3D프린터 시제품 vs CNC 가공품 비교

오늘 포스팅에서는 3D프린터로 만든 시제품과 CNC로 가공한 결과물에는 어떤 차이점이 있으며, 각각의 제작 방식별 특징과 장단점에 대해서 알아보는 시간을 가져보겠습니다.

시제품이란 시험 삼아 만들어본 제품을 말합니다. 제품을 개발하는 과정을 살펴보면 기획-디자인/설계-샘플 제작-생산 총 4가지 단계로 분류됩니다. 시제품 제작의 목적은 양산 전, 제품의 디자인과 성능, 사용성을 검토하고 최종 의사 결정을 내리기 위함입니다.

그런데 여기서 1가지 문제가 발생합니다. 시제품의 성격상 거의 대부분의 경우 다품종 소량생산 또는 단품 제작이 요구됩니다. 그러나 CNC와 같은 절삭 가공 방식은 제품을 대량으로 생산하기 위한 목적에 부합하며, 소량 생산시에는 효율성이 떨어집니다. 그래서 업체 선정에 어려움이 있으며 가공 단가의 상승으로 시제품 제작 비용의 부담이 높아지게 됩니다.

그래서 최근에 많이 활용되고 있는 방법 중 하나가 바로 3D프린터입니다. 3D프린팅은 기존의 CNC 가공 방식과 다르게 원재료를 쌓아서 적층 하는 방식으로 제품의 형상을 구현합니다. 이와 같은 제조 방식은 제품 생산 과정에서 소요되는 불필요한 재료 사용을 최소화할 수 있어 다품종 소량생산에 적합합니다.

FDM 방식의 3D프린터 출력 모습

3D프린터는 크게 4가지 종류로 분류됩니다. 플라스틱 등 열가소성 수지를 압출하여 적층 하는 FFF 방식, 일정 파장 이상의 빛을 조사하면 표면이 경화되어 굳어지는 성질의 열경화성 수지를 이용하는 SLA 또는 폴리젯 방식, 분말 재료를 사용하여 적층 하는 SLS 방식이 있습니다.

평면 가공기를 이용한 시제품 제작 과정

CNC 가공의 종류

CNC 가공의 가장 큰 특징이라면 플라스틱부터 금속까지 다양한 재료를 사용하여 제품을 생산할 수 있다는 점입니다. ABS, PC, PP, MC Nylon, PE 등 엔지니어링 플라스틱은 물론 스테인리스, 스틸, 알루미늄, 동, 구리와 같은 금속 재료까지. 그래서 일반 산업재부터 소비재까지 산업분야를 막론하고 범용적으로 사용될 수 있는 게 CNC 가공의 장점입니다.

MC Nylon 소재

3D프린터 시제품과 CNC 가공품의 차이점

그렇다면 3D프린팅과 CNC로 제작된 제품에 두드러지게 나타나는 몇 가지 특징들을 간략하게 알아보도록 하겠습니다.

표면 조도와 정밀도

표면 조도란, 제품의 표면 상태를 나타내는 말로 생각하시면 됩니다. 조도가 높을수록 면이 더 매끈하고 반대로 낮을수록 거칠다고 생각하면 됩니다.

3D프린팅은 기본적으로 재료를 녹이거나 굳혀서 적층 하여 제품을 생산합니다. 그러다 보니 소재가 경화되는 과정에서 우리 눈에는 잘 보이지 않지만 각각의 레이어(Layer) 간에 미세한 단차가 발생합니다.

반면에 CNC는 기존에 1차로 가공된 재료를 사용하여 형상 가공만 진행하기 때문에 표면 조도에 저하가 발생하지 않기 원재료 상태 그대로 시제품을 가공할 수 있습니다.

그리고 이와 같은 제작 과정의 차이로 인해서 정밀도 역시 크게 차이가 생깁니다. 3D프린터의 경우 고온에서 가열된 재료가 경화되는 과정에서 급속한 냉각으로 수축과 팽창이 발생하며 이것은 제품의 형상과 치수 변화에 영향을 줍니다.

(좌) 폴리젯 방식 결과물 / (우) SLS 금속 3D프린터 출력 사례

내구성, 내열성

다음으로는 소재 물성입니다. ABS와 같은 플라스틱도 화학성, 내열성, 기계적 특성에 따라서 다양한 종류가 있습니다. CNC 가공 방식을 일반적으로 플라스틱 사출 성형 공정에서 사용되는 거의 대부분의 재료를 사용하여 시제품 제작이 가능합니다.

반면에 3D프린터는 기존의 가공 방식과 다른 독특한 제작 방식을 사용하기 때문에 적용할 수 있는 재료가 CNC 방식에 비해서 다소 제한적입니다. 예를 들어 PC, 아크릴과 같은 소재를 사용해서 투명한 제품 생산이 필요할 경우 3D프린터로 시제품을 만들기보다는 CNC 가공 방식을 활용하는 것이 바람직합니다.

(좌) PC CNC 가공품 / (우) SLA 3D프린팅 결과물

물론 3D프린팅도 SLA 방식을 이용한 ABS Like를 사용하면 비슷한 느낌을 낼 수 있지만 표면 조도가 많이 떨어지기 때문에 시제품 제작 비용을 절감하는 것이 아니라면 CNC 작업이 선호됩니다.

이와 같은 제작 방식의 특성으로 인해서 사용 가능한 재료가 제한적인 부분은 위에서도 잠시 언급했지만 또 한 가지 큰 특징이 바로 내구성입니다. 원자재를 그대로 깎아내서 형상을 구현하는 CNC 작업과 다르게 3D프린터는 재료를 적층 하게 되며 이 경우 위에서 아래로 일정한 결방향이 발생합니다.

레이어(Layer) 간의 미세한 단차로 인해서 발생하는 이 차이는 동일한 결방향으로 힘이 가압될 경우 반대의 경우보다 내구성이 낮아서 파손에 취약한 측면이 있습니다. 내구성과 같은 요소는 가공 방식에 따른 특징이라면 내열성과 같은 소재 물성은 적용 가능한 소재의 제한성으로 발생하는 특징이라고 이해하시면 됩니다.

(좌) 3D프린팅 시제품 / (우) CNC 목업

올바른 시제품 제작 방법 선택 TIP

3D프린터로 시제품을 제작하는 것과 CNC를 이용하는 방법 중 어느 것이 좀 더 효과적인가? 물어보시는 분들이 있습니다. 중요한 것은 어떤 방법이 아니라 무엇이 요구되는가입니다. 제품에 요구되는 다양한 사양들을 고려하여 적절한 가공 방식을 선택하는 것이 시제품을 제작하는 올바른 방법이라는 점 꼭 기억하세요. 주식회사 본시스템즈는 제품 디자인부터 시제품 제작, 생산까지 제조 전문 원스톱 서비스를 제공합니다. 제품 개발 및 목업 제작 관련 자세한 문의 사항은 홈페이지 견적란을 통해서 문의하세요.