시제품 가공:CNC 프로토타이핑의 장단점

CNC 가공이란 무엇입니까?

CNC(Computer Numerical Control) 가공은 컴퓨터 입력을 사용하여 드릴 및 선반과 같은 가공 도구를 제어하는 ​​제조 프로세스입니다. 다양한 프로토타입 및 최종 사용 부품에 대해 여러 산업에서 사용됩니다.

이 프로세스는 CAD 소프트웨어를 사용하여 생성된 디지털 3D 설계로 시작되며, 컴퓨터는 이를 기계의 절단 도구에 대한 일련의 지침으로 번역할 수 있습니다. 이러한 명령어를 G 코드라고 합니다. G 코드가 기계로 전송되면 기계가 절단 시기와 위치를 알고 자동으로 가공을 수행하기 때문에 수동 감독이 거의 필요하지 않습니다. 이는 숙련된 기계공이 수동으로 작동되는 절단 도구를 사용하여 공작물을 절단하는 기존 기계 가공과 비교할 때 상당한 시간 및 비용 절감 효과를 가져옵니다.

기계 가공은 빼기 공정으로 장비가 새로운 재료를 도입하는 대신 기존 재료를 제거합니다. 3D 프린터가 재료를 층으로 쌓아 물체를 형성하는 적층 제조와 달리 CNC 가공은 "작업물"로 알려진 형태가 없는 블록에서 섹션을 절단하는 작업을 포함합니다. 과도한 재료는 폐기되거나 재활용되어 결국 완성된 부품을 남깁니다. 더 복잡한 CNC 기계, 즉 더 많은 축이 있는 기계는 공작물을 보다 복잡한 방식으로 절단하여 보다 복잡한 형상의 부품을 생산할 수 있습니다.

CNC 가공은 범용성, 정확성, 일관성 및 광범위한 호환 재료 덕분에 널리 사용되는 제조 공정입니다. 알루미늄 합금이 가공에 가장 일반적인 재료이지만 수많은 다른 금속 및 플라스틱도 사용할 수 있습니다.

CNC 가공이 프로토타입 제작에 적합합니까?

많은 사람들이 현재 3D 프린팅을 쾌속 프로토타이핑의 지배적인 형태로 생각하고 있지만 CNC 기계 가공은 프로토타입 부품을 만드는 중요한 프로세스이기도 합니다. 그 이유를 이해하려면 프로토타입이 취할 수 있는 다양한 형태를 고려하고 이러한 프로토타입이 존재하는 이유를 고려하는 것이 좋습니다.

프로토타입은 다양한 기능을 가질 수 있습니다. 가장 기본적으로 위치 지정자 또는 소품 역할을 합니다. 최종 부품이 어떻게 보이거나 동작하는지에 대한 시각적 정보를 전달하는 데 사용되는 최종 부품의 느슨한 표현입니다. 이 모양의 프로토타입 R&D 프로세스를 안내하거나 개념 증명을 제공하는 데 사용할 수 있습니다. 높은 미적 기준으로 만들어진 경우 잠재적인 투자자에게 신제품을 홍보하는 데 사용될 수도 있습니다. 이러한 프로토타입은 매우 중요할 수 있지만 반드시 고급 전문 장비를 사용하여 만들 필요는 없습니다. 손으로 제작하거나 저가형 데스크톱 3D 프린터로 인쇄할 수 있습니다.

그러나 일부 프로토타입은 시각적 표현 이상의 용도로 사용됩니다. 제품 개발 단계에 따라 회사는 엔지니어링 프로토타입을 만들어야 할 수도 있습니다. 또는 프로덕션 프로토타입 :외모 뿐만 아니라 프로토타입 마지막 부분과 비슷하지만 실제처럼 최대한 실제에 가까운 대용품 역할을 합니다. 3D 프린팅은 외양과 유사한 프로토타입 제작을 위한 훌륭한 옵션일 수 있지만, CNC 가공은 종종 적층 공정에서 제공할 수 없는 강도, 기계적 안정성 또는 기타 특성이 필요한 기능적 프로토타입에 선호됩니다. 결국 3D 프린터로 만들어지는 최종 사용 부품은 많지 않습니다.

