사용하려면 현재 가장 인기 있는 무료 소프트웨어 중 하나인 Ultimaker Cura 사용을 권장합니다. 다른 슬라이싱 소프트웨어로도 문제없이 수행 가능합니다.

1. 먼저 선택한 디자인을 Ultimaker Cura로 가져옵니다.
2. 열리면 사용할 소재에 맞게 파라미터를 조정합니다.
3. 이 시점에서 색상/소재를 변경할 높이 또는 레이어를 파악합니다.
4. 이 정보를 얻으면 Extensions > Post Processing > Modify G-code로 가서 Add Command Sequence > Pause at height를 누릅니다.
5. 팝업 창에서 레이어 또는 mm 단위로 일시정지 방식을 선택합니다. 선택한 디자인에 따라 어느 쪽이 더 편할지 결정됩니다. 어느 경우든 상자에 입력한 숫자가 필라멘트 교체를 수행할 레이어 또는 높이에 해당합니다.
   Park Print Head X/Y는 일시정지 시 핫엔드가 이동할 좌표입니다. 필라멘트 교체를 용이하게 하기 위해 0/0(홈) 좌표 사용을 권장합니다.
   또한 리트랙션 파라미터, 리트랙션 속도, Extrude Amount를 설정해야 합니다. 첫 두 가지는 사용 소재에 따라 달라지며, 마지막은 약 5cm로 설정할 것을 권장합니다. 이는 필라멘트 교체 후 출력을 재개하기 전 압출할 필라멘트 양에 해당합니다.
   
   

이미지 2: Cura 인터페이스. 출처: Ultimaker Cura.

이 방법은 서포트 소재가 필요한 복잡한 부품(ABS + PVA 등) 출력에는 적합하지 않습니다. 다른 소재를 사용할 경우 소재 간 접착력을 고려해야 합니다. 접착력이 충분하지 않으면 소재 간 결합 레이어에서 부품이 언젠가 분리될 것입니다.

외부 장치 사용

슬라이서 소프트웨어 방법에는 제한이 있고, 사용자가 출력 과정에서 소재를 교체해야 하므로 자동화되지 않습니다.

이 문제를 해결하기 위해 Mosaic Manufacturing이 최대 4가지 색상이나 소재로 출력할 수 있는 장치를 개발했습니다: Mosaic Palette. 이 경우 같은 레이어에 최대 4가지 색상이나 소재를 포함할 수 있습니다.

Mosaic Palette는 최대 8가닥을 하나로 연속적으로 결합하는 원리로 작동합니다.

Mosaic Palette 3와 Mosaic Palette 3 Pro의 조작과 사용성을 용이하게 하기 위해 Mosaic Manufacturing은 자체 슬라이싱 소프트웨어인 Canvas를 병행 개발했습니다.

디자인을 Canvas로 가져오면, 색칠하듯 직관적으로 다른 색상/소재 영역을 표시하고 구분할 수 있습니다. 이 소프트웨어에서 사용할 다양한 소재 프로필도 만들 수 있습니다.

Mosaic Palette 3와 Mosaic Palette 3 Pro는 Canvas 슬라이싱 프로그램에 따라 각 레이어에 필요한 각 색상/소재 필라멘트 양을 인식하고 계산합니다.

작동 원리

출력 공정을 수행하기 위해 Mosaic Palette 3는 4개 필라멘트 입력을, Mosaic Palette 3 Pro는 8개 필라멘트 입력을 가집니다(각각 자체 익스트루더와 필라멘트 센서 포함).

각 익스트루더에 필라멘트가 공급되면 절단 시스템으로 이동합니다. 이는 Canvas 슬라이싱 프로그램에 따라 필라멘트를 필요한 정확한 길이로 자르는 회전 커터로 구성됩니다.

필라멘트가 잘리면 Splice Core라는 저항을 통해 이어질 소재와 결합됩니다.

이미지 3: 두 필라멘트 간 접합. 출처: Mosaic.

필라멘트 조각이 결합되면 냉각 구역을 통과하고 직경이 전체 필라멘트에서 올바르게 유지되도록 조정 휠인 Scroll Wheel을 거칩니다.

어떤 소재를 사용할 수 있나?

Mosaic Palette 3와 Mosaic Palette 3 Pro는 최대 8가지 색상의 동일 소재를 사용할 수 있지만, 서로 다른 소재 조합도 가능합니다.

다음 표는 가능한 소재 조합과 난이도를 보여줍니다. 일부 경우 "Experimental(실험적)"로 표시된 조합은 항상 성공적으로 수행될 수는 없지만, 일부 사용자가 이 소재로 프로젝트를 성공적으로 출력한 경우가 있습니다.

소재	난이도
PLA + PLA	STANDARD
PLA + PVA	EXPERIMENTAL
PLA + HIPS	EXPERIMENTAL
PLA + TPU	ADVANCED
PETG + PETG	STANDARD
PETG + TPU	EXPERIMENTAL + ADVANCED
ABS + ABS	EXPERIMENTAL
TPU + TPU	ADVANCED

또한 Mosaic은 웹사이트 지원 영역에 많은 정보와 리소스를 제공합니다.

이 리소스 중에는 서로 다른 소재 가닥 결합을 위한 추천 설정, 완전한 소재 호환성 차트, 가장 일반적인 문제 해결 등이 있습니다.

최적의 출력 설정은 프린터마다 다르므로 Mosaic이 공유하는 값은 가이드일 뿐입니다. 특정 소재로 좋은 출력 설정이 있다면, 그 소재 가닥을 결합할 때 이 설정을 사용하는 것이 좋습니다.

Mosaic Palette는 Thingiverse 플랫폼에 공간을 두고 있으며, Mosaic Palette로 다양한 색상/소재를 사용하기에 적합한 디자인을 주기적으로 업로드합니다.

이미지 5: 무료 다운로드 가능한 적합한 디자인. 출처: Thingiverse.

최종 결과와 무료 서비스 및 리소스 제공 모두를 고려할 때, Mosaic Palette 3와 Mosaic Palette 3 Pro는 싱글 익스트루더 FDM 3D 프린터로 여러 색상 출력이나 다중 소재 3D 프린팅 실험을 원하는 사용자에게 매우 흥미로운 옵션입니다.