안녕하세요 갈아만든 쌀 입니다. 바쁜일이 끝나고 벌여놓은 일을 수습하러 왔습니다.
강의를 해보겠다라는 생각에 갑자기 책을 써야겠다는 생각이 들어서 책을 끼적이다가 그러고 있으면 책 다 쓸때까지 될만한 내용이 없는거 같아서 조각조각이라도 내용을 올리려 합니다. 용어같은 경우엔 학술적인 부분은 일단 차치하고 일단 직관적인 용어로 쓰도록 하겠습니다. 추후에 정식으로 출간하는게 생긴다면 그 때 내용을 고치겠습니다.
요약
DfMA(Design for Manufacturing and Assembly)로 대표되는 효율적인 시공 및 설계를 위해서는 어떤 공작기계가 있고, 건축에서 어떻게 쓰이는지 알아야 합니다. 이런 공작기계에 대한 이해없이 모델링을 하게 되면, 3d 모델은 단순히 디자인 의도만 보여줄 뿐 실제로 제작을 위해 전혀 쓰일 수 없습니다. 따라서 공작기계와 해당 공작기계를 쓰기 위해 필요한 데이터 및 제약 사항을 이해해봅니다
목차
1. 공통사항
2. 레이저 커팅
3. 절곡
4. 비정형
5. 끝맺으며
1. 공통사항
모든 장비와 재료는 최대가공크기가 존재합니다. 예를 들어, 제작공장에 납품되는 철판은 최대크기가 존재하고, 마찬가지로 레이저 커팅기도 최대로 자를 수 있는 크기가 존재합니다. 따라서 본인이 아무리 원한다고 해도 최대로 제작 가능한 크기를 넘어 갈 수 없습니다. 사실 그보다 중요한건 경제적인 이유입니다. 예를들어 공장에 들어오는 철판이 1440 * 2200 사이즈라면, 해당 철판을 최대로 쓰기 위한 하나의 유닛 사이즈가 존재할 것입니다. 제가 경험한 프로젝트 중 하나도, 철판 중 버려지는 부분을 최소화 하기 위해 디자인을 조정하는 작업을 수행한 적이 있습니다.
2. 레이저커팅
레이저커팅은 가장 기본적이면서도 필수적이라고 볼 수 있습니다. 레이저커팅만 독립적으로 사용되기 보다는 다른 방식들과 같이 사용되곤 합니다. 예를들어 원통형태로 구부리고 레이저 커팅을 같이 한다거나, 복잡한 형상으로 구부린 후 레이저 커팅을 한다거하나 하는 방식입니다.
2.1 평판 레이저 커팅
읽고 계신분이 학생이라면 레이저 커팅을 몇번 사용해 봤을거라고 생각합니다. 평판의 경우 크게 어려운 점은 없습니다. 레이저커팅기에 맞는 dxg파일을 준비하면 됩니다. 여기서 주의할 것인 AutoCad에서 그려진게 아닌 다른 프로그램에서 그려진 곡선의 경우 인식이 잘 안될수도 있습니다. 이때는 곡선을 해당 곡선과 최대한 유사한 Polyline으로 바꾸는 방식을 사용해 내보내야 합니다. Rhino의 경우 해당 명령어를 지원하고 있습니다.
2.1.1 평판 레이저 커팅 시 필요한 데이터
레이저커팅을 사용해보신 분이라면 알겠지만, CAD프로그램에서 생성해야 하는 데이터는 자르고자 하는 물체의 경계선(boundary)입니다. 해당 데이터를 레이저커팅 전용 소프트웨어에 넣고 레이저의 파워 및 속도(레이저 헤드가 얼마나 빠르게 움직일지)를 결정해서 커팅을 실행하게 됩니다. 제가 경험한 대부분의 경우 기계에는 최종적으로 dxf 등을 사용할 수있는 것으로 알고 있습니다.
