올바른 제작 방법 선택:3D 프린팅과 CNC 가공 비교 설명

3D 프린팅과 CNC 가공 - 설계 엔지니어로서 귀하는 프로젝트에 가장 적합한 제조 기술을 선택하게 될 것입니다. 잘못된 경로를 택하면 시간 낭비, 비용 초과 또는 심지어 제품 실패로 이어질 수 있습니다.

CNC 가공과 같은 절삭 방법이 필요한지, 3D 프린팅과 같은 적층 방법이 필요한지 여부에 대한 정보를 바탕으로 결정을 내리려면 각각의 작동 방식, 지원하는 재료 및 공차, 각각의 장점에 대한 명확한 이해가 필요합니다.

이 블로그는 그러한 결정을 단순화하는 것을 목표로 합니다. 두 프로세스의 기본 원칙을 안내하고, 주요 요소를 비교하고, 실제 사용 사례를 강조하여 사용 사례에 가장 적합한 기술을 결정하는 데 도움을 드립니다.

CNC 가공이란 무엇인가요?

CNC 가공은 수공구를 사용하여 물건을 만드는 구식 방식을 현대화한 것입니다. CNC 기계, 특히 밀링 기계의 프로토타입은 1952년 MIT 연구진에 의해 제작되었습니다.

본질적으로 CNC 가공은 절삭 가공 방식입니다. 즉, 재료의 견고한 블록을 최종 설계에 맞게 형성합니다. 엔. 절단은 3D 모델에서 파생된 G 코드 및 M 코드에서 실행되는 프로그래밍된 CNC 시스템을 통해 자동으로 수행됩니다.

CNC 가공은 밀링, 선삭, 드릴링, 연삭 등 광범위한 공정을 포괄하며 각 공정에는 특정 작업에 적합한 고유한 도구 세트와 가공 전략이 있습니다.

장점:

• 높은 치수 정확성과 엄격한 공차
• 우수한 표면 마감.
• 대규모 생산에 맞게 확장 가능합니다.
• 금속 및 플라스틱과의 호환성이 뛰어납니다.

단점 :

• 도구 및 설치 비용이 더 높습니다.
• 감산 특성으로 인해 재료 낭비가 더 높습니다.

3D 프린팅(3PD)이란 무엇인가요?

3D 프린팅 또는 3D 프로토타이핑은 1980년대에 등장한 비교적 현대적인 기술입니다. 이는 단단한 블록을 깎아내는 것이 아니라 제품을 층층이 쌓아가는 적층 제조 기술입니다.

가장 간단하고 접근하기 쉬운 형태에 대해 이야기한다면 그것은 FDM(Fused Deposition Modeling)입니다. FDM에서는 열가소성 필라멘트가 가열되어 노즐을 통해 압출되며, 노즐은 프로그래밍된 경로로 이동하여 한 번에 한 레이어씩 쌓입니다. 각 레이어가 굳어지면 다음 레이어가 맨 위에 쌓이면서 점차 완전한 개체가 형성됩니다.

CNC 가공과 마찬가지로 다양한 3DP 기술이 있으며 각각 재료가 증착되거나 융합되는 방식에 따라 다릅니다. 주목할만한 것으로는 FDM, SLS(선택적 레이저 소결), SLA(광 조형), DMLS(직접 금속 레이저 소결)가 있습니다.

장점:

• 디자인 유연성이 향상되었습니다. 복잡한 기하학을 구성할 수 있습니다.
• 프로토타입의 설정 비용이 저렴합니다.
• 재료 낭비를 최소화합니다.
• 프로토타입의 처리 속도가 빨라집니다.

단점 :

• 저차원 정확도.
• 대부분의 경우 기계적 강도가 낮아질 수 있습니다.

3D 프린팅과 CNC 가공:8가지 차이점 설명

이전 섹션에서는 간략한 개요를 제공했지만 어떤 방법을 선택할지에 대한 모든 질문에 답하지 못했을 수도 있습니다. 3D 프린팅과 CNC 가공은 작업 흐름, 정밀도, 재료, 생산 능력, 마감 품질 및 비용이 다릅니다. 

