2분기
맥스는 어떻게 3D 프린터로 망원경 액세서리를 만들었을까요? QIDI Q2
천문학 애호가인 맥스는 자신의 하이퍼스타 이미징 시스템에 맞는 망원경 액세서리를 찾을 수 없자 3D 프린팅을 활용하기 시작했습니다.
맥스가 망원경 액세서리를 3D 프린팅하기 시작한 이유
맥스는 이미 작동하는 망원경을 가지고 있었고, 그것을 더 효율적으로 활용하고 싶어 했습니다. 하이퍼스타 렌즈를 추가하기로 결정한 후, 그는 전체 이미징 시스템이 어떻게 작동해야 할지 계획하기 시작했습니다.
그는 카메라 위치, 필터 접근성, 결로 방지, 케이블 정리, 설치 시간, 어두운 곳에서의 사용 편의성 등을 고려했습니다. 이 과정에서 그는 시중에 나와 있는 어댑터와 액세서리로는 자신이 원하는 조합을 찾을 수 없다는 것을 깨달았습니다.
일부 제품은 너무 비쌌고, 다른 제품들은 그의 특정 망원경과 카메라 구성에 맞게 설계되지 않았습니다.
맥스는 기존의 설정을 반복적으로 훼손하는 대신, 부족한 부품들을 직접 제작하기로 결정했다.
"저는 망원경용 액세서리를 조정하고, 설계하고, 제작하는 수단으로 3D 프린팅을 시작했습니다."
이것은 단순한 수정 이상의 의미를 지녔습니다. 맥스가 자신의 노력으로 완전하고 기능적인 시스템을 설계하고 구축하려는 첫 번째 진지한 시도였습니다.
에이 3D 프린터 이를 통해 그는 치수, 장착 지점, 케이블 경로, 재료 및 향후 수정 사항을 제어할 수 있었습니다. 부품이 제대로 맞지 않으면 다른 상용 액세서리를 찾는 대신 모델을 조정하고 다른 버전을 인쇄할 수 있었습니다.
하이퍼스타 시스템에 맞춤형 부품이 필요했던 이유
맥스는 하이퍼스타 렌즈가 장착된 슈미트-카세그레인 망원경(일반적으로 SCT라고 함)을 사용합니다.
HyperStar는 자신의 실험 장치에서 망원경의 조리개를 약 f/10에서 f/2로 변경하고 카메라를 광학 튜브 앞쪽에 배치합니다. 이렇게 하면 훨씬 빠른 이미징 구성이 가능해지지만, 몇 가지 기계적 문제점도 발생합니다.
전원 및 데이터 케이블은 전면 조리개 근처 또는 조리개를 가로질러 지나가야 합니다. 이러한 케이블이 제어되지 않은 경로를 따라 지나갈 경우, 촬영된 이미지에 원치 않는 회절 패턴과 불규칙한 별 모양 스파이크가 발생할 수 있습니다.
카메라 위치 때문에 일반적인 이슬 방지 덮개를 사용하기가 더 어렵습니다. 맥스는 여전히 카메라와 필터에 접근해야 하므로, 영구적으로 고정되어 있거나 제거하기 어려운 덮개는 야간 촬영 중 설치 및 조정 시간을 지연시킬 수 있습니다.
따라서 그가 만든 맞춤형 시스템은 다음과 같은 기능을 갖춰야 했습니다.
- 망원경을 단단히 고정하십시오
- 전면 장착 카메라를 위한 공간을 확보하세요.
- 전원 및 데이터 케이블의 경로를 제어합니다.
- 카메라 필터에 빠르게 접근할 수 있도록 허용
- 어두운 곳에서도 다루기 쉬운 상태를 유지하세요.
- 이미징 시스템 주변의 불필요한 빛을 줄이는 데 도움이 됩니다.
- 설치 및 보관이 용이하도록 실용적인 부분으로 분리되어 있습니다.