CNC 가공은 프로토타이핑에 탁월한 선택이 될 수 있지만 그 적합성은 프로토타입의 특성에 따라 다릅니다. 프로토타입은 어떤 용도로 사용됩니까? 어떤 재료로 만들까요? 그리고 어떤 재료로 최종 부품이 만들어지나요? 이러한 질문과 기타 질문은 궁극적으로 사용자를 가장 적절한 프로토타이핑 방법으로 안내할 것입니다.

CNC 가공 알루미늄 프로토타입

CNC 가공을 사용한 프로토타이핑의 장점

생산 속도, 부품 품질, 재료 옵션 및 최종 부품과의 유사성을 포함하여 회사에서 CNC 가공을 사용하여 프로토타입을 생산하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다.

파일에서 프로토타입으로

CNC 가공의 가장 큰 장점 중 하나는 "CNC" 요소입니다. CNC 가공은 컴퓨터 파일에서 부품을 생성하는 디지털 프로세스이므로 엔지니어는 가공된 프로토타입이 디지털 3D 설계와 거의 일치하고 나중에 동일한 디지털 설계를 사용하여 동일한 치수의 최종 부품을 생성할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 반복성 정도가 특히 높습니다.

또한 디지털 3D 디자인을 사용하면 빠르고 정확한 변경이 가능합니다. 가공된 프로토타입에 잘못된 설계로 인한 물리적 결함이 있는 경우 엔지니어는 CAD 소프트웨어로 돌아가 다음 프로토타입을 위해 적절하게 변경할 수 있습니다. 서로 다른 버전을 나란히 비교할 수 있으며 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 부품이 실제 환경에서 어떻게 작동하는지 선제적으로 테스트할 수도 있습니다.

3D CAD 파일

5축 CNC 가공으로 프로토타입 제작

품질 및 일관성

컴퓨터는 완벽하지 않지만 컴퓨터로 제어되는 기계는 고장나지 않는 한 예상대로 정확하게 작동하는 경향이 있습니다. 많은 프로토타이핑 프로세스가 사람의 기술에 의존하지만(따라서 사람의 실수에 취약함) CNC 기계는 지침을 몇 밀리미터 이내로 따릅니다.

중요한 것은, 그들은 또한 그것을 반복해서 할 수 있습니다. 기업이 프로토타입을 하나만 만들 수 있지만 필요한 경우 CNC 기계는 첫 번째 작업에서 편차를 최소화하면서 동일한 작업을 두 번째로 실행할 수 있습니다. 이것은 프로토타입의 새로운 반복을 개발하고 동일한 기계로 생산으로 이동할 때 매우 유용합니다. (수동 프로세스는 매우 중요하지만 자동화 기계와 일관성을 보장하는 것이 더 쉽습니다.)

강력한 재료 범위

프로토타입에 기계적 목적이 없다면 3D 프린팅에 적합할 수 있습니다. 3D 프린팅은 고강도 부품을 생산하는 것으로 알려져 있지는 않지만 비용이 매우 적게 들고 짧은 시간에 수행할 수 있습니다. 그러나 대부분의 3D 프린팅 공정에서 재료 옵션은 가공보다 좁습니다.

CNC 가공은 다양한 호환 재료를 제공할 뿐만 아니라 다양한 금속을 포함하여 매우 강하고 내구성이 뛰어난 재료도 제공합니다. 금속으로도 3D 프린팅이 가능하지만 저가의 FDM 프린터로는 불가능합니다.

일반적인 CNC 가공 재료는 다음과 같습니다.

금속	플라스틱
알루미늄	ABS
강철	PC
스테인리스 스틸	PP
마그네슘	추신
티타늄	POM
아연	PMMA
황동	PAGF30
브론즈	PCGF30
구리	테플론
	LDPE
	HDPE

마지막 부분과 유사성

프로토타입에 CNC 머시닝을 사용하는 또 다른 주요 이점은 최종 부품과 유사한 프로토타입을 생성할 수 있다는 것입니다. 머시닝 센터는 프로토타입뿐만 아니라 최종 사용 부품을 완벽하게 생산할 수 있기 때문에 최종 제품에 가까운 프로토타입을 생성하는 것이 가능합니다. 이는 3D 프린팅이나 다른 방법으로는 거의 불가능합니다.

이것의 일부는 재료에 달려 있습니다. 많은 엔지니어링 금속은 가공성이 뛰어나 엔지니어가 최종 부품에 사용할 동일한(또는 유사한) 재료로 프로토타입을 만들 수 있습니다. 그러나 공정 자체의 품질도 한 가지 요인입니다. 가공된 부품은 강하고 인쇄된 부품과 같은 특정 축을 따라 약점을 나타내지 않는 반면, 가공 공정 자체는 판금 성형과 같은 다른 공정을 복제하는 데에도 사용할 수 있습니다.