그럼 조금 더 깊이 들어가 두 기술을 나란히 놓고 각 기술이 다양한 측면에서 어떤 결과를 가져오는지 살펴보겠습니다.

 CNC 가공 3D 프린팅 워크플로 도구 설정과 숙련된 작업자가 필요합니다. 가공이 자동화됩니다.최소 설정; 인쇄가 시작되면 대부분 자동화됩니다.재료 호환성 강철, 황동, 티타늄, 알루미늄, 엔지니어링 합금 및 플라스틱과 같은 금속.PLA, ABS, 나일론, ULTEM 및 일부 금속공차 ±0.015~0.025mmFDM:±0.2~0.5mm,SLS:±0.3mm,바인더 분사:±0.2mm.기하학  도구 접근에 따라 제한됨더 큰 설계 자유도부품 크기 4000×1500×600mm (RapidDirect에서)최대 1000×1000×1000mm(FDM)표면 마감 매우 부드러운 레이어 라인 표시설정 비용 $100,000 이상. 산업용 프린터 $500부터 $100,000까지.부품당 비용 소량의 경우 더 높음소량의 경우 더 저렴

1. 제작 작업 흐름

두 방법 모두 동일한 지점에서 시작됩니다. 3D 디자인은 CAD 소프트웨어에서 생성됩니다. 그런 다음 이 디자인은 소프트웨어를 통해 가공이나 3D 프린팅에 적합한 필수 형식으로 변환됩니다.

차이점은 바로 그 이후부터 시작됩니다. CNC 기계에는 특정 절단 도구가 필요하며 일반적으로 작업을 설정하고 올바른 도구를 선택하고 재료를 처리하는 데 숙련된 작업자가 필요하지만 가공 자체는 자동화되어 있습니다. 

반면에 대부분의 3D 프린터는 최소한의 개입으로 작동합니다. 인쇄가 시작되면 프로세스가 완전히 자동화되며 일반적으로 운영자가 계속 참여할 필요가 없습니다.

2. 재료 호환성

두 가지 방법 모두 재료 선택 측면에서 다양합니다. 일반적인 인식은 3D 프린팅 시스템은 플라스틱용이고 CNC 제조는 금속용이라는 것입니다. 그러나 둘 다 금속 및 고성능 플라스틱을 포함한 광범위한 재료를 처리할 수 있습니다.

즉, CNC 공정은 일반적으로 사용되는 금속에 가장 적합합니다. CNC 재료에는 강철, 황동, 티타늄, 알루미늄 및 엔지니어링 합금이 포함됩니다. 가장 중요한 것은 CNC 가공이 고강도, 내구성 및 내열성이 요구되는 재료 응용 분야에 사용된다는 것입니다.

이와 대조적으로 3D 프린팅 재료에는 PLA, TPU, ABS, ASA, 나일론 및 ULTEM이 포함되며 기계적 강도는 덜 중요하거나 설계를 통해 보상됩니다. 알루미늄, 강철, 티타늄 및 생체 적합성 합금과 같은 금속도 SLS, 바인더 제팅, SLM과 같은 고급 금속 3D 프린팅 기술을 사용하여 프린팅할 수 있습니다.

3. 치수 공차

아시다시피 중요한 부품을 제조할 때 관용은 매우 신성합니다. CNC 가공 부품은 현재의 3D 프린팅 방법으로 제작된 모든 부품보다 지속적으로 성능이 뛰어납니다.

구체적으로 말하면 CNC 가공은 일반적으로 ±0.025mm ~ ±0.015mm 사이의 공차 범위를 제공합니다. 범위는 사용되는 CNC 기계 유형과 가공 프로세스에 따라 달라집니다. 예를 들어 RapidDirect에서 CNC 밀링에 대해 제공하는 공차 범위는 약 ±0.05mm입니다.

