솔리드웍스 - 스윕을 이용한 링 코일(Ring helix) 모델링 강좌

일명, 전화선 모델링으로 잘 알려진 이 모델링 방법은 이미 많은 방법과 내용으로 각종 사이트나 인강으로 많이 나와있을 것이다.

이 모델링 방법은 전화선, 열선 코일, 인덕턴스와 같은 전자기기의 부품, 덕트호스와 같은 나선형 와이어가 있는 호스류와 같은 우리 주변에 알게 모르게 참 많이 사용되고 있는 형태이다.


언듯 굉장히 어렵게 보일 수 있도 있는 형태의 모델리이지만, 사실 몇번의 작업만으로 충분히 모델링할 수 있으며, 나아가 많은 응용에 활용될 수 있기 때문에 잠시 몇번 연습해보면 충분히 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이다. 


솔리드웍스 전화선 모델링은 기본, 응용이 답이다.


이번에는 솔리드웍스 인강과 글로 강의 하지만, 이 전화선 모델링은 인벤터 및 다른 3DCAD에서도 이와 동일한 방법으로 작업을 수행 할 수 있다.


Ring helix drawing.PDF



이번 포스팅에 사용되는 도면은 Inventor NG World Cup 이라는 Ambu(ambu.com)에서 제공하는 도면내용을 참고로 내가 직접 도면을 재 작업하여 PDF로 도면자료를 제공한다.  IVNGWC와 Ambu가 어떤 관계인지는 확실치 않다.


아래 재공하는 글 강좌와 그 아래 제공하는 동강을 적절하게 같이 작업 스킬을 익히시면, 쫌더 이해하기 쉬울 수 있으며, 여기서 벗어나 더 발전적인 응용도 충분히 가능 할 것이다. 그리고, 단위는 MMGS로 한다.


사실, 이번 강좌의 형태는 곡면 스윕을 이용하여 가이드를 만들고, 그 가이드의 가장자리를 스윕 경로로 재 생성하여 본 솔리드 형상을 만드는 데, 특징하고 있어, 조금만 응용하면 다양한 곳에 적용할 수 있다.


스윕을 이용한 링 코일 모델링 강좌


기초 스케치 (스윕 경로 작성)

이번 강좌는 앞에서도 언급했듯이, 곡면 스윕을 기본으로 작성하는 링 형태(원 형태)의 코일이다. 

그래서, 경로를 한번에 작성하는 것이 아니라, 180도씩 나누어 두번의 스윕 곡면을 생성하고, 최종적으로 하나의 모델링 형상을 만드는 것이 중요하다.


1- 기준 평면을 여기서는 윗면으로 작업한다. 윗면을 선택하여 새 스케치 한다.

2- 스케치 드로잉 명령에서 중심 호을 선택한다.

3- 원점 위치에 호의 중심점을 일치시킨다.

4- 임의 위치에 호의 시작점과 끝점을 지정하여 호를 작성하고, 치수구속으로 반지름 20을 입력하여 작성한다.

5- 위 3, 4번과 동일하게 반대편에도 호를 만들고, 각 호의 끝점을 선택하여 병합시킨 후, 호를 선택하여 보조선으로 만든다. 마지막으로 각 호의 끝점과 원점을 동시에 선택하여 수직 구속하여 반호를 작성한다.

6- 스케치가 완료 되었으면, 스케치를 종료 한다.


코일 크기가 있는 단면서 작성(코일 반경값을 가진 선)

1- 경로를 스케치 했던 평면과 동일한 윗면을 선택하여 새 스케치한다.

2- 스케치 도구 선을 선택한다.

3- 선의 시작점을 경로 선의 끝점을 지정하고, 선을 그리고, 치수구속으로 길이 2.5를 입력한다.

4- 작업이 완료 되었으면, 스케치를 완료한다.


곡면 스윕 작성 (코일 경로 생성 용)

솔리드웍스는 인벤터와 다르게 곡면과 솔리드 모델링 파트를 분리된 상태에서 작업이 이루진다. 스윕 곡면은 스윕 피쳐와 동일한 방법으로 사용이 되고 있어, 별도로 공부할 필요 없이 바로 사용이 가능하다.


1- 커멘드 메니져에서 곡면 탭을 선택하여 곡면 작업 메뉴구성으로 전환한다.

2- 스윕 곡면 명령을 선택한다.

3- 스윕 곡면 속성창에서 스윕 단면 객체를(2.5mm 직선) 선택한다. 

4- 스윕 경로 객체를(반지름 20mm 실선 호) 선택하며, 맑은 노란색으로 직선이 원호를 따라가는 리본 형태를 볼 수 있다.

5- 스윕 옵션 탭을 클릭하고, 프로파일 꼬임 옵션에서 꼬임 값 지정 을 선택한다.

