3D 프린팅 드론의 광섬유 홀더에서 진동을 안정화하는 방법

가속 페달을 반쯤 밟으면 디스플레이가 흔들리기 시작합니다. 화면은 녹은 유리처럼 떨리고, 광섬유 연결이 불안정해지며, 순간 비행 영상이 흐릿해집니다. 드론 내부는 완벽하고, 모터는 조용하고, 프로펠러는 마찰 없이 회전하며, 튜닝도 매우 안정적입니다. 그런데도 마치 카메라가 제대로 고정되지 않은 것처럼 화면이 흔들립니다.

전자 장치 관련 문제는 드물게 발견되며, 대부분의 경우 마운트 자체에 숨겨져 있습니다. 3D 프린터로 제작한 홀더를 사용하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 광섬유 드론 송수신기 너무 딱딱하거나 너무 얇은 프레임은 소리굽쇠처럼 진동을 흡수하는 대신 진동을 포착하여 광학 부품에 전달합니다. 특정 모터 속도에서의 진동은 프레임의 고유 진동수와 정확히 일치하여 움직임을 감쇠시키는 대신 증폭시킵니다. 원인을 파악하면 수리는 간단합니다. 유연성이 떨어지는 PLA를 PETG로 교체하고, 공진을 흡수하기 위해 자이로이드 구조로 채워진 서포트를 제작합니다. 또한, 관절 진동 차단을 위해 90A TPU와 1mm VHB 레이어를 사용하는 것이 좋습니다. 특히 현장에서 발생하는 문제와 같은 상황에 대처하는 데 도움이 됩니다. 케이블이 나무에 걸렸습니다.

PLA가 튜닝 포크처럼 작동하는 이유

PLA는 출력했을 때 흠잡을 데 없이 매끄럽습니다. 층 사이가 매끄럽고, 모서리가 날카로우며, 모서리 부분도 깔끔합니다. 하지만 이러한 완벽함은 드론 내부에서 약점을 드러내는 위장막입니다. PLA는 매우 단단하면서도 깨지기 쉽습니다. 모터의 진동이 프레임을 통과할 때, PLA는 진동 에너지를 흡수하지 않고 그대로 반사합니다. 이로 인해 지속적인 진동이 발생하고, 이 미세 진동이 카메라나 광섬유 연결부에 직접 전달됩니다. 동일한 두 개의 마운트를 테스트한 결과는 동일했습니다. PLA로 만든 마운트는 특정 모터 속도에서 매우 큰 진동을 일으키며, 거의 모든 진동을 그대로 재현합니다. 반면 PETG로 만든 마운트는 응력을 받으면 약간 휘어지기 때문에 진동 에너지를 훨씬 빠르게 소산시킵니다.

PETG의 이러한 특성은 카메라에 전달되는 진동을 여러 배로 줄여주므로, 급격한 전력 변화에도 선명한 이미지를 유지할 수 있도록 해줍니다. 게다가 열은 상황을 더욱 악화시킵니다. 뜨거운 비디오 송신기 주변에서 PLA는 구조가 변형되고 휘어지다가 결국 파손됩니다. PETG는 특정 온도까지 더 강한 소재이며 형태 변화를 거의 보이지 않습니다. 전문적인 제작 환경에서 PLA는 시제품 제작에만 사용해야 하며, 비행용 마운트에는 절대 사용해서는 안 됩니다.

자이로이드 샌드위치가 공명을 포획하는 방법

대부분의 제작자들은 더 단단한 마운트를 설치하면 진동이 사라질 것이라고 생각하여 100% 충전재를 사용합니다. 하지만 실제로는 진동이 줄어드는 것이 아니라, 마치 종처럼 완전히 단단한 지지대를 사용하면 진동이 전달됩니다. 자이로이드 샌드위치 구조는 구조와 유연성의 균형 잡힌 설계를 통해 이러한 현상을 역전시킵니다. 이 구조에서 외부 PETG 층은 내부를 지지하는 견고한 프레임 역할을 합니다. 광섬유 커넥터 그 자리에.

