제조 프로토타이핑 프로젝트를 위한 3가지 검증된 전략

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작성일: 2019년 8월 2일 | 작성자: Hazel, WayKen 프로젝트 매니저

프로토타이핑 프로젝트는 대체 방안을 테스트하고 설계를 검증하기 위해 물리적 형태를 생성하고 모델링하는 역할을 합니다. 시스템 분석 및 설계에서의 프로토타이핑은 최종 제품이 나오기 전에 여러 번 반복됩니다. 거의 모든 신제품이 대중에게 공개되기 전에 프로토타입 사례를 거친다고 할 수 있습니다.

프로토타입 프로젝트란?

프로토타이핑 모델은 프로토타입을 구축하고 테스트한 후, 수용 가능한 프로토타입이 최종적으로 달성될 때까지 필요한 만큼 재작업하는 시스템 개발 방법입니다. 이를 통해 완전한 시스템이나 제품을 개발할 수 있습니다. 프로토타이핑 유형은 단계에 따라 소재, 규모, 기술 적용이 다양할 수 있지만, 진화적 프로토타이핑은 신제품 탄생에 큰 도움을 줍니다.

프로토타이핑 기법은 일반적으로 급속 조형(Rapid Prototyping), CNC 가공, 급속 금형(Rapid Tooling) 세 가지로 나눌 수 있습니다. 각각의 고유한 장점이 있어 상황에 따라 더 적합한 방식을 선택할 수 있으며, 보통 프로토타이핑 프로젝트의 3단계 관리 과정으로 고려됩니다.

프로토타이핑 프로젝트를 안내하는 3가지 핵심 단계

1단계: 급속 조형 (Rapid Prototyping)

프로토타이핑 프로젝트 초기 단계에서 3D 프린팅을 이용한 급속 조형은 설계 아이디어를 실제 물체로 빠르게, 저렴하게 구현하는 방법입니다. 3D 프린팅으로 제작된 프로토타입 모델은 설계에서 나온 유사 물체를 처음 제시하는 용도입니다. 일반적으로 3D 프린팅으로 만든 프로토타입 모델은 단기 전시용으로 주로 사용됩니다. 예를 들어, 디자이너는 포커스 그룹 앞에서 프레젠테이션을 할 때 프로토타입 모델을 들어 디자인의 설득력을 높입니다.

다음과 같은 경우 3D 프린팅을 선택하는 것이 합리적입니다:

• 저비용 플라스틱 프로토타입 모델이 필요할 때
• 매우 복잡한 형상의 부품이 필요할 때
• 2~5일 내 빠른 납기가 필요할 때
• 특수 소재가 필요할 때

2단계: CNC 가공

CNC 가공은 CAD 파일로부터 직접 높은 정밀도와 우수한 물성을 가진 부품을 생산합니다. 개발자는 새로운 설계의 프로토타입 모델로 미적 프레젠테이션뿐만 아니라 기능 테스트도 수행하고자 할 때 가공 프로젝트를 진행합니다. 20년의 CNC 프로토타이핑 서비스 경험과 3축 및 5축 장비를 모두 갖춘 WayKen 같은 제조업체는 프로토타이핑 프로젝트를 위한 복합 가공 솔루션을 제공하여 고정밀 부품을 구현하고 비용을 절감할 수 있습니다.

일반적으로 뺄셈 공정(절삭 가공)으로 제한된 노력으로 제조할 수 있는 비교적 단순한 형상의 부품은 CNC 가공이 적합하며, 특히 금속 부품 생산 시 그렇습니다.

CNC는 3D 프린팅보다 높은 치수 정밀도를 제공하고 더 나은 기계적 물성을 가진 부품을 생산하므로, 개발자가 설계의 기능을 테스트하는 데 도움이 됩니다. 납기는 일반적으로 2주 이내로 짧은 편입니다.

3단계: 급속 금형 (Rapid Tooling)

대부분의 경우 급속 금형은 프로토타입과 양산 사이의 가교 역할을 하며, 사출 성형과 결합하면 양산 전 마지막 단계가 됩니다. 급속 금형은 알루미늄 또는 연강, 기성 몰드 베이스, 핸드 로드 인서트로 구성됩니다.

전통적인 사출 금형이 지나치게 비싸거나 해당 부품 또는 필요 수량에 불필요한 경우에 적합합니다. 따라서 소량 배치가 시장 테스트용으로 필요하거나 향후 대량 생산이 필요하지 않을 때 비용을 최소화하는 완벽한 방법입니다.

