부품 프로토타이핑을 위한 6가지 검증된 방법

백 번 듣는 것보다 한 번 보는 게 낫고, 경험이 최고입니다. 설계 과정에서 프로토타이핑을 건너뛰면 시간을 아낄 수 있을 것 같지만, 실제 개발 과정에서 더 많은 시간을 낭비하게 됩니다. 바지를 사기 전 입어보고, 자동차를 사기 전 시승해보듯, 개발 단계 전에 프로토타입 부품으로 설계를 테스트하는 것이 합리적입니다.

프로토타입 부품을 위한 CNC 가공

프로토타입을 어떻게 만들지, 어떤 공정을 쓸지에 정답은 없습니다. 여기서는 신속 프로토타이핑 분야에서 프로토타입 가공에 주로 쓰이는 공정인 CNC 가공을 설명합니다. 이는 3D 프린팅과 달리 절삭 가공(빼기 제조) 방식입니다. 보통 공급업체는 프로젝트를 받으면 다음 단계를 거칩니다.

1. 가공 도면 분석 및 공정 결정

고객이 제공한 가공 도면을 바탕으로 부품의 형상, 치수 정밀도, 표면 거칠기, 소재 재질, 블랭크 종류, 열처리 상태를 분석합니다. 이어 공작기계, 공구, 위치決め 및 클램핑 장치, 가공 방식, 가공 순서, 절삭량을 선정합니다.

가공 공정 결정 시 사용 CNC 공작기계의 명령 기능을 충분히 고려하고, 기계 효율을 극대화해 합리적인 가공 경로, 적은 패스 수, 짧은 가공 시간을 달성해야 합니다.

2. 공구 경로 좌표값 합리적 계산

가공 대상 부품의 기하 치수와 프로그래밍 좌표계에 따라 공구 중심 궤적을 계산해 모든 공구 위치 데이터를 얻습니다. 일반적으로 수치제어 시스템은 선형 보간과 원호 보간 기능을 가집니다. 단순한 평면 형상(직선과 원호로 구성된 부품)의 윤곽 가공에는 기하 요소의 시작점, 끝점, 원호 중심(또는 반경), 두 기하 요소의 교점 또는 접점 좌표만 계산하면 됩니다.

CNC 시스템에 공구 보정 기능이 없으면 공구 중심 운동 경로의 좌표값을 계산합니다. 복잡한 형상(비원호 곡선과 곡면으로 구성된 부품)의 경우 직선(또는 원호 세그먼트)으로 실제 곡선이나 곡면을 근사하고, 요구 가공 정밀도에 따라 노드 좌표를 계산합니다.

3. 부품 CNC 가공 프로그램 작성

부품의 공구 경로, 공구 이동 궤적 데이터, 결정된 공정 파라미터와 보조 동작을 바탕으로 프로그래머는 CNC 시스템이 지정한 기능 명령과 블록 형식에 따라 프로그램을 작성합니다. 작성 시 주의할 점: 첫째, 프로그램 작성의 규범성을 지켜 표현과 소통이 용이하게 할 것. 둘째, 사용 CNC 공작기계의 성능과 명령을 충분히 숙지한 바탕으로 각 명령의 기법과 프로그램 세그먼트 프로그래밍 기량을 발휘할 것.

4. 자재 구매

일반 가공 소재는 금속과 플라스틱입니다. 금속은 주로 알루미늄, 스테인리스강, 판금, 마그네슘 합금, 티타늄 합금 등. 플라스틱은 ABS, PMMA, PC, PP, POM 등입니다.

5. CNC 가공 공정

소재를 공작기계에 고정하면 첫 단계는 황삭(러프 컷)입니다. 황삭에는 가능한 큰 공구를 써서 기계 출력이 허용하는 범위에서 큰 절삭량으로 대량의 소재를 빠르게 제거합니다. 황삭 중 절삭 진동으로 공작물이 풀리지 않도록 가공 후 바로 확인하고 필요시 재정렬합니다.
복잡한 캐비티가 있는 공작물은 황삭용 큰 공구 탓에 모서리에 많은 잔여 공간이 남으므로, 황삭 공구보다 작은 공구로 2차 황삭 또는 코너 정리(클리어업)를 수행합니다. 가공 영역이 넓으면 반정삭을 해 공구 마모를 줄입니다.
과절삭을 방지하기 위해 위 단계들에 충분한 여유를 두고 마지막에 정삭 공정을 진행합니다. 보통 공작기계에서 검사 후 합격하면 빼내고 다음 공작물 가공을 준비합니다.

6. 마감 (Finish)

CNC 부품 가공 후 표면 처리를 위한 다양한 마감 옵션이 있습니다: 수동 코너 정리, 샌드블라스팅, 연마, 도장, 실크스크린, 도금, 산화처리 등.

코너 정리: CNC 가공의 선천적 결함으로 구조적 클리어런스 각도가 완전히 가공되지 않습니다. 거의 모든 조각·밀링 공작물은 특정 도구로 수동으로 정밀 가공한 뒤 조립 관계를 조정합니다.

연마(샌딩): 프로토타입 부품 생산 시 표면 처리의 일부입니다. 일반적으로 공작기계 CNC 가공 후 핸드보드는 연마가 필요합니다. 표면에 바리, 칼자국 등이 남기 때문입니다. 사포로 연마하며, 사포 입도(번호)가 작을수록 입자가 굵고 클수록 고와집니다.

광택 연마(폴리싱): 일반적으로 PMMA와 PC는 투명 또는 거울 효과를 내기 위해 연마합니다.

샌드블라스팅: 부품 표면의 미세한 바리를 제거하고 미세한 피트를 형성해 후속 표면 처리를 준비하며, 표면에 압축층을 만들어 표면 피로 저항을 높입니다.

도장: 스프레이 도장은 보호와 미관 효과가 있습니다. 고객이 제시한 팬톤(Pantone) 또는 RAL 번호에 맞춰 색상을 입힙니다.

실크스크린: 로고 인쇄가 필요할 때 색상을 선택해 인쇄합니다.

도금: 전기분해로 금속이나 기타 소재 표면에 금속 박막을 입혀 금속 산화(녹 등) 방지, 내마모성, 전기전도도, 광반사율, 내식성(황산구리 등) 향상, 외관 미화 등을 달성합니다.

산화처리(아노다이징): 알루미늄 합금 표면 경도와 내마모성 결함을 극복하고 적용 범위를 넓히며 수명을 연장하는 광범위한 공정입니다.

요약

CNC 가공은 프로토타이핑에 가장 널리 쓰이는 공정입니다. 전문 프로토타입 제조업체인 WayKen은 다양한 부품의 CNC 가공에 탁월합니다. 짧은 납기, 엄격한 공차, 합리적 가격. 문의 환영합니다.