FreeCAD 배우기] 멀티 바디

다중 바디(Multi-body) 설계 방식은 3D CAD에서 하나의 부품 파일(Part File) 공간 안에 독립된 여러 개의 고체 형상(Solid Body)을 개별적으로 생성하고 관리하는 기법을 말합니다.

일반적인 3D CAD 모델링(특히 초급 단계)에서는 '1개 파일 = 1개 부품(싱글 바디)'으로 디자인한 뒤 어셈블리(Assembly) 파일에서 합치지만, 실제 실무에서는 다중 바디 기법이 매우 강력하고 광범위하게 사용됩니다.

1. 멀티바디 vs 어셈블리(조립품)의 차이

이해를 돕기 위해 일반적인 어셈블리 방식과 멀티바디 방식을 비교해 보면 다음과 같습니다.

• 일반적인 어셈블리 (Bottom-Up 방식):
  • 볼트 파일, 너트 파일, 브래킷 파일을 각각 따로 저장한 뒤, '조립용 파일'을 새로 열어 메이트(Mate, 조립 조건)를 주며 결합합니다.
• 멀티바디 설계 (Top-Down 방식의 일종):
  • 하나의 파일 안에 Body 1(볼트), Body 2(너트), Body 3(브래킷)을 한 번에 다 그려버립니다.
  • 서로의 형상을 참고하여 직접 치수를 맞추기 때문에 번거로운 조립 조건 없이 완벽하게 밀착되거나 맞물리는 설계를 할 수 있습니다.

 

2. 주로 어떤 경우에 멀티바디를 쓸까?

실무에서 멀티바디 설계가 필수적으로 사용되는 대표적인 시나리오는 다음과 같습니다.

① 완벽히 맞물리는 부품 설계 (예: 플라스틱 케이스, 주조 금형)

리모컨이나 마우스 같은 플라스틱 제품은 상판과 하판이 빈틈없이 딱 맞물려야 합니다.

• 하나의 덩어리(Solid)로 전체 외관을 먼저 예쁘게 디자인한 뒤, 분할(Split) 기능을 사용해 상판 바디와 하판 바디 2개의 독립된 바디로 쪼갭니다.
• 이렇게 하면 외곽 라인이 어긋날 일이 절대 없습니다.

상용 CAD(Creo, SolidWorks 등)에서 제품 디자인 시 외곽 파팅 라인(Parting Line)을 완벽하게 일치시키기 위해 사용하는 대표적인 탑다운(Top-down) 설계 또는 마스터 모델(Master Model) 기법입니다.

 

 

 

② 용접 구조물 (Weldments / 프레임 설계)

자전거 프레임이나 공장 작업대처럼 여러 파이프와 철판을 용접해서 만드는 구조물입니다.

• 파이프들을 개별 파일로 만들면 조립하기가 매우 고통스럽습니다.
• 하나의 스케치 선들을 기준으로 각 파이프 형상(바디)들을 일괄 배치한 뒤, 서로 겹치는 부분을 잘라내고(Trim) 용접 갭을 줍니다.

 

③ 불리언 연산(Boolean Operations)이 필요할 때

형상과 형상을 '더하고', '빼고', '교차하는' 연산이 필요할 때 사용합니다.

• 예컨대 방열판(Heatsink) 형상을 통째로 만든 바디와, 칩셋 바디를 준비한 뒤, 방열판 바디에서 칩셋 바디 영역만큼을 '빼기(Subtract)' 연산하여 완벽히 밀착되는 서멀 패드 안착부를 파낼 수 있습니다.

 

3. 멀티바디 설계의 장단점

👍 장점

1. 참조 설계가 매우 쉽다: 다른 부품의 모서리나 면을 기준으로 스케치를 바로 그릴 수 있어 부품 간의 간섭(충돌)이나 공차 설계가 매우 직관적입니다.
2. 파일 관리가 편하다: 수십 개의 자잘한 부품 파일들을 따로 저장하고 링크를 관리할 필요 없이 하나의 파일 안에서 정리가 끝납니다.
3. 설계 변경이 빠르다: 전체 가이드라인이 되는 치수나 스케치 하나만 수정하면, 그와 연관된 내부의 모든 바디들이 자동으로 크기와 위치를 바꿉니다.

👎 단점

1. 성능 저하 (대형 설계에 부적합): 하나의 파일에 너무 많은 피처와 바디 히스토리가 쌓이면 컴퓨터 연산 속도가 느려집니다. (이 경우 최종 단계에서 바디들을 개별 부품 파일로 내보내야 합니다.)
2. BOM(부품 명세서) 추출의 한계: 도면을 치거나 자재 명세서(BOM)를 뽑을 때, 멀티바디는 기본적으로 '단일 부품'으로 인식되므로 개별 품번을 부여하기 번거로울 수 있습니다.

 

4. FreeCAD에서의 멀티바디 구현

FreeCAD의 Part Design 워크벤치는 정밀한 멀티바디 설계를 매우 직관적으로 지원합니다.

FreeCAD에서 활성화된 Body(Bold 표시)와 피처 트리 구조.

 

• Active Body(활성 바디): FreeCAD에서는 여러 개의 Body를 만들 수 있지만, 작업을 할 때는 반드시 한 번에 하나의 Body만 활성화(Active, 이름이 굵게 표시됨)시켜 설계해야 히스토리가 꼬이지 않습니다.
• ShapeBinder(셰이프 바인더): Body A를 설계하면서 Body B의 모서리나 면을 참고하고 싶을 때, FreeCAD에서는 보안상 다른 바디를 직접 참조하지 못하게 막습니다. 이때 ShapeBinder라는 도구를 사용해 Body B의 특정 기하학적 정보만 Body A 내부로 끌고 들어와 완벽한 연계 설계(멀티바디 탑다운 설계)를 수행합니다.

 

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참고 동영상

 

• 멀티바디 모델링의 개념과 장점 멀티바디 모델링은 여러 개의 바디 컨테이너를 생성하여 각 부분을 독립적으로 설계하고, Subshape Binder 등을 통해 이들 간의 형상 정보를 공유하는 방식이다. 이는 상향식(Bottom-up) 설계와 달리 기준이 되는 메인 파트의 변경 사항이 종속된 파트에 자동으로 반영되는 하향식(Top-down) 설계 기법을 가능하게 한다.

• 주요 설계 도구 활용 Clone 도구는 특정 작업 단계에서 링크된 복사본을 생성하여 모델링의 분기를 만들 수 있게 하며, 부울 연산(Fuse, Common, Cut)은 여러 바디를 병합하거나 교차 영역을 추출하여 최종 형상을 완성하는 데 필수적이다. 특히 Subshape Binder의 오프셋 속성을 활용하면 공차 조절이나 형상 간의 간섭을 정밀하게 제어할 수 있다.

• 멀티바디 설계 시 주의사항 멀티바디 모델링 시 바디 간의 상호 참조로 인해 업데이트 루프가 발생할 수 있으므로 의존성 순환을 방지하는 것이 중요하다. 필요 시 Clone 도구를 사용하여 독립적인 분기를 생성하고 이를 부울 연산에 활용함으로써 오류를 예방하고 설계 효율성을 높일 수 있다.