[태그:] 시뮬레이션

이런 3D 모델로는 금형 못 만들어요. 우리는 이런 거 제작 안 해

시제품을 멋지게 잘 만들어 양산을 결정한 뒤, 금형을 제작하는 공장에 갔을 때 이런 말을 듣게 되는 경우가 있습니다.
분명 시제품은 잘 나왔는데, 도대체 어떻게 된 일일까요? 

에이팀벤처스의 온라인 제조 플랫폼, 카파 비교견적이 드리는 제조 팁!
 양산까지 고려한 시제품 제작을 알려드립니다.

---

지난 편에서 시제품 제작의 중요한 두 가지 요소는 일정 조정과 반복이라고 말씀드렸습니다. 카파 비교건적이 클라이언트의 일정과 반복 제작을 고려해 실제로 시제품을 만든 사례를 통해 좀 더 구체적으로 살펴보겠습니다.

카파 비교견적 현대자동차 수소전기하우스에서 사용된 증강현실 체험 기기 거치대를 제작했는데요. 수소전기하우스는 관람자가 직접 AR 기기를 이용하여 수소전기자동차의 원리와 특징을 체험할 수 있는 투어로 구성이 됩니다.

카파 비교견적에 의뢰한 현대자동차측의 요구는 AR을 실행하는 전용 기기를 손으로 들고 다니기 어려우니 거치대가 있으면 좋겠다는 것이었습니다.

이런 거치대는 시중에 팔지도 않고, 대량 생산할 필요가 없으니 정교하면서도 소량 양산이 가능한 3D 프린팅이 적합한 생산 방식이죠.

시제품은 대상물이 있다면 제작 후 검증을 통해 반복 제작하는 경우가 많습니다. 대상물이 있는 시제품이 없는 것보다 더 많을텐데요.

대상물이란 시제품이 맞춰서 결합해야 할 기존의 물건 같은 것입니다. 현대자동차 수소전기하우스 사례의 경우 대상물은 AR 기기겠죠. AR 기기의 사이즈, 기능, 부품 등을 고려해서 케이스를 만들어야 할 것입니다.

대상물이 있는 경우와 없는 경우의 시제품 제작 프로세스는 다음과 같이 다릅니다.

– 대상물이 없는 시제품: 콘셉트 설계 → 제작 후 검증 → 설계 수정 
– 대상물이 있는 시제품: 역설계 → 설계 수정 → 제작 후 검증

 

역설계(reverse engineering)란 설계도를 직접 그려서 제품을 생산하는 것이 아니라, 이미 만들어진 결과물의 수치 데이터를 기반으로 설계한다는 점에서 역(逆)설계라고 합니다.

아래 사진은 AR 기기의 수치를 기반으로 1차 제작한 시제품입니다. 뒷면의 카메라가 AR에 사용되므로 렌즈를 가려서는 안 되겠죠. 렌즈 부분이 둥글게 처리된 것을 보실 수 있을 것입니다. 그런데 1차 제작해서 시험해보니 윗 부분까지 잡아줄 수 없어 수정 후 다시 제작하기로 합니다.

현대자동차 수소전기하우스의 오픈일이 이미 정해져 있었기 때문에 시제품 제작과 검증 과정을 신속하게 진행해야 했습니다. 3D 프린터 에이팀벤처스의 D3로 시제품을 제작했기 때문에 빠르게 검증할 수 있었어요.

1차 디자인에서 기기의 윗부분까지 고정되는 디자인으로 수정을 합니다.
에이팀벤처스는 3D Systems사의 MJP 3600 3D 프린터를 보유하고 있기 때문에 아주 정밀하고 매끄러운 표면이 가능한 시제품을 만들 수 있습니다.
이번 디자인에서는 손으로 잡는 부분을 좀 더 둥글게 처리해서 손이 불편하지 않게 했고, ㄷ자 모양으로 디자인해서 기기 윗부분을 안정적으로 장착할 수 있습니다.

최종적인 디자인은 손잡이에 수소전기하우스 글자가 서울시 고유 글꼴 중 하나인 서울남산체 폰트로 들어갔고, 줄을 걸 수 있도록 고리 걸이가 추가되었습니다. 오염이 적은 검은색을 선택했고요.

