제품 개발을 위한 신속한 프로토타이핑 가이드

프로토타입 제작은 제품 개발 프로세스의 중요한 부분이지만 전통적으로 병목 현상이었습니다.

제품 디자이너와 엔지니어는 기본 도구를 사용하여 임시 개념 증명 모델을 만들지만 기능적인 프로토타입과 생산 품질의 부품을 생산하려면 완제품과 동일한 프로세스가 필요한 경우가 많습니다. 사출 성형과 같은 기존 제조 공정에는 값비싼 도구와 설정이 필요하므로 소량의 맞춤형 프로토타입이 엄청나게 비쌉니다.

Rapid prototyping은 기업이 아이디어를 현실적인 개념 증명으로 전환하는 데 도움이 되며 이러한 개념을 최종 제품처럼 보이고 작동하는 충실도가 높은 프로토타입으로 발전시키며 일련의 검증 단계를 거쳐 대량 생산으로 제품을 안내합니다.

빠른 프로토타입 제작을 통해 디자이너와 엔지니어는 그 어느 때보다 빠르게 CAD 데이터에서 직접 프로토타입을 만들고 실제 테스트와 피드백을 기반으로 디자인을 빠르고 자주 수정할 수 있습니다.

이 가이드에서는 래피드 프로토타이핑이 제품 개발 프로세스, 해당 애플리케이션 및 오늘날의 제품 개발 팀에서 사용할 수 있는 래피드 프로토타이핑 도구에 얼마나 적합한지 배우게 됩니다.

래피드 프로토타이핑이란 무엇입니까?

Rapid prototyping은 3차원 CAD(Computer-Aided Design) 데이터를 사용하여 물리적 부품 또는 어셈블리의 축소 모델을 빠르게 제작하는 데 사용되는 기술 그룹입니다. 이러한 부품이나 어셈블리는 일반적으로 기존의 빼기 방법과 반대로 적층 제조 기술을 사용하여 구성되기 때문에 이 용어는 적층 제조 및 3D 인쇄와 동의어가 되었습니다.

적층 제조는 프로토타이핑과 자연스럽게 일치합니다. 거의 무제한에 가까운 형태의 자유도를 제공하고 툴링이 필요하지 않으며 전통적인 제조 방법으로 만든 다양한 재료와 거의 일치하는 기계적 특성을 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 3D 프린팅 기술은 1980년대부터 존재했지만 높은 비용과 복잡성으로 인해 대기업에서 주로 사용이 제한되거나 소규모 회사에서 생산을 전문 서비스에 아웃소싱해야 했고 후속 반복 사이에 몇 주를 기다려야 했습니다.

3D 프린팅을 사용하여 디자이너는 디지털 디자인과 물리적 프로토타입 사이를 빠르게 반복하고 생산에 더 빨리 도달할 수 있습니다.

데스크탑 및 탁상용 3D 프린팅의 출현은 이러한 현상을 변화시켰고 멈출 기미가 보이지 않는 엄청난 채택을 불러일으켰습니다. 사내 3D 프린팅을 통해 엔지니어와 디자이너는 디지털 디자인과 물리적 프로토타입 사이를 빠르게 반복할 수 있습니다. 이제 하루 안에 프로토타입을 만들고 실제 테스트 및 분석 결과를 기반으로 설계, 크기, 모양 또는 조립을 여러 번 반복할 수 있습니다. 궁극적으로 신속한 프로토타이핑 프로세스를 통해 기업은 경쟁 제품보다 더 나은 제품을 더 빨리 출시할 수 있습니다.

백지

데스크탑 광조형(SLA)을 사용한 3D 인쇄 소개

고해상도로 3D 모델을 구현하는 3D 프린터를 찾고 계십니까? 백서를 다운로드하여 SLA 인쇄가 작동하는 방식과 놀라운 세부 묘사가 포함된 모델을 만드는 데 SLA 인쇄가 가장 인기 있는 3D 인쇄 프로세스인 이유를 알아보세요.

백서 다운로드

래피드 프로토타이핑의 장점

더 빠르게 개념을 실현하고 탐색

신속한 프로토타이핑은 초기 아이디어를 실제 제품처럼 보이는 저위험 개념 탐색으로 승격시킵니다. 이를 통해 디자이너는 가상 시각화를 넘어 디자인의 모양과 느낌을 더 쉽게 이해하고 개념을 나란히 비교할 수 있습니다.

