제작 배경

이번 의뢰의 기어박스는 현미경 조작을 돕는 기어 장치입니다.
실사용에서는 기어의 구동이 맞물려 현미경의 축 조정이 부드럽게 이뤄질 수 있도록 돕습니다.
의뢰 기업은 기어박스 양산에 앞서 시제품 제작을 통해 구동 테스트를 진행하고자 했습니다.
민감한 장치이니만큼 실물 제품 제작 실현 가능성을 검토해야 했는데,
작고 복잡한 구조의 시제품이고 부품 개수가 많아 금형 제작을 활용하기는 어려웠습니다.
그래서 해당 프로젝트에서는 3D 프린팅을 통해 실제 기어박스에 들어갈 부품 일부를 제작했습니다.

 

제작 과정

3D 모델링

2D 도면처럼 제품을 설계하는 과정으로, 3D 프린팅을 진행하기 위해서는 반드시 선행해야 할 작업입니다.
보통 3D 모델링 단계에서는 부품 간 간섭이 없도록 모델링하며 ①제작 시 주의 사항을 확인하고,
서포터 생성으로 인한 재료 손실이나 열로 인한 프린팅 형태 변형 등의 ②예상되는 리스크를 줄입니다.
특히 이 프로젝트의 기어박스는 치수에 민감한 제품인 만큼,
결합 용이성과 제품 기능성을 위해 모델링에 신중을 기했습니다.

3D 모델링 현미경 기어박스

 

기어 박스는 기어, 래크, 피니언, 박스 등의 부품으로 이루어진 기구입니다.
세부 요소가 복합적으로 작동하는 제품인 만큼 결속을 위한 공차를 세심하게 살펴야 했습니다.
메인 프레임을 전부 포함하더라도 손바닥에 올릴 수 있는 작은 크기로 제작될 제품으로,
기어는 엄지손톱만 한 사이즈를 가지고 있었습니다.
그러므로 박스와의 공차는 공법과 재료를 감안하고서도 0.1mm 정도로 세밀하게 두었습니다.

시제품 내부에는 테스트를 위해 실제 기어 장치가 따로 들어갈 예정이었습니다.
여러 형태의 기어를 설계하는 만큼 모듈 표준치에 맞춘 모델링이 필요했으며,
제작과 구동이 용이하도록 기어 샤프트의 두께를 조절하는 등 컨펌과 수정을 거쳤습니다.

 

3D 프린팅

제작 공법

모델링을 마치고 나서는 사전에 협의했던 공법과 재료를 이용해 실질적인 제작 단계에 돌입했습니다.
모든 부품은 기어박스 테스트를 위해 ①모델링을 오차 없이 정밀하게 구현할 수 있는 공법,
②작은 규격의 제품을 단품으로 구현하는 데 유리한 공법으로 제작해야 했습니다.
대신 제품의 내구성은 상대적으로 중요하지 않았으며,
화학 물질이나 과도한 환경 변화에 노출될 필요도 없었습니다.

위 사항을 모두 고려하여 전시용 제품에도 자주 활용되는 SLA 공법과 ABS-Like 소재를 사용했습니다.
SLA는 매끄러운 표면 조도가 특징인 공법이며, ABS-Like는 기본적으로 백색을 띠는 소재입니다.
완성품 자체의 외관이 깔끔하고, 전시 목적의 제품이 아니기에 서포터 제거 외의 후처리는 별도로 진행하지 않았습니다.

3D 프린팅 현미경 기어박스 출력 제품

 

병렬 제작

이번 프로젝트는 3D 프린팅의 장점 중 하나인 병렬 제작을 적극적으로 이용했습니다.
대부분의 3D 프린팅 공정은 금형 출력 등의 공정과 달리
서로 다른 디자인, 혹은 같은 디자인의 여러 제품을 동시에 제작할 수 있습니다.
이를 병렬 제작이라고 부르며, 프린팅 공간 내에 들어갈 수 있는 크기의 제품이라면 형태에 구애받지 않고 구현할 수 있습니다.
이렇게 한 번에 제작하게 되면 ①제작 시간을 단축할 수 있을뿐더러, ②장비 사용료까지 절감할 수 있습니다.

현미경 기어박스처럼 크기가 작고 여러 부품을 출력하여 하나의 제품으로 결합해야 하는 경우에는
특히나 병렬 배치를 통해 제작을 진행하는 경우가 많습니다.

최종 제품

조립 이후 모터와 감속기 등의 기존 기어 부품까지 결합한 결과물입니다.
표준 모듈에 맞춰 제작한 만큼 기어가 제대로 맞물려 결합하였며,
기존 부품의 회전 속도에 따라 부드럽게 돌아가는 것을 확인했습니다.

완성품이 제대로 동작하는 것을 확인하고 나서 의뢰 기업으로 안전히 전달했습니다.

3D 프린팅 기어박스 최종제품

 

마치며

현미경 부품 제작 이전 구동 테스트를 위해 3D 프린팅을 활용한 건입니다.
정밀한 SLA 공정으로 서로 다른 생김새의 부품을 병렬 출력하고,
의뢰 기업이 목표로 삼았던 결합과 테스트까지 순조로이 진행했습니다.

3D 프린팅을 이용하면 여러 규격의 부품을 병렬 출력하여 효율적인 제작을 진행할 수 있습니다.
한양3D팩토리는 축적된 경험을 바탕으로 다양한 목적의 시제품 제작을 돕고 있습니다.
홈페이지 우측 상단이나 하단 배너의 제작 문의를 눌러 빠르게 문의하실 수 있습니다.