1. 개요
3D프린터에 만들 물체를 올리는 베드의 기울기와 굴곡을 측정해주어서 베드 레벨링을 자동화하는 센서 장치.2. 필요성
프린트가 정상적으로 이루어지려면 보통 물체가 프린트되는 베드를 수평하게 조정하는 레벨링 작업이 필요한데, 베드를 올리고 내리는 나사를 조이고 풀면서 유격을 조정하고, 테스트 프린팅을 진행해 제대로 맞춰졌는지 보는데, 이게 굉장히 귀찮고 정밀도를 요구하는 작업이다. 또한 모종의 이유로 베드에 굴곡이 생긴다면[1] 통상적인 베드 레벨링으로는 해결이 안된다.때문에 베드 표면의 높이를 직접 측정해서, 프린트할때 노즐을 어디까지 내려야 베드로부터 일정한 간격이 유지되는지 측정해서 메쉬 값을 저장해야하는데, 오토 베드 레벨링 센서는 이 과정을 자동으로 진행하도록 보조해준다. 결과 사용자는 번거로운 과정을 진행할 필요없이, 프린터가 자체적으로 베드의 굴곡도를 계산해 그 값에 맞춰 프린트를 진행할 수 있게 된다.
3. 종류
레벨링을 할 때에만 노즐이나 미리 장착한 자석 부분에 붙이는 방식과, 핫 엔드 옆에 상시 부착하는 두 종류의 타입이 있다. 일반적으로 베드가 바닥면에 완전히 고정된 경우(델타, 보론 등)에서는 전자를 써서 정기적으로 측정하는 방식을 사용하고, 베드가 Y축이던 Z축이던 움직이는 방식(멘델, XY-Z 등)에서는 베드 이동 충격에 의해 뒤틀릴 수 있기 때문에 출력 시작시마다 측정해주는 후자가 더 자주 쓰이는 편이다.3.1. 엔드 스탑
3.1.1. 서보 모터
프린터의 보급이 활발해지기 시작한 초기에 주로 쓰였던 방식. 서보 모터에 물리 접촉식 엔드 스탑을 적용해 제작했다. 사용시마다 서보모터에 연결해둔 엔드 스탑을 바닥에 내리는 방식으로 제작되었다. 제작하기 따라선 나름 나쁘지 않지만, 전류 역류에 의해 엔드스탑 위치가 틀어지거나, 쓸때 없이 차지하는 부피, 배드 온도에 의한 지속적인 뒤틀림 같인 이유로 지금은 거의 쓰이지 않게 되었고, 내구도가 강한 근접 센서나 이 방식을 경량 개량한 BLTouch가 자주 쓰이게 되었다.그러나 소위 BFPTouch(Poor's man BLtouch)로 대표되는 광학센서 스위치와 나사를 조합한 BLTouch형태로 모방 형태를 통해 어느 정도 문제점을 해결했다. 물리 접촉형에 비해 광학 센서이 오차가 적기도 하고, 3달러 정도로 BLTouch 방식을 이용해 보고 싶은 유저들에게 드물게 사용되고 있다. 오차의 경우 아무래도 수제품이다 보니 제작 정밀도에 따라 영향을 주긴하지만, 유격이 덜컹거리는 수준으로 심한게 아닌 이상 써볼만한 수준은 된다. 광학식 스위치를 활용할 경우 의외로 오차가 0.005안쪽으로 유지되는 것도 드물지 않다.
그러나 그놈의 서보모터 무게 자체가 디메리트다 보니 점점 고속화 되가는 추세에 맞지 않는다는 단점이 있다.
3.1.2. 자석
볼 자석을 활용한 방법. 팁을 고정하는 서보모터를 배제하기 위해 나온 방법으로, 레벨링 후 높이를 더 내려서 팁이 볼 자석의 자성의 범위에 닿게 하는 방법. 서보모터의 무게가 사라졌기 때문에 상당히 경량화된다는 장점이 있다.다만 자성 때문에 진동과 같은 이유로 간혹 팁이 들어가버리는 상황이 발생하기도 하고 거꾸로 출력물과 헤드가 부딪힌 충격에 튀어나오는 경우도 있다는 문제가 있다.