또한 최종 부품과 모양 및 동작이 유사한 프로토타입을 생성하면 중요한 변경 사항이 적기 때문에 브리지 생산으로 쉽게 이동할 수 있습니다.

CNC 가공을 사용한 프로토타이핑의 단점

장점에도 불구하고 CNC 가공은 프로토타이핑 방법으로 특정 제한 사항이 있어 기업이 대체 접근 방식을 선호할 수 있습니다.

3D 프린팅보다 비쌉니다

CNC 머시닝 프로토타입의 명백한 단점 중 하나는 프로세스 비용입니다. 머시닝 센터는 3D 프린터보다 상당한 전력과 사람의 감독이 필요한 대형 기계입니다. 가공 가능한 금속은 PLA와 같은 일반적인 인쇄 재료보다 가격이 더 높습니다.

이것이 엔지니어가 최종 부품에 기계 가공을 사용하려는 경우에도 대체 프로토타이핑 프로세스를 선택할 수 있는 주요 이유 중 하나입니다. 개발은 리소스를 고갈시킬 수 있으며 기업이 (초기) 프로토타입 단계에서 모든 비용을 절감해야 하는 경우 이해할 수 있습니다.

일부 기하학적 제한

4축 및 5축 머시닝 센터는 상당한 기하학적 유연성을 제공하지만 이러한 기계에도 한계가 있습니다. 복잡한 내부 형상을 가진 정교한 구조의 경우 절삭 공구의 각도에 제한을 받지 않기 때문에 적층 제조 공정이 더 적합할 수 있습니다.

그러나 3D 인쇄된 프로토타입은 오해의 소지가 있다는 점을 명심하십시오. 3D 프린터에서 완벽하게 나오는 디지털 3D 디자인은 머시닝 센터, 사출 성형 장비 등 선택한 생산 장비를 사용하여 제작하는 것이 불가능할 수 있습니다. 프로토타입의 기하학적 유연성은 그 유연성이 최종 부품에서 복제될 수 있는 경우에만 유용합니다.

폐기물

CNC 가공은 빼기 공정이므로 실제로 부품에 들어가는 것보다 더 많은 재료가 필요합니다. 일부 재료는 절단되어 금속이나 플라스틱 조각으로 되어 폐기되어야 합니다. 이것은 인쇄에 실패하고 반복해야 하는 경우를 제외하고 폐기물을 생성하지 않는 적층 프로토타이핑 프로세스와 다릅니다.

머시닝을 프로토타이핑 프로세스로 사용하면 재료 사용량과 낭비가 증가하여 재료 비용이 더 많이 발생할 수 있습니다. 그러나 칩은 종종 재활용될 수 있으므로 공정의 환경적 영향이 심각할 필요는 없습니다. (재활용 가능한 폐기물을 판매하는 것도 일부 자재 비용을 회수하는 데 도움이 될 수 있습니다.)

솔리드 블록에서 제거된 재료

신속한 툴링:CNC 가공을 통한 사출 성형 프로토타입

우리는 CNC 가공이 어떻게 훌륭한 프로토타이핑 프로세스가 될 수 있는지 보았습니다. 그러나 기계가공을 간접적으로 사용하여 사출 성형 프로토타입을 만들 수도 있습니다.

CNC 머시닝 툴링 또는 금형을 통해 기업은 사출 성형에 필요한 장치를 보다 비용 효율적으로 제작할 수 있습니다. 이 CNC 가공 툴링은 기존 툴링보다 더 빠르게 생성할 수 있으므로 성형 프로토타입의 지름길입니다. (프로토타이핑 단계 이후의 최종 성형 부품의 경우 기존 툴링 방법을 사용할 수 있습니다.)

빠른 툴링 프로세스를 사용하면 성형된 부품 자체보다 제작 비용이 훨씬 더 많이 들기 때문에 더 많은 양의 성형 부품을 주문할 때 훨씬 더 비용 효율적입니다. 그리고 프로토타입 단계에서 많은 양이 특히 바람직하지 않을 수 있지만, 실제 성형된 프로토타입은 예를 들어 3D 인쇄된 대안보다 성형된 부품을 더 잘 대표할 것입니다.

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