[Manufacturing(생산)] 프레스 금형, 사출 금형과 소프트웨어 등으로 살펴보는 의료기기
2018-10-03
root at localhost (127.0.0.1)
도도(Dodo)
의료기기를 만드는 방법과 프레스 금형 및 사출 금형 그리고 소프트웨어 등으로 살펴보는 생산 기술을 소개하려고 한다.
하나 만들기 위해서 소요되는 품목은 다양하다고 할 수 있다.
프레스 금형과 사출 금형의 특색을 자세히 살펴보면, "철(Steel)판을 대상으로 생산한다"와
"사출 금형은 원료의 배합에 의해서 생산한다"의 차이가 있다고 할 수 있다.
의료기기는 매우 고가에 형성되는 기기라고 할 수 있다.
그래서, 구체적으로 이 기기를 제작하는 기본적인 프레임워크(이하 "구조")에 대해서 몇 가지 기술적인 이슈를
통해서 소개하려고 한다.
1. Abstract(개요, 초록 등으로 다양하게 번역됨)
완벽하진 않을 수 있으나 의료기기 하나를 기계공학적인 관점에서 설계하는 방법에 대해서 소개하려고 한다.
2. 제작 목표 - 의료기기 제작하기
의료기기 제작의 목표는 아래의 그림처럼 설계했다고 가정하자.
그림 1) 의료기기의 예 - 도도(Dodo)
그림 1은 의료기기의 예이다.
구체적으로 어떻게 제작하는지 소개하려고 한다.
회로 관련 책(전자회로, 전기회로 등), 진동(세부주제 중 하나 / 없어도 무방한데 정밀하게 진동 취급하려고 하면 있으면 좋고) 등.
필요장비: 금형(프레스, 사출 등의 머신, 3D 프린터 등)
필요부품: 광학렌즈, 광학 투시 카메라 렌즈, 적외선 등.
개발 프로그램: 소프트웨어(MS Visual Studio, Java, Gnome Development(그놈), Anjuta 등 언어 무관)
구체적으로: 형상 뽑아내려면 MCT(머시닝센터)나 3D프린터 등.
철제 구멍 뚫고 등도 요구된다.
나사 등은 기계요소설계라는 교과서가 요구된다.
필요재료: 많이 들어감. (예: 철판, 소재, 화학 미세한 가루, 흙, 모래, OO 등).
[첨부(Attachment)]
[Apache License v2.0을 적용받는다.]
3. CAD로 설계도 그리기
구현하는 방법은 의외로 어렵진 않다.
3D 모델링 프로그램으로 그리면 된다.
그림 2. 설계도 작성하기의 예 - 도도(Dodo)
3-1. 움직이게 만들기(동역학의 적용)
부품 등을 잘 결합하면 된다.
그리고 컴퓨터 프로그래밍으로 몇 가지 명령을 주면, 로봇 팔("정식 명칭은 로봇 팔이 아님. 컴퓨터 + 기계의 팔")이라고 불리는
동역학의 "팔"을 구현할 수 있다.
# region
class Camera;
// 기계
class Machine{
private:
Camera * cameraDevice;
public:
leftArm ( x, y, z, ObjectData );
rightArm ( x, y, z, ObjectData );
bodyArm ( x, y, z, ObjectData );
}
// 카메라
class Camera{
cameraPower ( Object device, int command );
cameraPosition ( Object device, int x, int y, int z );
}
#endregion
# include ""
main(){
Machine* machine = new Machine();
Camera* camera = new Camera();
machine.leftArm ( x, y, z, ObjectData ) ; // 동적 제어의 예
machine.rightArm ( x, y, z, ObjectData ) ; // 동적 제어의 예
machine.bodyArm ( x, y, z, ObjectData ) ; // 동적 제어의 예
}
3-2. 금형 - 프레스, 사출
철판을 다루려면, 찍어내야 한다.
"붕어빵" 틀이라고 불린다. 소량으로 제작하면, 단가가 매우 높아지는 특징을 가지고 있다.
대량으로 찍어내면, 단가의 리스크 분산은 충분히 가능하다.
공학(Engineering)의 특징은 단가 산정도 할 수 있어야 한다. 무척 어려운 주제이다.
과학(Science)은 돈이 안 돼도, 한참을 쏟아부어야 한다.
