CNC 기계공과 엔지니어가 축소 모형을 물리적이고 만질 수 있는 제품으로 변환할 수 있게 해주는 신속 시제품 제작이 없었다면, 마이크로소프트는 최신 게임 콘솔을 그렇게 신나고 빠르게 선보이지 못했을지도 모릅니다. All3DP에 따르면 "역대 가장 강력한 게임 콘솔로 청구되며, 거실에서 네이티브 4K 게임을 제공할 예정"이라고 합니다.
아마도 신속 시제품 제작이라는 놀라운 혁신이 없었다면 성공으로 가는 길은 더 길었을 겁니다.
왜 신속 시제품 제작이 마이크로소프트 같은 브랜드와 수많은 중소 제조업체에 그렇게 중요할까요? 기계공과 엔지니어에게 신속 시제품 제작은 무엇을 의미할까요?
톰 치(Tom Chi)에게 물어보면, 신속 시제품 제작이 더 밝은 미래를 위한 빠른 솔루션을 제공하므로 하늘이 한계라고 할 겁니다. 신속 시제품 제작의 함의는 기업가들에게나 마이크로소프트 같은 대기업들에게나 시간과 비용을 심각하게 절약한다는 점에서 잠재적으로 게임 체인저급입니다(말장난 의도).
그러면 신속 시제품 제작이란 무엇일까요? 왜 가공과 엔지니어링에 점점 더 통합하려는 움직임이 있을까요?
이 과정을 이해하는 건 우리의 설계를 그 어느 때보다 빠르게 제품으로 전환할 가능성을 확장하는 데 필수적입니다. 다음을 확인하고 신속 시제품 제작이 어떻게 여러분의 비즈니스를 변혁하고 수익을 높일 수 있는지 상상해 보세요.
복잡한 과정을 지나치게 단순화할 위험을 무릅쓰고 정의하자면, 신속 시제품 제작은 "실물 크기 모델의 신속한 생성"입니다. 프로토타입(prototype)이란 단어는 라틴어 프로토(proto, 원본)와 티푸스(typus, 모델)에서 유래했습니다.
생성이라 함은 추상적 생성을 의미하지 않습니다. 오히려 신속 시제품은 손에 쥐고 만질 수 있는 실체적인 물리적 창조를 나타냅니다.
신속 시제품 제작에는 여러 유형이 있으며, 현재 트렌드는 적층 제조(3D 프린팅)를 따릅니다. 하지만 절삭 방식 신속 시제품 제작 여전히 주요 동력이며 특정 유형의 프로젝트와 제품 설계에 더 적합한 경우가 많습니다.
적층이든 절삭이든 둘의 조합이든, 사실은 신속 시제품 제작이 설계자들이 모델을 현실로 구현하게 해줍니다. "이는 정교한 컴퓨터 지원 설계나 기타 어셈블리 소프트웨어를 사용해 수행되며, 3D 프린터로 물리적으로 구현됩니다."라고 Techopedia는 정의합니다.
영국 기반 3D 크리에이션 랩(3D Creation Lab) 팀은 "3D 신속 시제품 제작 발전으로 인력과 고가 툴링이 제거되어 더 빠르고 저렴한 시제품 및 모델 제작이 가능해졌고, 기업과 발명가들이 경쟁사보다 더 빠르게 제품과 설계를 시장에 출시할 수 있게 되었습니다."라고 설명합니다.
신속 시제품 제작이 제공하는 모든 제품 가능성을 고려하면, 어딘가에 단점이 있어야 할 것 같습니다.
이렇게 혁신적인 게 단점 한두 개 없이 어떻게 가능할까요?
결론부터 말하면, 없습니다.
하지만 The Future of Rapid Prototyping에서 소렌 피터슨(Soren Petersen) 디자인 연구 박사이자 Profit from Design 저자는 다음과 같이 예측합니다.
이점은 수많고 산업 전반에 걸쳐 기준을 계속 높이고 있습니다. 하지만 균형을 위해 양면을 다 살펴보겠습니다.
신속 시제품 제작의 장점은 다뤘지만, 요약하면 속도와 비용으로 귀결됩니다. APT 몰드(APT Mold)는 신속 시제품 제작에 고유한 고객 서비스와 클라이언트 만족 현실도 있다고 주장합니다.
시장에서 우위 점하기… 어떤 비즈니스가 원하지 않겠습니까?
그 우위엔 당연히 대가가 따르고, 그 대가가 신속 시제품 제작의 단점을 나타냅니다. 모두 합해 신속 시제품 제작엔 세 가지 주요 단점이 있습니다.
