3D프린터 출력과 NC가공 차이점

오늘은 3D프린터 출력과 NC가공의 특징과 차이점에 대해 알아보려고 하는데요, 시제품, 목업, 전시모형 등 모형을 제작하기 위해서 다양한 방법들을 알아보곤 합니다.

몇 년 전부터는 특허가 풀리면서 대중화된 3D프린터를 많이 활용해서 제작하는 추세지만 그전에는 기존 가공방식인 절삭 가공방식을 활용해서 제작했었습니다.

업체에 문의해주시는 분들을 보면 어떻게 제작해야 할지 어떤 방법으로 제작하는 것이 옳은지 고민을 많이 하시는데요, 사용 목적이나 용도, 그리고 예산 등을 고려해서 방법을 추천해드리기도 하지만 사용 용도에 제작에 대한 여러 가지를 고려하여 한 가지 방법만을 추천하는 것이 아니라 3D프린팅과 NC가공의 장단점을 파악해 시제품 하나를 제작하더라도 퀄리티를 위해 파트별로 각각 다른 방법을 추천드리기도 합니다.

 

그렇다면 지금부터 3D프린터 출력과 NC가공의 특징 및 차이점에 대해 알아보도록 하겠습니다.

이 부분에 대해 미리 파악하고 있다면 제작에 있어서 좀 더 수월하게 고퀄리티의 제품을 만들 수 있겠죠?

 

1. 절삭가공과 적층가공

3차원 입체모형을 제작하는데는 다양한 방법이 있는데 그중에서도 많이 사용하는 것이 무언가를 깎아서 만들거나 아니면 이어 붙여서 만들거나인데요, 그게 바로 절삭가공과 적층가공입니다.

 

NC가공은 절삭가공방식으로 재료를 깎거나 파내서 모형을 만드는 방법이고, 3D프린터는 적층가공방식으로 소재를 녹여 한층 한층 쌓아 올려 모형을 만드는 방법입니다.

 

2. 3D프린터 특징

3D도면을 바탕으로 3차원 물체를 만들어내는 기계를 뜻하는 것으로 가공의 용이성 등의 문제로 주로 플라스틱으로 제조했지만 현재는 기술이 발달되어 고무, PC, 금속, 식품 등 재료의 범위가 점점 넓어지고 있습니다.

 

이 방식의 최대 장점은 단순하든 복잡하든 대부분의 형상 제작이 가능하다는 것과 저렴하다는 것 아닌가 싶습니다.

그 외에도 사용 가능한 재료의 제한이 없고, 적층가공 방식이기 때문에 쓸때없는 재료 낭비가 거의 없다는 것. 그리고 다품종 소량생산에 특화되어 있어 저렴한 비용으로 다양한 제품을 수량에 상관없이 제작 가능하다는 것입니다.

 

그러나 조형물의 정밀도가 낮고, 속도가 느리다는 단점이 있습니다.

또 사용 재료에 따라 조형 기술이 다른데요, FDM방식은 플라스틱 소재인 필라멘트를 이용해 형상을 만들고, SLA와 DLP는 액상수지를 이용해 굳혀 형상을 만들며, SLS는 분말가루를 굳혀 형상을 제작하는 등 소재에 따라서 방법들도 다르고 제작 금액 또한 다릅니다.

 

3. NC가공 특징

컴퓨터를 통해 정확한 수치로 공작 기계의 움직임을 제어하기 때문에 사람 손으로는 만들기 어려운 정밀한 부품을 대량 생산할 수 있는 산업 장비로 소재를 준비해 원하는 형상이 나올 때까지 공구가 정해진 위치로 이동하면서 깎아내며 작업합니다.

 

이 방식은 결과물의 정밀도가 매우 높고, 속도가 빠르며 표면 조도가 매우 우수하다는 장점이 있지만 사용 가능한 재료가 플라스틱, 금속 등 제한적이고, 복잡한 형상의 제품 같은 경우는 제작이 어려울 수 있습니다.

툴(Tool)이 닿는 곳까지만 가공이 가능하기 때문인데요, 툴이 닿지 않는 곳은 가공이 되지 않아 원하는 형상을 만들어 낼 수 없고, 소재를 깎아내며 형상을 만드는 절삭가공방식이기 때문에 소재 낭비가 심하다는 단점이 있습니다.

 

4. 차이점

NC가공과 3D프린터 출력하는 것의 차이점은 무엇일까.

 

1) 정밀도

- 모든 공구가 회전하고 내부 가공 반경이 모두 다르기 때문에 공구의 형상에 따라 정확도가 결정되며 공구의 직경보다 작은 얇은 벽과 같이 공구 크기보다 작은 형상을 생성해 우수한 최신 기계의 경우 매우 정확한 부품을 생산할 수 있으며 표준 기계 허용 오차는 ±0.005인치이며 특수 후처리를 활용하면 ±0.00005인치의 공차까지 가능하다고 합니다.

