[제조 가이드] 사출 2. 금형 수정, 정말 수정할 수 있을까?

금형 구조

“금형 수정? 웬만하면 하지 마세요”

지난 글에서는 사출의 다섯 단계 중 사출 설계와 금형 설계에 대해 알려드렸습니다.

에이팀벤처스의 온라인 제조 플랫폼, 카파 비교견적이 드리는 제조 팁! 이번에는 사출의 나머지 진행 과정에 대해 좀 더 자세히 알려드릴게요.


3) 금형 제작 – 정밀, 정밀 그리고 또 정밀

금형 설계가 끝나면 금형을 실제로 제작하게 되는데요. 아래 그림을 보시면 금형의 구조를 좀 더 이해하실 수 있을 것입니다.

빨간색으로 표시된 부분이 사출로 제작되는 제품 부분인데요. 금형 설계에 맞춰 아래와 같은 금형을 제작할 때, 제품이 실제로 찍혀 나오는 갈색 부분을 코어라고 하고, 플라스틱이 채워지는 부분을 캐비티라고 합니다.

금형에서 가장 중요한 부분은 코어겠죠. 코어가 서로 똑바르게 맞물려야 하고, 캐비티가 원하는 만큼 정교하게 표현되어야 제품이 불량 없이 잘 나올 것입니다.

코어는 계속 압력에 의해 맞물리는 부위이다보니 쉽게 닳지 않도록 튼튼해야 하고요. 그래서 코어에 금형강을 쓰고, 나머지 부분은 탄소강을 씁니다.

금형 구조
금형의 구조

순수한 철은 잘 찌그러지고 강도가 약해서, 순철에 탄소를 넣어 강도를 높인 것을 탄소강이라고 합니다. 여기에 추가로 크롬같은 특정 성분들을 섞으면 스테인리스강같은 특수강(또는 합금강)이 되는 것이고요.

금형강은 마모나 변형, 부식이 잘 안 되도록 가공한 특수강 중의 하나입니다. 그만큼 탄소강보다 비싸겠죠.

금형 설계에 따라 금형강으로 코어를 만들고 나면 후처리가 필요합니다.

수명을 길게 하기 위한 열 처리, 약품 부식 등의 표면 처리, 모서리를 날카롭게 하기 위해 방전가공(Electrical Discharge Machining)을 하기도 합니다. 제품이 나오는 곳이기 때문에 신경써서 가공해야겠죠.

금형 제작 단계에서 중요한 것은 낙장불입, 웬만하면 수정하지 않는 것이 좋습니다.

금형을 수정할수록 품질도 안 좋아지게 됩니다. 사출 설계 및 금형 설계 단계에서 최대한 수정을 마무리하는 것이 좋습니다. 금형 수정 단계에서 좀 더 자세히 설명할게요.

4) 시사출 – 제대로 테스트해보자

시사출은 금형 제작 완료 단계에서 금형의 품질을 검토하고, 고객이 원하는 수준의 제품 품질을 확보하기 위해 하는 작업입니다.

제조 과정에서 T0, T1, T2 이런 말을 많이 듣게 되실텐데요. T0는 금형을 만들고 나서 금형 자체를 시험해보기 위해 뽑아보는 것이고, T1부터 시사출 과정이라고 합니다. 제대로 성형되어 사출되는지 확인하는 것이죠.

즉, 각종 테스트를 해봐야 합니다. 원하는 색이 제대로 나왔는지 컬러 칩과 비교해 보고, 표면, 치수, 내구도, 재질 등을 꼼꼼하게 확인해야 합니다.

요청한 재료를 제대로 썼는지도 보고, 내구도가 중요하다면 충격, 인장 압축 등 다양한 실험을 합니다.

금형과 사출물

플라스틱은 녹이는 온도, 금형에 주입하는 온도, 주입하는 압력, 주입하는 속도, 다 만든 뒤 식히는 속도 등에 따라 최종 결과물의 품질 차이가 클 수 있습니다.

금형 설계 단계에서 이런 것을 고려해서 금형을 제작했겠지만, 시사출 과정에서 금형과 수지, 성형 조건 등 다양한 변수들에 의해 원하는 만큼의 결과가 나오지 않을 수도 있습니다.

이럴 때 경험이 많은 제조 숙련자의 판단에 의해 금형을 세심하게 수정합니다.