효과적인 아이디어 전달

물리적 모델은 디자이너가 자신의 개념을 동료, 클라이언트 및 협력자와 공유하여 화면에 디자인을 시각화하는 것만으로는 불가능한 방식으로 아이디어를 전달할 수 있도록 합니다. 신속한 프로토타이핑은 제작자가 사용자 요구를 이해하고 디자인을 수정 및 개선하는 데 필수적인 명확하고 실행 가능한 사용자 피드백을 촉진합니다.

반복적으로 변경 사항을 즉시 통합하도록 설계

디자인은 항상 최종 제품에 도달하기 전에 여러 차례의 테스트, 평가 및 개선이 필요한 반복적인 프로세스입니다. 3D 프린팅을 사용한 신속한 프로토타이핑은 보다 사실적인 프로토타입을 더 빠르게 만들고 변경 사항을 즉시 구현할 수 있는 유연성을 제공하여 이 중요한 시행착오 과정을 높입니다.

Formlabs SLA 프린터에서 프로토타입으로 제작된 픽 앤 플레이스 로봇 그리퍼의 연속적인 반복

좋은 모델은 24시간 디자인 주기입니다. 작업 중에 디자인하고, 밤새 프로토타입 부품을 3D 프린트하고, 다음날 청소 및 테스트하고, 디자인을 수정하고, 반복합니다.

비용 및 시간 절약

3D 프린팅을 사용하면 값비싼 도구 및 설정이 필요하지 않습니다. 동일한 장비를 사용하여 다른 형상을 생성할 수 있습니다. 사내 신속한 프로토타입 제작은 아웃소싱과 관련된 높은 비용과 리드 타임을 제거합니다.

인터렉티브

시간 및 비용 절감 계산

대화형 ROI 도구를 사용하여 Formlabs 3D 프린터에서 3D 인쇄할 때 얼마나 많은 시간과 비용을 절약할 수 있는지 확인하십시오.

절감액 계산

철저한 테스트 및 설계 결함 최소화

제품 설계 및 제조에서 설계 결함을 조기에 찾아 수정하면 비용이 많이 드는 설계 수정 및 향후 툴링 변경을 방지할 수 있습니다.

신속한 프로토타입 제작을 통해 엔지니어는 최종 제품처럼 보이고 작동하는 프로토타입을 철저히 테스트하여 프로덕션으로 이동하기 전에 사용성 및 제조 가능성 문제의 위험을 줄일 수 있습니다.

신속한 프로토타이핑의 응용

사용 가능한 다양한 기술과 재료 덕분에 빠른 프로토타이핑은 초기 개념 모델에서 엔지니어링, 검증 테스트 및 생산에 이르는 제품 개발 전반에 걸쳐 디자이너와 엔지니어를 지원합니다.

하드웨어 개발 프로세스. 출처:Ben Einstein, Bolt

개념 증명(PoC) 프로토타입 및 개념 모델

개념 모델 또는 개념 증명(POC) 프로토타입은 제품 설계자가 아이디어와 가정을 검증하고 제품의 실행 가능성을 테스트하는 데 도움이 됩니다. 물리적 개념 모델은 저위험 개념 탐색을 사용하여 이해 관계자에게 아이디어를 보여주고 토론을 만들고 승인 또는 거부를 유도할 수 있습니다.

PoC 프로토타이핑은 제품 개발 프로세스의 초기 단계에서 발생하며 이러한 프로토타입에는 제품을 후속 개발 단계로 이동하기 전에 가정을 검증하는 데 필요한 최소한의 기능이 포함됩니다.

개념 증명은 단순해야 하며 제품 작동 방식을 모방하기에 충분해야 합니다. 예를 들어, 충전 스탠드의 POC는 표준 USB 충전 케이블에 연결된 3D 인쇄 인클로저일 수 있습니다.

성공적인 개념 모델링의 핵심은 속도입니다. 설계자는 물리적 모델을 구축하고 평가하기 전에 풍부한 아이디어를 생성해야 합니다. 이 단계에서 사용성과 품질은 덜 중요하고 팀은 최대한 기성품에 의존합니다.