6- 꼬임 제어 옵션에서 회전을 선택한다. 

7- 꼬임에 대한 회전 횟수는 6회로 지정하고, 스윕 곡면을 생성한다.

※ 도면상에서는 1피치가 30도 짜리가 12개 필요하고, 경로는 180도 작성되어져 있기 때문에 절반이 6회를 지정한다. 

※ 만약, 꼬임 제어 옵션을 회전이 아닌 각도로 지정했다면, 360 x 6 =  2,160도라는 값이 지정하면 된다.


반대편 스윕 경로 작성

일반적인 스윕은 닫힌 경로든, 열린 경로든 큰 문제 없이 객체를 생성할 수 있지만, 이번 처럼 꼬임이 포함된 경우, 닫힌 경로에서는 원하는 값을 표현하기가 무척이나 어렵다.(?) 그래서, 최초 스케치시 반은 실선으로, 나머지 반은 보조선으로 작성한 아유가 바로 여기에 있다.

그리고, 보조선은 이번에 스윕 경로로 사용하기 위해서 최초부터 생성한 것이다.


1- 기존에 사용한 경로와 단면 스케치의 가시성을 보이기 한다.

2-. 새 스케치 평면은 처음과 같은 윗면으로 새 스케치를 작성한다.

3- 스케치 편집 요소 중에서 요소변화를 선택한다.

4- 변환할 요소를 처음 스케치한 보조선으로 작성된 호를 선택하여, 현재 스케치 상태로 호를 투영시킨다.

5- 마무리 되었으면 스케치를 종료 한다.


반대편 곡면 스윕 작성 (처음 스윕 곡면 생성과 동일한 방법)

처음 곡면에 이어 나머지 반대쪽도 동일한 방법으로 곡면을 생성한다.


1- 두번 스윕 경로 스케치를 마무리하고, 처음에 보이게 했던 경로선은 다시 숨기기로 화면상에서 보이지 않게 한다.

2, 3- 곡면 탭에서 곡면 스윕을 선택한다.

4- 스윕 단면은 보이게 했던 2.5mm 직선으로 선택한다.

5- 스윕 경로는 요소 변환한 호를 경로로 선택한다.

6- 스윕 옵션 프로파일 꼬임을 꼬임 값 지정으로 변경한다.

7- 꼬임 제어는 회전으로 선택한다.

8- 꼬임 갯수는 6호 꼬임으로 이전과 동일하게 지정한 후, 스윕 곡면 꼬임의 방향을 처음 만든 곡면과 자연스럽게 이어지는지 확인 한다. 만약, 자연스럽게 이어지는 방향이 아닌 경우, 꼬임 방향을 반대방향으로 지정하여 곡면을 생성한다.


3D스케치 이용 스윕 피쳐 작성용 경로 추출

지금까지의 스윕 곡면 생성은 이 곡면 자체를 이용하여 뭔가를 만드는 것이 아니라, 곡면이 가지고 있는 특성을 이용하여 솔리드 객체를 만들기 위한 기초적인 작업을 수행 한 것이다.

실제 링 코일과 같은 객체는 직접적으로 스윕 피쳐로 형태를 작성할 수 있는 있지만, 요구하는 값을 정확하게 맞추기는 무리가 있어서, 일반적으로 가장 보편적인 3차원 스윕 곡선을 작성하여, 코일을 생성한다.


1- 스케치 탭에서 스케치 하위에 있는 3D스케치를 선택한다.

2- 맞춤 자유곡선 명령을 지정한다. 

※ 기본적으로 컴멘드 메뉴에는 없어며, 별도로 추가해서 넣거나, 메뉴바 -> 도구 -> 자유곡선 도구 -> 맞춤 자유곡선 을 찾아서 선택해야 한다.

3- 맞춤 자유곡선 속성창에서 폐쇄 자유곡선과 구속 옵션으로 선택(기본 선택사항)한다.

4, 5- 맞춤 자유곡선을 별도로 선택창을 두고 있지 않기 때문에 바로, 필요한 객체의 가장자리를 마우스로 클릭하여 선택 후, 확인하여 3D자유곡선을 생성한다.

※ 맞춤 자유곡선 뿐만 아니라, 요소변환으로도 충분히 가장자리 선을 추출할 수 있지만, 작업 특성상(끝점이 정확하게 연결된 자유곡선이 필요) 추출된 곡선의 끝이 완전히 붙었는지 알 수 없는 상태임으로 가장 확실한 맞춤 자유곡선을 이용하여 선을 추출한다.


