[초등생 민준이의 3D프린터 도전기] 두근두근! 3D프린팅 시~작!

[IT동아]

[초등생 민준이의 3D프린터 도전기] 가정용 3D프린터로 뭘 할까? - http://it.donga.com/22989/
[초등생 민준이의 3D프린터 도전기] 3D프린터, 초등학생도 조립한다 - http://it.donga.com/23048/

[편집자주] 3D프린터는 더 이상 관계자, 전문가, 그리고 이들을 모두 포함하는 어른들만의 창작도구가 아닙니다. 전세계 남녀노소 누구라도 자신의 아이디어를 실물로 만들어 볼 수 있는 일반 전자기기로 인식되는 추세입니다. 이미 해외는 물론 국내도 각 초/중/고등학교에서 3D프린터를 활용하는 창의 교육이 진행되고 있습니다. 여기서는 평범한 초등학생의 3D프린터 도전기를 통해, 3D프린터에 관한 대중적 이해를 돕고자 합니다. 3D프린터는 초등학생이 가지고 놀기에 참으로 창의적인 교육 교구입니다.

마네킹처럼 조립해서 쓰는 저가형 3D프린터의 가장 큰 장점은 잡스러운 기능이 없다는 것이다. 사실, 출력물 품질을 높이거나 주변 환경의 영향을 덜 받도록 3D프린터는 여러 환경설정을 해야 하고, 경험을 통해 이런 설정 상황을 잘 알고 있어야 3D프린팅 성공률을 높일 수 있다. 그런데, 우리가 여기에서 사용하고 있는 3D프린터는 그런 게 없다(물론 아예 없는 건 아니지만). 최소한의 설정만으로도 어지간한 출력물은 뽑아볼 수 있으니, 일단 3D프린터에 들어있는 샘플 필라멘트를 이용해서 간단한 출력물을 뽑아내 보자.

이번 글부터는 필자와 필자의 아들 민준이가 번갈아가며 각기 자신의 파트를 설명한다. 지식이나 정보에 대한 설명은 필자가 하고, 민준이가 직접 경험한 부분은 민준이의 생각과 입을 빌어 설명한다. 그리고, 독자가 쉽게 이해할 수 있도록 소제목 말머리에 누가 얘기하고 있는지 표기한다.

1. [아빠] 출력을 하기 위해 필요한 준비물
3D프린터마다 조금씩 차이는 있지만, 대부분 비슷한 부품과 도구를 이용해서 출력한다. 우선 민준이가 조립한 3D프린터, 마네킹에는 아래 사진으로 보는 부속들이 들어있다.

<3D프린터 출력을 하기 위해 필요한 것들>

우선 철사처럼 돌돌 말려있는 건 우리가 녹여서 사용할 재료(필라멘트)다. 흰색 빨대 같은 건 필라멘트가 끊어지지 않고 노즐까지 잘 이동할 수 있게 만들어주는 통로 역할을 한다. 검정색 막대기는 프린터에 고정해서 필라멘트 롤을 걸어 사용한다. 마지막으로, 출력할 데이터를 저장할 SD카드까지 모든 게 3D프린터 박스 안에 들어있다. 이제 3D프린터 출력을 위한 준비는 끝났다.

2. [민준] "파일부터 구해야 돼요"
출력을 하려면 먼저 출력할 파일이 있어야겠죠. 이런 건 일반 프린터와 비슷하네요. 출력할 파일을 직접 만들 수도 있겠지만, 저는 먼저 '싱기버스'라는 사이트에서 필요한 파일을 다운받아서 출력할 거예요.

가. 싱기버스 접속하기
처음 3D프린터를 사용하면서 정말 놀란 게 바로 이 싱기버스라는 사이트였어요. 사람들이 별의별 희안한 걸 다 만들어서 공짜로 올려줘요. '싱기한 버스'라서 '싱기버스'인가 봐요. 우선 싱기버스 사이트(www.thingiverse.com)에 접속하세요.

<싱기버스 사이트 - http://www.thingiverse.com>

[아빠] 싱기버스는 3D프린터로 유명한 '메이커봇'이란 회사가 운영하고 있는 3D프린터용 파일 공유 사이트다. 이곳을 잘 살펴보면 유용한 데이터를 많이 얻을 수 있다. 조만간 싱기버스처럼 유용한 파일을 제공하는 사이트를 한꺼번에 몰아 소개할 예정이다.