스위스 디자인 및 컨설팅 스튜디오 Panter&Tourron의 디자이너들은 SLA 3D 프린팅을 사용하여 2주 만에 컨셉에서 쇼케이스까지 진행했습니다.

3D 프린터는 개념 모델링을 지원하는 이상적인 도구입니다. 컴퓨터 파일을 물리적 프로토타입으로 변환하는 데 탁월한 처리 시간을 제공하므로 설계자가 추가 개념을 신속하게 테스트할 수 있습니다. 대부분의 작업장 및 제조 도구와 달리 데스크탑 3D 프린터는 사무실에 적합하므로 전용 공간이 필요하지 않습니다.

외형 프로토타입

외관상 프로토타입은 추상적 수준에서 최종 제품을 나타내지만 기능적 측면이 많이 부족할 수 있습니다. 그들의 목적은 최종 제품의 모양과 최종 사용자가 제품과 상호 작용하는 방식에 대한 더 나은 아이디어를 제공하는 것입니다. 인체 공학, 사용자 인터페이스 및 전반적인 사용자 경험은 제품 기능을 완전히 구축하기 위해 상당한 설계 및 엔지니어링 시간을 소비하기 전에 모양과 유사한 프로토타입으로 검증할 수 있습니다.

모양과 유사한 프로토타입 개발은 일반적으로 스케치, 거품 또는 점토 모델로 시작한 다음 CAD 모델링으로 이동합니다. 디자인 주기가 한 반복에서 다음 반복으로 진행됨에 따라 프로토타이핑은 디지털 렌더링과 물리적 모델 사이를 왔다갔다 합니다. 디자인이 완성되면 산업 디자인 팀은 최종 제품에 지정하는 실제 색상, 재료 및 마감(CMF)을 사용하여 최종 제품과 정확히 유사한 모양과 유사한 프로토타입을 만드는 것을 목표로 합니다.

카트리지 배치를 위한 다양한 솔루션이 있는 Form 2 SLA 3D 프린터의 프로토타입처럼 보입니다.

작업과 유사한 프로토타입

산업 설계 프로세스와 병행하여 엔지니어링 팀은 제품을 구성하는 기계, 전기 및 열 시스템을 테스트, 반복 및 개선하기 위해 또 다른 프로토타입 세트를 작업합니다. 이러한 작업형 프로토타입은 최종 제품과 다르게 보일 수 있지만 개발 및 테스트해야 하는 핵심 기술과 기능이 포함되어 있습니다.

종종 이러한 중요한 핵심 기능은 단일 제품 프로토타입으로 통합되기 전에 별도의 하위 단위에서 개발 및 테스트됩니다. 이 하위 시스템 접근 방식은 변수를 격리하여 팀이 모든 요소를 ​​함께 접기 전에 더 세분화된 수준에서 책임을 더 쉽게 분할하고 안정성을 보장할 수 있도록 합니다.

Form 3L 대형 SLA 3D 프린터의 초기 작업과 유사한 프로토타입.

엔지니어링 프로토타입

엔지니어링 프로토타입은 DFM(제조용으로 설계된) 최종 상용 제품의 실행 가능한 최소 버전을 만들기 위해 설계와 엔지니어링이 만나는 곳입니다. 이 프로토타입은 선별된 리드 사용자 그룹과 함께 실험실 기반 사용자 테스트에 사용되며, 이후 단계의 도구 전문가에게 생산 의도를 전달하고 첫 번째 영업 회의에서 데모 역할을 합니다.

이 단계에서는 세부 사항이 점점 더 중요해집니다. 3D 프린팅을 통해 엔지니어는 완성된 제품을 정확하게 나타내는 고화질 프로토타입을 만들 수 있습니다. 이렇게 하면 변경에 드는 시간과 비용이 점점 더 많아질 때 값비싼 도구에 투자하고 생산으로 이동하기 전에 설계, 적합성, 기능 및 제조 가능성을 더 쉽게 확인할 수 있습니다.

다이빙 카메라 제조업체 Paralenz는 3D 프린팅을 사용하여 해수면 아래 200m 이상의 테스트를 견뎌낸 기능적 프로토타입을 제작했습니다.

