기계 / 산업
♦ 제품용도 : 로봇 암 파지 구조 검토용 시제품
♦ 제조방식 : 3D프린팅(SLS), PA12
♦ 중점사항 : 기성품 체결을 위한 공차 설계

제작 배경

이번 의뢰의 그리퍼는 로봇 암 끝단에 장착되어 대상물을 파지·이송하는 기구입니다.
사람의 손가락이 물건을 감싸 집어들듯, 복수의 손가락 출력물이 동시에 구동되며 대상물을 균일한 힘으로 잡아주는 구조입니다.

의뢰 기업은 자체 개발 중인 자동화 로봇의 그리퍼 구조를 검증하기 위해,
양산 진행 전 3D 프린팅 시제품을 통한 파지 동작 및 조립 적합성 테스트를 원하셨습니다.
테스트 특성상 실제 액추에이터·핀·베어링 등 기성품과의 결합이 불가피했으며,
추가 가공 없이 처음 설계한 공차 그대로 결합이 이루어져야 했습니다.

본 프로젝트는 워킹 목업을 목표로 두고 있는 만큼, 파트별 결합 공차 관리를 최우선으로 두고 진행했습니다.

핑거, 링크, 베이스 플레이트로 나뉜 각 파트의 설계 단계에서 기성품 치수를 직접 반영했으며,
정밀도와 내구성 모두를 만족하여 시제품 제작에 자주 사용되는 SLS를 채택했습니다.
완성 후에는 그라파이팅 후처리를 진행하여 매끄러운 검은색 표면을 구현하여,
기존 부품들과 이질감 없이 어우러질 수 있도록 설계했습니다.

제작 과정

3D 모델링

3D 프린팅 방식으로 제작하기 위해서는 STL 파일이 필요하기에,
의뢰 기업이 보유한 2D 설계 도면을 바탕으로 하여 3D 모델링부터 진행했습니다.

원활한 테스트를 위해 사전 미팅에서 의뢰 기업이 염두에 두고 있던 구동 방식, 액추에이터 사양, 로봇 암 플랜지 규격 등을 확정짓고,
실제 결합할 부품 치수를 기준으로 각 파트를 설계할 필요가 있었습니다.

손가락 파트의 스트로크 범위 등 도면에 없던 정보를 조율한 뒤,
파트별로 들어가는 기성품의 치수 데이터를 반영해 설계를 시작했습니다.

 

 

모델링 단계에서 베이스 플레이트의 플랜지 홀 배열을 추후 조립할 로봇 암 규격에 맞춰 정확히 설계했습니다.

특히 핀 홀과 베어링 시트 사이의 공차를 잡아 유격 없이 부드럽게 회전할 수 있는 결합 구조를 구성하여,
손가락 파트를 굽히는 동작을 수월하게 시험할 수 있도록 구현했습니다.

3D 프린팅

SLS 공법

관절이 접히는 연결부의 세밀한 힌지 형상을 오차 없이 구현하기 위해 SLS 공법을 선택했습니다.

SLS는 분말 소재를 레이저로 소결하는 방식으로, 지지대(서포터)가 불필요합니다.
덕분에 핀 홀 내부나 좁은 결합 홈처럼 후처리 접근이 어려운 부위도 설계 그대로 깔끔한 치수를 유지합니다.

SLS 공정에서 사용된 PA12는 산업용 플라스틱 소재로
굴곡 피로에 강하고 충격 흡수성이 높아 반복 구동이 필요한 기구부 제작에 적합합니다.
층간 결합이 안정적이며 내마모성이 우수하여 실제 작동 시험 중 발생하는 피로 하중을 견딜 수 있습니다.

 

<제작 중인 로봇 그리퍼>

 

SLS 공법을 이용하면 다양한 모양의 파트를 한 번에 제작할 수 있습니다.
체결부가 많은 이번 프로젝트의 경우에도 여러 파트를 동시 제작함으로써 시제품 제작 시간과 비용을 최적화할 수 있었습니다.

그라파이팅 후처리

로봇 산업용 부품으로서 균일한 외관을 위해 그라파이팅 후처리를 진행했습니다.
그라파이팅은 흑연 분말을 제품 표면에 도포하여 문지르는 방식으로,
PA12 특유의 회색 분말 질감을 매끄러운 검은색 표면으로 덮어 완성도 있게 마감합니다.

최종 제품

간단한 체결과 동작 검증까지 완료한 후 의뢰 기업에 전달했습니다.

 

<로봇 그리퍼 기성품 조립 후 구동 테스트>

 

의뢰 기업은 핀 체결 후 링크가 매끄럽게 회전하는 것을 확인했습니다.
반복 파지 테스트에서도 변형이나 헐거움 없이 동작이 유지되었으며,
베이스 플레이트는 로봇 암에 볼트로 흔들림 없이 체결되어 시험 구동을 수월하게 진행할 수 있었습니다.

마치며

그리퍼 3D 모델링부터 제작, 그라파이팅 후처리, 구동 확인까지 진행한 프로젝트입니다.
관절이 많은 구조 특성상 파트 수가 많고 공차 누적이 발생하기 쉬운 제품이었으나,
병렬제작이 가능하고 치수 안정성이 높은 SLS 공정을 이용하여 모든 파트를 설계대로 제작했습니다.

한양3D팩토리는 시제품 제작 전문 기업입니다.
로봇 워킹목업에 적합한 공법과 소재로 의뢰 기업의 완성도 있는 테스트를 지원합니다.
홈페이지 우측 상단이나 하단의  제작 문의 를 눌러 빠른 상담이 가능합니다.

 

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