CNC 외주 제조를 고려하고 계신가요? 온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)에서 CNC 가공을 의뢰하고자 하는 분들을 위한 가이드입니다. CNC에는 다양한 종류의 세부 가공 방식이 존재합니다. 이 때문에 자신이 만들고자 하는 제품에 맞는 적합한 가공방식을 찾아 의뢰하는 것이 중요합니다.
CNC 견적을 의뢰하기에 앞서 먼저 아래 내용을 참고하세요. 같은 제품이라 하더라도 때로는 CNC 전문 파트너(제조업체)마다 의견이 다를 수 있으므로 발주에 앞서 충분한 상담을 받는 것이 좋습니다.
CNC 가공이란?
흔히 CNC라고 부르지만 정확한 명칭은 CNC 공작기계입니다. CNC 가공이란 CNC 공작기계를 이용한 가공방식을 의미합니다. 공작기계란 기계나 부품을 만드는 기계를 의미합니다. 공작기계의 역사는 산업혁명 당시로 거슬러 올라갈 정도로 오래 되었습니다.
공작기계 앞에 붙는 CNC는 Computer Numerical Control(컴퓨터 수치 제어)의 약자입니다. 즉, CNC 공작기계는 컴퓨터로 수치를 제어하는 공작기계를 가리킵니다. 아직 컴퓨터가 발명되기 전에는 공작기계만 있었을 뿐 CNC 공작기계는 없었겠죠.
CNC는 컴퓨터로 입력한 수치를 바탕으로 자동으로 가공이 이뤄지기 때문에 현존하는 가공 방식 가운데 가장 정교하고 정확한 결과물을 얻어낼 수 있는 방식으로 꼽힙니다. 또한 다양한 재료와 절삭 공구를 활용할 수 있다는 점도 큰 장점입니다. 그렇다면 구체적인 세부 가공방식에 대해 알아보겠습니다.
CNC 가공 방식의 종류
① 밀링
CNC의 대표 주자인 밀링은 바이스로 부품을 고정한 뒤 고속으로 회전하는 툴을 움직여 형상을 제조하는 방식입니다. 대체로 X, Y, Z 축으로 움직이는 절삭 공구가 장착된 3축 밀링 머신이 사용됩니다. 대부분의 간단한 형상의 제품은 3축 밀링 머신만 가지고도 충분히 제작할 수 있습니다.
다만, 우주항공 분야처럼 초정밀 가공이 필요한 분야나 유선형 제품의 경우에는 3축 가공 방식만으로 제작하기엔 한계가 있습니다.
② 선반
선반은 고속으로 회전하는 재료에 절삭 공구를 갖다대 재료를 깎아나가는 가공 방식입니다. 가공할 대상물을 스핀들에 고정한 뒤 고속으로 회전시킨 상태에서 가공을 진행합니다.
도자기를 만들 때 사용하는 물레처럼 대상물의 회전 운동이 주된 동력이기 때문에 원통 형상을 제작하는 데 특화돼 있습니다. CNC 기술 중 생산 단가가 가장 저렴하고 생산 속도 또한 가장 빠른 것이 장점입니다. 다만 회전축을 중심으로 대칭 형태의 형상만 제작이 가능하기 때문에 이외 형상은 다른 가공 방식을 이용해야 합니다…(이하 생략)
‘딱딱한, 은빛의, 기계 부속품…’ CNC 공작기계를 이용해 만들 수 있는 제품을 머릿속에 떠올릴 때 연상되는 이미지들입니다. 비단 CNC뿐만 아니라 각각의 제조 방식마다 연상되는 정형화된 이미지들이 있습니다. 특히 CNC의 경우엔 상대적으로 크기가 작고 정교한 제품의 이미지가 떠오르곤 합니다.
