플라스틱 제품에서 3D설계란?
플라스틱 제품을 만들기 위해서는 2D,3D설계도가 필요합니다. 설계도 제작 시 고려해야 하는 부분은 다양하게 있지만 그 중에 조립에 대한 정보를 전달 드리려 합니다. 조립과 관련된 작업 명칭은 기구 설계라고 칭하며, 기구 설계자들은 제품의 재료, 크기, 두께, 제품 결합을 위한 동작 파악, 공차… 등의 다양한 요소들을 철저하게 확인하고 설계를 완성하게 됩니다. 사실 기구 설계자뿐 아니라 제품의 개발 단계에서 계속 검토해가야 할 사항이기도 합니다.
1차적으로 제품 기획자가 고려를 하여 기획서를 만들게 되며, 그 다음 제품 디자이너가 제품의 2D, 3D로 표현하게 될 때 또 다시 위의 정보를 검토하게 됩니다. 제품 디자이너가 기구설계자에게 설계도를 넘겨 3D설계 작업의 완성이 됩니다. 3D설계 작업이 끝났다고 제품의 개발이 끝난 것은 아니며, 진행 과정 중의 일부라고 생각하시면 됩니다. 기구 설계를 진행하는 과정에서 이번 주제로서 자주 사용되는 결합 방식에 대해 설명 드리겠습니다.
1. 볼트(Bolt)/너트(Nut) 결합
볼트(Bolt/너트(Nut) 결합은 가장 일반적인 결합 방식입니다. 이 방식은 두 개 이상의 부품을 서로 결합시키기 위해 나사와 너트를 사용하는 것으로, 간단하면서도 견고한 연결을 제공합니다. 이 방식은 고정성이 뛰어나고 조립 및 해체가 쉽기 때문에 매우 인기가 있습니다. 첫번째 이미지는 관통 볼트이며, 결합하고자 하는 두 물체에 구멍을 뚫고 볼트를 관통시킨 다음 반대쪽에서 너트로 조이면 됩니다. 두번째 이미지는 탭 볼트이며, 물체의 한쪽에 암나사를 깎은 다음 나사를 넣어 조이면 됩니다. 너트는 사용하지 않습니다. 세번째 이미지는 스터드 볼트이며, 양 끝에 나사를 깎은 머리 없는 볼트로서, 한 끝은 본체에 넣고, 다른 끝에는 너트를 끼워서 조입니다. 참고로 현재 볼트 규격품으로는 M3, M4, M5, M6, M7, M8, M10, M12, M14, M16, M18, M20, M22, M24 …등 다양한 볼트의 규격이 있습니다. M25, M29볼트는 규격으로 나오지 않습니다. 사용하지 않는 것이 좋습니다.
2. 스냅핏(Snap-Fit) 결합
스냅핏(Snap-Fit) 조립 방식은 일종의 결속장치로 플라스틱 부품들을 서로 체결하는데 이용됩니다. 다른 볼트, 너트, 리벳… 등 다른 결합 방식보다 간편하며 생산품의 단순 밀어 넣는 행동을 발생하므로, 조립 단가를 줄일 수 있습니다. 스냅핏(Snap-Fit) 설계를 할 때 중요하게 생각해야 하는 부분은 재료의 물성(property), 구조적 강성(stiffness)을 염두해야 제품 생산을 진행해야 합니다. 쉽게 결합 분해할 수 있도록 만들어진 체결 기구이지만 형상, 치수 위치, 재료를 선택하고 공정에 관한 종합적인 지식을 가진 사출 전문가를 통해 진행하는 것이 필요합니다. 스냅핏((Snap-Fit) 결합의 단점으로는 플라스틱의 얇은 형태로서 힘을 많이 가하면 부러질 수 있고 정교한 설계를 진행하지 않을 시 결합이 되지 않을 수 있습니다. 스냅핏(Snap-Fit) 설계의 핵심은 형태에 따라 응력(stress)을 적절하게 위치하게 하여 파손을 줄이는 구조를 만드는 것도 중요합니다.
3. 리벳(rivet) 결합
리벳(rivet)은 머리가 둥글고 두툼한 버섯 모양의 굵은 못이며, 강판 또는 형강 등을 영구적으로 결합하는데 사용하는 연성 금속 핀입니다. 구조가 비교적 간단하고 잔류변형이 없기 때문에 응용 범위가 넓다. 리벳(rivet) 이음의 특징으로는 잔류 변형이 생기지 않으므로 취약 파괴가 없으며, 구조물 등에서 조립할 때에는 용접 이음보다 쉽습니다. 용접이 곤란한 재료들끼리 도 조립이 간편합니다. 리벳(rivet)의 종류는 크게 두가지로 솔리드생크 리벳(Solid-shank rivet)과 블라인드 리벳(Blind Rivet)으로 나눠서 볼 수 있습니다. 솔리드생크 리벳의 경우에는 일반적인 수리 작업용으로 볼 수 있으며, 세부 종류로는 유니버설, 납작머리, 브레지어, 둥근머리, 접시머리가 있습니다. 블라인드 리벳(Blind Rivet)은 솔리드생크 리벳을 사용하지 못할 때 사용하며, 인장력이 걸리는 곳, 진동과 소음이 유발되는 곳, 기밀을 필요로 하는 곳에는 사용하기에 부적절하기 때문에 유의해야 합니다.
기구설계에서 사용되는 3가지 결합 방식에 대해 알아보았습니다, 어떤 방식이 가장 적합한지는 설계하려는 기구의 목적, 크기, 형태 등에 따라 다릅니다. 따라서 기구설계시 결합방식을 선택할 때는 다양한 요인들을 고려하여 적합한 결합방식을 선택해야 합니다. 크렐로에서는 제품을 개발하기 위해 노력한 분들의 좋은 결과를 드리기 위한 시제품 및 양산 작업 서비스를 진행 중에 있답니다. 또 다른 알찬 정보로 뵙겠습니다. 이상 크렐로였습니다.
