[6기 수원 정재윤] Hardware 기초 #1 _ 하드웨어의 다홍치마 프레임 설계

안녕하세요 엘리트 멤버 6기, 수원 멤버십 23-2기 정재윤입니다.

앞으로 하드웨어에 관심을 갖고 계신 분, 첫 발을 내딛는 분들을 위하여 기초 프레임 설계부터 시작하여 단계적으로 프로젝트가 진행되는 부분부분을 나누어 포스팅 하려 합니다.

그럼 첫번째 시간으로 하드웨어에서 펌웨어 만큼 중요한 프레임부분을 살펴보도록 하겠습니다.

1.기구부 설계

 아이디어를 착안하고 그에 따른 기구부를 설계한다는 것 실제로 그것을 만들어 최종 결과물이 되었을 때

첫 설계와 많이 다른 적도 몇 번 있을 것입니다. 그 이유가 바로 프레임 때문인데요. 실제 사이즈를 측정하여 부품을 선택하고 그 부품에 맞게 프레임을 그리고 제작하여도 작은 실수와 생각하지 못한 변수로 프레임 전체가 뒤틀릴 수도 있습니다. 그 때문에 나사구멍 하나부터 정밀하게 기구부적인 설계가 가장 중요한 포인트입니다.

2. 프레임 설계

자신이 생각한 기구부를 가공이 가능하도록 도면 및 실질적인 설계를 할 단계 입니다.

대표적인 설계 프로그램으로는 CAD, solidworks 와 스케치업이라는 프로그램등 다양한 프로그램이 많지만 개인적으로는 그리기 편하며 사용자가 3D로 그 부품의 크기 및 모양을 직접 볼 수 있는 솔리드 웍스를 사용하고 있습니다. 그러한 이유로 이번 블로그에서는 솔리드웍스를 이용한 프레임 설계의 기본단계를 살펴 보겠습니다.

2-1

솔리드웍스로 자신이 만들 부품의 가장 기본이 되는 스케치를 합니다.

스케치 탭에는 직선과 도형을 그리고 평행복사와 원형복사 각 선분의 치수를 알 수 있는 메뉴등이 존재합니다.

기본적인 선분을 그리면 지능형 치수를 이용하여 그 선분의 길이를 명확히 구속시키는 것이 중요합니다.

2-2

기본적인 스케치를 하였으면 그 다음 피쳐 탭을 이용하여 평면상의 스케치를 입체적으로 만들 수 있으며 피쳐 탭에 있는 돌출 메뉴를 이용합니다. 피쳐 탭에는 부피를 줄 수 있는 돌출 보이스와 입체적인 부분을 깍거나 홈을 내는 돌출 컷, 나사 탭을 내는 구멍가공 마법사와 보강대등 실질적인 프레임 설계에 쓰이는 메뉴가 많이 있습니다.

이러한 입체적인 모양을 만든 뒤 돌출컷과 구멍가공마법사를 이용하여 부품을 완성시켜 줍니다.

그림과 같이 다양한 나사의 모양과 굵기 나사탭의 깊이을 설정하여 부품하나의 스케치를 완료하였습니다.

3. 어셈블러

어셈블러작업은 사용자가 원하는 파츠를 하나하나 작업한뒤 실제 부품을 조립해보는 작업이라고 생각하시면 됩니다. 메이트라는 과정을 통하여 면과면, 나사 구멍과 홈등 사용자가 원하는 파츠를 조립할 수 있습니다.

위와같이 다양하게 만들어 놓은 파츠들을 메이트 시켜 하나하나 조립을 시켜줍니다.

일치는 면과 면, 선과선을 붙이는 작업을 동심은 원과 원을 같은 중심점에 놓는 작업을 할 수 있습니다.

위와 같이 어셈블러의 어셈블러를 통하여 보다 쉽게 사용자가 원하는 파츠를 조립할 수도 있습니다.

 또한 솔리드웍스의 장접이라 함은 이러한 어셈블러 과정에서 구동을 시킬 수 있는 점 입니다.

예로 로봇다리를 제작하였을 경우 실제로 간단한 드레그를 이용하여 로봇의 포즈를 만들 수 있습니다.

직접 프레임을 설계하였는데 이것의 무게를 알고싶을 경우 프로그램에서 제공하는 물성치를 이용하여 프레임의 전체 무게와 각 부분의 무게를 알 수 있습니다.

물성치는 물의 비중으로 그램수가 나타나 있습니다.

물의 비중은 1로 자신이 abs 수지를 사용한다면 abs의 수지가 1.07의 비중이기에 프로그램상의 무게 * 1.07 해주면 abs 수지로 제작 했을 시에 무게를 구할 수 있습니다. 알루미늄 제작 시는 무게 *2.7을 하시면 되는 것 입니다.

이러한 계산 툴로 실제 작업 현장에서는 다리를 설계하여 다리가 받는 하중이나 무게 중심 등을 계산하는 등 다양한 작업이 많이 쓰이고 있습니다.

4. 도면화

이제 프레임설계의 마지막 단계라고 할 수 있습니다.

가공업체에 주문하기 위한 도면화 작업입니다. 가공업체에서 솔리드웍스를 다루는 경우 저장된 파일을 전해주면 되지만 일반적인 경우 cad로 작업을 하기때문에 도면화 작업이 필요합니다.

 그림과 같이 3D로 제작된 부품을 앞,뒤옆면과 각 선분의 치수를 나타내어 줍니다.

3D CAD와 기타 프로그램 등을 사용하여도 프레임 설계에 부족함 없이 제작 가능하지만 설계에 입문하는 사람들이 빠르고 쉽게 배우기에는 솔리드 웍스가 적당한 것 같습니다.

프레임 설계에 있어서 가장 중요한 점은  얼마나 명확한 부품을 구상하고 생각해내는 것인가 하는것입니다.

아무리 도면을 잘 그렸어도 그것이 잘못된 치수면 그 프레임은 쓸 수 없기 때문이죠.

또 다시 설계하고 업체에 주문제작 해야하는 시간과 돈이 두배로 들 수 있기에 항상 구체적으로 생각하고

정밀하게 제작하여야 합니다.

다음시간에는 자신의 손으로 직접 프레임을 제작하고 원하는 것을 뚝딱뚝딱 만들어내는 떠오르는 대세!

전국 소프트웨어 멤버십에 보급이 된 3D프린터의 구조와 사용 노하우에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.