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3D CAD 와 3D프린팅을 연계한 공학설계교육 활용
Applications of 3D CAD and 3D Printing in Engineering Design Education 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.31 no.12, 2014년, pp.1085 - 1091  

박근 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, 3D printing has received increasing attention due to its boundless potentials. Because 3D printing starts from 3D geometry information, computer-aided design (CAD) is an essential technology to build 3D geometry data. These days, education of 3D CAD for engineering students has been change...

주제어

#3차원 프린팅   #컴퓨터응용설계   #공학설계교육   #종합설계  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • CAD 응용과정에서는 상용 CAD 소프트웨어를 이용하여 교육을 수행하며, 기본적인 형상모델링 및 자유곡면(Freeform surface) 생성 기법, 조립체(Assembly) 모델링 및 도면생성 기법에 대한 실습을 수행한다. CAD 설계과제는 학생들이 수업시간에 배운 CAD 능력을 활용하여 실제 제품의 형상모델링을 수행함으로써 CAD 실무를 익히는 것을 목표로 한다. 설계과제에서는 3~4명의 학생들로 팀을 구성하여 과제를 수행하며, 보고서 및 발표심사를 통해 과제의 성취도를 평가한다.
  • 11에 거북이 로봇 개발과제에서의 3D CAD와 3D 프린팅의 활용사례를 도시하였다. 거북이 로봇은 기본적인 4족보행 동작 이외에 초음파 센서로부터의 위험감지시 머리와 발을 등껍질 안으로 숨기는 동작을 수행하는 목적으로 개발되었다. 이때 숨는 동작을 위한 기구 메커니즘 구현을 위한 링크구조와 외관 기구물을 제작해야 하는데, 비교적 형상이 간단한 링크와 발 부품은 학생들이 직접 가공하여 완성하였으며, 상대적으로 형상이 복잡한 머리부와 등껍질 부품을 3D 프린터로 제작하여 타 부품과 조립하여 사용하였다.
  • 본 논문에서는 최근 수행된 CAD 설계과제 중 ‘뽀로로와 친구들’ 캐릭터(5종)의 역설계 과정을 소개하고자 한다.
  • 본 연구에서는 기계공학 전공 학부생 대상의 공학설계 교육과정에서 3D 프린팅을 활용한 사례를 소개하고자 한다. 현재 기계공학 분야에서는 3D CAD의 교육이 필수적으로 이루어지고 있으며, 이와 연계한 3D 프린팅 기술이 도입도 가장 발빠르게 진행되고 있다.
  • 본 연구에서는 기계공학 학부생 대상의 설계교육에서 3D CAD와 3D 프린팅을 활용하여 설계과제를 수행한 사례를 소개하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CAD 교과목 설계과제는 어떤 형태로 수행되고 있는가? 특히 3차원 CAD의 보급이 확산됨에 따라 기계공학 학부과정에서의 CAD 교육은 종래의 이론위주의 강의에서 상용 CAD 소프트웨어를 사용한 실습 형태로 전환되어가고 있으며, 학생들의 성취도 평가 역시 종래의 이론위주의 시험에서 Term Project 형태의 설계과제를 수행하는 방향으로 실시되고 있다. CAD 교과목 설계과제는 일반적으로 CAD 소프트웨어를 사용하여 기존 제품의 형상 및 치수를 측정하고 3차원 형상모델링을 수행하는 역설계(Reverse engineering) 형태로 수행되고 있다.8
3D 프린팅은 무엇인가? 최근 3차원 프린팅(3D printing) 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 3D 프린팅은 3D CAD 형상정보를 바탕으로 실제 제품을 제작할 수 있는 기술로서, 과거 쾌속조형(Rapid Prototyping; RP)이라는 이름으로 사용되어 왔다. 최근 주요 프린팅 공정의 원천특허가 만료됨에 따른 개방형 소스(Open source)의 보급으로 인해 기존의 산업용 프린터에서 벗어나 저가의 개인용 프린터의 보급이 확산되고 있으며, 나아가서는 산업 생태계를 바꿀 수 있는 가능성까지 점쳐지고 있다.
CAD 설계과제를 평가할 때의 문제점은 무엇인가? 설계과제에서는 3~4명의 학생들로 팀을 구성하여 과제를 수행하며, 보고서 및 발표심사를 통해 과제의 성취도를 평가한다. 설계과제 평가시 보고서와 발표자료에 의거하여 평가하게 되는데, 2가지 자료 모두 2차원 그림을 근거로 평가해야 하는 한계가 있다. 또한 학생들이 설계과제 수행시 외관 형상의 모델링에만 집중하게 되어 설계과제의 본연의 의도가 왜곡될 수 있는 단점이 있는데, 3D 프린팅을 통해 학생들이 직접 설계한 제품을 제작하게 함으로써 이러한 단점을 보완하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Wohlers, T. T., "Wohlers Report 2013: Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry: Annual Worldwide Progress Report," 2013. 

  2. Park, K., Kim, Y. S., Kim, C. S., and Park, H. J., "Integrated Application of CAD/CAM/CAE and RP for Rapid Development of a Humanoid Biped Robot," J. Mater. Process. Technol., Vol. 187, pp. 609-613, 2007. 

    상세보기

  3. Stamper, R. E. and Dekker, D. L., "Utilizing Rapid Prototyping to Enhance Undergraduate Engineering Education," In Frontiers in Education Conference, IEEE, 2000. 

  4. Kroll, E. and Artzi, D., "Enhancing Aerospace Engineering Students' Learning with 3D Printing Wind-tunnel Models," Rapid Prototyping J., Vol. 17, No. 5, pp. 393-402, 2011. 

    상세보기 crossref

  5. Diegel, O., Xu, W. L., and Potgieter, J., "A Case Study of Rapid Prototype as Design in Educational Engineering Projects," Int. J. Eng. Education, Vol. 22, No. 2, pp. 350-358, 2006. 

  6. Lipson, H., "Printable 3D Models for Customized Hands-on Education," Proc. Mass Customization and Personalization (MCPC) 2007, 2007. 

  7. Robertson, B. F., Walther, J., and Radcliffe, D. F., "Creativity and the Use of CAD Tools: Lessons for Engineering Design Education from Industry," J. Mech. Design, Vol. 129, No. 7, pp. 753-760, 2007. 

    상세보기 crossref

  8. Park, K. and Lee, H. J., "Applications of 3D printing in CAD Course for Mechanical Engineers," Proc. Soc. CAD/CAM Conf., pp. 838-843, 2014. 

  9. Lee, H. W., Kim, S. H., Park, K., and Kim, J. Y., "Experience of Senior Capstone Design Course of School of Mechanical Design and Automation Engineering at Seoul National University of Technology," Proc. ASME Asia-Pacific Eng. Education Congress, 2009. 

  10. Park, K. and Lee, H. J., "Applications of 3D Printing in Engineering Design Education," Proc. Global 3D Tech. Forum Conf., pp. 48-49, 2013. 

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