Herringbone gear 헤링본 기어 - 3D 프린터로 출력하기 딱 좋은 예제

최근 저는 3D 프린터 이야기[바로가기]를 하면서, 3D 프린터의 장점들 중 빠르게 뭔가를 만들어서 확인해볼 수 있다는 장점 뿐만 아니라, 가공과 생산을 배려하는 설계(사실 이게 설계에서 가장 어렵죠. 화려하게 만드는 것보다 더 어려운 일~~)에서 자유로워질 수 있다고 이야기를 했었습니다. 그런 여러 예 중에서 하나가 헤링본 기어(Herringbone Gear) 입니다. 전 처음 헤링본 기어라는 이야기를 들을때, 헤링본이라는 사람이 만들어서 헤링본기어라고 하는 줄 알았습니다.^^. 아니더군요. 여기저기 알아보니 헤링본 기어는 앙드레 시트로엥(예~ 그 프랑스 자동차 회사)이 최초로 고안한 걸로 나타나더군요^^. 일단 헤링본이라는게 뭔지부터 한번 알고 가죠. 일단 기어~~ 일반적인 기어는 다들 아실테니 헤링본이 탄생할 수 있었던 헬리컬 기어를 먼저 봐야할 듯 합니다.

출처 : 위키백과 사전 http://en.wikipedia.org/wiki/Helical_gear#Helical

위키에 있는 헬리컬(Helical)기어 입니다. 일반적인 기어 모양과는 달리 기어의 산이 나선(helix)으로 만들어져 있어서 헬리컬 기어라고 합니다. 일반적인 기어가 기어 산과 기어 산이 만날때 충격이 있다면, 이 헬리컬 기어는 산과 산이 만날때 부드럽게 연결되는 장점을 가지고 있습니다. 그래서 좀더 부드럽고 소음도 적고 그렇죠. 그런데 이 헬리컬 기어는 단점이 있는데요. 바로 나선 모양의 나사산으로 인해 나사산 끼리 만나는 지점에서 그 방향으로 진행할려는 힘이 생깁니다. 통상 이 힘을 Thrust Force라고 하는데요. 한글로는 추력이라고 한다고 합니다.

출처 위키백과 : Thrust Force 문서

추력을 쉽게 알 수 있는 그림은 위의 그림입니다. 프로펠러 회전에 의해 뜰려는 힘은 양력(Lift Force) 프로펠러 방향으로 진행하는 힘은 추력(Thrust Force) 추력을 방햐하는 힘은 항력(Drag Force)입니다. 아무튼 헬리컬 기어는 불필요하게 이 추력이 발생해서 문제가 되는데요. 그래서 고안된것이 헬리컬 기어를 두 개 붙이는 형태로 나사산의 모양이 V가 모양인 - 그래서 Herringbone 무늬가 되는 - 기어입니다. 이름도 헤링본, Herringbone 혹은 더블-헬리컬 Double - Helical 기어라고 합니다.

출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Engrenages_-_85.488_-.jpg

저 옆에 서서 계신 분이 앙드레 시트로엥 이라는 소문(^^)이 있습니다만 확인되지 않았습니다. André Citroën이라는 불어로 구글 이미지 검색을 하면 저 사진이 나타나고, 또 위키백과에서도 저 사진의 설명에 André Citroën라고 되어 있길래 ^^ 뭐 그게 지금 중요한건 아니니까요. 일단 저렇게 해서 헤링본 기어가 탄생하신 겁니다.^^ 그런데, 그게 왜 3D 프린터랑 뭔 관계냐구요^^. 일반 기어 보다 소음도 없고 동력 전달도 잘되고 또 진동도 없는 헬리컬기어. 그 헬리컬기어의 단점인 thrust force의 발생을 막은 헤링본 기어. 완전 무결해 보이지만 문제가 있습니다. 만들기 쉽지 않다는 거죠. 딱 봐도 어려워 보이지 않나요?^^. 만들기 쉽지 않다는 것은 곧 제조 단가의 상승을 의미하니까 더욱 문제죠. 그런데 제가 3D 프린터의 장점 중 하나 이야기했던[바로가기] 부분이 있었습니다. 그걸 헤링본 기어에 해당사항이 있는 것만 이야기해하면, 

1. 만들고자 하는 기어의 무게만큼만의 재료비만 필요하다. (참고로 좀 저렴한 재료의 경우 1kg당 3만원 정도입니다.)
2. 이딴걸 만들라고 시키다니~ 라고 투덜되는 기계 가공 파트의 직원과 입씨름할 필요가 없다^^
3. 잽싸게 이렇게 괜찮은 아이를 프로토타입으로 만들어서 성능의 우수함을 일단 눈으로 보여줄 수 있다.

등등이 되겠습니다. 문제가 하나 있는데요. 도면(^^)이죠. 그런데 고맙게도, 3D 도면마저도 공개되어 있습니다. 바로, [바로가기]에서 이야기했던 RepRap 홈페이지[바로가기]를 통해 찾을 수 있습니다. 2D 사진을 3D로 바꿔주는 유틸[바로가기]때도 이야기했던 Thingiverse[바로가기]에 공개되어 있네요. 거기서 도면을 다운받을 수 있습니다

바로 요렇게 생겼네요^^. 

Herringbone_Gears_for_Huxley_Extruder.zip

저도 혹시 몰라 블로그에 올려둡니다. 근데 저 압축화일에는 제가 임의로 저 두 기어를 따로 분리한것도 있어요. 저걸 한 번에 프린트하면 살짝 퀄리티가 좀 떨어지거든요. 물론 한번에 프린트해서 빨리 할 수 있다는 장점이 있지만요

제가 분명히 상표권이야기 할때 이야기[바로가기] 제품에서 직접 채택해서 사용하고도 있습니다. 저도 실제로 한 번 프린터를 해 보았는데요. 한 번 보시죠.

3D 프린터로 뽑기 때문에, 탭을 낼수가 없습니다. 그걸 3D 프린터용 기어들은 저런 방식으로 해결하고 있습니다. 나사를 넣을 수 있도록 말이죠^^.

그리고, 또 큰 부분은

이렇게 프린트 되었습니다.

잘 안 보이시면 사진을 클릭해 보시면, 살짝, 헤링본(반복된 V자 무늬)이 보이실 겁니다.^^.

실제로는 이런 느낌으로 사용되겠지요^^. 사실 누가 3D 프린터를 발명했는지 부터 다룬, 3D 프린터의 탄생[바로가기]부터 느낀점까지 다루었던 그 연재후에, 뭔가 3D 프린터로 만들면 정말 편하다는 것을 한 번 보여드리고 싶었습니다. 물론 앞으론 종종 그런 글을 연재할 생각입니다. 제가 있는 회사에서 3D 프린터를 출시하면서, 제 자리에 테스트용으로 3D 프린터를 한대 설치했거든요. ㅋㅋㅋㅋ