지난 여름, 저는 여름 프로그램을 듣기 위해 매일 UCSD 캠퍼스에 다녔습니다. 샌디에이고의 무더위에 배낭까지 메고 다니다 보니, 강의실에 도착할 때쯤이면 등에는 땀이 흠뻑 젖어 있었습니다.
이유는 간단합니다. 배낭은 등 뒤쪽에 습한 공기를 가두기 때문에 땀과 수분이 그곳에 계속 쌓이게 됩니다. 몸에서 나오는 열과 땀이 그 공간으로 계속 쏟아져 들어오지만, 그 어떤 것도 빠져나갈 수 없는 것입니다.
그래서 공기 흐름을 다시 확보해 주는 백팩 냉각 시스템을 만들었습니다. 3D 프린팅으로 제작한 와플 구조의 스페이서인데, 두 가지 역할을 합니다. 수동적인 방식으로는, 와플 모양의 리브가 백팩을 등에서 떨어뜨려 놓고 공기가 통과할 수 있는 통로를 열어줍니다. 능동적으로는 상단에 장착된 두 개의 5V 송풍 팬이 공기를 아래로 밀어내어 그 통로를 통해 등 뒤를 지나 하단으로 배출시킵니다.
이 Instructable에서는 골판지 시제품, Fusion 360 모델, 필라멘트 선택이 생각보다 훨씬 더 중요한 이유, 그리고 팬 배선 방법을 차례로 살펴보겠습니다.
저는 고등학교 1학년생이며, ‘Beat the Heat’ 경진대회에 출품하기 위해 이 작품을 만들었습니다.
전자제품:
인쇄:
하드웨어:
도구:
소프트웨어:
Fusion을 열기 전에, 가방을 메고 있어도 불편함을 느끼지 않으려면 틈이 얼마나 커야 하는지 알고 싶었습니다. 그래서 피자 상자를 잘라보았습니다.
배낭 뒷면 크기와 비슷한 평평한 판을 잘라내어, 배낭과 등 사이에 끼운 채로 이리저리 걸어 다녔습니다. 즉시 효과가 나타났고, 덕분에 효과가 없을지도 모르는 것을 몇 시간씩 모델링하는 수고를 덜고도 이 아이디어가 통한다는 것을 알 수 있었습니다.
또한 CAD로는 알아차리지 못했을 세 가지 사항을 발견하게 해주었습니다.
피자 상자는 비용이 들지 않을 뿐만 아니라 CAD로는 해결할 수 없었던 문제들에 대한 해답을 제시해 주었기 때문에, 저는 이런 종류의 프로젝트를 진행할 때면 항상 가장 대략적인 버전을 먼저 만들어 보곤 합니다.
먼저 외곽 윤곽을 스케치했는데, 대략 배낭 뒷면 패널의 크기를 따랐으며, 너비는 280mm, 높이는 500mm이고, 피부에 파고들지 않도록 모서리에는 둥글게 처리했습니다. 몸 쪽을 향한 측면의 모든 모서리도 둥글게 처리했는데, 이는 골판지 테스트를 통해 얻은 결과입니다.
이 모델은 사용자 매개변수를 기반으로 작동하기 때문에, 벽 두께에 4mm를 직접 입력하는 대신 먼저 wall_t, gap_h, cell_size, fan_d를 설정한 후 이를 참조하도록 했습니다. 더 얇은 리브를 원할 때는 해당 값을 변경하면 프레임이 자동으로 업데이트되었습니다.
와플 구조는 갭_h 높이까지 돌출된 리브 단면의 직사각형 패턴입니다. 골판지가 폐쇄형 셀 구조로 인해 공기 흐름이 차단된다는 점을 고려하여, 수직 채널은 높이 전체에 걸쳐 끊김 없이 이어집니다. 수평 리브는 강성을 높이기 위한 것이지만, 각 셀을 완전히 차단하지는 않습니다.
