도색으로 완성도를 높인, 밸브 조립체

기계 / 산업
♦ 용　　도 : 개발제품 검토 목적의 시제품
♦ 제조방식 : 3D프린팅(SLS), 도색
♦ 중점사항 : 조립 구조에 필요한 정밀 공차 설정

♦ 프로세스

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제작 배경

시제품을 제작하는 주된 이유는, 개발 제품의 기능이나 외관을 검증하면서 해당 제품이 실제로 어떻게 구현될지를 시험하기 위함입니다.
개발 초기에 시제품을 만들면 설계 결함을 조기에 발견하고 수정할 수 있으며 예상외의 시간적, 금전적 지출을 방지할 수 있습니다.

 

정밀 조립 구조를 요하는 랙과 레버의 기능 안정성과 사용성을 확인하기 위해 제작되었습니다.
이를 위해 실제 제품과 동일한 기능과 외관을 가진 시제품 제작이 필요했습니다.
3D프린팅 기술을 통해 제품 개발의 전반적인 과정을 가속화시킬 수 있습니다.

 

제작 과정

밸브 조립체는 랙 체결을 위한 시제품으로, 기계장치의 정밀한 조작 및 구동을 위해 설계되었습니다.
내부 스프링 메커니즘을 포함하는 복잡한 내부 구조를 성공적으로 구현하였습니다.
실제 운영 환경에서 사용하기 위함인 만큼, 제품의 기능과 색상을 그대로 구현하는 것이 중요했습니다.

이를 위해 전체 파트가 제 기능을 수행할 수 있도록 기능별 공차를 설정하는 것이 필요했습니다.
제품의 결속 방식에 따라 끼워맞춤의 정도를 조절해야 합니다.
특히 스프링 구조를 구현하기 위해서 탄성을 가진 프린팅 소재가 필요했는데, PA12 소재의 탄성을 활용하기로 했습니다.

 

1) 3D 모델링

각 부품 간의 간섭과 체결 공차를 디테일하게 검토했습니다.
스프링 구조는 3D프린팅을 통해 구현할 예정이었으며, 이를 위해 0.2mm정도의 공차를 설정했습니다.
또한 여타 파트들에도 차등적으로 공차를 적용했습니다.

공차 설정은 부품간의 정밀한 체결을 위해서는 필수적인 과정입니다.

 

2) 3D프린팅

모든 파트는 SLS 방식을 사용하여 PA12 소재로 3D프린팅을 진행했습니다.
해당 소재는 치수 정확도가 높아 조립이 필요한 제품에 주로 사용됩니다.
각 파트별로 공차를 설정한 덕분에 최초의 제작 의도대로 전체 파트의 조립이 원활하게 진행되었습니다.

 

PA12는 다른 3D프린팅 소재에 비해 강도가 월등하게 높은 소재이면서도, 소재가 질겨 탄성이 우수합니다.
제품의 두께에 따라 탄성을 조절할 수 있어, 스프링과 같이 기계적 부하가 걸리는 부품에 적합한 소재였습니다.

 

3) 도색

후처리 과정에서 제품의 표면 처리 및 마감을 위한 도색 작업을 실시하였습니다.
색상은 의뢰기업의 요청에 따라 은색과 검정으로 진행했습니다.
조립 이후에 외부에 노출되는 부위를 중심으로 신경써서 도색을 진행했으며,
도장면의 두께를 고려한 공차 설정 덕분에 도색 이후의 조립성 또한 특이사항이 발생하지 않았습니다.

 

제품 테스트 결과 당초 목표로 했던 외관과 기능을 모두 갖추었음을 확인했습니다.
PA12를 사용한 스프링은 기대했던 기능성을 충분히 보여주었고,
도장면의 공차 또한 제품의 조립성을 해치지 않도록 설정하는 것이 중요함을 다시 확인할 수 있었습니다.

 

마치며

이번 프로젝트는 3D 프린팅 기술을 통해 기계·산업 분야에서 요구되는 정밀도와 기능성을 충족시키는 사례였습니다.
이러한 정밀 제작 과정은 대량 생산을 들어가기 전에 꼭 필요한 단계입니다.
한양3D팩토리는 앞으로도 최적의 3D 프린팅 솔루션을 제공하며,
고객의 다양한 요구에 부응하는 시제품 제작을 통해 보답하겠습니다.