CAD 이해하기: 주요 장점과 신속 프로토타이핑 응용

CAD는 Computer-Aided Design(컴퓨터 지원 설계)의 약자입니다. 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 제안된 제품의 3차원 모델을 만드는 과정입니다. 이러한 유형의 소프트웨어는 많은 산업에서 도면과 모델을 만드는 데 사용됩니다. 정밀한 치수로 2차원 도면과 3차원 모델을 모두 설계하는 데 사용할 수 있습니다.

이 글을 읽고 계신다면, 아마도 수작업 도면 대비 CAD의 이점이나 신속 프로토타이핑 및 컴퓨터 지원 제조(CAM)에서의 중요성을 알고 싶으실 것입니다. 원격 근무가 새로운 표준이 되어가는 이 시대에, 설계에서 CAD의 중요한 역할과 제품 개발 워크플로를 어떻게 단순화하는지 깨닫는 것이 중요합니다.

컴퓨터 지원 설계(CAD)란?

컴퓨터 지원 설계 소프트웨어의 기원은 1963년 Ivan Sutherland가 Sketchpad를 개발하고, 1971년 Dr. Patrick J. Hanratty가 Automated Drafting and Machining(ADAM)을 도입한 것으로 거슬러 올라갑니다.

그 이후 컴퓨터 지원 엔지니어링 및 설계 소프트웨어는 컴퓨터 시스템의 발전에 힘입어 자동화된 기능 세트와 설계 도구를 도입하며 설계 워크플로를 쉽고 즐겁게 만드는 등 오랫동안 발전해 왔습니다. CAD 개발 이전에는 설계자들이 연필, 자, 컴퍼스, 도면판, 직각자 등을 사용하여 2D 도면을 작성했습니다.

CAD는 Computer-Aided Design의 약자로, 엔지니어링, 건축, 산업 제품 설계에서 제품과 구조물의 2D 및 3D 모델링에 컴퓨터 소프트웨어를 사용하는 것입니다. 이는 종이와 연필 스케치의 대체재 이상의 것으로, 엔지니어, 설계자, 기술자, 건축가에게 완전히 새로운 가능성의 세계를 열었습니다.

수작업 도면 대비 CAD의 장점은?

CAD는 오늘날 설계 시장에서 필수적인 도구로 만드는 수작업 도면 대비 여러 이점을 제공합니다. 이러한 이점은 현대 엔지니어나 제품 설계자에게 여러 면에서 도움을 줍니다.

1. 생산성(Productivity)

CAD 프로그램은 설계 공정의 생산성을 높이는 다양한 도구와 기능을 지속적으로 추가하며 진화하고 있습니다. 이러한 도구는 제품 개발 시간을 단축하여 생산 비용을 줄이고, 실수할 여지를 줄여 오류를 감소시키며, 제품 품질도 향상시킵니다.

수작업 도면에서는 변경이 필요하면 스케치를 버리고 완전히 처음부터 다시 시작해야 했습니다. 디지털 도면은 CAD 설계 프로그램을 사용하여 훨씬 쉽게 편집할 수 있으며, 처음부터 다시 그릴 필요 없이 무한한 수의 수정된 변형을 만들 수 있습니다. 단일 모델의 다른 부분을 서로 다른 설계자가 별도로 그려 CAD에서 조립할 수 있습니다.

또한 거의 모든 CAD 시스템에는 설계자가 적절한 크기를 선택해 조립할 수 있는 표준 구성요소 세트(예: 볼트, 나사, 너트 같은 패스너)가 있습니다. 3D 모델에서 2D 도면, 단면도, 상세 도면, 보조 뷰를 선호하는 표준 규약에 따라 생성할 수 있습니다.

2. 정확성(Accuracy)

수작업 도면은 정밀한 기술 도면 작성에 있어 CAD 도면과 경쟁이 되지 않습니다. CAD 프로그램에는 설계 및 도면 규약과 표준에 따라 개발된 기능과 도구가 있어 설계자가 오류율을 줄이는 데 도움을 줍니다. 또한 수작업 도면으로는 극도로 어려울 복잡한 설계 특징도 CAD에서는 훨씬 쉽게 만들 수 있습니다.

3. 가독성(Legibility)

수작업 도면은 때때로 불명확해질 수 있지만 CAD 도면에서는 그렇지 않습니다. 모델이 많은 부품과 특징을 가진 고도로 복잡하더라도, CAD 프로그램에는 일시적으로 중요하지 않은 부분을 숨기고 나머지 특정 디테일에 집중할 수 있는 숨기기/보이기 도구가 있습니다. 이는 종이와 연필 도면에서는 완전히 불가능한 일입니다.

