CNC의 한계를 넘어서: 금속 3D프린팅으로 구현하는 기능성 프로토타입
"혁신적인 설계안이지만, 기존 CNC 가공으로는 이 복잡한 내부 구조를 구현할 방법이 없습니다. 시제품 테스트 없이는 다음 단계로 나아갈 수 없는 상황입니다."
자동차 및 기계 산업의 연구개발 현장에서 위와 같은 기술적 한계에 직면하는 사례는 드물지 않습니다. 특히 경량화와 고강도를 동시에 만족시켜야 하는 부품, 혹은 유체의 흐름을 최적화하기 위한 복잡한 내부 채널을 가진 부품 설계는 전통적인 절삭 가공 방식으로는 제작 자체가 불가능한 경우가 많습니다. 이러한 상황에서 금속 3D프린팅 기술은 단순한 형상 표현을 넘어, 실제 작동 환경에서 테스트가 가능한 기능성 프로토타입 제작에 효과적인 대안으로 활용되고 있습니다.
금속 3D프린팅: 상상을 현실로 만드는 기술
금속 3D프린팅, 또는 금속 적층 제조(Metal Additive Manufacturing) 기술은 금속 분말을 레이저나 전자빔을 이용해 한 층씩 녹여 쌓아 올리는 방식으로 3차원 형상을 구현합니다. 컴퓨터에 입력된 3D 모델링 데이터를 기반으로 매우 정밀하게 조형하기 때문에, 기존의 절삭 가공(Subtractive Manufacturing) 방식으로는 접근조차 어려웠던 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다. 예를 들어, 부품 내부에 벌집 모양의 격자 구조(Lattice Structure)를 생성하여 무게는 줄이면서도 구조적 강도는 유지하거나, 냉각 효율을 향상시키기 위한 나선형 내부 구조를 적용할 수 있습니다.
기존 제조 방식의 한계와 금속 3D프린팅의 가능성
CNC 가공으로 불가능한 형상 제작
전통적인 시제품 제작 방식인 CNC 가공은 원재료 덩어리를 깎아내는 방식이므로, 공구가 접근할 수 없는 내부 공간이나 복잡한 언더컷 구조는 제작에 명백한 한계가 존재합니다. 여러 부품을 따로 제작하여 용접하거나 조립해야 하므로 공정이 복잡해지고, 이는 곧 잠재적인 고장 지점의 증가로 이어질 수 있습니다. 반면 금속 3D프린팅 기술은 복잡한 일체형 부품을 제작할 수 있어 파트 통합과 경량화 측면에서 유리합니다.
높은 강도와 낮은 중량의 양립
금속 3D프린팅에 사용되는 소재는 기계 및 자동차 부품 제작에 활용되는 합금들로, 실사용에 가까운 물성을 재현할 수 있습니다. 위상 최적화(Topology Optimization) 설계 기술과 결합하면, 힘이 집중되는 부분만 보강하는 구조를 설계하고 적용할 수 있어 경량화와 강도 확보를 동시에 달성할 수 있습니다.
기능성 프로토타입 제작의 새로운 패러다임
과거의 프로토타입이 주로 디자인과 조립성 검토에 머물렀다면, 금속 3D프린팅으로 제작된 기능성 프로토타입은 실제 구동 환경에서의 성능 테스트를 가능하게 합니다. 예를 들어, 자동차의 새로운 부품을 제작하여 실제 주행 및 작동 테스트를 통해 내구성, 진동, 열 변형 등의 데이터를 사전에 확보할 수 있습니다. 이는 개발 초기 단계에서 설계 오류를 발견하고 개선하는 데 큰 도움이 되며, 소량 제작 시에는 금형 제작 비용 없이도 제작이 가능하다는 장점이 있습니다.
도입 시 고려해야 할 기술적 특성
물론 금속 3D프린팅 기술이 모든 상황에서 우월한 것은 아닙니다. 일반적으로 CNC 가공품에 비해 표면 조도가 거칠어 정밀한 마찰면이나 결합부가 필요한 경우 연마, 폴리싱 등 후가공이 요구됩니다. 또한, 부품 형상이나 제작 수량에 따라 단가가 높아질 수 있으므로, 기술 도입 전에 설계 복잡도, 물성 요구 조건, 생산 수량 등을 종합적으로 고려하는 것이 필요합니다.
이번 글에서는 전통적인 CNC 가공 방식의 한계를 분석하고, 금속 3D프린팅 기반의 기능성 프로토타입 제작이 갖는 기술적 가능성과 활용 방안을 살펴보았습니다. 한양3D팩토리는 이와 같은 고도화된 3D프린팅 기술을 바탕으로 복잡한 부품 설계와 시제품 제작에 대한 전문적인 지원을 제공하고 있습니다. 기술 적용에 대한 자세한 안내가 필요하신 경우, 아래 링크를 통해 문의해 주세요.
