연동 부품 및 어셈블리를 3D 인쇄하는 방법

3D 프린트를 완성하고 조립하려면 나사, 너트, 볼트가 필요하다는 것을 깨달았을 때의 그 느낌을 기억하시나요? 다행히 이제 그럴 필요가 없습니다. 적절한 기술을 사용하면 추가 하드웨어 없이도 스냅, 슬라이드, 잠금 방식의 부품을 출력할 수 있습니다. 이 튜토리얼에서는 간단한 스냅핏 상자부터 이동식 조립품까지, 모든 것을 제작하는 데 실제로 효과적인 팁을 다룹니다.

3D 프린트 연동의 기본

맞물리는 부품이란 정확히 무엇인가?

맞물림 부품은 나사, 접착제, 패스너 없이 모양만으로 연결되는 3D 프린팅 구성 요소입니다. 이러한 디자인은 날카로운 기하학적 구조를 활용하여 영구적인 연결부터 이동 가능한 연결까지 형성합니다.

여러분이 알아볼 수 있는 일반적인 예:

• 딸깍 소리가 나면서 닫히는 스냅핏 용기
• 서로 회전하는 기어
• 얇고 유연한 힌지가 있는 상자
• 퍼즐처럼 조각들이 서로 밀리고 잠기며

맞물림 설계는 적절한 하드웨어를 찾을 필요가 없어 시간을 절약할 수 있다는 점에서 더욱 효율적입니다. 맞물림 설계는 나사나 볼트가 보이지 않아 깔끔한 외관을 제공하고, 설계 테스트와 반복 작업을 더 빠르게 진행할 수 있으며, 추가 부품을 구매할 필요가 없어 비용을 절감할 수 있습니다. 모든 제작자는 간편하게 출력하고 조립할 수 있다는 사실만으로도 이러한 방법을 숙달해야 할 충분한 이유가 됩니다.

성공을 위한 필수 개념

클리어런스 및 허용 오차

가장 중요한 개념은 클리어런스입니다. 클리어런스는 부품들이 제대로 맞물릴 수 있도록 의도적으로 만든 간격입니다.

핏 타입	일반적인 클리어런스	가장 적합한
헐렁한	0.2~0.5mm	자유롭게 움직이는 부품(힌지, 회전관절)
명사 같은	0.1~0.2mm	약간의 저항을 받으며 미끄러지는 부분
누르다	0-0.1mm	연결되어 있어야 하지만 분리될 수 있는 부분
간섭	부정적 클리어런스	영구 연결

핵심 포인트: 항상 여유 공간을 염두에 두고 디자인하세요. 완벽한 핏 CAD 소프트웨어 실제로 인쇄하면 너무 짧은 경우가 많습니다.

재료 특성

서로 다른 재료를 사용하면 부품이 서로 맞물려 각기 다른 결과를 얻을 수 있습니다.

PLA: 좋은 시작점

✓ 정확한 치수

✓ 견고한 연결

✗ 부서지기 쉬울 수 있음

✗ 조립 중 휘어지는 부품에는 적합하지 않음

PETG: 뛰어난 올라운더

✓ PLA보다 더 유연함

✓ 스냅핏에 적합

✓ 내구성 있는 연결

✗ 끈적끈적할 수 있고 영향을 미칠 수 있습니다. 정도

TPU/유연성: 특수 응용 분야

✓ 살아있는 힌지에 완벽함

✓ 휘어져야 하는 부품에 적합합니다.

✗ 정확한 인쇄가 어려움

✗ 단단한 연결에는 적합하지 않습니다.

초보자 팁: 로 시작하다 인민해방군 첫 번째 인터로킹 디자인을 위해. 기본 사항을 이해한 후, 더욱 견고한 연결을 위해 PETG를 사용해 보세요.

프린터 보정

부품을 맞물리게 하기 전에 프린터가 올바르게 보정되었는지 확인하세요.

• 베드 레벨링 - 인쇄 정확도의 기초
• E-steps - 올바른 양의 필라멘트 보장
• 온도 - 재료에 가장 적합한 온도 찾기
• 유량 - 치수 미세 조정

기억하다: 프린터가 제대로 보정되지 않으면 아무리 좋은 디자인이라도 실패할 수 있습니다. 먼저 이러한 기본 사항을 제대로 확인하는 데 시간을 투자하세요.

이러한 기본 사항을 익히면 특정 조인트 유형과 디자인 기술을 탐색할 준비가 될 것입니다.

