즐거운 금요일:3D 인쇄 서핑보드 지느러미

작가 메모:저는 Markforged에서 전기 엔지니어링 인턴으로 일하고 있으며 호주 여행을 앞두고 사무실 주변에서 테스트용 서핑보드 핀을 보고 Markforged Mark Two 프린터로 3D 인쇄된 서핑보드 핀을 만드는 데 관심을 갖게 되었습니다. 이 블로그 게시물은 맞춤형 핀의 설계 및 테스트에 대해 자세히 설명합니다. -로치 페리에

서프보드 핀 정보

서핑 보드에 항상 지느러미가 있는 것은 아닙니다. 1930년 이전에, 서퍼들은 극도로 볼록한 선체(보트 선체를 생각해 보십시오)를 사용하거나 물속에서 발을 끌 보드를 제어했습니다. . 회전하는 동안 보드가 미끄러지고 서핑하는 동안 기술적인 조각은 기본적으로 불가능했습니다. 핀의 발명은 요(yaw)를 안정화하고 롤을 감쇠하며 회전하는 동안 양력을 생성하는 새로운 핀으로 서핑의 르네상스를 가져왔습니다. 그들은 항공기 날개 또는 꼬리 부분과 유사한 방식으로 기능하며 일반적으로 익형 단면을 가지고 있습니다. 이것은 직사각형 단면을 갖는 것과 비교하여 최소한의 항력으로 최대 양력을 생성하는 데 도움이 됩니다.

티타늄 서핑보드 핀의 단면

대칭 비행기 날개 단면. 모양이 서핑보드 지느러미와 매우 유사합니다.

익형 단면은 고도로 최적화되어 있지만 대부분의 지느러미의 전체 모양은 명백한 비효율성을 가지고 있습니다. 클래식 돌고래 지느러미는 미학적으로 아름답지만 전반적으로 서핑보드의 양력 생성에는 불완전합니다. 실제로 모든 날개의 최적 모양은 타원입니다. 이는 날개의 양력이 타원형으로 분포되기 때문에 길고 마른 날개가 뒤로 젖혀진(돌고래) 지느러미보다 훨씬 우수한 스팬 효율 계수를 갖기 때문입니다. 더 높은 스팬 효율성은 단위 드래그당 더 많은 양력 또는 더 효율적인 핀을 의미합니다. 양력 유도 항력은 바닥 표면의 고압 영역에서 상단 표면의 저압으로 이동하는 흐름에 의해 발생합니다. 날개가 타원에 가까울수록 양력 분포가 더 최적화되고 주어진 양력에 대해 날개가 작아질 수 있습니다. 이 이론을 적용한 좋은 예는 급유 없이 지구를 일주한 것으로 유명한 비행기인 루탄 보이저(Rutan Voyager)입니다. 길고 좁은 날개는 다른 어떤 모양보다 훨씬 효율적이어서 중요한 연료를 절약할 수 있었습니다.

높은 양력 대 항력 비율을 위해 길고 좁은 날개를 사용하는 고효율 비행기 Rutan Voyager입니다.

대부분의 서핑보드 지느러미의 후퇴는 공기역학적 기술 모방의 문제인 것처럼 보일 수 있지만 전투기와 여객기의 후퇴 날개는 실제로 초음속 기류를 최적화하고 있습니다. 서핑 보드 지느러미는 초음속 흐름에 직면하지 않습니다. 모양에 대한 유일한 실제 설명은 과학적인 것보다 더 실용적입니다. 다시마 물에서는 휩쓸린 지느러미가 다시마에 빠질 가능성이 적기 때문입니다.

최적의 모양이 타원이라는 점을 감안할 때 서핑보드 핀의 앞부분과 뒷부분은 적당히 직선이어야 합니다. 이것은 이전에 잘 테스트된 아이디어입니다. 지느러미가 다시마 영역에서 사용되지 않는다면 이러한 직선 모서리는 문제가 되지 않습니다.

Winglet 추가

항력의 가장 큰 원인 중 하나는 지느러미 바닥에서 형성되는 소용돌이입니다. 바닥에 작은 날개를 추가하여 지느러미의 유체 흐름을 방지하고 유해한 소용돌이를 크게 줄입니다. 이 윙렛이 낯익은 것 같다면, 그것은 그들이 낯익기 때문입니다. 가장 최근에 많은 여객기가 이와 유사한 설계를 구현하여 항력 효율성을 획기적으로 높였습니다.

대형 여객기의 날개 끝 소용돌이를 보여주는 gif.

서핑보드 핀에 윙렛을 도입할 때 좋은 점은 제대로 하면 두 가지 기능을 수행할 수 있다는 것입니다. 항력을 줄이는 것 외에도 피치에서 약간의 추가 안정성을 제공할 수 있습니다. 이를 통해 라이더는 보드가 미끄러지거나 급강하하는 지점까지 트림에 영향을 미치지 않으면서 보드에서 더 넓은 범위의 위치에 발을 놓을 수 있습니다. 그들이 너무 앞으로 서 있으면 보드가 약간 기수를 아래로 내리고 윙렛이 카운터 다운포스를 생성하고 라이더가 너무 뒤로 물러나면 약간의 추가 리프트가 생성됩니다. 분명히 라이더가 올바른 위치에 서 있는 것이 여전히 이상적입니다. 수평 표면이 이러한 일이 발생할 때 추가 항력을 생성하기 때문입니다. 즉, 윙렛이 제공하는 회복력은 좋은 안전망입니다.