고급 3D 프린팅 재료는 사출 성형과 같은 전통적인 제조 공정으로 생산된 부품의 모양, 느낌 및 재료 특성과 거의 일치할 수 있습니다. 다양한 재료는 미세한 세부 사항과 질감, 부드러운 터치, 매끄럽고 마찰이 적은 표면, 견고하고 견고한 하우징 또는 투명한 구성 요소가 있는 부품을 시뮬레이션할 수 있습니다. 3D 인쇄 부품은 최종 부품의 시각적 속성을 복제하기 위해 샌딩, 폴리싱, 페인팅 또는 전기도금과 같은 2차 프로세스로 마무리할 수 있을 뿐만 아니라 여러 부품 및 재료로 어셈블리를 생성하기 위해 나사산을 형성할 수 있습니다.

Wöhler의 엔지니어들은 견고한 하우징과 부드러운 터치 버튼이 있는 여러 재료로 외관과 작업과 같은 수분 측정기 프로토타입을 제작했습니다.

엔지니어링 프로토타입은 현장 사용 조건과 스트레스를 받을 때 부품 또는 어셈블리가 어떻게 작동하는지 확인하기 위해 광범위한 기능 및 사용성 테스트가 필요합니다. 3D 프린팅은 열, 화학적 및 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 고성능 프로토타입용 엔지니어링 플라스틱을 제공합니다.

검증 테스트 및 제조

신속한 프로토타입 제작을 통해 엔지니어는 소규모 배치 실행, 일회성 맞춤형 솔루션 및 엔지니어링, 설계 및 제품 검증(EVT, DVT, PVT) 빌드를 위한 하위 어셈블리를 만들어 제조 가능성을 테스트할 수 있습니다.

3D 프린팅을 사용하면 실제 제조 공정을 염두에 두고 공차를 테스트하고 대량 생산으로 이동하기 전에 포괄적인 사내 및 현장 테스트를 수행하기가 더 쉽습니다.

3D 인쇄된 신속한 툴링은 사출 성형, 열성형 또는 실리콘 성형과 같은 기존 제조 공정과 결합하여 유연성, 민첩성, 확장성 및 비용 효율성을 개선하여 생산 공정을 향상시킬 수도 있습니다. 이 기술은 또한 일관된 데이터를 수집하여 기능 테스트 및 인증을 단순화하는 맞춤형 테스트 지그 및 고정 장치를 만들기 위한 효율적인 솔루션을 제공합니다.

의료 기기 설계 회사인 Coalesce는 사내 테스트를 위해 맞춤형 지그를 사용합니다.

3D 프린팅을 사용하면 생산이 시작될 때 디자인을 끝낼 필요가 없습니다. 신속한 프로토타이핑 도구를 통해 설계자와 엔지니어는 제품을 지속적으로 개선하고 조립 또는 QA 프로세스를 향상시키는 지그 및 고정 장치를 사용하여 라인의 문제에 빠르고 효과적으로 대응할 수 있습니다.

전자책

3D 인쇄 래피드 프로토타이핑으로 성공을 찾는 방법

이 전자책에서는 3D 프린팅을 사용하여 기존 프로세스를 통해 혁신과 개선을 주도하는 기업의 실제 사례 연구 6개를 다룹니다.

백서 다운로드

신속한 프로토타이핑 도구 및 방법

적층 제조

래피드 프로토타이핑은 기본적으로 적층 제조 및 3D 프린팅과 동의어가 되었습니다. 여러 3D 프린팅 공정을 사용할 수 있으며, FDM(Fused Deposition Modeling), SLA(Stereolithography), SLS(Selective Laser Sintering) 등의 신속한 프로토타이핑에 가장 일반적으로 사용되는 공정이 있습니다.

융합 증착 모델링(FDM)

FFF(Fused Filament Fabrication)라고도 하는 FDM 3D 프린팅은 열가소성 필라멘트를 녹이고 압출하여 부품을 만드는 3D 프린팅 방법으로, 프린터 노즐이 빌드 영역에 층별로 증착합니다.

FDM은 취미 3D 프린터의 등장으로 인해 소비자 수준에서 가장 널리 사용되는 3D 프린팅 형식입니다. 그러나 전문 FDM 프린터는 디자이너와 엔지니어 모두에게도 인기가 있습니다.