이 프로젝트는 단순히 원통형 덮개를 인쇄하는 것에 그치지 않았습니다. 맥스는 망원경, 카메라, 케이블, 필터, 이슬 방지 장비와 연동되는 통합 시스템이 필요했습니다.
맞춤형 이슬 방지 시스템 작동 방식
맥스는 나누었다 맞춤형 이슬 방지 시스템 본체는 장착 받침대, 탈착식 보호 덮개, 케이블 홀더의 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.
각 구성 요소는 망원경 설치의 서로 다른 부분을 담당합니다.
망원경 전용 마운팅 베이스
첫 번째 구성 요소는 망원경 전면에 부착되는 받침대입니다. 이 받침대는 이슬 방지 시스템을 위한 장착 구조를 제공하고 이슬 방지 히터 케이블을 정리하는 데 도움을 줍니다.
맥스는 M6 볼트를 사용하여 받침대를 고정했습니다.그는 또한 건설했습니다 케이블 배선 경로 히터 케이블이 광학 시스템 주변에 느슨하게 늘어지지 않도록 설계에 반영했습니다.
유연한 TPU 부품은 케이블 고정 장치 및 산란광 차단 장치 역할을 합니다. TPU는 차광 장치, 케이블 플러그, 보호 커버와 같은 소형 기능 부품에 사용되었습니다. TPU의 유연성 덕분에 망원경 시스템 주변에 맞춰 제작해야 하는 부품에 적합하며, 불필요한 빛을 줄이고 먼지로부터 시스템을 보호하는 데 도움이 됩니다.
받침대의 크기는 특히 중요했습니다. 받침대는 망원경에 직접 연결되기 때문에 작은 측정 오차라도 발생하면 흔들림, 정렬 불량 또는 나머지 시스템 부품을 부착하는 데 어려움을 초래할 수 있었습니다.
탈부착 가능한 스냅핏 이슬 방지 덮개
두 번째 구성 요소는 이슬 방지 덮개 자체입니다.
맥스는 여러 개의 나사나 복잡한 잠금 장치에 의존하는 대신, 보호막이 장착 베이스에 직접 끼워지도록 설계했습니다. 덕분에 어두운 곳에서 헐거운 부품을 만질 필요 없이 설치와 제거가 훨씬 쉬워졌습니다.
개발하다 스냅핏 프로젝트에서 가장 까다로운 부분 중 하나였습니다.
연결부는 보호막이 흔들리거나 떨어지지 않도록 충분히 단단해야 했습니다. 동시에 설치 및 제거가 어려워질 정도로 너무 단단해서는 안 되었습니다.
맥스는 실용적인 형태를 갖추기 전에 받침대와 방패를 두세 번 정도 수정했습니다.
이 단계는 그 이유를 보여주었습니다. 인쇄 공차 기능적인 프로젝트에서 중요한 문제입니다. 두 부품이 CAD 모델에서는 정확해 보일 수 있지만, 출력 및 조립 후에는 미세한 치수 조정이 필요할 수 있습니다.
이미징 설정을 위한 케이블 홀더
세 번째 구성 요소는 맞춤형 케이블 홀더입니다.
카메라 케이블이 망원경 앞쪽을 무작위로 가로지르도록 두는 대신, 이 홀더는 케이블을 보다 잘 제어된 경로를 따라 유지해 줍니다. 맥스는 케이블이 들어오는 빛에 미치는 영향을 최대한 줄이기 위해 이러한 배선 방식을 설계했습니다.
이슬 방지 덮개 앞쪽에 있는 슬롯은 추가적인 케이블 정리 지점을 제공합니다. 슬롯과 케이블 홀더를 함께 사용하면 카메라에 쉽게 접근할 수 있으면서도 더욱 깔끔하게 장비를 정리할 수 있습니다.