맞춤형 핀의 CAD, 상단의 블록은 보드에 장착하기 위한 것입니다.

3개의 테스트 핀 세트는 섬유 강화가 없는 순수한 오닉스로 인쇄되었습니다. 섬유를 사용하여 인쇄물을 더 강하게 만드는 것이 매력적이었지만 순수한 오닉스를 사용하면 주조 아크릴 핀의 유연성을 더 잘 모방할 수 있었습니다. 인쇄물은 최대 두께가 4mm에 불과하고 후미 가장자리 두께가 2층에 불과한 얇은 피처에 적합했습니다.

오닉스로 프린트된 하이드로다이나믹 서핑보드 핀.

그런 다음 지느러미를 상자에 포장하여 테스트를 위해 호주로 보냈습니다. 윙렛에 있는 두 겹의 두꺼운 피처는 여행하는 동안 잘 유지되었고 어떤 변형도 감지할 수 없었습니다. 비교를 위해 120mm 깊이 핀이 장착된 7피트 3인치 보드를 사용했습니다.

투명한 플라스틱 돌고래 모양의 지느러미가 있는 표준 설정.

표준 돌고래 모양 지느러미와 비교한 오닉스 지느러미.

서프 핀은 유리 섬유 복합 보드에 성형된 플라스틱 상자가 있는 육각 키 시스템을 사용하여 교체할 수 있습니다. 보드의 핀 상자 중 하나가 깨져 캠버에 영향을 미쳤습니다.

지느러미 키를 사용하여 지느러미를 변경합니다. 지느러미 상자는 지느러미 바닥에 있는 흑체입니다.

3D 인쇄된 서핑 보드 핀은 사양에 따라 꼭 맞게 장착되어 Mark Two 부품의 고품질 인쇄 해상도를 보여줍니다. 새 지느러미가 장착되었으므로 이제 서핑을 할 시간입니다!

오닉스 핀이 설치된 보드.

지느러미와 함께하는 서핑

지느러미는 약 3피트 서핑에서만 테스트되었으며, 이는 대부분의 표준에 비해 매우 작습니다. 나는 사용자 정의 핀 서핑을 시작했고 처음부터 파도를 멋지게 바꿀 수 있게 해주었습니다. 보드는 또한 표준 세트보다 피치에서 훨씬 더 안정적으로 느껴졌습니다. 나는 가장 경험 많은 서퍼가 아니므로 내 기술 평가가 구속력이 없습니다. 하지만 새 지느러미의 느낌은 정말 좋았습니다.

일부 피처의 두께가 2층에 불과했음에도 불구하고 지느러미는 거의 마모 없이 첫 번째 세션에서 살아남았습니다! 다만, 부착용 나사가 마운팅 플러그에 파인 자국이 있었습니다.

서핑 후에도 지느러미가 그대로 남아 있습니다.

핀 상단의 장착 나사에서 표시합니다.

두 번째 날 나는 금이 간 지느러미 상자에 있는 지느러미가 파도에 느슨하게 매달려 있는 것을 발견했고 자세히 조사한 결과 비틀림에 실패한 것으로 나타났습니다. 이 실패의 두 가지 가능한 원인이 있다고 생각합니다. 하나는 이전 웨이브에서 제거된 후 보드가 바닥에 충돌했고, 이로 인해 토크가 발생하여 리드 플러그가 뽑혔습니다. 두 번째는 나사를 충분히 조이지 않았다는 것인데, 금이 간 상자에 신경을 썼기 때문에 가능한 일이었고, 그냥 자연스럽게 빠졌습니다. 어느 쪽이든, 파도의 힘은 후연 플러그 주위에서 꽤 비틀어졌습니다. 첫 번째 순서로, 10km/h 파도는 동적 압력으로 인해 핀에 3kg의 힘을 가합니다. 이것은 루트 블록에 꽤 높은 힘을 가합니다. 부러진 지느러미는 일반적인 문제이므로 섬유 강화 지느러미를 사용하여 내구성의 차이를 확인하는 것이 흥미로울 것입니다. 강화 핀의 또 다른 흥미로운 특성은 강성을 조정할 수 있다는 것인데, 이는 서핑보드 핀의 일반적인 설계 매개변수입니다.

전반적으로 3D 프린팅된 서핑보드 핀의 성능이 매우 만족스러웠습니다. 이는 Onyx 프린팅의 강력함과 해상도에 대한 증거였습니다.

편집자 참고 사항:지느러미의 .stls도 첨부하여 다운로드하여 직접 사용해 볼 수 있습니다! 이와 같은 프로젝트 또는 다른 프로젝트에서 우리와 함께 일하는 데 관심이 있다면 [email protected]으로 이메일을 보내주세요!