시제품 제작, 「3D프린팅과 CNC 비교」

내가 만들 시제품엔 어떤 제조 방법이 더 적합할까?
비용, 시간, 제조 특성부터 케이스별 제조 방법 추천까지!
핵심만 요약해서 알려드립니다.

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3D프린팅 vs CNC

어떤 제품을 개발하는 과정에서 시제품을 제작할 경우, 제작 방법에는 보통 2가지 선택지가 있습니다. 바로 3D프린팅과 CNC입니다.

 

(좌) 3D 프린팅 예시 / (우) CNC 예시

두 가지 모두 장단점이 있다고 하는데, 어떤 방법이 더 효과적일까 고민이 되실 겁니다. 이때 각 기술의 장단점을 파악한다면 선택이 쉬워지겠죠?

이번 하드웨어 가이드의 주제는 "3D프린팅과 CNC 비교"입니다. 3D프린팅과 CNC가 ①비용, ②시간, ③제조 특징에 있어 어떤 차이가 있는지 알아보겠습니다. 두 기술을 비교해본 뒤, 각 기술별로 적합한 케이스까지 추천드리도록 하겠습니다.

3D프린팅은 산업에서 주로 사용되는 SLA, SLS 출력 방식을 기준으로 설명한다는 점 참고해 주세요!

 

 

CNC란?

먼저 CNC가 무엇인지 간단하게 알아보겠습니다. 전통적인 제조 기술인 CNC는 Computerized Numerical Control 즉, 컴퓨터 수치 제어의 약자로 말 그대로 컴퓨터로 수치를 제어해서 시제품을 만드는 기술로 뛰어난 정밀도를 자랑합니다.

 

 

CNC 기술에 적합한 제품 예시

 

CNC는 절삭공구를 이용하여 원재료를 깎아서 제작하는 방식이기 때문에 단순한 형상이나 내부가 꽉 차있는 제품을 만드는 데에 유리합니다. CNC의 장점은 정밀도와 표면 품질이 우수하고 다양한 재료를 사용할 수 있다는 것입니다. 대표적인 CNC 가공방식으로는 밀링, 선반 등이 있으며, 재료는 금속과 플라스틱 모두 가능합니다.

 

좌: 밀링 / 우: 선반

 

3D프린팅이란?

3D프린팅은 기술의 발전으로 새롭게 등장한 제조 기술로, 3D프린터를 이용하여 재료를 한 층씩 쌓아서 3차원 형상을 만들어내는 적층 제조 방식입니다. CNC는 내부가 꽉 차있는 제품을 만드는 데에 유리한 반면, 3D프린팅은 반대로 한 층씩 쌓아올리는 방식이기 때문에 내부가 비어 있는 제품을 만드는 데에 유리합니다.

 

 

내부가 비어 있어 3D프린팅이 적합한 예시

3D프린팅의 장점은 복잡한 형상도 비교적 쉽게 제작할 수 있다는 것과 출력 시간과 비용이 적게 든다는 것입니다. CNC와 마찬가지로 3D프린팅도 플라스틱과 금속 모두 사용 가능하지만, 플라스틱이 주로 사용되고, 금속 프린팅은 상용화되고 있는 단계입니다.

그럼 본격적으로 3D프린팅과 CNC를 비교, 분석해 보겠습니다. ①비용, ②시간, ③제조 특성 이렇게 3가지 측면에서 비교하겠습니다.

 

첫번째, 비용입니다.

결론부터 말씀드리자면, 제품에 따라 차이가 있지만 보통 CNC 작업이 3D프린팅 작업에 비해 비싼 편입니다. 비용에는 재료비와 인건비, 장비 사용료 등이 포함되는데, 재료나 장비 등은 상황에 따라 달라질 수 있지만 인건비의 경우에는 명백하게 CNC가 3D프린팅 보다 훨씬 비쌉니다.

그 이유는 작업 과정에서의 인력 투입율에 있습니다. 3D프린팅 출력 과정은 비교적 자동화가 가능하기 때문에 출력이 완료될 때까지 인력 투입율이 적습니다. 반면 CNC의 경우, 작업이 진행되는 과정에서 엔지니어가 지속적으로 투입되어야 합니다. 때문에 CNC가 3D프린팅에 비해서 더 많은 인건비가 발생합니다.