이 구성 요소는 이미지 처리 문제와 사용성 문제를 모두 해결합니다. 향상된 케이블 제어는 원치 않는 광학적 왜곡을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 장비의 조립, 검사 및 작동을 더욱 쉽게 만들어 줍니다.
3D 프린팅 망원경 액세서리 더 보기
이슬 방지 시스템은 프로젝트에서 가장 큰 부분을 차지했지만, 맥스가 설계한 액세서리는 그것만이 아니었습니다.
그는 또한 다음을 만들었습니다:
- 초점 및 시준을 지원하는 두 가지 종류의 초점 마스크
- 시스템 전면용 유연한 TPU 커버
- 먼지와 불필요한 빛을 차단하는 TPU 케이블 플러그
각 액세서리는 동일한 망원경 구성 내에서 특정 요구 사항을 중심으로 설계되었습니다.
이는 3D 프린팅으로 망원경 부품을 제작하는 실질적인 이점 중 하나입니다. 주요 시스템을 모델링한 후에는 그 주변에 더 작은 덮개, 가이드, 홀더, 마개 및 보호 부품을 개발할 수 있습니다.
첫 번째 버전이 성공적으로 작동한 후에도 디자인은 계속해서 발전할 수 있습니다. 이미지 분석 과정에서 발견된 문제는 다음 출력 부품의 개발 출발점이 될 수 있습니다.
아이디어에서 작동 가능한 시제품까지 단 2주 만에 완성
맥스는 약 2주 만에 최초의 작동 가능한 시제품을 개발했습니다.
그는 독창적인 디자인을 전적으로 직접 구상했습니다. 팅커카드, 브라우저 기반 모델링 도구로, 비교적 간단한 CAD 프로젝트에 자주 사용됩니다. 이 소프트웨어는 고급 파라메트릭 CAD 플랫폼의 모든 기능을 제공하지는 않지만, 맥스에게 자신의 아이디어를 기능적인 조립품으로 구현할 수 있는 충분한 제어권을 제공했습니다.
첫 번째 시제품은 고온용 PLA로 출력했습니다.
그 단계에서 주된 목표는 최종 버전을 제작하는 것보다는 디자인을 테스트하는 것이었습니다. 맥스는 전체 크기, 장착 방식, 케이블 배선, 카메라 접근성 및 스냅핏 연결 방식을 확인하고 싶어했습니다.
그의 천문학 연구 대부분이 밤에 이루어지기 때문에, 그는 처음에는 부품들이 높은 주변 온도에 노출될 것이라고 예상하지 못했습니다. 또한 부품들이 빈번하거나 심한 기계적 하중을 받을 것이라고도 생각하지 않았습니다.
따라서 HT PLA는 해당 개념을 검증하기 위한 실질적인 출발점을 제공했습니다.
맥스는 또한 사소한 조정을 할 때마다 전체 시스템을 다시 출력하는 것을 피했습니다. 연결이나 허용 오차를 테스트해야 할 때는 모델을 잘라내어 관련 부분만 출력했습니다.
이러한 접근 방식은 필라멘트 사용량을 줄이고 설계 변경 주기를 단축했습니다. 특히 스냅핏 방식과 망원경 연결부를 조정할 때 유용했는데, 작은 차이 하나가 부품이 헐거운지, 단단히 고정되었는지, 아니면 설치가 너무 어려운지를 결정할 수 있었기 때문입니다.
디자인 개선을 통해 QIDI Q2
첫 번째 시제품이 제대로 작동하자, 맥스는 보다 정확한 수정과 다양한 재료 옵션을 고려하기 시작했습니다.
그는 처음에는 익숙하고 일반적으로 출력하기 쉬운 PLA에 집중했습니다. 기능성 부품 제작 경험이 쌓이면서 기계적 특성과 환경적 특성이 다른 재료들을 찾기 시작했습니다.
이 과정에서 맥스는 사용하기 시작했습니다.
