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CNC 프로토타입 가공: 알아야 할 모든 것

기능성 프로토타입을 위해 컴퓨터 제어를 사용하는 정밀 프로세스인 CNC 프로토타입 가공에 대해 알아보세요. 유형, 생산 단계, 응용 분야 및 이점을 알아보세요.
하이탑 / 블로그 / <a href="https://hitopindustrial.com/ko/cnc-프로토타입-가공/" title="CNC 프로토타입 가공: 알아야 할 모든 것">CNC 프로토타입 가공: 알아야 할 모든 것

생산에 있어 가장 중요한 것은 아이디어를 실질적인 제품으로 바꾸는 것입니다. 프로토타입은 엔지니어와 디자이너가 자신의 창작물을 테스트하고 개선하는 데 도움이 되는 아이디어의 실제 버전과 같습니다. 만드는 데 사용할 수 있는 다양한 방법이 있다는 점은 흥미롭습니다. 프로토타입, 그리고 CNC 프로토타입 가공 특별하다. 

CNC 프로토타입 가공 이해

CNC 프로토타입 가공

이름에서 알 수 있듯이 CNC(컴퓨터 수치 제어)를 사용하여 프로토타입을 제작합니다. 이 프로세스의 목표는 최종 제품과 유사하게 보이고, 작동하고, 작동하는 물리적, 기능적 모델을 만드는 것입니다. 제조업체는 이 기술을 사용하여 결함을 더 큰 규모로 생산하기 전에 결함을 수정합니다. 오류를 제거하는 데 도움이 되는 것 외에도 전체 비용이 절감됩니다.   

프로토타입의 유형

시각적 프로토타입

폼, 점토 또는 플라스틱을 사용하여 제작된 이 프로토타입은 기능이 없는 프로토타입이지만 제품이 어떻게 보일지에 대한 시각적 아이디어를 제공합니다. 디자이너는 이러한 모델을 사용하여 제품의 전망을 평가합니다. 

개념 증명 프로토타입

기능은 하지만 최종 제품과 정확히 같지 않은 불완전한 프로토타입입니다. 기본적으로 이 모델은 아이디어를 확립하고 실제 조건에서 잘 작동하는지 평가하는 데 도움이 됩니다. 폼, 판지 및 3D 프린팅 부품을 만드는데 사용됩니다. 

프레젠테이션 프로토타입

마케팅 목적이나 잠재 투자자에게 시연하기 위해 꼼꼼하게 프로토타입을 제작했습니다. 금속, 유리, 고급 플라스틱 또는 기타 고품질 재료 이 상세한 프로토타입을 만드는 데 사용됩니다. 

작동 중인 프로토타입

최종 제품과 동일하게 작동하는 기능성 제품입니다. 이를 만들기 위해 유리, 금속 또는 고급 플라스틱과 같은 고급 품질의 재료가 사용됩니다.

CNC 프로토타입 제작

1단계: 디자인 아이디어 구상 및 3D 파일 생성

  • 제품 디자이너와 엔지니어는 다양한 디자인 컨셉을 브레인스토밍하고 스케치합니다. 그들은 기능성, 미학 및 제조 가능성에 중점을 둡니다.
  • 설계는 CAD 소프트웨어를 사용하여 상세한 3D 모델로 변환됩니다. 이 모델은 최종 프로토타입의 모든 치수, 기능 및 공차를 정의합니다.

2단계: 생산 순서 및 CNC 프로그래밍

  • 엔지니어는 최적의 가공 작업 순서를 결정합니다. 그들은 도구 변경, 재료 제거 효율성 및 기계 이동 최소화를 고려합니다.
  • 시퀀스를 기반으로 특수 소프트웨어가 G 코드 지침을 생성합니다. 이는 CNC 기계에 도구를 이동하고, 설정을 조정하고, 궁극적으로 프로토타입을 만드는 방법을 알려줍니다.

3단계: 생산(가공)

  • 선택한 재료(플라스틱, 금속, 목재 등)가 머신 베드에 고정됩니다.
  • 드릴, 밀, 엔드밀과 같은 다양한 절삭 공구가 선택되고 프로그램을 기반으로 프로세스 전반에 걸쳐 자동으로 교환됩니다.
  • CNC 기계는 G 코드 지침을 꼼꼼하게 따르며 재료를 조금씩 제거하여 프로토타입의 원하는 기능과 형상을 형성합니다.