또한 CAD 설계에서 3D 등각투영 뷰와 단면 뷰를 사용할 수 있어 각각 회전과 절단이 가능하므로 가시성과 이해도가 향상됩니다. 이는 수작업 설계에서는 다시 매우 시간이 많이 소요되는 작업입니다.

4. 프레젠테이션(Presentation)

시뮬레이션 동작을 보여주고, 단면으로 내부 부품을 표시하고, 여러 각도에서 보여줌으로써 시제품을 제작하지 않고도 가상 모델로 설계 프레젠테이션을 통해 고객과 동료에게 영향력을 줄 수 있습니다. 서로 다른 부품에 다른 색상을 입힌 렌더링된 3D 모델로는 엔지니어링 배경이 없는 일반인에게도 설계의 기능과 미학을 쉽게 전달할 수 있습니다.

5. 후속 작업(Subsequent Operations)

도면 작성 외에도 CAD 소프트웨어는 수학 방정식을 이용한 엔지니어링 계산 및 분석 기능을 갖추고 있습니다. 예를 들어 제품 설계자는 CAD 프로그램에서 보통 클릭 한 번으로 모델의 기하학적 특성(면적, 부피, 무게중심 등)과 질량 특성(질량, 밀도)을 계산할 수 있습니다.

또한 많은 CAD 프로그램이 모션 스터디 및 시뮬레이션, 파라메트릭 모델링, 구조, 열, 유체 등의 유한 요소 해석을 지원하여 제조 전에 설계자가 모델의 강도, 기능성 및 기타 특성을 분석하고 향상시킬 수 있도록 돕습니다.

공유 및 협업(Sharing and Collaboration)

수작업 도면 대비 CAD 도면의 또 다른 큰 장점은 한 설계자가 모델을 만들어 지구 반대편에 있는 다른 설계자에게 보낼 수 있다는 것입니다. 수신자는 모델 히스토리를 보고 정확히 어떻게 설계되었는지 확인하고 편집할 수 있습니다. 이는 수작업 도면으로는 너무 어렵습니다.

대부분의 CAD 시스템은 클라우드 공유와 자동화된 데이터 관리 도구를 채택하여 원격 근무에 대한 협업을 지속적으로 쉽게 만들고 있습니다. 이를 통해 엔지니어들은 어디서든 어떤 기기에서든 실시간으로 동일한 설계를 동시에 편집할 수 있습니다.

6. 문서화(Documentation)

모델링 후 부품, 어셈블리 및 서브어셈블리의 선형 및 각도 치수와 측정값, 자재 명세서(BOM)가 디지털로 기록되어 향후 참조와 사용을 위해 저장됩니다. 전통적인 수작업 도면의 경우 스케치 종이를 보관해야 하는데, 이는 손상과 열화에 취약합니다.

CAD의 산업 응용

요즘 상용 CAD 소프트웨어 패키지는 공장, 설계 사무소, 학계에서 필수적인 설계 도구로, 시간을 절약하고 좋은 협업과 CAM 같은 다른 컴퓨터 지원 생산 시스템과의 원활한 통합을 보장합니다.

공장, 건축, 제품 설계 사무소 등 많은 산업에서 CAD를 활용하는데, 이는 설계 워크플로와 최종 제품 납품을 최적화하기 때문입니다. CAD는 기업 내외부의 협업과 동시 엔지니어링 작업을 향상시킵니다.

CAD와 CAM(컴퓨터 지원 제조)

상상한 대로 모델을 만드는 것 외에도, CAD는 CAD/CAM이라는 공정에서 디지털 제조와 함께 사용됩니다. CAM과 결합하면 CAD는 공정 및 생산 계획, 스케줄링, 생산 관리, 품질 관리를 포함하여 제품을 생산하는 전체 단계를 지원합니다.

CAD/CAM에서 설계와 생산 공정은 CAD 소프트웨어의 전자 출력 파일이 부품 생산 공정에 사용됨으로써 혼합됩니다. 이를 통해 워크플로의 어느 부분에서든 변경이 가능하고 원자재에서 완제품까지의 시간을 단축할 수 있습니다.

CAD 소프트웨어는 구조, 열, 진동, 모션 정상 상태 및 과도 시뮬레이션을 수행하여 문제를 조사하고 진단할 수 있게 합니다. 이는 설계 매개변수를 반복하고 개선 사항을 확인함으로써 작은 변경을 가능하게 합니다.

