프로토타입의 성패는 신제품 개발을 위한 래피드 프로토타이핑 공정 선정에 달려 있습니다. 엔지니어링 제품 설계 프로토타입은 단순한 골판지 모형부터 완전 가공된 금속 서브 어셈블리까지 다양한 방식으로 제작할 수 있습니다.
프로토타이핑은 특히 신제품 개발에서 모든 엔지니어링 제품 설계에 필수적입니다. 제품의 기능, 모양, 크기 등을 테스트하기 위해 거친 모델을 만드는 과정입니다. 다양한 프로토타입 유형과 중요성에 대해서는 여기에서 자세히 읽어보세요.
이 기사는 파트 기반 프로토타입, 즉 개별 부품을 제작하여 시스템 수준 제품 프로토타입을 만드는 방법에 관한 것입니다.
각 프로젝트, 제품, 제품 설계 요소가 다르기 때문에 프로토타입은 매우 다양한 방식으로 달라집니다. 모든 프로토타입의 성공은 프로토타이핑 공정 선정 기준에 달려 있으므로, 이 5가지 핵심 요소를 모든 래피드 프로토타이핑 공정 선정 초기에 고려해야 합니다.
이 핵심 요소들이 왜 다음 프로토타이핑 공정 선택에 필수적인지 자세히 살펴보겠습니다.
앞서 논의한 바와 같이 엔지니어링 제품 설계 및 개발 프로젝트에서 프로토타입은 Ulrich와 Eppinger(2008)에 따라 네 가지 목적으로 생성됩니다: 학습(Learning), 소통(Communication), 통합(Integration), 마일스톤(Milestones). 이 프로토타이핑 목적은 신제품 개발(NPD) 4단계 중 어디에 있는지에 따라 달라집니다. NPD 각 단계는 위험을 제거하기 위한 특징과 기능 요구사항을 가지며, 이는 필요한 프로토타입의 충실도(Fidelity) 유형, 즉 품질을 정의합니다.
첫째, 계획된 테스트나 위험 완화 활동(테스트 유형, 고객 상호작용 피드백 등)에 따라 달라집니다. 제품이 엄격한 테스트, 현장 배치, 제품 검증을 거친다면 소재 선정이 프로토타이핑 기술 선정에 핵심 역할을 합니다.
둘째, 프로토타입에 원하는 기능적 측면을 고려해야 합니다. 기능 테스트를 계획 중인가요? 움직이는 부품이 있나요? 이는 선정과 조립을 결정합니다.
셋째, 변경 및 수정. 프로토타입이 몇 번의 조정 없이 성공할 가능성은 낮습니다. 작동하게 만들기 위해 수정하기가 얼마나 쉽거나 어려운지 고려해야 합니다.
앞서 논의한 대로 필요한 충실도(Fidelity) 또는 제품 정확도가 공정 유형과 후처리 필요성을 결정합니다. 최종 제품이나 서브컴포넌트와 비교한 프로토타입 품질도 고려해야 합니다. 고충실도 프로토타입은 비용이 더 들므로 투자 대비 수익 측면에서 고려해야 합니다.
예를 들어, 부품에 나사산 특징이 있다면 FDM보다 SLA가 좋지만 비용이 더 듭니다.
프로토타입 수명도 기술 결정 시 중요합니다. 예를 들어, 자주 사용되는 패스너가 있는 부품이라면 3D 프린트 나사산이나 셀프 태핑 구멍보다 가공품이나 금속 인서트가 더 나은 옵션입니다.
소재 선정도 프로토타입 품질에 중요한 역할을 합니다. 표면 마감과 내구성 등 특수 소재 특성과 기능 요소가 연계되어 있다면 적층 제조 부품이 최선의 선택이 아닐 수 있습니다. 각 제조 방법별 일반적인 소재 선택은 다음과 같습니다:
| 3D 프린팅 | CNC | 진공 주조 |
|---|---|---|
| 나일론, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU | ABS, 나일론, 폴리카보네이트, PEEK | ABS, 나일론, 나일론 HT |
| 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄, 인코넬 | 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄, 황동 | 해당 없음 |
프로토타입이 둘 이상의 부품으로 구성되면 프로토타입 부품의 공차를 고려하여 조립 용이성을 확보해야 합니다.
필요한 프로토타입 부품 수량은 공정 결정에 필수적입니다. 일부 프로토타이핑 기술은 소량에만 비용 효율적이기 때문입니다. 적층 제조 부품의 경우 부피도 비용에 중요한 역할을 합니다. 큰 부품은 작은 부품보다 출력 시간이 더 오래 걸립니다. 경험상 다음 규칙이 적용됩니다.
