프로토타이핑 랩을 위한 3D 프린팅 vs CNC 밀링 선택: 실용 가이드

프로토타이핑 랩 설정 시 필요한 것을 정확히 평가하기 위해, 첫 번째 순서는 3D 프린팅과 CNC 밀링 중 결정하는 것입니다.

두 옵션 모두 기존 제조 방법에 비해 입증된 중요한 이점들을 갖추고 있어 현대 제조 공정에서 필수적임이 입증되었습니다. 궁극적으로 3D 프린팅과 CNC 밀링에 관해서는, "CNC 기계나 3D 프린터로 프로토타입을 만들지 선택하는 건 몇 가지에 달려 있습니다: 가격 범위, 부품/프로토타입 크기, 사용된 소재 유형."

그래서 우리는 기록을 바로잡고 몇 가지 오해를 풀기로 했습니다. 3D 프린팅이 의심할 여지없이 자리가 있지만, 산업용 프로토타이핑과 관련하여 CNC 밀의 장점을 평가할 때 근시안적이지 않는 것이 중요합니다.

다음은 현대 제조가 계속 진화함에 따라 두 공정의 정의, 역사, 애플리케이션, 전망에 대한 분석입니다. 궁극적으로 이 정보가 프로토타이핑 랩 설정 시 귀하의 비즈니스에 구체적으로 필요한 것이 무엇인지 결정하는 데 도움이 되길 바랍니다.

3D 프린팅 vs CNC 밀링 정의

3D 프린팅에 대한 간단한 설명은 "적층 또는 레이어 개발 프레임워크의 일련의 과정을 사용하여 레이어가 연속적으로 놓여져 완전한 3D 객체를 생성하는 방식으로 물리적 3D 모델을 생성하는 제조 공정"입니다. 이 때문에 3D 프린팅은 적층 제조라고도 불립니다.

Investopedia에 따르면, "3D 프린팅 기술은 이미 제조 생산성을 높이고 있으며, 대량 생산에 성공적으로 사용되고 제조가 더 지역화된다면 제조 물류 및 재고 관리 산업을 크게 혼란에 빠뜨릴 잠재력이 있습니다."

반면, "컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계는 마이크로컴퓨터에 내장된 소프트웨어를 통해 기계 공구의 제어를 자동화합니다. 금속 및 플라스틱 부품 가공에 제조 분야에서 흔히 사용됩니다."

CNC에 대한 일반적인 오해는 이 자동화 제어가 비용이 든다는 것입니다. 말 그대로. CNC는 고도로 숙련된 노동이 필요하다는 믿음 때문에 종종 더 비싸다고 부정확하게 가정됩니다. 현실에서 CNC 가공은 이러한 초기 진실에서 상당한 진전을 이루었습니다.

3D 프린팅 - 간략한 역사

3D 프린팅의 현대적 애플리케이션은 1980년대 초반에 뿌리를 두고 있습니다. 3D 프린팅의 역사는 급속한 진화의 연구입니다. 1981년 3D 프린팅 탄생에 이어 1984년 스테레오리소그래피가 탄생했는데, 이는 "광화학적 과정을 사용하여 빛이 화학 단량체를 결합시켜 중합체를 형성하는 방식으로 모델, 프로토타입, 패턴, 생산 부품을 층층이 생성하는 데 사용되는 3D 프린팅 기술의 한 형태"입니다.

의료 산업은 곧 3D 프린팅의 발전을 활용했습니다. 첫 번째로 1999년, Anthony Atala 박사가 이끄는 Wake Forest 재생의학 연구소는 인간 방광 조직의 성공적인 프린팅과 생성을 발표했습니다. 이는 환자 자신의 세포 구조나 스캐폴드에서 만들어졌기 때문에 면역 체계가 임플란트를 거부할 위험이 거의 없이 개인에게 이식되었습니다.

2016년으로 넘어가면 "연구소는 연구자들이 10년 이상 설계한 특수 3D 프린터를 사용하여 살아있는 조직 구조를 프린팅하는 데 성공했다고 발표했습니다. 과학자들은 귀, 뼈, 근육 구조를 프린팅했고, 동물에 이식했을 때 기능적 조직으로 성숙하고 혈관 시스템을 개발했습니다."

현재, "가장 진보된 3D 프린팅 애플리케이션은 복잡한 장기의 바이오프린팅으로 예상됩니다. 완전히 기능하는 프린터블 심장까지 20년 미만이 남았다고 추정됩니다."

