판금 프로토타이핑 필수 가이드: 제품 설계자가 알아야 할 5가지 핵심 통찰

판금 가공 산업은 세계에서 가장 큰 산업 중 하나입니다. 사실 2018년 글로벌 시장 규모는 2,650억 달러로 평가되었으며, 2019~2025년 연평균 5% 성장률이 예상됩니다.

제품 설계자, 특히 소비재 설계자라면 판금 프로토타입 제작이 제품 개발에서 얼마나 가치 있는지 잘 아실 겁니다. 하지만 판금이 어떻게 가공되는지, 판금 구조물에 대한 최적 설계 관행이 무엇인지 확신이 서지 않을 수 있습니다.

이 글은 이 모든 것과 더 많은 것을 다룹니다. 서드파티 가공 업체와 거래하기 전 제품 설계자가 판금 프로토타이핑에 대해 알아야 할 5가지를 제시합니다.

#1 판금은 두께 요건을 충족해야 한다

다른 많은 제품 설계자처럼, 판금을 '평평한 조각으로 존재하는 금속'으로 설명해 오지 않으셨나요?

전적으로 틀린 건 아니지만, 정의는 '평평한 조각' 이상입니다. 판금은 일반적으로 두께가 0.006인치~0.25인치 사이입니다. 0.25인치보다 두꺼운 금속은 '금속 플레이트'로, 0.006인치보다 얇은 건 '포일(foil)' 또는 '리프 메탈(leaf metal)'로 부를 수 있습니다.

#2 다양한 판금 가공 공정이 존재한다

판금 가공에서 판금 작업자는 보통 평평한 금속 조각으로 시작해 다양한 가공 공정으로 구조물(또은 제품)로 변형시킵니다. 예를 들면:

• 절단
• 변형
• 조립

절단 공정

이름 그대로 절단 공정은 CNC 레이저 커터, 워터젯 커터, 플라즈마 커터 등 특수 기계를 사용해 판금에 절단을 가하는 과정입니다. (관련 글: 꼭 알아야 할 CNC 공작기계 5가지 유형)

변형 공정

판금 변형은 벤딩, 스트레칭, 드로잉으로 판금 형상을 바꾸는 공정입니다. 프레스 브레이크, 금속 스탬핑 프레스 같은 특수 도구를 사용합니다.

프레스 브레이크로는 판금을 다양한 각도와 형상으로 구부릴 수 있습니다. 반면 금속 스탬핑 프레스(펀치와 다이 구성)는 엠보싱, 헤밍, 드로잉 같은 특정 작업 수행을 가능하게 합니다.

조립

조립은 패스너나 용접으로 서로 다른 판금 부품을 결합하는 공정입니다. 용접이 더 흔하며, 아크 용접, 전자빔 용접 등 다양한 용접 기법을 선택할 수 있습니다.

자, 직각 브라켓 두 개를 제작하고 조립한다고 해보죠. 먼저 레이저 커터, 워터젯 커터, 플라즈마 커터로 평평한 판금 부품에 절단과 홀 같은 중요 피처를 만듭니다.

다음, 이 금속 시트들을 프레스 브레이크의 펀치와 다이 사이에 놓고 90°가 될 때까지 굽힙니다. 마지막으로 이 부품들을 용접(또는 패스너로 결합)해 원하는 맞춤 금속 가공 프로토타입을 만듭니다.

#3 판금 프로토타입 제작에는 많은 이점이 있다

판금 프로토타이핑이 비즈니스에 도움이 되는 가장 큰 이유 중 하나는 제조에서의 추측을 없애준다는 점입니다. 이 프로토타입은 설계 컨셉의 물리적 샘플(또는 모형) 역할을 해, 제조 시작 훨씬 전에 설계 성능을 테스트하고 결함을 발견할 수 있게 합니다.

판금 프로토타입 제작 초기 비용을 단점으로 볼 수 있습니다. 하지만 더 큰 그림을 놓치고 계실 수 있습니다. 제조에 올인했다가 오류가 있는 전체 배치를 얻는다면 얼마나 더 많은 비용이 들지 상상해 보세요.

#4 판금 프로토타입 제작용 엔지니어링 소재

거의 모든 일반 엔지니어링 소재가 시트 형태로 사용됩니다. 알루미늄, 스테인리스강, 구리, 마그네슘 등이 있습니다. 올바른 선택은 보통 원하는 최종 용도 특성과 제품 요구사항에 따라 달라집니다.

제품에 가볍고 강하며 내열·내식성이 뛰어난 금속이 필요하다면 알루미늄을 선택하세요. 강도, 가공성, 좋은 표면 마감의 조화를 원한다면 스테인리스강과 구리가 이상적입니다.

마그네슘 판금도 높은 강도와 내구성을 제공하며 가볍습니다(알루미늄 밀도의 약 2/3). 하지만 인화성이 매우 강해 가공 중(및 후)에 상당한 위험을 초래합니다. 절대적으로 필요하지 않은 한 마그네슘 판금은 피하세요. (관련 글: CNC 가공 마그네슘: 안전 우려사항은?)

#5 판금 프로토타입 모범 설계 관행

다음 설계 관행은 판금 프로토타입 제작 시 제조 비용 절감과 리드타임 단축에 도움이 됩니다.

1. 홀 직경을 판금 두께 이상으로 설계하세요. 공구 파손이나 손상 가능성을 없앱니다.
2. 프로토타입 기능에 필수적인 피처에만 핵심 공차를 부여하세요.
3. 벤드 반경을 판금 두께 이상으로 설계하세요. 설계가 단순해지고 제작이 훨씬 쉬워집니다.
4. 모든 피처를 벤드 라인에서 소재 두께의 최소 4배 거리 이상 떨어뜨리세요. 가까운 피처는 제작 시 어려움을 만듭니다.
5. 고품질 서비스 실적이 있는 탑티어 가공 업체에 제작을 아웃소싱하세요.

Gensun Precision Machining은 거의 20년간 다양한 산업에 고품질 판금 쾌속 조형 서비스를 제공해 왔습니다. 당사 가공소는 레이저 절단, 프로토타입 스탬핑, 벤딩, 용접 등 다양한 공정으로 비용 효율적인 판금 프로토타입 제작을 도와드립니다.

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