1. 수행배경

■ 3D 프린터의 보급

 최근 3D 프린터는 관련 특허가 개방되고 오픈 소스화 되면서 전 세계적으로 널리 퍼지게 되었다. 3D 프린터를 통해 생산의 민주화가 가능해졌으며 이제는 만들고 싶은 것이 있으면 손쉽게 만들 수 있는 메이커의 시대가 되었다. 메이커는 제 4차 산업 혁명의 주역으로 떠오르고 있으며 이러한 메이커들을 육성하고 지원하기 위해 전 세계적으로 '메이커스페이스'가 생기고 '메이커 붐'이 일고 있다.

■ 3D프린터를 뽑고 남은 잔여물들과 실패 품들에 대한 문제

 FDM방식의 3D 프린터를 이용해서 프린팅을 하고 난 후의 문제는 바로 서포트나 프린팅 실패로 나오는 잔여 쓰레기에 대한 문제이다. 복잡한 형상의 프린팅을 하거나 큰 사이즈의 프린팅을 하다보면 필연적으로 잔여 쓰레기가 많아질 수밖에 없다. 또한 3D 프린터가 프로토타이핑 용 공작기계로서, 한번 프린트 해보고 실험 해 본 후의 출력물은 프로토타이핑 하고 있는 제품의 버전이 올라가면 더 이상 호환이 되지 않아 쓸모가 없어 버려지게 되는 경우가 많다.

■ 다양한 필라멘트 사용의 니즈

 3D 프린터가 발전하면서 재료로 사용할 수 있는 다양한 필라멘트들이 출시되었으며 메이커들은 더 다양한 재료들을 이용하여 작품을 만들 수 있게 되었다. 하지만 PLA나 ABS와 같이 대중적인 필라멘트들을 가격이 많이 낮아졌으나 특수한 재료들인 카본, 나무 등의 필라멘트들은 아직 대중적이지 않아 PLA나 ABS에 비해 가격이 많이 비싸다. 몇몇 사람들은 싼 값에 다양한 재료들을 사용하기 원하여 직접 재료들을 섞어 특수 필라멘트들을 만드는 경우도 있지만 정형화 된 기기가 없어 사람들 마다 제작 방법이 제각각이라 제대로 된 특수 필라멘트를 만들기 어려워 그냥 한번 해본 정도의 선에서 끝나는 것이 대부분이다.

 따라서 우리는 3D 프린터를 사용하는 사람들에게 ‘필라멘트 재활용’과 ‘특수 필라멘트 제작’을 동시에 만족시키는 기기를 제공해 보자는 목표로 다음과 같은 Uni를 개발하게 되었다. 

기간

• 6.27~개발중

3. 개발작품 설명

 하드웨어인 Uni는 기존의 ‘파쇄기’와 ‘필라멘트 제조기’, ‘필라멘트 합성기’를 하나의 기기로 만든 것으로서 사용자는 필라멘트를 재활용 하거나 새로운 필라멘트를 합성하기 위해서 다음과 같은 4가지 단계만 거치면 된다.

작동 원리는 다음과 같다.

깔때기에 재활용할 재료를 넣는다. 그러면 파쇄기가 돌면서 재료를 작은 입자로 파쇄 시킨다. 잘게 잘린 입자들은 돌아가는 나사 축에 의해 융해로로 들어가 녹게 되고, 녹은 액체는 노즐을 통해 필라멘트가 되어 나오게 된다. 노즐에서 나온 필라멘트는 공기에 의해 냉각이 되고 사용자가 처음에 노즐에서 나온 필라멘트를 롤에 걸어주면 그 이후에는 기기가 알아서 롤을 좌우로 움직이고 돌리면서 필라멘트를 감아주게 된다.

Uni는 사용자의 편의를 위하여 다음과 같은 기능을 제공한다.

■ ​모든 프로세스 자동화

Uni 기기는 사용자가 기기를 설정하고 시작 버튼만 누르면 나머지는 기기가 알아서 해준다. 즉 처음에 깔대기에 재활용 할 재료를 넣고, 어떤 종류의 재료인지 설정하고 처음에 뽑혀 나온 필라멘트를 롤에 감아주기만 하면 ‘재료 파쇄’, ‘재료 융용’, ‘필라멘트 압출’ 등의 과정을 모두 자동으로 해준다. 이는 모든 프로세스를 수동으로 해줘야 하는 타 업체의 기기인 protocycler 등에 비해 편의성에서 우위를 가지게 된다.

■ ​파쇄기 필터

파쇄기로 재활용 할 재료를 파쇄 시키면 매우 작은 입자로 갈아버릴 수 있으나 어떤 상황에 의하여 파쇄가 제대로 안될 경우 입자가 융해로(furnace)에 들어가지 못해 재료를 녹이지 못하거나 막혀버리는 경우가 있을 수 있다. 그래서 본 기기는 파쇄기와 노 입구 사이에 필터를 두어 다음과 같은 상황을 막도록 하였다.

■ ​자동 롤 감기

기존의 필라멘트 제조기는 단순히 플라스틱을 녹여서 얇게 뽑아주는 기기여서 필라멘트가 뽑혀 나오면 사용자가 일일이 감아줘야 하는 단점을 가지고 있었다. 그래서 몇몇 사용자는 모터를 이용해서 자동으로 감아주는 기기를 DIY 하기도 하였으나 일정하게 필라멘트를 일정하게 감아주지는 못하였다. 본 기기는 이러한 불편함을 해소하고자 ‘자동 롤 감기’기능이 탑재되어 있으며 모터로 롤을 감음과 동시에 롤이 좌우로 움직이면서 필라멘트가 롤에 일정하게 감기도록 하였다.

■ 특수 필라멘트 제작 모듈 (이상적인 최종 목표)

4. 활용방안

• 버려지는 3D 프린팅 잔여물들을 처리할 수 있다.
• 다양한 종류의 필라멘트를 직접 생산할 수 있다.
• 3D 프린터 보급에 의해 증가한 필라멘트 수요를 충당할 수 있다.