불필요한 곡면 숨기기

솔리드웍스와 같은 3D파라메트릭 모델링 방식의 CAD프로그램은 이전에 사용하고 남은 불필요한 요소를 절대 지워서는 안된다. 그래서 대부분 보이지 않아야 하는 객체나 스케치 같은 경우는 가시성을 숨기기로 한다.


1, 2- 스윕으로 생성된 곡면은 하나씩 선택하여, 숨기기 아이콘으로 화면상에서 사라지게 한다.


스윕 피처 생성 (솔리드웍스 2016 이상)

솔리드웍스 2016이상 버전에서는 원형태의 단면을 가진 스윕 객체는 별도의 단면없이 경로만으로 스윕 형상을 모델링 할 수 있다.


1, 2- 피처 탭에서 스윕 보스/베이스 명령을 선택한다.

3- 원형 프로파일을 선택하여, 프포라일이 없이 생성하는 기능을 선택한다.

4- 스윕 경로를 맞춤 자유곡선으로 생성된 코일 곡선을 선택한다.

5- 원형 단면의 지름값인 1.25를 입력하고, 스윕을 완료한다.


스윕 단면 생성 (솔리드웍스 2015 이하, 또는 특정 단면 형태)

솔리드웍스 2015를 포함한 이하 버전인 경우, 별도의 평면에 필요한 단면을 직접 생성해야 하며, 2016이상의 버전 또한 원이 아닌 다른 형태의 단면인 경우 이와 같이 기준면을 별도로 생성하여 단면을 생성한다.


1- 커멘드 메니져에서 참조형상 하위 탭에서 기준면을 선택한다.

2- 속성창에서 제1참조는 맞춤 자유곡선 또는 참조형상으로 추출 된 곡선의 끝점을 지정한다.

3- 제2참조는 끝점에 맞물려 있는 선분을 선택함으로써, 2에서 선택된 점의 위치에서 선택된 선분에 수직(직각)하는 방향으로 평면을 세울 수 있다.


※ 자유곡선을 으로 스윕 곡선을 만들지 않고, 바로 스윕 꼬임으로 바로 생성할 경우, 단면을 생성할 평면의 위치를 위와 같은 방법으로 정확하게 잡을 수 없기 때문에 앞에서도 언급한 것과 같이 한번에 만들 수는 있지만, 정확한 형상을 구현하기에는 어려운 점이 많다.


스윕 단면 생성 

스윕에 필요한 단면은 꼭 스윕 경로에 맞출 필요는 없지만, 정확한 위치를 지정하기 위해서는 스윕 경로선에 맞춰서 작업하는 것을 추천한다.


1- 생성한 사용자 평면에 새 스케치를 시작한다.

2- 스케치 도구 중심원을 선탠한다.

3- 원의 줌심점을 스케치 원점에 맞추어 원을 그리고, 치수 구속으로 원의 지름값인 1.25를 입력한다.

※ 만약, 중심점이 원점 위치에 일치되지 않는 경우, 임의 위치에 드로잉 후, 점과 경로선을 선택하여 관통 구속시킨다.

4- 스케치가 끝났으면 마무리 한다.


스윕 피처 생성

단면이 원이 아니거나, 2016 이하 버전인 경우, 일반적인 스윕 사용 방법은 동일하게 적용된다.


1, 2- 피쳐 탭에서 스윕 보스/베이스 명령을 선택한다.

3- 기본값인 스케치 프로파일을 선택한다.

4- 스윕 단면을 생성한 지름 1.25mm 단면 원을 선택한다.

5- 스윕 경로는 이미 생성된 맞춤 자유곡선 또는 참조형상 곡선을 선택하여 스윕 객체를 생성한다.


완성된 결과물


에구구.. 항상 느끼지만, 글로 보면 항상 어렵게 느껴진다.ㅎㅎㅎ 개념만 잡고 작업하면 5분도 채 걸리지 않는 형상이지만, 이렇게 펼쳐놓으니 꽤 작업량이 많아 보인다.ㅎㅎ


대략적으로 글로 전체적인 작업 흐름을 익혔다면, 약 6분 정도되는 작업 동영상을 보면서 완벽하게 손에 익혀보자. 이 블로그에 있는 동강들은 무음이며, 들리는 것은 클릭음 밖에 없지만, 위 글과 영상을 같이 보면 훨씬 도움이 될 것 같다.


동영상 강좌는 짧고 굵게, 집중도의 극대화를 높이다.


스윕을 이용한 링 코일 모델링 동영상 작업


조금이라도 3D캐드나 그래픽 프로그램을 배웠다면, 한번씩을 다 공부해봤을 기능으로 이루어졌지만, 어디서부터 시작하고, 어떻게 접근하며, 어떻게 응용해야 하는지가 항상 고민스럽고 어렵다.

수 없이 상상하고, 상상을 표현하는 연구를 반복적으로 해야 할 것이다. 


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