5) 금형 수정 – 시사출 후 개선 작업

금형 수정은 형태를 수정하는 것으로 이해하는 경우가 많습니다. 형태 수정은 대부분 생산을 성급히 진행하면서 비롯되는데 매우 조심해야할 부분입니다.

따라서 개선을 위한 수정으로 이해하는 것이 바람직합니다.

금형 수정은 비용이 많이 들고, 가능/불가능한 지점이 아주 명확해집니다. 원하는 모양으로 수정을 못할 수도 있습니다. 위에서 말한대로 수정할수록 결과물 품질이 낮아지기도 합니다.

이 단계에서 중요한 것은 금형을 제작한 업체의 이야기를 듣는 것입니다.

금형을 오랫동안 만들어온 곳이기 때문에 어떻게 수정하면 비용이 적게 들지, 좀 더 쉬운 수정 방법은 무엇일지를 제안해줄 것입니다.

그것을 설계에 반영해야 시간 낭비를 줄일 수 있습니다.

이제 사출 및 금형 설계에서 왜 그렇게 양산 경험까지 있는 전문가가 설계하는 게 중요한 지 이해가 되실 것입니다.


제품을 만들어 본 하드웨어 스타트업에서 시제품과 제품 생산이 완전히 다른 단계라고 말하는 것은 양산 단계에서 금형 설계와 제작으로 이어지는 과정에 초보자가 통제불가능해 보이는 변수가 많기 때문일 것입니다.

양산은 시제품 단계와 다르게 본격적으로 큰 금액이 들어가고, 시간도 더 많이 들며, 쉽게 수정하기도 어렵습니다.

경험이 풍부한 제조 전문가를 찾는 것이 양산 단계에서 매우 중요한 일입니다.

이렇듯, 제조하기 위해서는 전문가들과의 소통이 필수입니다.
제조 견적비교부터 상담 및 제조까지, 카파 비교견적에서 진행해 보세요!

[제조 가이드] 사출 1. 사출 설계와 금형 설계의 차이를 아시나요?

양산에서 금형 설계가 진짜 중요하다던데, 잘하는 곳이 어디죠?

우리가 알고 있는 플라스틱 제품의 90% 이상은 금형에 의해 만들어집니다.

양산의 압도적인 방식을 차지하고 있는 사출의 핵심은 틀(금형)을 이용한다는 것인데요.
아주 복잡하고 아름다운 형상을 굉장히 빠른 시간 내에 적은 인력과 노력으로 만들어낼 수 있습니다.

하지만 금형을 잘 모르는 사람이 사출물과 금형을 설계한다면, 제작 비용이 끝도 없이 증가할 수 있습니다.

시제품은 아무리 복잡해도 금형에 비해서는 적은 비용으로 쉽게 만들 수 있습니다.
시제품 단계에서는 무엇이 잘못되거나, 형태를 바꿔야 하거나 하더라도 처음부터 다시 설계해도 됩니다.

하지만 금형은 섣부르게 제작했다가 수정하면, 추가 비용이 억 단위가 될 수도 있습니다. 그래서 금형을 설계하고 제작할 때는 매우 신중해야 하고, 전문가가 진행해야 합니다.

에이팀벤처스의 온라인 제조 플랫폼, 카파 비교견적이 드리는 제조 팁!

이번에는 하드웨어 스타트업, 제조 초기 기업이 양산을 하게 될 경우, 압도적으로 많이 사용하게 되는 제조 방법 사출에 대해 좀 더 자세하게 알려드리도록 할게요.

제작 외주를 주더라도 전체적인 프로세스와 유의점을 알고 있어야 좀 더 시간과 비용을 줄이는 방향으로 양산을 진행할 수 있을 것입니다.


사출은 크게 다섯 단계로 나눠집니다. 1) 사출(사출물) 설계 –  2) 금형 설계 – 3) 금형 제작 – 4) 시사출 – 5) 금형 수정인데요. 오늘은 사출 설계와 금형 설계를 살펴보겠습니다.

1) 사출 설계 – 금형을 고려한 최종결과물의 설계

사출을 이해하기 쉽게 비유하면, 붕어빵을 생각하면 될 것 같습니다. 붕어빵 모양의 금속 틀 안에 밀가루 반죽을 넣고 팥을 올리고 익히면 붕어빵이 나오는데요.

