CoreXY 3D 프린터: 작동 방식 및 인기 있는 이유

CoreXY는 두 개의 고정 모터가 교차된 타이밍 벨트를 통해 X축과 Y축을 동시에 구동하는 모션 시스템입니다. 두 모터 모두 축을 가지고 있지 않습니다. 툴헤드를 직선으로 이동시키려면 두 모터가 서로 조화로운 비율로 회전해야 하는데, 이것이 프린터가 움직이는 캐리지에 거의 무게를 싣지 않고도 작동할 수 있게 해주는 원리입니다.

바로 그 설계 결정 하나가 코어XY 방식의 3D 프린터가 베드 슬링어 방식보다 가속력이 더 강하고, 완전 밀폐형 구조에도 견딜 수 있으며, 장력 및 직각 조정이 더 까다로운 이유입니다. 이 가이드에서는 벨트 경로, 동작 방정식, 실제 장점, 그리고 마케팅 자료에서는 언급되지 않는 비용에 대해 다룹니다.

코어XY 3D 프린터란 무엇인가요?

코어XY 3D 프린터는 프레임에 장착된 두 개의 스테퍼 모터가 H자형 경로를 따라 교차하는 두 개의 벨트를 통해 툴헤드에 연결되어 수평 운동을 생성하고, 베드는 수직으로만 움직이는 프린터입니다. 이 이름은 2013년에 공개된 오픈 소스 CoreXY 메커니즘에서 유래했으며, 현재 Marlin 및 Klipper를 포함한 주요 펌웨어에 구현되어 있습니다.

다른 두 가지 일반적인 구성과 비교해 보세요. 카르테시안 방식의 베드 슬링거에서는 하나의 모터가 툴헤드를 X축을 따라 좌우로 움직이고, 다른 모터는 히팅 베드 전체를 Y축을 따라 앞뒤로 움직입니다. 델타 방식에서는 세 개의 수직 캐리지가 연결된 암을 움직여 하나의 툴헤드 위치를 조정합니다. CoreXY 방식은 이 두 방식의 중간에 해당합니다. 델타 방식처럼 모터가 병렬로 연결되어 있고, 카르테시안 방식처럼 직사각형 형태의 출력 영역을 가지고 있습니다.

이 모든 요소들이 동일한 압출 공정 내에서 어떻게 작용하는지에 대한 더 넓은 맥락을 알고 싶다면, 다음부터 시작하세요. FDM 3D 프린팅이란 무엇인가 그리고 개요 FDM 프린터 종류.

CoreXY 벨트 경로 작동 방식

코어XY 프린터는 두 개의 연속 타이밍 벨트를 사용하는데, 각 벨트는 자체 모터 풀리에서 시작하여 프레임 모서리의 아이들러 풀리를 지나 툴헤드 캐리지를 통과한 후 다시 돌아오며, 두 벨트 경로는 서로 닿지 않고 교차합니다. 위에서 보면 경로가 H자 모양 또는 사각형의 숫자 ​​8 모양을 그리는데, 여기서 비공식적으로 "H-봇"이라는 별칭이 유래되었습니다.

각 벨트는 대체로 동일한 경로를 따릅니다.

• 프레임 뒤쪽 모서리에 있는 모터 풀리에서 나옵니다.
• 프레임을 따라 반대쪽 모서리에 있는 아이들러 풀리까지 연결되어 있습니다.
• 갠트리를 가로질러, 툴헤드 캐리지를 통과하거나 툴헤드 캐리지에 부착된
• 두 번째 아이들 풀리 세트 주변
• 같은 모터 풀리로 돌아가서 루프를 닫습니다.

두 개의 루프는 서로 대칭을 이루는데, 이것이 커플링이 작동하는 원리입니다. 아이들러 풀리는 구동되지 않는 바퀴로, 벨트의 이동 방향을 바꾸고 장력을 유지하는 역할만 합니다. 일반적인 CoreXY 커플링에는 8개에서 12개의 아이들러 풀리가 있습니다. 벨트가 약간 다른 높이에서 작동하거나 서로 닿지 않도록 경로가 설정되어 있기 때문에 벨트 경로가 교차할 때 마찰이 발생하지 않습니다. CoreXY의 RepRap 위키 항목 이 문서에서는 동일 평면 라우팅과 스택형 라우팅 방식 및 각각의 장단점을 모두 설명합니다.

