프로토타입 생산 마스터: 금속·플라스틱 부품을 위한 검증된 기술

최근 제품(또는 부품) 설계를 완료했거나, 다음 대박이 될 새 제품 아이디어가 있으신가요? 그렇다면 프로토타이핑이 제품 개발 과정에서 필수적이라는 데 동의하실 겁니다. 설계 결함을 조기에 발견하고 제품의 끼워맞춤과 내구성을 판단할 수 있게 해주기 때문입니다.

하지만 프로토타이핑에 뛰어들기 전에 내릴 중요한 결정이 있습니다. 프로토타입 설계에 적합한 제조 공정을 선택하는 것입니다. 프로토타입 부품 품질을 타협하지 않으면서 저렴하고 리드타임이 짧은 제조 공정을 원하실 겁니다.

그래서 프로토타입 부품을 성공적으로 제조하는 데 도움이 되는 종합 가이드를 준비했습니다. 이 글에서는 쾌속 조형 4가지 일반적 방법과 올바른 선택을 위한 팁을 제시합니다. 또한 금속과 플라스틱 프로토타입 부품을 위한 유용한 설계 팁도 제공합니다.

쾌속 조형 4가지 일반적 방법

#1 CNC 가공

CNC 가공은 언제나 인기 있는 프로토타입 제작 방법이었습니다. 예를 들어 2007년 Apple이 폴리카보네이트에서 알루미늄으로 전환할 때, 알루미늄 블록에서 MacBook 인클로저 프로토타입을 만들기 위해 CNC 공작기계를 사용했습니다.

CNC 가공은 컴퓨터 제어를 이용해 절삭 공구 움직임을 결정하고, 원하는 맞춤 부품이 만들어질 때까지 공작물에서 소재를 제거하는 제조 공정입니다.

CNC 가공은 최대 ±4µm의 극히 엄격한 공차를 제공합니다. 또한 광범위한 소재 호환성으로 블록 형태만 갖추면 거의 모든 금속이나 플라스틱을 가공할 수 있습니다. (관련 글: 쾌속 조형에 CNC를 써야 할까? 장단점)

#2 3D 프린팅

3D 프린팅과 CNC 가공은 3D CAD 모델과 컴퓨터 지시에 의존해 프로토타입 부품을 자동으로 만든다는 점에서 비슷합니다. 하지만 CNC 가공의 감산적 특성과 달리, 3D 프린팅은 적층 제조 공정으로, 소재를 층층이 쌓아 프로토타입 부품을 처음부터 만듭니다.

3D 프린팅 기술에는 광조형(SLA), 융착 적층 모델링(FDM), 선택적 레이저 소결(SLS)이 있으며, 최소 피처 크기는 0.25mm~0.8mm 범위입니다. 이 크기 범위는 대다수 프로토타이핑 요건에 충분히 정확합니다.

#3 우레탄 캐스팅

우레탄 캐스팅(진공 주조라고도 함)은 실리콘 금형을 진공 하에서 사용해 플라스틱 프로토타입 부품을 만듭니다. 이 주조 공정은 보통 CNC 공작기계나 3D 프린터로 마스터 패턴을 만드는 것으로 시작합니다. 액체 폴리우레탄을 금형에 부어 프로토타입 설계 복제품을 만듭니다.

#4 쾌속 사출 성형 (Rapid Injection Molding, RIM)

쾌속 사출 성형(RIM)은 기술적으로 기존 사출 성형의 더 빠른 버전일 뿐입니다. 우레탄 캐스팅처럼 RIM 공정도 빠른 CNC 가공을 활용해 금형 캐비티를 만들어 복잡한 부품과 피처를 생산할 수 있게 합니다.

올바른 제조 방법은 어떻게 선택하는가?

CNC 가공, 3D 프린팅, 우레탄 캐스팅, 쾌속 사출 성형 모두 여러 장점을 제공합니다. 올바른 선택은 보통 다음에 달려 있습니다.

