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디젤 엔진을 가스 구동 스노우모빌에 장착하기 위한 엔진 베이 설계

소음을 줄이고 배출 가스를 없애면서 속도와 성능을 유지 또는 향상시키기 위해 산업용 디젤 엔진을 가스 구동 스노우모빌 섀시에 통합하는 과제는 첨단 기술을 이용해 대단히 복잡한 형상을 측정하여 정확한 기초 정보를 얻고 적절한 허용오차를 이용하지 않는다면 제대로 완수할 수 없습니다.

섀시의 구조적 무결성을 유지하면서 디젤 엔진이 맞도록 스노우모빌의 구조적 기반을 어떻게 수정할 수 있을까요?

전체 지지 구조를 교체하거나, 스톡 오일 팬을 교체하거나, 건식 섬프 오일 시스템을 사용하는 해법은 비용이 많이 들고 잠재적인 신뢰성 문제로 이어질 수 있는 복잡한 선택입니다. 따라서 엔지니어는 오일 팬 설계를 변경하지 않고도 산업용 디젤 엔진에 맞도록 엔진 베이(엔진 주변)를 설계할 방법을 찾아야 합니다. 이를 위해서는 현재 엔진, 엔진 마운트 및 엔진 베이를 측정하는 중요한 단계를 거쳐야 합니다. 하지만 설계 공차가 대단히 적을 수 있기 때문에 그러기 위해서는 매우 정확한 측정 기기가 있어야만 합니다.

 

엔진 베이를 형성하는 알루미늄 주물은 기하학적으로 복잡하고 다양한 형상을 포함하고 있는데, 어떻게 정확하게 측정할 수 있을까요?

섀시의 구조적 무결성을 유지하면서 엔진을 장착하기 위해 스노우모빌의 구조적 기초를 수정하려면 주조물의 모든 각도와 표면을 측정해야 합니다. 엔지니어는 엔진과 엔진 베이 사이의 정확한 공차를 알아야 합니다. 불행히도 기존 도구로는 이러한 모든 공차를 정확하게 얻을 수 없습니다.

기존의 측정 도구가 다른 개발 영역에서는 유용한 것으로 입증되었지만 캘리퍼스가 정확하지 않고 활용 범위가 충분하지 않다면 어떤 대체 솔루션을 이용할 수 있을까요?

캘리퍼스 및 기존 측정 도구는 측정해야 하는 표면의 특정 영역에 접근할 수 없거나 당면한 작업에 충분히 정확한 데이터를 제공할 수 없습니다. 엔진 베이에는 상당히 복잡한 형상이 포함되어 있기 때문에 올바른 공차를 포착하고 신속하고 효율적인 장착을 위한 적절한 여유 간격을 제공하는 데이터를 캡처하려면 보다 활용성이 높고 정확한 측정 솔루션이 필요합니다.

개발의 첫 단계는 중요하지만 길고 지루할 수 있습니다. 팀이 설계 중에 일반적으로 필요한 반복 횟수를 줄이고 다른 개발 단계와 겹치지 않도록 할 수 있는 방법은 무엇일까요?

기존 도구를 사용하여 엔진 베이의 복잡한 형상을 측정하려고 하면 복합 오류가 발생해 모든 마운팅 구성 요소를 정확하게 얻기 위해 설계 및 제조 과정을 여러 번 반복해야 할 수 있습니다. 설계 과정에 수반되는 반복 횟수를 줄이려면 올바른 측정 솔루션에 우선 순위를 두어야 합니다. 그러면 귀중한 시간이 절약되고 다른 개발 단계가 논리적 순서에 따라 진행될 수 있습니다.

해결 방법: 활용도 높고 빠르며 정확한 고분해능 3D 스캐닝 기술

오일 팬을 교체하거나 건식 섬프 오일 시스템을 사용하지 않는 가장 좋은 방법은 엔진 베이의 복잡한 형상을 고려하여 가능한 한 공차 없이 들어맞는 엔진 지지 구조를 설계하는 것입니다. 의심할 여지 없이 3D 스캐닝 기술은 올바른 공차를 측정하고 신속하고 효율적인 맞춤을 위한 적절한 여유 간격을 제공하는 데이터 캡처 솔루션입니다.

엔지니어들이 허용오차가 극이 적은 CAD 모델로 얻은 높은 신뢰와 확신은 정확도를 입증하는 것이었고, 이러한 정확도는 엔진 마운트가 제조된 후에 완벽한 것으로 판명되었습니다.

  

고해상도 카메라가 제공하는 높은 수준의 형상 세부도는 설계 및 개발 팀에게 중요한 기능입니다. 구성품의 스캔 표면과 실제 표면 사이의 불일치를 확인하기 위해서는 높은 스캔 품질이 필수적입니다.

첨단 광학 기술, 그리고 한계가 없는 스캔량 덕분에 활용 범위가 넓습니다. 그 덕분에 3D 스캐너는 크기, 모양, 소재, 표면 마무리 및 복잡성에 관계 없이 모든 부품을 측정할 수 있습니다.