2.2 곡면 레이저 커팅
평판으로 레이저 커팅이 불가능한 경우가 있습니다. 한국말로는 복곡면(double curved surface)라고 하는것 같던데, 이 경우에는 형상을 구부린 후에 원하는 사이즈로 커팅하는 방식을 사용합니다. 자동차 제조쪽에서는 많이 쓰일것 같은데, 제가 경험한 현장에서는 많이 쓰이는 것을 보지는 못했습니다. DDP와 같이 복잡한 형상을 가진 외장패널을 커팅할 때 쓰는 방식이라고 이해하면 됩니다. 이때 로봇팔을 사용한 커팅을 할 수 있는 것으로 알고 있고, 입력 데이터는 3d 형상 그대로 들어갑니다. 포멧으로는 IGES(Initila Graphics Exchange Specification)파일이 쓰입니다. 역시나 Rhino에서는 IGES 지원합니다.
2.2.1 곡면 레이저 커팅시 필요한 데이터
IGES에 대해 좀더 길게 설명한다면, 미 공군 쪽에서 개발한 포멧이고(Sharpened Productions, n.d.) 사실 STEP파일의 등장과 함께 안쓰여야 하는게 맞습니다. 하지만 현실적으로 계속 사용되는 포멧이긴 합니다.
3. 절곡 및 롤링(Bending and Rolling)
말 그대로 구부리는 것을 뜻합니다. 업계용어로 모두다 절곡이라고 하는지 모르겠습니다. 영어 기준으로 절곡(bending)은 구부리는 건데, 평판을 특정 각도로 구부리는 것과, 큰 판을 원통으로 만드는 두가지로 보면 되겠습니다. 전자를 제 맘대로 절곡이라 하고, 후자를 롤링이라고 하겠습니다.
3.1 절곡
절곡은 철판에 쓰이는 방식이라고 보면 되겠습니다. 제가 본 절곡은 도구를 이용하긴 하지만 조금 수작업의 성격도 있던 것으로 기억합니다. 아마도 특정 길이를 설정한 후, 프래스를 이용해 원하는 만큼 절곡하는 방식으로 보입니다. 이때 원한는 접힌 길이를 만들기 위해서는 원하는 길이보다 약간 작게 설정해야 합니다. 비유하면 철판은 엿가락처럼 휘기도 하지만 늘어나기도 한다. 즉 휘면서 늘어나기 때문에 원하는 길이로 만들기 위해서는 약간 작게 만들면 됩니다. 미리 작게 만드는 그 양은 재질과 재료의 두께에 따라 다릅니다. 각 제작사가 해당 테이블을 가지고 있고, 다른말로는 연신률이라고도 하는 것으로 알고 있습니다.
3.1.1 절곡을 위한 데이터
절곡을 위해 주는 데이터는 dxf파일 입니다. 경우에 따라서는 절곡 각도에 대한 데이터도 줘야 할텐데, 제가 경험한 현장에선 90도로 절곡하는 일만 있어서 그 외의 데이터는 필요하지 않았습니다. 위에서 언급했듯, 만약 접혀 올라간 부분의 길이가 25mm이길 원한다면 연신율ㅇ르 고려해 이보다 작은 값을 기준으로 만든 데이터를 전달해야 합니다.
3.2 롤링(Rolling)
다이(die)에 놓고 절곡하는 방식이 있다면, 철판 또는 유리를 실린더 형태로 만들어 내는 방식이 있다. 이것을 롤링(Rolling)이라고 여기서 표현하겠습니다. 앞에서 언급한것 처럼 롤링만 한다기보단, 원하는 크기로 먼저 판을 자른 후, 원하는 실린더 방향을 설정해 기계에 넣고 몇회 반복하면 원하는 R값으로 만들어 지는 것으로 알고있습니다. 좀 좋은 기계를 쓰면 알아서 많은 부분을 자동으로 해주는 것으로 알고있습니다.
https://youtu.be/2VU9eD5T0OU?t=342
구부릴수 있는건 철판만 있는 것이 아니다. 유리도 구부릴 수 있습니다. 약간의 열을 가한 후 원하는 만큼 구부릴 수 있습니다. 현장에서 굉장히 다양한 형태로 성형할 수 있는 것으로 알고있습니다. 가령 콘 형태의 일부로 만들 수도 있고, 실린더의 일부로 만들 수도 있습니다. 오늘은 실린더 형태로 만드는 기계 영상만 링크를 겁니다.