3D 프린팅에서는 공차도 방법에 따라 다릅니다. FDM 3D 프린팅의 허용 오차는 일반적으로 ±0.2mm~±0.5mm, SLS는 약 ±0.3mm, 바인더 제팅은 일반적으로 약 ±0.2mm입니다.

4. 기하학 및 크기

디자인의 자유에 관해 이야기한다면 3D 프린팅 프로젝트는 CNC 가공에 비해 더 많은 유연성을 제공합니다. CNC의 경우 따라야 할 특정 CNC 설계 지침이 있습니다. 벽 두께, 내부 모서리에는 제한이 있으며, 가장 중요한 점은 전체 형상이 사용되는 절단 도구 및 고정구의 제약 조건을 준수해야 한다는 것입니다.

이에 비해 3D 프린팅은 물리적 절단 도구에 의존하지 않으므로 전통적인 디자인 제약에 의해 제한되지 않습니다. 돌출부나 브리지에 대한 지지 구조를 포함해야 할 수도 있지만 가공으로는 불가능하거나 비현실적인 매우 복잡하고 유기적인 형상을 얻을 수 있습니다.

부품의 크기는 CNC 시스템이 우위에 있습니다. 더 큰 블록을 산업 기계에 장착할 수 있으므로 더 큰 부품을 생산하는 데 더 적합합니다. 예를 들어 RapidDirect에는 최대 4000×1500×600mm의 부품 크기를 처리하는 5축 CNC 기계가 있습니다.  

3D 프린팅 모델은 크기가 더 제한되어 있으며 종종 프린터의 제작 볼륨에 의해 제한됩니다. 모든 기술 중에서 FDM 프린터의 부품 크기는 약 1000 x 1000 x 1000mm로 약간 높습니다.

5. 표면 마감

치수 공차 섹션에서 언급했듯이 CNC 가공은 일반적으로 3D 인쇄 솔루션으로 달성하는 것보다 훨씬 더 나은 최종 표면 마감을 제공합니다. 그 이유는 두 프로세스가 작동하는 방식에 있습니다. 

CNC 가공 작업에는 재료를 정밀하게 제거하는 날카로운 절단 도구를 사용하여 기계에서 바로 부드러운 표면을 남기는 작업이 포함됩니다. 적절한 툴링과 이송 속도를 사용하면 후처리가 거의 또는 전혀 필요하지 않은 마무리를 얻을 수 있습니다.

3D 프린팅에서 표면 품질은 부품의 층별 구성에 영향을 받습니다. 각 레이어는 눈에 보이는 선을 남기며, 3D 프린터의 해상도에 따라 선의 미세한 정도가 결정됩니다. 높은 설정에서도 대부분의 3D 프린팅 부품은 약간의 질감이 있거나 울퉁불퉁한 표면을 가지고 있습니다.

6. 설치 비용

설정 비용 측면에서 두 기술은 스펙트럼의 완전히 다른 끝에 위치합니다. 

3D 프린팅은 현재 가장 접근하기 쉬운 기술이며 데스크탑 프린터의 가격은 약 500달러부터 시작됩니다.  물론 산업용 등급 3D 프린터는 가격이 수천 달러에서 $100,000를 훨씬 넘는 경우가 많지만, 그럼에도 불구하고 재료 및 도구 비용은 상대적으로 제한됩니다. 대부분의 기계에는 프린팅 재료 자체, 필라멘트, 레진 또는 파우더만 필요하며 간헐적인 유지 관리도 필요합니다.

이와 대조적으로 CNC 가공은 주로 산업 공정이므로 설치 비용이 수십만 달러에 달할 수 있습니다. 기계 자체는 비싸며 특수 절삭 공구, 공구 홀더, 작업 고정 장치, 절삭유 시스템 및 이를 작동하는 데 필요한 전용 바닥 공간의 비용을 고려하기 전에는 그렇습니다. 

게다가 CNC 기계에는 숙련된 작업자가 필요하므로 지속적인 인건비가 추가됩니다. 이러한 모든 요인으로 인해 CNC는 대부분의 3D 프린팅 설정에 비해 훨씬 더 큰 투자를 하게 됩니다.

