제품 소재 테스트도 3D 프린터로, 센서케이스

기계 / 산업
♦ 제품용도 : 케이스 재질 및 결합 테스트
♦ 제조방식 : 3D프린팅(SLS, SLA), PA12, ABS-Like
♦ 중점사항 : 조립이 용이한 설계와 공정 검토

 

제작 배경

이번 프로젝트에서 제작한 센서케이스는 개발 과정에서의 테스트 목업으로,
결합 수행 가능 여부와 재질 검토를 목적으로 했습니다.
따라서 정밀한 제작이 가능한 공정별로 1개씩 소량으로 제작했으며,
빠른 의사 결정을 위하여 최소한의 후처리 작업만을 진행했습니다.

 

산업용 센서케이스는 센서를 충격이나 먼지 등 외부의 간섭으로부터 보호하는 용도입니다.
조립이 엉성하거나 케이스의 정밀도가 떨어지면 센서가 외부의 먼지, 습기 등에 그대로 노출될 위험이 있습니다.
조립 공차를 염두에 두지 않고 제작하면 케이스 결합 자체가 불가능할 수도 있습니다.
이렇듯 제품 제작에 앞서 검토가 필요한 부분을 중점으로 두어 제작했습니다.

 

제작 과정

1) 3D 모델링

 

센서케이스 3D 모델링

 

3D 프린팅을 위해서는 기본적으로 3D 모델링이 선행되어야 합니다.
복잡한 표면을 구현하거나 일정 수준 이상의 표면 품질을 보장하려면 3D 파일의 표면 구조를 기반으로 제작해야 하며,
이는 3D 프린팅을 제외한 다른 공정에서도 마찬가지입니다.
3D 프린팅을 위해 제작하는 3D 모델링 파일은 STL 형식으로, 추후 다른 공정에도 활용할 수 있습니다.

 

이번 프로젝트의 주목적은 조립 테스트였기에 설계 단계에서부터 각 3D 프린팅 소재에 맞는 공차를 설정했습니다.
소재별 조립성 차이를 염두에 두어 모델링해야
모델링을 다시 수정하여 프린팅하는 등의 시행착오와 재료 낭비를 줄일 수 있습니다.
소재별로 적절한 공차를 알고 있다면 유사 소재로 대량 생산 시 적용하기도 수월해집니다.

 

2) 3D 프린팅

3D 프린팅 단계에서는 정밀도가 높은 SLS, SLA 방식을 사용했습니다.
완성품을 검토한 결과 센서를 방해할 요인이 생기지 않도록 틈 없이 잘 닫히는 것을 확인했습니다.
이로써 설계에 문제가 없다는 사실을 확인했으며,
미리 설정해 둔 공차 덕에 결합 테스트도 순조로이 완료했습니다.
동일한 외관으로 제작되었기 때문에 공법과 소재에 따른 물성의 차이도 한눈에 검토할 수 있었습니다.

 

SLS

 

PA12로 출력한 센서케이스

 

의뢰 기업은 테스트용 목업 중 하나를 SLS 공법에 PA12로 제작했습니다.

 

이 방식으로 제작한 센서케이스는 보기보다 가볍고 단단합니다.
두께에 따라 달라질 수 있으나, 사람의 힘으로는 부러지기 힘든 정도의 강도를 가지고 있습니다.
시제품 제작 외에도 기계, 자동차 등의 부품 소량양산에 자주 이용되는 공법과 재료입니다.

 

SLS 공법의 특징상 출력물을 지지하는 서포터는 남지 않으나,
출력 후에는 거친 느낌을 주는 적층 무늬를 확인할 수 있습니다.
적층 면이 잘 보이는 FDM 공법과는 달리 조립에는 영향을 끼치지 않을 정도로 미세한 무늬지만,
외관 개선을 위해 기본적인 그라파이팅 후처리를 진행했습니다.

 

같은 두께일 때 SLA보다 높은 강도를 가지고 있으며, 내마모성이 우수합니다.
따라서 파손 방지를 위해 생김새가 복잡하고 얇은 내부의 센서 홀더는 SLS로 제작하여,
각 센서케이스와 조립 가능 여부만 테스트했습니다.

 

 

SLA

ABS-Like로 출력한 센서케이스

 

소재 비교를 위해 외부 케이스만 SLA 공법으로 하나 더 제작했습니다.
재료는 ABS-Like로 선정하여 정밀하게 제작이 완료되었습니다.

 

SLA는 적층 무늬가 거의 보이지 않는 매끈한 표면 조도를 가지고 있습니다.
서포트를 제거하는 등의 후처리가 편하기에 디자인 목업으로도 자주 이용되는 공법과 재료입니다.
SLS보다는 덜 단단하지만, 흔히 생각하는 플라스틱 뚜껑 이상의 강도로 제작할 수 있어
플라스틱으로 제작할 제품을 테스트하는 데 이상적입니다.
강도는 두께에 따라 달라질 수 있고, 얇게 제작할 시 약간의 탄성이 생기기에 내부 센서 홀더는 제작하지 않았습니다.

 

이렇듯 소재별로 물성이 다르기 때문에,
목적과 제품 두께를 말씀해 주시면 조건을 충족할 수 있는 소재를 추천해 드리고 있습니다.

 

 

마치며

소재 비교를 위해 같은 부품을 두 가지 방식으로 제작한 목업 제작 사례입니다.
공정과 소재마다 약간의 차이가 존재하기 때문에 각 공정에 맞는 공차를 모델링 단계에서부터 고려하는 것이 가장 중요했습니다.
조립 테스트 이후, 같은 목업을 다른 공정과 소재로 제작하여 비교를 도와드렸습니다.

 

한양3D팩토리는 3D 프린팅에 최적화된 목업 설계와 제작을 도와드리고 있습니다.
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