적층 가공 vs 감산 가공: 생산 니즈에 가장 적합한 공정 선택

산업 혁명 이후 제조 기술은 끊임없이 발전해 왔습니다. 기업은 항상 더 빠르고, 저렴하거나, 더 나은 생산 방법을 찾고 있습니다. 지난 몇 십 년 동안 맞춤형 부품 제조에 가장 신뢰할 수 있는 공정 중 일부는 두 가지 측면으로 나뉘었습니다: 적층 제조(Additive Manufacturing) 또는 감산 제조(Subtractive Manufacturing). 재료에는 플라스틱, 열가소성 수지, 철, 강철, 탄소 등이 포함될 수 있습니다. 적층 제조와 감산 제조 공정 모두 재료로부터 객체를 만드는 데 사용되지만, 둘은 동일하지 않습니다. 그렇다면 적층 제조와 감산 제조의 차이점은 무엇일까요?

적층 제조란?

적층 제조는 재료를 추가하여 객체를 구성하는 공정을 포함합니다. 회사가 객체에 재료를 추가하여 구축하면 적층 제조로 간주됩니다. 재료는 점차 베드 또는 기판에 추가되어 원료와 다른 크기와 형상의 새로운 객체를 생성할 수 있습니다.

대부분의 적층 제조 공정은 3D 프린팅을 포함합니다. 사실 '적층 제조'라는 용어는 3D 프린팅과 동의어가 되었습니다. 3D 프린터는 인쇄 베드에 재료를 증착하는 기계입니다. 따라서 재료를 추가하여 객체를 구축합니다. 일반적인 3D 프린터의 작동 원리는 노즐에서 압출된 재료를 방출하는 것입니다. 베이스 레이어를 구축한 다음 다음으로 높은 레이어를 구축합니다. 3D 프린터는 객체가 완료될 때까지 각 개별 레이어를 계속 구축합니다.

장점

적층 제조의 가장 큰 장점은 설계의 다재다능함입니다. 적층 제조는 매우 복잡한 모델을 생산할 수 있으며, 심지어 중공 내부 부품이 있는 설계도 가능합니다. 이는 다른 제조 공정으로는 할 수 없는 일입니다. 사실 CAD에서 생성할 수 있는 거의 모든 설계는 적층 제조를 통해 복제할 수 있습니다.

소량의 프로토타입 모델에는 적층 제조가 보통 더 실용적입니다. FDM 3D 프린터 같은 적층 제조 기계는 설정이 거의 필요 없기 때문입니다. 3D 설계로 몇 분 안에 3D 프린터를 시작할 수 있습니다. 공정이 거의 완전히 자동화되어 공구 교체에 시간을 들일 필요가 없습니다. 이 유연성은 적층 제조를 '주문형' 생산을 위한 선택 기술로 만듭니다.

적층 제조는 기존 재료에서 폐기물을 제거하지 않기 때문에, 감산 제조에 비해 본질적으로 훨씬 적은 폐기물을 생성합니다. 기업 입장에서는 폐기물 처리 또는 재활용 비용을 줄일 수 있습니다.

단점

적층 제조는 설계면에서 다재다능하지만, 재료 측면에서는 엄격하게 제한됩니다. 대부분의 3D 프린팅 기술은 플라스틱이나 플라스틱 복합 재료 사용으로 제한됩니다. 또한 레이어별 구축 방식은 레이어가 서로 부착되는 부분에서 구조적 약점을 초래합니다. 이는 적층 제조로 생성된 객체가 무게를 지탱하거나 극한 조건을 견디기에 충분히 강하지 않을 수 있음을 의미합니다. 이는 본질적으로 비기능적 프로토타입 제작에 적층 제조 사용을 제한합니다.

기존 3D 프린터도 금속 프린팅에 사용할 수 있지만, 여전히 업계에서는 드뭅니다. 일반적으로 3D 프린팅으로 맞춤형 금속 부품을 만드는 것은 CNC 가공으로 만드는 것보다 더 비쌉니다.