3.2. BLTouch
기존 서보 모터 방식의 문제점을 해결하고 하나의 부품으로 정밀도를 높인 물리 접촉식 측정 장치. 상당히 비싸지만 기존 센서에 비해 고작 10g정도로 가볍고 오차율이 0.005mm 내외로 매우 정밀하다. 이점이 상당히 많다보니 베드 레벨링 센서를 고려할때 제일 먼저 추천되는 장치기도 하고 그만큼 장착에 필요한 관련 자료도 많다. 한국의 앤트클랩스( ANTCLABS)에서 국제 특허를 보유하고 있고 생산하고 있기 때문에 국내에서 수리하기도 쉽고, 수리비 부담도 적다. 다만 드물게 팁이 수축된 출력물에 걸려 변형되거나 완전히 망가지는 문제가 생기기도 한다. 물론 핀을 6~7천원 정도로 쉽게 구할 수 있으니 크게 심각한 문제는 아니다. 중국산 모조품이 많은데, 한국의 경우 본사의 사후 서비스가 괜찮은 편이므로 공식판매처에서 정품을 구입해 사용하는 것이 좋다. 팁 파손이 문제가 거슬리는 사용자들이 금속 팁으로 된 중국 CREALITY 사의 CR touch나 Touch mi를 고려하곤 하는데, 운용 미숙으로 사고가 날 때 BLTouch의 경우에는 교체 가능한 엔지니어링 플라스틱 팁이 대신 파손되는 반면 중국제의 CRtouch의 경우에는 팁에서 부러지지 않아서 본체까지 파손되어 버리는 것을 유의하여야 한다.3.3. 프로브 방식
자석을 통해 부착하거나, 노즐에 직접 끼우는 방식. anycubic사의 레벨링 센서가 대표적으로, 프린트 직전이 아니라 정기적으로 측정 후 값을 저장해 두는 방식으로 쓰이는 물건이다. 주로 델타 프린터처럼 베드가 거의 틀어질 없는 경우나, 핫 엔드를 가볍게 하고 싶은 경우 쓰인다. 큰 개조가 필요 없다보니 선호하는 경우도 있다. 좀 특이하고 예외적인 경우로, Piezo20같은 핫엔드가 바닥에 접촉했을 때 진동을 감지하는 타입도 있는데, 이 경우 다른 방식처럼 출력 직전 레벨링에 사용해도 큰 문제 없다. 진동을 감지하는게 아니라도 핫엔드에 스프링과 택트 스위치를 이용해서 바닥에 닿았을때 압력을 이용하는 방법도 있다. 다만 이 경우 모터의 전압이 낮으면 모터 탈조로 인해 측정값이 뒤틀리기도 하고, 아무래도 바닥을 찍다보니 유리베드로 강제된다.3.4. 근접 센서
근접 센서는 유도성 근접센서와 용량성 근접 센서로 나뉘는데, 후자쪽이 조금 더 비싸지만 유리를 제외한 비금속 물질도 측정 가능하다. 싸구려 근접 센서들은 온도나 베드의 두께에 따라 정확도가 떨어지는 문제가 발생하니 웬만하면 알아보고 고르자. 전압 문제로 다이오드나 레귤레이터에 별도로 납땜이 필요한 경우도 있다. 물론 Prusa의 PINDA마냥 전용으로 나와있는 경우도 있다. 나름 무게가 있는 물건이지만, 접촉식에 비해 물리적인 충격에 의한 고장이나 팁 마모 걱정에서 비교적 자유롭다는 장점도 있다.4. 주의점
보통 프린트 베드라면 당연히 위아래로 미세 조정을 할 수 있도록 스프링과 나사가 달려 있는데, 오토 베드 레벨링 센서가 있다면 미세 조정을 할 필요가 사실상 없어지므로 일부 사용자들은 프린트 베드를 단단하게 스프링 없이 고정시키기도 한다.그리고 장착했다고 냅다 지르지 말자. 제대로 접촉시 인식이 되는지 확인 안하고 돌렸다간 작살나는 수가있다. 특히 BLTouch는 진짜 재수 없으면 팁 작살 + 배드 파손 + 노즐데미지까지 3개가 세트로 오는 경우도 있다.[2]
그리고 오토 레벨링 센서가 만능이 아니라는 점에 주의할 것. 어디까지나 오차를 줄여주는 역할이다. 조립 자체가 잘못되어 하드웨어 자체의 뒤틀림이 심하면 오토 레벨링 센서로도 뒤틀림을 완전히 해결하기 어렵거나 출력물이 뒤틀려나오기 때문에, 센서 장착 직후와 몇 달에 한번씩이라도 수동 레벨링을 하는 것이 좋다.
또한 싸게 구입한다고 알리에서 구입하더라도, 가격만 보지말고 제품 후기를 보고사자. 조악품은 본전도 못 찾고 시간만 날린다.
5. 사용법
통상 어느 센서를 사용하는지마다 다르지만, 통상적으로 베드 정중앙에서 센서가 접근할 수 있도록 노즐간 규격값과 높이 차이를 펌웨어에 입력해두고, 프린터에 입력하면 땡이다. 오차값 설정이 귀찮긴 하지만 한번 해두면 기존 베드 레벨링에 필요한 노력에 비하면 훨씬 쉽다. 그러면 프린터가 센서가 발동된 높이와 적절한 노즐 높이의 차이를 계산해서 그 부분을 펌웨어에 저장한다.다음 단계로, 프린터가 베드의 굴곡을 재기 위해 격자 무늬의 부분에서 높이를 찍어보며 굴곡을 계산하고, 그 굴곡을 토대로 각 위치에서 적정 노즐 높이를 계산한다.
마지막으로 프린트 단계에서는 굴곡의 높이에 따라 프린터가 적절하게 상하로 미세하게 움직인다.
미리 메모리에 저장해서 셋팅하는 방식의 경우, pronterface등의 프로그램에서 M502으로 메모리 리셋, M500으로 값을 저장후, G33 , G33 P1코드로 오토 레벨링을 진행한다. 그 후엔 Z-offset을 설정해서 프린터 높이를 수정하고, M500으로 저장한다.
6. 기타
- 일부 TMC드라이버의 경우 모터 전류 역류 감지를 이용한 sensorless probing을 지원하는데 일단 공식적으로 일부 펌웨어는 이 기능을 이용해 오토 레벨링이 가능은 하다. 다만 정밀도가 좋지도 않고, 노즐을 바닥에 찍는 행위다보니 자제하자.
- 8비트 보드의 경우 측정 지점이 많을 경우 데이터 처리 공간 부족으로 멈추는 경우가 있다. 이 경우 측정 지점을 줄이거나, 다른 기능을 펌웨어에서 지우도록 하자.