핵심적인 구조적 특징은 CoreXY가 캐리지에 가해지는 하중의 균형을 맞추기 위해 특별히 풀리를 추가했다는 점입니다. 단순한 H-봇 구조에서는 단일 벨트가 움직이는 동안 갠트리에 비틀림 모멘트를 발생시키고, 이 비틀림에 저항하기 위해 선형 레일의 강성에 의존합니다. CoreXY의 벨트 배열은 이러한 모멘트를 상쇄하여 캐리지가 레일에 의존하지 않고도 직각을 유지할 수 있도록 합니다.

두 개의 모터가 어떻게 X축과 Y축 운동을 만들어내는가

CoreXY에서 각 모터 위치는 직교 좌표계의 복사본이 아니라 직교 좌표계의 선형 조합입니다. Klipper 펌웨어 설명서에는 두 관계식이 직접적으로 명시되어 있습니다.

• 스텝퍼 a 위치 = 직교 좌표계 x 위치 + 직교 좌표계 y 위치
• 스텝퍼의 b_위치 = 직교좌표계 x_위치 − 직교좌표계 y_위치
• 스텝퍼의 z축 위치 = 직교 좌표계의 z축 위치

거꾸로 읽으면, 모터에 전원이 공급되지 않은 모든 CoreXY 프린터에서 수동으로 확인할 수 있는 세 가지 동작이 나타납니다.

퓨어 X 운동: 두 모터는 같은 방향으로 같은 속도로 회전합니다. 두 벨트 장력의 Y 성분은 서로 반대 방향으로 작용하여 상쇄되고, X 성분은 더해져 공구 헤드가 좌우로 이동합니다.

순수 Y 운동: 모터는 같은 속도로 서로 반대 방향으로 회전합니다. 따라서 X축 성분은 상쇄되고 Y축 성분은 더해지므로 공구 헤드는 앞뒤로 이동합니다.

대각선 이동: 두 모터 속도의 다른 비율은 대각선을 생성합니다. 인쇄물의 모든 곡선, 호, 유기적인 윤곽은 해당 비율을 지속적으로 변화시켜 생성됩니다.

한 가지 유용한 결과는 두 모터가 모든 움직임에 기여하기 때문에 순수한 X 또는 Y 이동에는 두 모터의 토크가 합쳐지고, 45° 대각선 이동에는 하나의 모터만 사용된다는 점입니다. 이는 직교 좌표계 방식과는 정반대이며, CoreXY 프린터가 대각선 방향으로 서로 다른 가속도 제한을 설정하여 튜닝되는 이유이기도 합니다. Marlin 펌웨어는 이러한 결합 방식을 자체적으로 활용합니다. CoreXY 구성 옵션, 그리고 Klipper의 운동학 참조 변환이 단계 생성 수준에서 어떻게 적용되는지 설명합니다.

CoreXY 프린터가 왜 그렇게 빠른 속도로 작동할 수 있을까요?

CoreXY 프린터는 XY 평면에서 움직이는 질량이 툴헤드와 갠트리뿐이기 때문에 높은 가속도를 얻을 수 있습니다. 가장 무거운 단일 부품인 모터는 절대 움직이지 않습니다. 가속도는 힘을 질량으로 나눈 값이므로, 움직이는 물체에서 질량을 제거하면 천장이 직접적으로 올라갑니다.

베드 슬링거 방식의 프린터는 처음 보이는 것보다 상황이 훨씬 더 심각합니다. Y축은 베드, 빌드 플레이트, 그리고 출력물 자체를 가속시켜야 합니다. 400g짜리 출력물을 인쇄할 경우, 6시간째에는 Y축이 1시간째보다 400g 더 많이 이동하게 됩니다. 따라서 처음에는 문제가 없어 보이는 프린터라도 작업이 진행됨에 따라 성능이 저하될 수 있습니다. 하지만 CoreXY 방식은 이러한 문제를 완전히 해결합니다. 베드는 Z축으로만 한 층씩 이동하며, 베드의 질량이 중요하지 않은 속도로 출력되기 때문입니다.

