급속 조형법(Rapid Prototyping)

소개글

급속 조형법(Rapid Prototyping)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. RP(Rapid prototyping, 급속조형)의 정의

2.RP산업의 현황

3.시장성 (R P 응용사례)

본문내용

눈은 실제의 큰 모델을 지면에서 볼 경우 다르게 보일 수 있다는 것이다. 다음 몇 달 이내에 Javelin은 설계변경을 하기 위해 Maitreya의 두 번째 큰 모델을 만들려고 계획하고 있다. Javelin은 아마도 한 손가락이 약 30 피트 정도로 긴 500 피트 크기의 불상을 원래 크기로 만드는 것을 제안하였다.
자동차 분야
높은 치수 정밀도와 재질 특성 요구
조립등의 기구적 기능뿐만 아니라 응력 발생이나 유동해석, 소음, 진동 등을 저하시키기 위한 테스트피스로서 많이 이용되고 있다.
- 자동차 분야 적용사례 -
장난감 분야
장난감 산업이야말로 치열한 경쟁을 요구하며 급격하게 발달하는 현재의 시장의 모습을 가장 잘 반영하는 분야 중의 하나이며, 장난감의 수요가 급증하는 연말연시와 같은 시기에는 단지 몇 주 정도의 설계와 제작상의 지연만으로도 상품의 판매량 수천 개의 차이를 초래할 수 있다.
유명한 장난감 제작 회사의 하나인 Hasbro사의 책임자인 Steve Deak는 이제 RP 장비가 그들 회사의 모든 장난감 제작에 있어서 없어서는 안 되는 중요한 역활을 담당하고 있다고 주장한다.
그 한 예가 장난감 제품의 재질 시험이나 안전성 시험인데 장난감 모델을 일정한 높이에서 떨어뜨리거나 충격을 가했을 때 혹은 장난감 총에서 발사될 수 있는 플라스틱 총알과 같이 충분히 예견될 수 있는 상황에서 그 장난감이 어떠한 위해를 아동에게 끼칠 것인가에 대해서 또는 장난감이 파손된다면 그 파편들이 어떻게 아이들을 위험하게 만들 것인가에 대한 상황도 미리 예측해 볼 수 있는 것이다.
RP를 이용한 모래형 주형틀 제작
오늘날 RP는 rapid tooling 즉 신속시작기술이라 하여 단순히 모형 제작에만 이용되는 것은 아니고 제품 성형이나 주형에 필요한 형틀의 직접 제작에도 이용될 수 있다. 통상 정밀한 항공기 부품에 생산에 사용되는 모래 주형의 가격은 대략 $150,000 정도이며, 12년 전만해도 복잡한 형상의 주형틀을 제작하기 위해서는 약 6개월의 시간이 소비되었지만, RP 기술이 도입되기 시작한 지금은 이 기간이 2개월 반 정도로 단축되었다.
항공기 부품 산업이라는 것이 워낙 역사가 오래된 분야이기 때문에 CAD 소프트 웨어가 눈부시게 발달한 지금도 부품에 따라서는 외주용 부품 정보가 2차원 제도 도면인 경우도 있고 이를 RP로 구현하기 위해서는 PC에서 구현되는 Unigraphics 나 SolidWorks 와 같은 소프트웨어를 사용하여야 한다.
모래 주형틀을 제작하기 위해서는 때때로 수십 개의 core가 필요한데, 기존에는 숙련공의 도움을 받아 이들 core를 제작하였으나 현재는 이 작업을 FDM이 대신하고 있다. 즉, FDM으로 만든 모형을 이용하여 모래 주형의 주형틀을 모사하여 제작할 수 있게 된 것인데 이는 전체 부품 제작 공정의 50-60%를 담당하는 양이고, 간단한 형상들은 수작업과 NC 가공작업을 병행하고 있다.
사실 모래 주형틀이야 말로 RP기술을 도입함으로서 놀라운 생산성을 얻게 된 대표적인 분야이며, 기존의 숙련공이 한 주일을 걸려 깎아내던 모형을 이제는 정확도도 향상되었으면서 불과 몇 시간의 손쉬운 자동 작업으로 바꾸어 놓은 것이다.
SLA를 이용한 실험용 전자 IC칩용 clip의 제조
IC 칩을 실험용 전자회로 기판과 연결하기 위한 실험용 clip은 전자 공학자들에게 전자회로 기판에서의 IC 기기의 성능을 측정하고 연구하는 데에 있어서 매우 중요하게 쓰인다. 즉 IC 칩의 작은 lead 선을 실험용 기구가 부착될 제2의 전자회로 기판과 연결하기 위해 이를 중간에서 매개해 주는 clip 이 필요하게 되는데 지금까지는 이를 일일이 수작업에 의해 약 300 line 에 해당하는 wiring 작업을 행해주어야 했었기 때문에 시간과 비용이 많이 소모되었다.
이 작업을 RP가 대신 할 수는 없을까 하여 최근에 제기된 생각인데, 이 clip이 플라스틱을 비롯한 비전도체로 만들어 진다는 데에 있다. 바로 polymer resin 계통의 재료를 조형재료로 사용하는 SLA 장비를 이용하면 모형이 아닌 clip 그 자체를 직접 제조하게 되는 셈인 것이다.
- SLA를 이용하여 제조된 실험용 전자 IC 칩용 clip frame -
의상디자인분야
일반적인 RP 의 응용사례들은 치수정도를 중요한 구비조건으로 요구한다. 즉 적층크기, 공차, 그리고 정밀도등이 밀리미터 이내의 단위에서 결정되어야 한다. 의상디자인분야에서는 초점이 다른 곳에 맞추어 진다.
여기서는 의상이 특정한 모델에 얼마나 잘들어 맞는가라는 관점에서의 치수를 중요시한다. Cyberform 사에서는 현재 이러한 문제에 촛점을 맞춘 연구를 수행하고 있다.
기본 원리는 다음과 같다.
즉 3차원 레이져 측정기를 이용하여 사람의 몸의 외형을 측정하고 이를 의상디자인용 의상틀로 만드는 작업이 그것이다. 여기서 의상틀(dress form) 이란 양복재단사나 의상디자이너가 의복을 제작하기 위한 모형으로 이용하고 있는 3차원 인체모형을 말한다. 기존에는 종이재료를 써서 실제 사람의 치수를 손으로 일일이 측정해 가면서 제작해 왔는데 이는 기본적으로 인간의 몸이 모두 균일하지는 않다는 점에서 문제가 있게 된다. 따라서 신체의 한쪽만을 만들어 나머지부분을 대칭구조로 제작해야 하는 어려운 점이 있었다. 이제는 3차원 스캐너를 이용하여 17초 정도의 시간안에 인체의 형상정보를 얻어낼 수 있게 되고 (그림 5, 1월호 1페이지) 이 정보는 CAD 모델러로 넘겨져 머리나 팔과 같이 의상 틀 로서는 불필요한 부분들을 제거하고 이 3차원 밀링장비를 이용하여 폴리우레탄계열의 3차원 패턴(form pattern) 을 제작하게 되고 이로부터 다시 fiberglass 계열의 진공주형이 얻어진다. 이 진공주형을 이용하면 원하는 갯수의 의상틀이 용이하게 제작 된다. 이와 같은 공정에서 의상틀을 제작하는 비용은 약 $10,000 - $`12,000 로서 비싼 편이지만 유명한 미국 헐리우드 여배우 미셸 파이퍼가 영화 Batman 에서 보여주었던 고양이모양의 가죽슈트의 경우에서 보는 바와 같이 연예계 스타나 영화사에는 종종 주문이 들어온다고 한다.

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