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포뮬러 SAE 차량의 핸들 디자인과 제조

해결 과제: 설계에서 제조까지, 어떻게 하면 새롭게 개발된 핸들 모델의 성공을 보장할 수 있을까요?

전자 변속과 롤 억제를 결정하고 차량 마찰력과 출발 제어 모드를 선택하며 드라이버에게 중요 정보를 표시해준다는 점에서 핸들은 경주용 자동차의 가장 중요한 요소 중 하나로 취급됩니다. 간단히 말해, 핸들이 제대로 작동해야 차량이 성능을 발휘할 수 있습니다. 새로운 최적의 핸들을 디자인하는 과제를 맡은 학생들은 첨단 내장 전자장치, 탄소섬유 제조 및 SLA 3D 인쇄와 같은 다양한 엔지니어링 분야를 통합할 수 있어야 합니다.

 

 

 

핸들을 디자인하려면 여러 시스템을 통합해야 하는데, 학생들이 프로젝트 기한 내에 디자인 사이클을 최적화하고 신뢰할 수 있는 핸들을 완성할 수 있는 방법은 무엇일까요?

각 부문의 팀을 관리해야 하고 너무 많은 외부적 영향이 작용하면서 디자인 사이클이 길어지는 문제 때문에 핸들 디자인은 FSAE 팀에게 가장 복잡한 프로젝트 중 하나로 취급됩니다. 실제로, 섀시 팀이 핸들의 구조를 관리하고, 복합재료 팀이 제조를 주도하며, 드라이버가 인체 공학적 부분을 담당하고 전자 팀이 모든 내부 전자장치를 취급하는 것이 일반적입니다. 이 때문에 이러한 모든 시스템을 통합할 때의 어려움으로 각 팀 사이에 충돌이 빚어지고, 심할 경우 핸들이 제 기능을 하지 못하게 됩니다. 하지만 한 부문의 팀이 전체 프로젝트를 전담하여 관리하고 선임 직원의 의견을 수렴하면서 핸들이 완성될 때까지 모든 작업을 책임진다면 예기는 달라질 것입니다.

핸들이 앞으로 몇 년간 사용된다는 점을 감안할 때, 어떻게 하면 향후 팀 구성원들이 이해하고 개선의 바탕으로 삼을 수 있는 디자인을 개발할 수 있을까요?

핸들을 디자인하고 제조하는 데 필요한 도구는 이해하기 쉽고 심층적인 교육 없이도 사용 가능해야 합니다. 플러그 앤 플레이 도구와 사용자 친화적인 인터페이스는 미래 학생들의 이해를 돕고 디자인에 추가할 수 있는 개선 사항을 발견하는 데 보탬이 됩니다.

여러 학생들이 앞으로 몇 년 후면 FSAE 차량을 운전하게 될 텐데, 어떻게 하면 각 드라이버에게 맞춤화된 핸들을 제조할 수 있을까요?

진정으로 인체 공학적 부분을 최적화하려는 드라이버라면 몰딩 클레이를 통해 자신의 그립 형상을 조각해낼 수 있습니다. 그런 다음 이 맞춤화된 그립을 스캔하고 처리를 거친 후 유연하면서 강한 열가소성 폴리우레탄(TPU)를 이용해 인쇄할 수 있습니다. 이를 위해 디자인 및 제조 팀은 빠르면서 사용이 간편한 고분해능 휴대용 3D 스캐너를 사용합니다.

 

3D 스캔 중에 컴퓨터에서 처리되는 실시간 메쉬
자동차 핸들 - 3D 스캔 전과 후

 

해결 방법: 빠르면서 사용이 간편한 고분해능 휴대용 3D 스캔 기술

  • 속도는 이미 경량화 및 처리를 마치고 학생들이 원하는 CAD 또는 3D 인쇄 소프트웨어에 즉시 완벽하게 통합할 수 있는 실시간 메쉬를 생성해낼 수 있는 능력으로 정의됩니다.
  • 휴대성은 측정 중에 부품과 기기 모두 자유롭게 이동할 수 있는 역동적 환경에서 가능해집니다. 그러면 디자인 및 혁신 연구실, 강의실 또는 자동차 숍에서 작업에 방해를 받지 않으면서 3D 스캔을 수행할 수 있습니다.
  • 단순성은 FSAE 팀이 3D 스캔을 간편하게 익혀 수행할 수 있게 해주는 플러그 앤 플레이 장치와 사용자 친화적 인터페이스로 대표됩니다.
  • 고분해능 스캐너는 형상용 정밀 카메라와 텍스처용 컬러 카메라로 구성됩니다. 이러한 카메라를 이용해 디자인 및 제조 팀은 맞춤형 그립의 세밀한 부분까지 시각화하고 특징적으로 표현하는 스캔 품질을 구현할 수 있습니다.

