신속한 프로토타이핑: 제품 설계와 신속한 프로토타이핑이 함께 사용되는 이유

신속한 프로토타이핑은 일반적으로 주로 3D CAD 파일에서 디지털 설계를 기반으로 3D 인쇄를 사용해 축척 모델 또는 조립품을 신속하게 제작하는 방식입니다. 물리적 프로토타입을 신속하게 개발하고 미세 조정할 수 있는 기능을 통해 엔지니어는 빠르고 비용 효율적인 방식으로 공동 작업자로부터 실행 가능한 피드백을 제공받을 수 있습니다. 산업 디자이너(영문)와 파트너는 신속한 프로토타이핑을 사용하여 사용자 테스트를 위한 미적 및 인체 공학적 측면을 평가할 수 있으며, 엔지니어는 프로토타입의 재료 특성과 성능에 대한 의견을 제공할 수 있습니다. 다른 공동 작업자는 생산 전에 신속한 프로토타입의 제조 가능성과 유용성을 검증할 수 있습니다.

신속한 프로토타이핑은 디지털 개념을 유형의 모델로 신속하게 변환해주는, 제품 설계에서 없어서는 안 될 필수 과정이 되었습니다. 이러한 신속한 실현은 즉각적인 피드백을 촉진하므로 잠재적인 설계 단점을 식별하는 데 도움이 되며 아이디어 구상에서 생산으로의 원활한 전환이 보장됩니다.

적층 제조 또는 3D 인쇄는 복잡한 설계를 제작할 수 있는 비용 효과적이고 효율적인 수단을 제공해 신속한 프로토타이핑을 혁신했습니다. 사용 편의성 접근 방식은 프로토타입 제작 시간을 단축하여 설계자가 더 빠르게 반복하고 설계 과제에 신속하게 대응할 수 있게 해줍니다.

CNC 기계가공은 특히 정밀한 공차 또는 특정 재료를 요구하는 구성요소에 정밀도와 지정된 표면 마감을 제공하여 신속한 프로토타이핑을 보완합니다. 또한 속도와 정확성을 조화롭게 제공하여 프로토타입이 제대로 기능하고 미세 조정되도록 보장합니다.

Autodesk Fusion은 CAD 설계와 3D 인쇄 및 CNC 기계가공 기능을 통합하는 통합 솔루션입니다. 이 통합 도구는 설계부터 생산에 이르는 전체 프로세스를 간소화하므로 제조 분야에서 신속한 프로토타이핑의 잠재력을 최대한 활용하려는 조직에게 최적의 선택이 될 수 있습니다.

사내 3D 프린터를 사용하면 신속한 프로토타이핑이 설계자가 업무 시간에 3D CAD 모델을 작업하고, 야간에 프로토타입 부품을 3D 인쇄하고, 다음 날 프로토타입의 설계를 테스트 및 미세 조정하는 24시간 주기로 마무리할 수 있습니다. 이러한 효율적인 주기를 통해 엔지니어링 팀은 고객과 공동 작업자가 제공하는 실행 가능한 피드백을 통합하여 반복 작업을 수행할 때마다 제품의 최종 형태에 더욱 가까워질 수 있습니다.

이 피드백 주기는 개발자가 생산 가동을 준비하기 전에 설계 문제를 식별하고 수정하는 데 도움이 됩니다. 또한, 수많은 제품 반복을 자유롭게 테스트할 수 있으므로 엔지니어는 위험성을 낮추면서 설계 개념을 탐색할 수 있습니다.

신속한 프로토타입 개발은 여러 단계를 거칠 수 있으며, 이 과정에서 프로토타입은 복잡성과 물리적 특성이 향상됩니다. 제품 개발 초기 단계에서 PoC(개념 증명) 프로토타입은 개념을 검증하고 제품의 실행 가능성을 보여주는 데 도움이 됩니다. 외형이 유사한 프로토타입은 완제품의 전체 기능을 갖고 있지 않지만 잠재적 최종 제품의 인체공학적 특성 및 사용자 경험을 보여줄 수 있습니다. 기능이 유사한 프로토타입은 최종 제품과 외형이 비슷하지는 않지만 기계적, 열적, 전기적으로 최종 제품과 동일한 기능과 특성을 갖고 있습니다. 마지막으로, 엔지니어링 프로토타입은 제조용으로 설계되고(DfM) 실험실 테스트를 위해 최소한으로 실행 가능한 생산 전 최종 프로토타입에 유사한 외형과 유사한 기능을 결합한 것입니다.