그 외에도 앞서 말씀드린 장비 사용료, 재료비 등등 다양한 요소들이 최종 비용에 영향을 줍니다.

 

두번째, 시간입니다.

리드타임과 제조 시간 두 가지로 나누어 비교해보겠습니다.

 

1) 리드타임

먼저, 리드타임이란 주문부터 납품까지 소요되는 시간을 말합니다. 작업이 의뢰된 시점부터 완성품을 받아본 시점까지 총 소요된 시간입니다.

결론부터 말씀드리자면, 리드타임의 경우 3D프린팅보다 CNC의 리드타임이 더 깁니다.

 

① 3D프린팅

여기에서 3D프린팅의 장점이 등장합니다. 3D프린팅의 제조 과정은 CNC에 비해 비교적 간단합니다. 또한, 자동화된 출력이 가능하기 때문에 24시간 내내 출력이 가능합니다. 게다가 크기에 따라서 출력물을 동시 제작할 수 있기 때문에 시간을 효율적으로 사용할 수 있습니다.

 

② CNC

반면 CNC는 실제 제조가 들어가기 전까지 고려해야 할 점들이 많습니다. 공구, 스핀들 속도, 절삭 경로, 부품 위치 변경 등 정말 다양한 것들을 고려해야 하고, 앞서 말씀드렸듯이 중간중간 엔지니어가 투입되어야 하기 때문에 리드타임이 길어집니다.

그래서 전체 리드타임을 생각했을 때에는 3D프린팅의 리드타임이 CNC에 비해 짧다고 볼 수 있습니다.

 

2) 제조 시간

제조되는 시간 자체만 놓고 보았을 때에는 어떤 기술이 더 빠를까요? 정답은 "시제품의 크기 또는 설계 특성에 따라 다르다"입니다. 3D프린팅과 CNC 각각의 제조 시간에 영향을 주는 요인이 있습니다.

 

① 3D프린팅

3D프린팅의 제조시간에 영향을 주는 것은 제품의 크기와 서포터 생성 여부입니다. 3D프린팅은 제품의 크기에 따라서 출력 시간이 변경됩니다. 평균적으로 제품이 클수록 출력 시간은 늘어나게 됩니다. 출력물이 너무 클 경우에는 따로 나누어 출력해야하는 경우도 발생합니다.

 

서포터가 있는 출력물 예시

서포터는 출력물이 공중에 떠있는 경우, 바닥과 출력물 사이에 연결된 지지대입니다. 구조상 서포터가 형성되었다면 그 서포터를 제거하는 후처리를 해줘야 하기 때문에 추가 시간이 발생합니다.

 

② CNC

CNC의 제조 시간에 영향을 주는 것은 제품의 기능 개수와 설계 특성입니다. 앞서 CNC는 원재료를 깎아서 제작하는 방식이기 때문에 내부가 꽉 차 있는 제품 제작이 유리하다고 말씀드렸습니다. 그래서 제품의 기능에 따라 복잡한 형상으로 설계가 되어있다면 원재료를 깎아내는 데 오랜 시간이 걸리게 됩니다.

 

 

내부가 꽉 차 있는 제품 예시

 

3) 정리

정리하자면 리드타임은 3D프린팅이 CNC 보다 짧고 제조 시간은 시제품에 따라 차이가 있으니, 적합한 기술을 선택하면 제조 시간을 줄일 수 있다고 할 수 있습니다.

 

세번째, 제조 특징입니다.

1) 제한되는 제품 형상

CNC는 공구가 원재료의 모든 표면에 접근할 수 없기 때문에 제품 설계에 여러가지 제한사항이 있습니다. 공구 접근 거리와 공간, 사각 코너 등을 고려하여 제품을 설계해야 합니다.

반면 3D프린팅은 형상 제한이 거의 없어서 복잡한 형상도 출력 가능합니다. 물론 서포터는 생길 수 있겠지만 서포터는 후처리 과정에서 제거해 주면 됩니다. 이렇게 형상 제한이 없다는 점이 3D프린팅의 최대 장점 중 하나입니다.