플라스틱 부품
| 프로토타입 공정 | |||
|---|---|---|---|
| 플라스틱 부품 | 수량 | ||
| 소량 (1개 단위) | 중량 (10개 단위) | ||
| 크기 | 소형 | 3D 프린팅 | CNC 가공(단순) 3D 프린팅(복잡) |
| 대형 | 3D 프린팅 | 진공 주조 CNC 가공 |
|
금속 부품
| 프로토타입 공정 | |||
|---|---|---|---|
| 금속 부품 | 수량 | ||
| 소량 (1개 단위) | 중량 (10개 단위) | ||
| 크기 | 소형 | CNC 가공 3D 프린팅 |
CNC 가공 정밀 주조 |
| 대형 | CNC 가공 | CNC 가공 | |
부품의 복잡성과 특징의 정교함도 래피드 프로토타입 공정 선정을 좌우합니다. 적층 제조는 매우 복잡한 소형 부품 제작에 유리하지만, 복잡하다는 것은 양산 시 매우 비싸진다는 점을 주의해야 합니다.
| 공정 | 공차 (mm) | 최소 벽 두께 (mm) |
|---|---|---|
| FDM | ±0.20 – ±0.50 | 0.8 - 1.0 |
| SLS/SLA | ±0.20 – ±0.30 | 0.7 – 1.0 |
| SLM/DMLS | ±0.10 | 0.4 – 0.5 |
| 바인더 제팅 | ±0.20 | 1.5 – 2.0 |
| CNC * | ±0.012 | 0.5 |
| 진공 주조 | ±0.1 | 0.9 – 1.0 |
이 공차와 최소 벽 두께는 일반적인 값이며 소재 선택과 특징 설계에 따라 크게 달라질 수 있습니다.
사출 성형, 다양한 주조 방식으로 최종 생산되는 부품은 3D 프린팅으로 프로토타이핑할 수 있으며, 가공 부품은 3D 프린팅이나 기존 성형/절삭 제조 공정으로 제작할 수 있습니다.
마지막으로 가용 자원; 프로토타입의 목적은 가용 자원과 연계됩니다. 프로토타입을 제작하고 작동시키는 데 필요한 시간, 돈, 인력을 고려하여 래피드 프로토타이핑 기술을 선택해야 합니다.
고려할 사항:
신제품 엔지니어링 개발은 아이디어, 기능 등을 테스트하기 위해 프로토타입 제작을 거의 항상 포함합니다. 하지만 테스트 품질과 이후 의사결정은 프로토타입이 최종 제품을 얼마나 잘 시뮬레이션하는지에 크게 좌우됩니다. 따라서 프로토타입을 만들 올바른 공정 선택은 모든 엔지니어링 제품의 성공에 필수적입니다.
위 5가지 핵심 요소를 명확히 이해하면 탐색할 공정 유형을 결정할 수 있습니다. 프로토타입을 만드는 방법은 매우 다양하며, 모든 프로토타이핑 공정에는 장단점이 있습니다. 따라서 올바른 공정 선택이 프로토타이핑 성공의 열쇠입니다.
래피드 프로토타이핑 선정 프로세스 단계
제조공정
시제품이라는 단어를 들으면 아직 거친 면이 있을 수 있는 복잡한 장치를 떠올립니다. 그것은 최초이자 유일한 종류의 것입니다. 시제품은 보통 산업 기계와 메커니즘과 연관됩니다. 그러나 시제품 제작은 화장품을 포함한 모든 산업에서 사용됩니다. 따라서 화장품 시제품에 대한 실용적인 지식을 살펴보겠습니다. 화장품 산업 화장품은 급속히 발전하는 산업입니다. 매년 30만 개의 새로운 화장품이 만들어집니다. 불과 몇 년 전만 해도 화장품 산업은 합성 및 희귀 성분을 제조할 광범위한 자원을 가진 몇 개의 거대 기업으로 구성되어 있었습니다.
제품 개발에 관해서는 공정이 상당히 복잡하고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 성공적인 제품을 만들려면 명확한 계획을 세우고 가능한 한 많은 반복을 시제품으로 만드는 데 시간을 들이는 것이 중요합니다. 이 글에서는 제품 개발 주기의 개요와 시제품 제작의 중요성을 제공합니다. 또한 제품 개발 공정을 더 효율적으로 만드는 몇 가지 팁도 제공합니다. 새로운 발명을 시작하거나 최신 시장 전략에 따라 기존 제품을 개선하고 싶다면 계속 읽어보세요! 제품 개발이란? 제품 개발 공정은 제품 컨셉이나 아이디어 생성을 가져와 소비자에게 판매할 수