수소전기하우스 오픈일에 맞춰 납품해야 했기 때문에 MJP 3600보다 더 빠른 폴리젯(Photopolymer Jetting) 방식의 3D 프린터로 제작해서 무사히 배송했습니다. 좀 더 구체적 제작 내용은 크리에이터블 블로그에서 확인하실 수 있습니다.

 

시제품 단계부터 양산을 고려해야 비용을 줄일 수 있다!

시제품은 결국 양산을 위한 것인 만큼, 양산까지의 과정이 매끄럽게 진행되는 것이 가장 중요한 목적일 것입니다.
문제는 시제품을 설계하고 제작하는 곳과 양산하는 곳이 다른 경우가 많은데, 이 과정에서 양산을 고려한 시제품이 아닌 경우 비용과 시간이 크게 늘어나게 됩니다. 시제품까지만 설계하고 제작하는 것으로 마무리할 경우, 양산을 위한 제대로 된 3D 모델링 데이터나 사출과 금형을 고려한 모델이 아닐 수 있다는 것이죠.

양산 업체에 이런 모델을 들고 가면, 양산이 불가능하다며 난색을 표하기도 합니다. 단계마다 커뮤니케이션을 새로 해야 하고, 책임 소재가 불분명해지기도 하죠.

제조의 경험이 많지 않다면, 시제품 설계 및 제작부터 양산까지 전 과정을 책임지는 전문가와 함께 하시는 것이 전체적인 시간과 비용을 예측가능한 수준에서 컨트롤할 수 있는 기회가 될 수 있습니다.

다음 편에서는 시제품을 만들 때 어떤 제조 방식을 선택할 것인지, 각각의 장단점은 무엇인지 설명해 드리겠습니다.

 

시제품은 한 개 만드는 건데 왜 이렇게 시간이 오래 걸리죠? 양산은 언제 할 수 있을까요?

제조 가이드 지난 편에서는 시제품 설계 단계에서 비용과 시간을 줄이는 방법을 알려드렸습니다. 설계를 했으면 제작을 해야겠죠. 시제품 제작 또한 만만치 않은 난관이 기다리고 있는데요. 무엇을 상상하든 그 이상이라고 합니다.

에이팀벤처스의 온라인 제조 플랫폼, 카파 비교견적이 드리는 제조 팁!

양산까지 고려한 시제품 제작을 알려드립니다.

---

지난 편에서 시제품 설계의 중요한 두 가지는 사이즈와 기능이라고 말씀드렸는데요.

시제품 제작의 중요한 두 가지는 일정 조정과 반복입니다. 제대로 된 결과물을 만들어내는 양산까지 갈 길이 멀기 때문입니다.

시제품 제작의 요소 1 – 양산을 위한 일정

시제품을 만들면서 먼저 고려해야 할 것은 양산 전까지의 일정이겠죠.

시제품 제작의 세부 일정은 촘촘하게 정하되, 전체 일정에는 반드시 여유를 둬야 합니다. 시제품을 설계하면서 시뮬레이션을 하지만, 실제 제작하고 나서 기능을 실험해볼 때는 시뮬레이션에서 미처 발견하지 못한, 혹은 발견할 수 없었던 점들이 나타납니다. A라는 부분을 예측하지 못해 수정하면, 그 수정으로 인해 B나 C에 영향이 갈 수 있고, 전체가 틀어지기도 합니다.
수정 결과 새로 부품을 수급해야 하면, 기존 부품을 생각하고 만들었던 과정들을 다시 진행하거나 대폭 수정해야 하죠.

즉, 수정의 나비 효과가 크게 발생할 수도 있다는 것입니다. 타이트하게 일정을 관리하되 치명적인 리스크가 생길 일정을 고려해야합니다.

일정은 곧 비용이기 때문에 전체 과정을 조율하면서 일정을 적절하게 계산하고 진행할 수 있는 전문가의 도움을 받는 것도 좋습니다.

아래 이미지는 카파 비교견적에서 진행한 아동용 스토리 프로젝터 bclip의 시제품 제작 및 수정 과정인데요. 첫 번째 시제품(mockup)부터 다섯 번째 시제품까지 변형된 형태들이 보이실 것입니다. 실제 시제품은 10번 넘게 수정되고 재제작되었습니다.

카파 비교견적은 bclip의 시제품을 3D 프린팅으로 제작했습니다. 3D 프린팅은 다른 시제품 제작 방식보다 빠르고, 상대적으로 저렴한 경우가 많습니다. 특히 하루 안에 제작되는 속도가 가장 큰 강점이죠.

