이 튜토리얼에서는 다양한 3D 프린팅 도구와 호환되는 소형 전환식 자석 베이스를 만드는 방법을 보여 드립니다. 제가 설계한 구성에는 휴대폰 거치대와 카메라 스탠드와 바이스, 다양한 이송 스테이지또는 모듈형 실험실 홀더 시스템이 포함되어 있습니다.
이 베이스는 자석이 붙는 어떤 표면에든 휴대폰이나 카메라를 놓거나, 현미경 플레이트 위에 샘플을 놓거나, 광학 브레드보드 위에 장치를 설치하는 데 사용할 수 있습니다.
10x 또는 20x 자석을 사용하는 두 가지 버전이 있습니다. 발생하는 힘을 시험해 본 결과, 10x 버전은 3.6 kg을 들어 올릴 수 있었고 20x 버전은 5 kg 이상을 들어 올릴 수 있었습니다(한계까지 시험할 추의 무게가 부족했습니다). 컴팩트한 크기(폭 65 mm, 10x 및 20x 자석 버전의 두께는 각각 17 mm와 20 mm)이지만, 이 베이스는 휴대폰, 카메라 또는 다이얼 인디케이터를 안정적으로 고정하기에 충분한 안정성을 제공합니다.
전환식 자석이 궁금해서 이 튜토리얼을 찾아왔거나 제작 전에 어떻게 작동하는지 알고 싶다면, 배경 설명을 제공하는 8단계로 바로 이동할 수 있습니다.
이 자석 베이스에는 3D 프린트 부품과 일반적으로 구할 수 있는 하드웨어 부품만 사용됩니다. 3D 파일은 thingiverse에서 받을 수 있습니다. 수정이 필요한 사용자를 위해 STEP 및 Solidworks 파일도 제공됩니다. 사용하기 쉽고 인성이 좋아 PLA+를 사용했지만, 베이스 본체는 PLA, PETG, ABS 또는 거의 모든 재료로 출력할 수 있습니다. 또한 설계에는 지지대와의 마찰을 높이기 위한 TPU 패드가 사용되며, 없어도 되지만 사용하는 것을 강력히 권장합니다.
3D 프린트 부품 외에 다음도 필요합니다:
이 튜토리얼의 마지막 단계에는 해당 부품을 구매할 수 있는 링크가 여러 개 포함되어 있습니다. 저는 해당 링크와 아무런 관련이 없으며 제품의 품질을 보증할 수 없습니다. 참고용으로만 제공하는 링크입니다.
필요한 공구:
취향에 따라 3D 파일을 다음에서 받을 수 있습니다: thingiverse, Printable 또는 Makerworld. BambuStudio를 사용한다면 올바른 출력 설정이 적용된 3mf 파일을 받을 수 있습니다. 그렇지 않으면 제작하려는 버전(10x 또는 20x 자석)에 해당하는 STL 파일과 "TPU_pads" 파일을 다운로드하세요.
모든 STL은 미리 방향이 설정되어 있으므로 부품의 방향을 그대로 유지하면 됩니다. 단단한 부품에는 0.2mm 레이어 높이, 벽 4개, 충전률 25%를 사용하고 TPU 패드에는 벽 6개와 충전률 60%를 사용하는 것이 좋습니다. 나사 소켓과 자석 구멍에는 서포트를 사용해 출력해야 합니다.
레버를 케이스와 다른 색으로 출력할 수도 있습니다. 와셔 리테이너를 투명한 색상(약간 반투명한 색상)으로 출력하면 조립이 조금 더 쉬워집니다.
모든 부품을 준비한 후, 먼저 M3 너트 3개를 하단 케이스 부품에 삽입합니다. 3D 프린터의 출력 공차에 따라 바이스나 망치를 사용해야 할 수도 있습니다.
그런 다음 인두를 사용해 상단 케이스 부품에 열 삽입 너트를 설치합니다. 인서트 구멍은 총 13개지만, 사용하려는 공구에 따라 모두 채울 필요는 없습니다.
자석 리테이너를 가져와 아래쪽에서 자석을 삽입합니다. 위쪽과 아래쪽을 구분하려면, 아래쪽은 출력 중 베드에 닿는 면입니다. 위쪽에서는 레버가 돌출부를 형성합니다.
리테이너의 구멍 중 절반에 자석을 삽입하고, 두 자리마다 하나씩 비워 둡니다. 10x 베이스 버전에서는 각 구멍에 두께 3 mm 자석 하나가 들어갑니다. 20x 버전에서는 각 구멍에 자석 두 개가 들어갑니다. 모든 자석은 북극 또는 남극 중 같은 면이 향하도록 동일한 방향으로 배치해야 합니다.
그런 다음 리테이너를 뒤집고 각 구멍에 와셔를 하나씩 넣습니다. 이 와셔는 다음 단계에서 자석이 제자리에 있도록 도와줍니다.
자석 리테이너를 다시 뒤집어 아래쪽이 향하게 한 뒤 남은 자석을 넣습니다. 매번 자석의 방향이 번갈아 바뀌도록 하세요.
그런 다음 반대쪽에 와셔를 추가합니다(구멍당 와셔 3개). 와셔가 구멍 밖으로 돌출되지 않는지 확인하고, 필요하면 줄로 날카로운 모서리를 제거하세요. 저가형 와셔는 일반적으로 펀칭으로 제작됩니다. 이 공정에서는 윗부분은 둥글고 아랫부분은 날카로운 모서리를 가진 전형적인 형상이 생깁니다. 와셔를 촘촘하게 쌓아야 하므로 이러한 날카로운 모서리가 문제가 될 수 있습니다.