인스턴트 메쉬 기능을 사용하면 이미 경량화와 처리가 완료된 메쉬가 생성되어 CAD 또는 3D 인쇄 소프트웨어에 즉시 완벽하게 통합할 수 있어 작업 속도가 빠릅니다.

HandySCAN 3D 또는 Go!SCAN 3D와 같은 계측 등급의 3D 스캐너와 VXModel 및 Polyworks 소프트웨어 플랫폼은 이러한 활용도 높고 정확하며 빠른 고분해능 스캔 솔루션의 훌륭한 본보기로 제시됩니다.

이점: 높은 분해능과 정확성, 활용성 및 속도를 통해 디젤 엔진을 가스 구동 스노우모빌에 장착하는 과제를 기한과 예산 내에 달성할 수 있습니다.

청정한 재엔지니어링 외에도 엔지니어가 새로운 설계를 테스트하는 동안 얻는 다양한 결과는 솔루션이 실현되었음을 보여주는 궁극적인 증거입니다. 3D 스캐닝 기술은 다음과 같은 이점을 제공하며, 이 모두는 청정한 스노우모빌 경쟁에서 성공을 거두는 데 필수적입니다.

  • 안전하고 견고한 설계
    3D 스캔의 정확성은 디젤 구동식 스노우모빌을 안전하고 견고하게 설계하는 데 중요한 요소로 작용합니다. 3D 스캐너와 스캔-투-CAD 기술이 신뢰할 수 있는 결과를 제공하므로 엔지니어는 엔진과 엔진 베이 사이의 정확한 허용오차를 알고 있습니다. 따라서 스노우모빌의 구조적 기초를 엔진에 맞게 안심하고 수정할 수 있습니다. 섀시의 구조적 무결성이 손상되지 않을 것이라는 점을 잘 알고 있기 때문입니다.
  • 최적화된 설계 프로세스
    3D 스캐너는 프로그래밍이나 사전 준비 없이 전체 표면(이산된 포인트만이 아니라)에서 많은 데이터를 포착할 수 있으므로 설계자와 엔지니어는 장착 구성품 설계(및 제조)에 필요한 반복 횟수를 줄여 설계 시간을 절약할 수 있습니다.
  • 우수한 성능
    소음을 제한하고 배출 가스를 없애려는 목적에 따라 스노우모빌의 구조적 기초를 수정하기 위해 속도와 성능에서 타협이 필요할 것으로 생각할 수 있습니다. 독창성과 3D 스캐너의 도움으로 엔지니어들은 다양한 모양과 윤곽을 가진 복잡한 기하학적 부품을 측정하여 목표에 더 가까이 다가설 수 있었습니다. 3D 스캐너를 통해 엔지니어와 디자이너는 이전에 측정이 불가능했던 구성품을 조정하여 스노우모빌의 성능을 높이고 견고성을 향상하는 새로운 기회를 얻고 있습니다.

 

Clarkson SAE Clean Snowmobile 팀에는 다양한 학부 프로그램에 참여하고 있는 약 20명의 학생이 활동하고 있는데, 이러한 프로그램은 엔지니어링 및 설계 경험을 쌓기 위한 학생 프로젝트의 일환입니다. 최근 프로젝트는 디젤로 구동되는 스노우모빌을 1년 만에 설계 및 제작하는 인상적인 과제였습니다.

Polaris Industries가 약간의 도움을 준 덕분에 팀은 2020 Polaris Titan Adventure 섀시를 받아 개조 작업을 시작했습니다. 재설계 작업에는 새로운 디젤 엔진인 Caterpillar C1.1리터 3기통 4행정 디젤 엔진의 선택도 포함되었습니다. 그런 다음 섀시를 몬트리올로 옮겼으며, 이곳에서 후원사인 Creaform Metrology Services가 3D 스캐닝을 수행하여 엔진 베이의 SolidWorks 모델링을 수행할 수 있었습니다.

“엔진 베이를 Creaform 3D로 스캔하고 Clarke Powered Solutions으로부터 받은 엔진의 스텝 파일을 이용하지 않았다면 이 프로젝트에서 지금과 같은 성과를 거두지 못했을 겁니다. 모델 형상이 믿을 수 없을 정도로 정확했기 때문에 스노우모빌을 제작된 후 빠듯한 허용오차가 여러 차례 성공적으로 들어 맞았습니다.”라고 Clarkson SAE Clean Snowmobile 대표인 Shawn Schneider는 말합니다.

Clarkson SAE Clean Snowmobile 팀은 올해 초 미시건 기술 대학에서 돌아와 연례 SAE Clean Snowmobile Challenge에서 디젤 유틸리티 부문 1위를 차지했습니다.

Schneider는 “엔진 베이를 스캔하지 않고 우리가 했던 작업을 똑같이 수행한다는 것은 거의 불가능했을 겁니다.”라고 덧붙입니다.

이제 팀은 2025년에 새 섀시가 필요할 때까지 다음 4개 대회를 대비해 CAD에서 견고한 설계를 개발하고 개선하는 일을 계속 해 나갈 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 기반을 구축하면 미래를 열어갈 창의성과 혁신이 움트는 비옥한 토양이 마련됩니다.

 

  

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