3D 프린팅은 쌓아서 만드는 방식이기 때문에, 부품을 조립하지 않도록 한 번에 체결된 형태로 만들 수도 있어 시제품 제작 시간을 줄이는데 도움이 됩니다.

bclip 또한 3D 프린팅으로 제작한 시제품으로 기능이 제대로 구현되는지, 어떤 부분을 수정해야 하는지를 빠르게 파악할 수 있었습니다.

bclip은 와디즈 펀딩 일정이 정해져 있었기 때문에, 시제품 제작을 비롯한 전체 일정 조정이 매우 중요했는데요. 카파 비교견적의 제조 노하우, 경험 등을 바탕으로 일정을 무사히 마칠 수 있었습니다.

시제품 제작의 요소 2 – 양산을 위한 반복

시제품 제작에 있어 중요한 두 번째는 반복입니다. 한번에 성공적인 시제품을 얻기를 기대하기보다는, 제작 공정을 반복하면서 문제를 해결하고 개선해나가는 과정이라고 생각하셔야 합니다. 시제품은 결국 양산을 위한 단계입니다.

양산에 가장 적합한 소재와 방법을 찾을 수 있도록 시제품을 반복해서 만들어야 합니다. 물론 시제품 제작 비용이 들지만, 제대로 된 시제품을 만들지 않으면 양산으로 가는 과정에서 더 큰 비용이 발생하니까 이 과정을 생략하시면 안 됩니다.

생일 케이크를 예로 한번 생각해 볼까요? 집에서 가족의 생일 케이크를 하나 만드는 것을 시제품이라고 가정해 봅시다. 오븐에 시트를 굽고, 생크림을 발라 장식을 해서 케이크를 만들었습니다.

정말 맛있고, 모양도 예쁜 이 생일 케이크를 양산해서 전국에 팔아보자고 마음을 먹으면 어떻게 될까요?

100 개, 1천 개, 1만 개의 케이크가 균일한 맛이 나와야겠죠.
같은 퀄리티의 케이크를 만들기 위해서는 매번 사람이 손글씨로 생일 축하한다는 말을 쓰기 어렵습니다.
양산에 적합한 방법을 찾아야 합니다.

이럴 때 초기 시제품 제작 단계에는 기성 상용 부품을 활용하는 것도 좋습니다. 사람이 손글씨로 쓰는 대신, ‘생일’이라고 쓰인 기존 제조된  초콜릿을 쓰면 양산에 조금 더 적합한 방법이 되겠죠. ‘Happy Birthday’라는 기존 제조된 양초를 활용하는 방법도 있겠습니다.

이렇게 기성 부품을 사용해 시제품을 만들어 보고 양초나 초콜릿 중 양산 목적에 가장 적합한 방식을 선택하고 나면, 이 케이크만의 독특한 양초나 초콜릿을 양산하는 방법도 있을 것입니다.

bclip도 시제품 제작 단계에서 기성 부품을 활용해 기능을 시험했습니다. 클립처럼 휴대전화에 꽂아서 사용할 제품이었기 때문에 스프링이 들어가야 했는데요. 스프링도 여러 가지 모양과 구조가 있고 탄성이 다르기 때문에 시제품을 제작해서 실험했죠. 아래 이미지는 당시에 실험했던 기성 스프링들인데요. 모양과 구조가 다른 게 보이시죠? 이중에 기능에 가장 적합한 것을 찾아서 bclip에 적용했답니다.

시제품 설계에 있어 실제 제작 단계에서도 여러 가지 변수를 고려해야 한다는 것을 말씀드렸는데요.

다음 편에서는 시제품 제작 단계에서의 고려 사항을 이어서 알려드릴게요.

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 제조 플랫폼 크리에이터블은 디자인, 시제품, 양산 등 제조 단계 서비스를 제공하는데요.

에이팀벤처스의 온라인 제조 플랫폼, 카파 비교견적이 드리는 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.

 

에이팀벤처스가 INKA, ‘소망을 찾는 이들’과 함께 공동 사회 공헌 프로젝트를 진행하고 있는 소형 냉방기 제품인데요.
카파 비교견적의 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.
사이즈와 기능입니다.

 

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.

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.

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.

---

카파 비교견적 플랫폼에은 제조의 전 과정을 진행해본 경험이 있고, 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.