Infill(내부채움), Layer height(레이어높이), Shell Thickness(외벽두께)에 대한 이해

 

 

오늘은 데스크탑 3D프린팅의 출력 조건 중 가장 기본이면서, 가장 중요한 패러미터 값들인 Infill, Layer Height, Shell Thickness가 무슨 의미인지, 어떻게 값을 조정하는 것이 좋은지 살펴보도록 하겠습니다.

대부분의 슬라이싱 프로그램에서는 용어는 약간씩 다르지만, 위 세가지의 값들에 대해 지정할 수 있도록 되어있습니다.

그럼, 제가 사용하는 장비들의 소프트웨어를 보겠습니다.

먼저 얼티메이커(Ultimaker)가 만든 오픈소스 슬라이싱 소프트웨어인 큐라(CURA)입니다.

 

 

위 그림에서 보시는 것 처럼 큐라에서는 Quality(품질)의 세부항목으로 Layer Height (레이어높이), Shell Thickness(외벽두께)의 값을 사용자가 설정하도록 되어있습니다. 그리고 Fill density (채움밀도)라는 이름으로 내부채움 값을 지정할 수 있도록 되어있습니다. 

 

다음으로, 조트랙스(Zortrax)의 전용 프로그램인 Z-Suite입니다.

 

 

조트랙스는 대표적인 Plug & Play 타입 3D프린터입니다. 

몇가지 값들만 선택해서 바로 프린트할 수 있도록 만들어져있어 유저가 마음대로 조정할 수 있는 조건들이 많지 않습니다.

그래도 첫항목에 Layer Thickness (레이어두께)가 있고, 아래에 Infill(내부채움)값들은 수치로 조정은 불가해도 단계별로 나뉘어져있습니다. 참고로 외벽두께는 Infill값을 Shell로 지정했을때 숫자(외벽숫자)로 지정할 수 있게 되어있습니다.

 

마지막으로 큐비콘(Cubicon)의 전용소프트웨어인 큐비크리에이터입니다.

 

 

여기서도 품질 항목에 레이어높이와 외벽두께를 지정할 수 있게 되어있고, 아래에 내부채우기 밀도 항목이 있음을 볼 수 있습니다.

이런 슬라이싱 프로그램을 보면 레이어높이와 외벽두께가 품질에 연관이 있구나~ 하는 점을 알 수 있습니다.

그럼 이제 본격적으로 출력물을 보면서 조건값들의 차이점을 알아보겠습니다.

 

---

 

Infill (내부채움)

 

말 그대로 출력물의 내부를 얼마나 채울 것인가에 대한 항목입니다.

일반적으로 Percentage(%)단위로 구분합니다. 슬라이싱 프로그램에 따라 육각, 사각 등 내부를 채우는 패턴은 다릅니다.

내부채움값을 비교해보기 위해 직접 0%~100%까지 9단계로 구분해서 출력시험을 해보았습니다.

이 테스트에 사용된 장비와 조건값입니다.

장비: 큐비콘 싱글 플러스 / 재료: PLA Orange / 외벽두께: 1.2mm

 

 

왼쪽부터 0%에서 오른쪽으로 100%입니다.

30%가 넘어가면서 밀도가 매우 높아지는 것을 볼 수 있습니다. 좀 더 자세히 촬영해서 표로 만들어봤습니다.

 

 

 

위 그림에서 보시는 바와 같이 0%는 내부채움이 없고, 50%가 넘어가면 거의 꽉 차있음을 알 수 있습니다.

보통은 내부채움을 20%값을 많이 사용합니다. (참고로, 대표적인 출력서비스 네트워크인 3DHubs의 가격구조도 기본 20%값을 기준으로 되어있습니다.)

출력물의 특징에 따라 값을 줄이기도 하고, 늘리기도 합니다.

내부채움 값이 늘어날 수록 출력시간과 재료 소모량이 많아지겠죠? 비용 뿐만 아니라, 휨 같은 출력물의 변형을 고려해서 내부채움값을 줄여야하는 상황들도 있습니다.

