3D프린터 분해 부품으로 간단 CNC 만들기 #1

이전 글에 3D프린터 부품으로 Pen Plotter를 제작한 이야기를 글로 쓴 적이 있다.

Pen Plotter를 만드느라 좌충우돌하던 과정이 재미있었고 만들고 나서 한동안 그림을 그리는데 재미를 느낄 수 있었다.

 

https://puleunhaneulkr.tistory.com/185

XY 펜 플로터 DIY

 

 

그런데 이 Pen plotter는 프레임이 없이 양쪽에 모터를 놓고 그 사이에 샤프트 2개와 벨트로 구성된 초간단 구조의 제품이어서 전체적으로 불안정한 구조를 갖고 있었다.

그림을 그릴 때 X축 방향과 Y축 방향으로 펜이 이동하는데 X축 방향은 이해할 만한 정도인데 Y축 방향은 까닥까닥 몸체가 기우뚱 거리는 경우가 많았다.

프레임 구조로 재설계해서 만들어야 하는데 그럴 바에는 좀 더 튼튼하게 만들어서 간단한 플라스틱이나 나무 정도는 깎을 수 있는 CNC로 만들어보자는 생각을 하게 되었다.

 

인터넷에는 심플한 구조의 CNC들이 많이 찾을 수 있고 그중에서 가장 맘에 드는 녀석을 골라 필자가 갖고 있는 부품에 맞춰 재설계하였다.

 

 

 

설계를 하다 보니 최대한 부품을 새로 구입하지 않고 보유하고 있는 것만 사용하려고 했는데 도저히 방법이 나오지 않아서 Lead screw와 몇 개 부품은 새로 구입해야 할 판이다.

 

 

도면을 그려놓고 출력하기 전에 프로파일 프레임을 조립해 보았다.

프로파일은 20x20 사용하였고 브래킷을 사용하지 않고 그냥 볼트로만 조립하려고 암나사와 관통홀을 가공하였다.

관통 홀을 뚫을 때 정확한 위치에 가공해야 하는데 이때 필요한 지그를 싱기버스에서 다운로드하여 사용하였다.

 

 

 

 

https://www.thingiverse.com/thing:5034584

Extrusion hidden hole jig by mjbudden

 

 

20x20 프로파일이 워낙 가늘다 보니 긴 구조물로 프레임을 만들면 좌우 뒤틀림을 완전히 없애기 힘들다.  이번에도 나름대로 정확하게 조립했다고 생각하는데도 프레임을 책상 위에 올려놓으면 전후 좌우로 까닥까닥 움직인다.

 

그래도 이 문제는 모퉁이 지지대와 상면에 판재를 조립하면 해결될 것이라 생각하고 그냥 진행하기로 한다.

 

일단 부족한 부품들을 알리에서 가격이 싸면서도 그다지 문제없어 보이는 것들로만 골라 주문하였다.

 

 

먼저 모터는 전용 스핀들모터들이 많이 있었지만 가격도 많이 비싸기도 하고 사용 용도를 거창한 게 아니라 플라스틱에 간단한 구멍이나 그림을 새겨 넣을 정도를 성능만 나오길 원했기에 작은 모터를 찾아보았다.

그래서 찾은 것이 775 모터였다.

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모터와 함께 절삭 공구 홀더를 함께 구입할 수 있어서 이것으로 결정했다.

 DC 12V에 회전속도가 20000 RPM이나 되니 절삭에도 효과가 좋을 것 같은 느낌이다.

 

 

 

Lead Screw는 8mm 나사에 길이 550mm가 필요한데 이 조건에 부합하면서도 가격이 비교적 저렴하면서 무료배송인 것으로 주문하였다.

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Lead Screw 너트는 Screw 한 개당 2개씩 필요해서 추가 주문하였다.

이건 가격은 저렴한데 배송비가 더 많이 나와서 할 수 없이 Aliexpress Standard delivery가 아니고 Cainiao super economy global로 배송주문하였다.  아마 한 달 이상 기다려야 올 것이기 때문에 그동안 이 부품은 하나만 끼워놓고 테스트해야 할 것 같다.

 

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또 하나 없는 부품이 608 베어링이다.  이번에 베어링을 주문하면서 알게 된 사실이 하나 있는데 ABEC이라는 사양이 있다는 것이다.

 

ABEC-1은 일반 클래스로 정밀도가 0.05mm 미만이라고 한다.  저속 및 낮은 요구사항이 있는 곳에 적합하며 예를 들어 저속 전송장빈 아이들 장난감 등에 많이 사용된다.

 

ABEC-3는 정밀도는 0.01mm 미만이고 회전속도 6000 rpm 미만에서 부드럽게 회전하도록 설계되어 있다.  소음이 적고 수명이 길어서 장난감 자동차나 전기 공구 또는 공기펌프, 스포츠 기구 등에 사용된다.

 

ABEC-5는 정밀도가 0.005mm 미만이며 6000 rpm 이상에서도 부드럽게 회전이 가능하며 소음이 낮고 수명이 길어서 고속 모터나 계기, 정밀한 장비 등에 많이 사용된다.

 

ABEC-9는 50000 RPM의 고속에서도 부드럽게 회전 가능하도록 설계되었으며 회전저항이 매우 적어서 인라인 스케이트 용으로 많이 사용된다.

 

 

필자는 애초에 저럼하고 낮은 등급의 ABEC-1 베어링을 주문하려다 10개 이상 주문하면 거의 비슷한 가격에 ABEC-9를 구입할 수 있는 것을 발견하고 이것으로 주문하였다.  가격이 비슷할 때 이왕이면 고속용이 더 좋을 것 같다.

 

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부족 부품을 주문해 놓았으니 일단 3D프린터로 출력물을 한 개만 출력해 보았다.

여러 개 출력해 놓고 치수가 맞지 않아 다 버린 적이 한두 번이 아니다.

 

 

출력은 새 필라를 사용해서 그런지 아주 깨끗하게 잘 나왔다.

아래 사진에서 맨 위의 구멍이 8mm 샤프트가 조립될 구멍이고 중간에 큰 구멍이 608 베어링이 삽입될 곳이다.

맨 아래 부분에 돌기가 3개 나와 있는 곳은 20x20 프로파일이 조립될 부분으로 프로파일 홈에 돌기가 삽입되어서 튼튼하게 고정시켜 주게 된다.

 

 

 

 

출력물에 가지고 있는 부품을 시험으로 조립해 보았다.

샤프트와 베어링은 공차가 거의 없이 빡빡하게 조립되었다.   한번 조립하면 뺄 일이 없기에 큰 문제가 되지 않는다.

 

 

 

 

 

문제는 프로파일과 조립되는 3개의 돌기인데 이 치수가 잘못 출력되면 프로파일에 조립도 못해보고 버려야 하는 불행한 사태가 발생한다.

이번 설계는 0.2mm 작게 설계했더니 돌기가 프로파일 홈에 쉽게 조립되었다.

한 번에 설계가 문제없음이 증명되니 별 거 아닌 일임에도 기분이 좋아진다.

 

 

 

 

뒤 편에 가로로 프로파일을 끼워 볼트로 체결하니 직각도나 편평도도 잘 맞아지는 것 같다.

 

 

 

 

 

마지막으로 상단 2개소에 가로와 세로 프로파일에 M4 볼트와 너트로 고정하여 주면 끝이다.

 

 

 

 

설계에 큰 문제가 없음이 확인되었으니 이제 주문한 부품들이 도착하기 전에 나머지 출력물들을 모두  3D프린터로 출력하고 조립해 놓아야겠다.