3D 프린팅을 이용한 신속 프로토타이핑의 산업적 사용과 관련하여, "제조업체들은 3D 프린팅을 더 광범위한 제조 전략의 일부로 점점 더 의존하고 있으며, 생산 용도는 2018년 38.7%에서 모든 응답자의 51%까지 증가했습니다."

이는 Forbes의 '3D 프린팅 현황, 2019'에서 발표된 몇 가지 하이라이트를 고려할 때 놀라운 일이 아닙니다:

이 보고서에 따르면 연구 설계 연구에 8개 산업이 등장했습니다: 산업재(13.6%), 하이테크(10.6%), 서비스(9.9%), 소비재(8.6%), 헬스케어 및 의료(6.2%), 자동차(5.7%), 항공우주 및 방위(5.5%), 교육(4.9%)로 3D 프린팅이 다양한 수직 분야를 지원하고 혜택을 줄 수 있는 다양한 잠재력을 보여줍니다.

그러나 '제조의 전투: 적층 vs 감산'에서 CNC 기계가 최고입니다: "적층 제조가 항공우주와 자동차 산업에서 인상적인 진전을 보이고 있지만, CNC 가공은 대다수 제조업체에게 여전히 최선의 선택입니다."

CNC 밀이 어떻게 생겨났는가

CNC 100의 역사와 정의에 개요된 바와 같이, CNC 기계는 원래 NC 기계로 알려졌으며, "복잡한 전기 회로로 제어되었습니다. NC 기계는 종이 테이프나 마일러 테이프에 펀칭된 부품 프로그램에서 한 번에 한 줄씩 코드를 읽고 실행했습니다."

소형 컴퓨터 기술이 진화함에 따라 컴퓨터가 기계 공구를 제어하기 시작했고, 이에 따라 제조 공정으로서 CNC가 탄생했습니다. 그 첫 줄의 코드부터 CNC 기계는 수백 개의 프로그램을 저장할 용량을 개발했습니다.

CNC 공작기계의 심층 역사에 대해서는 Encyclopedia.com이 모든 기초를 다룹니다. 다음 타임라인에 특징적인 몇 가지 중요한 하이라이트를 확립할 수 있다는 점이 흥미롭습니다:

• 목공 선반 같은 기계 공구는 성경 시대부터지만, 1800년 Henry Maudslay가 금속 가공 선반을 발명하기 전까지는 아니었습니다.
• 그 직후 1818년, Eli Whitney(면화 제조기 발명으로 가장 유명)가 첫 밀링 머신을 도입했습니다.
• 이 두 기계 모두 인간 조작자가 실행해야 했으며, 이는 완제품에 인간 오류를 초래했습니다.
• 2차 세계대전 후, John T. Parsons가 초기 IBM 컴퓨터를 이 계획에 통합한 최초의 현대 밀링 머신을 도입했습니다.
• 1960년대는 더 낮은 가격대와 더 쉽게 접근 가능한 기계를 가져와 추가 애플리케이션과 산업에 필수적이게 만들었습니다.
• 집적 전자공학이 발전함에 따라 종이 또는 마일러 테이프(위에 참조)가 제거되었고, 현대 기계는 이제 프로그램 컴퓨터 메모리에서 데이터를 읽을 수 있습니다.

현재, "CNC 기계를 사용하는 일반적인 제조 공정에는 벤딩, 드릴링, 홀 펀칭, 접착, 그라인딩, 레이저 절단, 화염 및 플라즈마 절단, 라우팅, 픽 앤 플레이스, 초음파 용접 등이 포함됩니다. 밀, 선반, 방전 가공, 워터젯 커터는 종종 CNC를 사용하여 작동합니다."

3D 프린팅과 CNC 기계의 역사를 빠르게 검토하면 프로토타이핑 랩 설정 시 두 가지 중 어느 것이든 제조 공정을 최적화할 잠재력이 있음을 알 수 있습니다.

적층 vs 감산 제조 공정 평가

프로토타이핑 랩에 3D 프린팅이 필요한지 CNC 밀이 필요한지 결정하려면, 귀사의 제품이 적층 vs 감산 제조 공정에 따라 가장 효과적이고 효율적으로 제공되도록 설계되었는지 먼저 고려해야 합니다.

적층보다 감산의 핵심 이점은, "적층 공정의 레이어링을 제거하는 것 외에도, 감산 공정은 다른 이점이 있습니다. 다양한 표면 마감을 제공하여 많은 적층 공정에서 흔히 발견되는 '계단 현상' 표면을 없애줍니다. 마감은 부품이 미끄러져야 한다면 기능적으로 중요하고, 프로토타입이 시장 테스트에 사용된다면 미용적으로 중요합니다."

