3D 프린팅 구면 플렉서 조인트: 종합 안내서
구면 플렉서 조인트는 3D 프린팅 및 기계 설계에서 흥미로운 도약을 나타냅니다. 단일 통합 부품으로 복잡한 다축 움직임을 생성하는 방법을 제공합니다. 적층 제조의 최첨단을 탐구하는 것을 즐기는 사람으로서, 이러한 유연한 메커니즘은 전통적인 조립 및 기능 개념에 도전하기 때문에 특히 흥미롭습니다. 무엇이 그렇게 특별하고 어떻게 직접 인쇄할 수 있는지 자세히 살펴보겠습니다.
출처: 이 일러스트는 구면 플렉서 조인트의 기본 설계를 강조하며, 단일 통합 구조에서 다축 회전을 제공하는 능력을 보여줍니다.
빠른 요약
구면 플렉서 조인트에 대한 빠른 개요와 다룰 내용을 소개합니다:
- 구면 플렉서 조인트란 무엇인가: 볼 조인트와 유사하게 고정된 지점을 중심으로 회전을 허용하는 기계 부품이지만, 재료 변형을 통해 움직임을 얻습니다.
- 주요 장점: 단일 기능 부품(Print-in-Place)으로 3D 프린팅할 수 있어 조립이 필요 없습니다.
- 설계 기반: 종종 사면체 요소를 활용합니다.
- 주요 모델: "Tetra 1" (서포트 불필요) 및 "Tetra 2" (FDM 친화적).
- 권장 인쇄 설정 ("Tetra 1"): PETG, 0.20mm 레이어 높이, 15% 채우기, 서포트 없음.
- 향상된 설계: "Compliant Mechanism Spherical Flexure Joint | V2"는 안정성을 개선했습니다.
- 장착: 수평 및 수직 통합용 베이스 제공, 종종 M5 히트셋 인서트용으로 설계됨.
- 응용 프로그램: 조이스틱, 안정화 포인터, 짐벌 및 맞춤형 서스펜션 시스템.
구면 플렉서 조인트 이해하기
구면 플렉서 조인트는 기존 볼 조인트처럼 공간의 고정 지점을 중심으로 회전을 가능하게 하는 혁신적인 기계 부품입니다. 그러나 메커니즘은 근본적으로 다릅니다. 여러 조립 부품에 의존하는 대신, 이러한 조인트는 재료의 탄성 변형을 통해 움직임을 얻습니다. 이러한 특성으로 인해 'Print-in-Place' 메커니즘으로 생산될 수 있어 단일 인쇄 작업에서 완전히 기능적으로 완성되는 3D 프린팅에 완벽한 후보입니다.
이러한 조인트의 설계에는 종종 독특한 회전 기능에 중요한 역할을 하는 사면체 배열 요소가 포함됩니다. 이 분야의 선구자에는 델프트 공과대학교의 Jelle Rommers 와 Just L. Herder 와 같은 연구원들이 있습니다. Volkert van der Wijk, 박사, 네덜란드 델프트 공과대학교에서 이들의 개발에 크게 기여했습니다.
출처: delta.tudelft.nl
델프트 대학교의 연구원인 Volkert van der Wijk는 구면 플렉서 조인트 개발의 핵심 인물로, 이러한 조인트의 고유한 특성을 혁신적인 유연 메커니즘에 활용합니다.
'Tetra 1' 및 'Tetra 2' 모델 인쇄하기
다양한 설계 중에서 'Tetra 1'은 서포트 구조가 필요 없이 3D 프린팅할 수 있기 때문에 특히 주목할 만한 구면 플렉서 조인트 모델입니다. 이 설계는 Thingiverse에서 제공되는 Jelle Rommers (Thing:4841850)의 원래 모델을 리믹스한 것입니다.
'Tetra 1' 권장 인쇄 설정
'Tetra 1' 모델을 인쇄할 때 최상의 결과를 얻으려면 다음 설정을 고려하십시오.
