CNC 프로토타이핑 비용 절감을 위한 6가지 검증된 전략

작성일: 2019년 6월 10일 | 작성자: Tony, WayKen 프로젝트 매니저

현대 기술의 발전에도 불구하고 CNC 프로토타이핑 비용은 저렴하지 않습니다. 이는 고도로 숙련된 전문가, 전문 장비, 때로는 고가 합금의 사용이 필요하기 때문에 당연합니다. 설계 단계에서 프로토타입 제작을 진행하면 CNC 프로토타이핑의 전체 프로젝트 비용을 장기적으로 줄이는 데 큰 도움이 됩니다.

CNC 프로토타이핑 비용의 구성 요소

프로토타입 가공 비용을 줄이는 방법을 이해하려면 먼저 주요 비용 항목을 살펴봐야 합니다.

1. 벌크 메탈 (Bulk Metal). 맞춤형 CNC 가공의 기본 원칙은 우선 큰 금속 덩어리(펌프 또는 블랭크)에서 절삭을 시작해야 한다는 것입니다. 프로토타이핑 및 소량 생산 산업에서 이 펌프나 블랭크는 최종 부품의 총 질량보다 훨씬 큽니다(경우에 따라 최대 5배). 따라서 적절한 합금 선택이 중요한데, 실제로는 부품 질량의 3~4배를 지불하게 되기 때문입니다.
2. 셋업 시간 (Set-up Time). 기술 도면이 CNC 서비스에 도착하면 공작기계 준비, NC 프로그램 작성, 공구 제작 또는 조립 등 불가피한 준비 단계가 있습니다. 이 시간은...
3. 가공 시간 (Machining Time). 준비가 완료되면 가공이 이루어집니다. CNC 급속 조형 중 주요 매개변수는 공정에 필요한 총 시간입니다. 실제 절삭 시간, 공구 교환 시간, 부품 적재/하역 시간, 부품이 공작기계 간 이동해야 하는 경우 이동 시간 등이 포함됩니다. 이 비용은 목록에서 단연 가장 크며, 가공 시간을 줄이는 것이 절대적으로 필요합니다.
4. 추가 시간 (Additional Time). 문서 작업, 배송 등 어떤 제조 공정에도 불가피한 관리상 대기 시간이 있습니다. 이는 전적으로 급속 프로토타입 부품 제조업체에 달려 있으므로 신중하게 선택하고 계약 체결이나 CNC 맞춤 가공 부품 배송에 걸리는 시간을 문의해야 합니다.

프로토타입 최종 비용에 영향을 미치는 모든 비용을 분석했으므로, 결론을 내리고 프로젝트의 CNC 프로토타이핑 비용을 줄이는 데 도움이 될 팁 목록을 만들 수 있습니다.

프로토타입 비용 절감 팁

소재를 올바르게 선택하세요

많은 초보자는 소재에 대해 깊이 생각하지 않습니다. 기본 구조용 강철을 넣거나 녹 방지를 위해 티타늄이나 스테인리스 스틸 같은 '멋진' 소재를 선택하곤 합니다. 두 선택 모두 옳을 수도, 틀릴 수도 있습니다. 여기서 이해해야 할 것은 합금 가격이 결정 요인이 아니라는 점입니다. 예를 들어, 가공할 부피가 큰 경우 알루미늄을 선택하는 것이 더 나은데, 훨씬 빠르게 가공할 수 있어 가공 시간 절감으로 추가 가공 비용을 상쇄할 수 있기 때문입니다.

또 다른 문제는 소재의 특정 특성(예: 고온 견딤)이 필요할 때 필요 이상으로 높은 등급을 선택하는 경우입니다. 예를 들어 800℃ 견딤이 필요한데 950℃ 등급을 선택하면 가공이 훨씬 어렵고 비싸지만, 추가 150℃는 필요하지 않습니다.

베이스 요소(고정용 특징) 추가

부품에 공작기계에서 프로토타입 블랭크를 고정하는 데 지속적으로 사용할 수 있는 특수 면을 추가하면 셋업 시간을 줄일 수 있습니다. 예를 들어 축형 부품을 만들 경우 양단에 테이퍼 홀 두 개를 추가하여 선반 센터에 고정할 수 있게 합니다. 박스형 부품을 밀링할 경우 수직인 평면과 구멍 두 개를 추가합니다.

복잡한 곡면 피하기

CNC 부품의 높은 표면 조도를 가진 복잡한 곡면은 빠른 프로토타이핑을 원할 때 환영받지 못합니다. 그 이유는 복잡한 곡면은 보통 구형 팁이 있는 소구경 엔드밀로 마감하는데, 스텝오버(Stepover)가 극히 작습니다(약 0.1~0.05mm). 한쪽 방향에서 전체 곡면을 가공해야 합니다(양방향으로 가면 미세한 리브가 생깁니다). 복잡한 곡면 면적이 넓으면 마감에만 수시간이 걸립니다.

얇은 벽과 깊은 포켓 피하기

CNC 프로토타이핑에는 큰 힘과 마찰이 수반됩니다. 강철이나 다른 합금 조각을 잘라내려면 절삭 힘이 커야 합니다. 이 힘은 절삭에만 전달되지 않습니다. 공구가 무디거나 절삭 파라미터가 너무 크면 부품 자체가 약간 휘어질 수 있습니다. 부품에 금속이 많고 강성이 높으면 무시할 수 있지만, 부품이 얇고 길수록 절삭 힘에 의한 변형이 눈에 띕니다. 절삭 파라미터를 낮추면 어느 정도 상쇄할 수 있지만 가공 시간이 늘어납니다. 따라서 프로토타입 가공 부품은 벽이 두꺼워야 합니다.

단일 부품 대신 소량 배치 주문

테스트를 위해 한 개 이상의 프로토타입이 필요할 가능성이 조금이라도 있다면, 나중에 추가 주문하는 것보다 처음부터 소량 배치를 주문하는 것이 훨씬 저렴합니다. 공작기계 공장은 공작기계를 한 번만 셋업하면 되기 때문입니다.

정밀도를 적절히 설정하세요

많은 설계자는 부품이 더 정밀할수록 좋고, 표면 조도가 높을수록 보기 좋다고 생각합니다(광택 나는 부품이 멋져 보이긴 합니다). 하지만 높은 공차와 극한의 표면 조도는 프로토타입 제조업체가 연마기를 사용해야 함을 의미합니다. 연마를 위해서는 최소한의 경도가 필요하고, 이는 열처리를 수반합니다. 열처리는 최소 하루가 걸립니다(가열, 유지, 냉각). 따라서 대다수 표면은 IT9 이하, 표면 조도 Ra 3.2 이하로 하고, 가장 중요한 표면만 더 높은 공차를 지정하는 것이 바람직합니다.