MODULE M4 · 15.0 HOURS

3D 프린팅 및 부품 가공

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LEARNING OBJECTIVES

이번 모듈의 목표

  1. 탄소섬유 보강 PC 필라멘트(PC-CF)를 사용한 부품 제작 및 출력 설정 최적화 이해
  2. 열압입 인서트(Heat-set insert) 및 슬리브 베어링의 정밀 조립 공차 관리 습득
  3. 텐던 구동 메커니즘을 위한 Dyneema 라인 취급 및 캡스턴 설계 구조 이해
  4. 로봇 구조물의 치수 안정성과 강성 확보를 위한 가공 및 체결 기법 숙지

3D 프린팅 및 부품 가공 이론

탄소섬유 강화 엔지니어링 소재 (PC-CF)

PC(Polycarbonate)는 고강성과 내열성이 뛰어나며, 여기에 탄소섬유가 첨가된 PC-CF 필라멘트는 강성을 극대화하여 구조용 부품 제작에 적합합니다 [S19]. 다만, 탄소섬유의 마모성으로 인해 반드시 경화강 노즐을 사용하여야 하며 [S19], 285°C 내외의 고온 출력이 필요합니다 [S19].

정밀 조립을 위한 인서트 및 체결

플라스틱 출력물에 반복적인 조립·분해를 가능하게 하기 위해 열압입 나사산 인서트를 사용합니다 [S21]. M3 인서트의 경우 4.0mm 직경의 파일럿 홀을 CAD 설계 시 미리 배치하여 정확한 위치에 안착시켜야 합니다 [S21]. 또한, 무급유 폴리머 슬리브 베어링(iglide J)은 8mm 알루미늄 샤프트와 조립될 때 압입 후 내경이 최적의 유격을 갖도록 설계되어 있으며 [S17], 축 지름 8mm와의 공차 관리가 필수입니다 [S17, S18].

텐던 구동 구조

Dyneema SK78 섬유는 1.5mm 지름에서 230 daN의 높은 파단 하중과 1% 미만의 신율을 보여 [S16], 강철 케이블의 우수한 대체재입니다. 텐던은 회전축에서 굽힘이 반복되므로, 캡스턴 모서리를 라운딩 처리하여 마찰에 의한 단선을 방지하는 구조 설계가 중요합니다.

WORKED EXAMPLES

해설 예제

  1. 예제 1: PC-CF 필라멘트 노즐 선택 - 탄소섬유의 높은 마모도를 고려할 때, Brass(황동) 노즐은 빠르게 마모되어 출력 품질 저하와 노즐 막힘을 유발하므로 반드시 경화강(Hardened steel) 노즐을 선택해야 함을 확인 [S19].
  2. 예제 2: 인서트 홀 설계 - Accu HTBI-M3-BR 인서트의 외경이 4.4mm이나 공식 권장 구멍 지름은 4.0mm이므로 [S21], CAD 설계 시 구멍 직경을 4.0mm로 고정하여 열압입 시 플라스틱이 인서트 널링(knurling) 사이로 충분히 파고들도록 함 [S21].

LAB PROTOCOL

손가락 구조물 제작 및 조립 실습

  1. 1

    경화강 노즐을 장착한 FDM 3D 프린터로 탄소섬유 PC 필라멘트 출력 환경 설정 [S19].

  2. 2

    손가락 링크와 손바닥 프레임 출력 후 서포트 제거 및 표면 정리.

  3. 3

    4.0mm 파일럿 홀에 열압입 인서트를 핫툴로 수직 안착 [S21].

  4. 4

    IGUS 정밀 알루미늄 샤프트를 베어링 규격에 맞춰 절단 및 끝단 모따기 [S18].

  5. 5

    슬리브 베어링을 하우징에 압입 후 샤프트를 삽입하여 유격 확인 [S17].

  6. 6

    M3 캡스크루로 구조물 및 센서 브래킷 체결 [S20].

안전 점검
  • 고온의 노즐(285°C) 및 베드(110°C)에 의한 화상 주의 [S19].
  • 출력물 후가공 및 모따기 시 보안경 착용 필수.
  • 인서트 가열 시 연기 발생 가능성이 있으므로 환기 시설 가동.
  • 전원 인가 전 모든 기계적 체결 상태 확인.

실습 제출물

  • 제작된 5지 로봇손 구조물(링크, 손바닥).
  • 열압입 인서트 수직도 및 베어링 유격 측정 기록.
  • 최종 체결부 육안 검사 완료 보고서.

ASSIGNMENT

로봇손 제작 정밀도 검증

제출물

평가 기준

  • 열압입 인서트의 수직 안착 여부 (상/중/하)
  • 샤프트-베어링 조립 후 부드러운 회전 운동 여부 (합격/불합격)
  • BOM에 명시된 부품 정격 및 모델 규격 준수 여부 [B10, B11, B12, B13, B14]

KNOWLEDGE CHECK

이해도 점검

1PC-CF 필라멘트 사용 시 경화강 노즐을 사용해야 하는 주된 이유는?
2M3 열압입 인서트(Accu HTBI-M3-BR) 사용 시 권장되는 파일럿 홀 지름은?

FIELD CHECK

완료 기준

  • 모든 구조용 부품이 FDM 3D 프린터로 제작 완료됨 [B10]
  • 열압입 인서트가 모든 지정된 구멍에 정확히 안착됨 [B14]
  • 알루미늄 샤프트와 슬리브 베어링의 조립 유격이 기준치를 만족함 [B11, B12]
  • 체결 시 명시된 M3 규격의 캡스크루가 올바르게 사용됨 [B13]

MODULE SOURCES

이 모듈의 근거

  1. Prusament PC Blend Carbon Fiberprusa3d.com · technical_documentation
  2. M3 Heat-Fix Threaded Inserts HTBI-M3-BRaccu-components.com · datasheet
  3. iglide J JSM-0810-10 Sleeve Bearingigus.com · technical_documentation
  4. drylin R Metric Aluminum Precision Shaft AWMPigus.com · technical_documentation
  5. D-Pro 1.5 mmliros.com · technical_documentation
  6. Socket Head Cap Screws Technical Datain.misumi-ec.com · technical_documentation