- 재료: PETG는 유연성과 내구성이 뛰어나 매우 권장됩니다.
- 레이어 높이: 세부 정보와 인쇄 시간의 좋은 균형을 위해 0.20mm를 사용하십시오.
- 채우기 밀도: 15% 채우이면 일반적으로 충분합니다.
- 서포트 구조: 영리한 설계 덕분에 필요하지 않습니다.
- 방향: 항상 모델의 표준 인쇄 방향을 유지하십시오.
베드 접착 보장
성공적인 인쇄를 위해서는 적절한 베드 접착이 중요합니다. 다음은 몇 가지 팁입니다.
- 인쇄 베드에 접착 스틱을 바르십시오.
- 프린터에 있는 경우 보조 팬과 배기 팬을 비활성화하십시오 (특히 H2D/S 프린터의 경우).
- 인쇄 베드 온도를 약간 높이십시오.
일부 사용자는 0.2mm 레이어 높이 및 15% 채우기 외에 두 개의 벽선으로도 성공을 거두었습니다. 'Tetra 1'이 제대로 맞지 않으면, 'Tetra 2'는 FDM 프린터에 특히 적합한 또 다른 훌륭한 모델입니다.
출처: makerworld.com
이곳에 표시된 Tetra 1 구면 플렉서 조인트는 서포트 없이 인쇄되는 효율적인 설계를 제공하여, 유연 메커니즘의 기하학적 우아함을 보여줍니다.
향상된 설계 및 장착 옵션
구면 플렉서 조인트 분야는 지속적으로 발전하고 있습니다. 새로운 설계는 향상된 성능과 기능을 제공합니다. 예를 들어, "Compliant Mechanism Spherical Flexure Joint | V2" "는 핀 두께 증가와 안정성 향상을 위한 핀 엔드 캡을 자랑하는 발전입니다. 이 V2 모델은 Bambu Lab 프린터와도 호환되며 서포트 없이 성공적으로 인쇄됩니다.
베이스와 통합
이러한 플렉서 조인트를 더 큰 프로젝트에 통합하려면 마운팅 베이스가 필요할 것입니다. "Tetra 1" 구면 플렉서 조인트용으로 설계된 베이스는 수평 및 수직 방향 모두에 사용할 수 있습니다.수평 및 수직 방향. 이러한 베이스는 일반적으로 PETG 또는 대부분의 다른 필라멘트 유형으로 잘 인쇄되며, 0.2mm 레이어 높이와 최소 4개의 벽선을 사용합니다.
나사 연결
일부 수평 베이스에는 3D로 인쇄된 M5 나사산이 포함되어 있습니다. 그러나 이는 일반적으로 수평 구멍용 기능 나사산을 직접 인쇄하는 것보다 M5 히트셋 인서트에 최적화되어 있습니다. 선호하는 경우, 간단한 구멍이있는 버전을 사용하고 M5 나사로 직접 나사산을 탭할 수 있습니다. M5x10 및 M5x8 나사는 일반적으로 이러한 응용 프로그램에 충분한 나사산 결합을 제공합니다.
구면 플렉서 조인트의 실제 응용
구면 플렉서 조인트의 다용성은 다양한 분야에 걸쳐 혁신적인 솔루션을 제공하며 수많은 실용적인 응용 분야의 문을 열어줍니다. 정밀하고 강력한 모션 시스템을 만드는 데 탁월합니다.
조이스틱 및 입력 장치
한 가지 매력적인 응용 분야는 조이스틱 설계입니다. 구면 플렉서 조인트 한 쌍을 사용하는 3D 프린팅 조이스틱을 상상해 보세요. HMC5883 3축 자력계를 통합하여 초점 지점의 작은 자석의 회전을 감지하면, Arduino는 이 데이터를 처리할 수 있습니다. 이를 통해 장치는 PC 조이스틱으로 작동할 수 있으며, Solidworks와 같은 소프트웨어를 높은 정밀도로 제어하는 데 적합합니다.