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사람이 들 수 있는 무게인가? = 아님. 깔리면,
금형 틀 무게는? = 최소 500kg ~ 톤 단위이다. |
그림 3. 프레스 금형(사출 금형)의 모습 예 - 도도(Dodo) |
알기 쉽게 소개하면, "붕어빵" 틀을 찍어내는 것이다.
그림 3의 금형 틀을 머신에 넣는다.
물론 완제품을 조립해도 실패할 확률이 현저히 높다. 수차례 "재작업"을 해야 한다.
설계도가 완성되어도 문제는 현장에서 찍어냈을 때, 도저히 찍어낼 수 없는 것들이 있다.
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그림 4. 도면 작성 및 해석 등을 했을 때의 모습(예) - 도도(Dodo) |
그림 4는 도면 작성 및 해석 등을 완료했을 때의 모습이다.
설계상에서는 "적격"이라고 판정되었다.
그러나 기계에 넣고 샘플 양산을 해 보면, 수많은 불량이 생긴다.
여기에서 "몸 고생(재작업)"한다는 용어가 생긴다.
조립도 해야 하고, 부품 등을 전부 해체도 해야 한다.
재료 소재가 "철"인 경우, "소재" 등인 경우에도 매우 많은 문제가 생기고 있다.
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그림 5. 프레스 기기에 투입의 모습 |
그림 6. 사출 기기에 투입의 모습 |
3-1. 프레스 기기의 수직 왕복 운동, 사출기기의 주입
프레스 기기를 통해서 수행할 수 있는 일은 "철판" 등을 형상으로 찍어낼 때 사용된다.
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영상 1) 프레스 머신에서 금형 틀 그리고 재료에 대한 것 - 도도(Dodo) |
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그림 2) 사출 머신에서 금형 틀 그리고 재료에 대한 것 - 도도(Dodo) |
교과서에는 사출 머신(Injection Machine)을 사용하고 났을 때 일어나는 인체적인 반응에 대해서 소개하고 있지 않다. 사출 머신을 동작시켜보면, 온도가 내려가지 않는다. 열은 계속 반응한다. (100~150도 이상의 고열) 원료 등으로 인하여 인체에 "구토" 등의 현상이 발생한다. "페인트 통"에 가까운 신나 냄새가 마스크를 착용했음에도 몸에 반응한다. 먹었던 음식 등도 즉각적으로 구토로 배설될 수 있다. 교과서에는 사출 머신에 사다리가 있는지는 적혀있지 않다. 사다리를 타고 화학 원료를 대량으로 주입한다. |
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그림 3) 사출 머신에서 노동을 하였을 때, 발생하는 문제점의 예 - 도도(Dodo) |
화학 원료 가루를 주입하는 모습이다. |
영상 2. 사출기기의 작업 모습 예 - 도도(Dodo) |
사출 작업을 하고 나면, 무슨 일이 있냐면 사상 작업을 해야 한다.
제품의 온도는 최소 체감온도 90도 이상 욱박하다.
(예1: "목장갑 두 개 착용해도 손가락이 매우 뜨겁다.",
(예2: 장갑이 녹는다. (뭔가 착용하고 장시간 작업하면, 체감에는 녹는 느낌이 있다.)
(예3: 장갑이 찢어진다.)
[첨부(Attachment)]
[Apache License v2.0을 적용받는다.]
3-2. 나사, 이음부(Joint) 등은 어떤 기계로 만드는가?
머시닝센터 등의 기계가 있다. 기계에 놓고 수치 및 형상 도면을 보고 동작시키면 된다.
테두리 등이 다듬어진 형상도 만들 수 있다.
선반(Lathe)으로 만들 수 있는 것은 아래의 그림과 같은 것을 만들 수 있다. 선반(Lathe)으로 철도 깎아낼 수 있다.
머시닝센터 또한 마찬가지로 철(Steel)도 깎아낼 수 있다.
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그림 1. 선반으로 제작한 아이템의 예 - 도도(Dodo) |
그림 2. 머시닝센터로 제작한 아이템의 예 - 도도(Dodo) |
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그림 6. 부품들의 조립으로 완성된 의료기기 - 도도(Dodo) |
그림 7. 금형으로 찍어낸 부품의 예 - 도도(Dodo) |
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