하지만 실제로 CNC가 만들어내는 세상은 우리가 쉽게 떠올리는 이미지에 한정되지 않습니다. 특히 ‘크기’에 있어 CNC는 일반적인 생각보다 폭넓은 가능성을 가지고 있죠. CNC를 이용해서 만들 수 있는 제품의 크기는 어느 정도까지일까요. CNC가 만드는 크고 작은 세상 속으로 함께 떠나볼까요.
‘인셉션’의 멈추지 않는 팽이, 현실에서도 가능할까
(출처 : 셔터스톡)
영화 인셉션의 한 장면을 기억하시나요? 주인공이 밟고 있던 땅이 갑자기 하늘로 연결되면서 우리가 갖고 있던 3차원에 대한 상식이 깨집니다. 이 영화가 세상에 나온지 10여 년이 지났지만, 도로가 뒤집히던 당시의 충격이 생생합니다. 땅과 하늘이 연결되는 인셉션에 대한 ‘오마주’를 이후 헐리우드 영화에서 심심치 않게 찾아볼 수 있습니다.
땅과 맞닿은 하늘이 ‘강렬한’ 충격이었다면, 영화 속에서 잔잔한 충격을 안겨준 것은 단연 ‘팽이’입니다. 마지막 장면에 혼자 돌고 있던 팽이는 지금쯤 멈췄을까요? 흔들림 없이 쉴 새 없이 돌아가는 팽이를 만들기 위해서는 중심이 잘 잡혀 있어야 합니다. 한 쪽으로 넘어지지 않으려면 정확한 대칭을 이루는 것이 중요합니다. 이처럼 정교하게 팽이를 가공하려면 기계의 힘을 빌려야 할 것 같습니다. CNC를 떠올리지 않을 수 없는 이유입니다.
CNC는 ‘컴퓨터 수치제어(Computerized Numerical Control)’의 약자죠. 이름처럼 CNC 기계는 사람이 아니라 컴퓨터가 제어합니다. 컴퓨터가 입력한 위치대로 정확하게 움직이면서 재료를 깎아냅니다. 이처럼 정확한 대칭을 이루도록 설계한 특수한 목적의 팽이를 만든다면 그 방법은 CNC가 제격일 겁니다.
팽이가 멈추지 않게 하려면 정교하게 대칭을 이루는 팽이를 만들어야 합니다. (출처 : 셔터스톡)
허용공차 지키려면 피드값을 줄여라
소형 제품은 대형 제품보다 가공 시 더 많은 주의를 요합니다. 세밀한 가공일수록 더 많은 정확성이 요구되고, 이를 충족하기 위한 기준도 보다 엄격해 집니다. 캐파(CAPA) 파트너로서 CNC 가공 등에 특화된 티어원의 정상신 기술이사는 “소형 제품을 제작할 때에는 반드시 ‘허용 공차’를 표기해야 한다”고 말합니다.
특별히 정교함이 요구되는 제품이 아니라면 가공시 지켜야 오차범위인 공차(tolerance)를 별도로 표기하지 않습니다. 이때의 공차는 일반 공차라 하며, 보통 허용 범위는 0.05mm 정도입니다. 하지만 미세한 작업이 필요한 부분에는 별도로 ‘허용 공차’를 표시해 둡니다. 보통 일반 공차의 5분의 1 수준인 0.01mm 단위로 오차 범위를 기입합니다. 정상신 이사는 “허용 공차를 표기할 때 반드시 기준점을 잡아야 한다”며 기준점을 잡지 않으면 가공 작업 과정에서 임의로 기준점을 잡기 때문에 원하는 대로 제품이 안 나올 가능성도 있다”고 말했습니다.