불행히도 단일 프로토타입에 집중하다 보면 전체 프로젝트를 놓치고 터널 비전에 빠지기 쉽습니다. 여기에 있는 함정은 제품 개발자가 당면한 프로토타입에 너무 몰입해 장기적으로 더 나은 솔루션을 놓칠 수 있다는 점입니다(말 그대로).
잘못된 클라이언트 손에 프로토타입이 들어가면 완제품으로 오인되어 부당하거나 성급하게 판단될 수 있습니다. 반대의 경우도 발생하는데, 프로토타입이 최종 제품보다 선호되는 경우입니다. 어느 쪽도 이 프로토타입 뒤에 있는 엔지니어와 기계공들에겐 도움이 안 됩니다.
신속 시제품 제작은 그러나 선택지의 수를 제한하며, 더 직관적인 프로젝트에 가장 적합할 수 있습니다.
하지만 다음 다섯 브랜드가 보여주듯, 이러한 잠재적 함정에도 불구하고 신속 시제품 제작은 매우 수익성 있는 목적을 위한 효과적인 수단으로 남아 있습니다.
이 다섯 회사가 확실히 신속 시제품 제작을 활용하는 유일한 회사들은 아니지만, 각 회사는 이 과정이 브랜드 제품과 수익에 무엇을 할 수 있는지 보여줍니다.
निश्चित히 가정에서 알려진 이름은 아니지만, 브라이트웨이크는 피를 재활용해 생명을 구하는 연구 설계 회사입니다. 더 정확히 말하면 수술 중 손실될 피를 재활용하죠.
헤모셉(Hemosep)은 이 회사의 대표 기계로, 수술 중 손실된 피를 재활용합니다. 헤모셉을 만들기 위해 브라이트웨이크는 신속 시제품 제작 공정으로 3D 프린팅을 활용했습니다. 그렇게 함으로써 생산 공정이 96% 단축되었다고 보고되었습니다. 재정적 절감도 마찬가지로 상당했을 거라고 추정됩니다.
음악 애호가라면 아마추어 음악가와 지미 헨드릭스(Jimi Hendrix) 같은 록 레전드 모두가 선호하는 악기 제조사 펜더 브랜드를 즉시 알아볼 겁니다.
이미 빠른 신속 시제품 제작 공정을 더 빠르게 하기 위해 펜더는 스트라타시스(Stratasys) 산업용 3D 프린터를 구매해 앰프 노브까지 직접 시제품을 만듭니다. 이 시제품 제작 리드타임이 약 2주에서 하룻밤으로 단축되었습니다. 리드타임 단축이 더 긴 이익 마진으로 이어진다고 가정하기 안전합니다.
포드 같은 대형 자동차 제조사도 예산 편성엔 신중해야 합니다. 신속 시제품 제작으로 '포드 터프(Ford tough)'가 더 터프해졌습니다. 플라스틱과 금속 시제품 모두에서 수백만 달러를 절약했으니까요.
3D 프린팅은 진정한 시간 절약임이 입증되었습니다. 프로세스가 몇 시간 만에 프로토타입을 만들 수 있어 포드 엔지니어들이 실제 생산이 유리한지 결정할 수 있게 되었습니다.
이것들은 신속 시제품 제작을 제품 설계에 활용하는 기업들의 몇 가지 예일 뿐입니다. BMW, 람보르기니, 발레로(Valero), 폭스바겐 등 다른 주요 브랜드들도 포함됩니다.
고속 CNC 시제품 제작은 록히드 마틴의 제품 개발에 필수적입니다. 항공우주, 방위, 보안 이니셔티브 추구에 전념하는 글로벌 대기업으로, "우리는 적층 기술의 한계를 밀어붙이고 설계 엔지니어들을 공장 현장으로 데려와 이전엔 제작할 수 없던 부품들을 층층이 생산하고 있습니다."라고 주장합니다.
일본 세이코 엡손(Seiko Epson Corporation)은 고속 CNC 시제품 가공을 활용해 소비자들의 더 가볍고 편안한 증강현실(AR) 모베리오(Moverio) 스마트 글라스 수요를 충족했습니다.
"전작에 대해 사용자들로부터 무게와 크기 관련 요청이 많아 개발 목표를 편안함 개선과 스마트 글라스를 더 콤팩트하고 가볍게 만드는 데 두었습니다. 거기서 고속 CNC 시제품 제작이 투입되었습니다."라고 에프슨 시각 제품 운영 부문 HMD 비즈니스 관리부 선임 직원 카즈야 카마쿠라(Kazuya Kamakura)는 말합니다.
이 브랜드들은 첨단 제조가 제공하는 가능성을 예시하지만, 신속 시제품 제작에서 무엇이 더 나은가: 절삭식 vs 적층식?