 

 

3D프린팅 출력 가능한 복잡한 형상

 

2) 크기, 정밀도, 공차

크기, 정밀도, 공차를 비교하자면 3D프린팅보다 CNC가 훨씬 우수합니다. 3D프린팅과 비교했을 때, CNC는 제품 크기 제한이 적고, 정밀도가 높아서 공차를 낮출 수 있습니다. 3D프린팅 출력 방식과 장비에 따라 차이가 있고, 점점 기술이 발전하면서 크기 제한이 줄어들고 정밀도가 높아지고 있으니 참고하시면 되겠습니다.

 

3) 표면 품질

CNC는 매끄러운 표면으로 제작이 가능한데, 3D프린팅은 출력 방식에 따라 조금 차이가 있습니다.

3D프린팅의 FDM과 SLS의 경우, 표면 품질이 조금 떨어지기 때문에 후처리를 해주면 표면이 매끄러워집니다. SLA의 경우에는 별도의 후처리를 하지 않더라도 매끄러운 표면으로 제작 가능합니다.

결론적으로 3D프린팅을 후처리까지 진행할 경우, CNC와 3D프린팅의 표면 품질이 유사하다고 할 수 있겠습니다.

 

4) 재료 차이

3D프린팅과 CNC 모두 플라스틱과 금속을 사용할 수 있습니다.

3D프린팅은 플라스틱이 주재료입니다. 3D프린팅에서 사용하는 플라스틱 재료로는 ABS, PLA, TPU, 나일론, 레진, 울템 등이 있습니다. 금속 3D프린팅의 경우, 최근 기술이 발전하면서 점차 상용화되고 있습니다.

CNC는 금속과 플라스틱 모두 활발히 사용되고 있습니다. CNC에서 사용하는 금속 재료로는 알루미늄, 스테인레스, 스틸, 티타늄, 황동 등이 있고 플라스틱 재료로는 ABS, PC, PP 등이 있습니다.

제조 이후에 재료의 기계적 특성을 고려해보자면, CNC는 원재료와 거의 동일한 기계적 특성*을 지닙니다. 반면, 3D프린팅은 적층 제조 방식으로 인해 물체의 성질이 조금씩 달라질 수 있기 때문에 기계적 특성이 CNC에 비해 비교적 약하다고 할 수 있습니다.
*기계적 특성 : 재료가 외력에 대응하여 나타나는 고유의 역학적 성질

이렇게 ①비용, ②시간, ③제조 특징 세 가지 측면에서 3D프린팅과 CNC를 비교해봤습니다. 마무리하며 3D프린팅과 CNC의 차이점을 핵심 요약해 보겠습니다.

케이스별 제조 방법 추천

앞서 말씀드린 내용을 바탕으로 케이스별 제조 방법도 추천드리겠습니다.

1) 3D프린팅에 적합한 케이스 ① 제품 개발이나 시제품 제작 -잦은 설계 변경이 예상되는 경우에 빠르고 효율적인 제작 가능 ② 플라스틱 재료로 소형이나 중형 시제품 제작 ③ 비교적 복잡한 형상, 내부가 비어있는 형상

2) CNC 기술에 적합한 케이스 ① 정밀도와 기계적 특성이 중요한 제품 제작 ② 금속이나 나무, 대리석 등의 재료로 중형이나 대형 시제품 제작 ③ 3D프린팅과는 반대로, 비교적 단순한 형상 제작

(좌) 3D 프린팅 예시 / (우) CNC 예시

 

마지막으로 각 제조 방법에 적합한 케이스를 요약 정리해 보겠습니다.

마치며

지금까지 3D프린팅과 CNC, 각 기술에 대해 알아보고 서로 비교해 보았습니다. 결론적으로는 무조건 나은 방식은 없습니다. 제작 목적과 제품의 특성을 이해하고 더 적합한 기술을 선택하시면 됩니다.

예를 들어, 제품 개발 단계에서 비용과 시간을 단축해야한다면 3D프린팅을 사용하시면 되고, 정밀도까지 고려해서 최종 단계 시제품이나 실제 사용될 제품을 제작해야 한다면 CNC를 사용하시면 되겠습니다.

본 가이드라인을 통해 두 제조 방식을 비교해 봐도 결정하기가 어려우시다면 한양3D팩토리로 문의해 주세요!
한양3D팩토리는 3D프린팅과 CNC의 장단점을 모두 고려하여 3D프린팅 전문 제조 서비스를 제공하고 있습니다.
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