WayKen은 급속 금형에 대한 두 가지 사출 성형 서비스 옵션을 제공합니다. 하나는 프로토타이핑과 관련된 소량 부품에 최적화되어 있고, 다른 하나는 소량 양산에서 흔히 볼 수 있는 대량 부품에 적합합니다.

반면 3D 프린팅 프로토타입 모델은 소재 선택의 제한, 낮은 강도, 낮은 내후성 등의 단점이 있습니다.

이것은 정밀 CNC 가공으로 제작된 알루미늄 케이싱 프로토타이핑 프로젝트입니다. 이 경우 알루미늄 부품은 우수한 물성과 고정밀도로 최종 버전과 동일하게 기능 테스트에 사용될 수 있습니다. 알루미늄, 강철, 황동 등 거의 모든 일반 금속을 CNC 공구로 가공할 수 있습니다. 가공된 금속 부품의 경우 프로토타입과 정식 제품 간의 차이가 거의 없습니다.

CNC 가공 외에도 리브 형상과 관통 구멍은 와이어 방전 가공(Wire EDM)으로 가공되었습니다. WayKen은 3축 또는 5축 CNC 밀링과 EDM, 와이어 EDM 같은 보조 공정을 결합할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다. 특히 일반적인 알루미늄 표면 마감에 대해 효율적이고 정밀한 CNC 알루미늄 가공 공정을 실현할 수 있습니다.

프로토타입 프로젝트 관리 사례

• 사례 1: SLA 방식 3D 프린팅 프로토타이핑 프로젝트

이것은 프로젝트 프레젠테이션에 사용된 자동차 프로토타입 모델로, 원본 설계에서 축소되었습니다. 신제품의 외관을 갖추고 있습니다. 디자이너가 포커스 그룹 앞에서 자신의 설계가 타 설계보다 뛰어난 장점을 설득해야 하는 상황을 상상해 보세요. 손에 프로토타입 모델을 들고 있으면 청중이 설계를 직접 보고 이해할 수 있어 깊은 인상을 줄 수 있습니다.

자동차 프로토타입은 원래 베이지색인 광경화성 수지로 제작되었으며, 특정 부위는 광택 도장, 글자와 로고는 실크스크린으로 마감되었습니다. 참고로 프로토타입의 대부분 후처리는 수작업으로 진행되어 상대적으로 인건비가 발생합니다.

• 사례 2: CNC 가공 알루미늄 프로토타이핑 프로젝트

이것은 정밀 CNC 가공으로 제작된 알루미늄 케이싱 프로토타이핑 프로젝트입니다. 이 경우 알루미늄 부품은 우수한 물성과 고정밀도로 최종 버전과 동일하게 기능 테스트에 사용될 수 있습니다. 알루미늄, 강철, 황동 등 거의 모든 일반 금속을 CNC 공구로 가공할 수 있습니다. 가공된 금속 부품의 경우 프로토타입과 정식 제품 간의 차이가 거의 없습니다.

CNC 가공 외에도 리브 형상과 관통 구멍은 와이어 방전 가공(Wire EDM)으로 가공되었습니다. WayKen은 3축 또는 5축 CNC 밀링과 EDM, 와이어 EDM 같은 보조 공정을 결합할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다. 특히 일반적인 알루미늄 표면 마감에 대해 효율적이고 정밀한 CNC 알루미늄 가공 공정을 실현할 수 있습니다.

• 사례 3: 급속 금형을 이용한 급속 사출 성형 프로토타이핑 프로젝트

이것은 자동차 조명 베젤 프로토타이핑 프로젝트입니다. 100개 플라스틱 부품의 경우 진공 주조 등 더 저렴한 타 제조 공정으로 생산할 수도 있었습니다. 급속 금형을 선택한 이유는 개발자가 최종 제품과 매우 유사한 물성으로 다양한 산업 테스트를 견딜 수 있는 부품을 원했기 때문입니다. 게다가 전통 금형에 비해 급속 금형은 비교적 낮은 비용으로 단기간에 제작할 수 있습니다.

WayKen에서는 금형 가공 전에 모든 급속 사출 성형 프로젝트에 대해 DFM(제조성 설계 검토)을 수행하여 고객에게 제공하며, 위험 분석을 이해하고 제안에 따라 CAD 파일을 수정할 수 있도록 합니다. 부품 생산 전 샘플을 고객에게 보내 품질을 확인하고, 고객이 품질을 승인한 후에야 양산을 시작합니다.

WayKen의 프로토타이핑 프로젝트에 대해 더 알고 싶으시면 이메일(info@waykenrm.com)로 문의해 주세요. 프로토타이핑 프로젝트에 대한 모든 문의는 견적뿐만 아니라 언제나 환영합니다.