3D프린터, CNC, 레이저커팅···내 시제품에 맞는 선택은?

아이디어를 구현하는 다양한 방법

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 캐파가 드리는 제조 팁! 최적화된 시제품 제작 방법을 알려드립니다.

오늘은 시제품 제작 방법에 대해 말씀드릴텐데요, 수많은 제작 장비 가운데 디지털 제작 장비를 위주로 설명해 드리겠습니다.

먼저 디지털 제작 장비(Digital Fabrication tools)란 컴퓨터에 의해 제어되는 제작 장비를 의미합니다.

위 사진을 보면 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 겁니다.

이렇게 기존 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 합니다.

디지털 장비는 장인(匠人)에게 맡기는 것보다 비용이 싸집니다. 여러 대의 기계에서 한번에 제작할 수도 있으니 빠르고 정밀하죠. 또한 사람과 작업할 때처럼 5mm를 5cm로 잘못 전달하는 등의 커뮤니케이션 과정에서의 문제 발생 소지도 적습니다.

디지털 제작 장비는 대신 컴퓨터가 이해할 수 있는 수치를 입력해 줘야 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 있습니다.

물론 3D 프린팅과 CNC 밀링에 적합한 3D 모델을 만드는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 모델링에 시간을 많이 뺏길 것 같다고 판단되면 관련 전문가들에게 3D 모델링을 맡기는 편이 낫습니다. 제대로 제작할 수 있는 모델을 한 번에 만들기 때문에 전체적인 시간과 비용을 오히려 줄일 수 있습니다.

속이 빈 형상, 풀컬러 등엔 3D 프린터로

• 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 있어야 할 경우
• 풀컬러 표현이 필요할 때

제품 성능 테스트용 시제품을 만들 때 내부에 들어갈 카메라 및 센서 등이 실제로 작동하는 것까지 고려한다면 값비싼 CNC 보다 3D 프린팅으로 제작하는 것이 적합합니다.

초정밀, 강도 높은 제품엔 CNC가 제격

• 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

위 사진은 캐파(CAPA) 이전 '크리에이터블' 서비스를 운영할 당시 에이팀벤처스가 CJ의 의뢰로 파트너와 함께 제작한 대형 조형물입니다. CNC 밀링 머신을 사용했습니다. 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 가격이 비싸다는 점입니다.
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.

얇은 금속판 등 평면 재료엔 레이저 커터가 유리

• 2차원 평면의 재료로 만들 때
• 판을 잘라서 조립하는 형태를 만들 때
• 특히 얇은 금속 판을 잘라서 만들 때
• 복잡한 형상을 평면에 표현하고 싶을 때

레이저 커터는 레이저로 재료를 녹이면서 자르게 됩니다. 녹는 점이 매우 높은 돌이나 유리도 자르는 것이 가능하긴 하지만 몹시 비효율적입니다.

위 사진은 레이저 커터로 나무 판을 잘라서 소형냉방기의 박스 형태를 제작한 사례입니다. 자른 단면이 까맣게 탄 것처럼 보입니다.

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

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프리미엄 가전 시장을 만든 발뮤다(Balmuda)를 아시나요? 한때 '죽은 빵도 살려낸다'는 토스터로 유명해진 브랜드입니다.
발뮤다의 공기청정기 ‘에어엔진’은 3D 프린터로 시제품을 만들어 개발하기까지 걸린 기간이 10개월에 불과해 일본 산업계를 놀라게 했습니다. 벤처기업 지원을 위해 정부가 도쿄국립산업기술연구센터에 둔 3D 프린터를 적극 활용해 갖가지 시제품을 빠른 시간 내에 만들며 테스트해볼 수 있었던 덕분이라고 합니다. 이후 발뮤다는 본사 연구센터에 대규모 3D 프린터를 대량으로 구축해 제품 설계부터 시제품 개발까지 속도를 더욱 앞당기고 있다고 합니다.

한번 결정되면 형태를 바꾸기 어려운 양산품과 달리 시제품은 가급적 빠른 시간 안에 저렴하게 만드는 것이 중요합니다. 완제품을 만드는 것이 목적이 아니라 테스트를 거듭해 가며 단점을 보완하는 것이 목적이기 때문입니다.

이런 점에서 3D 프린터를 비롯한 디지털 제작 장비들은 시제품 제작에 드는 시간과 비용을 크게 절감해주고 있습니다. 이번에 소개해드린 팁을 바탕으로 자신이 만들고자 하는 시제품 성격에 맞는 디지털 제작 장비를 잘 선택해 보세요.