[제조 가이드] 3D 프린터, CNC, 레이저 커터. 무엇으로 시제품을 만들면 좋을까?

시제품 만들어야 하는데, 3D 프린터랑 CNC 중에 뭐가 더 좋죠?

디지털 제작 장비들이 늘면서 시제품 제작이 빨라지고 쉬워졌습니다.
3D 프린터, CNC, 레이저 커터 등 다양한 장비들이 있는데요. 시제품의 목적과 성격, 제조 단계별로 사용해야 할 장비가 달라집니다. 

에이팀벤처스의 온라인 제조 플랫폼 쉐이프엔진(shapengine.com)이 드리는 제조 팁! 최적화된 시제품 제작 방법을 알려드립니다.


지난 번까지 4편의 글을 통해 시제품 설계시 시간과 비용을 줄이는 방법, 시제품 제작의 중요한 두 가지 요소 일정 조정반복에 대한 설명을 드렸는데요.

오늘은 시제품 제작 툴에 대해 말씀드릴게요.
제작 장비는 굉장히 많은 것이 있지만, 디지털 제작 장비를 위주로 설명해드리려고 하는데요. 디지털 제작 장비(Digital Fabrication tools)란 컴퓨터에 의해 제어되는 제작 장비를 의미합니다. 

table saw
테이블 톱으로 나무를 절단하는 모습
cnc
CNC 기계에 수치를 입력하고 있는 모습

위의 사진을 보시면 디지털 제작 장비와 기존 제조 장비와의 차이를 보실 수 있는데요. 기존 제조 장비는 사람이 몸을 움직여서 자르거나, 도구를 움직여야 했습니다. 목공에서 많이 사용되는 테이블 톱에 나무를 반듯하게 밀어넣어서 자르는 것을 많이 보셨을 거예요. 이렇게 디지털이 아닌 장비는 사람의 손을 타기 때문에 오차가 생기기 쉽습니다. 물론 숙련된 장인이라면 정밀하게 제작할 수 있겠지만, 그만큼 인건비가 올라갈 것이고 장인의 스케줄에 맞춰서 제작할 수 있게 기다려야 할 것입니다.

디지털 장비는 장인에게 맡기는 것보다 비용이 많이 낮아집니다. 여러 대의 기계에서 한번에 제작할 수도 있으니 빠르고 정밀하죠. 또한 사람에게 전달하는 것이 아니라 커뮤니케이션에서 문제가 발생하지 않습니다. 5cm가 5mm로 잘못 전달된다면, 비용과 시간 모두 낭비하게 됩니다.

요만큼만 잘라주세요~ 요만큼~ 영화 ‘집으로’의 한 장면

디지털 제작 장비는 의사소통의 문제가 없는 대신 컴퓨터가 알아들을 수 있는 수치를 입력해야 합니다. 3D 프린터의 헤드와 CNC의 스핀들이 움직일 수 있는 G코드(Geometry Code)를 넣어줘야 하죠. 3D 모델 파일을 G코드로 변환할 수 있는 프로그램은 기기에 따라 여러 가지가 있는데요. 3D 프린팅과 CNC 밀링에 적합한 3D 모델을 만드는 것이 쉬운 일은 아닙니다. 모델링에서 시간을 많이 뺏기겠다 싶으면 전문가들에게 3D 모델링을 맡기는 방법도 있습니다. 제대로 제작할 수 있는 모델을 한번에 만들기 때문에 전체적인 시간과 비용이 오히려 줄어들 수 있죠.

쉐이프엔진 모델링 서비스

대표적인 디지털 제작 장비는 3D 프린터, CNC 머신, 레이저 커터가 있습니다.
시제품을 만들 때 목적과 단계에 따라 어떤 장비를 사용하면 좋을지 알려드릴게요.

이럴 때 3D 프린터로 시제품을 만드세요!

  • 복잡한 피규어 같은 유기적인 형태를 만들 때 
  • 속이 비어 있는 형상을 제작할 때
  • PCB, IoT 모듈이 포함되어 전선 등을 넣고 뺄 구멍이 안쪽에 여러 개 있을 경우
  • 풀컬러 표현이 필요할 때
쉐이프엔진이 3D 프린팅으로 제작한 시제품 I3BEAM

위의 사진은 쉐이프엔진이 3D 모델링, 3D 프린팅으로 시제품 제작, 후가공까지 진행했던 I3BEAM 제품인데요. 제품 성능 테스트용 시제품이었기 때문에 내부에 들어갈 카메라 및 센서 등이 실제로 작동하는 것까지 고려하면 3D 프린팅으로 제작하는 것이 가장 적합했습니다. CNC 밀링 머신으로 제작하게 되면 가격이 매우 비싸게 나왔을 것입니다.