비교적 빠른 3D 프린팅 공정(SLS, SLA)에서도 객체를 레이어별로 구축하는 과정은 매우 느립니다. 이는 적층 제조를 대량 수요 대응에 비현실적으로 만듭니다. 3D 프린터는 제한된 크기의 빌드 플랫폼을 가집니다. 작업에 대형 부품이나 모델이 필요한 경우, 더 작은 구성요소로 인쇄하여 접착해야 합니다. 이는 추가 작업을 도입할 뿐만 아니라 더 많은 실패 지점을 만듭니다.

감산 제조란?

감산 제조는 재료를 제거하여 객체를 구성하는 공정을 포함합니다. 본질적으로 적층 제조의 반대입니다. 회사는 재료를 추가하지 않고 재료를 제거하여 감산 제조를 수행합니다. 보통 큰 원재료 조각에서 시작합니다. 회사는 거기에서 원하는 치수와 형상의 새로운 객체를 만들기 위해 여분의 재료를 제거합니다.

'감산 제조'라는 용어는 CNC 컴퓨터 수치 제어(CNC) 공작기계를 사용하여 원래 블록에서 재료를 지속적으로 제거하여 원하는 형상과 크기를 달성하는 객체 생산 공정을 말합니다. 공정은 설계 엔지니어가 CAD 모델을 기계 작업장에 제출할 때 시작되며, 온라인 견적 시스템을 사용하는 것이 바람직합니다. 고급 소프트웨어가 분석, 설계, 공구, 공구 경로, 최적 공작물을 선택합니다. CNC 공작기계는 금속, 목재, 유리, 세라믹, 플라스틱, 복합 재료 등 다양한 재료를 사용할 수 있습니다.

장점

감산 제조에는 몇 가지 주요 장점이 있습니다:

• 표면 마무리
• 고정밀 및 기하학적 정확도
• 우수한 반복성
• 고응력 응용
• 적층 제조에 비해 특정 부품 가공 비용이 낮음. 감산 제조는 재료의 원래 무결성을 보존합니다. 이는 감산 제조로 제조된 제품이 더 내구성이 있어 자동차 및 항공기 제조 산업에서 특히 인기가 있습니다.
• 다양한 재료 호환성
• 속도 및 높은 생산성
• 감산 제조에는 선형 및 다축 회전 기능을 가진 기계가 포함됩니다. 표준 3축 및 5축 CNC 밀링 공작기계와 선반은 공작물을 다양한 방향에서 가공하여 복잡한 설계를 달성할 수 있습니다.
• 감산 제조로 생성된 모델과 부품의 품질은 일반적으로 적층 제조보다 우수합니다. 이 공정은 눈에 보이는 레이어 라인을 생성하지 않으므로 후처리 공정에서 최소한의 작업만 필요합니다.

단점

CNC 가공으로 지나치게 복잡한 설계나 중공 객체를 절삭하거나 조각하는 것은 불가능합니다. CNC 공작기계 설정에도 많은 시간이 걸립니다. 사소한 설계 변경도 재조립이 필요할 수 있으며, 이는 수동으로 수행되어야 합니다. 따라서 CNC 가공은 제조업체가 대량 생산을 위해 예약하는 것입니다.

결론

제조 기술 측면에서 3D 프린팅을 통한 적층 제조는 여전히 신흥 기술입니다. 거의 모든 3D 설계를 생성할 수 있다는 점이 훌륭한 판매 포인트지만, 이 기술은 더 전통적인 제조 방법을 대체할 만큼 충분히 좋지 않습니다. 감산 제조는 수십 년 동안 존재해 왔지만 여전히 여러 산업에서 표준으로 널리 간주됩니다.

감산 제조는 기업이 대량의 부품을 빠르고 안정적으로 생산해야 할 때 여전히 사용하는 방법입니다. 이 기술은 금속으로부터 고내구성 부품을 제조하는 데 특히 적합합니다. 점점 더 많은 기업이 레이저 절단과 방전 가공(EDM) 같은 신기술을 탐구함에 따라 감산 제조는 사라질 위험이 없어 보입니다.