맥스는 이전에 다음과 같은 재료들을 예상했었다. ABS와 ASA 관리하기 어렵다고 생각했습니다. 하지만 Q2를 사용해 본 결과, 예상보다 전환이 수월했다는 것을 알게 되었습니다.
"더 많이 사용하는 것이 두려웠습니다." 고급 필라멘트 유형, 하지만 2분기 실적을 보면 이는 불필요한 우려였음이 드러났습니다.
프린터의 밀폐된 구조 그리고 내장형 챔버 가열 덕분에 맥스는 프로젝트에서 ABS 소재를 더욱 안정적으로 다룰 수 있게 되었습니다. 이후 맥스는 ABS-GF 소재를 실험하기 시작했고, 더 높은 강성이 필요한 향후 천문학 부품에는 PPS-GF 소재를 고려하고 있습니다.
고급 필라멘트라도 적절한 설정, 올바른 보관 방법, 적합한 노즐 하드웨어, 그리고 각 재료의 특성을 고려한 설계가 필요합니다. 맥스의 경험이 모든 재료가 PLA와 똑같이 출력된다는 것을 의미하는 것은 아닙니다.
오히려 이 사례는 적절한 프린터 기능을 활용하면 초보 메이커가 기본적인 프로토타입을 넘어 더 다양한 기능성 소재를 탐구할 수 있다는 자신감을 얻을 수 있음을 보여줍니다.
맥스가 선택한 이유 QIDI Q2
3D 프린터에 대해 알아보기 전까지 맥스는 3D 프린터에 대해 전혀 알지 못했습니다.
그는 하드웨어를 대대적으로 수정하지 않고도 계획했던 망원경 부품을 제작할 수 있는 3D 프린터를 원했습니다. 또한 덮개나 이슬 방지 덮개와 같은 부품은 소형 프린터의 작업 영역을 금방 초과할 수 있기 때문에 충분한 제작 공간이 필요했습니다.
그의 결정에 영향을 미친 세 가지 요인:
- 더 큰 망원경 액세서리에 적합한 빌드 볼륨
- 그가 탐구하고자 했던 필라멘트 유형에 대한 지원
- 그의 프로젝트에 딱 맞는 기능과 가격의 조합
더 넓어진 제작 공간 덕분에 맥스는 모든 액세서리를 여러 개의 작은 부분으로 나누는 대신, 더욱 완성도 높은 부품을 개발할 수 있었습니다.
재료의 성능 또한 매우 중요했다. 그는 설계가 검증된 후에도 초기 PLA 시제품에만 머무르고 싶지 않았다.
맥스는 이전에 사용했던 침대형 프린터와 비교했을 때 다음과 같은 점을 발견했습니다.
맥스가 이 프로젝트를 통해 배운 점
맥스는 비교적 간단한 모델링 도구를 사용하는 신인 3D 디자이너로서 이 프로젝트를 시작했습니다.
그 설계에는 여전히 기계적 결합, 탈착식 연결부, 케이블 배선, 광학 접근성, 그리고 여러 출력 부품 간의 상호 작용을 관리해야 하는 과제가 남아 있었습니다. 첫 번째 작동 버전을 완성하면서 그는 반복적인 설계와 테스트를 통해 복잡한 실제 문제를 해결할 수 있다는 것을 깨달았습니다.
또한 이를 통해 그는 앞으로 어떤 기술을 연마하고 싶은지 파악할 수 있었습니다.
맥스는 이제 더 고급 CAD 소프트웨어를 배우고 이슬 방지 덮개 시스템의 완전한 파라메트릭 버전을 만들 계획입니다. 파라메트릭 모델을 사용하면 전체 설계를 처음부터 다시 만들지 않고도 다양한 망원경 모델과 크기에 맞춰 주요 치수를 쉽게 조정할 수 있습니다.
그의 제작 과정은 다른 제작자들에게 몇 가지 유용한 교훈을 제공합니다.
