기계 공학 관점, 2부: 속도, 비용 및 기능

Sep 04, 2023

Adam Smith, 수석 기계 엔지니어 | 2022년 8월 27일

이 기사는 "효율적인 통합 상용 제품 설계를 위한 기계 공학적 관점"이라는 제목의 6부작 시리즈 중 두 번째 기사입니다. 우리가 제품 디자인을 생각할 때, 제품에서 보고 경험한 것을 개발하는 데 즉각적으로 집중하는 것이 일반적입니다. UX 및 UI 디자인은 제품 성공에 매우 중요하지만 눈에 잘 띄지 않는 기계 엔지니어링 기능은 성공적인 상용화를 통해 혁신을 이끄는 원동력이 될 수 있습니다. Product Creation Studio의 수석 기계 엔지니어인 Adam Smith는 수십 년 동안 상용화를 위한 수십 개의 제품을 설계하고 계획한 경험을 갖고 있습니다. 이 시리즈에서 Smith는 기계 공학이 개발 전반에 걸쳐 모든 분야와 협력하여 제품 아이디어를 현실로 전환하는 데 어떻게 지원하는지에 대한 통찰력과 팁을 공유합니다.

프로토타입 빌드는 상용화를 위한 제품 개발에 있어 중요한 부분입니다. 불행하게도 일정, 비용 및 제조 가능성으로 인해 조기 구축과 빈번한 구축이 제한되거나 심지어 금지될 수 있습니다.

관련 항목: 기계 공학적 관점, 1부: 재료 비용, 기능 및 내구성

생산 제조 방법을 사용하기 전에 보다 성숙한 설계를 기다리면 비용이 많이 드는 설계 반복이 예산과 일정에 영향을 미칠 수 있습니다. 사용 가능한 신속한 제조 방법에 대한 지식과 창의적인 "프로토타입 제작을 위한 설계" 조정을 결합하면 더 일찍, 더 자주 제작할 수 있습니다. 고품질, 저비용, 사용하기 쉬운 자체 제조 도구의 출현으로 프로토타입을 직접 만드는 것이 가장 효율적인 방법이 될 수 있습니다.

이 기사에서는 프로토타입 방법을 사용하여 디자인을 제조하는 방법에 대해 창의적으로 생각하는 동시에 생산 제조를 위한 디자인을 검토하는 데 필요한 중요한 정보를 얻는 데 도움이 되는 예제와 팁을 공유합니다.

프로토타입 제작을 용이하게 하기 위해 어셈블리를 논리적인 하위 어셈블리로 분할하면 제조 제한 사항을 해결하는 데 도움이 되어 더 명확한 테스트 결과를 얻을 수 있습니다.

예를 들어, 휴대용 도구에는 일반적으로 원위 엔드 이펙터와 그 사이에 전송 메커니즘이 있는 근위 사용자 인터페이스가 있습니다. 티타늄이나 스테인리스 스틸로 3D 프린팅된 금속 부품을 사용하여 자체적으로 말단부를 제작하면 몇 주가 아닌 며칠 만에 메커니즘 분석이 가능합니다.

각각의 개별 메커니즘을 집중적으로 평가하면 더 쉽게 이해하고 반복할 수 있으며, 더 크고 복잡한 어셈블리에 결합하기 전에 해당 하위 어셈블리를 자체 기능에 맞게 최적화할 수 있습니다.

고층 빌딩이나 교량과 같은 매우 큰 조립품의 소규모 모델을 구축하는 것은 오랫동안 존재해 왔습니다. 매우 작은 어셈블리를 설계할 때 작은 생산 규모 부품의 특성을 모방하는 재료를 사용하여 대규모 프로토타입을 만들 수 있습니다.

소형 스테인리스 스틸 및 티타늄 부품은 10배에서 12배까지 확대할 수 있으며 PLA 또는 ABS 플라스틱으로 3D 프린팅할 수 있으며 실제 생산 금속 부품과 매우 유사하게 작동합니다. 이를 통해 매우 빠른 반복 설계가 가능해 실제 규모에 맞는 프로토타입 반복 횟수가 줄어듭니다.

사소한 스케일 조정도 매우 효과적일 수 있습니다. 쉽게 사용할 수 있는 가장 가까운(McMaster-Carr) 기성 재료에 맞게 설계의 샤프트 직경과 튜브 직경을 조정하면 생산 압출을 기다리지 않고도 조기에 메커니즘 개념 증명을 조립할 수 있습니다. 초기에 정확한 사양에 대해 약간 관대하면 프로토타입 제작 시간을 크게 단축할 수 있습니다.

직물을 고정하도록 설계된 맞춤형 304 스테인리스 스틸 패스너.

휴대용 장치 사용자 인터페이스 모형을 위한 손으로 깎은 폼 모델의 속도와 유연성을 따라잡는 것은 어렵지만, 3D 프린팅 플라스틱 부품은 한 모델에서 다음 모델로 사소한 반복/조정을 신속하게 구축할 수 있는 훌륭한 솔루션이 될 수 있습니다.

우리 대부분은 3D 프린팅의 가치를 이해하고 있으며, 놀랍도록 유용한 플라스틱 부품, 지그, 및 템플릿이 있지만 설계 및 엔지니어링 시각화를 개선하고 출시 시간을 단축하는 엔지니어의 데스크톱에 사용할 수 있는 몇 가지 추가 기술이 있습니다.