프로토타입 제작 방법 선택을 위한 중요한 고려 사항

마이클 팔로이안 | 2021년 2월 15일

이 주제에 대한 이전 기사에서 저는 디자인을 검증하기 위해 제품 디자인 및 개발 과정에서 프로토타입 제작의 중요성을 언급했습니다. 저는 가장 널리 사용되는 세 가지 신속한 프로토타이핑 기술을 포함하여 우리가 사용할 수 있는 다양한 플라스틱 프로토타이핑 옵션을 검토했습니다. 1부에서는 최상의 프로세스를 선택하기 전에 평가해야 할 12가지 고려 사항 중 전반부에 대해 논의했습니다. 이번 두 번째 기사에서는 동일한 프로토타입 제작 기술에 대한 다른 6가지 고려 사항을 검토하여 요구 사항에 가장 적합한 방법을 결정하는 데 도움을 줄 것입니다.

다음은 현재 사용 가능한 플라스틱 프로토타이핑 방법 목록입니다.

최고의 프로토타입 제작 방법을 선택하기 위한 나머지 6가지 고려 사항은 다음과 같습니다.

이 기사에서는 이러한 고려 사항을 각각 검토하겠습니다.

전체 외관, 간섭 검사, 인체 공학 및 전반적인 개념을 검증하기 위해 부품 프로토타입 제작에 대해 이전에 나열된 모든 프로세스를 지정할 수 있습니다. 그러나 특정 재료 특성을 기반으로 한 부품 설계 검증은 완료하기가 훨씬 더 어렵습니다. 프로토타입 사출 성형은 생산 부품과 거의 동일한 부품을 생산하는 유일한 프로토타입 제작 옵션입니다. 거의 동일하다고 설명한 이유는 도구 설계, 품질, 구성, 재료는 물론 가공 조건으로 인해 프로토타입 사출 성형 부품과 생산 부품 간에 약간의 차이가 발생할 수 있기 때문입니다.

두 번째로 좋은 프로토타입 제작 옵션은 CNC 가공과 FDM입니다. 특정 플라스틱 재료의 단일 슬래브에서 절단된 CNC 가공 부품은 생산 부품을 밀접하게 나타내는 부품을 제공합니다. 슬래브 스톡은 두꺼운 단면으로 압출 성형되거나 사출 성형된다는 점에 유의해야 합니다. 생산 재료와 정확히 일치하는 경우는 거의 없습니다. 대신, 특정 자료와 일반적으로 일치할 가능성이 매우 높습니다. 예로는 GP 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 아세탈, ABS 등과 같은 재료가 있습니다. 가공된 슬래브 스톡은 CNC 기계에서 수행할 수 있는 작업과 스톡 재료 크기의 가용성으로 제한된다는 점을 인식하는 것이 중요합니다. 또한 가공된 부품은 가공된 응력을 완화하기 위해 어닐링되어야 합니다. 또한 압출 또는 사출 성형 슬래브 스톡의 분자 구조가 사출 성형 부품의 분자 구조와 다르다는 점도 알아야 합니다. 특히 유리 강화 소재의 경우 더욱 그렇습니다.

CNC 가공과 달리 FDM 프로토타입은 거의 모든 열가소성 소재로 제작할 수 있습니다. 미니 압출기를 사용하면 대부분의 열가소성 수지를 FDM 프린터용 필라멘트로 압출할 수 있습니다. 인쇄된 부품은 공차를 제외하고 기하학적으로 3D CAD 파일과 동일합니다. FDM의 단점은 인쇄된 부품의 이방성 동작입니다. XY 평면의 재료 특성은 Z축의 재료 특성과 크게 다를 수 있습니다. 차이의 정도는 재료와 가장 중요하게는 프린터에 따라 다릅니다. 일부 프린터에서는 Z축 재료 강도가 XY 평면의 90%라고 주장합니다. 그러나 대부분의 프린터는 이 수준의 상관관계에 근접하지 않습니다. 가장 중요한 특성 차이 중 하나는 재료의 굴곡 강도입니다. 간단한 해결 방법은 스냅 잠금 장치와 같은 기능을 별도의 부품으로 인쇄하고 빌드 그레인이 굴곡 방향으로 움직이는 것입니다. 나중에 용제나 접착제를 사용하여 스냅을 주요 부품에 접착할 수 있습니다.

여러 개의 작은 비트를 하나의 조각으로 결합한 수제 프로토타입은 CNC 가공 조각과 같이 상업적으로 이용 가능한 재고 재료로 제한됩니다. 수제 프로토타입은 공정으로 인해 사출 성형 부품과 더 유사할 수 있습니다. 그러나 완성된 프로토타입은 CNC 가공 부품보다 훨씬 더 섬세합니다. 왜냐하면 주요 부품은 일반적으로 여러 개의 작은 부품을 용제 또는 접착제와 함께 접착하여 제작되기 때문입니다. 따라서 수제 프로토타입은 신뢰성을 가지고 낙하 테스트나 충격 테스트를 수행할 수 없습니다.