서핑보드 핀 혁신: 3D 프린팅, 오닉스 소재, 성능 중심 설계

작가 노트: 저는 마크포지드 전기 엔지니어 인턴입니다. 호주 여행 전 사무실에서 테스트용 서핑보드 핀을 검토하다 마크포지드 마크 투(Mark Two) 프린터로 3D 프린팅 서핑보드 핀을 만들 영감을 얻었습니다. 이 글은 맞춤형 핀의 설계, 출력, 실전 테스트 과정을 다룹니다.

서핑보드 핀에 대하여

1930년대 이전 서핑보드는 심하게 볼록한 선체나 물속에서 발을 끄는 원시적 방법으로 방향을 제어했습니다. 핀의 추가는 요(yaw) 안정화, 롤(roll) 감쇠, 턴 중 양력 생성으로 서핑에 혁명을 일으켰습니다. 이는 항공기 날개나 꼬리날개와 유사한 기능입니다. 대부분의 핀은 에어포일 단면을 가지며, 단순 직사각형 형태보다 항력을 최소화하면서 양력을 극대화합니다.

티타늄 서핑보드 핀의 단면.

보시다시피 일반적인 서핑보드 핀 모양은 대칭형 비행기 날개와 놀랍도록 유사합니다.

에어포일 프로파일이 최적화되었음에도 많은 상용 핀은 여전히 고전적인 '돌고래' 형태를 고수합니다. 아름답지만 양력 면에선 이상적이지 않습니다. 공기역학 이론상 가장 효율적인 날개 형태는 타원형입니다. 양력이 타원형 패턴으로 분포하기 때문입니다. 길고 좁은 날개는 더 높은 스팬 효율을 제공해 더 적은 항력으로 더 많은 양력을 만듭니다. 무착륙 세계 일주 비행에 성공한 루탄 보이저(Rutan Voyager)가 초장거리 좁은 날개로 이 원리를 입증했습니다.

그럼 왜 대부분의 서핑보드 핀은 후퇴각(swept-back) 디자인일까요? 실전에서는 후퇴각이 핀이 켈프(해초)에 얽힐 확률을 줄여줍니다. 전투기나 여객기처럼 초음속 기류를 최적화할 필요가 없기 때문입니다.

윙렛 추가

핀 항력의 가장 큰 원인 중 하나는 하단 가장자리에서 형성되는 와류입니다. 핀 아래쪽에 작은 윙렛을 추가하면 이 와류를 억제해 항력 효율을 크게 개선할 수 있습니다. 최신 여객기들도 윙렛을 같은 효과로 활용합니다.

윙렛은 항력 감소와 추가 피치 안정성이라는 이중 역할을 합니다. 라이더가 발을 너무 앞쪽에 두면 보드가 노즈다운(pitch down) 되는데, 윙렛이 다운포스를 생성해 이를 상쇄합니다. 반대로 너무 뒤쪽에 서면 윙렛이 양력을 만들어 균형을 돕습니다. 올바른 발 위치는 여전히 필수지만, 윙렛은 귀중한 안전망 역할을 합니다.

커스텀 핀 CAD 렌더링; 상단 블록은 보드 장착용 마운트 포인트입니다.

테스트 세트는 순수 오닉스(Onyx)로 출력된 세 개의 핀으로 구성되었으며, 섬유 보강 없이 주조 아크릴 핀의 유연성을 모방했습니다. 최대 두께 4mm, 후행 가장자리 두 레이어 두께라는 가느다란 형상에도 출력은 견고했습니다. 윙렛의 두 레이어 두께도 배송과 테스트 중에 잘 버텼습니다.

오닉스로 출력된 유체역학적 서핑 핀.

핀들은 호주로 배송되어 실전 평가를 받았습니다. 저는 7피트 3인치 보드에 120mm 깊이 핀을 장착해 비교 테스트했습니다.

표준 투명 플라스틱 돌고래 형상 핀.

오닉스 핀과 표준 돌고래 핀 비교.

서핑 핀은 육각 렌치 시스템으로 교체 가능하며, 플라스틱 박스가 유리섬유 보드에 몰딩되어 있습니다. 제 보드의 박스 하나가 금가서 캠버에 영향을 주었습니다.

핀 키로 핀 교체 중; 검은 베이스가 핀 박스입니다.

3D 프린팅 핀은 사양에 딱 맞게 장착되어 마크 투 프린터의 높은 해상도를 입증했습니다. 새 핀을 장착하고 파도로 나섰습니다.

오닉스 핀 장착 보드.

핀으로 서핑하기

약 3피트(약 90cm) 파도에서 테스트했습니다. 대부분의 기준으론 작은 파도입니다. 첫 라이딩부터 핀은 깔끔한 턴을 가능하게 했고, 표준 세트보다 눈에 띄게 향상된 피치 안정성을 제공했습니다. 저는 숙련된 프로는 아니지만, 새 핀의 느낌은 매우 만족스러웠습니다.

첫 세션 후 핀은 일부 2레이어 두께 특징에도 불구하고 거의 손상되지 않았습니다. 마운트 나사가 핀의 장착 플러그에 닿은 부분에 미세한 자국이 생겼을 뿐입니다.

서핑 후 핀, 완전히 온전한 상태.

핀 상단 마운트 나사 자국.

이튿날, 금간 박스에 장착된 핀이 비틀림으로 파손되었습니다. 와이프아웃(wipe-out) 시 갑작스러운 토크와 나사 조임 불충분이 원인으로 추정됩니다. 대략 시속 10km 파도가 핀에 약 3kg 힘을 가해 장착 플러그에 상당한 하중이 걸립니다. 핀 파손은 흔한 일이지만, 섬유 강화 핀이라면 내구성 향상과 조절 가능한 강성 확보가 가능할 것입니다. 이는 서핑보드 핀의 핵심 설계 파라미터입니다.

전반적으로 3D 프린팅 오닉스 핀은 강도와 정밀성 모두에서 인상적인 성능을 보여주었습니다.

편집자 주: 이 핀들의 .stl 파일은 다운로드 가능합니다. 한번 시도해 보세요! 이런 프로젝트 협업에 관심이 있으시면 social@markforged.com로 연락주세요.