레고 산타 인형 : http://www.thingiverse.com/thing:38191
크리스마스 트리 장식들 : http://www.thingiverse.com/vinnykwok/collections/xmas-2015/page:1

나. 모델링 파일 검색하기
저는 이제 강아지를 하나 출력해 볼 건데요. 그래서 그 강아지 이름인 'fire husky'로 검색해 봤습니다. 꼭 이게 아니더라도 'dog'이나 'doll' 등 필요한 검색어를 입력하면 됩니다.

<원하는 출력 파일을 검색>

그러면 몇 개의 파일이 검색되는데, 이 중에 아무거나 하나 선택하면 파일을 그대로 다운로드할 수 있습니다.

<파일 검색 결과. 이 중 아무거나 하나 선택>

다. STL 파일 다운로드하기
3D프린터 출력 전에 STL 파일을 먼저 내려받아야 합니다. 3D출력용으로 쓸 수 있는 여러 파일이 있지만, 우선 STL 파일을 내려받아 사용하겠습니다. 다운로드할 수 있는 STL 파일을 보려면, 화면 오른쪽 아래쪽에 있는 [Download This Thing!]을 클릭해야 합니다.

라. 필요한 파일만 골라골라 다운로드
화면 아래 쪽으로 파일 목록이 표시되는 데요. 이 중에 파일이름 맨 뒤에 stl로 써 있는 파일을 클릭하면 다운로드할 수 있습니다.

3. [민준] 슬라이싱 프로그램이 필요해요
STL 파일을 그대로 출력에 사용하면 좋겠지만, 3D프린터가 출력할 수 있는 층별 데이터로 바꿔줘야 하는 데요. 모양을 여러 층으로 얇게 썰어주는 프로그램이라 이런 프로그램을 '슬라이싱 프로그램'이라고 부릅니다. 저는 'CURA'라는 슬라이싱 프로그램을 사용할 건데요. 인터넷 카페(http://cafe.naver.com/makerfac/19145)에서 다운로드하면 됩니다.

가. CURA에서 STL파일 열기
CURA에서 STL 파일을 여는 방법은 간단해요. 다운로드할 프로그램을 더블클릭하면 자동으로 CURA가 실행되면서 파일이 열립니다. 드디어 프로그램 실행. 짜잔~! 어! 근데 강아지는 어디에 있죠?

나. 크기 변경하기
화면 가운데 콩알만한 노란색이 강아지라니... 너무 작죠! 그럼 CURA를 이용해서 크기를 좀 키워서 출력해야 겠어요. 화면 아래에 있는 세 가지 검정색 아이콘 중 가운데 아이콘이 크기를 변경하는데 사용하는 거예요. 강아지를 클릭하고 나서 이 아이콘을 클릭해 보세요.

<강아지를 클릭한 후에 Scale 버튼 클릭>

이제 콩알만하던 강아지가 커지고 크기 조절하는 창이 화면에 표시되는 데요. 이걸 한 10배쯤 키워보죠.

화면에 표시된 Scale 창에서 Scale X 입력 상자에 10배로 키우기 위해 ‘10’을 입력합니다. 숫자를 입력하면 강아지가 10배로 쭉 커집니다. 이렇게 크기를 원하는 대로 바꿔서 출력할 수 있습니다.

다. 회전하기
앗! 그런데 강아지가 옆으로 누워 있네요. 강아지가 편하도록 일으켜 세워서 출력해 볼게요. 이번에는 Scale 버튼 왼쪽에 있는 Rotate 버튼을 클릭합니다.

이번에는 강아지 주변에 동그란 선이 3개 생기는 데요. 각 선을 잡아서 드래그하면 원 방향으로 강아지를 회전시킬 수 있습니다.

<강아지 일으켜 세우기>

강아지를 일으켜 세울 거니 3개의 원 중에서 초록색 원을 잡고 90도 회전합니다.

<강아지 회전하기>

이번에는 강아지가 앞을 볼 수 있도록 빨간 원을 잡고 90도 회전! Rotate 버튼을 한 번 더 클릭하면 회전할 수 있는 선이 화면에서 없어지고 강아지가 고정됩니다.

