쾌속 조형 완벽 가이드: 내 제품에 맞는 올바른 방법 선택하기

최근 제품 설계를 완료했다면 제조사가 물어볼 법한 일반적인 질문들에는 이미 답하셨을 겁니다. 예: 소재 선택, 치수, 강도, 공차 요건, 생산 수량 등.

하지만 이 모든 질문에 답했다고 해도 양산 단계에 들어가면 실패 가능성을 완전히 배제할 수 없습니다. 탑티어 제품 설계자들이 이 리스크를 완화하는 한 가지 방법이 쾌속 조형입니다. 이 글에서는 쾌속 조형이 무엇인지 설명하고, 이상적인 방법을 선택하는 데 도움이 되는 팁을 제공합니다.

쾌속 조형이란?

쾌속 조형(Rapid Prototyping)은 제품의 샘플 부품을 제조해 부품 끼워맞춤, 기능, 제조 가능성, 외관, 강도를 테스트하는 과정입니다. 제품 개발 초기에 설계 결함을 발견해 수정 조치를 취할 수 있게 해줍니다. 하지만 오늘날 여러 쾌속 조형 기술이 있어, 프로젝트에 이상적인 쾌속 조형 기술과 방법을 고르는 데 혼란스러울 수 있습니다.

이상적인 쾌속 조형 방법 선택하기

쾌속 조형에 흔히 쓰이는 세 가지 방법은 다음과 같습니다.

1. 3D 프린팅
2. 사출 성형
3. CNC 가공

#1 3D 프린팅

3D 프린팅은 적층 제조 공정으로, 원하는 프로토타입을 만들기 위해 소재를 층층이 쌓아 올립니다. 높은 정확도, 소재 호환성, 저비용(특히 소량 부품) 덕분에 쾌속 조형에 가장 흔히 쓰이는 방법입니다.

하지만 3D 프린팅 기술에도 여러 유형이 있으며, 각기 다른 역량과 프로토타이핑 니즈 적합성을 가집니다. 예를 들어 흔히 쓰이는 3D 프린팅 기술 세 가지는 다음과 같습니다.

• 융착 적층 모델링 (FDM)
• 광조형 (Stereolithography, SLA)
• 선택적 레이저 소결 (SLS)

융착 적층 모델링 (FDM)

융착 적층 모델링(FDM)은 쾌속 조형에 가장 대중적인 3D 프린팅 방법입니다. FDM 3D 프린터는 열가소성 필라멘트(PLA, ABS 등)를 가열 노즐로 층층이 압출합니다. 최대 빌드 크기는 보통 320 x 132 x 154mm로, 폼핏 테스트용 프로토타입 제작에 적합합니다.

예를 들어 그림 2는 폼핏 테스트용 라즈베리 파이 케이스 프로토타입을 FDM 3D 프린터로 만든 모습입니다.

하지만 압출 노즐 크기가 FDM 프린트 부품 해상도를 정합니다. 따라서 복잡한 디테일이 필요한 프로토타입 부품 제작에는 FDM이 이상적이지 않을 수 있습니다.

광조형 (SLA)

광조형 3D 프린터는 고정밀 레이저로 프로토타입을 만듭니다. 이 레이저가 액체 레진을 경화시켜 FDM 3D 프린팅의 저해상도 문제를 해결합니다. 결과적으로 SLA 3D 프린터는 FDM보다 더 높은 정확도와 더 미세한 디테일을 구현할 수 있습니다.

타이트한 공차, 궁극의 정밀도, 정확도, 매끄러운 표면 마감이 필요한 상세 시각적 프로토타입 제작을 원한다면 SLA 3D 프린팅을 선택하세요. 하지만 SLA 3D 프린팅의 최대 빌드 크기는 보통 145 x 145 x 175mm임을 유의하세요.

선택적 레이저 소결 (SLS)

선택적 레이저 소결(SLS)에서는 레이저로 분말 소재(보통 폴리아마이드 또는 나일론)를 층층이 소결해 원하는 프로토타입을 만듭니다. SLS 3D 프린팅은 좋은 기계적 특성이 필요한 완전 기능성 프로토타입 제작에 탁월합니다. SLA 3D 프린팅보다 더 큰 빌드 크기(300 x 300 x 300mm)를 제공하지만 표면 마감은 더 거칩니다.

#2 사출 성형

사출 성형은 금형을 사용해 프로토타입을 만드는 제조 방법입니다. 사출 성형기로 프로토타입을 만들려면 제조사가 먼저 원하는 제품 모양의 금형을 만듭니다. 다음 열가소성 폴리머를 가열해 용융 유체로 만듭니다. 이 유체를 러너 시스템을 통해 금형 캐비티에 주입해 원하는 형상을 만듭니다.

사출 성형은 많은 소재(열가소성, 금속, 액체 실리콘 고무)와 호환되며 복잡한 제품 설계를 만들 수 있습니다. 하지만 보통 프로토타입 복제품을 여러 개 생산할 때 이상적입니다. 특히 이 프로토타입들에 일련의 테스트를 수행해야 할 때 그렇습니다.

예를 들어 그림 6은 전기 시스템 없는 컴퓨터 마우스 프로토타입(실리콘 고무)을 보여줍니다.

이 시나리오에서는 이 프로토타입을 여러 개 만들어 인체공학(사용자가 편안하고 효과적으로 일하는 데 이 마우스가 어떤 영향을 주는지) 테스트를 할 수 있습니다. 예: 이 마우스 설계가 사용자 손에 어떻게 맞는지, 팔 움직임이나 혈액 순환을 어떻게 제한하는지 확인할 수 있습니다.

이 테스트 결과로 마우스 팔 증후군과 수근관 증후군 위험을 줄이는 제품 설계 대책을 세울 수 있습니다.

#3 CNC 가공

CNC 가공은 감산 제조 방법으로, 절삭 공구로 공작물에서 소재를 제거해 원하는 프로토타입을 만듭니다. 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기술이 절삭 공구와 공작물의 이동 순서를 자동화해 프로토타입을 만듭니다.

CNC 가공은 일반적으로 금속 부품에 최고의 쾌속 조형 방법입니다. 특히 지그와 픽스처, 최종 용도 부품 같은 고정밀 기능성 프로토타입 제품 제작 시 그렇습니다. 예를 들어 CNC 공작기계는 0.004mm 수준의 공차와 최대 136MPa 기계적 강도를 달성할 수 있습니다. 하지만 CNC 가공의 감산적 특성상 일부 피처(예: 언더컷)는 제작이 어려울 수 있습니다.

더 알아보기: CNC 가공 설계 이해하기.

쾌속 조형 서비스: Gensun이 도와드립니다

3D 프린팅, 사출 성형, CNC 가공 모두 다양한 제품 설계 프로토타입을 신속히 만들 수 있습니다. 하지만 쾌속 조형 프로젝트 성공은 주로 협업하는 기계 가공소에 달려 있습니다.

Gensun Precision Machining은 아시아 전역을 선도하는 쾌속 조형 서비스 제공업체입니다. 3D 프린팅, 사출 성형, CNC 가공 역량을 모두 갖췄을 뿐만 아니라, 고도로 훈련된 엔지니어와 품질 관리 전문가가 협력해 고객 제품을 제대로 만듭니다.

당사의 쾌속 조형 서비스에 대해 자세히 알아보세요.