3D 펜으로 무엇이든 만들어보세요! (사진은 내용과 직접적인 관련은 없습니다. 출처=셔터스톡)
티어원의 경우 3D 펜에 들어가는 크기 10mm 수준의 노즐 부품을 제작한 사례가 있습니다. 티어원에서 만든 제품 중 가장 작은 제품이라고 하는데요. 이 노즐은 3D 펜에서 필라멘트가 나오는 부분에 사용되는 부품이었습니다. 일반 볼펜으로 따지면 잉크를 가 나오기 위해 거쳐야하는 볼펜 끝 부분인 셈이죠. 노즐의 크기가 워낙 작아서 평소보다 더욱 세심한 주의를 기울여야 했고, 구체적으로 공구가 움직이는 속도(피드값)를 줄이고 선반의 회전수를 조정하며 미세한 가공 작업을 했습니다.
제품의 소재나 크기에 따라 공구가 움직이는 속도나 선반 회전수는 차이가 있지만, 일반적으로 알루미늄 제품을 가공할 때 피드값은 100~150 정도, 회전수는 2000~3000rpm 수준입니다. 3D펜 노즐의 소재는 황동이었는데, 선반의 회전수는 3000rpm 정도로 유지하되 피드값을 80 수준까지 낮춰 제작했다고 합니다. 알루미늄과 다른 소재를 사용하긴 했지만, 마찬가지로 노즐을 정밀하게 가공하기 위해 피드값을 낮춰 조심스럽게 가공한 것이죠.
이처럼 크기가 작은 미세한 제품을 CNC로 가공하려면 시간도 오래 걸리지 않을까요? 꼭 그렇지는 않다고 합니다. 정상신 이사는 “선반이 돌아가는 속도를 느리게 설정하더라도, 기본적으로 가공해야 할 제품 크기 자체가 작다면 제작 시간이 오래 걸리지는 않는다”며 “업체마다 (얼마나 정교한 가공이 가능한 지는) 차이가 있지만 티어원에서는 아무리 작은 제품이라도 만들 자신이 있다”고 자신감을 보였습니다.
CNC로 대형 선박을 만든다고?
‘Tamsen maritim’은 독일의 선박회사입니다. 회사의 기원을 따져보면 100년을 훌쩍 지난 지난 1850년까지 거슬러 올라갑니다. 기록적인 역사 외에도 이 회사는 여러 주목할 만한 기록을 가지고 있습니다. 대표적으로 CNC 가공으로 대형 고래의 크기에 버금가는 대형 선박 주형을 만든 것인데요. 아마도 CNC 가공으로 만든 제품 중에 크기로는 세계적인 순위에 들지 않을까 합니다.
대형 선박 주형을 만든 CNC 기계의 이름은 HSM-Modal입니다. 이 기계는 X축 80m, Y축 14m, Z축 9m에 달하는 범위에서 작업할 수 있다고 하니 그 규모가 엄청나지요. HSM-Modal을 활용하면 가로 축으로 최대 151미터 길이의 부품을 만들 수 있다고 합니다.
사람 키의 몇 배나 되는 CNC 기계, 보신 적 있나요? (출처 : eew-protec.de )
그렇다면 CNC 기계가 생산할 수 있는 최대 크기를 어떻게 알 수 있을까요. 제품의 최대 크기를 결정하는 것은 인클로저(enclosure)의 크기와 공구의 이동 거리입니다. 인클로저는 CNC 기계가 작동되는 동안 가공물과 기계를 외부로부터 보호하기 위해 작업 공간을 감싸는 공간을 말합니다.
위 사진에서 보면 커다란 만년필처럼 생긴 CNC 기계가 들어있는 대형 철제 구조물이 인클로저에 해당하겠죠. CNC 기계가 충분히 먼 거리까지 움직이면서 작업하려면 당연히 인클로저의 크기가 넉넉해야 할 겁니다. 저 정도 크기의 CNC 기계라면 사진 속 사람보다 큰 크기의 팽이도 쉽게 만들어낼 수 있을 것 같습니다.
이처럼 정교한 품질을 담보할 뿐 아니라, 다양한 크기의 제품 생산까지 가능한 CNC. 제조업체 매칭플랫폼 캐파(CAPA)에서는 고객의 세밀한 요구까지 충족시켜주는 약 600곳의 CNC 전문 파트너들을 만날 수 있습니다. 아래 캐파(CAPA) 배너를 클릭해보세요.