하드웨어 없이 연결되는 상호 잠금식 3D 프린트를 설계하는 방법

3D 프린트를 위한 두 가지 필수 연결 유형

기능적인 3D 프린팅 어셈블리를 제작하기 위해 수십 가지의 조인트 유형을 완벽하게 익힐 필요는 없습니다. 거의 모든 맞물림 문제를 해결하는 두 가지 연결 방식, 즉 스냅핏과 프레스핏에 집중하세요.

스냅핏 연결

스냅핏은 부품이 조립될 때 만족스러운 "딸깍" 소리를 냅니다. 이러한 연결 방식은 안전하게 고정되어야 하지만 가끔씩 열어봐야 하는 조립품에 적합합니다.

첫 번째 섹션에서 설명한 클리어런스 원리를 바탕으로, 스냅핏은 유연한 후크나 탭이 삽입하는 동안 일시적으로 구부러진 다음, 돌출부 뒤로 튀어올라 제자리에 고정되는 실용적인 적용 사례입니다.

생산 품질의 스냅핏을 위한 고급 치수:

• 후크 길이: 후크 두께의 최소 2배(고응력 적용의 경우 더 길어짐)
• 후크 두께: PLA의 경우 최소 1.2mm, PETG의 더 큰 유연성을 위해 0.8mm까지 줄일 수 있습니다.
• 정리: 적용하다 0.2mm 최소 여유 공간 원칙 측벽 및 비연결 표면
• 진입 각도: 삽입이 용이하도록 30~45° 각도로 설계 (자주 조립/분해할 수 있도록 각도를 낮추었습니다)
• 유지 각도: 90°로 안전하게 잠금 (60-75°로 분해 용이)

일반적인 문제와 해결책:

• 조립 중 후크가 부러짐: 후크 길이를 늘리거나 더 유연한 소재를 사용하세요
• 연결이 너무 느슨함: 클리어런스를 줄이거나 후크 결합 깊이를 늘리십시오.
• 조립하기 너무 어렵다: 진입 각도를 늘리거나 더 뚜렷한 리드인 모따기를 추가합니다.

프레스핏 연결

압입(Press-fit)은 적절한 간극 설계의 또 다른 적용 사례이지만, 그 반대의 접근 방식을 사용합니다. 즉, 간극 대신 의도적으로 제어된 간섭을 생성합니다. 이러한 깔끔한 연결은 정밀한 정렬이나 회전이 필요한 부품에 이상적입니다.

다양한 기능적 요구에 따른 재료별 크기 차이:

• 인민해방군: 구멍보다 0.1-0.2mm 큰 핀(회전 연결의 경우 0.1mm, 정적 연결의 경우 0.2mm)
• PETG: 구멍보다 0.05~0.15mm 더 큰 핀(더 큰 유연성으로 인해 값이 낮음)
• ABS: 구멍보다 0.1-0.15mm 더 큰 핀(열 경화 응용 분야에 이상적)

디자인 팁: 핀 끝단의 45° 모따기는 조립성을 크게 향상시킵니다. 더 강한 연결을 위해서는 맞춤 공차를 좁히는 대신 접촉 표면적을 늘리십시오.

프레스핏 연결

압입(Press-fit)은 적절한 간극 설계의 또 다른 적용 사례이지만, 그 반대의 접근 방식을 사용합니다. 즉, 간극 대신 의도적으로 제어된 간섭을 생성합니다. 이러한 깔끔한 연결은 정밀한 정렬이나 회전이 필요한 부품에 이상적입니다.

다양한 기능적 요구에 따른 재료별 크기 차이:

• 인민해방군: 핀 0.구멍보다 1-0.2mm 더 큽니다(회전 연결의 경우 0.1mm, 정적 연결의 경우 0.2mm)
• PETG: 구멍보다 0.05~0.15mm 더 큰 핀(더 큰 유연성으로 인해 값이 낮음)
• ABS: 구멍보다 0.1-0.15mm 더 큰 핀(열 경화 응용 분야에 이상적)

디자인 팁: 핀 끝단의 45° 모따기는 조립성을 크게 향상시킵니다. 더 강한 연결을 위해서는 맞춤 공차를 좁히는 대신 접촉 표면적을 늘리십시오.

