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교육용 활용 사례

3D 프린팅은 실무 학습과 밝은 미래를 의미합니다.

실험실과 교실에서 3D 프린팅을 사용함으로써 오늘날의 연구자와 미래의 과학자, 엔지니어, 설계자는 세계적인 과제를 해결해 나가고 있습니다.

Objet Connex350 3D 프린팅 시스템을 통해 생체 로봇/생체 기계 연구소에서 실물 테스트 가능

Objet 3D 모델로 CAD 한계 극복

BRML은 설계자가 CAD 툴과 소프트웨어 결과에 지나치게 의존한다는 생각에 운동학 및 메커니즘 설계에 관심을 갖게 되었습니다. BRML은 연구 대상이 되는 문제와 공정에 대해 의미 있는 질문을 던지고 근본적인 해답을 찾는 데 주력합니다. Wolf 박사와 그의 팀은 동작 및 메커니즘 설계에서의 신체 분석 및 합성술의 깊이와 정교함에 매료되어 3D 모델 같은 운동학 도구를 사용하여 해당 동작 모드를 연구합니다.

BRML은 초잉여(hyperredundant) 메커니즘을 위한 기계적 구조, 제어 전략 및 동작 계획을 개발합니다. 잉여 로봇은 단순 제약(예: 팔꿈치를 드는 구성 및 대리는 구성)을 극복하고 목표 위치에 도달할 수 있도록 필요한 것보다 최소 1 이상의 자유도(DOF)를 갖고 있습니다. 초잉여 로봇은 DOF가 필요한 수준보다 훨씬 많기 때문에, 매우 복잡한 용적 등으로 인한 추가적인 제약도 극복하면서 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. BRML은 Objet의 Connex350 3D 프린터로 내구적이고 완전히 작동 가능한 모델을 제작하여 이 같은 복잡한 메커니즘의 운동학, 설계 기준 및 제어 전략을 탐구합니다. 또한 고정된 베이스(예: 엘리펀트 트렁크)에 실장하거나 제약이 없는(예: 스네이크 로봇) 초잉여 로봇에 대해 집중 연구하고 있습니다.

이 연구소에서는 과학과 사회에 영향을 주고 직접 공헌할 수 있는 분야의 운동학 및 로봇 공학을 중점적으로 연구합니다. 예를 들어, 의료 기기와 로봇 분야에서는 새로운 의료 절차 실행을 가능하게 하고 수색/구조 로봇 분야에서는 생존자 탐지 성능과 속도를 높이는 동시에 수색/구조 인력의 부상 위험을 낮춥니다. 이러한 응용 분야를 비롯한 다양한 분야에 대해 BRML은 Objet의 Connex350 3D 프린터를 사용하여 원하는 고품질의 작동 로봇 모델을 제작합니다.

Connex350 복합 재료 3D 프린터, BRML의 까다로운 요구 사항 충족

첨단 복합 재료 Connex350 3D 프린터는 현재 기계 공학부에서 여러 가지 연구 분야의 활용 가능성에 대해 평가를 받고 있습니다. 소속 학부 연구자뿐만 아니라 Technion의 다른 학부 연구자도 이 프린터를 사용하고 있습니다. 이 밖에 의료 로봇 공학, 생체 로봇 공학, 생체 기계 공학 및 항공 우주 등에서도 이미 사용되고 있습니다. Connex350은 또한 다양한 학생 프로젝트와 광범위한 학습을 위한 도구로도 사용됩니다.

BRML은 전 세계의 3D 프린팅 기술을 포괄적으로 조사한 후, Objets Connex350 3D 프린터가 다양한 연구 분야에 가장 적합하다고 판단했습니다. 이 프린터의 뛰어난 레이어 해상도 및 매끄러운 표면이 주된 이유였습니다. 단일 빌드 공정에서 이러한 특성과 인장력, 유연성, 충격 강도 같은 광범위한 기계적 특성이 결합하면 프린팅 재료의 강도가 몰라보게 향상됩니다. 이러한 추가적 강도를 통해 BRML은 실제 물리 테스트와 기능적 용도로 사용할 수 있는 내구성을 갖춘 부품을 제작할 수 있었습니다.

Connect350 시스템 덕분에 BRML은 설계 및 구조 요구 사항의 대부분을 충족하는 복잡한 구조물을 단일 빌드 공정으로 프린팅할 수 있었습니다. 예를 들어, 이 연구소는 보호 코팅이 들어간 단단한 케이싱을 생산해야 했습니다. FullCure720 재료로 케이싱을 만든 후 고무 유사 연질 재료인 TangoPlus로 코팅을 적용하여 충격 흡수, 내충격성 및 필요한 동적마찰계수를 확보할 수 있었습니다(그림 1). 이 팀의 포괄적인 조사에 따르면, 단일 빌드에서 물리적 특성을 조합할 수 있는 3D 프린팅 시스템은 Connex350가 유일합니다.