검수할 때는 하나도 몰라도 가서 앉아있기라도 해야 된다고 하더라고요. – 양산이 처음인 스타트업 대표
지금까지 시제품 제작, 양산 및 후가공에 대해 알려드렸습니다.
제품을 만들면 불량이 있는지 없는지, 제대로 만들어 졌는지 검사 및 검수를 해야겠죠. 소비자의 눈은 갈수록 높아지는데, 잘못된 제품을 검수 없이 보내서 소비자가 받게 되면 제품과 브랜드에 대한 신뢰가 뚝뚝 떨어집니다. AS 요청도 빗발치겠죠.
에이팀벤처스의 온라인 제조 매칭 플래폼 카파 비교견적이 드리는 제조 팁!
이번 편에서는 이익과 직결되는 “검수”에 대해 알려드릴게요.
검사란 물품을 측정, 점검해 적합한 것지 판정기준과 비교하여, 개개의 물품에 대해서 적합품 또는 부적합품의 판정을 내리는 것을 말합니다.
검수(檢收)는 물건의 규격, 수량, 품질 따위를 검사한 후 물건을 받는 것입니다.
조금 더 쉽게 말하면, 검수는 양산품의 품질을 확인해 물건을 받는 것입니다. 원하는 기능이 구현되었는지, 형태/색/후가공이 잘 되었는지를 보는 것이죠. 제품의 생산 과정을 아래와 같이 도식화한다면, 검수도 단계별로 부품 단위, 반제품 단위, 최종 제품 단위로 할 수 있겠죠.
제품 생산 과정
1. 검수의 단계
1) 부품 단위: 시사출물, 정밀가공품, 전자부품, 상용 부품의 치수, 강도 등을 확인합니다.
2) 반제품 단위: 전자부 등이 조립이 잘 될 지 조립성 등을 살펴봅니다.
3) 제품: 조립이 잘 되었는지, 기능을 제대로 구현하고 작동하는지 확인합니다.
2. 검수의 기본 원칙
1) 편차 확인을 위한 충분한 수량 확보
– 편차(deviation)란 관측값과 평균의 차이를 말하는데요. 통계를 배운 분이라면 아래 정규분포 그래프를 보셨을 것입니다.
표준편차(자료의 산포도를 나타내는 수치)라는 개념에서 살펴보면, 양산 제품의 경우 표준편차가 작으면 작을수록 좋겠죠.전수 검사가 아닌 샘플링 검사에서 편차를 확인하는데요. 양산 과정에서 편차를 확인하고 줄여나가기 위해서 너무 적은 수량을 샘플링해서 검사하면 안 되겠죠. 검사를 위한 충분한 수량을 확보해야 합니다. 전수 검사와 샘플링 검사에서 좀 더 자세히 말씀드릴게요.
정규분포 그래프
2) 검사 측정 도구 준비
– 검사할 때 기준치가 되는 값을 측정해 내기 위한 도구들이 필요합니다.
가장 간단한 것은 맨눈으로 보는 것이죠. 색과 형태, 기능이 동작하는 것을 볼 수 있습니다.상대물이 있다면 조립도 해보고요. 무게를 재어보거나, 떨어뜨려볼 수도 있겠죠. 원하는 기능과 형태가 제대로 나왔는지 보기 위한 측정 도구를 준비합니다.
카파 비교견적에서 bclip을 양산 후 검사 진행 중인 모습양산 후 검사 진행 모습. 무게 측정
3) 최종 납품을 위한 표준견본화
– 표준 견본(표준 샘플)은 쉽게 말해, 이 견본대로 양산 제품이 나오면 OK!라는 뜻입니다. 요구되는 품질의 허용 한도에 근접하거나 일치하는 제품으로 선정합니다.
