CNC가 신속한 프로토타입 정의에 이상적인 공정인 이유는 무엇입니까?

제품 개발 경쟁이 치열해질수록 모든 것이 속도에 달려 있습니다. 하지만 쾌속 프로토타입 제작이라고 하면 많은 사람들이 가장 먼저 떠올리는 것은 3D 프린팅입니다. 하지만 시제품에 최종 생산 부품과 거의 동일한 성능, 정밀도, 그리고 소재 특성을 부여할 수 있는 기술이 있는데, 바로 CNC 가공입니다.

많은 사람들은 신속한 프로토타입 제작의 정의를 "빠르게 모델을 만드는 것" 으로 해석하는데, 이는 제품 출시에 결정적인 영향을 미친다는 점을 고려하지 않은 것입니다.

아래 기사는 신속한 프로토타입 제작 에 대한 이해를 재정의하고, 실제 적용이 가능한 탁월한 성능을 갖춘 CNC 기술이 개념 증명에서 기능 테스트에 이르기까지 신속한 프로토타입 제작 프로세스 전체에서 가장 안정적이고 강력한 엔진이 되는 과정을 보여주는 기사입니다.

주요 답변 요약

JS Precision 팀이 프로토타입 제작에 CNC를 선택하는 이유는 무엇입니까?

Precision, JS는 신속한 프로토타입 제작 분야에서 12년 이상의 실무 경험을 보유하고 있으며, 항공우주, 의료기기, 가전제품, 자동차 부품 , 산업 자동화, 반도체 등 6대 주요 산업 분야에서 500개 이상의 고객에게 서비스를 제공하고 있습니다.

예를 들어, JS Precision은 수술 중 정밀성을 보장하기 위해 허용 오차가 ±0.005mm 이내인 고정밀 수술 도구 프로토타입을 의료 장비 회사에 제작했으며, 긴급 검증 요구 사항을 충족하기 위해 72시간 이내에 자동차 부품 회사에 엔진 테스트 프로토타입 20개를 공급했습니다.

항공우주 산업에서는 TC4 티타늄 합금을 사용하고, 5축 CNC 가공으로 복잡한 공간 각도를 구현하고, 허용 오차를 ±0.003mm 이내로 제어하여 고객이 궤도상 테스트를 완료할 수 있도록 지원하는 위성 구성 요소 회사를 위한 자세 제어 시스템 브라켓 프로토타입도 제작했습니다.

우리는 생산 라인용 장비를 제조하는 산업 자동화 회사를 위해 로봇 팔 관절의 프로토타입 30개를 제작했고, 이를 통해 그들은 단 48시간이라는 기록적인 시간 안에 시운전 일정을 맞출 수 있었습니다.

JS Precision의 엔지니어링 팀의 평균 CNC 가공 경험은 8년 이상 이며, 신속한 프로토타입 제작 프로젝트 1,000건 이상을 처리했습니다.

3축, 5축 등 40여 대의 CNC 고정밀 기계를 갖춘 이 작업장은 ISO 9001 및 ISO 13485 의료 품질 관리 시스템에 따라 운영되며, 다양한 분야의 프로토타입 제작 요구 사항을 완벽하게 이해하고 있습니다.

이 가이드는 실제 프로젝트의 요약을 바탕으로 작성되었으며, 모든 제안 사항은 실제로 검증되었으므로 완전히 신뢰할 수 있습니다.

고품질 CNC 고속 프로토타입 제작 서비스가 필요하시다면, 업계 경험을 갖춘 JS Precision이 분명 만족을 드릴 수 있습니다. CAD 파일을 제공해 주시면 견적을 신속하게 처리해 드리고, 제작을 시작하여 최단 시간 내에 프로토타입의 품질과 효율성을 보장해 드리겠습니다.

속도의 재정의: 현대의 래피드 프로토타이핑이란 무엇인가?

먼저 JS Precision이 어떤 과정을 거쳤는지, 현대의 신속한 프로토타입 제작 정의가 무엇인지 알아보겠습니다. CNC가 완벽한 선택인 이유를 이해하려면 신속한 프로토타입 제작이 무엇인지 설명해야 하기 때문입니다.