이 공정들이 지원하는 애플리케이션 유형을 고려하는 것이 도움이 됩니다.

적층 vs 감산 애플리케이션 이해

두 가지 중 후발주자임에도 불구하고, "적층 제조는 이미 인상적인 제품 배열을 생산하는 데 사용되고 있습니다." 이 제품들은 주로 다음 산업에 속합니다: 항공우주, 자동차, 헬스케어, 제품 개발.

다양한 산업에서 3D 프린팅의 트렌드 성격에도 불구하고, 사실은 "감산 제조는 최종 사용 소재로 설계, 프로토타입, 제조할 기회를 줍니다. 소량 및 대량 생산 런에 사용되는 부품, 특정 마감 획득, 특정 기계적 특성 획득에 적절한 선택입니다."

이 이유로, "감산 공정은 제조업에서 매우 널리 사용됩니다... 선반 가공, 밀링, 드릴링, 톱질, 나사 절삭, 기어 절삭은 전통적으로 특수 기계에서 수행되는 금속 절삭을 포함하는 감산 공정의 몇 가지 예입니다."

애플리케이션 외에도 3D 프린팅과 CNC 가공을 저울질할 때 고려해야 할 다른 요소들이 있습니다.

소음과 진동에 주목하기

CNC 가공에 사용되는 기본 도구들(밀, 선반, 플라즈마 커터, 방전 가공, 멀티 스핀들 기계, 워터젯 커터)을 생각하면, 감산 제조 공정이 3D 프린팅 같은 적층 제조보다 현장에서 더 많은 소음과 진동을 발생시킨다는 걸 상상하기 어렵지 않습니다. 위치에 따라 이는 최적의 프로토타이핑 랩 설정에 필요한 것을 결정할 가능성이 높습니다.

조작 용이성: 3D 프린터 vs CNC 기계

일반적으로 3D 프린팅은 CNC보다 더 쉬운 조작으로 선전됩니다. 주된 이유는 "파일이 준비되면 부품 방향, 충전, 필요한 경우 서포트만 선택하면 됩니다. 그러면 프린팅이 시작되면 감독자가 필요 없고 부품이 완성될 때까지 프린터를 방치할 수 있기 때문입니다."

CNC가 노동 측면에서 더 관여되기 때문에, CNC 가공에는 숙련된 공작기계 조작자가 필요하다는 만연한 믿음이 있습니다. 그건 옛날 얘기일 수 있지만, 시대는 변했습니다.

우리 DATRON 기계는 쉬운 설정을 가능하게 하는 여러 기능을 통합합니다. 사실, 기계는 초보 사용자가 CNC 기계를 처음 설정하는 전체 8단계 과정을 안내할 수 있습니다. 궁극적으로 기술에 편안하고 자신감을 느끼기까지 평균 1-2일 교육만 필요합니다.

인터페이스는 카메라와 기계식 프로브 시스템을 갖춘 스마트폰과 유사하게 보이고 작동하도록 설계되어 부품을 자동으로 등록하여 숙련된 기술자가 이 정보를 입력할 필요를 완화합니다. 통합 워크홀딩 솔루션과 절삭 공구 기술이 포함되어 있어 유사한 구성 요소를 별도로 사양하고 구매할 필요성을 제거하여 전체 공정을 사내에 유지합니다.

한계 알기: 정확도, 크기, 기하학적 복잡성

3D 프린팅 vs CNC 가공 - 프로토타입에 가장 좋은 옵션은? Josh Biggs는 말합니다: "첫째, CNC 가공은 훌륭한 치수 정확도를 원한다면 훌륭한 옵션입니다. 또한 CNC 가공은 아직 프린트할 수 없는 소재(예: 목재)로 작업할 수 있습니다. CNC 가공은 금속 작업에서도 3D 프린팅을 이기고 플라스틱에서도 똑같이 잘 작동합니다."

그는 이어서, "또한 CNC 기계는 보통 더 정밀한 결과를 제공합니다. 매우 좁은 부품이나 믿을 수 없을 정도로 타이트한 공차가 필요하다면 CNC 기계가 더 나은 선택입니다. 아무것도 0.01mm 공차를 따라잡지 못합니다."라고 주장합니다.

적층 제조 세부 사항과 3D 프린팅 관련 모든 것에 전념하는 3Dnatives 팀조차도 감산 제조의 상당한 이점을 보고합니다: "공차 측면에서 CNC 가공은 모든 3D 프린팅 공정보다 우수합니다."

그러나 높은 기하학적 복잡성을 특징으로 하는 부품 제조 작업에서는 3D 프린팅이 우위를 가집니다.