라. GCode 만들기
3D프린터는 STL 파일을 그대로 출력하는 게 아니라 GCode 파일을 이용해 출력합니다. CURA에서 GCode 파일을 만들어서 SD카드에 저장해보겠습니다. 그 전에 슬라이싱 프로그램이 실제로 강아지를 어떻게 조각내는지 한번 살펴볼까요?

화면 오른쪽 위에 있는 View mode 버튼을 클릭하면 여러 아이콘이 나타나는 데요. 그 중에 Layers를 이용하면 실제로 3D프린터가 출력할 때 나눠지는 층을 확인할 수 있어요.

화면 오른쪽에 표시되는 ‘257’이 이 강아지를 출력하기 위해 필요한 층 수입니다. 흰색 레버를 마우스로 드래그하면 각 층에서 실제로 출력되는 모양을 볼 수 있습니다.

<층별 출력 모양 확인하기>

이제 이 모양 그대로를 GCode로 저장할 건데요. SD카드를 컴퓨터에 꽂은 후 화면의 SD 버튼 위에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭합니다.

화면에 표시되는 팝업 메뉴에서 [GCode 저장하기]를 선택해서 SD카드에 GCode를 저장합니다.

4. [민준] 3D프린터 본격 출력 시작!
아주 간단한 건데 일일이 설명하려니까 어렵게 느껴지네요! ^^ 이제 다 됐어요.

가. SD카드 넣기
GCode가 저장된 SD카드를 먼저 프린터에 연결하고요.

나. 필라멘트 연결하기
빨대 같은 가이드 두 개 중에 짧은 걸 프린터 뒤쪽의 필라멘트 공급 모터 아래쪽에 연결합니다.

<짧은 가이드 연결>

그 바로 위쪽에 구멍이 하나 더 있는데, 거기에 긴 가이드를 끼워 넣습니다. 이때 딱 끼워지는 느낌이 나야 합니다.

<긴 가이드 연결>

이번에는 프린터 뒤쪽의 구멍에 필라멘트 걸이를 걸치듯이 끼워 넣습니다.

<필라멘트 걸이 연결>

필라멘트 걸이에 필라멘트를 걸치고 한쪽 끝을 뽑아서 가이드 아래쪽으로 밀어 넣습니다.

<필라멘트 연결>

이때, 필라멘트가 잘 안 들어가고 걸리는 느낌이 날 수 있는 데요. 그때는 필라멘트를 주~욱 잘 펴서 넣으면 됩니다.

<필라멘트가 롤러를 지나 위쪽으로 빠져나가야 함>

위로 나온 필라멘트는 좀 길게 뽑아서 노즐 윗부분에 끼워 넣습니다. 넣을 수 있는 부분까지만 넣으면 됩니다. 조금 뒤에 녹이면서 안으로 더 밀어넣을 거예요.

<노즐에 필라멘트 연결>

긴 가이드의 아직 끼워지지 않은 부분을 노즐의 구멍에 끼워 넣습니다. 이때도 꼭 끼워지는 느낌이 나야 합니다.

<노즐에 가이드 연결>

이제 가장 중요한 부분이에요. 제가 자꾸만 까먹는 부분인데, 필라멘트가 노즐에 계속 밀려 들어가게 하는 롤러를 고정시켜야 합니다. 이걸 고정시키지 않으면 필라멘트가 노즐로 밀려 들어가질 않아요.

고정된 필라멘트 롤러(왼쪽 사진), 고정되지 않은 필라멘트 롤러(오른쪽 사진)>

[민준이의 소감]
아빠가 쓰시는 3D프린터는 필라멘트 롤러가 노즐에 붙어 있어서 실수할 일이 없으니 편할 것 같아요. 하지만, 그 때문에 노즐이 굉장히 크고 뭐가 출력되는지 잘 안 보이는 건 단점이에요. 프린터마다 필라멘트 롤러의 모양이나 방식이 조금씩 다른 것 같아요.

<아몬드의 노즐과 필라멘트 롤러. 롤러가 노즐과 붙어있어 필라멘트의 양을 정교하게 조절할 수 있다>

다. 출력 기능 조작하기
이제 모든 준비가 끝났습니다. 프린터의 앞쪽에 있는 동그란 레버를 돌리면 프린터의 필요한 기능을 실행할 수 있는 데요. [출력]과 [설정] 기능 중 [출력]이 노락색으로 칠해지게 한 후에 레버를 꾹 눌러서 동작시킵니다.