- 명확하게 정의된 실질적인 문제부터 시작하세요.
- 전체 장비 시스템을 중심으로 설계하십시오.
- 부분 도면을 사용하여 중요한 공차를 테스트하십시오.
- 스냅핏과 장착 지점은 수정이 필요할 것으로 예상됩니다.
- 최종 자재를 선택하기 전에 치수를 확인하십시오.
- 각 프로토타입을 활용하여 다음 개선 사항을 결정하세요.
- 프로젝트 복잡성이 증가함에 따라 CAD 기술을 개발하십시오.
기능성 3D 프린팅은 대개 이러한 패턴을 따릅니다. 첫 번째 버전은 아이디어가 효과적임을 입증하고, 이후 버전에서는 적합성, 무게, 재료 사용, 신뢰성 및 호환성을 개선합니다.
승리하다 QIDI 괴짜 정신 콘테스트
맥스는 이후 자신의 천문학과 3D 프린팅 여정을 공유했습니다.
우승자로서 그는 상을 받았습니다.
원래의 망원경 액세서리 시스템은 다음을 중심으로 개발되었습니다.
맥스는 맥스4의 출력 공간이 너무 커서 이제 더 큰 액세서리를 출력하려면 더 큰 망원경이 필요할지도 모른다고 농담했습니다.
농담처럼 들리겠지만, 사실 그의 계획은 진정으로 확장된 것입니다. 추가된 제작 공간 덕분에 그는 더 큰 망원경 부품을 탐구하고 더욱 야심찬 기능적 프로젝트를 진행할 수 있는 자유를 얻게 되었습니다.
맥스가 다음에 만들 계획인 것
맥스의 당면 목표는 정확도를 높이고, 무게를 줄이고, 더 나은 재료를 선택하고, 더 유연한 크기로 이슬 방지 시스템을 재구축하는 것입니다.
그는 차기 버전이 더 다양한 망원경 모델과 크기에 맞춰 조정할 수 있는 진정한 파라메트릭 디자인이 되기를 원합니다.
그의 장기적인 계획은 훨씬 더 야심적입니다. 그는 다음과 같은 것들을 건설하기를 희망합니다.
- 처음부터 완벽하게 작동하는 망원경을 제작합니다.
- 자가 제작한 하모닉 드라이브 망원경 마운트
- 3D 프린팅 부품과 고품질 광학 및 기계 부품을 결합한 완벽한 이미징 시스템
이러한 프로젝트에는 더욱 정교한 CAD 작업, 신중한 재료 선택, 그리고 더욱 세밀한 공차 관리가 필요합니다. 또한, 이는 망원경 부속품 하나가 빠진 것에서 시작된 과정의 자연스러운 연장선입니다.
망원경 문제에서 새로운 메이커 취미로
맥스가 3D 프린팅을 시작한 것은 단순히 기계를 수집하거나 장식용 모형을 출력하고 싶어서가 아니었습니다. 그의 망원경에 필요한 부품을 쉽게 구할 수 없었기 때문에 시작하게 된 것입니다.
그 부품들을 설계함으로써 그는 적합성, 케이블 배선, 야간 작동 및 향후 개선 사항을 제어할 수 있게 되었습니다.또한 이를 통해 그는 CAD, 재료 테스트, 프로토타입 반복 제작 및 기능 설계에 대해 알게 되었습니다.
맞춤형 이슬 방지 덮개로 시작한 것이 완전한 액세서리 시스템으로 발전했고, 새로운 기술적 취미로 이어졌습니다.
맥스에게 있어 이 프로젝트는 아직 끝나지 않았습니다. 더욱 정확하고 적응성이 뛰어난 버전이 이미 구상 중이며, 더 큰 규모의 천문 장비와 완벽한 영상 시스템 개발 계획도 뒤따르고 있습니다.
맥스와 다른 천문학 애호가들이 말하듯이, 맑은 하늘이기를 바랍니다.