여기 DATRON에서 우리는 효과적인 가공 공정에 의존하는 절삭식 신속 시제품 제작을 축하합니다. 다른 신속 시제품 제작 옵션과 달리, 절삭식 신속 시제품 제작은 더 높은 구조적 무결성을 가진 최종 사용 소재 프로토타입을 만듭니다.
절삭식 신속 시제품 제작 밀링 공정은 큰 덩어리에서 작은 조각들을 제거해 단단하고 온전한 조각을 남깁니다. 반면 적층식 신속 시제품 제작은 소재 층을 쌓아 올리며, 최종 결과물은 구조적으로 덜 견고합니다.
왜 이게 중요할까요?
게다가 밀링은 적층식 신속 시제품 제작과 연관된 '계단형 마감(stepped finish)'보다 더 넓은 범위의 표면 마감을 제공합니다. 고속 CNC(컴퓨터 수치 제어) 밀링 머신을 사용하면 최종 사용 소재에 이상적인 것으로 입증된 반복성을 가진 프로토타입이 나옵니다.
"절삭 제조의 주요 장점 중 하나는 극도로 얇은 플라스틱 조각을 리빙 힌지(living hinge)로 가공할 수 있다는 점입니다. 이런 공정은 3D 프린터에서는 아직 불가능합니다."라고 크리에이티브 메커니즘즈(Creative Mechanisms)는 말합니다. "첨단 CNC 기계는 여러 공구를 사용하고 최소 세 축(x, y, z)을 중심으로 절삭해 설계자가 블록을 뒤집어야 할 필요성을 최소화합니다."
궁극적으로 "소량 및 대량 생산 런에 사용되는 부품, 특정 마감 획득, 특정 기계적 특성 획득에 적절한 선택입니다."
물론 올바른 장비 없이는 절삭식 신속 시제품 제작 프로젝트를 지원할 수 없습니다.
고속 CNC 기계는 엔지니어들에게 3D 프린터가 부족할 때 이상적인 대안이며, 보통 특정 프로토타입에 사용되는 소재 때문에 부족합니다. 현재 엔지니어들은 알루미늄 같은 금속을 3D 프린트할 수 없습니다.
고속 CNC 가공의 기타 이점으로는 전자 인클로저 가공 같은 더 작은 부품 생산 능력(직경 0.50인치 이하 절삭 공구 사용, 수요 증가 기반), 60,000 RPM 스핀들 장착으로 중요 구성요소 손상 없이 더 높은 이송과 고속 절삭 가능 등이 있습니다. 최적화된 공구와 결합해 칩 배출을 향상시켜 열 감소와 더 깨끗한 컷을 실현합니다.
운영 측면에서, 고속 CNC 기계의 가장 좋은 부분은 모바일 폰 쓸 줄 아는 누구나 기계를 조작할 수 있는 사용자 친화적 터치스크린일 겁니다.
역사적으로 CNC 기계는 기존 공구에 개조 장착되었으나, 기술 발전으로 CNC 전용으로 설계된 새로운 기계들이 등장했습니다. 개조 기계 예로는 선반과 밀링 머신이 있습니다. 두 경우 모두 기계 내장 메커니즘이 고정밀 부품으로 교체되고 액추에이터용 새 마운트가 장착됩니다.
신형 CNC 기계에는 3D 프린터, CNC 레이저 커터, CNC 플라즈마 커터, 밀링 머신, 픽앤플레이스 머신, 라우터 등이 포함됩니다.
레이저 커터나 CNC 라우터와 설계가 유사하며, 3D 프린터는 뜨거운 플라스틱을 작은 구멍으로 밀어내 프로토타입이 완성될 때까지 소재를 층층이 쌓는 플라스틱 익스트루더가 필요합니다.
금속, 플라스틱, 목재 절단에 이상적이며, 필요한 소재에 맞는 레이저를 사용합니다.
플라즈마 토치가 시트 메탈에 2차원 모양을 절단하는 데 완벽합니다.
한때 거대한 크기만 있었으나, 오늘날 CNC 전용으로 제작된 밀링 머신은 설치 면적이 더 작고 오토피드 메커니즘, 내장 공구 교환기, 안전한 절단을 위한 전기 센서를 포함할 수 있습니다.
많은 소형 노즐을 장착해 폰, 태블릿 같은 개인 기기용 회로 기판에 전기 부품을 빠르게 배치합니다.
큰 작업용으로 제작되며, 3축 셋업으로 플라스틱, 시트 메탈, 목재 같은 소재를 다뤄 프로파일 컷과 3D 릴리프 가공을 쉽게 합니다. 더 복잡한 모양엔 4, 5, 6축 기계가 필요합니다.
엔지니어나 CNC 기계공으로서, 장기적으로 신속 시제품 제작이 일반적으로 여러분에게 무엇을 의미할까요?
