[5] 3D 프린트를 이용한 헬름홀츠 코일 제작

[5] 3D 프린트를 이용한 헬름홀츠 코일 제작

전체 현미경 설계 상 스캔 코일이 들어갈 수 있는 공간이 제한적 이였으며 고정할 방법에 대해 많은 고민을 하였다.

3D 프린터 출력물의 재질이 플라스틱인데 코일에 전류를 흘리면 발생하는 열 때문에 스캔 코일 하드웨어가 녹을 우려가 있었다.

또, 스캔 코일이 생성하는 자지장의 세기가 설계한 것 보다 적을 수 있었다.

자기장의 세기가 적어질 경우 스캔 범위가 설계와 달리 지기 때문에 스캔 코일 하드웨어가 현미경 전체 구조에서 사용 가능한 공간을 최대한 사용하면서 헬름홀츠 구조를 유지하는 하드웨어를 제작하여야 했다.

아래 사진은 Inventor라는 프로그램을 이용하여 스캔 코일의 치수를 계산하고 설계한 사진이다.

설계한 모델을 3D 프린터로 출력하려면 저장할 때 STL 확장자로 따로 저장하여야 한다.

  

아래 사진은 대략적인 치수를 이용하여 3D 프린터로 출력한 스캔 코일 프로토 타입이다.

아래는 위 프로토 타입으로 스캔 코일을 고정할 방법에 대해 고민하여 제작한 2차 프로토 타입이다. 아래 하드웨어로 실제로 코일을 감고 전류를 흘려 열이 얼마나 나는지, 몇 번 정도 감을 수 있는지 테스트 해보았다.

  

아래 사진은 위 프로토 타입을 발전시켜 제작한 스캔 코일 하드웨어 이다.

실제로 사용한 스캔 코일 하드웨어와 동일한 구조이다.

외부 스캔 코일끼리는 중간에 있는 기둥이 맞물려 끼워질 수 있도록 설계하여 조립할 수 있도록 설계하였고 안쪽에 위치하는 코일은 외부 코일 하드웨어의 내부에 있는 기둥에 맞물려 고정될 수 있도록 설계하였다.

외부 코일 하드웨어에 길쭉하게 튀어 나와있는 구조물은 스캔 코일 전체 하드웨어를 고정 시키기위한 구조물이다.

 

 

아래 사진들은 두께 0.3mm 구리선을 수작업으로 감아 제작한 실제 현미경에 사용한 스캔 코일 하드웨어이다.

양쪽 코일에서 생성하는 자기장의 세기가 같아야 하기 때문에 최대한 많이 감되 양쪽 같은 횟수로 감아 제작하였다.

  

  

아래 사진은 스캔 코일 하드웨어를 고정한 모습이다.

가로로 길쭉한 초록색 구조물이 스커트에 고정되어있는 전산볼트에 고정되는 있고 직사각형 모양의 작은 부품을 이 구조물에 볼트로 고정하였다. 다시 이 부품에 전체 스캔 코일 하드웨어를 볼트로 고정시켰다.

이렇게 한 이유는 현미경 전체의 align에 따라 스캔 코일의 위치를 수정할 수 있어야 한다고 생각 했기 때문이다. 이렇게 고정하면 볼트를 조금씩 돌림으로써 스캔 코일 하드웨어의 위치를 필요한 만큼 조정할 수 있다.

초록색 구조물 아래에 있는 분홍색 구조물은 스캔 코일 하드웨어에 코일을 감고 나면 무게가 꽤 나가기 때문에 하드웨어가 아래로 처지는 것을 방지하고자 설치한 구조물이다.