Intro
2000년대 초반까지만 해도 SLA방식이 주류였고 ‘쾌속조형기’라는 이름으로 더 많이 불렸는데 FDM방식이 나오고 나서부터 ‘3D 프린팅’이란 이름으로 불리고 있습니다. 양산전에 시제품을 만들어 본 사람은 쉽게 알 수 있는 내용이지만 양산경험이 없는 회사, 시제품을 만들어본적 없는 1인기업가들에게 도움이 될까 하여 적는 글입니다.
시제품을 만들려면 어떤 3D 프린팅을 해야하나요?
작동이 필요한 시제품이라면 NC가공 추천.
먼저 제작목적이 중요합니다. 단순 디자인 확인을 위함이라면 저렴하고 납기가 빠른 FDM방식이 가장 좋고 작동확인을 위한 것이라면 NC가공으로 만드는 것이 가장 좋습니다.
기구설계 엔지니어의 손을 거치지 않고 플라스틱 제품을 처음 만드는 경우 플라스틱의 재질을 선정하지 않고 시제품부터 만드는 경우가 있습니다.
플라스틱의 종류는 수만가지이며 제조사별로 특성이 다른 경우도 있고 특정 용도에 특화된 플라스틱도 있습니다.
이런 재료의 특성을 살리기 위해서는 그 재료로 만들어진 블럭을 NC라는 기계로 깎아서 만드는 NC가공을 추천드립니다.
NC가공의 장점
NC가공은 시제품 만드는 방식중에 치수정밀도가 가장 높습니다. 여러 생산방식중에 금형사출보다 더 정밀한 치수를 뽑아낼 수 있습니다.
손으로 만지며 특히 움직이는 물건 같은 경우는 치수 0.01 ~ 0.05 mm차이로도 유격이나 사용감에 차이가 생깁니다.
또 다양한 재료를 활용할 수 있는 장점이 있고 플라스틱이 아닌 금속도 NC가공으로 시제품을 만들 수 있습니다.
NC가공의 단점
NC가공의 가장 큰 단점 하나는 ‘가격’입니다.
제품 크기보다 더 큰 ‘블럭’을 구매하는 것 부터 비용이 들어가며 블럭을 깎아낸 잔여물은 버려지게 됩니다.
일반적으로 높은 치수정밀도를 위한 가공에 사용되기에 NC가공기의 치수 정밀도도 높고 가격도 비쌉니다.
그리고 단단한 플라스틱을 깎다보니 NC가공기의 강성도 아주 중요합니다. 깎는동안 큰 힘이 걸리는데 NC가공기가 공구를 단단하게 잡지 못하고 출렁거리게 된다면 출렁거리는 만큼 형상이 어긋나게됩니다.
이는 NC가공기의 가격을 증가시키는 원인중 하나입니다.
제조업에서는 비싼기계로 장시간 제조하는 제품의 가격이 높습니다. 따라서 NC가공은 플라스틱 시제품 제조법중에 가격이 가장 비싼 편입니다.
제품 외형만 확인할 것이라면 FDM방식 추천
모니터 속의 3D모델을 실물 크기로 확인해보는 용도는 FDM방식이 가장 좋습니다.
FDM방식이 우리가 일반적으로 알고 있는 3D프린터입니다. 플라스틱 필라멘트를 녹여서 층층이 쌓아올리면서 형상을 만드는 방식입니다.
FDM방식의 장점
FDM방식의 최고 장점은 가격입니다.
재료비, 기계값 모두 NC방식에 비해 월등하게 저렴합니다.
3D 프린팅의 원료가 되는 필라멘트도 알맞은 규격품으로 저렴하게 구매할 수 있고 또 버리는 재료의 손실도 NC가공에 비해 극히 적은수준입니다.
기계값도 아주 저렴합니다. 공작기계중에 가정이나 사무실에 보급할 만큼 저렴한 기계는 FDM방식 3D 프린터 밖에 없습니다.
더 저렴한 프린터도 많습니다.
FDM방식의 단점
최고 단점은 적층자국이 남는다는 것, 열로 인한 번형이 생긴다는 것 입니다.
- 적층자국 : 필라멘트를 녹여 플라스틱 형상을 한층 한층 쌓아나가는 방식이며 제작속도를 높이기 위하여 한 층의 두께를 두껍게 설정하면 그만큼 겉으로 티가 나게 됩니다.
그렇다고 적층 두께를 얇게하면 생산시간이 오래 걸립니다.
매끄러운 표면이 중요한 시제품은 물사포질 등의 후가공을 거치거나 SLA방식으로 뽑는 것을 권합니다.
- 열변형(수축변형) : 뜨거운 상태에서 만들어진 플라스틱은 식으면서 그 모양이 점점 찌그러집니다.(변형됩니다.)
FDM방식 3D프린팅은 제품이 틀 안에서 어느정도 식는 형태가 아니라 외부 구속이 없는 자유상태에서 식기에 예상치 못한 형상으로의 변형 가능성도 높습니다.
사출성형도 액체상태로 녹인 플라스틱이 고체가 되고 식어가면서 변형이 생기는데 FDM방식도 마찬가지이며 사출성형의 변형보다 더 클 때도 많습니다.
- 열변형(내열온도 문제) : 대부분의 3D 프린팅은 ‘PLA’라는 플라스틱으로 이루어집니다. PLA는 녹을 때 독성물질이 배출되지 않고 다른 플라스틱보다 녹는점이 낮고 제품이 식을 때 변형도 적습니다.
3D프린팅을 할 때는 녹는점이 낮아 최상의 재료이지만 반대로 제작 후에는 낮은 온도에서도 녹는 단점이 있습니다.
PLA의 내열온도는 섭씨 60~70도이고 이 온도를 넘어가면 변형이 일어납니다.
자동차 내장재의 실내온도는 대부분 섭씨 120도 이상입니다. 한여름 차 안에 햇빛을 직접 받는 내장재는 온도가 보통 80도 이상으로 올라갑니다.
이런 환경이라면 PLA로 만든 제품들은 다 녹아내리겠지요.
10여년전에는 3D프린팅이 제조혁신을 가져다 줄 것이라는 전망이 쏟아졌지만 우리가 시장에서 3D 프린터로 만든 제품을 찾아보기 힘든 이유가 이 때문입니다.