신속 프로토타이핑 및 제조에서의 CAD

신속 프로토타이핑에서 설계자는 여러 번의 반복 없이 상상력과 혁신적인 아이디어를 처음부터 물리적 생명으로 구현할 수 있습니다. 이는 동료, 고객, 심지어 최종 사용자와 시각적으로 그리고 실습 경험을 통해 아이디어를 소통하고 피드백과 설계 개념 증명을 얻을 수 있는 놀라운 기회를 제공합니다.

신속 프로토타이핑은 시간과 낭비를 최소화하고, 특히 맞춤형 및 복잡한 제품을 제공하는 기업에 창의적인 설계 프로세스를 촉진합니다. 거의 모든 신속 프로토타이핑 방법은 프로토타입을 만들기 위해 컴퓨터 지원 설계(CAD)에 의존하므로, CAD가 신속 프로토타이핑의 심장이라고 할 수 있습니다. 그럼 CAD가 어떻게 머시닝과 적층 제조 신속 프로토타이핑 기술을 자동화하는지 간단히 살펴보겠습니다.

1. CAD와 CNC 가공

정밀 다축 밀링, 터닝, EDM, 와이어 EDM, 연삭으로 구성된 CNC 프로토타이핑은 시제품이 재료의 대부분을 제거하여 만들어지는 감산 공정입니다. 다른 프로토타이핑 방법으로는 형상화하기 어려운 광범위한 엔지니어링 재료를 CNC 가공으로 만들 수 있습니다. 대부분의 CNC 기계는 절삭 공구 방향, 절삭 속도, 이송 속도, 절삭 깊이를 지시하는 G-코드로 작동합니다. 그리고 G-코드는 CAD 파일의 DXF 형식에서 얻을 수 있습니다.

2. CAD와 3D 프린팅

CAD 소프트웨어는 사용자에게 처음부터 3D 모델을 만드는 데 필요한 도구를 제공합니다. 이 모델은 처리, 슬라이싱되어 3D 프린터로 전송되어 출력됩니다. 3D 모델을 만드는 것은 객체나 개념의 물리적 실물 복제품을 만드는 첫 단계입니다.

CAD 소프트웨어로 모델을 슬라이싱 소프트웨어와 호환되는 파일 형식으로 내보낼 수 있습니다. 이 슬라이싱 소프트웨어는 모델을 3D 프린터가 해석할 수 있는 G-코드 지침으로 변환합니다. 프린터가 이 지침을 받으면 원본 디지털 모델의 물리적 복제품을 만들 수 있습니다.

3. CAD와 진공 주조

진공 주조는 실리콘 몰드를 사용하여 진공 상태에서 고품질 플라스틱 및 고무 부품을 만듭니다. 몰드 제작에 사용되는 마스터 패턴은 3D CAD 모델로 만들어지고 한 가지 프로토타이핑 기술로 제조됩니다.

결론

신속 프로토타이핑에서 CAD를 사용하는 데에도 많은 이점이 있습니다. CAD 소프트웨어는 지속적으로 진화하며 더 사용자 친화적이 되어, 경험이 적은 사람들도 복잡한 모델을 만들기 쉽게 만듭니다. 또한 CAD로 제작된 프로토타입은 쉽게 수정하고 테스트할 수 있어 더 효율적인 설계 프로세스를 가능하게 합니다.

이미 CAD 파일이 있는데 아이디어를 현실로 구현하는 방법을 걱정하고 계신가요? WayKen이 항상 도와드리겠습니다.

당사는 뛰어난 실적을 가진 선도적인 신속 프로토타이핑 제조업체로 고품질 프로토타입과 가공 부품을 생산합니다. 다년간의 가공 경험과 접근 방식으로 CNC 가공 서비스, 3D 프린팅, 사출 성형 등 다양한 공정을 처리할 수 있습니다. 지금 CAD 파일을 업로드하시면, 귀하의 CAD 도면을 최선의 방식으로 현실화해 드리겠습니다.

FAQ

CAD에 사용되는 소프트웨어는 무엇인가요?

인기 있는 CAD 소프트웨어로는 AutoCAD, CATIA, Fusion 360, Inventor, SolidWorks, Onshape, Solid Edge 등이 있습니다.

3D CAD가 2D CAD 도면 대비 갖는 장점은?

3D 모델은 엔지니어링 도면 지식이 없는 사람에게 더 나은 시각화를 제공합니다. 설계자가 볼 때 2D보다 더 큰 만족감을 줍니다. 물론 3D 모델에서 2D 뷰를 생성할 수 있습니다.

CAD의 한계는 무엇인가요?

때때로 설계자가 마음속에 환상적인 상상을 가지고 있어 CAD로 모델링할 수 있지만 물리적 구현에는 비용이 많이 들 수 있습니다. CAD 사용자는 각 상용 CAD 프로그램을 사용하기 위한 교육이 필요합니다.