정밀 3D 스캐너를 활용한, 공기청정기 임펠러

 

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도면 없이 제품을 수정할 수 있을까요?

제품을 판매하다 보면 기존 제품의 개선을 위한 수정이 필요할 때가 있습니다.
개선 방향과 기존 부품과의 호환을 고려하여,
제품을 수정 및 보완하기 위해서는 도면이나 3D 설계 데이터가 필요합니다.
그런데 의뢰 기업은 도면도, 3D 설계 데이터도 없는 상황이었습니다.
실물 제품만 갖고 있는 상태에서, 이 제품을 수정하는 게 가능할까요?

 

역설계라면 가능합니다

역설계(Reverse Engineering)는 쉽게 말해서
데이터가 없는 실물의 CAD 데이터를 생성하는 기술 및 작업입니다.

 

일반적인 작업순서는 [3D모델링] ▶ [3D프린팅] ▶ [후가공]입니다.
하지만, 도면과 3D 설계 데이터가 없다면 [역설계] 단계를 거쳐 데이터를 수집하고,
수집한 데이터를 이용한 수정 과정을 거칩니다.
즉, 일반적인 작업순서에 [역설계] 단계가 추가되는 것입니다.

[역설계] ▶ [3D모델링] ▶ [3D프린팅] ▶ [후가공]

 

'공기청정기 집진 팬 유닛'이 역설계로 제품을 개선한 좋은 사례입니다.
지금부터 어떻게 역설계를 진행했는지 소개하겠습니다.

 

도면∙3D데이터 없는 기존 제품 수정

의뢰를 주신 '공기청정기 집진 팬 유닛'은 성능 개선을 위해
기존의 송풍기 날개 구조 수정이 필요했습니다.

 

의뢰 기업의 요청은 다음과 같았습니다.

① 송풍기 날개 기존 구조 수정 (4익 구조 → 5익 구조)
② 불필요한 결속 수정 설계
③ 3D프린팅을 통한 시제품 제작

 

1) 역설계

① 대상물 확인

기존 제품 사진 (개선 전)

 

역설계를 하기 위해서는 우선 대상물 확인이 필요합니다.
대상물의 크기, 형상의 복잡성, 표면 특성과 요구 정밀도를 확인하여 측정 방법을 선정합니다.
사출 파팅라인 또는 용접 비드 또한 구조를 파악하는데 도움이 됩니다.

 

의뢰기업에서 저희 제작팀으로 기존 제품을 택배로 보내주셨습니다.
기존 제품은 전·후면 2개 파트의 결속 구조로 이루어져 있었습니다.
한양3D팩토리는 이 기존 제품을 통해 역설계 작업을 먼저 진행했습니다.

 

② 3D 스캔

역설계는 ‘접촉식 측정’과 ‘비접촉식 측정’으로 나눌 수 있습니다.

◯ 접촉식 측정

• 비교적 단순한 형상
• 접촉식 측정기 등으로 형상을 대표하는 치수 측정

◯ 비접촉식 측정

• 측정기 사용이 어렵거나 복잡한 형상
• 3D 스캐너를 통해 대상물 측정

치수를 측정하는 캘리퍼스

산업용 3D 스캐너 (출처: Artec)

3D 스캔을 통해 기초 형성 3D 설계 데이터를 획득했습니다.
이렇게 얻은 데이터는 의뢰 기업의 설계 변경을 반영할 기준이 됩니다.
또한, 향후 결속 제품과의 호환을 위해 이 데이터에서 기존 제품 규격을 일부 차용했습니다.

3D 스캐닝 결과

 

2) 3D모델링

① 보완 설계

3D 스캐너를 사용하여 기초형상 3D데이터를 획득했다면 다음으로 보완 설계를 진행합니다.
일부 형상은 스캐너로 측정할 수 없어서 형상이 비어있기도 합니다.
좁은 홈이나 스캐너의 레이저, 또는 팁이 닿지 않는 곳이 이에 해당합니다.

 

이러한 곳은 직접 측정 기구를 통해 치수를 확인하고 보완 설계를 진행했습니다.
보완된 데이터를 기초 형상 데이터와 비교하여 결점 여부를 확인했습니다.

 

② 설계 수정

보완 설계를 진행한 후에는 의뢰에 맞게 설계를 수정합니다.

① 송풍기 날개 기존 구조 수정 (4익 구조 → 5익 구조)
② 불필요한 결속 수정 설계

완성된 3D 형상데이터는 3D 프린팅을 통해 제품으로 탄생합니다.

개선점이 반영된 3D프린팅 도안

 

3) 3D프린팅 출력 (완성)

3D프린터를 통해 출력한 완성된 제품 사진입니다.

역설게 제품개선 전후비교

나일론 계열의 파우더를 재료로 하는 SLS 3D프린터를 통해 제작되었습니다.
해당 원료는 우수한 내화학성과 낮은 수분흡수율이 특징으로,
습윤한 환경에서도 안정적으로 작동하고 충격강도에도 강점을 보이며
또한 여타 3D프린팅보다 내열성이 우수한 엔지니어링 플라스틱입니다.

완성 제품 상세 사진

 

성공적인 성능 개선

수정된 시제품은 4익에서 5익으로 바뀌면서 회전 중심 안정성이 개선되었습니다.
5익 구조에 맞춰 뒷면 결속부품 역시 설계가 수정되었습니다.

 

제품 변형을 방지하고 체결을 지지할 리브는 보강되었습니다.
후면 파트 또한 5익 전면파트와 결속되는 구조로 변경되었습니다.
기타 불필요한 체결부 등은 삭제되었습니다.

 

마치며

도면과 3D데이터가 없는 상황이었지만, 역설계를 통해 성공적으로 기존 제품을 개선할 수 있었습니다.

개량된 송풍기 유닛으로 정압(풍압), 전력 소모량, 소음 등의 시험이 끝나면
더욱 안전하고 효율이 좋은 공기청정기를 가정마다 구비할 수 있겠습니다.

 

한양3D팩토리는 의뢰 제품의 특성을 고려하여 적절한 제조 솔루션을 제공하고 있습니다.
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