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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 미세기어 펌프 하우징의 시작품 제작을 통해 3차원 모델과 성형 모델과의 상관관계를 규명하고, 이를 조절할 수 있는 자동 파일 변환 프로그램을 개발하고자 한다.
- 본 연구에서는 우선 AutoCAD 프로그램을 통해 생성된 파일을 RP 가 공용파일인 STL 파일로 변화시키기 위해서 프로그램을 개발하였으며, 이는 AutoCAD상에서 구현되도록 하였다. Fig.
제안 방법
- 3) AutoCAD 프로그램 울 통해 생성된 파일을 RP 가공용파일 변화 프로그램을 개발하였다.
- AutoCAD상에서 3차원 모델을 생성하고, 파일 자동변환 프로그램에서 이를 변환한 후 RP 시스템을 사용한 극소형 기계부품의 시작품을 제작하였다. Fig.
- Fig. 4는 본 실험의 실험 순서를 나타낸 것으로 본 실험은 산업현장에서 널리 사용되는 설계 프로그램인 AutoCAD에서 3차원 모델을 만들고, AutoCAD의 개발자 프로zi램인 VisualLISP을 이용하여 파일 자동변환 프로그램을 개발하여 RP 장비에 사용되는 STL파일을 생성한다. 이때 3차원 솔리드 모델의 진원도에 영향을 주는 시스템 변수인 형상 간격함수 값을 조절하여 외형은 같지만 진원도가 다른 모델을 각각 생성한다.
- 그래서 호출된 3D 요소의 좌표를 정렬해서 음의 좌표를 제거해주어야 한다. 그리고 상기한 데이터를 기준으로 본 연구에서 개발한 RP용 파일 변환 프로그램에서 형상 간격함수 값의 기본 설정을 2로 하였다.
- 1과 1부터 10까지 1간 격으로 주고, 3차원 솔리드 모델을 생성하였다. 그리고 이를 STL파일로 변환 후 RP 시스템으로 가공하여 시 작품을 만들고, 각각의 형상 간격함수값 변화에 따른 진원도를 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 기계요소자동설계 프로그램을 이용하여 3차원 솔리드 모델의 진원도를 결정하는 시스템 변수인 형상 간격함수를 0.1과 1부터 10까지 1간 격으로 주고, 3차원 솔리드 모델을 생성하였다. 그리고 이를 STL파일로 변환 후 RP 시스템으로 가공하여 시 작품을 만들고, 각각의 형상 간격함수값 변화에 따른 진원도를 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 실험에 사용된 진원도 측정기는 Mitsutoyo사의 진원도 측정기(Circular testor : ③)로 에어베어링 에 의 해 지지되는 원형 테이블이 회전하면서 진원도를 측정한다. 데이터의 검출은 2차원 프로브법을 사용하고, 진원도 데이터의 처리는 LSC (Least square center)법을 사용하여 컴퓨터 시스템(④)에 의해 출력한다.
- 그리고 프로파일의 찌그러짐은 RP장비 인 SLA 시스템에서 급속성형의 원료인 광경화 성수지가 강성이 없고, 경화과정에서 휨이나 비틀림이 발생하였기 때문으로 판단되어진다. 본 연구에서는 경화과정의 휨이나 비틀림을 줄이기 위하여 성형물의 크기를 최소화하고, 원통의 내경과 외경사이에 충분한 두께를 부 여하였다.
- 본 연구에서는 경화성수지에 레이저 광선을 주사하여 레이저 광선이 닿는 부분이 액체 상태에서 고체상대로 경화되는 원리를 이용한 SLA를 사용하였다. Fig.
- 성형된 H개의 모델의 진원도를 JIS B 6201의 진원도 시험사항 및 측정방법에 따라 진원도 측정기에서 측정하고, 11데이터를 분석하여 본 실험에 사용된 RP장비 의 최적 성형 조건을 찾는다.
- 3리고RP 장 비에서 시 작품을 급속성형한다. 이때 시 작품이 경화되는 과정에서 휨이나 굽힘이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위하여 모델의 크기를 최소화하고, 원통의 내경과 외 경 사이의 두께를 증가시켰다.
대상 데이터
- Fig. 6에 사용된 3차원 모델은 외부 직경이 20 mm, 내부 직경이 10 mm인 중 공축이고, 길이가 20 mm인 3D 요소이다.
- 1과 1부터 1씩 중가하는 값으로 설정하여 모델을 생성하였다. 따라서 11개의 모델을 가지고 실험한다. 3리고RP 장 비에서 시 작품을 급속성형한다.
- 본 실험에 사용된 시 작품 제작기계인 SLA- 250/50 시스템(3D systems사')을 Fig. 2에 나타내었다.
이론/모형
- 본 실험에 사용된 진원도 측정기는 Mitsutoyo사의 진원도 측정기(Circular testor : ③)로 에어베어링 에 의 해 지지되는 원형 테이블이 회전하면서 진원도를 측정한다. 데이터의 검출은 2차원 프로브법을 사용하고, 진원도 데이터의 처리는 LSC (Least square center)법을 사용하여 컴퓨터 시스템(④)에 의해 출력한다. 그리고 진원도 측정기의 사양을 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
- 1) 3차원 솔리드 모델이 가지는 형상 간격함수에 따라 STL파일의 형상정밀도에 영향을 미친다.
- 시 작품 제작 과정은 양산의 전 단계로서 설계를 검중하고, 가공 공정을 결정하는 중요한 과정이다.1)2) 그러나 설계의 초기 단계에서 그 형상 자체가 매우 다양하고 소량이므로 절삭가공이나 소성가공을 통한 시작품 제작은 비효율적이다. 특히 제품의 수명주기가 짧아짐에 따라 시작 품 제작기간도 단축되어야 하는 어려움이 있으며, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 RP(Rapid prototyping)가 새로이 부각되고 있다.
- 2) 진원도와 평균 진원도의 측정-비교를 통하여 최적성형 조건을 구하였으며, RP시스템의 성형 성능을 감안할 때 현상 간격함수값이 2일 때 최적성형 조건임을 알 수 있었다.
- 4) 복잡한 RP시작품 제작에서 형상 간격함수값이 2일 때 CAD상에서 구현한 모양과 거의 일치하였다.
- 이에 따라 본 실험에 사용된 RP 제품의 진원도와 평균 진원도를 분석하였을 때 형상 간격함수값이 2알 때 RP시스템에서 급속성형된 모델의 진원도와 평균 진원도 값이 가장 낮고, 형상이 진원에 가깝다는 것을 알 수 있다. 따라서 CAD시스템에서 모델링을 수행함에 있어서 형상 간격함수 값을 2로 하는 것이 시 작품의 진원도를 향상시키는 최적성형 조건임을 알 수 있다.
- 형상 간격함수값이 증가할수록 3차원 모델의 정밀도가 증가하는 것과 같이 이를 파일 변환한 경우도 동일한 현상을 나타냄을 확인할 수 있다. 그리고 형상 간격함수에 따른 선분의 수와 선분의 길이를 Table 2에 나타내 었다.
후속연구
- 하지만 진원도 그림에서 발생하는 이러한 찌그러짐은 성형재료 자체에 납(Pb)과 티타늄(Ti)같은 부재료를 혼합하여 강성을 부여하는 것과 같은 새로운 방법을 모색하여야 할 것으로 판단된다.
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