CNC 프로토타이핑 작업

갈기

CNC 밀링 머신

갈기 여러 절단 톱니가 있는 회전 원통형 도구가 고체 블록에서 재료를 제거하고 원하는 모양을 만드는 절삭 프로토타입 제조 공정입니다. 이 프로세스는 금속, 플라스틱 및 목재와 같은 재료를 사용하여 복잡한 형상, 윤곽, 슬롯 및 복잡한 기능을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 

사용된 기계: 3축, 4축, 5축 밀링 머신 일반적으로 사용됩니다.

응용: 기어박스, 하우징 유닛, 전자 부품과 같이 복잡한 세부 사항, 기능적 구성 요소 및 정확한 치수를 갖춘 프로토타입입니다.

선회

선반 가공이라고도 알려진 터닝은 고정된 절삭 공구에 대해 원통형 공작물을 회전시킵니다. 이 도구는 가공물이 회전할 때 재료를 제거하여 원하는 형태로 만듭니다. 샤프트, 부싱, 기어를 생성할 수 있습니다. 동일한 부품을 반복적으로 가공하는 데에도 사용할 수 있습니다.

사용된 기계선반 도구 자동 공구 교환을 위한 공구 홀더가 있는 터릿 선반, 길고 가는 부품 가공을 위한 스위스형 선반 등이 있습니다.

응용: 피스톤, 베어링 등의 프로토타입 패스너.

선반, CNC 프로토타입 가공

다축 가공

5축 CNC 기계

다축 가공은 3개 이상의 이동 축을 갖춘 기계를 사용합니다. 이를 통해 절삭 공구는 다양한 각도에서 공작물에 접근하고 복잡한 형상을 다룰 수 있습니다. 이 프로세스는 복잡한 형상과 언더컷이 있는 복잡한 부품에 적합합니다. 

기계: 4축 및 5축 기계, 일부 고급 기계는 최대 9축에 도달합니다.

응용: 금형, 의료용 임플란트, 복잡한 기계 부품의 프로토타입입니다.

다양한 산업 분야에서 CNC 프로토타입 가공의 사용

해양산업

이 산업에서는 고품질의 장인정신을 갖춘 대규모 수상 운송 제조가 필요합니다. 이것이 바로 수요를 충족시키기 위해 CNC 가공을 통한 자동화가 필요한 이유입니다. 선체부터 내부 장식까지 이 장치는 모든 작업을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, CNC 밀, 방전 가공및 기타 기술은 건설용 보트 부품을 설계하고 개발하는 데 도움이 됩니다. 

자동차 산업

새로운 자동차 모델이 생산되기 전에 여러 프로토타입이 제작되고 테스트됩니다. CNC 가공을 사용하여 이러한 프로토타입을 제작하므로 엔지니어는 자동차의 디자인, 기능 및 성능을 테스트할 수 있습니다. 대형 엔진 부품부터 소형 기어까지 CNC 가공으로 모든 작업이 가능합니다. 이에 대한 예는 여러 CNC 가공 공정을 사용하는 연소 엔진입니다. 여기에는 대형 금속 블록을 엔진 본체 패널로 변환하거나 피스톤 및 실린더를 만드는 작업이 포함될 수 있습니다. 

항공우주

항공우주 산업의 요구 사항이 CNC 산업의 성장과 발전을 촉진했다고 믿어집니다. 그럼에도 불구하고 전자는 CNC가 충족할 수 있는 안전과 고품질에 중점을 두고 제작된 장비가 필요합니다. 따라서 CNC를 사용하여 개발된 항공우주 분야에서 사용되는 다음과 같은 여러 구성요소를 접하게 될 것입니다. 안테나, 착륙 장치, 다양체, 부싱 등.

전자제품 

전자 산업에서는 소규모 건설이 요구되는 경우가 많으며 이는 일관성을 유지해야 합니다. CNC 가공은 소비자 전자 산업의 내부 부품과 외부 부품을 모두 잘 처리합니다. 스마트폰의 금속 합금 케이스가 대표적인 예이다. CNC 밀링 머신과 CNC 라우터는 이를 구성하는 데 광범위하게 사용됩니다. 혜택을 받는 기타 전자 부품으로는 PCB, 지그, 하우징 및 방열판이 있습니다. 

