제조 가능 설계(DFM) 전략으로 ROI 극대화하기

당연한 이야기처럼 들릴 수 있지만, 부품이 생산을 효율화하는 방식으로 설계되는 것은 매우 중요합니다. 이 원칙을 제조 가능 설계(Design for Manufacturability) 또는 제조를 위한 설계(Design for Manufacturing, DFM)라고 합니다. DFM은 전체 생산 비용을 절감할 뿐만 아니라 부품 제작에 필요한 시간과 에너지도 줄여줍니다.

설계 단계 내에서 하류 공정의 효율성을 최적화할 수 있는 기회는 다양합니다. 그래서 DFM은 종종 조립을 위한 설계(DFA, Design for Assembly) 개념과 함께 논의됩니다. DFA는 부품이 쉽게 조립될 수 있도록 설계하는 관행입니다.

이 글에서는 모듈식 설계와 유한 요소 분석(FEA)이 설계 공정을 최적화하고 비용, 에너지, 시간을 절약하여 전반적인 ROI를 높이는 데 어떻게 도움이 되는지 살펴봅니다.

제조 및 조립을 위한 설계로 효율성 증대

제조 공정의 효율성과 비용 절감을 최적화하는 핵심 전략은 처음부터 부품 구성 요소의 수를 제한하는 것입니다. 이렇게 하면 생산 파이프라인 전체에 연쇄 효과가 발생하여 필요한 재고가 줄어들고 궁극적으로 운영이 간소화됩니다.

적층 제조 방식의 장점을 고려하면 전체 부품 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. 적층 제조는 일반적으로 기존 제조 방식으로 개별적으로 제작되던 수많은 부품을 단일 부품으로 통합할 수 있게 해주기 때문입니다.

또한 다양한 구성 요소에 필요한 소재 범위를 평가하면 효율성 증대에 도움이 될 수 있습니다. 특정 구성 요소는 최종 용도에 대비해 특정한 물리적, 화학적 특성을 가진 소재를 요구합니다. 그러나 가능하다면 고유 소재의 수를 줄이는 것이 제조 비용과 생산 시간 단축에 큰 도움이 됩니다.

모듈식 설계는 생산 비용을 절감하는 또 다른 방법입니다. 주어진 설계 내에서 유사한 하위 조립 부품 세트를 사용하면 엔지니어는 여러 설계 반복에 필요한 시간을 줄일 수 있습니다.

모듈식 설계를 우선시하면 여러 부품 주문에 걸쳐 사용할 수 있는 다용도 하위 조립 부품을 만들 수 있어, 새로운 생산 런마다 새로운 구성 요소를 설계해야 하는 잠재적으로 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸리는 필요성을 없앨 수 있습니다. 부품 간에 맞춤화가 필요 없는 하위 조립 부품을 식별함으로써 중복을 피할 수 있습니다.

유한 요소 분석 소프트웨어로 설계 검증

위에서 설명한 예비 조치를 통해 설계 및 제조 공정을 간소화한 후 다음 단계는 유한 요소 분석(FEA)을 사용하는 것입니다. FEA는 부품이 생산에 들어가기 전에 제품 설계를 테스트하는 소프트웨어 기반 방법입니다.

개발 및 설계 단계에서 부품을 빠르게 반복하고 테스트하는 능력은 전체 생산 공정을 최적화하는 데 매우 중요하며, FEA는 부품이 물리적 프로토타이핑 단계로 넘어가기 전에 잠재적 문제를 해결하는 가장 빠른 방법 중 하나입니다. 이 소프트웨어를 사용하면 엔지니어와 디자이너가 설계 파일만 사용하여 부품이 일반적인 실제 스트레스 요인에 노출되었을 때 어떻게 반응할지 예측할 수 있습니다.

이러한 스트레스 요인에는 진동, 열, 기계적 응력, 피로, 유체 흐름 및 기타 힘이 포함됩니다. FEA는 미션 크리티컬 구성 요소나 고가치 조립품에 매우 비용 효율적인 옵션이지만, 다른 종류의 부품에는 더 높은 비용이 들 수 있습니다.

FEA가 실제 물리적 프로토타입 테스트를 완전히 대체하는 것은 아니지만, 부품의 개별 영역이 스트레스 하에서 어떻게 반응할지 정밀하게 파악하여 부품 고장을 테스트하는 훌륭한 방법이며, 이는 핵심 엔지니어링 및 설계 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

FEA 소프트웨어는 엔지니어가 손으로 계산하는 것보다 훨씬 빠르게 복잡한 수학적 계산을 수행하므로, 부품 재설계가 필요한 경우 새로운 모델을 몇 주 또는 몇 달이 걸리는 물리적 프로토타입 테스트 대신 몇 시간 또는 며칠 만에 가상으로 테스트할 수 있습니다. 많은 경우 FEA 소프트웨어를 사용하면 설계 파일 내의 기능을 변경하여 원하는 특성을 달성할 수도 있습니다.

주문형 제조: Fast Radius의 차별점

ROI를 극대화할 때 고려해야 할 마지막 요소는 주문형으로 부품을 생산하는 능력입니다. 주문형 제조 모델은 유연하여 수요 변화에 대응해 신속한 생산과 납품이 가능합니다. 이 능력은 과잉 공급과 매출 손실 기회를 완화합니다. 균일한 부품의 대량 생산이든 복잡하고 다양한 형상의 소량 부품이든, 엔지니어, 디자이너, 제조업체가 올바른 주문형 제조 파트너를 선택하는 것이 중요합니다.

Fast Radius는 원스톱 주문형 제조 파트너입니다. 우리 전문가 팀은 아이디어 구상과 프로토타이핑부터 제조와 풀필먼트까지 제조 주기의 모든 단계에서 고객과 긴밀히 협력하여, 우수한 품질의 부품을 빠르고 합리적인 가격에 제공함으로써 최고의 투자 수익을 보장합니다.

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