FDM은 다른 플라스틱 3D 프린팅 프로세스와 비교할 때 가장 낮은 해상도와 정확도를 가지며 복잡한 디자인이나 복잡한 기능이 있는 부품을 프린팅하는 데 가장 적합한 옵션이 아닙니다. 화학적 및 기계적 연마 공정을 통해 고품질 마감재를 얻을 수 있습니다. 일부 전문 FDM 3D 프린터는 용해성 지지체를 사용하여 이러한 문제 중 일부를 완화합니다.

FDM은 ABS, PLA 및 다양한 블렌드와 같은 다양한 표준 열가소성 수지와 함께 작동하는 반면 고급 FDM 프린터는 광범위한 엔지니어링 열가소성 수지 또는 복합 재료도 제공합니다. 신속한 프로토타이핑의 경우 FDM 프린터는 일반적으로 가공될 수 있는 부품과 같은 간단한 부품을 생산하는 데 특히 유용합니다.

광조형(SLA)

SLA 3D 프린터는 레이저를 사용하여 광중합이라고 하는 과정에서 액체 수지를 경화 플라스틱으로 경화합니다. SLA는 고해상도, 정밀도 및 재료의 다양성으로 인해 전문가들 사이에서 가장 인기 있는 프로세스 중 하나입니다.

Form 3 SLA 3D 프린터를 사용하여 제작한 시계의 3D 프린팅 고속 프로토타입이 최종 제품 옆에 있습니다.

SLA 부품은 모든 플라스틱 3D 프린팅 기술 중 가장 높은 해상도와 정확도, 가장 선명한 디테일, 가장 매끄러운 표면 마감을 제공하므로 엄격한 허용 오차가 필요한 고충실도의 외관과 유사한 프로토타입 및 기능적인 작업과 유사한 프로토타입을 위한 훌륭한 옵션입니다.

그러나 SLA의 주요 이점은 수지 라이브러리의 다양성에 있습니다. 재료 제조업체는 표준, 엔지니어링 및 산업용 열가소성 수지와 일치하는 광범위한 광학, 기계적 및 열적 특성을 가진 혁신적인 SLA 광중합체 수지 제형을 만들었습니다.

Draft Resin을 사용하는 SLA 3D 프린팅은 FDM 3D 프린팅보다 최대 10배 더 빠른 프로토타이핑 도구 중 하나입니다.

샘플 부품

무료 샘플 부품 요청

Formlabs 품질을 직접 보고 느껴보십시오. 무료 샘플 부품을 사무실로 배송해 드립니다.

무료 샘플 부품 요청

선택적 레이저 소결(SLS)

선택적 레이저 소결은 강력하고 기능적인 부품을 생산할 수 있는 능력으로 인해 다양한 산업 분야의 엔지니어와 제조업체가 신뢰하는 산업 응용 분야를 위한 가장 일반적인 적층 제조 기술입니다.

SLS 3D 프린터는 고출력 레이저를 사용하여 고분자 분말의 작은 입자를 융합합니다. 융합되지 않은 분말은 인쇄 중 부품을 지지하고 전용 지지 구조가 필요하지 않습니다. 따라서 SLS는 내부 형상, 언더컷, 얇은 벽 및 네거티브 형상을 포함한 복잡한 형상에 이상적입니다. SLS 인쇄로 생산된 부품은 사출 성형 부품과 유사한 강도로 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다.

SLS 3D 프린팅은 제품의 엄격한 기능 테스트를 위해 강력하고 기능적인 작품과 같은 프로토타입 및 엔지니어링 프로토타입을 생성할 수 있습니다.

신속한 프로토타입 제작에서 SLS 3D 프린팅은 제품(예:덕트, 브래킷)의 엄격한 기능 테스트 및 현장 고객 피드백을 위한 작업과 유사한 프로토타입 및 엔지니어링 프로토타입에 주로 사용됩니다.

샘플 부품

무료 샘플 부품 요청

Formlabs SLS 품질을 직접 보고 느껴보십시오. 무료 샘플 부품을 사무실로 배송해 드립니다.