낮은 이동 질량은 필수적이지만 충분조건은 아닙니다. 높은 가속도는 프레임의 공진 주파수를 발생시켜 출력물에 잔상이나 링잉 현상(날카로운 모서리마다 반복되는 에코 파동)을 나타냅니다. 최신 CoreXY 방식의 프린터는 펌웨어에서 입력 셰이핑 기능을 통해 모션 명령을 사전 필터링하여 이러한 주파수 발생을 방지함으로써 이 문제를 해결합니다. 클리퍼 공진 보정 문서 주파수를 측정하고 적용하는 방법을 다룹니다.

실제 하드웨어의 참조 지점은 다음과 같습니다. QIDI현재 CoreXY 라인업 20,000 mm/s²의 속도로 작동합니다. 2분기 그리고 Q2C 툴헤드 최대 속도는 600mm/s이며, 최대 30,000mm/s² 및 800mm/s까지 상승합니다. 맥스4, 이 시스템은 폐쇄 루프 스테퍼 모터와 10mm 폭의 벨트를 사용하여 추가 부하를 전달합니다. 이러한 수치가 실제 인쇄 속도로 이어지는지는 모션 시스템이 아니라 핫엔드 유량에 따라 달라지는데, 이 부분은 다음에서 자세히 다룹니다. 3D 프린팅이 실제로 얼마나 빨라지는지.

CoreXY가 밀폐된 고온 인쇄에 적합한 이유는 무엇일까요?

CoreXY 지오메트리는 빌드 볼륨이 고정된 상자 형태이므로 밀폐형 인클로저와 자연스럽게 호환됩니다. 즉, 출력 중에 어떤 부분도 상자 밖으로 튀어나오지 않습니다. 베드 슬링거 프린터의 베드는 프레임을 지나 앞뒤로 움직이기 때문에, 프린터를 보호하는 공간은 프린터보다 훨씬 깊어야 합니다. 그렇지 않으면 베드가 벽에 부딪힙니다.

이는 공학 재료에 안정적이고 따뜻한 환경이 필요하기 때문에 중요합니다. ABS, ASA, 폴리카보네이트, 나일론은 모두 냉각되면서 상당히 수축하는데, 불균일한 냉각은 이러한 수축을 변형 및 층 분리로 이어지게 합니다. 밀폐된 상자는 열을 유지하고, 능동적으로 가열되는 챔버는 특정 온도를 유지합니다. 이러한 차이점은 매우 중요하므로 별도의 항목에서 다룹니다. 온도 조절실의 역할 그리고 그 안에서 울타리 설치 혜택 안내.

모터를 가열 영역 외부에 두는 것은 모터를 프레임에 고정하는 것의 두 번째이자 덜 명확한 이점입니다. 스테퍼 모터는 열이 발생함에 따라 토크가 감소하고, 자석은 지속적인 고온에서 성능이 저하됩니다. CoreXY 레이아웃은 두 개의 XY 모터를 프레임의 후면 모서리에 배치하여 통풍이 용이하도록 설계되어 있으며, 이것이 바로 이 아키텍처에서 60°C 이상의 고온 챔버가 실용적인 이유 중 하나입니다. PET-CF 그리고 기타 강화 엔지니어링 필라멘트 QIDI 필라멘트 범위 박리 없이 인쇄하려면 해당 열 안정성에 의존해야 합니다.

CoreXY의 비용 중 아무도 언급하지 않는 것들

CoreXY 방식의 커플링은 모든 기계적 오류가 두 축에 동시에 영향을 미친다는 것을 의미하므로, 직교 좌표계 방식의 프린터보다 제작, 장력 조절 및 오류 진단이 더 어렵습니다. 이것들은 마케팅 전략상의 주의사항이 아니라, 실제로 감수해야 할 부분들입니다.

