[제조 가이드] 시제품 설계, 시간과 비용은 이렇게 줄이자

시제품 만드는 거 서두르다보면 실패비용만 커지고, 턴키로 맡기자니 오버인 것 같고. 시간과 비용면에서 가장 효율적인 방법은 무엇일까요?

무엇인가를 만들어서 소비자에게 판매하려면, 아이디어를 발전시켜서 시제품을 만들고, 시제품을 수정한 뒤 양산해야겠죠.
시제품부터 양산까지 단계별로 비용과 시간을 줄일 수 있는 방법, 있습니다.

에이팀벤처스의 온라인 주문형 제조 서비스 쉐이프엔진(shapengine.com)은 디자인, 시제품, 양산 등 제조 단계별 모듈형 서비스를 제공하는데요.
쉐이프엔진이 알려드리는 제조 팁! 제조 프로세스의 첫 단추, 시제품 설계부터 알려드릴게요.


시제품을 만들겠다고 결심했다면, 이미 상품 기획을 한 것이라고 볼 수 있습니다.
시장 조사 및 분석을 통해, 문제점을 발견하고 해결할 수 있는 아이디어를 떠올린 것이죠.

아이디어를 제품으로 실현하기 위해서는 매우 구체적으로 만들어야 합니다.
아래 그림은 독거 노인, 에너지 빈곤층을 위한 소형 냉방기의 아이디어 단계 콘셉트입니다.

에이팀벤처스 소형냉방기 초기 콘셉트

 

에이팀벤처스가 INKA, ‘소망을 찾는 이들’과 함께 공동 사회 공헌 프로젝트를 진행하고 있는 소형 냉방기 제품인데요. 쉐이프엔진의 디자인, 설계 전문가들이 설계하고 시제품을 만들고 3D 프린팅으로 부품을 제작하는 역할을 맡아서 하고 있습니다. 올 여름 배포를 목표로 열심히 진행중인데요. 필드 테스트를 거쳐 지금은 조금 달라졌지만, 초기 콘셉트는 이런 내용이었습니다.

아래 그림을 보시면 제품 기획에 있어 중요한 게 두 가지라는 것을 알 수 있습니다.
사이즈기능입니다.

에이팀벤처스 시제품 설계
에이팀벤처스의 사회공헌활동, 소형냉방기 프로젝트의 기획 단계 이미지

 

구현하고자 하는 제품의 사이즈는 들어가는 부품과 들어가는 기능 등에 따라 적절한 치수가 있겠죠.
평면적 도면이든, 입체적 도면이든 실제 치수가 있어야 그에 맞춰 3D 모델링을 할 수 있습니다.
위의 소형 냉방기를 보시면 실제 스티로폼 박스 크기를 기준으로 콘셉트를 만들었습니다. 아이스팩, 펌프, 동판, 어댑터, 팬, 팬 고정대 등이 들어가면서 독거 노인들의 주거 환경에 가장 알 맞은 크기를 고려한 것이지요.

제품의 기능을 구체적이고 명확하게 규정하는 것이 비용과 시간에 있어 매우 중요합니다.
제품의 기능을 시제품 설계 단계나 제작 단계에서 추가하게 되면 다시 처음부터 설계, 시뮬레이션 등을 해야 합니다.
제품의 크기는 향후 제작 비용, 제작 시간, 포장과 배송까지 전 과정에서 중요 변수가 되기 때문에 신중하게 제작 단계를 고려해서 아이디어를 구체화하셔야 해요.

이렇게 사이즈와 기능이 정해진 제품을 시제품으로 제작하기 전, 3D 모델링 과정을 거칩니다.
첫 번째 3D 모델링은 디자인과 형태를 보기 위한 것으로 대부분의 디자인 회사에서 하는 방식입니다.

아래 그림은 위에서 설명한 소형 냉방기를 3D 모델링한 이미지입니다.
윗면, 옆면, 아랫면, 기능이 구현된 부분 등을 입체적으로 살펴보고 최종 제작 제품을 상상해볼 수 있습니다.

에이팀벤처스 시제품
에이팀벤처스 소형냉방기 시제품 3D 모델링

그 다음으로는 시뮬레이션을 위한 3D 모델링을 합니다.
기능 구현이 제대로 될 수 있을지, 하중을 버티는 것이 중요하다면 하중을 얼마나 버틸 수 있을지, 하중이 골고루 분산되는지, 소재를 무엇으로 하는 게 가장 적합한지, 기어가 회전될 때 문제는 없을지 등 제품 구조에 관한 것이지요.

3D 시뮬레이션의 범위는 매우 넓지만, 기본적인 것으로는 부품간의 간섭이 없는지, 제대로 작동하는지, 무게 중심은 어디에 있는지 등을 보는 것입니다.
3D 시뮬레이션은 ‘3D 모델링 애플리케이션’을 이용하는데요. 다쏘시스템의 솔리드웍스, 오토데스크사의 인벤터 등이 있습니다.

3D 모델링 시뮬레이션
3D 모델링 시뮬레이션 모습

이렇게 프로그램을 통해 시뮬레이션하는 것은 시제품 제작에 드는 비용을 절약할 수 있어서 매우 유용합니다. 시제품을 제작하는 것만 해도 비용이 많이 들기 때문입니다.
시제품 제작에 앞서 시뮬레이션을 통해 파일 단계에서 수정한다면 시제품 제작 비용을 절감할 수 있을 것입니다. 또한 시제품을 여러 번 만들지 않아도 됩니다. 비싸게 만든 시제품이 작동을 해보다가 부서지면, 다시 만들어야겠죠. 그러면 시제품 제작 시간을 또 기다려야 하고, 제작 비용을 추가로 들여야 합니다.

3D 모델로 시뮬레이션을 하면 정확한 수치값이 나옵니다. 질량, 면적, 부피 등의 수치를 보면서 구조 변경 등의 시뮬레이션을 하면 시제품을 여러 번 제작할 필요 없이, 가설을 검증할 수 있습니다. 공기에 닿는 면적의 부피를 30% 늘렸더니, 성능이 20% 개선되었다, 부피를 40% 늘렸더니 성능이 25% 개선되었다 등 여러 시뮬레이션을 놓고 규칙성을 찾을 수 있죠.

시제품 설계는 3D  시뮬레이션을 통해 결과를 수정하고, 최적의 기능 구현을 할 수 있도록 하는 메카닉 디자이너, 3D 모델링 전문가의 노하우가 빛을 발하는 단계입니다.

시제품 제작 도구, 비용, 기간 등에 대한 이해가 없다면 시제품 제작하는 곳에서 요청을 안 받아주기도 하기 때문에 시제품 제작과 제조 전반에 대한 이해가 있는 전문가와 협업한다면 장벽이 좀 더 낮춰질 것입니다.


쉐이프엔진은 제조의 전 과정을 진행해본 경험이 있고, 3D 모델링 등 제조 분야의 전문가들이 모여 있기 때문에 창업 초기 기업, 제품화를 처음 진행해보는 기업, 양산을 처음 진행하는 기업들에게 좋은 결과를 드릴 수 있었습니다.

다음 편에서는 본격적인 시제품 제작 프로세스에 대해 알려드릴게요.
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쉐이프엔진

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