<출력 기능 실행하기>

SD카드에 들어있는 GCode 파일 목록이 표시되는 데요. 여기에서 출력할 파일을 선택하고 또 레버를 꾸욱 누릅니다.

<출력할 파일 선택>

이제 조금 기다리면 프린터가 동작하기 시작합니다.

[아빠의 팁] 종이 테이프는 뭐죠?
사진을 보면 프린터의 배드에 흰색 종이테이프가 붙어있는 걸 알 수 있다. 이 테이프는 '마스킹 테이프'라고 하는데, 출력물이 수축하면서 바닥에서 들뜨지 않도록 하고, 또 출력물을 배드에서 쉽게 떼기 위해 사용한다. 고급 3D프린터는 출력물이 빨리 수축되지 않도록 배드에 히터가 달려있지만, 사실 히터를 써야 할 일은 그다지 많지 않으니 너무 낙심 마시길...

출력중일 때 프린터 화면을 보면 숫자가 여러 개 써있는 데요. 이 중에 가장 크게 써있는 숫자가 바로 현재 출력물의 출력률입니다. 100%가 되면 출력 끝! 그리고, 출력 중에 레버를 돌리면 출력 속도를 조절할 수 있으니 한번 해보세요.

<출력 중 화면 표시 내용>

드디어~ 나온다 나온다...!!

<출력되고 있는 강아지>

어? 근데 이게 뭐죠? 출력이 다 끝나고 보니 강아지 턱에 이상한 게 출력됐어요.

<강아지 인형의 서포트>

다른 필라멘트로 다른 모양을 뽑아 봐도, 화면에선 보이지 않던 이상한 게 같이 출력되는 데요.

<아이언맨 마스크의 서포트>

이런 이상한 보조 출력물을 '서포트'라고 합니다. 녹인 PLA를 쌓아서 만들어야 하는데, 공중에서 시작하는 부분이나 구멍이 뚫린 부분을 이 서포트라는 걸 이용해서 채우고 그 위에 출력하는 거죠. 이 서포트는 손톱이나 집게로 떼먼 쉽게 잘 떨어집니다.

<서포트를 제거한 출력물>

[민준이의 소감 및 다음 편 예고]
지난 주에는 아빠를 따라서 강릉과 광주에 교육을 하러 다녀 왔어요. 그런데, 3D프린터로 출력할 때 잘 보이게 하려고 케이스 없이 조립한 본체만 들고 다녔는데, 스위치에 연결된 선이 끊어진 거예요. 급하게 납땜으로 고쳐 보려고 노력했지만, 이미 끊어지기 전에 전선의 반대쪽 부분도 망가져서 수리를 받아왔습니다. 그래서 이제는 꼭 케이스를 씌워서 다니려고요. 종이 케이스라서 별 차이 없을 거라고 생각했지만, 막상 케이스를 씌워두니까 보기도 좋고, 안에 먼지도 많이 안 들어가요. 그리고 기분 탓인지는 모르지만, 밤에 켜두고 잘 때 좀 더 조용하게 느껴지는 것 같아요.

다음 연재에는 이번에 자세히 설명하지 못한 CURA의 사용법과 서포트 줄이며 출력하는 방법에 대해서 알아볼 거예요.

[질문은 여기로] 3D프린터와 관련해서 궁금한 게 있다면, 이메일(flytgr@naver.com)이나 페이스북(flytgr)으로 보내 달라. 필자가 아는 선에서 또는 확인할 수 있는 방법이 있다면 모르는 거라도 확인해서 안내하겠다.

글 / 아빠: 정희용 (flytgr@naver.com)

현 재 메이크스퀘어(makesquare.net) 편집장이며, IT 콘텐츠 및 교육 전문기업 블루커뮤니케이션의 대표이사다. 소프트웨어 개발 월간지인 '마이크로소프트웨어'의 기자 및 편집장, 발행인으로 재직 당시, IT와 관련된 다양한 경험을 했고, 자신의 꿈인 '좋은 아빠'가 되기 위해 아이들과 많은 경험을 공유하고 있다. 3D프린터 관련 질문은 flytgr@naver.com로 받고 있다.

아들: 정민준
과학과 IT를 좋아하는 성남 중앙초등학교 6학년 학생. 데니스 홍 박사처럼 많은 사람들에게 도움이 되는 과학자가 되는 것이 꿈.

정리 / IT동아 이문규 (munch@itdonga.com)