벨트 장력은 적절한 정도가 아니라 정확히 일치해야 합니다. 직교 좌표계 프린터에서 X축 벨트가 약간 느슨하면 X축 움직임이 약간 불안정해집니다. 코어XY 방식에서는 두 벨트의 장력이 같지 않으면 좌표계가 왜곡되어 원이 타원으로, 사각형이 평행사변형으로 출력됩니다. 따라서 두 벨트의 장력을 동일하게 유지해야 하며, 벨트 길이는 보통 한 루프당 2~3미터에 달하기 때문에 늘어나는 벨트의 양도 많습니다.

진단은 간접적입니다. CoreXY 프린터로 출력한 부품이 비뚤어지는 경우, 원인은 벨트, 아이들러 풀리, 모터 풀리 고정 나사의 풀림 또는 프레임의 직각 불량일 수 있습니다. 이러한 증상은 특정 축의 문제만을 나타내는 것이 아니라, 실제로는 하나의 축이 존재하지 않기 때문에 문제가 특정 축에만 국한되지 않습니다. 레이어 시프트 현상도 마찬가지로, 벨트가 모터에서 미끄러지는 경우 발생할 수 있습니다. 자세한 내용은 저희 가이드를 참조하십시오. 층 이동 중지 진단 순서를 다룹니다.

부품 수가 많을수록 마모되는 부분도 많아집니다. 10개 이상의 아이들 풀리는 10개 이상의 베어링이 있다는 것을 의미하며, 이 베어링에서 유격이나 소음이 발생할 수 있습니다. 벨트 경로가 매우 좁은 간격에서 교차하기 때문에 벨트 경로가 잘못되면 마찰이 발생할 수 있습니다.이 모든 것을 유지하는 것은 어렵지 않지만, 침대 운반원이 가진 것보다는 훨씬 더 많은 것을 요구합니다.

Z는 별개의 문제입니다. CoreXY는 XY축만 구현합니다. Z축은 일반적으로 베드 또는 갠트리를 들어 올리는 하나에서 네 개의 리드 스크류를 통해 독립적으로 제어됩니다. 다중 스크류 Z 시스템은 동기화 상태를 유지해야 하므로 최신 장비는 자동 갠트리 레벨링 기능을 갖춘 독립형 Z 모터를 사용합니다.

비용. 두 개의 벨트, 12개의 풀리, 선형 레일, 그리고 견고한 프레임은 벨트 하나와 이동식 베드 하나보다 비쌉니다. 그 격차는 크게 줄어들어 이제 CoreXY 제품이 보급형 가격대에도 등장했지만, 시장의 최상단에서는 여전히 베드 슬링어가 지배적인 위치를 차지하는 데에는 이유가 있습니다.

CoreXY가 실제로 효과를 발휘하는 곳

CoreXY 방식은 출력 시간, 높은 부품의 품질 또는 엔지니어링 재료가 중요한 경우 추가적인 복잡성을 감수할 만한 가치가 있으며, 작은 PLA 모델을 밤새 출력하는 경우에는 그 중요성이 덜합니다. 그 점에 대해 솔직하게 이야기하는 것이 건축이 모든 곳에서 최고라고 주장하는 것보다 훨씬 더 유용합니다.

출력 볼륨 효율성은 주목할 만한 관련 장점입니다. CoreXY 툴헤드는 프레임 안쪽만 스캔하기 때문에 장비의 외부 크기는 출력 볼륨에 프레임을 더한 크기와 거의 같습니다. 이것이 바로 Max4가 390 × 390 × 340 mm의 출력 볼륨을 책상 위에 설치할 수 있는 이유입니다. X-Max 3 이는 동일한 기하학적 구조가 대형 CoreXY 머신에 어떻게 적용되었는지에 대한 유용한 기술적 참고 자료입니다.

자주 묻는 질문

CoreXY는 무슨 뜻인가요?

CoreXY는 두 개의 고정 모터가 수평축을 동시에 구동하는 오픈 소스 벨트-풀리 구동 메커니즘의 이름입니다. 이 용어는 특정 브랜드나 펌웨어가 아닌 메커니즘 자체를 가리키며, Marlin과 Klipper 모두에서 구현되어 있습니다.