현대의 신속한 프로토타입 제작은 "모델을 더 빨리 만드는 것"이 아니라 "개념 증명 - 기능 테스트 - 시장 피드백 - 소량 파일럿 생산"이 반복되는 통합된 프로세스입니다.

전체 프로세스의 모든 단계에서 프로토타입의 정확한 데이터 지원이 필요합니다. 예를 들어, 개념 증명(PoC)을 위해서는 프로토타입이 설계 요건을 충족해야 하고, 기능 테스트(Functional Test)를 위해서는 프로토타입이 실제 하중을 견뎌야 하며, 시장 피드백을 위해서는 프로토타입의 품질이 양산품과 매우 유사해야 합니다.

신속한 프로토타입 제작의 성공적인 결과물은 "형식적 유사성", "정신적 유사성", "기능적 진정성"을 갖춰야 합니다.

즉, "형식적 유사성"은 외관이 최종 제품과 일치한다는 것을 의미하고, "정신적 유사성"은 재료적 특성이 대량 생산 기준에 가깝다는 것을 의미하며, "기능적 진실성"은 실제 사용 시나리오에서 성능을 시뮬레이션할 수 있다는 것을 의미합니다.

따라서 위의 세 가지 요구 사항은 프로토타입의 정밀도와 재료 강도에 대한 높은 요구를 제시했으며 , 이는 CNC 가공의 길을 열었습니다.

JS Precision은 현대의 신속한 프로토타입 제작 프로세스 의 핵심 요구 사항을 깊이 이해하고 있으며, JS Precision은 고객에게 "형식적 유사성, 정신적 유사성, 기능적 진정성"을 실현한 프로토타입을 제공하여 고객이 신속하게 반복하고 제품 출시를 추진할 수 있도록 지원합니다.

3D 프린터를 넘어: 신속한 프로토타입 제작 도구의 전체 스펙트럼 공개

이제 신속한 프로토타입 제작에 대한 정의와 엄격한 기준이 제시되었으므로, 주요한 신속한 프로토타입 제작 도구 몇 가지를 비교하고 수요가 높은 시나리오에 가장 적합한 도구를 찾고 싶습니다.

다음 표는 프로토타입이 실제 하중을 견뎌야 하거나, 극한 조건에서 작동해야 하거나, 정밀한 조립 검증을 거쳐야 할 때(예: 드론 팔, 고온 장비 부품, 의료 기기) CNC 가공이 확실히 첫 번째 선택임을 보여줍니다.

예를 들어, 매우 높은 생체적합성과 치수 정확도를 요구하는 의료용 임플란트 부품이 있습니다. 경우에 따라 실제 티타늄 합금을 사용한 CNC 가공을 통해 임상 시험 요건을 충족할 수도 있습니다.

일반적으로 3D 프린팅으로 제작된 금속 부품은 내부 기공이 많아 안정성을 확보하기 어렵습니다. 이러한 이유로 CNC는 쾌속 프로토타입 제작 도구 제품군에서 최상위 자리를 차지하고 있습니다.

그림 1: CNC 기계는 재료의 절단, 성형, 마무리 작업을 자동화하여 고정밀 프로토타입을 제작합니다.

CNC의 장점: 신속한 프로토타입 제작 프로세스에 대한 심층 분석

대부분의 신속한 프로토타입 제작에 대한 수요는 CNC를 사용하는 데 달려 있기 때문에, 이제 CNC 기반 신속한 프로토타입 제작 프로세스에 대해 설명하여 높은 효율성과 고품질을 실현하는 방법을 이해하도록 하겠습니다.

CAD 모델 수신:

고객은 STEP 또는 IGES 형식의 3D 설계 파일을 제공합니다. JS Precision의 엔지니어가 깊은 캐비티나 얇은 벽 등 가공 시 잠재적인 문제를 야기할 수 있는 설계 타당성 검토를 수행 하고 최적화 방안을 제시합니다.

고객 설계 시, 쉽게 변형될 수 있는 얇은 벽에 문제가 있는 경우, 보강을 위해 리브(rib)를 추가하는 것을 제안합니다. 예를 들어, 센서 하우징 프로토타입의 벽 두께는 1mm로 가공 중 변형되기 매우 쉬웠습니다. 리브를 추가하여 1.2mm로 조정한 결과, 1차 가공 수율이 70%에서 98%로 향상되었습니다.