이럴 때 CNC로 시제품을 만드세요!

  • 초정밀 부품, 공차(기계 부품에서 기준 치수의 허용된 양)를 생각해야 하는 부품을 만들 때
  • 강도가 높아야 하는(압력을 견뎌야 할 이유 등으로) 것을 만들 때
  • 표면이 기계로 가공되는 것을 원할 때
  • 금속, 나무, 대리석 등의 원재료를 살려서 만들 때
쉐이프엔진에서 CNC를 이용해 제작한 CJ 조형물

위의 사진은 CNC 밀링 머신으로 제작한 조형물인데요. 크기가 매우 커서 3D 프린팅으로 제작하기에는 적합하지 않았고, 인조 대리석 원재료를 잘 살려서 만들기 위해 CNC로 진행했습니다. 위에 글씨를 새겨넣는 작업 또한 CNC로 깎아서 글자 획을 정확히 표현할 수 있었고요. 금속 부품을 제작할 때도 3D 금속 프린터가 있기는 하지만, 아직은 CNC 밀링 머신으로 깎아서 만드는 것이 좀 더 정밀합니다.

CNC 밀링 머신의 가장 큰 단점은 가격이죠. 제작 비용이 꽤 비쌉니다. 작업할 때 고려할 변수가 많아서 사람이 설계해줘야 하는 부분이 있고, 세팅 시간이 매우 오래 걸립니다. 깎아서 만들기 때문에 재료 낭비가 심하고 폐기물도 많이 생깁니다. 소음이 심해서 공장에서 제작해야 하죠. 데스크탑 3D 프린터처럼 집에서 사용하기는 어렵습니다.

이럴 때 레이저 커터로 시제품을 만드세요!

  • 2차원 평면의 재료로 만들 때
  • 판을 잘라서 조립하는 형태를 만들 때
  • 특히 얇은 금속 판을 잘라서 만들 때
  • 복잡한 형상을 평면에 표현하고 싶을 때
쉐이프엔진이 레이저 커터로 제작한 소형냉방기 시제품

레이저 커터는 레이저로 재료를 녹이면서 자르게 됩니다. 따라서 녹는 점이 매우 높은 돌이나 유리는 자르지 못하는 것은 아니지만 굳이 레이저 커터로 자르지는 않죠.
위의 사진을 보시면 레이저 커터로 나무 판을 잘라서 소형냉방기의 박스 형태를 제작한 게 보이실 거예요. 자른 면이 까맣게 탄 것처럼 되어 있죠.

레이저 커터는 얇은 금속을 잘라서 무엇인가를 만들 때 가장 적합한 도구입니다. 굉장히 큰 판도 자를 수 있고, 제작 시간도 적게 걸리는 편입니다. 비용도 저렴하고요. 다만 평면 재료에 적합하기 때문에 한정된 분야에서 사용하고 있습니다.


프리미엄 가전 시장을 만든 발뮤다(Balmuda)를 아시나요? 죽은 빵도 살려내는 발뮤다 토스터로 유명해진 브랜드인데요. 발뮤다의 공기청정기 ‘에어엔진’은 3D 프린터로 시제품을 만들어 개발 기간이 10개월에 불과해 일본 산업계에서는 획기적인 일로 회자된다고 합니다. 벤처기업 지원을 위해 정부가 도쿄국립산업기술연구센터에 둔 3D 프린터를 적극 활용해 갖가지 시제품을 빠른 시간 내에 만들며 테스트해볼 수 있었던 덕분이라고 해요. 지금은 발뮤다 본사 연구센터에 대규모 3D 프린터를 대량 구축, 제품 설계, 시제품 개발 속도를 더욱 앞당기고 있다고 합니다.

시제품 단계에서는 빠르고 저렴하게 만들며 계속 테스트해볼 수 있어야 합니다.
디지털 제작 장비들이 시제품 단계의 시간과 비용을 절감해주고 있는데요. 여러분께서 준비하시는 시제품의 성격에 맞는 디지털 제작 장비를 잘 선택하실 수 있길 바랍니다.

다음 편은 드디어 양산 단계입니다. 양산을 준비하면서 고려해야 할 제작 방법에 대해 말씀드릴게요.

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