1. 기본 컨테이너 구조 만들기

작은 용기의 경우 2mm 두께의 직사각형 상자로 시작하세요. 같은 두께의 뚜껑을 만드세요. 뚜껑 크기는 상자와 겹치도록 하고, 사방에 0.2mm의 간격을 두어 마찰을 방지하고 깔끔한 외관을 유지하세요.

2. 상자와 뚜껑에 스냅 기능 추가

상자의 각 벽면 중앙에 너비 4mm, 두께 1.5mm의 탭을 만들고, 위쪽으로 45° 각도로 삽입합니다. 뚜껑에는 너비 4.4mm의 포켓을 만들고, 각 포켓 위에 0.5~1mm 정도의 작은 홈을 만들어 탭을 뒤쪽에서 고정할 수 있도록 합니다. 이렇게 하면 양쪽에 0.2mm의 여유 공간이 생겨 조립이 원활해집니다.

3. 강도를 위한 설계 최적화

응력 집중을 방지하기 위해 하단 모서리에 45° 모따기를 추가하고 내부 모서리를 최소 0.8mm 반경으로 둥글게 처리하십시오. 인쇄된 플라스틱의 방향성 강도 특성을 고려하여 중요 구조 요소의 방향을 정하고, 예상되는 힘 방향에 수직으로 층을 배치하십시오.

4. 최종 생산 전에 테스트 조각 만들기

하나의 연결 지점과 여러 가지 간격 변화(0.1mm, 0.2mm, 0.3mm)를 갖는 작은 테스트 모델을 설계해 보세요. 이 간단한 테스트는 시간과 재료를 절약하는 동시에 전체 설계를 확정하기 전에 치수를 검증할 수 있도록 해줍니다.

조립 문제를 방지하는 설계 기술

1. 대칭 연결 사용

가능하면 설계 주변의 모든 연결 지점을 동일하게 유지하세요. 이렇게 하면 테스트가 더 간단하고, 조립 동작이 유사하며, 설계 시간을 절약하고 동일한 결과를 얻을 수 있습니다. 연결 지점 하나가 제대로 작동하면 다른 연결 지점도 모두 정상적으로 작동합니다.

2. 조립 안내 기능 추가

스냅 기능이 작동하기 전에 구성 요소를 제자리에 고정할 수 있도록 정렬 융기를 제공합니다. 구성 요소가 특정 방식으로 정렬되어야 하는 비대칭 인터페이스를 형성합니다. 화살표나 기호와 같은 시각적 표시를 적용하여 올바른 정렬을 즉시 보여줍니다.

3. 분해 계획

공구가 아무것도 손상시키지 않고 안전하게 지렛대 작용을 할 수 있도록 작고 오목한 공간을 만드세요. 자주 열리는 부품의 경우, 적당한 압력으로 고정되는 특수 분리 장치를 설계하세요. 연결 부분이 과다한 사용에도 견딜 수 있는지 확인하기 위해 분해 과정을 테스트하세요.

사전 인쇄 검증 체크리스트

✓ 허가 구현: 섹션 I의 일반 클리어런스 원칙이 프린터의 교정 결과에 따라 조정된 결합 표면의 경우 0.1-0.2mm로 특정 설계에 올바르게 적용되는지 확인하십시오.

✓ 재료에 적합한 치수: 구조적 요소가 재료별 두께 요구 사항(PLA 후크의 경우 1.2mm, PETG의 경우 0.8mm 등)을 충족하는지 확인하세요.)

✓ 오버행 평가: 연결 영역은 특히 정밀한 결합 표면에 중요한 어려운 지지대 제거 없이 깨끗하게 인쇄됩니다.

✓ 구조적 비율: 최소 2:1의 길이:두께 비율을 유지하도록 기계적 원리를 적용합니다(더 높은 신뢰성을 위해 3:1).

✓ 조립 인체공학: 모든 삽입 지점에는 부품을 자연스럽게 연결하기 위한 모따기나 테이퍼와 같은 적절한 리드인 기능이 있습니다.

3D 프린팅으로 맞물리는 부품을 성공적으로 만드는 방법

맞물리는 부품을 설계한 후에는 완벽하게 맞는 부품을 만들기 위해 적절한 인쇄 설정이 필수입니다.

필수 프린터 보정

치수 정확도를 위한 베드 레벨링

수동 수평 조정에는 "종이 방식"을 사용하십시오. 표준 용지는 노즐 아래 여러 지점에서 거의 움직이지 않아야 합니다. 자동 시스템의 경우, 정밀 부품을 제작하기 전에 다중 지점 메시 교정을 실행하고 테스트 인쇄로 확인하십시오.

