기성품과의 조립도 완벽하게, 드론 센서 지그

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기계 / 산업
♦ 용　　도 : 드론용 센서 고정 장치(지그) 　 
♦ 제조방식 : 3D프린팅(SLS), PA12
♦ 중점사항 : 기존 드론에 맞는 부품 모델링

♦ 프로세스

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센서와 센서 고정 장치가 부착된 드론 최종 조립 형태

드론에 센서와 고정 부품이 결합된 최종 완성 사진입니다.
본 의뢰는 우수 대학원의 교육, 연구 역량을 강화하기 위한 'BK21사업'으로 진행되었습니다.

 

드론용 센서 고정 장치 제작

드론 상단에 미세먼지 측정 센서를 고정시켜 줄 고정 장치를 제작했습니다.

이 드론은 상공을 비행하면서 공기 중의 미세먼지 농도를 측정할 목적으로 제작되었습니다.
이때 미세먼지 센서는 드론에 안정적으로 장착됨과 동시에 정확한 농도 측정을 위해 드론 상단에 높게 떠 있어야 했습니다.
센서가 비행하면서도 안정적으로 고정될 수 있게 하고, 센서에 전력을 공급할 배터리까지 필요한 상황이었습니다.

 

이를 위해 ① 센서용 배터리함, ② 센서 연결 기둥, ③ 배터리함 고정 부품 ④ 배터리함 마개, 이렇게 4가지를 제작했습니다.
여러 개의 부품이 새로 추가되어야 했기에, 부품들을 드론 상단에 안정적으로 고정시키는 것에 집중했습니다.

 

제작 과정

1) 3D모델링

이번 의뢰는 한양3D팩토리에서 자체적으로 모델링을 진행했습니다.
모델링을 진행한 부품은 앞서 말씀 드렸던 부품 중
① 센서용 배터리함, ③배터리함 고정 부품, ④ 배터리함 마개로 총 3개입니다.

스캔이나 역설계를 할 수 있는 대상이 없었기 때문에 준비된 드론의 치수에 맞춰 설계하였습니다.

 

○ 포인트 1: 기존 장치에 방해되지 않는 설계

새롭게 만드는 부품들은 이미 완성된 드론과 센서에 꼭 맞게 제작되어야 했습니다.
기존의 드론에 USB포트, LED, 센서 등 이미 자리를 잡고 있는 장치들이 많았기 때문에,
새롭게 제작한 부품이 기존 장치들에 방해되지 않게 모델링하는 것이 관건이었습니다.

배터리함 고정부 및 배터리함 모델링

배터리함 고정 부품의 경우 드론의 기존 장치들을 피해서 장착할 수 있도록,
사진1처럼 피스 결합 부분들 중앙에 빈 공간이 있게 모델링했습니다.
또한 사진1과 사진2에서 볼 수 있듯 피스 구멍을 적절한 곳에 배치하여 안정적으로 결합할 수 있게 만들었습니다.

 

○ 포인트 2: 조립을 위한 공차 설정

배터리함 및 마개 모델링

이 부품들은 드론에 결합되어야 하고, 편의를 위해 조립될 부품들이기 때문에 '공차' 설정이 중요했습니다.
조립 후, 확실하게 고정되도록 두께와 구조 설계에 집중했습니다.

2) 3D프린팅

전체 부품 사진

센서 고정 장치에 사용되는 전체 부품입니다.

드론 특성상 내구성이 중요하기 때문에 SLS방식의 PA12소재로 제작했습니다.
PA12 소재는 내구성, 내열성이 뛰어나고
열가소성 수지를 사용하기 때문에 정교한 디테일과 치수 정확성이 보장된다는 점에서 이번 의뢰에 적합했습니다.

 

① 센서용 배터리함

센서에 전력을 전달할 배터리가 들어갈 공간이 있는 ‘센서용 배터리함’입니다.
중앙에 배터리 삽입 공간이 있고,
상단에는 센서와 배터리를 연결할 케이블이 빠져나오기 위한 원통형 출구가 있습니다.

센서용 배터리함 부품

② 센서 연결 기둥

센서 및 연결기둥 / 조립 형태

배터리함과 센서를 연결하는 원통형 기둥을 제작했습니다.
센서용 배터리는 배터리함에 장착된 후 원통형 출구로 케이블이 나오게 됩니다.
센서가 내장되어있는 원통형 기둥은 구조가 단순하여 아크릴을 재단하여 결합했습니다.

의뢰 고객께서는 부품이 최대한 간편하게 조립∙분해되기를 원하셨습니다.
고객의 의뢰에 따라 조립 시 최대한 빡빡하게 끼워져, 피스 없이도 고정이 가능하게 제작했습니다.
혹시라도 향후에 피스로 고정해야할 경우에는 아크릴에 구멍만 뚫어서 사용하실 수 있게 제작했습니다.

 

③ 배터리함 고정 부품

배터리함을 드론 상단에 연결, 고정해 줄 고정 부품입니다.
본 부품은 앞서 말씀드렸던대로 드론의 기존 부품들에 방해되지 않게 설계되었습니다.

배터리함 고정 부품

④ 배터리함 마개

배터리함에 배터리를 넣고 입구를 닫을 수 있는 마개입니다.
센서 배터리의 경우 자주 교체해야 할 수 있고, 충전을 위해 분리할 경우도 있기 때문에
간편하게 분리할 수 있는 '후크 방식'으로 제작했습니다.
이때 편하게 조립 및 탈착하실 수 있도록 손잡이까지 배치했습니다.

 

모델링 단계부터 두께와 공차 등 조립이 용이하도록 신경썼기 때문에
피스 없이 고정이 가능할 정도로 꼭 맞게 제작되었습니다.
추후 필요하다면 피스로 체결하실 수 있도록 피스 구멍도 함께 설계하여 제작했습니다.

3) 제품 조립

고정 장치 조립 전/후

위 사진을 보시면 배터리함이 드론 상단에 배치되어 있고,
고정 장치가 드론의 다리를 피해 딱 맞게 장착된 것을 보실 수 있습니다.
스캔과 역설계 없이 수치만으로도 기존 제품에 호환하는 부품을 성공적으로 제작할 수 있었습니다.

완성된 고정 장치 결합

모든 부품을 조립하고 드론에 결합한 최종 완성 모습입니다.

제품 테스트

센서와 부품 조립이 완료된 드론으로 비행 테스트를 진행했습니다.
피스 없이 결합한 원통형 기둥과 배터리함 마개도 안정적으로 고정된 것을 확인했습니다.
특히 원통형 기둥의 경우 길이가 긴 부품인데도 비행에 무리가 없었습니다.

드론 비행 테스트

 

 

마치며

이렇게 드론에 센서를 고정시킬 부품들이 모두 완성되었습니다.
네 가지 부품 모두 자체적으로 모델링했고,
기존 드론에 방해가 되지 않게 설계하여 안정적으로 결합이 가능하고 조립이 용이합니다.

한양3D팩토리는 의뢰 제품의 특성을 고려하여 적절한 제조 솔루션을 제공하고 있습니다.
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