사출 설계는 붕어빵 모양 자체를 설계하는 것이고, 금형 설계는 붕어빵 틀을 설계하는 것이랍니다.

사출 설계는 최종 제품 구조와 형태, 플라스틱 재질과 관련이 높은데요. 붕어빵으로 예를 들자면 붕어빵을 어느 정도 크기로 해야 사람들의 입에 잘 맞게 들어갈 지, 몸통 두께는 어느 정도로 해야 팥이 터져 나오지 않을지 등을 고려하는 것이죠.

시제품 단계에서 고려했던 요소와 비슷하죠? 최종 금형 설계까지 고려한 완벽한 시제품을 만들었다면 그게 사출물이 될 수도 있습니다만, 그런 경우는 많지 않죠.

플라스틱 재질을 생각해 사출 설계를 해야 한다는 뜻은 플라스틱 종류가 정말 많기 때문에 그렇습니다. 우리가 주변에서 볼 수 있는 플라스틱 종류만 수 백 가지인데요.
잘 찌그러지는 얇은 페트병도 플라스틱이고, CD나 DVD를 만드는 폴리카보네이트도 플라스틱입니다.

플라스틱의 성질이 달라지면, 금형도 달라지게 됩니다. 반죽이 얇고 바삭바삭한 붕어빵을 원할 때와 반죽이 두툼해서 오래 익혀야 하는 붕어빵은 금속 틀의 모양이 달라지겠죠.

플라스틱 종류
수많은 플라스틱의 종류

사출 설계 단계에서 다시 한번 점검해야 할 것은 최종적으로 제작하고자 하는 물건의 기능과 형태, 그리고 제작 단가까지 고려한 플라스틱 재질의 선택입니다.

위에서 말씀드린대로 금형 단계로 들어서면 수정 비용이 만만치 않기 때문에 사출 설계 단계에서 시장과 소비자까지 생각한 최종 제품의 형태를 결정하는 것이 좋습니다.

2) 금형 설계 – 최종 결과물의 틀 설계

사출 설계가 제품 구조와 관련이 높다면, 금형 설계는 생산 기술과 관련이 높은데요.

붕어빵 100 개를 만드는 틀에 비해 100만 개를 만드는 틀은 더 튼튼하고 오래 가게 제작을 해야겠죠. 또, 붕어빵을 10초 만에 만들어야 하는 틀과, 1분 동안 천천히 구워도 되는 틀은 다를 거예요.

이렇게 금형의 수명(붕어빵 100만개)과 제품의 생산 속도(10초)에 따라 금형 설계와 비용이 달라지는데요. 금형도 찍어내면 찍어낼수록 닳습니다.

마모된 금형을 계속 쓰면 제품의 품질이 떨어지겠죠. 물론 튼튼한 철로 금형을 만들면 수명이 길지만 튼튼한 철은 비쌉니다.

100개 만들고 끝낼 제품을 튼튼한 철로 금형을 만들 필요는 없지만, 10만 개, 100만 개 대량으로 제작해야 하는 제품은 금형이 튼튼해야 할 겁니다.

제품 생산 속도가 빨라지려면 금형 구조가 복잡해집니다.

아래 그림을 보면 좀 더 이해가 잘 되실 거예요. 1번 금형과 2번 금형을 보면 비슷한 모양을 찍어내는 것 같은데 차이를 살펴볼까요?

1번 금형에서는 ㄷ자로 된 모양 사이에 뾰족한 막대기가 붙어 있는 채로 떨어지고, 2번 금형에서는 뾰족한 막대기도 떨어지고 ㄷ 모양 두 개가 각각 떨어지죠.

1번 금형에서 만든 모양은 나중에 사람이나 다른 기계가 가운데 뾰족한 막대도 없애고, 모양을 분리하는 걸 별개로 해줘야 해서 시간이 더 걸릴 거예요.

2번 금형은 생산 속도가 빠른 대신 금형이 3단으로 되어 있네요. 금형에 들어갈 쇠도 더 많이 들고, 금형이 1번에 비해 훨씬 복잡하기 때문에 설계하는 비용도 많이 듭니다.

금형 설계
1번 금형
금형 설계
2번 금형

 

그래서 제품을 한번에 제작하고 끝나는지 아니면 월에 몇 개 만들어 총 몇 개를 만들지에 대한 계획 수립이 중요합니다.