3.2.1 롤링을 위한 데이터
우리가 예전에 배운 수학을 잠시 떠올려 보면 됩니다. 원통을 위해서는 기준 축과 해당 축을 기준으로 어떤 R(Radius)를 가질지를 결정해야 합니다. 여기서도 똑같습니다. 해당 결과물의 경계선과 기계에 들어갈 방향 및 R값을 전달해주면 업체에서 알아서 만들어 줍니다.
4. 비정형
우선 비정형이란 복곡면(double curved surface)를 뜻합니다. 좀더 쉽게 말하면 종이한장을 찢어지지 않는 선에서 만들 수 잇는 형태가 아닌 것을 뜻한다고 보셔도 됩니다. 저보고 비유를 들라고 한다면, 비닐을 잡고 가운데를 밀면 복원 불가능한 형태로 변형되는데, 이러한 상태에 놓인게 복곡면 이라고 보면 됩니다. 동대문 디자인 플라자의 40%정도가 복곡면으로 이루어져 있는 것으로 알고 있습니다. 아무튼 이런 형태는 각 모양을 위해 고유한 몰드를 만드는 것이 사실상 불가능 하기 때문에 특수한 기계가 필요합니다.
4.1 비정형을 위한 데이터
비정형은 3d 형상 그대로 찍어내게 됩니다. 아래 사진과 같은 기계를 쓰게 되는데, 한국에서 아래와 같은 장비를 가진 곳은 스틸라이프 만 있는 것으로 알고 있습니다. 위아래 헤드가 있는데, 이들이 한 형상의 특정 위치에 대응되고 이들을 위아래로 눌러 성형한느 방식입니다. 마찬가지로 사진에 보이는 옆의 기계팔을 이용해 3d 레이저 커팅도 동시에 수행한느 것으로 알고 있습니다. 영어는 Multi-point strech forming maching(MPSF)라고 하는데, 다점이라고 부르는게 편합니다.
4.1.1 비정형을 제작하기 위한 데이터
사실 비정형으로 이루어진 판을 만들때 단가는 부르는게 값이라 참 어려운 일입니다. 아무튼 해당 기계를 작동시키기 위해서는 IGES와 같은 NURBs기반의 데이터가 필요한 것으로 알고 있습니다. 즉, 스케치업 같은거 쓰면 못만듭니다. 현재 스케치업은 잘 모르겠지만 제가 알기론 스케치업과 다른 프로그램들은 Mesh기반 3d모델링이라 NURBs기반으로 데이터를 못 내보내는 것으로 알고 있습니다.
5. 끝맺으며
요즘 사실 먹는 글만 올려 눈치가 보였습니다. 아무튼 제가 현장에서 경험했던 여러가지 제작장비와 해당 제작장비에 필요한 데이터들을 정리해봤습니다. 다점이와 같은 장비의 경우 스캐치업과 같이 Mesh기반 3d모델링 도구로는 작동시킬 수 없다는 점을 다시 확인 했습니다. 그리고 문득 건축을 하시는 분들이라면 알겠지만, 어떤 경우 몇십 몇백 몇천개의 고유한 패널을 생성해야 하는 경우가 있습니다. 제가 참여했던 프로젝트중 꽤나 많은 경우가 그랬습니다. 그런 경우 자동화가 필수적입니다. 이런 과정들을 위해 그래스호퍼를 어떻게 쓰는지 차근차근 올려보겠습니다.
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