밀도가 낮은 자이로이드 코어 내부 구조는 약간 휘어지면서 진동을 환자 형상 전체에 분산시킵니다. 진동 에너지가 마운트에 도달하면 이 패턴이 에너지를 더 작은 파동으로 나누어 광학계에 닿기 전에 소멸시킵니다. 이 원리는 항공우주 엔지니어들이 경량 복합 패널에 사용하는 것과 동일합니다. 이러한 패널은 진동을 내부 셀에 가두어 공진이 더 멀리 전달되는 것을 방지합니다. 자이로이드 샌드위치 구조도 같은 효과를 내어 더욱 선명한 영상, 가벼운 무게, 그리고 HD 비디오에서 젤리 현상 발생 가능성을 줄여줍니다.

자이로이드 샌드위치를 ​​자르고 출력하는 방법

기능성 자이로이드 샌드위치 구조의 성공은 정확한 슬라이싱에 전적으로 달려 있습니다. 먼저 PETG 소재로 두세 겹의 외벽을 만들어 부품을 지지할 수 있을 만큼만 만들고, 너무 두껍게 만들지 않도록 주의하세요. 외벽을 너무 두껍게 만들면 유연성이 떨어질 수 있습니다. 내부 채움 밀도는 20%에서 30% 사이로 설정하고, 자이로이드 또는 격자 패턴 중 하나를 선택하세요.

선택된 밀도 범위는 모터 진동을 흡수하는 내부 움직임이 제대로 작동하도록 합니다. 제어력을 높이려면 목표로 하는 감쇠 영역을 나사 마운트 바로 아래 또는 얇은 암 근처에 배치하십시오. PrusaSlicer에서는 하단에 모디파이어를 배치하고 해당 영역에 15%~20%의 자이로이드 채움을 적용합니다. Cura에서는 동일한 목적으로 모디파이어 큐브를 생성합니다.

멀티 소재 프린터를 사용하는 경우, 진동 감쇠 영역에는 TPU를 사용하고 외피에는 PETG를 사용하십시오. 단단한 부분은 진동을 가두어 유연한 코어의 기능을 저해하므로 절대 최대 밀도로 출력해서는 안 됩니다. 선택적인 구조와 부드러운 보강재의 조합을 통해 성능의 균형을 유지할 수 있습니다.

90A TPU의 역할과 테스트 방법

TPU의 경도는 마운트가 진동을 차단할지 아니면 전달할지를 결정하는 중요한 요소입니다. 최적의 경도는 쇼어 경도 기준으로 약 90A입니다. 이 정도 경도는 광섬유 연결을 유지할 만큼 충분히 단단하면서도 진동을 흡수할 만큼 부드럽습니다. 85A 등급은 더 부드러워 시간이 지남에 따라 처지면서 최적의 정렬 상태를 유지하지 못하게 됩니다. 95A 등급은 훨씬 더 단단하여 마치 딱딱한 플라스틱처럼 느껴지기 때문에 진동 흡수 효과를 전혀 느낄 수 없습니다.

경도계가 없더라도 손톱으로 두드려보는 테스트는 재료의 경도를 알아보는 좋은 방법입니다. 방법은 다음과 같습니다.

• 패드에 작은 자국만 남는다면 재질이 너무 딱딱하다는 뜻입니다.
• 패드를 손톱으로 완전히 눌렀을 때 자국이 남는다면, 소재가 너무 부드러운 것입니다.
• 손톱으로 패드를 살짝 눌렀을 때 패드가 원래 모양으로 빠르게 되돌아온다면, 그것이 바로 90A 기준입니다.

경도를 확인한 후, 각 마운팅 풋 아래에 90A TPU 패드 또는 와셔를 넣으십시오. 이렇게 하면 프레임의 진동이 카메라에 전달되는 것을 방지하는 촘촘하면서도 부드러운 층이 형성됩니다. 동시에, 이 층의 견고함 덕분에 광학 정렬이 손실되는 것을 방지할 수 있습니다.

1mm VHB 테이프가 진동 차단기가 되는 방법

진동은 탄소 섬유 프레임과 3D 프린팅된 마운트 접합부에서 가장 쉽게 빠져나갑니다. 이 조립체의 주요 소음원인 모터의 윙윙거리는 소음은 금속과 플라스틱의 직접적인 접촉을 통해 조립체 전체로 전달됩니다. 하지만 1mm 두께의 VHB 테이프를 추가하면 상황이 역전됩니다. 마치 작은 기계식 퓨즈처럼 작용하는 이 테이프는 전단에는 강하지만 압축에는 약하여 구조적 하중을 견디는 동시에 진동의 흐름을 차단합니다.