시장 조사 및 제품 기획 단계에서 향후 생산 계획을 정확히 계산해 놨어야 금형을 설계하고 제작할 때도 제품에 가장 적합한 금형을 만들 수 있습니다.

금형 제작 비용이 비싸지게 되는 경우를 먼저 살펴볼까요?

  • 사출물에 구멍이 많다
  • 서로 다른 방향으로 구멍이 있다
  • 부위별로 두께가 많이 다르다
  • 특별한 정밀도가 요구된다
  • 제품이 크다
금형 설계
3번 금형

위의 3번 금형을 보시면 구멍이 하나 뚫린 제품을 만드는 모습을 볼 수 있는데요. 1번 금형과 비교해본다면 구멍이 뚫리게 하기 위해 위에서 아래로 내려오는 동작이 하나 더 추가된 것을 알 수 있습니다.

구멍이 많아질수록 금형 설계도 복잡해지지만, 금형 제작 비용도 높아지겠죠.

제품 부위별로 두께가 많이 다를 경우, 녹은 플라스틱을 식힐 때 문제가 복잡해집니다.

붕어빵 반죽이 다 익은 다음에 붕어빵을 뗄 수 있는 것처럼, 금형에 넣은 플라스틱이 충분히 식은 다음에 떼어낼 수 있는데요.

금형 사이에 물길을 설계해 냉각수가 흐르게 해서 플라스틱을 식히는 방식을 사용하는 경우가 많습니다. 빠르게 식혀야 하는 곳은 냉각수가 가까워야 하고, 천천히 식혀야 하는 곳은 냉각수가 멀어야겠죠.

아래 그림에서 최종 제품인 T의 윗부분은 얇고 기둥 부분은 굵은 것을 볼 수 있습니다. 하늘색 원이 냉각수가 다니는 길입니다.

왼쪽 그림에서 b로 표시된 부분이 가장 뜨거운 부위인데요. 전체를 균일하게 식혀서 떼어내야 시간이 적게 걸리니, b를 빠르게 식혀주도록 냉각수가 흐르는 길을 다시 설계해줘야겠죠.

오른쪽 그림처럼 b에 가까운 곳에 물길을 두 곳 더 추가했습니다. 즉, 금형이 복잡해지고 설계 및 제작 비용이 증가한다는 의미죠.

금형의 냉각 설계

금형 설계 전문가는 주문한 고객이 원하는 형태, 치수, 표면이 제대로 구현될 수 있는 금형을 만드는 사람입니다.

금형 설계 단계에서는 금형을 제작할 때 비용을 줄일 수 있는 전문가의 노하우가 매우 중요합니다.

아주 작은 부분의 설계 변화로 금형 비용을 수백 만원 줄일 수도 있습니다. 제조 경험이 풍부한 금형 설계 전문가를 찾는 것이  중요합니다.


사출의 다섯 단계에서 사출 설계와 금형 설계에 대해 알려드렸는데요. 다음 글에서는 금형 제작, 시사출, 금형 수정에 대한 내용을 설명해 드리겠습니다.

이렇듯, 제조하기 위해서는 전문가들과의 소통이 필수입니다.
제조 견적비교부터 상담 및 제조까지카파 비교견적에서 진행해 보세요!

온라인 제조 플랫폼 크리에이터블

[제조 가이드] 양산 준비 1. 어떤 제작 방법으로 만들까?

사출 성형 프로세스

생산 단가 절감하면서도 퀄리티 유지할 양산 방법, 어떻게 찾죠?

시제품까지 다 완성했다면, 이제 본격적인 양산 단계를 준비해야 합니다.
팜테크 스타트업 엔씽의 김혜연 대표는 시제품(Prototype)과 제품(Product)은 완전히 다른 영역이라고 말하기도 했는데요. 양산 준비의 첫 단계는 적합한 양산 방법을 정하는 것입니다.

에이팀벤처스의 온라인 제조 플랫폼, 카파 비교견적이 드리는 제조 팁!
양산 준비 방법을 차근차근 알려드립니다.