출처: etsy.com
이 3D 프린팅 조이스틱은 구면 플렉서 조인트를 사용하여 이러한 메커니즘이 다양한 소프트웨어 응용 프로그램을 위한 정밀하고 강력한 입력 장치를 만들 수 있음을 보여줍니다.
조이스틱 이상
입력 장치 외에도 구면 플렉서 조인트는 유연하지만 제어된 움직임이 필요한 모든 항목에 유용합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 안정화된 포인터: 조인트가 일정한 방향을 유지하는 데 도움이 되는 곳.
- 시연 모델: 유연 메커니즘의 원리를 보여주는 데 이상적입니다.
- 짐벌 설계: 다축 회전을 허용하는 능력으로 카메라 짐벌에 적합합니다.
- 서스펜션 및 충격 흡수 시스템: 벽 두께를 변경하여 강성을 사용자 정의할 수 있습니다.
- 참신한 품목: 닭 머리가 달린 펜 홀더조차도 독특한 움직임의 혜택을 볼 수 있습니다!
이 모든 응용 프로그램에 대한 중요한 설계 원리는 포함된 모든 힌지의 축이 단일 공통 지점에서 만나야 한다는 것입니다. 이러한 모델 중 다수는 "Printables.com "와 같은 플랫폼에서 찾을 수 있습니다. MakerWorld, "와 같은 혁신적인 디자인과Crescent Flexure" "는 구면 플렉서 조인트의 개념을 완전히 재설계했습니다.
자주 묻는 질문
전통적인 볼 조인트에 비해 구면 플렉서 조인트의 주요 장점은 무엇입니까?
구면 플렉서 조인트는 몇 가지 이점을 제공합니다. 단일의 완전한 기능 부품(Print-in-Place)으로 3D 프린팅할 수 있어 조립이 필요 없습니다. 또한 마찰이나 백래시가 없으며 특정 강성 요구 사항에 맞게 다양한 재료로 만들 수 있습니다.
이러한 조인트를 모든 3D 프린터로 인쇄할 수 있습니까?
대부분의 FDM 프린터는 이러한 설계를 처리할 수 있지만, 특히 'Tetra 1' 및 'Tetra 2'와 같은 모델의 경우 잘 보정된 기계와 권장 인쇄 설정을 주의 깊게 준수하여 최적의 결과를 얻을 수 있습니다. V2와 같은 일부 고급 모델은 Bambu Lab과 같은 프린터에 대해 특별히 최적화되었습니다.
구면 플렉서 조인트 인쇄에 가장 적합한 재료는 무엇입니까?
PETG는 유연성, 강도 및 인쇄 가능성의 균형으로 인해 매우 권장됩니다. 다른 유연한 필라멘트도 작동할 수 있지만, PETG는 유연한 특성으로 인해 좋은 출발점입니다.
구면 플렉서 조인트 사용에 제한 사항이 있습니까?
주요 제한 사항은 재료가 소성 변형 또는 파손을 경험하기 전에 달성할 수있는 각도 편향의 양입니다. 이는 재료 특성, 설계 기하학 및 벽 두께에 따라 달라집니다. 전통적인 베어링과 같이 지속적인 고각 회전이 필요한 응용 프로그램을에는 적합하지 않습니다.
결론
구면 플렉서 조인트는 3D 프린팅 및 기계 설계 모두에서 상당한 발전을 나타냅니다. 단일의 조립되지 않은 프린트에서 복잡한 다축 움직임을 전달하는 능력은 제조 단순성 및 기능 통합에서 상당한 이점을 제공합니다. 이 분야의 지속적인 연구 개발은 디자인 파일과 자세한 인쇄 지침의 가용성 증가와 결합되어, 이러한 혁신적인 유연 메커니즘이 미래에 정밀하고 유연한 부품의 설계 및 구성에 접근하는 방식을 계속 재편할 준비가 되었음을 의미합니다.