사내 프로토타이핑: 생성 설계, CNC 밀링, 랩 구축 마스터하기

프로토타이핑을 사내로 가져오거나 자체 프로토타이핑 랩을 구축하는 임무를 맡으면, 평가해야 할 방대한 정보의 홍수에 압도당할 수 있습니다.

역량부터 비용, 공간 요구사항, 소음, 진동, 폐기물, 에너지 효율에 대한 우려까지, 자사 운영의 구체적 니즈를 분리하고 실행에 옮기는 능력은 복잡할 수 있습니다.

이는 제조업이 진화하고 생성 설계 같은 새로운 공정이 중심이 되면서, 고려해야 할 복잡성이 더 늘어나기 때문에 특히 그렇습니다.

Modern Machine Shop이 최근 보도한 바에 따르면,

이러한 최첨단 발전과 생성 설계가 프로토타입 랩에서 CNC 밀링과 완벽한 조화를 이루는 방법에 대해 더 알아보겠습니다.

생성 설계의 기원

생성 설계는 실용적, 철학적 관점 모두에서 제조 방식을 뒤흔들고 있습니다. 자연계와 진화에 대한 존경에 뿌리를 둔 관점입니다.

"진화는 수십억 년 동안 지구를 채우는 동식물 종을 완성해 왔으며, 생존하고 번성하는 설계를 선호하고 최적이 아닌 설계는 도태시켰습니다."라고 Rani Richardson이 Industry Week에 기고했습니다.

비슷하게 완성된 공정을 추구하며 Richardson은 묻습니다. "만약 진화적 설계를 과학적 방법으로 모방할 수 있다면? 그리고 그 공정이 년 단위나 억 년이 아닌 분과 초 단위로 완료될 수 있다면?"

여기에 생성 설계가 등장합니다. "머신러닝을 사용하여 진화적 접근을 우회하고 바로 최적의 형태로 나아갑니다."

프로토타입에서 양산으로 가는 공정을 혁신함으로써:

이 새로운 철학은 인공지능과 재구성된 설계 프로세스 덕분에 탄력을 받고 있습니다. 핵심에서 설계 프로세스는 "일반적으로 설계 브리프를 더 넓은 범위에서 보고 최상의 해결책을 찾을 때까지 좁혀가는 일련의 축소적 정제 과정"입니다.

생성 설계에 인공지능이 통합되면서 프로토타이핑을 달성하는 방식이 바뀌었습니다. 이전에는 결코 실현할 수 없었던 더 다양한 결과를 가능하게 합니다.

Industry Week에 따르면:

이러한 부인할 수 없는 흐름을 고려할 때, 생성 설계는 귀사의 제조 모델에 어디에 맞을까요?

생성 설계가 제조업체에 의미하는 것

현대 제조업은 그 어느 때보다 더 나은 제품을 더 빠르게 시장에 내놓으라는 소비자 수요에 지속적으로 도전받습니다. 이 속도에 대한 필요성과 끊임없는 더 나은 제품 추구는 제조 공정에 부담이 될 수 있습니다.

생성 설계에 내재된 인공지능의 이점이 여기에 있습니다: "하지만 많은 현대 인공지능 응용과 마찬가지로 기본 개념은 이겁니다: 충분한 컴퓨팅 마력을 모으면, 네트워크는 매우 복잡한 작업의 수많은 반복을 매우 빠르게 완료할 수 있습니다."

경쟁력을 유지하고 수익을 보호하기 위해, 점점 더 많은 제조업체가 생성 설계를 핵심 전략으로 의존하고 있습니다. 이는 "엔지니어와 디자이너 모두가 설계 문제에 더 혁신적이고 효율적인 방식으로 접근할 수 있게 합니다. 궁극적으로 이는 설계와 프로토타이핑 프로세스를 단축하고 혁신적인 제품이 시장에 도달하는 시간을 앞당깁니다."

생성 설계가 실제로 생성하는 것

더 나은 질문은 '무엇을 생성하지 않는가?'일지도 모릅니다.

생성 설계는 항공, 자동차, 국방 등 다양한 분야에 고무적인 함의를 가집니다.

제조업계는 이 강화된 설계 사고의 추가 응용을 예측하지만, "이 도구들이 이미 오늘날 수많은 곳에서 사용되고 있습니다. 의자 같은 가정용품부터 자동차 섀시와 비행기 격벽의 산업 디자인까지."