메커니즘이 부드럽게 작동하도록 자석 위에 소량의 기계용 그리스나 오일을 바를 수 있습니다.
그런 다음 와셔 리테이너를 자석 리테이너 위에 놓습니다. 각 "돌기"가 아래 자석의 중앙에 오도록 와셔 리테이너의 방향을 맞추세요(따라서 각 와셔 자리는 서로 다른 두 자석에 걸쳐 놓입니다). 그런 다음 각 자리에 와셔를 3개씩 쌓일 때까지 추가합니다.
다시 한 번, 와셔의 모서리 때문에 촘촘하게 쌓이지 않으면 줄로 다듬으세요.
전체 조립체를 와셔 리테이너가 아래로 향하도록 하단 케이스에 삽입합니다. 어깨 부분과 같은 높이로 맞아야 합니다. 그렇지 않으면 와셔를 제거하고 와셔 리테이너의 위치를 올바르게 조정해야 할 수 있습니다.
같은 높이로 맞으면 레버를 작동시켜 바닥면에 자성이 생기는지 확인할 수 있습니다.
의도한 대로 작동한다면 상단 케이스를 덮고 M3 나사 3개로 고정합니다.
베이스를 뒤집고 마지막 고정 나사와 TPU 패드를 추가합니다.
축하합니다! 자석 베이스가 완성되었습니다.
이 자석 베이스는 다양한 부착 지점을 갖추고 있어 원하는 공구를 설계하거나 개조해 고정할 수 있습니다. 또한 관심이 있을 만한 유용한 공구 모음도 설계했으며, 여기에는 범용 휴대폰 홀더, 카메라 베이스, 바이스, 그리고 모듈형 실험실 홀더 세트와 정밀 위치 조정을 위한 다양한 이동/회전 스테이지 가 있습니다. 이 마운트는 제가 만든 관절형 암 디자인과도 호환되므로, 위치 조정의 자유도를 높이기 위해 볼 조인트 링크 몇 개를 사용할 수도 있습니다.
자기는 상당히 복잡하지만, 스위치식 자석이 어떻게 작동하는지 빠르고 직관적으로(아마 약간 부정확할 수도 있는!) 설명을 원한다면 아래 내용을 읽어 보세요.
자기는 자석 주위에 철가루를 뿌렸을 때 나타나는 자기장 선을 이용해 흔히 시각화합니다. 자석 바깥에서는 이 선이 북극에서 남극으로 향합니다.
이 자기장 선은 자석 주변 공간으로 뻗어나가지만, 철과 같이 자기 투자율이 높은 물질에 의해 그 경로가 크게 영향을 받을 수 있습니다. 자기장은 공기보다 이러한 물질을 우선적으로 통과합니다.
자석과 철 조각 사이에 발생하는 힘은 두 물체의 접촉면에서의 자기장에 따라 달라집니다. 매우 거칠게 시각화하면, 철을 통과하는 "자기장 선의 개수"와 관련이 있다고 생각할 수 있습니다.
스위치식 자석에서는 영구 자석을 사용해 자기장을 만들고, 철 부품을 사용해 자속의 방향을 바꿉니다. 이러한 철 부품의 위치를 바꾸면 자기장이 장치 외부로 나오게 하거나 장치 내부에 대부분 가둘 수 있습니다.
따라서 철은 일종의 "자기 도체"로 볼 수 있습니다. 자기장이 철 부품 안으로 들어가면 금속의 형태를 따라 우선적으로 이동하여 자속에 쉬운 경로를 제공합니다.
예를 들어, 평평한 철 조각을 자석의 한 극에 붙이면 자속이 철 조각의 반대쪽으로 이동할 수 있는 경로가 생깁니다. 따라서 자기장이 철 바깥으로 뻗어 나갑니다.
하지만 북극과 남극을 모두 같은 철 조각에 연결하면, 철은 자속이 한 극에서 다른 극으로 곧장 이동할 수 있는 쉬운 경로를 제공합니다. 그러면 자속의 대부분이 금속 내부에 남고, 부품 외부의 자기장은 매우 약해집니다.
스위치식 자석은 이 원리를 사용합니다. 철 부품을 두 가지 구성 사이에서 기계적으로 이동합니다. 한 구성에서는 영구 자석을 작업 표면에 연결하고 자속을 장치 외부로 유도합니다. 이때 장치는 "ON" 상태가 되어 철에 붙을 수 있습니다.
다른 구성에서는 철 부품이 서로 반대되는 극을 연결하여 자속이 장치 내부에서 닫히는 경로를 제공합니다. 외부 표면에 도달하는 자속이 훨씬 적어지므로 장치는 사실상 "OFF" 상태가 되고 철에 더 이상 강하게 붙지 않습니다.
이 튜토리얼의 설계에서는 원형으로 배열한 자석과 동일한 배열의 와셔를 사용합니다. 와셔와 자석이 정렬되면 자속이 전달됩니다. 자석을 18도(회전의 1/20) 회전시키면 와셔가 서로 반대편에 있는 두 자석을 연결하여 자속을 가둡니다.
현재 홍콩에 거주하고 있어 가장 실용적이고 경제적인 Taobao에서 부품을 직접 구입했습니다. 하지만 중국어를 하지 못하는 사람에게는 어려울 수 있습니다(저처럼 아름답고 똑똑한 아내가 있다면 모를까요!). 그래서 다른 링크도 포함하려고 했습니다. 이는 추천이나 보증이 아니며, 해당 링크는 참고용으로만 제공된다는 점을 유의해 주세요.
원문: https://www.instructables.com/3D-Printed-OnOff-Magnetic-Base/
https://www.instructables.com/3D-Printed-OnOff-Magnetic-Base/