군사 및 방위산업

이들의 요구사항은 이들의 요구사항과 유사합니다. 항공 우주 산업 군사 R&D 부서에서 매우 유용하게 사용될 수 있습니다. 후자는 항공기 제조, 전투 차량 및 더 많은 응용 분야에 활용되는 것으로 알려져 있습니다. 그들이 그것을 사용하는 이유는 가장 견고한 재료를 원활하게 작업할 수 있는 CNC 기계의 능력 때문입니다. 

의료 산업

마이크로 수준의 정밀도를 지닌 부품 제작을 보장하기 위해 의료 산업에서는 CNC 기계가 사용됩니다. 금속부터 플라스틱까지 다양한 재료를 사용할 수 있어 의료 산업에서 활용할 수 있습니다. 예를 들어, CNC 가공 공정은 생검 튜브, 임플란트 홀더, 보철물, 수술용 가위 등에 사용될 수 있습니다. 이는 엄격한 공차를 요구하며 기능상 매우 정확하고 정밀해야 합니다. 

석유 및 에너지 산업

이 제품의 사용은 깨지기 쉬운 품목의 프로토타입 생산에만 국한되지 않습니다. 또한 석유 및 에너지 분야와 같이 물리적 강도가 높은 제품에도 사용됩니다. 업계에는 지구의 핵심 깊은 곳에서 제품을 채굴하는 데 도움이 되는 부품이 필요합니다. 에너지 부문에서는 부정적인 환경 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 

CNC 프로토타입 가공의 장점

제조업체의 경우 제조 공정에서 CNC 프로토타입 가공을 사용하면 여러 가지 이점이 있습니다. 그 중 몇 가지를 확인해 보겠습니다. 

광범위한 재료

이 기계는 다양한 재료와 호환되며 가장 좋은 점은 대부분이 오래 지속된다는 것입니다. 여기에는 알루미늄, 스테인레스 스틸, 아연, 강철, 마그네슘, 티탄, 놋쇠, 구리 및 청동. 

품질과 일관성

인간과 인간의 기술에 의존하는 다른 기계와 달리 CNC 기계는 지시에 따라 작동합니다. 뿐만 아니라 프로토타입을 변경하지 않고도 프로세스를 반복할 수도 있습니다. 이는 기존 프로토타입에서 새로운 반복을 제작하는 데 도움이 됩니다. 이는 또한 최종 제품을 생산하는 데 동일한 기계를 사용할 수 있음을 의미합니다. 

입수 가능한

소수의 프로토타입을 생산할 수 있는 CNC 기계의 능력을 고려하면 제조업체는 제품의 모양이나 작동 방식을 확인할 수 있습니다. 이를 통해 소규모 배치에서 발생하는 오류를 수정할 수 있으므로 비용 손실을 방지할 수 있습니다.  

시간 절약

CNC 기계를 사용하면 금형 및 기타 전제 조건을 만들 필요가 없어 시간이 절약됩니다. 또한 CAD 및 CAM 소프트웨어에서만 수정이 필요하고 나머지는 기계 자체에서 처리되므로 설계를 더 빠르게 수정할 수 있습니다. 

3D 프린팅 대신 CNC 가공을 선택하는 이유는 무엇입니까?

의심할 여지 없이 CNC 기계는 프로토타입 개발에 있어 3D 프린팅보다 우위에 있습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

  • CNC 가공으로 생성된 부품은 기계가 더 가까운 공차를 유지할 수 있기 때문에 더 정확합니다.
  • 층별 건설 과정 3D 프린팅 고성능 엔지니어링 재료의 원시 잠재력을 완전히 복제하기가 어렵습니다. 반면에 CNC 가공은 이러한 재료의 강도와 안정성을 유지합니다. 

CNC 프로토타입 가공을 위한 CAD 모델 준비: SomeTips

제조를 위한 설계를 항상 개선할 수 있습니다. 이렇게 하면 성공적인 프로토타입을 제작할 가능성이 높아집니다. 할 수 있는 작업은 다음과 같습니다.  

공동, 가장자리, 구멍 및 벽을 조심스럽게 구현하십시오.

기계에는 제한이 있으며 CNC 기계도 다르지 않습니다. 따라서 CAD 모델의 다양한 섹션을 주의해서 최적화하는 것이 좋습니다. 

공동의 깊이와 직경: 대부분의 엔드밀은 직경의 3~4배 정도만 절단할 수 있습니다. 따라서 최상의 결과를 얻으려면 캐비티 깊이를 이 한도 내로 유지하십시오.