지난 번에 알려드린 시제품 제작 툴과 마찬가지로, 양산 제작 방법도 형태와 소재에 따라 적합한 방법이 달라집니다. 양산에 사용되는 방법을 어느 정도 알고 있어야, 최종 생산물의 완성도와 전체 공정의 시간과 비용을 합리적으로 예측할 수 있습니다. 대표적인 양산 방법 다섯 가지를 알려드릴게요.

1. 사출 – 양산에서 압도적으로 많이 사용

주조(鑄造, Casting)는 녹인 소재를 금형(거푸집)에 넣어서 만드는 방식인데요. 플라스틱 소재를 녹여서 만들면 사출(射出), 금속을 녹여서 만들면 다이캐스팅(Die Casting)이라고 합니다.

양산에서 압도적으로 많이 쓰이는 것이 사출인데요.

아래 그림에서 보시는 것처럼 녹인 플라스틱을 금형에 고압으로 밀어 넣어 원하는 모양으로 만드는 방식입니다. 주위에서 흔히 볼 수 있는 거의 모든 플라스틱 제품들, 볼펜, 컴퓨터 키보드, 케이스 등이 사출로 제작된 것입니다.

사출 성형 프로세스
사출 프로세스
페트 블로우
블로우 사출 방식으로 제작한 페트병의 모습

장점: 제작 단가가 낮고 생산 속도가 무척 빠릅니다.

단점: 초기 투자 비용이 큽니다. 위의 그림 4번과 6번에 해당하는 것이 금형(金型)인데, 금형 제작 비용이 높고, 금형을 수정하는 것이 어렵습니다.

2. 다이캐스팅 – 튼튼한 금속 제품이 필요하다면

다이캐스팅(Die Casting)은 금형에 녹인 금속을 넣어 만드는 방식입니다. 아래 영상을 보시면 위의 사출과 비슷하게 진행되는 과정을 보실 수 있습니다. 플라스틱보다 더 튼튼하게 힘을 견뎌야 하는 제품, 부품에 많이 사용합니다. 주로 자동차 부품, 오토바이 부품, 공구, 기계 구조물 등에 사용됩니다.

장점: 사출과 마찬가지로 싸고, 제작 속도가 빠르고 튼튼합니다.

단점: 사출보다 비쌉니다. 제작 장비가 고가이고, 금형 제작비가 높습니다. 소량생산에 부적합합니다. 금형의 내열 강도 때문에 재료가 용융점이 낮은 알루미늄, 아연, 주석과 같은 비철금속을 주로 사용합니다. 다이캐스팅만으로 끝나는 경우가 별로 없고, 후가공이 어렵고 비쌉니다. 부품의 구멍같은 부분은 다시 뚫어야 합니다.

3. 프레스 – 금속판을 이용해 만든다면

프레스(Press)는 판재에 힘을 가해서 모양을 만드는 가공입니다. 주로 금속판에 압력을 가해 여러 모양을 만들어내는데요. 시계·카메라의 정밀부품에서부터 자동차의 차체에 이르기까지 광범하게 사용됩니다. 재료로는 강판 ·동판(銅板) ·황동판 ·알루미늄판은 물론 플라스틱 ·섬유 등도 쓰입니다. 짧은 시간에 정확한 치수 ·모양으로 가공할 수 있습니다. 아래 영상은 폭스 바겐 자동차의 차체를 프레스로 만드는 것입니다.

장점: 사출보다 싸고, 빠르고, 튼튼하고, 후가공할 것이 별로 없습니다.

단점: 판을 이용해 만들다보니 형상이 제한됩니다.

4. 압출 – 단면이 균일한 긴 봉이나 관을 만든다면

압출(押出, Extrusion)은 재료를 용기에 넣고 가열 또는 가열하지 않은 상태로 특정한 모양의 구멍이 있는 다이를 통해 밀어내 일정하고 긴 모양의 제품을 연속적으로 생산하는 방식입니다. 플라스틱, 알루미늄 등의 소재를 주로 사용하는데요. 음식에도 사용할 수 있죠. 국수나 파스타, 냉면의 면이 길게 뽑아져 나오는 것도 압출을 이용한 것이랍니다. 보급형 FDM 3D 프린터도 필라멘트를 녹여서 얇게 뽑아내는 압출 방식이죠. 최종 제품보다는 부품을 만들 때 주로 사용합니다.

