특수 소재, 고기능 시제품의 가능성을 열다
제품 개발 현장에서 많은 엔지니어와 디자이너가 공통적으로 겪는 어려움이 있습니다. 혁신적인 아이디어를 바탕으로 정교한 3D 설계를 완성했지만, 막상 시제품으로 구현하여 테스트하는 단계에서 좌절을 맛보는 경우입니다.
“설계는 완벽한데, 시제품 테스트만 하면 계속 파손됩니다. 실제품과 유사한 환경에서 성능을 검증할 방법이 없을까요?”
이러한 고민은 시제품이 최종 제품의 품질과 성공 가능성을 가늠하는 핵심적인 지표이기 때문에 더욱 깊어집니다. 일반적인 소재로 제작된 시제품이 기능적, 환경적 스트레스를 견디지 못한다면 개발 과정은 지연되고 불필요한 비용이 발생하게 됩니다. 이 문제에 대한 해답은 바로 특수 소재를 활용한 고기능 시제품 제작에 있습니다.
일반 시제품의 한계와 고기능 소재의 필요성
일반적으로 신속한 형상 확인을 위해 사용되는 PLA나 ABS 같은 소재는 최종 양산품이 요구하는 기계적 물성과 내구성을 온전히 구현하기에 한계가 명확합니다. 특히 조립성, 내충격성, 내화학성 등 실제 작동 환경에서 필수적인 요소를 검증해야 하는 ‘워킹 목업(Working Mock-up)’ 단계에서는 이러한 한계가 더욱 두드러집니다.
가령, 반복적인 마찰이나 결합이 일어나는 부품의 경우, 내마모성이 부족한 소재는 금세 마모되어 정확한 테스트를 방해합니다. 또한, 유체나 특정 화학물질에 노출되는 산업용 부품을 일반 플라스틱으로 제작하면 변형이나 부식이 발생하여 기능 검증 자체가 불가능해집니다. 결국, 시제품 단계에서 발견했어야 할 설계 오류나 잠재적 결함을 놓친 채 양산 단계로 넘어가 막대한 손실을 초래할 위험이 커지는 것입니다. 따라서 개발 초기부터 최종 제품의 사용 환경과 요구 성능을 만족시키는 특수 소재의 도입은 선택이 아닌 필수가 되고 있습니다.
차세대 시제품 소재, PA12의 특성과 잠재력
이러한 배경 속에서 가장 주목받는 엔지니어링 플라스틱 중 하나가 바로 PA12(폴리아미드 12)입니다. PA12는 단순한 형상 확인을 넘어 실제품에 준하는 성능을 구현할 수 있는 잠재력을 지닌 소재로, 고기능 시제품 제작에 최적화된 특성을 다수 보유하고 있습니다.
뛰어난 기계적 물성과 안정성
PA12는 플라스틱 소재임에도 불구하고 뛰어난 인성과 내충격성을 보이는 열가소성 소재입니다. 외부 충격에 쉽게 파손되지 않으며, 반복적인 하중에도 높은 내구성을 보여줍니다. 또한 폴리아미드 계열 소재 중 가장 낮은 수분 흡수율을 갖고 있어 습윤한 환경에서도 치수 안정성을 유지합니다. 다양한 산업용 오일과 화학 물질에 대한 내화학성도 우수하여, 자동차의 엔진룸 부품이나 유압 장비의 커버처럼 가혹한 환경에 노출되는 제품의 고기능 시제품을 제작하는 데 적합합니다.
복잡한 형상 구현의 자유
PA12는 주로 SLS(선택적 레이저 소결) 방식으로 3D 프린팅되며, 분말 형태의 재료를 층층이 소결하는 방식이라 서포터(지지대) 없이도 정밀한 형상 구현이 가능합니다. 이를 통해 복잡한 내부 구조나 언더컷, 조립이 필요한 형상도 효과적으로 구현할 수 있습니다. 특히 다수의 부품을 단일 파트로 통합하거나, 유체의 흐름이 중요한 채널 구조 등을 제작할 때 유리한 접근 방식을 제공합니다.
[사례 1] 자동차 에어 인테이크 시스템 워킹 목업
한 자동차 부품 전문 기업은 신형 엔진에 적용될 에어 인테이크 매니폴드 개발에 어려움을 겪고 있었습니다. 해당 부품은 제한된 공간 안에서 공기 흐름을 극대화해야 했기 때문에 내부 형상이 매우 복잡했으며, 엔진의 진동과 높은 열을 견뎌야 했습니다. 기존 CNC 가공 방식으로는 복잡한 내부 유로를 구현하기 어려웠고, 일반 3D 프린팅 소재로는 내열성과 내구성을 확보할 수 없었습니다.
이 프로젝트에 PA12 소재와 SLS 3D 프린팅 기술을 적용하였습니다. 서포터 없이 복잡한 내부 유로 구조를 구현할 수 있었을 뿐만 아니라, 소재 자체의 기계적 강도와 내환경성 덕분에 실제 차량에 장착하여 주행 테스트까지 진행할 수 있었습니다. 이를 통해 개발팀은 조립성 검토는 물론, 실제 작동 환경에서의 공기 흐름 효율과 내구성까지 사전에 검증하며 설계 완성도를 높일 수 있었습니다.
[사례 2] 산업용 특수 밸브 소량 생산 전 기능 검증
화학 플랜트에 사용될 새로운 디자인의 특수 밸브를 개발하던 한 업체는 금형 제작 전, 소량의 시제품으로 실제 현장 테스트를 진행하고자 했습니다. 이 밸브는 내부 유체의 압력을 견디는 동시에 정밀한 조립 공차를 만족시켜야 했습니다.
이때 PA12 소재를 활용한 시제품 제작이 해결책이 되었습니다. 수십 개의 프로토타입을 비교적 저렴한 비용으로 제작하여 조립성을 면밀히 검토하고, 내부 압력 테스트를 통해 설계의 구조적 안정성을 검증하였습니다. 특히 PA12의 우수한 내화학성 덕분에 실제 사용될 화학 물질에 대한 반응까지 테스트할 수 있었습니다. 만약 이 과정 없이 곧바로 금형 제작에 들어갔다면 발견되었을 설계 결함을 사전에 수정함으로써, 금형 수정 비용과 개발 기간을 단축하는 효과를 거둘 수 있었습니다.
이처럼 고기능성 소재를 활용한 시제품 제작은 단순한 형상 확인을 넘어, 실제품에 준하는 성능 검증을 가능하게 하여 개발 과정의 리스크를 줄여줍니다. 제품의 핵심 기능과 내구성이 중요한 프로젝트라면, 초기 단계부터 특수 소재 도입을 적극적으로 검토하는 것이 성공적인 양산으로 가는 지름길이 될 수 있습니다.
이번 콘텐츠에서는 PA12와 같은 고기능 특수 소재를 활용한 시제품 제작의 중요성과 적용 사례를 살펴보았습니다. 복잡한 기능 검증이 필요한 개발 환경에서는 일반 소재가 가진 한계를 극복할 수 있는 대안으로 고도화된 엔지니어링 플라스틱의 선택이 주요한 전략이 될 수 있습니다. 한양3D팩토리는 고기능 시제품 제작에 최적화된 소재와 제작 방식을 바탕으로 다양한 산업군의 요구를 충족하고 있으며, 보다 구체적인 상담이 필요하신 경우 문의를 주세요.
