3D 프린팅을 사용하여 맞춤형 알루미늄 인클로저 엔드 캡 제작하기

소규모 전자 제품 제조업체를 운영하기도 하고 또 취미로도 좋아하는 사람으로서, 저는 제품 및 프로젝트 하우징을 위해 알루미늄 인클로저를 자주 사용합니다. 압출 알루미늄 케이스의 내구성과 강도를 선호하는데, 알루미늄 구조는 방열판으로 사용할 때 방열을 위한 넓은 표면적을 제공합니다. 저는 Hammond Manufacturing 계열 1455C802 알루미늄 압출 케이스를 사용해 왔으며, 그 품질에 매우 만족하고 있습니다.

알루미늄 케이스가 좋은 반면, 다양한 바인딩 포스트와 커넥터에 맞도록 플라스틱 엔드 캡의 포트를 드릴링하고 절단하는 작업은 매우 어렵고 일관성이 없다는 사실을 알게 되었습니다. 동그란 구멍을 드릴하는 작업은 매우 간단합니다. 좋은 드릴 프레스와 템플릿으로 문제가 해결됩니다. 그러나 동그란 모양의 구멍을 만드는 일 이외의 모든 작업은 어려워질 수 있습니다. 저의 제품과 프로젝트의 대부분은 다양한 커넥터(USB 포트, 기판 헤더, LCD 패널)의 노출을 위해 정사각형, 직사각형 및 균일하지 않은 기하학적 모양을 필요로 합니다. 저는 X-ACTO 나이프, 대각선 절단기, 니퍼 등 다양한 도구를 사용하여 이러한 절단 작업을 수행합니다. 아직까지는 제 손가락이 모두 성하지만, X-ACTO 나이프를 사용할 때면 사고가 발생하는 것이 시간 문제라는 것을 실감합니다.

보다 안전하고 빠르며 전문성 있는 외관을 제공하는 3D 프린팅

일회성의 프로젝트나 프로토타입은 이러한 도구를 사용하여 완성할 수 있지만, 그 결과는 종종 완제품을 아마추어 제품처럼 보이게 합니다. 또한, 저처럼 연간 수백 개의 제품을 제조하는 경우 손으로 절단하는 작업은 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 저의 솔루션은 제조업체에서 제공하는 플라스틱 엔드 캡을 버리고, 대신 제 사양을 충족하는 새 엔드 캡을 3D로 프린팅하는 것입니다(그림 1).

그림 1: Hammond 1455C802 케이스(오른쪽)에 알맞는 3D 프린팅 엔드 캡(왼쪽)의 예. (이미지 출처: Doug Peters)

적층 3D 제조 공정에는 학습 곡선이 다소 존재하지만, 일단 익숙해지고 나면 프린팅할 수 없는 제품은 거의 없습니다.

이 프로세스에는 기본적으로 세 단계가 있습니다. 먼저 CAD(컴퓨터 지원 설계) 파일을 생성하고 그 결과를 STL(표준 테셀레이션 언어)로 저장해야 합니다. STL 파일을 생성하는 데 사용할 수 있는 무료 및 저가의 CAD 소프트웨어 프로그램이 많이 있습니다. 저는 설계를 위해 TinkerCad라는 무료 웹 기반 애플리케이션을 사용합니다.

둘째, STL 파일을 3D 프린터용 숫자 명령어 세트로 변환해야 합니다. 이 새로운 파일 형식을 G 코드라고 하며, STL을 G 코드 파일로 변환하기 위한 'Slicer'를 사용하여 생성할 수 있습니다. 저는 Cura 소프트웨어 패키지의 무료 버전을 사용하지만, 여러 다양한 패키지가 있으며 그 중 대부분이 무료입니다. 마지막으로, G 코드가 생성되면 선호하는 3D 프린터로 전송합니다. 그러면 새 위젯이 생성됩니다!

제 개인적인 3D 프린팅 작업을 위해서는 Creality의 ENDER-3 S1 Pro를 사용합니다(그림 2). 저는 ENDER-3 S1 Pro의 품질과 속도가 특히 가격 대비 우수하다고 생각합니다. 물론 프린팅 시간은 설계의 복잡성에 따라 다르지만, Hammond 1455C802에 대한 예에서는 2개의 엔드 캡을 완성하는 데 약 25분이 걸립니다. 또한 약 40분간의 한 번의 프린팅 작업으로 2세트의 엔드 캡을 프린트하기 시작했습니다.

그림 2: Shenzhen Creality 3D Technology Co., Ltd.의 ENDER-3 S1 PRO를 사용하여 Hammond 1455C802 인클로저용 엔드 캡 2개를 완성하는 데 약 25분이 걸렸습니다. (이미지 출처: Shenzhen Creality 3D Technology Co., Ltd.)

3D 프린팅을 할 때, 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 등 여러 유형의 필라멘트를 선택할 수 있습니다. YouTube에서 간편하게 검색하면 사용 가능한 모든 필라멘트의 장단점을 설명하는 압도적인 동영상들이 있습니다. Flashforge USA는 다양한 색상의 PLA 필라멘트(다른 유형 중)를 제공합니다(그림 3).

그림 3: 다양한 PLA 필라멘트 색상 옵션의 예. (이미지 출처: Flashforge USA)

결론

저는 제 비즈니스 그리고 취미용으로 인클로저 엔드 캡을 제조하기 위한 완벽한 솔루션은 3D 프린팅 프로세스라는 것을 깨달았습니다. 이를 통해 완제품의 품질 및 외관의 완성도를 높이는 동시에 전자 제품의 설계에 집중할 수 있습니다. 또한 실험실에 3D 프린터를 설치하여 여러 가지 유용한 간단한 장치를 프린트했습니다.

개인적으로 저는 인클로저 엔드 캡 제조에 3D 프린터를 사용하는 것이 3D 프린터 구매를 정당화하는 수단 그 이상이며, 손가락을 보호할 수도 있다는 것을 알게 되었습니다.