무료 샘플 부품 요청

CNC 도구

FDM, SLA 또는 SLS와 달리 CNC(컴퓨터 수치 제어) 도구는 빼기 제조 프로세스입니다. 절단, 보링, 드릴링 및 연삭을 통해 재료를 제거하여 모양을 만드는 플라스틱, 금속 또는 기타 재료의 단단한 블록, 막대 또는 막대로 시작합니다.

CNC 도구에는 회전 도구와 고정 부품(밀링) 또는 고정 도구를 사용하여 회전 부품(선반)을 사용하여 재료를 제거하는 CNC 머시닝이 포함됩니다. 레이저 절단기는 레이저를 사용하여 다양한 재료를 고정밀로 조각하거나 절단합니다. 워터 제트 절단기는 연마재와 고압이 혼합된 물을 사용하여 거의 모든 재료를 절단합니다. CNC 밀링 머신과 선반은 여러 축을 가질 수 있으므로 더 복잡한 설계를 관리할 수 있습니다. 레이저 및 워터젯 절단기는 평평한 부품에 더 적합합니다.

CNC 도구는 플라스틱, 연질 금속, 경금속(산업 기계), 목재, 아크릴, 석재, 유리, 복합 재료로 부품을 성형할 수 있습니다. 적층 제조 도구와 비교할 때 CNC 도구는 설정 및 작동이 더 복잡하지만 일부 재료 및 디자인에는 특수 도구, 취급, 위치 지정 및 처리가 필요할 수 있으므로 적층 공정에 비해 일회성 부품 비용이 많이 듭니다.

신속한 프로토타이핑에서는 이상적인 단순한 디자인, 구조 부품, 금속 구성요소 및 추가 도구로 생산할 수 없거나 비용 효율적이지 않은 기타 부품입니다.

신속한 프로토타이핑 도구 비교

	융합 증착 모델링(FDM)	SLA(스테레오리소그래피)	선택적 레이저 소결(SLS)	CNC 도구
해결책	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆	★★★★★
정확도	★★★★☆	★★★★★	★★★★★	★★★★★
표면 마감	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆	★★★★★
사용 용이성	★★★★★	★★★★★	★★★★☆	★★★☆☆
Complex Designs	★★★☆☆	★★★★☆	★★★★★	★★★☆☆
Build Volume	Up to 300 x 300 x 600 mm (desktop and benchtop 3D printers)	Up to 300 x 335 x 200 mm (desktop and benchtop 3D printers)	Up to 165 x 165 x 300 mm (benchtop industrial 3D printers)	Dependent on the tool
Materials	Standard thermoplastics, such as ABS, PLA, and their various blends.	Varieties of resin (thermosetting plastics). Standard, engineering (ABS-like, PP-like, silicone-like, flexible, heat-resistant, rigid), castable, dental, and medical (biocompatible).	Engineering thermoplastics, typically nylon and its composites (nylon 12 is biocompatible + compatible with sterilization).	Plastics, soft metals, hard metals (industrial machines), wood, acrylic, stone, glass, composites.
Applications	Basic proof-of-concept models, low-cost prototyping of simple parts.	Quick prototypes, high-fidelity looks-like prototypes and functional works-like prototypes requiring tight tolerances and smooth surfaces.	Complex geometries, functional works-like prototypes and engineering prototypes.	Simple designs, structural parts, metal components.
Price Range	Budget printers and 3D printer kits start at a few hundred dollars. Higher quality mid-range desktop printers start around $2,000, and industrial systems are available from $15,000.	Professional desktop printers start at $3,500, large-format benchtop printers at $11,000, and large-scale industrial machines are available from $80,000.	Benchtop industrial systems start at $18,500, and traditional industrial printers are available from $100,000.	Small CNC machines start around $2,000, but professional tools go well beyond that. Basic engravers are available for less than $500, while mid-range laser cutters start around $3,500. Water jet cutters start around $20,000.

Get Started With Rapid Prototyping

Rapid prototyping is used in a variety of industries, by Fortune 500 companies and small businesses alike, to speed up development, decrease costs, improve communication, and ultimately create better products.

While 3D printing traditionally had been complex and cost-prohibitive, desktop and benchop 3D printers have made the technology accessible to any business.

Learn more about 3D printers and explore how leading manufacturers leverage 3D printing to save money and shorten lead times from design to production.