• 얻고자 하는 기계적 특성
• 필요한 프로토타입 부품 수량
• 예산
• 리드타임
• 소재 호환성

품질, 짧은 리드타임, 경제성, 광범위한 소재 호환성의 조화를 원한다면 CNC 쾌속 조형을 선택하세요. CNC 가공은 바람직한 기계적 특성을 가진 대량 프로토타입 제작에도 이상적입니다. 하지만 이 감산 제조 공정은 소재 낭비와 연관됩니다.

3D 프린팅은 CNC 가공의 소재 낭비 문제를 없애고 높은 품질의 표면 마감을 제공합니다. 하지만 높은 비용과 제한된 소재 옵션이라는 단점이 있습니다. 3D 프린팅 기술은 열가소성(ABS, 나일론, PLA, ULTEM 등)과 공구강, 스테인리스강, 티타늄, 알루미늄 같은 일부 금속만 호환됩니다. (관련 글: 알루미늄 프로토타입 제조: 최적의 방법은 어떻게 결정하나?)

우레탄 캐스팅과 사출 성형 부품은 CNC 가공 부품의 구조적 무결성과 3D 프린팅 부품의 우수한 표면 마감을 결합합니다. 또한 플라스틱 프로토타입 대량 생산 시 꽤 경제적입니다.

하지만 우레탄 캐스팅과 쾌속 사출 성형은 보통 3D 프린팅과 CNC 가공보다 리드타임이 더 깁니다. 경험칙상 100개 이상의 동일한 플라스틱 프로토타입 부품을 만들 때 이 방법들을 쓰세요.

금속 프로토타이핑 팁

다음 팁들은 금속 쾌속 프로토타이핑에 도움이 됩니다.

• CNC 공작기계로 접근 불가능한 리세스드 피처가 설계에 있지 않다면 금속 부품에는 CNC 쾌속 조형을 사용하세요.
• CNC 공작기계로 만들기 어려운 리세스드 피처가 있는 프로토타입은 3D 프린터로 제작하세요.
• 캐비티 깊이와 폭의 비율을 4 미만으로 설계하세요. CNC 가공 시 과도한 진동과 공구 편향을 없애는 데 도움이 됩니다.
• 금속 프로토타입 부품 벽 두께를 0.8mm 이상으로 설계하세요. 얇은 벽 금속은 CNC 가공 중 변형되기 쉽습니다.
• 탑티어 기계 가공소에 제조를 아웃소싱해 시간 절약과 제조 비용 절감을 이루세요.

플라스틱 프로토타이핑 팁

3D 프린팅, 사출 성형, 우레탄 캐스팅이 플라스틱 프로토타이핑의 가장 대중적인 방법이지만, 특정 시나리오에서는 CNC 가공이 더 나은 대안일 수 있습니다. 예를 들어 설계에 미세한 디테일이 있거나 PVC, PEI, PEEK 같은 특수 플라스틱을 다뤄야 한다면 CNC 가공이 이상적입니다. (관련 글: 플라스틱 프로토타입 CNC 가공: 최선의 선택인가?)

하지만 3D 프린팅으로 플라스틱 프로토타입을 만들 계획이라면, 다음 설계 팁이 비용 절감과 성공적인 프로토타입 제작에 도움이 됩니다.

• 비기능적 시각 표현용 프로토타입 부품은 속을 비워 만드세요.
• 서포트 구조를 설계에서 줄이세요. 소재를 더 쓰고 3D 프린팅 시간을 늘립니다.
• 최첨단 3D 프린팅 기술, 고도로 자격을 갖춘 기술자, 품질 관리 전문가를 보유한 서드파티 제조사를 선택하세요.

Gensun Precision Machining과 함께하는 프로토타입 부품 제조

Gensun Precision Machining은 거의 20년간 많은 혁신 기업에 고품질 프로토타이핑 서비스를 제공해 왔습니다. 당사 쾌속 조형 서비스에는 CNC 가공, 3D 프린팅, 쾌속 사출 성형, 우레탄 캐스팅이 포함됩니다.

프로토타입 설계와 제작 필요 부품 수량에 따라 어떤 프로토타이핑 방법을 쓸지 결정하고, 필요한 프로토타입 부품을 제작해 드릴 수 있습니다.

당사의 쾌속 조형 서비스에 대해 자세히 알아보세요.