CoreXY 방식이 Cartesian 방식보다 더 나은가요?

코어XY 방식은 속도, 높은 부품 출력, 고온 밀폐형 출력에 더 적합합니다. 반면 카르테시안 방식의 베드 슬링어는 제작이 간단하고 가격이 저렴하며 문제 진단이 용이합니다. 어느 방식이 항상 더 좋다고 할 수는 없습니다. 만약 출력물이 작은 PLA 모델이고 예산이 중요한 요소라면 베드 슬링어가 합리적인 선택입니다.

CoreXY 메커니즘은 어떻게 작동하나요?

두 개의 벨트가 프레임에 장착된 두 개의 모터에서 시작하여 툴헤드 캐리지를 통과하며, 서로 대칭되는 교차 루프를 이룹니다. 두 모터를 같은 방향으로 회전시키면 헤드가 X축을 따라 이동하고, 반대 방향으로 회전시키면 Y축을 따라 이동합니다. 그 외의 속도 비율은 대각선 방향으로의 이동을 생성합니다. 펌웨어는 X축과 Y축의 합과 차를 이용하여 직교 좌표계를 모터 위치로 변환합니다.

CoreXY 프린터가 더 빠른 이유는 무엇일까요?

모터가 전혀 움직이지 않기 때문입니다.툴헤드와 갠트리만 XY 평면에서 가속되므로, 동일한 모터 토크로 가열된 베드와 부분적으로 완성된 출력물을 앞뒤로 움직여야 하는 기계보다 훨씬 더 높은 가속도를 생성할 수 있습니다.

CoreXY 프린터는 유지보수가 더 많이 필요한가요?

베드 슬링거보다 벨트 장력에 더 신경 써야 하고, 점검해야 할 아이들 풀리도 더 많습니다. 하지만 그 대신 움직이는 베드 캐리지가 없어 마모될 염려가 없습니다. 몇백 시간마다 두 벨트의 장력이 동일한지 확인하는 것만으로도 대부분의 차이를 해결할 수 있습니다.

CoreXY와 H-bot의 차이점은 무엇인가요?

두 방식 모두 두 개의 고정 모터와 교차 벨트 경로를 사용하지만, CoreXY 방식은 캐리지에 작용하는 벨트 힘의 균형을 맞춰주는 풀리를 추가합니다. H-봇에서는 벨트가 갠트리에 비틀림 모멘트를 발생시키고, 선형 레일이 이를 저항해야 합니다. CoreXY 방식은 이러한 모멘트를 기계적으로 상쇄하기 때문에 고속 가속 시에도 직각도를 더 잘 유지합니다.

CoreXY 프린터는 밀폐된 공간에 설치할 수 있나요?

네, 그리고 그것이 바로 이 아키텍처의 주요 실용적 장점 중 하나입니다. 출력 영역은 출력 중에 돌출되는 부분이 없는 고정된 상자 형태이므로 밀폐형 인클로저가 공간을 거의 차지하지 않습니다. 바로 이 점 때문에 이 레이아웃에서 ABS, ASA, PC, 나일론 소재에 능동형 챔버 가열을 적용하는 것이 실용적입니다. 저희 비교 자료를 참고하세요. 개방형 프린터와 밀폐형 프린터 물질적 함의에 대해 다룬다.

조립하기

CoreXY 방식은 가장 무거운 부품을 구동해야 하는 부분에서 제거하고, 그 대신 벨트 경로에 더 많은 부하를 주는 기계적 아이디어를 잘 구현하여 인기를 얻었습니다. 가속도, 인클로저 호환성, 장력 민감도 등 그 이후의 모든 요소는 이러한 설계에서 비롯됩니다. CoreXY 방식을 최대한 활용하려면 다음 설정을 고려해 보세요. 인쇄 설정 및 용어 안내 속도를 실제로 제한하는 값이 무엇인지 설명합니다. 히팅 베드 가이드 열화상 사진의 나머지 절반을 다룹니다.