표준 견본은 치수/측정의 기준이 되기 때문에 매우 중요한데요. 예를 들어 반도체의 부정확한 견본을 승인했을 경우, 생산된 수백만 개의 반도체 칩을 폐기해야 할 수도 있습니다.
카파 비교견적의 양산 표준 견본 모습
3. 검사 방법 – 전수 검사인가? 샘플링 검사인가?
중국 선전에서 양산해서 국내로 들여왔는데검토하다보니 불량이 발견돼서 전수 재검사를 했습니다.
– 모바일 헬스케어 스타트업 BBB 하드웨어 총괄 이윤성 팀장
전수 검사와 샘플링 검사는 말 그대로 전량을 검사하느냐, 일부 샘플을 검사하느냐의 차이입니다.
– 제품의 로트로부터 일부 채취한 물품을 조사하고 해당 결과를 판정 기준과 비교하여 로트의 합격, 불합격을 결정하는 방법입니다. 샘플링 검사는 품질 기준이 명확해야 하고, 샘플링이 랜덤하게 처리되어야 합니다.
▶ 샘플링 검사가 필요한 경우
파괴검사의 경우(재료의 인장강도 시험, 전구나 진공관의 수명 시험)
연속체나 대량품의 경우(석탄, 약품, 가솔린, 전선 등)
검사항목이 많은 경우
1회 생산 수량이 많아 전수 검사 비용의 부담이 너무 클 때
생산자에게 품질향상의 자극을 주고 싶을 경우
합격 생산품 중에 불량품이 어느 정도 섞여 들어가도 괜찮을 때
4. 누가 검수할 것인가? – 검수 주체에 따른 장단점과 리스크
사실 제품화를 처음 해 보는 하드웨어 스타트업이나 초기 기업에서는 어떤 것을 어떻게 검사해야 하는지도 잘 모를 수 있습니다.
그래서 양산 공장에서 알아서 해주기를 바라는 경우도 있는데요. 언제나 그렇듯 각각 장단점이 있습니다.
▶ 공장에서 검수
장점) 싸고 빠름
단점) 퀄리티 기준이 낮거나 관대함(=웬만하면 OK), 문제가 발생해도 늦게 감지됨, 향후 책임 소지 다툼 여부
▶ 직접 검수
장점) 꼼꼼하고 문제 발생시 감지가 빠름, 불량시 의사 결정이 빠르고 책임 여부가 확실
단점) 전문가가 아닐 경우 문제와 해결책을 알기 어려움, 직접 검수 인원의 인건비 고려 필요
생각해 보면 소비자의 눈높이에 맞는 제품을 만들기 위해서는 제조 공장 반대 입장에서의 전문가가 필요할 것입니다.
예를 들어 집을 지을 때 건축주와 시공사, 감리사가 있죠. 시공사는 시공 기간을 단축하고, 자재를 최대한 아끼려고 합니다. 건축주는 건축에 대한 전문가는 아니니 감리사(건물 시공할 때 관리감독하는 사람)가 필요합니다.
온라인 제조 서비스 카파 비교견적은 제조 경험이 많은 제조 파트너들과 진행합니다.
시제품 제작, 양산 제조 후에도 최종 결과물을 꼼꼼히 검수해 납품하죠. 제조 및 양산 경험과 노하우가 많은 제조 전문가가 검수하기 때문에 고객은 시간을 아끼고 다른 상품화 역량에 집중할 수 있습니다.
불량품이 양산되고 있는데, 빨리 감지 하지 못하거나최종 납품 단계에서 불량품이 걸러지지 않은 채 고객에게 배송이 되면 손실은 걷잡을 수 없이 커질 것입니다.
검사를 미리 미리 해야 하고, 검수에도 비용이 든다는 사실을 잊지 마세요.
이렇듯, 제조하기 위해서는 전문가들과의 소통이 필수입니다.
제조 견적비교부터 상담 및 제조까지, 카파 비교견적에서 진행해 보세요!