CAM 프로그래밍 및 디지털 사전 시뮬레이션:

전문 CAM 소프트웨어를 사용하여 가공 경로를 생성할 때, 전체 가공 프로세스를 시뮬레이션 하고 공구 충돌 및 경로 오류와 같은 문제를 사전에 방지하기 위해 "디지털 사전 시뮬레이션" 기능을 동시에 활성화합니다. 이는 JS Precision 워크플로의 핵심 기술 중 하나입니다.

자동 공구 교환기 가공:

3축 또는 5축 CNC 공작기계가 사용됩니다. 어떤 것을 선택할지는 부품의 복잡성에 따라 달라집니다. 이처럼 복잡하고 다면적인 부품 가공에 사용되는 "다면 가공당 클램프 1개" 기술은 클램핑 작업 횟수를 줄이고 오차를 ±0.01mm 이내로 제어합니다.

온라인 검사:

가공 중 공구에 프로브를 사용하여 중요한 치수를 측정합니다. 모든 편차는 프로토타입의 요구되는 정확도를 유지하기 위해 즉시 조정됩니다 .

후처리:

후처리에는 가공 후 디버링, 마이크로 블라스팅, 또는 아노다이징 작업이 포함되며, 이러한 프로토타입은 추가 조정 없이 고객이 즉시 사용할 수 있도록 준비됩니다. 따라서 성공적인 CNC 프로토타입 제작은 쾌속 프로토타입 제작의 반복 시간을 단축했습니다.

그림 2: 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하면 엔지니어와 설계자가 제품의 상세한 3D 모델을 만들고 모든 세부 사항과 치수를 지정할 수 있습니다.

비용에 대한 진실: CNC 프로토타입 제작 및 제조로 비용을 절감하는 방법

많은 사람들은 CNC 가공 기술이 비용이 많이 든다고 생각하지만, 신속한 프로토타입 제작 및 제조 관점에서 보면 실제로는 주로 세 가지 측면에서 많은 비용을 절감할 수 있습니다.

1. CNC 프로토타입은 값비싼 금형 수정 비용을 피할 수 있습니다.

금형 제작 전에 CNC로 프로토타입을 제작하면 설계상의 결함을 사전에 충분히 감지할 수 있습니다. 예를 들어, 한 자동차 부품 제조업체는 CNC 프로토타입을 사용하여 구멍 위치의 2mm 편차를 발견하고 설계를 수정하여 10만 달러에 달하는 금형 재작업 비용을 절감했습니다.

2. CNC는 제품 출시 기간을 단축합니다.

CNC 프로토타입은 시간이 많이 소요되는 후처리 없이 후속 테스트에 바로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 한 전자 제품 고객은 CNC 프로토타입을 사용하여 2주 만에 기능 테스트를 완료했습니다. 이는 3D 프린팅보다 1주일 단축된 수치 입니다. 1주일은 프린팅 3일과 경화 2일을 포함하며, 결과적으로 제품을 한 달 일찍 출시하여 시장에서 상당한 우위를 점할 수 있었습니다.

3. 대량 생산으로의 원활한 전환이 가능합니다.

CNC 프로토타입 제작에 사용되는 대부분의 공정은 대량 생산에 매우 가깝습니다. 예를 들어, 알루미늄 합금 부품 프로토타입의 절삭 매개변수와 공구 선택은 대량 생산에 직접 적용될 수 있으므로 대량 생산 전환 및 재조정 비용의 위험을 줄일 수 있습니다.

신속한 프로토타입 제작 및 제조 측면에서 JS Precision의 CNC 서비스는 금형 수정을 줄이고, 출시 기간을 단축하며, 비용을 절감하는 데 도움을 드립니다. 특정 솔루션에 대한 자세한 내용은 문의해 주세요.

그림 3: CNC 공작 기계의 가치를 보여주는 한 가지 사례는 프로토타입 제품을 대량 생산하는 비용이 크게 감소했다는 것입니다.