면 압출
면 반죽을 가느다란 구멍에 대고 눌러서 길게 뽑아내는 것도 압출 방식

장점: 금형이 싸고, 금형의 가장자리에 구배(勾配, 경사)를 넣을 필요가 없어 균일한 평면이 길게 나옵니다.

단점: 봉이나 관 등 원통형의 모양으로 형태가 제한됩니다.

샤오미 보조배터리
압출 방식으로 제작한 샤오미 보조배터리. 미니멀한 디자인 트렌드에 맞춰 압출을 영리하게 사용했네요
PVC프로파일
창호로 사용되는 PVC프로파일도 압출로 제작됩니다
튜브 용기
화장품 튜브 용기도 압출 방식으로 제작합니다. 원통형의 끝부분을 맞물리면 튜브 모양이 되겠죠.

5. 정밀가공 – 높은 정밀도의 고가 제품을 만든다면

정밀가공(精密加工)은 이름과 같이 높은 정밀도를 요구하는 기계 부품이나 제품을 만들 때 사용합니다. 지난 번에 소개해드린 CNC 밀링머신 같은 기계로 정밀하게 깎아서 만듭니다. 오차가 나면 안 되는 측정 도구, 카메라, 휴대전화 등을 만들 때 사용합니다.

장점: 금형 없이 바로 깎아서 만들기 때문에 초기 투자 비용이 적습니다. 금형이 없으니 수정이 쉽고, 수정 자체도 어렵지 않습니다.

단점: 하나씩 깎아서 만들기 때문에 제작 기간이 오래 걸리고 비쌉니다. 개당 제작 가격이 비싼 편입니다.


대표적인 양산 방법 다섯 가지를 소개해드렸는데요.

시제품 제작 후 양산을 결정한다는 것은 대량 판매를 통한 이윤을 얻기 위한 단계로 넘어가는 것을 의미합니다.

즉, 양산은 생산 단가를 합리적인 수준으로 낮추는 것이 가장 중요합니다. 제작 과정에서 재료와 투자 비용, 인건비가 적게 들면서도 소비자가 선택할 만한 퀄리티를 만들어야 하죠.

양산 방법을 소개해드린 이유는 비용 절감을 고민하시는 분들이 양산 업체와 효율적으로 커뮤니케이션하는데 도움을 드리기 위함입니다. 여러 곳에서 견적을 받아보게 되실텐데, 제품 완성도와 제작 속도 및 비용에 대해 균형있는 판단을 해야하기 때문이죠.

제품화 단계에서 잘맞는 양산 업체, 좋은 양산 업체를 찾는 일이 정말 어렵다고들 합니다. 전문가가 아니면 어떤 장비가 좋은지 알 수 없고, 공작 기계의 종류는 너무도 많아서 어떤 기계가 내 제품을 제작할 때 생산 단가를 드라마틱하게 줄일 수 있을지 알기 어렵습니다.

완성도 높은 양산을 위해 제조 및 장비에 대해 잘 알고 있는 양산 전문인력에게 제조 컨설팅을 받는 것도 전체적인 시간과 비용을 줄이는 방법이 될 수 있습니다.

이렇듯, 제조하기 위해서는 전문가들과의 소통이 필수입니다.
제조 견적비교부터 상담 및 제조까지카파 비교견적에서 진행해 보세요!

다음 편에서는 대표적인 양산 방법인 사출 과정을 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.

온라인 제조 플랫폼 크리에이터블

[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, 카파 비교견적이 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.

온라인 제조 플랫폼 크리에이터블 디자인 설계 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
크리에이터블이 3D 프린팅으로 제작한 시제품 I3BEAM

위의 사진은 크리에이터블이 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.

3D 프린팅 크리에이터블

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
크리에이터블에서 CNC를 이용해 제작한 CJ 조형물

위의 사진은 CNC 밀링 머신으로 제작한 2.6m 크기의 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.

크리에이터블 CNC 가공

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
크리에이터블이 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.

[제조 가이드] 시제품 제작, 일정 조정과 반복이 핵심 (2)

AR 기기

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.

현대자동차 수소차
현대자동차 수소전기하우스


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.

3D 프린팅 시제품
3D 프린터 에이팀벤처스 D3로 제작한 시제품

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.

3D 프린팅 시제품
MJP3600으로 제작한 시제품

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.

3D 프린팅 거치대
최종 생산물
AR 기기
현대자동차 수소하우스 AR 체험 기기

 

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.