재료 흐름을 위한 E-Steps 교정

필라멘트 길이를 100mm로 표시하고, 50mm를 압출한 후 남은 길이를 측정합니다. 계산 방법은 다음과 같습니다.

새로운 e-steps = 현재 e-steps × (50 ÷ 실제 압출 거리)

연결 부품의 온도 설정

재료	노즐 온도	침대 온도	노트
인민해방군	195-200°C	50~60도	정밀성을 위해 온도를 낮추세요
PETG	230-240°C	70~80도	유연한 탭에 더 적합
ABS	235-245°C	100~110도	인클로저가 필요합니다
TPU	220~230°C	40~50°C	매우 느리게 인쇄

기능 정밀도를 위한 인쇄 속도

맞물림 부품의 경우 속도를 30~50% 줄이십시오. 연결 부품에는 20~25mm/s, 내부 구조에는 30~40mm/s를 사용하십시오. 중요한 스냅핏 탭은 본체보다 느리게 출력해야 합니다.

키 슬라이서 설정

세부 정보의 레이어 높이

작은 부품의 정밀한 스냅핏을 위해서는 0.1~0.12mm 두께의 레이어를 사용하여 미세한 디테일을 포착하고 치수 정확도를 확보하십시오. 대부분의 맞물리는 부품은 0.16mm 두께에서도 잘 작동하여 디테일과 인쇄 시간 간의 균형을 잘 맞춥니다. 0.3mm보다 큰 간격을 가진 대형 프레스핏의 경우에만 0.2mm 두께의 레이어를 사용하십시오. 거친 해상도는 작은 부품의 주요 치수에 영향을 미칠 수 있습니다.

내구성을 위한 벽 설정

스냅핏(snap-fit) 기능은 반복적인 굽힘을 견딜 수 있도록 3~4개의 둘레를 구성하고, 용기 벽면에는 일반적으로 2~3개의 둘레로 충분합니다. 상자 예시에 사용된 1.5mm 두께의 스냅 탭을 인쇄할 때는 조립 및 분해 과정에서 발생하는 굽힘 강도를 고려하여 최소 3개의 둘레와 0.4mm 노즐을 사용하십시오.

기능을 위한 채우기

각 부품의 기계적 요구 사항에 따라 충전 밀도를 설정하십시오. 스냅핏 탭은 강도와 ​​삽입에 필요한 유연성의 균형을 맞추기 위해 30~40%의 충전량을 권장합니다. 본체의 경우, 15~25%의 충전량을 사용하면 과도한 재료 사용 없이도 적절한 구조적 지지력을 확보할 수 있습니다. 자이로이드 패턴은 효율적인 강도 대 재료 비율을 제공하며, 파손 없이 휘어져야 하는 부품에 특히 적합합니다.

깨끗한 연결을 위한 지원 전략

가능하면 결합 표면의 지지대를 최소화하도록 부품을 배치하세요.지지대를 불가피하게 사용해야 하는 경우, Z-거리를 0.2mm로 늘리고 지지대 밀도를 10~15%로 낮추면 중요 표면을 손상시키지 않고 쉽게 제거할 수 있습니다. 동심원 패턴의 지지대 인터페이스를 사용하면 지지대 구조와 부품 사이에 완충 공간을 만들어 연결 표면을 더욱 깨끗하게 만들 수 있습니다.

완벽한 핏을 위한 수평 확장

프린터별 편차를 보정하기 위해 슬라이서의 수평 확장 설정을 사용하여 여유 공간을 미세 조정하세요. 타이트한 압입 맞춤의 경우 -0.05mm에서 -0.1mm 사이의 음수 확장을 적용하여 여유 공간을 확보하세요. 반대로, 느슨한 스냅 맞춤의 경우 +0.05mm에서 +0.1mm 사이의 양수 확장을 적용하여 연결을 단단히 조이세요. 여러 부품으로 구성된 어셈블리를 작업할 때는 모델별 설정을 활용하여 특정 부품만 선택적으로 조정하세요.

최적의 인쇄 방향

스냅핏 기능의 경우

탭을 가로지르지 않고 길이 방향으로 평행하게 배치하세요. 이렇게 하면 탭이 층선을 따라 분리되지 않으므로 굽힘 시 탭의 강도가 최대 60%까지 향상됩니다.