올바른 신속 프로토타입 제작 장비 선택을 위한 가이드

적절한 쾌속 프로토타이핑 장비를 선택하는 것이 성공의 열쇠입니다. 다양한 요구에 따라 필요한 장비도 달라집니다. 다음 네 가지 측면을 기준으로 판단할 수 있습니다.

1. 재료 요구 사항:

• 프로토타입을 알루미늄 합금이나 티타늄 합금과 같은 금속으로 제작하는 경우 CNC 가공이 더 좋습니다.
• 프로토타입이 엔진 주변 부품처럼 고온을 견뎌야 하는 경우, CNC 가공 스테인리스 스틸이나 티타늄 합금으로 300℃ 이상의 고온 저항성을 충족할 수 있으며, 3D 프린팅 플라스틱 프로토타입은 150℃ 이상에서 쉽게 연화됩니다.
• 플라스틱이고 시각적 검증만 필요한 경우 SLA 3D 프린팅을 선택하세요.
• 진공 성형 방법은 소량의 플라스틱 부품 생산에 선택할 수 있습니다.

2. 치수 정확도:

의료기기 처럼 공차가 ±0.01mm 이상인 경우에는 CNC 가공을 선택해야 합니다. 장난감 조개처럼 공차가 ±0.1mm 미만인 경우에는 SLA 또는 FDM을 사용하는 것이 좋습니다.

3. 구조적 복잡성:

드론 암 커넥터처럼 복잡하고 다면적인 표면이나 깊은 홈이 있는 부품의 경우 5축 CNC를 선택해야 합니다. 컵 셸처럼 단순하고 매끈한 곡면의 경우 3D 프린팅을 선택할 수 있습니다.

4. 예산 및 처리 시간:

예산이 제한적($50-$200)이고 납품 시간이 매우 짧은 경우(1일 이내) 간단한 부품에는 FDM이 적합한 옵션이며, 예산이 충분($200-$1000)하고 고품질이 요구되는 경우에는 1-3일 이내에 납품할 수 있는 CNC가 필요합니다.

JS Precision은 3축부터 5축까지 다양한 쾌속 프로토타입 장비를 보유하고 있으며, 고객의 소재 및 정밀도 요구 사항에 맞춰 장비를 맞춤 제작합니다. 필요한 사항을 알려주시면 최적의 솔루션을 추천해 드리겠습니다.

사례 연구: 72시간 만에 CAD에서 비행 가능한 UAV 팔까지

고객 배경 및 과제

산업용 드론 스타트업의 탄소 섬유 복합재 암 커넥터는 투자 시연에 앞서 비행 테스트를 위해 설계 업그레이드가 필요합니다.

이전에 제작된 FDM 3D 인쇄 샘플은 2시간 동안 주파수 1000Hz에서 시뮬레이션 비행 진동 테스트를 진행하는 동안 파손되었는데, 인쇄된 재료의 인장 강도가 실제 하중에 비해 20MPa에 불과했기 때문입니다.

고객은 72시간 이내에 기능적 프로토타입을 제출해야 하며, 그렇지 않으면 투자 시연을 놓치고 500만 달러의 투자금을 잃을 수 있습니다.

JS Precision의 솔루션

1. 재료 및 공정 매칭:

JS Precision 엔지니어들은 재료를 분석한 결과, 3D 프린팅 부품의 층간 접합 불량이 균열의 주요 원인임을 확인했습니다. FDM 소재의 인장 강도가 최대 5배 높은 7075 항공우주 등급 알루미늄 합금을 사용할 것을 권장했습니다.

사전에 인장 시험을 통해 소재의 적합성을 검증했으며, 항복 강도는 고객 요구 사항 인 450MPa를 훨씬 뛰어넘는 505MPa에 도달했습니다. 실시간 시험 데이터는 고객과 공유되었습니다.

2. 신속한 대응 및 동시 엔지니어링:

CAD 모델(STEP 형식)을 접수한 후 2시간 이내에 CAM 프로그래밍 작업과 공정 계획이 완료되었으며, 백업 원자재(7075 알루미늄 합금 사전 재고 시트)도 미리 준비되었습니다.