Objet 기술로 연구 방법 개선

Oded Salomon 생체 로봇 연구 엔지니어에 따르면, “1년 전과 비교하여 연구 방식이 크게 업그레이드되었습니다. Objet Connex350 시스템 덕분에, 실제 물리 테스트를 위한 기능성 모델을 단 며칠 내에 만들 수 있게 되었습니다. 이제 가장 짧은 시간에 가장 낮은 비용으로 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.”라고 합니다.

현재 BRML은 작동 부품을 생산할 수 있습니다. 기존의 기계식 공정을 사용하던 과거에는 더 오랜 시간이 걸렸습니다. Objet 기술로 제조 설계를 하는 과정은 기존 CNC와는 완전히 다릅니다. 다른 기술로는 제조가 불가능한 복잡한 오버몰딩 모델도 가능하기 때문입니다. Oded Salomon은 “CAD 디자인도 좋지만 실물로 제공되는 Connex350 기능성 모델에는 비교할 수 없습니다.”라고 설명합니다.

현재 BRML은 설계에 대한 더욱 복잡한 구조 고려 사항을 포함할 수 있습니다. 모두 Objet의 “경이로운 매트릭스 기술” 덕분입니다.

시간과 비용을 절감하면서 더 나은 결과를 얻다!

Objet 기술은 BRML이 최종 제품을 얻기까지 걸리는 시간을 단축합니다. 즉, 로봇 연구에서 훨씬 짧은 기간에 더 많은 콘셉트를 확인하고 비교할 수 있습니다. 이로써 향상된 모델을 더 빨리 제작할 수 있으며 결과적으로 비용이 절감됩니다. 이제 BRML은 선택한 모델 설계를 보다 짧은 시간에 세부적으로 조정하여 전체적인 성과를 높일 수 있습니다.

BRML은 Connex350 사용을 통해 설계 라운드 초기에 오류를 파악할 수 있으므로 경추 부위가 많은 스네이크 로봇 설계 시 유용합니다. 설계 상의 모든 오류를 파악하는 것은 매우 중요합니다. 오류를 일찍 발견할수록 전체 공정에서 많은 비용을 절약할 수 있기 때문입니다. 또한, 특별한 인프라를 필요로 하지 않는 RP 제작 시스템인 까닭에 BRML은 보다 접근이 쉬운 곳에 시스템을 설치할 수 있었습니다. 다른 시스템의 경우, 특별한 환경 요구 사항을 갖춘 별도의 공간이 필요하기도 합니다. Alon Wolf 박사는 Objet 기술에 이러한 제약이 없어서 다행이라고 설명합니다. “Connex350을 일반 사무실에 설치할 수 있다는 것은 더욱 매력적이며 «시간과 접근성의 압축이라는» 말에 더 강력한 의미를 부여합니다.

Objet 기술에 힘입은 BRML의 승리

BRML이 최근 열린 이스라엘 로봇 컨퍼런스(ICR 2008)에서 Objet 기술의 지원을 통해 제작한 스네이크 로봇을 공개하자 큰 파장이 일었습니다. 연구소의 지명도가 크게 높아졌고 이스라엘 TV와 라디오의 여러 과학 프로그램에서 큰 관심을 보였습니다. 또한, Technion에서 열린 대학생 프로젝트 대회에 로봇 몇 개를 출품해 큰 상도 받았습니다.

Objet 모델을 사용한 덕분에 개인적으로 상을 수상한 과학자도 있습니다. 해당 연구가 크게 승격되었으며 성과 중 일부는 이 기술을 사용하여 제작한 작동 시제품 덕분에 특허를 받았습니다. 이러한 상황을 가능하게 한 주요 원인 중 하나는 Connex350를 사내에 설치하여 기밀 유출을 막았기 때문입니다.

Wolf 박사는 사내에서 Objet 3D 시제품 제작 역량을 확보하는 가치에 대해 이렇게 요약했습니다. “로봇 연구에서는 이런 기술을 반드시 활용해야 합니다. 어제저녁에 떠오른 기막힌 아이디어가 다음날 실물이 되어 손에 들어온다면 로봇 연구에서 이보다 더 멋진 일이 또 어디 있겠습니까? ”

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