항공우주와 자동차 산업에서 "생성 설계는 엔지니어가 부품 무게 최소화, 강성 극대화, 비용 절감, 소재 사용 최적화 같은 목표를 달성하도록 돕습니다. 생성 설계 사용으로 기존 제조 시 최대 30%, 적층 제조 시 최대 70%까지 부품 무게를 줄일 수 있습니다."

소비재 관점에서, 우리는 이미 생성 설계로 시장에 나온 널리 알려진 다양한 제품을 보고 있습니다. 귀사 프로토타이핑 랩이 이런 제품을 만드는 고객사를 둔 경우 희소식입니다.

구체적으로 어떤 소비재인가요?

"글쎄요, 생성 설계로 만든 소비재는 이미 아디다스 운동화와 비타믹스 블렌더 노즐 형태로 우리 선반에 올라와 있습니다. 스포츠 용품, 휴대폰 케이스, 가전제품 형태로 더 많은 제품이 뒤따를 것으로 예상됩니다."

하지만 이건 빙산의 일각일 뿐입니다: "생성 설계가 만들 수 있는 것에는 사실상 한계가 없습니다. 자연의 설계에 기반을 두고 있으므로, 생성 설계는 거의 설계가 원점으로 돌아온 것을 보여줍니다."

생성 설계가 사내 프로토타이핑에 약속하는 것

생성 설계는 기존 공정이 कभी 제공하지 못했던 더 많은 프로토타이핑 가능성을 제시합니다. 우선, 생성 설계는 설계 사양과 제품 니즈에 기반해 생산하는 프로토타입의 양과 질을 모두 높일 수 있는 힘을 줍니다.

더 나은 프로토타입의 잠재력

단일 솔루션이나 프로토타입에 의존하는 대신, 제조업체는 이제 더 큰 설계 정밀도로 더 강력한 고객 솔루션을 얻을 수 있습니다:

생성 설계는 디자이너가 설정한 기준과 목표에 기반해 제품에 대한 수천 가지 가능한 솔루션을 만들고, 인간이 수작업으로 개발하려면 며칠, 아니면 몇 달이 걸릴 기하학적 형상과 형태를 생성합니다… 이 프로세스는 디자이너나 엔지니어가 특정 설계의 가장 중요한 목표를 충족하는 단 하나의 설계를 고르도록 보장합니다.

전략적이고 과학적으로 뒷받침된 솔루션 측면에서, 생성 설계는 더 매력적인 옵션들을 제공하며, "이 옵션들은 인간 디자이너가 결코 떠올리지 못했을 파격적인 기하학을 포함하는 경우가 많습니다. 이는 기존 대응물보다 더 나은 성능을 내는 기하학들입니다."

운영 관점에서, 더 나은 프로토타입과 더 나은 성능은 더 나은 제품과 같습니다. 디자이너에게 생성 설계는 인공지능을 도구 세트에 통합하는 것입니다. 이로써 가장 까다로운 설계 딜레마를 해결하는 새로운 방법을 허용하고, 더 중요하게는 제품을 시장에 더 빠르게 출시하게 합니다.

인간 요소와 생성 설계의 만남

물론, 제조업이나 타 산업에서 인공지능이 언급될 때마다 로봇이 인간을 대체하고 생성 설계 같은 공정이 곧 인력 수요를 없앨 거란 우려가 자동으로 따라옵니다.

주어진 대로, 생성 설계는 향후 10년간 제조 지형을 변화시킬 것으로 예상됩니다.

Autodesk, Inc의 기술 마케팅 매니저 Bryce Heventhal에 따르면,

그 문장의 핵심 요소에 주목하세요: 인간 엔지니어.

사실, "Heventhal이 생성 설계에 대해 강조하고 싶은 한 가지는 — 인간 노동자를 대체하려는 의도가 없다는 것입니다. 오히려 인공지능은 엔지니어와 디자이너가 새로운 설계를 테스트하고 그들이 만드는 제품에 통합하는 능력을 수십 배로 확장하는 가치 있는 메커니즘이라고 말합니다."

간단히 말해, "그들이 여전히 결정을 내립니다." Heventhal은 말합니다. "우리는 단지 그들이 그 결정을 내리는 데 더 나은 도구를 줄 뿐입니다. 일자리를 대체하는 게 아니라, 일자리를 증강하는 겁니다."