모든 복잡한 곡면 가공은 5축 공작 기계에서 한 번에 수행되었으며, 주요 조립 표면 허용 오차 는 ±0.008mm 이내로 제어되었습니다.

3. 효과적인 후처리:

DMG MORI 5축 CNC 공작기계를 사용하여 단일 셋업으로 6개 표면을 가공했을 때 주요 조립 표면 공차는 ±0.005mm 이내였습니다. 가공 직후 초음파 디버링과 마이크로 블라스팅을 수행하여 표면 조도를 Ra 1.6μm로 개선했습니다.

동시에 좌표 측정기를 사용하여 중요한 연결 구멍을 다시 검사하여 구멍 직경 허용 오차가 조립품의 요구 사항을 충족하는지 확인하고 후속 조립품에서 틈이 생기지 않도록 했습니다.

결과 및 가치

고객 주문부터 실제 납품까지 단 70시간, 예정보다 2시간 앞당겨 완료되었습니다. CNC 가공된 커넥터는 후속 스트레스 테스트(1200Hz 진동 2시간 및 100kg 충격 테스트)에서 변형이나 파손이 발생하지 않아, 고객이 투자 시연을 성공적으로 통과하고 300만 달러의 투자를 유치하는 데 기여했습니다.

고객 피드백: "JS Precision의 CNC 프로토타입은 긴급한 요구 사항을 해결했을 뿐만 아니라 중요한 투자 기회를 유지하는 데에도 도움이 되었습니다."

그림 4: 접이식 드론 암 카본 튜브 커넥터

속도를 위한 엔지니어링: 신속한 프로토타입 제작 프로세스를 최적화하는 검증된 전략

신속한 프로토타입 제작 과정에서 공정 최적화는 CNC 효율성을 극대화하는 핵심입니다. JS Precision은 효율성을 높이고 비용을 절감하는 검증된 몇 가지 방법을 소개합니다 .

1. 디자인 단순화:

기능에 가치를 더하지 않는 불필요하고 복잡한 표면은 피하십시오. 예를 들어, 기계 부품에 불규칙한 표면이 6개 있는 경우, 이를 3개로 단순화하면 가공 시간이 8시간에서 4시간으로 단축되고 비용은 40% 절감됩니다.

2. 합리적인 허용 오차 설정:

불필요하게 높은 공차를 피하십시오. 예를 들어, 중요하지 않은 치수의 공차를 ±0.005mm에서 ±0.02mm로 넓히면 가공 난이도가 낮아지고 비용이 30% 절감되며 부품 기능에도 영향을 미치지 않습니다.

3. 지능형 소재 사용:

기능 테스트 초기 단계에서는 자유 가공 소재를 활용하십시오. 예를 들어, 가공이 어렵고 비용이 많이 드는 7075 알루미늄 합금 대신 , 가공이 쉽고 비용이 저렴한 6061 소재를 초기 테스트 단계에서 적용하고, 테스트 통과 후 목표 소재로 전환하면 초기 비용을 최대 25%까지 절감할 수 있습니다.

4. 표준화 및 모듈화:

JS Precision의 전처리 공정을 통해 나사 구멍 및 위치 결정 핀과 같이 일반적으로 사용되는 표준 구조 부품을 확보합니다. 또한, 일반적으로 사용되는 M3 및 M4 나사 구멍용 너트 인서트를 미리 가공하여 고객 프로토타입 조립품에 직접 장착할 수 있습니다. 이를 통해 현장 드릴링 및 태핑 작업을 생략 하고 가공 시간을 1~2일 단축할 수 있습니다.

이러한 방법은 CNC 신속 프로토타입 제작의 장점을 최대한 활용하여 더 빠른 속도와 더 낮은 비용으로 프로토타입을 개발하는 데 도움이 됩니다.

JS Precision은 설계 단순화와 합리적인 허용 오차 설정을 통해 CNC 고속 프로토타입 제조의 모든 이점을 극대화할 수 있도록 프로세스 최적화에 대한 제안을 제시하여 고객이 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있도록 돕습니다.

자주 묻는 질문

Q1: CNC 프로토타입 제작 속도가 3D 프린팅 속도와 정말 비슷합니까?