볼트 체결 부위에만 테이프를 붙이는 대신, 마운트 바닥 전체를 테이프로 감싸십시오. (이 작업은 다소 힘들 수 있습니다.) 테이프가 살짝 눌릴 때까지 나사를 살살 위로 돌려 마운트를 단단히 고정하되, 약간의 움직임은 허용하십시오. 이보다 더 세게 조이면 테이프가 눌려 진동 감쇠 기능이 약해집니다. 마운트의 목적은 거의 완벽한 평형 상태를 유지하는 것입니다. 즉, 완전히 고정되는 것이 아니라 안전하게 고정되는 것입니다.

이는 자동차 제조업체가 대시보드 소재를 조립하는 방식과 매우 유사합니다. VHB 테이프를 사용하여 다양한 부품을 주요 구조물에 부착하는데, 각 접착층은 강도를 희생하지 않으면서 진동하는 부품으로부터 절연체 역할을 합니다. 드론 응용 분야에 적용되는 방식은 광범위하지만, 깔끔한 비디오 피드나 안정적인 동영상 촬영에도 거의 동일한 방식이 적용됩니다. 열이 제대로 관리되지 않으면 기체 부품의 전반적인 상태에 악영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 근처의 비디오 송신기가 시간이 지남에 따라 접합부를 가열하면 접착력이 약해질 수 있습니다. 접착 테이프가 약해진 흔적이 보이면 매년 또는 갑작스러운 고온에 노출될 때마다(비행 중) 교체해야 할 수 있습니다.

5분 만에 영아 떨림 증상을 진단하는 방법

진동 진단에는 특별한 실험 장비나 진동 센서가 필요하지 않습니다. 단 몇 분의 테스트만으로도 진동 부위를 확인할 수 있기 때문입니다. 일반적으로 드론을 비행시키면서 짧은 시간 동안 제자리 비행을 하고 스로틀을 빠르게 조절하는 동안 비행 영상을 촬영합니다. 촬영된 영상을 분석하면 특정 부분에서 흐릿함이나 미세한 흔들림이 보일 수 있는데, 바로 그 부분이 진동이 발생하는 영역입니다. 다음으로 프로펠러를 제거하고 드론을 안정적인 표면에 놓아 진동을 확인합니다.

모터를 천천히 작동시키면서 프레임과 유리섬유 부분을 만져보세요. 아주 미세한 고주파 진동이 느껴진다면 마운트가 너무 얇거나 뻣뻣한 것입니다. 나사 구멍 주변에서 부드럽고 일정한 진동이 느껴진다면 접촉이 약하거나 불규칙한 것인데, 이는 부품 정렬 불량이나 관절에 과도한 토크가 가해진 것과 관련이 있습니다. 눈을 감고 진동을 분석해 보세요.

시각적인 문제가 없다면, 손끝에서 미묘한 음색과 질감의 변화를 느낄 수 있을 것이며, 이는 영상에서 본 것과 비교해 볼 수 있습니다. 만약 진동이 중간 정도의 강도에서 시작되어 찌릿찌릿하게 느껴진다면, PETG 소재로 다시 출력하거나 내부 채움 패턴을 변경해 보세요. 진동이 둔하고 느리게 느껴진다면, TPV나 VHB 같은 감쇠층이나 소재를 사용하여 다음 단계로 개선해 볼 수 있습니다. 이렇게 5분만 투자하면, 이제 시행착오를 거듭하지 않고도 튜닝에 필요한 합리적인 단서를 얻을 수 있습니다.

진동을 없애는 네 가지 실용적인 방법

대부분의 경우 진동 문제를 해결하는 것은 단계적인 조치에 달려 있습니다. 즉, 광범위하고 해결 불가능한 수정 작업을 피하면서 카메라 영상 품질에 대한 안정성을 꾸준히 구축해 나가는 방식입니다.