우선, 여러분은 올바른 길에 있습니다.
현재 "글로벌 시제품 제조 산업 가치가 약 120억 달러로 평가되지만 2010년부터 2015년까지 연 22.6% 이상 급성장 중"이라고 로보틱스 비즈니스 리뷰(Robotics Business Review)는 전합니다. 시제품 제조 "2020년까지 200억 달러 가치에 도달할 전망이며, 향후 15-20년 예측은 지속적 기술 혁신이 산업과 이를 의존하는 시장을 견인하며 400억 달러까지 성장할 것으로 봅니다."
일자리 전망도 훌륭합니다. "다양한 CNC 서비스가 너무 수요가 높아 정밀 가공 훈련된 인력이 미국에서 가장 필요한 상위 5개 직종에 듭니다."
즉, 계속 전진과 상승입니다!
전통적 사망률 경계를 계속 밀어붙이는 사회에 사는 특전 중 하나는 혁신적 헬스케어 아이템 수요입니다. 현재 전 세계 보청기 98% 이상이 3D 프린팅으로 생산됩니다. 각 고유 모델을 이 방식으로 제작할 때 시간, 비용, 정확성에서 상당한 절감이 오기 때문이죠.
CNC 제조로 신속 시제품 제작을 통해 한때 치료 불가능하다고 여겨졌던 질병과 증상을 완화하는 기발한 개인 의료 기기 생산이 가능해진 것도 CNC 제조의 희소식입니다.
특히 CNC 제조를 통한 신속 시제품 제작 혜택을 누리는 다른 버티컬로는 항공과 로봇 산업이 있습니다.
사실 로보틱스 비즈니스 리뷰는 다음과 같이 주장합니다.
미 육군과 록히드 마틴이 신속 시제품 제작 방법 개발을 위해 협력한다는 흥미로운 소식으로 첨단 제조의 진화는 계속됩니다. "바이오프로덕션과 자기조립을 활용해 방어 광학 기술과 보호 코팅에 응용할 신소재의 빌딩 블록을 만듭니다."
미 육군은 조정 가능한 소재를 위한 나노구조 자기조립(Self-Assembly of Nanostructures for Tunable Materials)에 1천만 달러를 투자해 방어 노력에 혁신적 소재의 바이오프로덕션 통합 역량을 검토했습니다.
록히드 마틴 선임 연구 매니저이자 프로젝트 리드인 멜리사 로즈(Melissa Rhoads)는 "세포는 거미줄이나 나비의 무지개 날개 같은 온갖 소재를 효율적으로 만듭니다."라고 설명했습니다.
우리는 이미 적층과 절삭 신속 시제품 제작이 첨단 제조에 무엇을 할 수 있는지 목격했습니다. 이 최신 파트너십이 아직 상상하지 못한 제품 개발의 새로운 개척지를 찾을 게 분명합니다.
그러면 신속 시제품 제작이란 무엇일까요? 우리 관점에선 가장 빠른 전진의 길입니다.
산업 제조 현장이나 혁신 랩에 신속 시제품 제작을 추가하고 싶다면 오늘 우리와 대화를 시작하세요.
CNC 기계
산업 포화로 제조업체의 목표는 단순히 제품을 만드는 것을 넘어, 혁신적 공법으로 더 많은 제품을 더 짧은 시간에 생산해 생산성을 높이는 데 있습니다. 기술 발전으로 다양한 래피드 프로토타이핑 기법이 활용 가능해졌고, 이를 통해 더 적은 시간과 높은 효율로 제품을 생산할 수 있게 되었습니다. 이러한 공법들은 시간 단축뿐 아니라 비용 효율성도 겸비하고 있습니다. 요즘 주목받는 래피드 프로토타이핑 기법 중 하나가 우레탄 몰딩(Urethane Molding)으로, 사출 성형과 유사하면서도 차별화된 장점을 가집니다. 이 기법은 원하는 특성
신속 프로토타이핑의 장점 및 응용 분야 신속 프로토타이핑 또는 적층 제조는 설계 개념을 적용하고 3D 프로토타입을 빠르게 생성하는 효과적인 방법입니다. 초기 방법은 1980년대 후반에 등장했지만, 오늘날 신속 프로토타이핑과 3D 프린팅은 프로토타입뿐만 아니라 생산 품질 부품 제작에도 사용될 수 있습니다. 컴퓨터에서 부품을 시각화하는 것만으로는 충분하지 않습니다. Laszeray Technology, LLC에서는 3D 프린팅을 사용하여 몇 시간 내에 실물 크기 프로토타입을 제공합니다. 이 신속 프로토타이핑 방법을 고려해야 할 몇 가지
