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Trek사의 칼라 복합 재료 시제품

자전거를 향한 열정을 지원하는 최첨단 시제품

“실제 제작 부품의 외관 느낌과 흡사하도록 시제품을 만드는 것이 중요합니다.”
— Mike Zeigle, Trek

완벽성 추구

컬러 모형은 주행자가 안장에 앉을 때 발생하는 압력을 표시합니다.

여러분의 자전거를 한 번 생각해 보십시오. 얼마나 많은 재료가 자전거에 들어가는지 알고 계십니까? 제작자들은 수많은 시행착오를 거치면서 견고한 금속 프레임, 탄탄한 고무 타이어, 부드러운 손잡이, 폭신한 좌석, 투명 또는 유색 렌즈 등 다양한 재료를 —최적의 조건으로 조합하여 빠르고 부드러운 주행감을 제공합니다.

Wisconsin, Waterloo의 Trek Bicycle 엔지니어와 디자이너들은 자전거의 주행감을 개선시키는 데 주력하고 있습니다. 그들이 자전거의 소재로 선택한 탄소 섬유(Carbon Fiber)는 매우 견고하고 가벼운 소재로서 프레임을 경량화시킬수 있으며, 이 탄소 섬유는 공기 저항을 최소화할 수 있는 장점이 있으므로 주로 항공기의 날개를 제작하는 데 사용되고 있습니다.

Trek사의 Objet500 Connex3은 한 번의 작업으로 고무재질 부품을 사용하여 내구성이 높은 디지털 ABS 체인 가드를 제작하였습니다.

Trek사의 엔지니어, 디자이너 및 기술자들은 항상 자전거를 생각하면서 자전거와 함께 생활하고 있습니다. 최첨단 3D 프린터는 주행 환경을 고려한 설계 변경과 수많은 테스트를 가능하게 했으며, 마침내 완벽한 주행감을 가지는 자전거를 제작할 수 있었습니다.

Trek사’의 제품 개발실에서는 최초로 PolyJet 기술을 접목한 컬러 복합 재료 3D 프린터인 Objet ®500 Connex3™을 사용했습니다. Objet 500 Connex3은 다양한 재료 선택과 기존보다 향상된 가동 시간을 통해 기존에 제작된 부품의 외관과 느낌이 똑같은 시제품을 제작할 수 있습니다. 또한 한 번의 작업으로 투명하거나 착색된 신축성 있는 부품들도 제작할 수 있습니다.

오버몰딩 손잡이의 CAD 모델

특히 Trek사의 엔지니어들이 가장 선호하는 내구성이 뛰어난 Digital ABS™로 제작한 모형에 부드러운 고무재질을 입힐 수 있는 기능을 개발했습니다. 대다수의 자전거 부품에 단단하고 부드러운 구성요소가 같이 존재하기 때문에 이와 같은 기능은 매우 중요합니다. Connex3을 사용하기 전에는 3D 프린팅 재료를 교환하여 별도의 작업으로 제작하고 결합해야 했습니다. 또는 기능이 떨어지는 것을 감안하고 단단한 부분을 내구성이 떨어지는 비합성 재료를 사용해 제작해야만 했습니다.

엔지니어링 기술자인 Guadalupe Ollarzabal에 따르면, 실험실을 떠난 시제품을 취급하는 설계자 또는 고객은 시제품이 3D 프린터로 제작되었다는 사실에 큰 의미를 두지 않습니다. 재료에 따라 시제품이 손상되기 쉽기 때문입니다. 이것이 바로 공장에서 최대한 디지털 ABS를 사용하는 이유입니다.

복합 재료로 제작한 3D 손잡이를 자전거에 장착 후 시험해 보는 Trek사의 공학 기술자 Patrick Zeigle

“전자장비를 개발하는 엔지니어들은 얇은 막으로 이루어져 있는 초소형 시제품을 제작하기도 합니다. 경량의 픽스처 및 USB 홀더 제작을 위해 3D 프린터를 사용하는 직원도 있습니다.”라고 Ollarzabal은 말했습니다. “이제 디지털 ABS와 고무재질로 이루어진 한 부품을 이용해 제품이 가진 성능을 테스트할 수 있게 되었습니다. 현재 시중에 나와 있는 부품과 거의 흡사한 시제품이 여기에 있습니다.” 자전거 손잡이 및 체인 가드와 같은 부속품은 Trek사의 가혹한 조건의 주행 테스트에 적합한지 알아보기 위해 실제 제품과 최대한 똑같이 제작되어야 합니다.’

“시제품이 실제 부품의 외관과 느낌이 같다는 것은 중요합니다.”라고 Trek의 시제품 개발팀 책임자인 Mike Zeigle는 말합니다. 단 신제품을 테스트하는 목적이 아니라 새로운 아이디어를 전달하기 위한 목적으로 3D 모델을 제작하는 경우는 예외입니다. 예를 들면 최근 무역 박람회에 등장한 사람의 각기 다른 골반에 맞춘 자전거 안장 모형이 이런 역할을 했습니다.

의견 교환을 위한 시제품의 경우 컬러 3D 제품은 손쉽게 진행할 수 있습니다. Ollarzabal’ 소속 팀은 유한 요소 분석을 통해 주행자가 자전거에 탑승했을 때의 하중 분포를 3D로 표시하였습니다. “대부분의 사람들은 자전거의 좌석 전면을 이용해 앉는다고 생각하지만 다른 곳에 비해 하중을 많이 받는 부위가 있습니다.’ 이 하중 분포도를 통해 설계자는 고밀도 발포 고무의 위치를 결정할 수 있습니다.”라고 말했습니다. Trek사는 아주 작은 부분일지라도 끊임없는 노력을 통해 지속적으로 주행감을 개선하고 있습니다.

“Trek사에서 최고의 자전거를 만들려면 최고의 도구가 필요합니다. 또한 Connex3는 최고의 자전거를 만들 수 있는 최고의 도구입니다.”라고 Zeigle씨는 말합니다.

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