3D 프린팅, 복잡한 부품 조립을 넘어선 일체형 설계의 새로운 가능성 제시
제품 개발 과정에서 다수의 부품을 조립하는 것은 시간, 비용, 그리고 잠재적 오류 발생이라는 여러 도전 과제를 수반합니다. 특히 시제품 제작 단계에서는 이러한 문제들이 더욱 부각되어 개발 일정 지연 및 비용 증가로 이어질 수 있습니다. 기존 제조 방식의 제약으로 인해 복잡한 형상의 부품을 단일체로 구현하기 어려웠던 것이 주요 원인입니다. 그러나 3D 출력 기술의 발전은 이러한 한계를 극복하고, 부품 일체화 설계를 통해 제품 개발 방식의 효율성을 높이고 있습니다. 본 글에서는 3D 프린팅이 어떻게 부품 일체화 설계를 가능하게 하며, 실제 산업 분야에서 어떠한 이점을 제공하는지 살펴보고자 합니다.
전통적인 제조 공정은 각 부품을 개별적으로 생산한 후 정교하게 조립하는 방식을 따릅니다. 이는 정밀한 공차가 요구되는 복잡한 제품에서 조립 공수 증가와 함께 불량률 상승의 위험을 내포합니다. 예를 들어, 전자 제품의 내부 하우징이나 의료 기기의 복잡한 유체 채널과 같은 경우, 수십 개의 부품이 정교하게 맞물려야만 합니다. 이 과정에서 각 부품의 공차 누적은 제품의 기능 저하를 초래할 수 있으며, 생산 비용의 상당 부분이 조립에 할애되기도 합니다. 많은 개발자들이 다음과 같은 어려움을 경험하곤 합니다.
“분명 좋은 아이디어인데, 여러 부품을 조립하는 과정에서 매번 문제가 발생합니다. 정밀도를 맞추는 것도 어렵고, 조립 비용도 예상보다 훨씬 많이 들어서 시제품 개발이 계속 지연되고 있습니다.”
이러한 문제점들은 설계 자유도에 제약을 가하여 아이디어 구현 과정에 영향을 주기도 합니다. 기존 공법으로는 복잡한 내부 구조나 경량화를 위한 격자 구조 등을 구현하기 어려웠고, 이를 해결하기 위한 새로운 접근 방식이 요구되었습니다. 3D 출력은 이러한 요구사항에 대해 효과적인 대안을 제시하며, ‘부품 일체화 설계’라는 개념을 통해 효율성과 신뢰성을 동시에 확보할 수 있도록 돕습니다.
3D 출력 기술의 강점 중 하나는 적층 제조 방식을 통해 복잡한 형상을 단일 부품으로 제작할 수 있다는 점입니다. 이는 기존에 여러 부품으로 나뉘어 조립되던 어셈블리를 하나의 통합된 구조로 설계하고 생산할 수 있도록 해줍니다. 이 과정은 조립 단계를 단축하고 조립 불량률을 줄이는 데에 효과적이며, 전체 시스템의 강성과 경량화를 가능하게 합니다. 특히 시제품 제작 단계에서 이러한 방식은 빠르고 정확한 반복 테스트를 가능하게 하여 개발 기간 단축에 기여합니다.
부품 일체화 설계에는 다양한 3D 프린팅 소재가 활용될 수 있는데, 그중 ABS-like 소재는 실용성과 정밀성을 동시에 만족시키는 선택지 중 하나입니다. ABS-like 수지는 일반적인 엔지니어링 플라스틱인 ABS와 유사한 경도, 인성, 내충격성을 갖추고 있으며, 액상 광경화 방식(SLA 또는 DLP)으로 출력되어 높은 표면 조도와 정밀도를 구현할 수 있습니다. 이는 정교한 외관이나 완성도 높은 시제품 구현이 필요한 경우에 특히 유리합니다. 예를 들어, 전자 제품 외관 케이스 제작 시 ABS-like 소재는 매끄러운 표면 처리와 섬세한 디테일을 가능하게 하여 만족도 높은 시제품 개발을 지원합니다.
ABS-like 소재의 특징은 부품 일체화 설계에서 더욱 부각됩니다. 기존에는 여러 조각으로 나누어 설계해야 했던 스냅핏(Snap-fit) 체결 방식의 부품도, 정밀 출력과 높은 인성 덕분에 단일 부품으로 재설계할 수 있습니다. 이렇게 구현된 부품은 체결성이 우수하고 반복적으로 결합과 분리가 이어져도 파손의 위험이 낮아, 프로토타입 단계에서의 기능 검증 및 구조 테스트에 유리합니다. 예를 들어, 의료기기나 자동차 내부 부품처럼 정밀하면서도 내구성이 요구되는 부품의 경우, 이러한 방식이 특히 효과적입니다. 물론 ABS-like 소재는 마찰이 심한 환경에는 권장되지 않지만, 대부분의 시제품이나 테스트 목적에 적합한 성능을 갖추고 있습니다.
실제 사례를 통해 그 효과를 확인해볼 수 있습니다. 한양3D팩토리의 고객 중 한 곳은 복잡한 내부 구조를 갖는 센서 모듈 시제품을 개발하던 중 조립 공정에서 큰 어려움을 겪고 있었습니다. 센서 본체, 배선 고정 브래킷, 외부 지지대 등 총 7개의 부품이 수작업으로 조립되어야 했고, 이 과정에서 시간 소요와 조립 불량이 빈번하게 발생했습니다. 해당 고객은 ABS-like 소재를 사용한 부품 일체화 설계를 통해 7개의 부품을 하나의 통합 구조로 재설계했습니다. 내부 배선 채널과 지지 구조를 포함한 통합형 센서 하우징을 출력했고, 결과적으로 조립 시간은 대폭 단축되었으며 불량률도 크게 줄어들었습니다. 또한, 통합 구조는 기존 조립체보다 무게가 가벼우면서도 구조적 안정성을 향상시켜 사용자 만족도 또한 높였습니다.
이처럼, 부품 일체화 설계는 단순한 조립 생략을 넘어, 제품 개발 과정 전반에 걸친 문제 해결과 효율성 개선으로 이어질 수 있습니다. 3D 출력 기술, 특히 ABS-like와 같은 소재를 적절히 활용하면 보다 유연하고 창의적인 제품 개발이 가능해지며, 새로운 설계 방식에 대한 가능성을 열어줍니다.
이번 사례를 통해 3D프린팅 기술이 복잡한 부품 조립의 한계를 극복하고, 부품 일체화 설계를 기반으로 한 고도화된 제품 개발을 가능하게 함을 확인할 수 있었습니다. 한양3D팩토리는 다양한 소재와 전문적인 출력 기술을 통해 구조 설계의 유연성과 신뢰성을 지원하고 있으며, 이에 관한 자세한 상담이 필요하신 경우 문의 주세요.
