안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 기계공학이란 개념은 누가 맨 처음으로 정립했나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학은4대역학(동역학, 유체역학, 열역학, 재료역학)의 지식을 기본으로기계시스템이 어찌 가동되는지, 기계에 사용되는 적절한 재료는 어떤게 되는지를 배우는 학문인데요.이는 4대역학이 가장 기본이 되는 학문이다보니중세 유럽부터 시작하여 역시가 오래된 학문입니다.누가 맨처음 개념을 적립했다기 보다는4대역학을 기본으로 하다보니 전체적으로 발전했다보는게 맞고요커리큘럼은근대화된 대학에서 부터 가르치기 시작한 학문이다보니전세계 어느 대학이든 커리큘럼은 비슷합니다.기본적으로 수학, 미적분, 기하학. 물리학, 화학이 기초적으로 습득되야하고거기서 4대역학 에 공업수학 쪽이 추가되어야 하며그 뒤로 기계설계, 제작, 공정설계, 수치계산, 유체기계, 진동학, 기계공작, 컴퓨터설계, 시스템설계, 동력기계설계, 자동제어, 탄성학, 계측공학, 공기역학 등으로뻗어 나갑니다.
기계공학
Q. 로봇과 기계의 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.짧게 말씀드리면로봇도 기계의 한 영역이라고 말씀드릴 수 있겠습니다만기존의 기계라 함은제어를 사람이 하는 기계분야 였습니다.거기서 점점 발전한 부분이생산라인 들 부분에서정해진 프로그램에 따라일정한 작업을 계속 수행하는 생산 공작 기계 들로 발전을 해왔는데요.그 후로기계공학의 발전에 따라로봇의 발전 또한 엄청난 발전을 이루었습니다.물론 각 관절의 제어의 감속기의 발전 및 균형감각 자이로스코프 센서 등 발전으로인간과 거의 비슷한 수준의 로봇까지 제작되는 수준이 되었는데요.그럼에도 불구하고 정해진 내부 프로그램에 따른 동작 수준까지가 한계였습니다.최근의 AI의 비약적 발전에 따라그렇게 발전한 로봇에AI가 이식됨에 따라계란을 손가락으로 집어 옮길 수 있을 만큼의 제어성능 까지 제어가됨과 동시에정확하게 무엇을 어떻게 어디로 옮겨라 라는 명령이 아닌이것을 그냥 어디방으로 옮겨라 정도까지 만 명령해도자율적인 AI에 의해 혼자 판단하고 동작하고 이동하여 명령을 수행하는 단계까지 왔습니다.따라서 로봇이 기계의 범주에 들어가는 것은 맞으나앞으로의 로봇은 단순기계가 아닌의식이 있는 기계, 그것을 기계라고 부를 수 없는 시대가 올 것으로 보입니다.
기계공학
Q. 현재 3d프린팅 기술은 상용화 되었나요? 주로 어디에 많이 쓰이나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일반인들은 아직 사용필요성을 느끼지 못하는 부분이나사실 각 분야에서 혁신적으로 응용되고 있습니다.제조업, 의료, 건설, 예술 까지 사용되며제품의 제작과정을 혁신적으로 변화시키고 있지요.제조업에서 도입하면서더 빠르고 더 유연하게 제품개발이 가능하고특히 맞춤형 제작이 가능하여 고객의 다양한 요구에 즉각 대응이 가능해졌습니다.의료분야에서도 중요합니다.맞춤형 의료기기인공장기제작에 가능하며개개인의 해부학적 특성이 다름에도 불구하고거기에 커스터마이징가능하므로 치료효과가 증대됩니다.또한 재료의 다양성으로 인해 생체재료로도 활용가능하여 인공장기에도 가능합니다.건설/ 건축 /토목 에서도 혁신적으로 사용되는데요.대형 3D프린터를 사용하여건물의 기둥, 벽, 바닥 등을 한번에 출력하여 제조 가능하며프린터만 받쳐준다면건설 건축 시간을 단축시키고 비용절감에 이바지 합니다.인건비 / 시간 등을 혁식적으로 감축 가능합니다.우주분야에서도 NASA 에서 우주인이 취식가능한3D프린터를 개발회사에 의뢰한 적이 있습니다.수분을 다 뺀 재료로는 10년이상 보관이 가능하기에고체재료로 보관하고, 거기에 물과 기름을 섞은 방식으로 출력하는 프린터도 개발된걸로 압니다.이렇게 우리가 상상의 폭을 넓혀 가는 만큼프린터개발도 발전을 하여더더욱 우리 실생활에 우리도 모르는 곳에서혁신을 이어가고 있습니다.
기계공학
Q. 용접잔류응력에대해서궁금합니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.용접잔류 응력은용접 시에 국부적 열이 가해져급속 열팽창 및 수축이 발생하는데주위에 의해 구속됨에 따른용접 종료 후에도 응력이 잔류하는 현상을 말하는데요.잔류응력 을 감소시키는 방법으로는재료에 공급하는 열량최소화용착되는 금속량 최소화열이 국부적 집중 안되도록 하기용접 전 용접 부위를 예열용접순서나 용착방법 적절 선택잔류응력 관리법 으로는응력완화 열처리법- 적절 온도로 가열/유지 하고 균일한 냉각과정을 거쳐, 용접부 성능개선 및 용접 잔류응력 제거저온 응력 완화법 - 용접선 양측을 가스 불꽃의 낮은온도로 가열 후 수냉하는 법기계적 응력 완화법 - 잔류응력이 있는 부위에 하중을 가하여, 소성변형 후 하중을 제거국부 응력 제거법 - 응력완화 열처리가 불가한 대형 용접물을 변태점 이하에서 단시간 유지 후 서서히 냉각피닝법 - 해머로 용접부 연속타격 하여 소성변형 시켜 잔류응력 완호하는 방법등이 있겠습니다.
기계공학
Q. 자전거가 동작하는 원리는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자전거의 기본적 원리는축바퀴의 원리, 즉 기어의 원리 라 말씀드릴 수 있습니다.기어에는 지렛대의 원리가 사용되는데요.페달은 중심에서 멀기에힘의 작용점와 힘점이 멀어져서큰 힘을 낼 수 있습니다.이것은 전문용어로 토크 (회전력) 라고도 하는데요.그 큰 힘으로 뒷바퀴의 기어를 움직일 수 있게 됩니다.기어 원리에서 더 깊이 본다면페달쪽 기어가 저단이고 뒷바퀴가 고단이라면페달 에 가하는 힘은 줄어들지만뒷쪽의 회전수가 줄어들어 속도는 느립니다.그래서 출발할 때 힘이 덜 드려면저단으로 시작하는 거지요페달 쪽이 고단이(직경이 큼)고 뒷바퀴가 저단(직경이 작음)이 된다면페달을 밟아주는 힘은 더 많이 들겠지만뒷바퀴의 회전수를 급격히 올릴 수 있기에일단 탄력이 붙어서 관성이 생기면페달 족 단수를 낮춰도 힘을 덜 들이고 빠르게 갈 수 있습니다.