상단의 오목한 홈에 5015 블로어 팬 두 개가 설치되어 있어, 그 통로 안으로 아래쪽으로 바람을 불어넣습니다. 축류 팬 대신 블로어를 사용한 이유는, 축류 팬은 자신의 축을 따라 공기를 똑바로 앞으로 밀어내기 때문에 평평한 패널에서는 공기가 사용자의 등 쪽으로 밀려들게 되기 때문입니다. 원심식 송풍기는 전면에서 공기를 흡입하여 90도 각도로 측면으로 내뿜는데, 이것이 좁은 틈새를 따라 공기를 이동시키는 원리입니다. 또한 두께가 15mm에 불과합니다.
Bambu Lab X1C 프린터로 PETG 소재를 사용하여 출력했습니다.
가장 먼저 떠오르는 선택지는 PLA이지만, 이는 실수였을 것입니다. PLA는 섭씨 55~60도 정도에서 부드러워지는데, 뜨거운 아스팔트 위나 샌디에이고의 직사광선에 노출된 어두운 색의 배낭은 이 온도를 쉽게 넘기게 됩니다. 직사광선을 받는 표면 온도는 보통 섭씨 60~70도에 달하기 때문입니다. 이 부품은 바로 그 부품을 제작할 때 염두에 두었던 조건에서 처지게 될 것입니다.
PETG는 섭씨 80~85도 정도에서 부드러워지는데, 이는 배낭이 노출되는 어떤 온도보다도 높은 수준입니다. 또한 더 견고하고 유연하기 때문에, 금이 가는 대신 등 곡선에 따라 자연스럽게 휘어집니다.
두 팬 모두 배터리 팩에서 병렬로 연결되며, 양극 회로에는 스위치가 달려 있습니다.
직렬이 아니라 병렬로 연결하세요. 직렬로 연결하면 각 팬에 전압의 절반만 공급되어 두 팬 모두 출력이 약해집니다. 병렬로 연결하면 두 팬 모두 전압을 온전히 받게 되며, 전류는 두 배로 늘어나지만 AA 건전지로도 충분히 감당할 수 있습니다.
알칼리 AA 건전지 3개는 약 4.5V를 출력하고, 팬의 정격 전압은 5V이므로 실제 작동 전압은 정격보다 약간 낮습니다. 전압이 낮게 유지되는 쪽이 더 안전한데, 전압이 낮으면 팬이 조금 더 느리고 조용하게 회전하는 반면, 전압이 높으면 베어링이 빨리 마모되기 때문입니다. 사용 시간은 약 4~6시간입니다.
고정할 때는 접착식 벨크로를 사용했는데, 스페이서에는 후크 면을, 가방 뒷면에는 루프 면을 붙였습니다. 벨크로를 사용하면 어떤 배낭이든 사용할 수 있고, 가방을 세탁할 때 쉽게 떼어낼 수 있으며, 드릴로 구멍을 뚫거나 바느질을 할 필요도 없습니다.
테스트 조건: 동일한 2시간 걷기, 동일한 경로, 두 번의 걷기를 모두 같은 날에 진행.
결과: 그래프에서 볼 수 있듯이, 선풍기를 가동하자 배낭과 등 사이의 습도가 급격히 떨어졌으며, 산책을 마칠 무렵에는 등이 완전히 마른 상태였습니다.
제한 사항: 이 테스트는 한 번만 수행했습니다.
다음 버전에서는: PETG 소재의 유연성에만 의존하지 않고 패널을 등받이 모양에 맞게 곡선으로 가공하고, 실내에서 조용하게 작동할 수 있도록 속도 조절 기능을 추가하며, AA 건전지 대신 USB-C 파워뱅크로 전원을 공급하도록 변경할 계획입니다.
원문: https://www.instructables.com/From-Pizza-Box-to-3D-Print-I-Built-a-Fan-System-Th/
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