 

3D프린터 또한 고정밀도를 제공하지만 NC보다는 떨어지며 재료 특성, 열 변형, 빌드 속도 등이 모두 정밀도에 영향을 미치는 요인으로 레이어 별로 인쇄하고 다양한 재질을 이용하는 장비 특성상 정밀도는 달라질 수 있습니다.

 

2) 디자인의 자유

- 일반적으로 기존 가공방식은 강력하고, 견고해야 하며 열과 내화학성이 뛰어나야 하는 제품을 위해 많이 활용되고 있으며 대표적인 분야가 바로 금속제품입니다.

이 장비의 단점은 고가의 장비, 유지 보수와 초기 비용이 많이 든다는 것, 숙련된 전문가가 있어야 한다는 것입니다.

 

그러나 이와 달리 적층가공방식의 경우 설계에 제한이 없고, 전문가가 아니더라도 출력 가능하며 소재를 한층 한층 쌓아 올려 제작하는 방식이다 보니 복잡한 형상 제작에 유리하며 현재는 고강도 부품의 생산도 가능하게 됐습니다.

 

3) 재료의 다양성

- NC장비는 알루미늄, 황동, 구리, 철, 스테인레스 등 기타 금속으로 제작하고, 나일론과 플라스틱에도 사용할 수 있습니다.

3d프린터는 재료가 수가 플라스틱, PC, 나일론 등 제한되어 있었지만 최근에는 금속, 식품 등 새로운 소재를 활용할 수 있는 장비들이 개발되고 있어서 이론적으로는 한계가 없다고 합니다.

 

4) 가공 속도

- 가공 속도는 AM(Additive Manufacturing) 방식에 비해 절삭가공방식이 훨씬 빠른 편입니다.

다만 많은 처리 단계와 설정이 필요한 경우에는 부품을 재배치해야 하는 경우가 종종 있어 번거롭지만 그래도 속도는 빠르다고 할 수 있습니다.

 

5) 가공의 복잡성

- 쾌속조형방식은 복잡한 설계를 한 번에 제작할 수 있으나 성형의 방향이나 형상 크기, 모델의 크기에 따라 제할될 수 있습니다.

CNC가공의 경우 공구, 언더컷, 내부 형상 및 간격을 모두 고려해야 하며 가공 공정에서는 가공된 부품의 순서와 방향을 모두 고려해서 작업해야 합니다.

 

6) 부품 비용

- 보통 제작 부품당 비용은 재료비, 장비 유지보수비용, 인건비, 요구사항에 대해 더해지는 금액 등을 모두 포함된 것을 생각해야 하는데 기존가공방식은 부품을 제작할 대 필요한 것보다 더 많은 재료를 구입해야 하고, 항상 청소해야 하는 소모품과 작업별로 맞춤 공구가 필요해 유지 비용이 많이 드는 편입니다.

무엇보다 숙련된 전문가인 작업자가 필요하기 때문에 기술 수준에 따라 인건비도 많이 지급되기 때문에 그 모든 비용을 합치면 비용이 만만치 않습니다.

 

그에 비해 RP(Rapid prototype)는 장비 구입, 설치, 유지 보수 비용이 훨씬 저렴한 편입니다.
계속해서 작업자가 장치를 조작할 필요도 없고, 소재를 적층하는 방식이기 때문에 여유분의 재료를 구입하 필요가 없습니다.

그래서 수량이 많지 않을 때는 이 방식이 더 저렴해서 선호하는 편입니다.

 

5. 어떤 가공방법을 사용해야 할까?

사실 3D프린터냐 NC가공이냐 어떤 방법이 좋다, 별로다. 라고 단정 지을 수는 없습니다.

각각의 방법마다 장단점이 존재하기 때문인데요, 그 특징을 살려서 용도와 특징에 맞게 제작하는 것이 가장 좋은 방법이 아닌가 싶습니다.

그래도 특징을 가진 부품을 만들 때 더 효과적인가는 알 수 있습니다.

 

속이 비어 있는 형상이나 피규어 같은 복잡한 형상을 만들 때, 색상이 있는 제품을 제작할 때, 그리고 PCB 같은 전선을 넣고 빼는 구멍이 안쪽에 여러 개 있을 때, 소량의 수량이 필요할 때는 3D프린터로 제작을 하는 것이 좋습니다.

 

그렇다면 NC가공으로는 어떤 시제품을 만들 때 효과적일까?

압력을 견뎌야 할 정도로 강도가 높아야 하는 제품이나, 표면이 기계로 가공되는 것을 원할 때, 초정밀 부품 또는 공차가 필요한 부품의 경우에 절삭가공방식을 활용하면 됩니다.

또 금속, 나무, 대리석 등 원재료를 살려서 만들 때도 이 방식이 적합합니다.

 

지금까지 NC가공과 3D프린터 출력의 차이점에 대해 알아보았습니다.

비슷한 것 같으면서도 다른 이 가공방식들을 특징에 맞게 잘 활용한다면 합리적인 비용으로 고퀄리티 제품을 효과적으로 제작할 수 있을 것입니다.