HandySCAN 3D 또는 Go!SCAN 3D, 그리고 교육용 솔루션인 Creaform ACADEMIA 등의 고정밀 3D 스캐너는 이러한 빠르면서 사용이 간편한 고분해능 휴대용 스캔 솔루션의 훌륭한 본보기입니다.

이점: 속도, 단순성, 고분해능 및 휴대성을 무기로 삼아 FSAE 팀은 경주 기한에 맞추어 새로운 핸들을 제작합니다.

경주에 사용할 핸들을 기한 내에 제작했을 뿐만 아니라 디자인과 제조 과정에서 시간을 단축했습니다. 3D 스캔 기술과 적층 제조 덕분에 FSAE 팀이 세운 목표를 달성하는 데 필수 불가결한 다음과 같은 이점들이 실현되었습니다.

  • 수년 간 내구성을 유지하기에 충분히 강력: 예비 시뮬레이션과 비틀림 시험을 통해 학생들은 경주 중에 탄소섬유 및 3D 인쇄 부품 모두 요구되는 최대 부하를 견디면서 향후 수년 간 문제 없이 작동할 것이라는 견론을 내렸습니다.
  • 간편한 조립: 3D 스캔 덕분에 학생들은 현재 핸들(및 주변의 차량 환경)에서 치수 정보를 추출하고 실시간 메쉬로 표현할 수 있었습니다. 따라서 새로운 부품을 조립체로 만들어내는 데 어려움이 없었습니다.
  • 각 드라이버에 맞춤화: 드라이버는 클레이로 자신의 손 모형을 제작하고 이를 스캔하여 3D 인쇄한 후 쉽게 조립함으로써 경주에서 핸들을 쥐는 특정 드라이버의 손바닥에 핸들이 잘 맞도록 할 수 있었습니다.
  • 향후 팀 구성원들이 이해하고 개선의 기반으로 삼기에 용이: 선택한 3D 스캐너는 단순하고 사용이 간편했기 때문에 사전 준비 없이 물체를 스캔하는 작업은 경험이나 숙련도가 떨어지는 학생들이 접하기에 무리가 없었습니다.

 

Wisconsin Racing 및 Makerspace

Wisconsin Racing은 140 FSAE 팀을 대상으로 국제적 경합을 벌이는 대학생 엔지니어링 조직입니다. 지난 30년 이상에 걸쳐 Wisconsin Racing은 이 경합을 최고 수준으로 끌어 올리면서 뛰어난 엔지니어를 지속적으로 배출하고 있습니다.

전자 팀 리더이자 핸들 디자이너인 John Ryan은 Creaform 3D 스캔 솔루션의 역할을 다음과 같이 설명합니다. “HandySCAN 3D 같은 훌륭한 스캔 도구가 있기에 드라이버의 체형을 개별적으로 정확하게 스캔할 수 있습니다. 제 경험에 비춰보면 드라이버의 만족감은 차량 디자인에서 핵심적 요소입니다. 드라이버가 즐거우면 랩 타임이 줄어들죠.”

위스콘신-매디슨 대학, 엔지니어링 단과대 산하의 설계 및 혁신 연구소인 Makerspace는 공과대 학생들에게 위스콘신 레이싱 팀과 같은 다양한 프로젝트에 참여할 수 있는 기회를 줍니다.

3D 스캐너는 주로 학생들이 다루기 때문에 “학생들이 실제로 사용하기에 간편하고 이동성이 매우 우수”해야 한다는 것이 Makerspace 책임자인 Lennon Rodgers가 내세우는 가장 중요한 구매 조건입니다.

Makerspace에서 HandySCAN 3D를 새롭게 도입한 것은 이 솔루션이 “휴대성, 분해능, 속도, 사용 편리성 소프트웨어와 산업 표준 하드웨어”로 경쟁 우위를 점하고 있기 때문이라고 Rodgers는 설명합니다. 실제로, 이 팀은 요구되는 휴대성과 분해능을 Creaform 제품을 통해서만 얻고 있다고 합니다.

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