간단한 기하학적 3D 프린팅은 완성하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있지만, 고강도 기능성 프로토타입의 경우 CNC 가공이 훨씬 빠릅니다. 강도를 높이기 위한 후처리 시간이 없기 때문입니다. 예를 들어, 주먹만 한 부품은 CNC 가공을 통해 하루 만에 제작할 수 있지만, 3D 프린팅과 후처리를 병행하면 3일이 걸립니다.

Q2: CNC 가공은 어떤 소재를 지원합니까?

알루미늄 합금, 스테인리스강, 티타늄 합금, 황동, 그리고 POM, 나일론, PEEK와 같은 엔지니어링 플라스틱 등 거의 모든 종류의 엔지니어링 소재를 CNC로 가공할 수 있습니다. 이는 쾌속 조형의 핵심 장점 중 하나입니다.

Q3: CNC 가공 프로토타입의 최소/최대 가능 크기는 무엇입니까?

JS Precision의 장비는 수 밀리미터 크기의 부품부터 800mm가 넘는 대형 프로토타입까지 가공할 수 있습니다. 고객님의 도면을 바탕으로 필요한 정확한 크기를 결정해야 합니다. 도면을 보내주시면 최대한 빨리 피드백을 드리겠습니다.

Q4: CNC는 내부적으로 복잡한 흐름 채널이 있는 프로토타입을 어떻게 처리합니까?

JS Precision에 따르면, 이러한 복잡한 내부 공동과 유로 구조는 "분해 가공 후 접합" 또는 "용해성 지지체 사용" 공정을 통해 완벽하게 구현되었습니다.

Q5: 알루미늄 합금 프로토타입의 CNC 가공에 일반적으로 걸리는 시간은 얼마입니까?

JS Precision은 일반적인 주먹 크기 알루미늄 합금 부품의 경우 주문 후 배송까지 영업일 기준 1~3일이 소요됩니다. 신속한 프로토타입 생산 라인을 통해 효율적으로 주문을 처리할 수 있습니다.

Q6: 우리의 디자인은 매우 복잡한데, CNC로 처리할 수 있나요?

물론입니다. JS Precision은 5축 CNC 기계를 사용하여 매우 복잡한 자유형 표면과 내부 캐비티 구조를 가공할 수 있습니다. 설계 도면만 제공해 주시면 거의 확실하게 가공해 드릴 수 있습니다.

Q7: CNC 고속 프로토타입 제작에 대한 견적을 요청하려면 어떻게 해야 합니까?

STEP 또는 IGES 형식과 같은 3D CAD 파일만 JS Precision에 제공해 주시면 시스템이 분석을 수행하고 즉시 견적을 제시해 드립니다. 복잡한 프로젝트의 경우, 엔지니어가 연락하여 최적화 방안을 제시해 드립니다.

Q8: 프로토타입 디자인이 기밀로 안전하게 유지되도록 하려면 어떻게 해야 하나요?

JS Precision은 기밀 유지 협약(NDA) 을 엄격히 준수합니다. 모든 디자인 파일과 데이터는 철저히 보호됩니다. 고객의 지적 재산권은 저희의 생명줄과 같으니 안심하셔도 됩니다.

10. 요약

실제 테스트를 견뎌내고, R&D 반복을 가속화하며, 전체 비용을 절감할 수 있는 프로토타입을 원할 때 CNC의 이상은 자명해집니다. CNC는 프로토타입을 "겉모습"에서 "작동"하는 형태로, "단일 검증"에서 "대량 생산"으로 전환할 수 있습니다.

프로토타입이 제품 체인의 가장 약한 고리가 되지 않도록 하세요. JS Precision의 CNC 고속 프로토타입 제작 서비스를 선택하시면 고속 프로토타입 정의 컨설팅부터 장비 선택, 공정 최적화부터 케이스 맞춤 제작까지 전체 공정 서비스를 받으실 수 있습니다.

이어서 귀하의 디자인 파일을 당사 웹사이트에 업로드 하고 당사의 신속한 프로토타입 제작 서비스가 얼마나 빠르고 전문적이며 신뢰할 수 있는지 직접 확인해 보세요. 그러면 귀하의 성공으로 이끌어 줄 것입니다.