신속한 프로토타이핑은 적층 제조(3D 인쇄) 기술과 가장 자주 관련됩니다. 다른 프로토타이핑 기술도 있지만 대부분은 신속한 프로토타이핑 부류에 포함되기에는 너무 많은 비용이 듭니다. 예를 들어, 사출 성형은 광범위한 툴링 및 설정 요구사항으로 인해 신속한 프로토타이핑을 수행하기에는 실용성이 떨어지며 많은 비용이 들게 됩니다.

적층 제조에 적합하지 않은 신속한 프로토타이핑 부품의 경우 CNC 기계가공(절삭 제조)을 사용하는 것이 적절할 때도 있습니다. 그러나 CNC 기계는 일반적으로 3D 프린터보다 설정, 작동 및 툴링에 더 많은 시간이 소요되므로 신속한 프로토타이핑에 비교적 덜 보편적으로 사용됩니다.

결과적으로 다양한 종류의 적층 제조가 신속한 프로토타이핑과 동의어로 사용되고 있습니다. 가장 일반적인 적층 기술 세 가지는 상표 등록된 용어인 FDM(Fused Deposition Modeling)이라고도 알려진 FFF(Fused Filament Fabrication)(영문)와 SLA(Stereolithography)(영문), SLS(Selective Laser Sintering)입니다.

FFF/FDM은 가장 운영하기 쉽고 비용이 적게 들기 때문에 가장 널리 사용되는 3D 인쇄 형식입니다. 상당히 빠르므로 신속한 프로토타이핑에 적합합니다. 그러나 용융된 열가소성 수지 레이어를 적층하는 이 기술의 방식은 표면 결점을 생성하기도 합니다. 또한 3D 인쇄 기술의 해상도와 정확도가 가장 낮으므로 단순한 부품과 초기 단계의 프로토타입에 가장 적합합니다.

SLA와 SLS 3D 인쇄 모두 FFF보다 비용이 많이 들지만 FFF보다 더 강력하고 기능적이며 정확한 부품을 생산합니다. SLA는 레이저를 사용하여 다양한 종류의 수지를 높은 해상도와 정밀한 공차를 지닌 견고한 플라스틱 부품으로 경화합니다. 이는 외형과 기능이 유사한 프로토타입을 고속으로 제작하는 방법입니다. SLS는 기능 및 현장 테스트를 위해 기능이 유사한 엔지니어링 프로토타입을 제작하는 데 널리 사용되는 신속한 프로토타이핑 접근 방식입니다. 이 방식은 고출력 레이저를 사용하여 금속을 포함한 다양한 종류의 분말 입자를 함께 소결합니다. SLS는 복잡한 형상과 특이한 피쳐가 있더라도 매우 강한 부품을 생산할 수 있습니다.

신속한 프로토타이핑을 위한 다른 3D 인쇄 방법으로는 SLM(Selective Laser Melting), LOM(Laminated Object Manufacturing), DLP(Digital light processing), 바인더 제팅 등이 있습니다. SLM 또는 분말 베드 융합은 티타늄, 알루미늄, 스테인리스강 및 기타 금속 분말로 프로토타입 또는 생산 부품의 레이어를 쌓아 올리는 또 다른 금속 적층 방법(영문)입니다. DLP 기술은 SLA와 유사하면서도 더 빠르고 저렴하지만 인쇄 및 경화 작업 중에 지지 구조물이 필요할 수도 있습니다. LOM 적층 기술은 기계 절단 종이, 플라스틱 또는 기타 재료의 레이어를 서로 부착하여 부품을 제작합니다. 마지막으로 바인더 제팅은 다양한 재료 분말을 활용할 수 있는 빠른 3D 인쇄 방법입니다. 이 방법은 분말 레이어를 미세한 액적으로 분사하고, 레이어를 압축하고, 오븐 경화 또는 소결을 통해 객체를 마감하는 방식으로 분말 레이어를 결합합니다.