비용 저울질: 3D 프린팅 vs CNC

보시다시피 제조는 단일 솔루션 제안이 아닙니다. 프로토타이핑 랩에 필요한 돈은 무엇을 생산하느냐뿐만 아니라 크기와 몇 개를 생산하느냐에 따라 달라집니다.

예를 들어, Biggs의 단순 비용-편익 분석에 따르면:

Interesting Engineering은 CNC 가공 생산에 대한 일반적인 오해를 발표하며 비용이 많이 드는 CNC 공정에 대한 신화를 불식시켰습니다:

분명히 귀사의 비즈니스에 가장 비용 효율적인 경로는 귀사의 특정 제품 설계와 계획에 의해 가장 잘 결정됩니다.

3D 프린터의 경우 옵션, 크기, 가격대가 다양하고 다양한 소재에서 실제로 프린트할 수 있는 것도 제각각입니다. 불확실하거나 불명확한 소재 비용 외에도, 조작자는 보통 상주 전문가로부터 교육을 받아야 하며 이는 인력 교육에 대한 투자를 의미합니다.

DATRON 장비로, 우리 절삭 기계는 어떤 공급업체에서든 플라스틱, 목재, 알루미늄, 강철을 수용하여 소재 비용을 미리 추정하고 확립할 수 있습니다. 우리가 설명했듯, 우리 기계를 조작하는 데 고급 교육이 필요하지 않아 인력을 절약하므로 DATRON CNC 기계가 더 비용 효율적인 대안이 됩니다.

낭비하지 말자

감산 제조의 본질(제품을 만들기 위해 소재 층을 벗겨냄)을 고려할 때, 더구나 필요한 CNC 가공 도구 유형을 고려할 때, CNC 기계가 약간의 엉망을 남길 수 있다는 건 놀라운 일이 아닙니다.

얼마나 엉망이고 그 폐기물이 무엇을 의미할지는 Energy.gov가 2015년 검토 '첨단 제조의 청정 에너지 기술 혁신'에서 평가했습니다. 보고서는 적층 제조의 이점으로 "생산 단계 제거, 실질적으로 더 적은 소재 사용, 부산물 재사용 가능, 더 가벼운 제품 생산으로 에너지 절약 잠재력"을 강조했습니다.

보고서는 계속됩니다:

더 깨끗한 법 도입

DATRON에서는 엉망을 없애기 위해 고속 가공 장비를 미세 조정하여 디버링이나 탈지 없이 완성된 부품을 제거할 수 있게 했습니다.

더구나, DATRON의 CNC 공구와 액세서리는 시장에서 가장 작은 설치 면적 기계에서 사용 가능한 가장 높은 RPM을 제공합니다. 이를 우리의 자체 그린 이니셔티브로 여기십시오.

일반적으로 산업용 역량을 갖춘 CNC 밀링 기계는 많은 열을 발생시키는 대형 모터를 특징으로 하며, 이는 기계 부품을 냉각하고 윤활하기 위해 오일을 필요로 합니다. 오일 폐기는 필요하지만, 과거 대형 유출 사고에서 보았듯 이 과정은 환경에 위험을 초래합니다.

우리는 같은 양의 열, 오일, 플러드 쿨런트를 기계 유지에 필요로 하지 않으므로 훨씬 더 작은 설치 면적에서 더 나은 에너지 절약을 제공합니다.

판결: 3D 프린팅 vs CNC 가공

전문 프로토타이핑 랩에 필요한 것, 3D 프린팅이든 CNC 가공이든, 귀사의 특정 제품에 의해 가장 잘 결정됩니다. 여기 공유된 정보가 어느 정도 명확성을 제공했기를 바라지만, 진실은 3D 프린팅과 CNC 가공 모두 작동할 수 있으며, 귀사의 제조 요구에 따라 서로 보완할 수도 있다는 것입니다.

사실, 3D 프린팅과 CNC 가공을 결합해야 하는 몇 가지 경우가 있습니다. 주로 공차, 시간, 그리고/또는 상당히 큰 공작물 때문이며, 게다가 "이 두 공정을 결합하는 건 당신이 상상하는 복잡한 워크플로를 필요로 하지 않습니다. 마찬가지로 중요하게, 이는 귀사의 제조 회사에 몇 가지 의미 있는 이점을 제공할 수 있습니다."

프로토타이핑 랩에 이상적인 제조 공정 또는 공정 조합에 대한 더 심층적인 논의를 원하시면 저희에게 연락하세요. 우리는 빠르게 응답하고 전문 지식을 공유하기를 열망합니다.