7. 제품 비용

전체적인 관점을 대략적으로 살펴보면 3D 프린팅 제품은 CNC 가공 부품에 비해 생산 비용이 더 저렴한 경우가 많습니다. 그 이유는 주로 CNC 시스템의 설치 비용이 훨씬 높기 때문입니다. 일회성 또는 매우 적은 양의 부품의 경우 3D 프린팅이 더 경제적인 선택이 될 수 있습니다.

그러나 장기적으로나 배치를 생산할 때 3D 프린팅의 실행 가능성은 떨어집니다. 이 프로세스는 부품당 훨씬 더 많은 시간이 걸리며, 생산 규모를 확대하면 전체 비용이 CNC 가공을 능가할 수 있습니다. CNC 기계는 일단 설치되면 부품을 훨씬 더 빠르고 효율적으로 대량 생산할 수 있습니다.

CNC 가공과 3D 프린팅:어느 것을 선택하고 언제? 

마지막으로 프로젝트에 사용할 기술을 결정하는 것이 중요합니다. CNC와 3D 프린팅은 설계 요구 사항, 재료 호환성, 정확성 요구 사항 및 예산을 기준으로 평가해야 합니다.

다음과 같은 경우 CNC 가공을 선택하세요.

• 생산된 제품 배치가 필요합니다.
• 표준 치수의 금속 부품을 만들고 있습니다.
• 귀하의 디자인에는 매우 엄격한 공차가 필요합니다.
• 부품은 열 응력, 기계적 부하 또는 마모를 견뎌야 하는 기능적 응용 분야에 사용됩니다.
• 기계에서 바로 더 나은 표면 마감을 원합니다.
• 이 소재는 강철, 알루미늄, 황동, 티타늄 등 다양한 재고 형태로 제공됩니다.

다음과 같은 경우에 3D 프린팅을 선택하세요:

• 당신은 프로토타입, 특히 플라스틱을 대상으로 작업하고 있습니다.
• 귀하의 디자인에는 비정통적이거나 매우 복잡한 기하학이 포함되어 있습니다.
• 특정 복합재나 고성능 폴리머 등 기계 가공이 어렵거나 비용이 많이 드는 재료를 사용하고 있습니다.
• 공구나 고정 장치에 투자하지 않고도 일회용 부품이 신속하게 필요합니다.
• 부품의 강도는 재료의 특성보다는 디자인을 통해 얻을 수 있습니다.

그리고 두 기술이 모두 가능한 경우 결정을 내리기 전에 총 비용, 리드 타임 및 필요한 품질을 고려하십시오. 특히 CNC 프로토타이핑과 3D 프린팅의 경우 금속 프로토타입이 3D 프린팅보다 비용 효율적일 수 있습니다. 

RapidDirect가 어떻게 도움이 되나요?

앞서 살펴보았듯이 CNC 가공과 3D 프린팅은 각각 장점이 있으며 둘 다 프로젝트 요구 사항에 따라 제조에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

RapidDirect에서는 항공우주와 같은 중요 산업을 위한 CNC 밀링, CNC 터닝, 5축 가공, 정밀 가공을 포함한 엔드투엔드 CNC 가공 서비스를 제공합니다. 우리는 0.001인치까지의 공차를 제공하고 100가지 이상의 재료 옵션과 20가지 이상의 표면 마감을 제공합니다.

당사의 3D 프린팅 서비스는 SLA 및 SLS부터 HP MJF 및 SLM까지 다양한 기술을 포괄하며 300개가 넘는 전문 3D 프린팅 매장 네트워크의 지원을 받습니다. 또한 인쇄된 부품을 즉시 생산할 수 있도록 완벽한 후처리 서비스도 제공합니다.

프로젝트가 있지만 3D 프린팅과 CNC 가공 중 어떤 기술이 가장 좋은지 여전히 확신하지 못하시나요? 지금 RapidDirect의 전문가 팀에 연락하여 즉시 견적과 함께 전문적인 안내를 받으세요.