조립도 안 했는데 움직인다? 3D 프린팅 관절 피규어의 원리

손끝에서 꼬리가 찰랑거리는 작은 공룡 피규어를 떠올려 보세요. 마디를 하나씩 끼워 만든 것 같은데, 처음부터 연결된 상태로 출력할 수 있는 모형도 있습니다.

나중에 조립하지 않았는데 어떻게 움직일까요?

이런 설계를 프린트 인 플레이스(Print-in-Place)라고 부릅니다. 움직일 부품들을 서로 맞물린 상태로 한 번의 출력 과정에서 만드는 방식입니다. 3D 프린팅 관절 모형에서 만날 수 있는 재미있는 구조죠. Prusa의 Print-in-Place 설명

핵심은 부품 사이에 남겨 둔 작은 틈입니다

사슬을 떠올려 보세요. 고리들은 서로 걸려 있지만, 이웃한 고리와 붙어 있지는 않습니다. 그래서 연결을 유지하면서도 방향을 바꿀 수 있습니다. 관절 모형도 비슷하게 이해하면 쉽습니다. 연결을 유지하는 모양과, 움직일 여유 공간을 함께 설계하는 겁니다. 실제 관절은 고리나 축 등 여러 형태로 만들 수 있습니다. [UltiMaker의 움직이는 부품 설계 가이드]

‘한 번에 출력했다’는 말이 부품 전체가 빈틈없이 붙어 있다는 뜻은 아닙니다. 층을 쌓아 갈 때 각 부품의 모양과 그 사이의 빈 공간을 함께 만드는 것이죠.

틈의 크기와 첫 층이 중요한 이유

그렇다고 틈만 넣으면 끝나는 건 아닙니다. 너무 좁으면 출력 중 부품끼리 붙거나 움직임이 뻑뻑해질 수 있고, 너무 넓으면 원하는 것보다 헐거워질 수 있습니다. 모델의 크기와 출력 방향, 재료, 프린터 상태에 따라 결과도 달라집니다. 그래서 어떤 관절에나 통하는 간격 하나를 정해 두기보다는, 시험 출력을 거쳐 맞춰 가는 과정이 필요합니다. [Prusa의 간극·설계 반복 안내]

바닥의 첫 층도 영향을 줍니다. 필라멘트가 베드에 눌리면서 첫 층의 가장자리가 설계보다 넓어지는 현상을 ‘코끼리 발’이라고 하는데요. 정밀하게 맞물려야 하는 부품에서는 이 작은 변화도 문제가 될 수 있습니다. 바닥까지 이어지는 관절 틈이 좁아질 수 있다는 뜻입니다. [Prusa의 코끼리 발 현상 설명]

모든 관절 모형이 같은 방식은 아닙니다

또 하나, 관절이 움직이는 모형이 전부 이 방식은 아닙니다. 부품을 따로 출력한 뒤 끼워 맞추는 모형도 있습니다. 프린트 인 플레이스 역시 설계에 따라 지지대나 잔여물을 정리해야 할 수 있어, ‘조립을 생략한다’와 ‘출력 후 손볼 일이 전혀 없다’는 구분해서 볼 필요가 있습니다. [UltiMaker의 조립·후처리 안내]

이 원리를 알고 나면 움직이는 피규어가 조금 다르게 보입니다. 공룡의 생김새뿐 아니라, 마디가 어디까지 돌아가는지, 어느 부분에서 멈추는지도 눈에 들어오죠.

다음에 관절 피규어를 보게 된다면 마디 사이를 한번 들여다보세요. 작게 남겨 둔 빈 공간이 모형의 움직임을 만들고 있습니다.

움직이는 3D 프린팅 피규어와 재미있는 소품은 Y‑HOUSE에서 둘러보세요. 직접 만든 3D 모델이나 출력할 파일이 있다면 3DFARM에서 예상 견적을 확인할 수 있습니다.

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