가장자리: 디자인에 모서리가 있는 경우 절삭 공구의 직경을 고려하십시오.

CNC 프로토타입 가공, CAD 모델

구멍: 표준 드릴 비트에는 제한이 있으므로 필요한 크기와 깊이에 유의하십시오. 구멍에 정확한 직경이 필요한 경우 리머와 보링 공구를 고려하세요.  

벽 두께: 얇은 벽은 진동하는 경향이 있으며 이로 인해 절삭 공구로 인해 표면 마감이 손상될 수 있습니다. 따라서 벽 두께를 최소 0.8mm 이상으로 유지하십시오.

CAD 소프트웨어를 현명하게 선택하십시오.

이러한 CAD 응용 프로그램은 수많은 CAD 소프트웨어 응용 프로그램 개발에 박차를 가했습니다. 의심할 여지 없이 일부는 효과적이지만 일부는 너무 복잡해서 이해하고 운영할 수 없습니다. 따라서 특정 산업에 적합한 CAD 애플리케이션을 선택하십시오. 예를 들어, 기계 공학 및 판금 성형용으로 만들어진 소프트웨어가 건축용으로는 작동하지 않을 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 

체크리스트를 미리 작성하세요

최종 프로토타입에 원하는 디자인과 기능에 대해 체크리스트를 만드세요. 이렇게 하면 나중에 설계 수정이 필요할 때 시간과 노력을 절약할 수 있습니다. 

간단한 그림 만들기

프로토타입을 설계하는 데 여러 가지 방법을 활용할 수 있지만 설계를 단순화하는 것이 가공 프로세스를 최소화하는 가장 좋은 전략입니다. 예를 들어 도면을 두 부분으로 나누고 디자인이 복잡하다면 나중에 조립하세요.

CNC 가공에서 다양한 절삭 공구를 어떻게 선택합니까?

CNC 가공용 절삭 공구를 선택할 때 다음 사항을 고려하십시오.

  • 재료 유형: 공구 재료와 형상이 재료에 따라 다르기 때문에 이는 중요합니다.
  • 재료의 기계적 성질. 절단 속도가 최적이 아닌 경우 절단 효율성과 공구 수명이 모두 저하됩니다. 예를 들어, 단단한 재료는 부드러운 재료와 다른 절단 속도가 필요합니다. 
  • 절단 효율성. 공구의 효율성을 높이려면 이송 속도와 절삭 깊이를 확인하십시오. 또한 적용할 절단력을 감당할 수 있는지 확인하십시오. 
  • 절단 안정성. 진동과 공진을 방지하는 데 도움이 됩니다. 이를 보장하려면 도구의 강성과 안정성을 평가하십시오.
  • 공구 수명: 유효 기간이 길수록 교체 또는 수리 가능성이 낮아집니다. 따라서 비용 절감에도 도움이 됩니다. 
  • 비용: 절삭 공구의 비용 대비 성능 비율을 평가합니다. 도구 가격과 성능 사이에 적절한 균형이 있는지 확인하십시오. 

이별의 생각

CNC 프로토타입은 나중에 후회하지 않을 투자임을 입증할 수 있습니다. 그러니 혹시 계획이 있으신 분들은 제조 능력을 향상시키세요, 그렇다면 다시 생각하지 마세요. 이 기계는 픽셀에서 프로토타입으로의 여정을 쉽고 가치 있게 만들어줄 것입니다. 그리고 당신의 목표를 잊지 마십시오. 그게 가장 중요한 고려 사항이에요! 

자주 묻는 질문

CNC 프로토타입 가공의 일반적인 작업흐름은 무엇입니까?

프로세스에는 다음이 포함됩니다. 

  • 3D CA3D CAD 모델 생성
  • CAM 프로그래밍 
  • 기계 설정
  • 가공 공정 
  • 마무리 및 검사

CNC 프로토타입 가공 비용은 얼마입니까?

CNC 프로토타입 가공 비용은 다음을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다.

  • 재료의 종류
  • 인건비
  • 부품 설계 
  • 기하학
  • 정밀도와 공차 

CNC 프로토타입을 제작하는 데 얼마나 걸리나요?

CNC 프로토타입의 처리 시간은 설계의 복잡성과 기계 작업량에 따라 며칠에서 몇 주까지 달라질 수 있습니다.

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