3D CAD에서는 작성할 수 없는 부품 형상

3D CAD의 성능은 빠르게 향상되어 모델링이 불가능한 형상이 없다고 합니다. 설계 툴로는 당연한 말이지만, 3D CAD에도 작성이 불가능한 부품 형상이 존재하여 설계자를 고민에 빠지게 합니다.

간단한 부품인데 모델링이 불가능

	왼쪽 그림의 클립 부품은 많이 사용되는 간단한 부품이지만 3D CAD에서는 모델링을 할 수 없습니다. 클립 끝단이 맞닿는 부분의 힘을 강하게 하기 위해 밀착 시켜야 하는데 이러한 사양이 모델링을 불가능하게 하는 원인이 됩니다. 이처럼 간단한 부품이라도 3D CAD로 모델링이 불가능한 경우가 다수 존재하는데 아래와 같은 방법으로 수정해 작성할 수 있게 되었습니다.
	이 부품의 경우, 왼쪽 그림과 같이 끝단을 밀착시키지 않고 미세한 틈새를 만들면 3D CAD로 모델링을 할 수 있습니다. 즉, 원통면이 바로 맞닿아 있는 상태를 피하면 됩니다.

 

모델링이 불가능한 원인은 Non-Manifold

모델링이 불가능한 원인은 “Non-Manifold”에 있습니다. 쉽게 접하지 못한 용어이지만 3D CAD의 모델링 기능과 관련하여 3D CAD가 솔리드 형상을 정의할 때 허용되지 않는 상태를 말합니다. 설계자가 모델링을 할 때 원인 불명의 에러 메시지를 받고 작업이 중단되는 경우가 있는데 Non-Manifold에 대해 알게 되면 에러를 줄일 수 있습니다. Non-Manifold란 일반 솔리드 모델의 모서리에는 2개의 면이 접해 있는데 3개 이상의 모서리를 공유한 상태가 Non-Manifold입니다. 일반 부품 형상에서는 Non-Manifold가 되는 경우가 많지 않지만 경우에 따라 Non-Manifold가 되는 경우가 있습니다.

	왼쪽 그림의 예는 화살표로 표시한 모서리에 4개의 면이 접해 있는 상태로 Non-Manifold입니다. 실제 부품에서도 이러한 상태는 가공을 할 수 없기 때문에 이 경우 기본적으로는 모델링이 불가능해도 문제는 없습니다.
	왼쪽 그림의 예는 부품 테두리에 바로 붙어 있는 홀을 작성하는 경우입니다. 붙어 있는 부분은 선이 접촉하여 정접 모서리가 되기 때문에 면이 4개 접속하여 Non-Manifold가 됩니다. 이 경우에도 실제 부품 가공에서도 기본적으로 작성이 불가능합니다.

 

Non-Manifold가 원인인 에러 메시지

Non-Manifold가 원인으로 모델링이 불가능할 때, 3D CAD는 에러 메시지를 보내는데 유감스럽게도 불친절한 경우가 많습니다. 다음은 그 사례를 소개하겠습니다.

• 에러 1 두께가 제로인 형상을 작성하려 합니다. (Non-Manifold가 된다는 것을 의미합니다.)
• 에러 2 이 형상으로는 처리할 수 없습니다. (Non-Manifold가 되므로 처리가 불가능하다는 것을 의미하는 경우도 있습니다.)
• 에러 3 복사에 실패했습니다. (복사 결과가 Non-Manifold가 되어 처리가 불가능하다는 것을 의미하는 경우도 있습니다.) 부품이 단일 솔리드 형상이 아니다. (부품이 2개 이상으로 분할) (Non-Manifold를 피하기 위해 부품을 분할해 버리는 경우가 있습니다.)

Non-Manifold를 피하는 방법

선 접촉과 점 접촉을 없애 Non-Manifold를 피할 수 있습니다. 구체적으로는 형상을 파고 들어가거나 분리 시켜 피할 수 있습니다.

어쩔 수 없이 Non-Manifold가 되는 형상이 필요한 경우, 미세한 틈새 등을 작성하면 피할 수 있습니다. 3D CAD에서는 1미크론의 틈새가 있으면 Non-Manifold를 피할 수 있습니다.

정리

3D CAD에서는 Non-Manifold가 원인으로 작성이 불가능한 형상이 존재하며 실제 기계 가공에서도 제작이 불가능한 형상입니다. 설계자는 가공이 어려운 형상을 모델링한 경우, 에러를 통해 수정이 필요함을 알 수 있기 때문에 도면 검토와 같이 활용할 수 있습니다.