1단계: 재질 교체. 기존 형상은 그대로 유지하면서 PETG 재질로 마운트를 재제작합니다. PETG의 탄성 덕분에 중간 속도에서의 공진 현상과 PLA 재질에서 발생하던 링 현상을 효과적으로 제거하면서도 원래 형상을 유지할 수 있습니다.

2단계 – 구조를 재구성합니다. 벽은 두세 개 정도로 줄이고, 자이로이드 채움 밀도를 최소 15~20%로 설정하여, 특히 받침대와 팔 연결 부위에 시너지 효과를 극대화합니다. 듀얼 압출 방식의 프린터라면 TPU를 소량만 사용해도 효과가 좋습니다. TPU는 마운트에 진동 감쇠 효과를 더하는 데 매우 유용합니다.

3단계 – 완충재를 설치하십시오. 출력물 설치가 완료되면 TPU 와셔 또는 큰 언더마스크를 추가해야 합니다. 크고 작은 부품의 볼트를 조여 모델 구조에 무리가 가지 않도록 하십시오. 볼트를 살짝 가열한 후 간격을 두고 조심스럽게 조정하십시오. TPU는 90A에서 잘 작동합니다.

4단계. 두께 1mm의 VHB 테이프를 흙받이 아래에 붙입니다. 나사를 사용하여 약간의 압력을 가하면 지지대가 프레임과 홀더 사이의 결합을 끊을 수 있습니다.

이러한 조정을 위해 부양 테스트와 손가락 끝 테스트를 반복하십시오. 1단계와 2단계를 조합하면 문제가 해결되어 사소한 설계 변경이 얼마나 큰 성공을 거두었는지에 대한 결정적인 증거를 얻을 수 있습니다.

해결책이 효과적인 이유와 기억해야 할 사항

진동 자체는 결코 적이 아닙니다. 오히려 문제는 진동 자체가 아니라, 구조물이 설정한 다양한 경로를 통해 진동이 얼마나 쉽게 전달되는가입니다. 특정 지점에서 감쇠를 강화하면 전체적인 진동이 분산되어 부드러워집니다. PETG에 비해 공진을 더 두드러지게 하는 취성 재료와는 달리, 자이로이드 샌드위치 구조는 에너지를 약화시키고 내부로 전달하여 파괴를 초래할 수 있습니다. 반면 TPU와 VHB는 서로 협력하여 잔류 에너지가 광학 부품에 도달하는 것을 방지합니다.

이러한 모든 변화는 거친 진동을 부드러운 저음으로 바꿔줄 것입니다. 떨림이 느껴질 때마다 간단한 터치 테스트를 해보세요. 영상에 문제가 나타나기 전에 새로운 문제를 파악할 수 있습니다. 복잡한 PID 튜닝이나 고가의 부품은 필요하지 않습니다. 모델링과 재료 활동을 더욱 효율적으로 제어하는 ​​것이 핵심입니다. 제대로 구현되면 광섬유 홀더는 단순한 마운트가 아니라 진동을 소음으로 변환하는 통로가 됩니다.

참조 출처

1. PETG와 PLA의 차이점 및 비교:3D 프린팅용 PLA와 PETG를 비교하는 엔지니어링 가이드로, 드론 마운트 제작에 있어 PETG의 우수한 진동 감쇠 및 유연성을 강조합니다.
2. 모터 소프트 마운트 4개 세트 - 3D 프린팅 TPU 소재:TPU 진동 감쇠 장치에 대한 FPV 드론 관련 자료로, 3D 프린팅된 소프트 마운트가 카메라 영상 및 홀더의 흔들림을 어떻게 줄이는지 설명합니다.
3. 3D 프린팅 드론 부품용 복합 필라멘트 소재:드론 부품용 PETG 및 TPU 복합재료에 대한 학술 연구로, 드론 응용 분야에서 진동 차단 및 구조적 안정성에 중점을 둡니다.
4. 드론 부품 3D 프린팅: 시작하는 방법드론 마운트 및 안정 장치의 진동 감쇠 설계 등 3D 프린팅 드론 부품에 대한 종합적인 튜토리얼입니다.
5. 드론 부품 3D 프린팅에 가장 적합한 재료:드론 프레임 및 홀더용 PETG 및 TPU 소재에 대한 전문가 개요로, 충격 흡수 및 공진 감소 효과를 중점적으로 다룹니다.