퓨전 360으로 생성 설계 3D 프린팅 고정구 이용해 부품 가공하기

제 "가공 방법(How To Machine)" 게시물에 이어, 오늘은 약간 다른 공정인 생성 설계(Generative Design)로 3D 프린팅된 고정구를 사용해 부품을 가공하는 방법을 설명하겠습니다. 가공을 위해 부품을 고정하는 최적의 방법을 찾는 것은 공정에서 가장 까다로운 측면 중 하나일 수 있습니다. 퓨전 360 내 생성 설계 사용으로 이를 훨씬 쉽게 만들 수 있습니다. 생성 설계를 아직 모르시는 분들(정말 놓치고 계십니다, 더 알아보려면 이 링크를 따르세요!)을 위해 설명하면, 장애물 지오메트리와 보존 지오메트리를 설정해 소프트웨어가 부품을 설계하게 하는 방식입니다. 사용자가 적용할 수 있는 제조 제약 조건 중 하나는 3D 프린팅 가능한 결과만 허용하는 것입니다. 이 경우, 기존 기술보다 고정구 설계와 제조가 훨씬 빨라졌습니다. 가공 영상을 보고 싶다면 이 링크를 따르세요.

 

 

생성 설계 고정구

 

먼저 부품을 고정할 고정구 설계를 만들었습니다. 생성 설계 워크스페이스를 사용했습니다. 장애물 지오메트리(소재가 생성되지 않을 영역)를 설정해 아래에서 볼트로 부품을 고정구에 부착할 수 있게 했습니다. 마찬가지로 고정구가 랭 플레이트(Lang plate)에 부착될 수 있도록 장애물 지오메트리를 만들었습니다. 이는 고정구가 기계에서 정확히 위치하도록 단 하나의 너트만 조이면 되게 했습니다. 보존 지오메트리(소재가 생성될 영역)는 고정구가 부품에 부착될 구멍 주변으로 설정했습니다. 이는 이 구멍들이 효과적으로 작동할 수 있도록 충분한 소재로 생성되게 하기 위함이었습니다. 그런 다음 가공 공정 중 고정구가 견뎌야 할 필요한 하중을 적용했습니다(이 값들은 이전 오토데스크 프로젝트에서 가져왔습니다).

 

 

생성 고정구 결과

 

생성 설계는 지정된 하중을 견딜 수 있는 여러 결과를 생성합니다. 이를 통해 내 필요에 가장 적합한 것을 선택할 수 있었습니다. 신속한 프로토타이핑을 위해 고정구를 3D 프린팅하고 싶었습니다. 따라서 더 가벼운 질량을 가진 것을 선택해 프린팅이 더 쉽고 저렴하게 만들었습니다. 퓨전 360이 더 가볍지만 요구사항을 충족하는 설계를 제공했음을 확신할 수 있었습니다. 아래 이미지는 제가 선택한 고정구를 보여줍니다. 버밍엄 기술 센터의 스트라타시스 포터스 380mc(Stratasys Fortus 380mc)에서 프린팅했습니다. 소재는 ASA(아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트) 폴리머를 선택했으며, 각 레이어 높이는 0.33mm였습니다. 전체 프린팅 시간은 고정구당 약 7시간이었습니다. 기존 제조 방식으로 고정구를 제작하는 데 걸리는 시간을 고려하면 전혀 나쁘지 않습니다!

 

 

설정(Setups)

 

생성 설계 고정구 사용의 또 다른 이점은 여러 3+2 작업을 프로그래밍했음에도 대부분의 가공을 한 번의 설정으로 할 수 있었다는 것입니다. 하지만 알루미늄 블록 한쪽에 구멍을 뚫어 고정구에 부착해야 했습니다. 이를 위해 랭 바이스(Lang vice)를 사용했습니다. 이 도구는 단 3mm 클램핑으로 소재를 고정하고 5미크론 공차 내에서 다시 배치할 수 있게 합니다. 이는 공정을 극도로 신뢰할 수 있고 반복 가능하게 만듭니다. 두 번째 설정에서는 생성 설계 고정구를 사용해 나머지 툴패스를 이 고정 메커니즘만으로 실행했습니다.

 

황삭(Roughing)

 

대부분의 소재를 제거하기 위해 3D 적응형 클리어링(Adaptive Clearing) 전략을 사용했습니다. 이는 12mm 엔드밀의 전체 절삭 길이를 사용하면서 일정한 공구 부하와 결합 각도를 유지할 수 있게 했습니다. 이는 기존 황삭보다 공구 수명에 훨씬 좋고 소재를 훨씬 빠르게 제거합니다. 언급할 가치가 있는 또 다른 측면은 모델의 특정 영역에 공구가 진입하지 않게 하기 위해 패치(patches)를 생성해야 했다는 점입니다. 이는 통합 CAD/CAM 시스템의 주요 이점입니다. 프로그래밍을 단순화하기 위해 빠르게 추가할 수 있었기 때문입니다. 아래 이미지에서 이 패치들이 사용되는 것을 볼 수 있습니다.

 

 

정삭(Finishing)

 

부품에 다양한 피처가 있어 여러 전략으로 정삭했습니다. 세부 정삭이 필요한 주요 영역 중 하나는 부품의 "발(feet)"이었습니다. 이에 8mm 볼 노즈와 0.1mm 스텝오버로 패럴렐(Parallel) 툴패스를 사용했습니다. 수동 연마 없이 훌륭한 표면 마감을 얻었습니다.

 

 

A와 F 심볼에는 3mm 볼 노즈로 스칼롭(Scallop)을 사용했습니다. 이 피처들이 부품 측면에 있었지만, 공구 방향(Tool Orientation) 옵션으로 쉽게 프로그래밍할 수 있었습니다. 이 옵션은 퓨전 360에서 3+2 툴패스를 매우 쉽게 만듭니다. 공구 방향 체크박스만 활성화하고 CAD에서 Z축을 직접 선택하면 준비 끝입니다. 우리가 가공한 하스 VF2(Haas VF2)에는 트러니언이 있어 이 및 기타 3+2 작업을 매우 간단하게 수행할 수 있었습니다. 공구 방향에 대해 더 알고 싶다면 이 게시물을 읽어보세요.

 

 

결론

 

이 부품의 전체 가공 시간은 약 2시간이었지만, 사내에서 빠르게 프린팅할 수 있는 생성 설계 고정구 사용으로 기존 방식보다 훨씬 긴 공정이 단축되었습니다. 퓨전 360 통합 CAD/CAM으로 생성, 설계, 제조 워크스페이스를 각 단계에서 쉽게 전환할 수 있어 전체 설계 및 제조 워크플로가 빠르고 원활했습니다. 시도해보고 싶지만 아직 소프트웨어를 써보지 않았다면 이 링크에서 무료 체험판을 다운로드할 수 있습니다.