프레스핏 연결용

가장 정확한 직경을 얻으려면 핀의 장축이 수직이 되도록 인쇄하세요. 더 나은 원형도를 얻으려면 가능하면 구멍의 축이 Z축과 평행이 되도록 인쇄하세요.

슬라이딩 표면용

조립 및 작동 중 마찰을 줄이기 위해 인쇄물의 층선이 슬라이딩 방향과 평행하게 배치되도록 합니다.

인쇄된 부품을 조립하고 마무리하는 방법

아무리 잘 설계된 부품이라도 제대로 작동하려면 적절한 마감 처리가 필요합니다. 이 섹션에서는 프린터에서 부품을 가져와 작동하는 어셈블리로 옮기는 실질적인 단계를 다룹니다.

연결 지점에서 지지대를 잘라서 비틀어 빼냅니다.

날카로운 플러시 커터를 사용하여 지지대의 바닥을 자른 후 부품에서 돌려 빼냅니다. 스냅핏 탭의 경우, 먼저 지지대를 여러 지점에서 자른 다음 탭 길이를 따라 굴려 빼냅니다. 절대 똑바로 잡아당기지 마세요. 탭이 부러질 수 있습니다. 손으로 제거하기에 너무 위험한 복잡한 부품의 경우 용해성 지지대를 사용하는 것을 고려하세요. PVA(물에 용해)는 PLA/PETG에, HIPS(물에 용해)는 리모넨) ABS 프린트와 잘 어울립니다.

연결 표면을 모래로 덮고 적절한 윤활제를 바르십시오.

연결 부위를 점진적으로 샌딩합니다(220방, 400~600방). 항상 한 방향으로 움직이면서 자주 테스트하여 재료가 너무 많이 제거되지 않도록 합니다. 스냅 후크에 실리콘 그리스를 살짝 바르면 조립이 더 쉬워지고, 회전 부품에는 건조 흑연 분말을 사용하면 끈적거리거나 먼지가 붙지 않습니다. 잘 지워지지 않는 ABS 또는 PETG 조립하는 동안 일시적으로 유연성을 높이기 위해 열풍총으로 약한 열을 잠깐 가합니다(8~10인치 거리에서 3~5초).

균일한 압력을 사용하여 부품을 함께 누르고 흔드세요

부품을 정확하게 정렬하고 균등하게 힘을 가하면서 제대로 끼워졌을 때 딸깍 소리가 나는지 확인하세요. 예시 상자의 경우, 모서리부터 눌러서 각 면의 중앙을 향해 밀어 넣으세요. 꽉 끼는 경우, 부품을 똑바로 끼우는 대신 부드럽게 흔들어 주세요. 그래도 잘 안 맞으면 플라스틱을 손상시키지 않는 임시 윤활제로 비누를 소량 바르세요.

단단하거나 느슨하거나 끊어진 연결부 고정

부품이 너무 꽉 조여져 있나요? 접합면을 살짝 사포질하거나, 슬라이서로 돌아가 수평 확장을 -0.05mm 정도 더하세요. 프린터가 과도하게 압출되어 부품이 설계보다 커지는지 확인하세요.

부품이 너무 헐거운가요? 프린터가 과소 압출 중이거나, 디자인에 여유 공간이 부족할 수 있습니다. 슬라이서의 수평 확장 폭(+0.05mm)을 조정하거나 후크가 걸리는 깊이를 늘려 보세요.

조립 중에 부품이 파손되나요? 두께에 비해 후크를 더 길게 만드십시오(최소 2:1 비율을 목표로 하십시오). 인쇄 온도 레이어 결합을 좋게 하거나 인쇄 방향을 변경하여 레이어 선이 유연한 부품의 길이를 따라 표시되도록 합니다.

첫 번째 연동 프로젝트를 디자인해 보세요!

연동 생성 3D 프린트 나사와 볼트가 필요 없어 더욱 깔끔하고 조립이 빠른 프로젝트를 만들 수 있습니다. 적절한 간격, 적합한 재료, 그리고 신중한 프린팅 기법에 집중하면 완벽하게 맞는 부품을 제작할 수 있습니다. 성공은 대개 몇 번의 테스트 후에야 가능하다는 점을 기억하세요. 특정 프린터와 재료에 적합한 부품을 문서화하세요. 이러한 기법을 통해 3D 프린터는 단순한 프로토타입 제작 도구가 아니라, 하드웨어를 찾지 않고도 완벽하고 기능적인 제품을 제작할 수 있습니다.