여러번 출력경험이 쌓이면, 본인의 프린터와 재료의 특성에 맞는 값을 찾을 수 있을겁니다.

 

---

 

Layer Height(레이어높이)

 

 

다음은 가장 중요한 값이라고도 할 수 있는 Layer Height (레이어높이)입니다.

모든 종류의 3D프린터는 한층 한층 씩 레이어를 쌓아가면서 3차원의 조형물을 만들게됩니다.

한층씩 쌓이는 높이 값이 바로 Layer Height입니다.

3D프린트된 출력물들은 층간에 결이 나타날 수 밖에 없으며, 이 때 레이어높이를 낮게 할 수록 표면의 품질이 높아지게 됩니다.

이 때문에 일부 3D프린터 제조사에서는 층간높이값을 해상도라고 표현하기도 하는데, 이렇게 써도 되는지는 잘모르겠습니다.

레이어높이를 비교해보기위해 세가지 모양의 도형을 0.3mm~0.05mm까지 4단계로 구분해서 직접 출력테스트를 해봤습니다. 

이 테스트에 사용된 장비와 조건값입니다.

장비: 큐비콘 스타일 / 재료: PLA Red / 외벽두께: 0.8mm / 레이어높이: 0.2mm

(참고로 큐비콘 스타일은 0.1mm가 최소 높이인데 강제로 0.05mm로 출력해서 0.05mm는 제대로 출력이 되지 않은 점 양해바랍니다) 

 

 

위 사진과 같이 세가지 도형을 출력해봤습니다.

 

 

0.3mm는 층간 결이 뚜렷하게 보이고 0.1mm부터는 자세히 보지 않으면 안보이는 수준입니다. 이 출력물이 2cm 정육면체임을 감안하면 실제의 느낌이 어떨지 상상하실 수 있을 겁니다.

사진을 굉장히 많이 찍었는데, 역시 조명이 없으니 제대로 잡힌게 별로 없네요.

 

 

구분이 좀 가시나요? 

 

 

좀 더 확대해보겠습니다.

 

 

확대하니 역시 구분이 확실해지는군요.

레이어 높이 값이 작을 수록 표면이 더 매끄러워지는 것을 알 수 있었습니다. 역시 가장 중요한 패러미터 값인 이유가 있습니다.

하지만, 무턱대고 무조건 레이어 높이를 낮게 한다고 다 좋은 것은 아닙니다. 한번 지나갈길을 두번, 세번 지나가게 되면 그만큼 출력시간이 곱절로 늘어나겠죠? 게다가 출력시간이 길어지면 ABS나 Nylon같은 필라멘트는 수축이나 휨현상이 발생할 가능성이 높아지기도 합니다. 보통은 출력물의 크기가 크면 레이어높이값을 크게한답니다.

 

---

 

Shell Thickness(외벽두께)

 

 

마지막으로 외벽 두께입니다.

말 그대로 출력물의 외벽의 두께를 얼마로 할 것이냐를 정하는 항목입니다.

수치를 직접 입력해야한다면, 고려해야할 중요한 요소는 바로 노즐의 직경입니다.

0.5mm노즐로 두번 외벽을 만든다면 0.5mmX2회 = 1mm가 되겠죠. 

외벽두께를 비교해보기위해 5단계(1회, 2회, 5회, 9회, 15회)로 외벽을 두껍게 만들면서 테스트를 해봤습니다. 15회는 외벽두께만 6mm네요. (0.4mmX15회)

이 테스트에 사용된 장비와 조건값입니다.

장비: 큐비콘 싱글플러스 / 재료: PLA Silver/ 레이어높이: 0.2mm / 노즐직경: 0.4mm

이번에는 사진 한장이면 충분합니다.

 

 

외벽두께 값을 크게 하면 당연히 외벽의 두께가 커집니다. 유의할 점은 노즐사이즈와 비례해서 값을 입력해야한다는 점입니다.

보통은 노즐사이즈 X 2~3회의 값을 많이 사용합니다.

 

---

 

오늘은 3D프린팅할때 꼭 알아두면 좋은 패러미터 값들에 대해 알아보았습니다.

도움이 되셨기를...