인간 진화 관점에서, 이는 원시 도구부터 고급 응용까지 초기 인류에서 현대 인류의 발전과 도구 사용을 추적하는 것과 같습니다. 생성 설계는 단지 인류가 기술을 활용하는 최신 장일 뿐입니다:

"설계 사고는 사라지지 않습니다. 현대 도구를 활용하도록 진화할 뿐입니다. 목수가 전동 드릴을 쓰듯, 내일의 제품 디자이너와 엔지니어는 서서히 수작업 공정을 버릴 것입니다."

복잡성과 제조 가능성의 균형

생성 설계 부품에서 나오는 우려 중 하나는 제작 복잡성 수준입니다. 생성 설계 부품이 '외계인 같고', '유기적이고', '기괴하다'는 말을 듣는 게 드문 일이 아닙니다.

다행히 미학은 기능성에 한참 뒤처지지만, 제조 공정에는 복잡성을 도입합니다. 수많은 조각 표면으로 인해 생성 설계 부품을 만드는 공정은 길고 비효율적일 수 있습니다.

다행히 생성 설계의 탄생은 제조 공정의 발전과 잘 맞물렸습니다. 가장 주목할 만한 건, 지난 10년간 적층 제조의 발전으로 3D 프린터의 능력이 가속화되면서 동시에 비용이 절감되었습니다. 하지만 한계가 있습니다. 특히 고정밀이 필요할 때 그렇습니다. 이는 적층 제조 영역에서 계속 개선되고 있지만, 높은 초기 및 유지 비용으로 인해 많은 프로토타입 랩에서는 아직 닿기 힘든 영역입니다.

절삭 제조 세계에서, 5축 CNC 가공은 더 널리 보급되었습니다. 더 많은 브랜드가 유능한 장비를 제공하고, 생성 설계 부품을 만드는 데 필요한 복잡한 툴패스를 생성하는 소프트웨어도 그 어느 때보다 많습니다.

하지만 모든 것과 마찬가지로 단점도 있습니다.

까다로운 컨트롤 때문에 5축 기계는 조작자와 프로그래머에게 더 높은 수준의 기술을 요구합니다. 또한 5축 밀링기에 대한 투자를 보호하기 위해, 툴패스를 시뮬레이션하여 충돌을 검사하는 두 번째 소프트웨어 세트가 종종 권장됩니다.

게다가 5축 기계는 꽤 비쌀 수 있습니다. 이는 설계에 내재된 것인데, 밀링기에 축이 추가될 때마다 작업 영역이 희생되기 때문입니다. 결과적으로 작은 작업 범위의 5축 기계도 꽤 클 수 있습니다. 큰 생성 설계 부품을 밀링해야 할 때 상황은 이상적이지 않습니다. 공구 비용 전에 필요한 기계가 7자리 수(천만 달러 이상)가 될 수 있다고 해도 과언이 아닙니다. 심지어 이 경우 공구도 특수하여 생성 설계 부품의 깊고 정교한 형상에 도달할 수 있어야 합니다.

충분한 돈으로 이 문제들을 해결할 수 있지만, 대부분의 프로토타입 랩은 가진 도구로 부품을 만들고 싶어 하며, 대부분 3축 밀링기를 가지고 있고 5축은 없습니다. 다행히 Fusion 360 제조사인 Autodesk 팀이 이 난제에 주목했습니다.

제조 제약 조건을 통해 사용자는 최종 제품을 어떻게 생산할지 정확히 정의할 수 있습니다. 3D 프린팅이든, 보유한 정확한 CNC 가공 방식(2.5, 3, 4, 5축 CNC 밀링)이든 말입니다. 이 데이터를 초기부터 도입함으로써, 프로그램 알고리즘은 그들의 기계 구성과 완벽하게 작동하는 형상을 생성할 수 있습니다. 이 기능 추가로 Autodesk는 생성 설계를 가능한 가장 넓은 청중에게 접근 가능하고 실용적으로 만들었습니다.

진화의 일부가 되십시오

궁극적으로 생성 설계는 제조업체뿐만 아니라 다양한 분야와 소비자에게도 흥미진진한 발전입니다: "AI와 생성 설계 도구의 혁신과 효율성 주도 능력은 산업 전반에 걸쳐 도입을 급증시킬 것입니다. 이들은 설계 프로세스의 새로운 협력자가 되어 디자이너와 엔지니어의 역할을 강화하고, 우리가 전에 본 적 없는 제품을 창조할 것입니다."