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적층 제조와 감산 제조의 차이점

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적층 제조 및 감산 제조 특집 이미지

어떤 의미에서 적층 제조와 감산 제조의 차이점을 논의하는 것은 CNC 가공과 3D 프린팅의 차이점을 논의하는 것과 같습니다.

적층 제조와 감산 제조란 무엇인가요?

인간의 제조 방식은 현재까지 세 가지 주요 변화, 즉 동적 재료 제조, 감산 제조, 적층 제조를 거쳤습니다.

등물질 제조는 주조, 단조, 용접 등의 방법을 통해 재료 중량(제품 + 불순물)이 상대적으로 변하지 않는 제품을 생산하는 것으로, 3000년 이상의 역사를 가진 제조 방식입니다.

감산 제조(CNC)는 선반, 밀, 대패, 그라인더와 같은 장비를 사용하여 원하는 모양을 얻기 위해 재료를 절단하는 것을 말합니다. 이 방식은 산업혁명 이후 300년 이상 사용되어 왔습니다. 감산 제조의 구체적인 프로세스에 대해서는 "CNC 가공이란?.”

적층 제조(일반적으로 3D 프린팅이라고도 함)는 광중합, 선택적 레이저 소결, 용융 증착 모델링과 같은 기술을 사용하여 재료를 점진적으로 추가하여 원하는 모양을 형성하는 것을 말합니다. 이 방식은 1980년대부터 30년 넘게 사용되어 왔습니다. 적층 제조에 대한 이해를 돕기 위해 "3D 프린팅.”

다양한 제조 방법의 역사적 발전
다양한 제조 방법의 역사적 발전

역사를 되돌아보면 등가적 제조와 감산적 제조 모두 인류의 발전에 크게 기여했으며, 심지어 인류 사회의 산업적 도약을 직접적으로 촉진하기도 했습니다. 3D 프린팅 역시 가까운 미래에 사람들에게 더 많은 혁신과 편리함을 가져다줄 것으로 믿어집니다.

적층 제조와 감산 제조의 장단점

각 제조 방법의 등장은 제조의 혁명을 의미하지만, 각각의 장단점은 자체 기술 개발을 촉진하기도 하고 제약하기도 합니다. 아래에서는 각 기술의 장단점을 분석해 보겠습니다.

동일 재료 제조:

장점: 비교적 성숙한 맞춤형 제작

단점: 저효율, 고비용, 대량 생산에 적합하지 않음

빼기 제조:

장점: 대규모 대량 생산, 고효율, 매우 높은 정밀도를 달성할 수 있습니다.

단점: 개인화된 커스터마이징에 드는 높은 비용, 오프컷 및 스크랩 낭비

적층 제조(현재 단계):

장점: 개인화된 맞춤화 가능, 짧은 제품 개발 주기, 저렴한 비용

단점: 대량 생산에 드는 높은 비용, 상대적으로 제한된 재료 옵션

적층 제조와 감산 제조의 장단점

As previously mentioned, one of the main advantages of subtractive manufacturing techniques is their ability to provide high dimensional accuracy. Unlike most 3D printing processes that rely on heat, subtractive manufacturing allows parts to be built at room temperature, avoiding size accuracy issues associated with material processing (수축).

감산 제조에서 치수의 정확성을 보장하려면 환경 제어가 필요합니다. 예를 들어 강철 블록을 사용하여 부품을 설계하는 경우, 온도와 습도에 따라 치수가 달라지므로 최소 3일 전에 절단이 이루어지는 공간으로 재료를 가져와야 합니다.

감산 제조는 3D 프린팅에 비해 호환 가능한 재료의 범위가 더 넓다는 장점도 있습니다. 서로 다른 재료를 기반으로 하는 여러 대의 프린터가 필요한 3D 프린팅과 달리 감산 제조는 한 대의 기계로 금속, 플라스틱 또는 목재 부품을 만들 수 있습니다.

감산 제조의 과제와 한계

그러나 감산 제조 공정에는 상당한 단점이 있습니다. 첫째, 3D 프린팅에 비해 다양한 생산 방식은 상당한 양의 폐기물을 남기는 반면 적층 제조는 필요한 만큼의 재료만 사용한다는 점이 매력적입니다.

예를 들어, 제조업체는 가공 중에 절단 공정을 방해할 수 있는 과도한 재료의 양을 제한하기 위해 제조 공정에서 칩과 기타 이물질을 제거해야 합니다. 감산 제조에서 발생하는 먼지 외에도 레이저 또는 EDM 공정을 사용할 때 흔히 발생하는 공정의 연기 또한 작업자에게 해로울 수 있습니다.

또한 감산 제조는 3D 프린팅과 같은 제조 자유도를 제공하지 못하기 때문에 한 번에 인쇄할 수 있는 부품도 여러 번의 작업과 여러 대의 기계를 사용해야 하고, 감산 제조를 통해 복제를 위해 여러 부품으로 나누어 조립해야 하는 경우도 있습니다.

마지막으로, 재료 제거 공정을 통해 복잡한 기하학적 모양을 구현하는 것은 더 어렵습니다. 적층 제조를 사용하면 디자인 프로세스에서 더 큰 자유를 누릴 수 있습니다. 즉, 디자이너는 사용하는 공작 기계의 제약에 대해 걱정할 필요가 없으므로 제조 기능의 제약을 받지 않고 자유롭게 상상력을 발휘할 수 있습니다.

적층 가공과 적층 제조가 서로를 보완하는 방법

이 두 기술은 종종 경쟁자처럼 여겨지지만, 당분간은 매우 다른 용도로 사용됩니다. 그렇기 때문에 주로 상호 보완적인 방식으로 사용됩니다. 3D 프린팅이 급성장하기 시작한 이래로 3D 프린팅은 프로토타이핑 목적으로 가장 일반적으로 사용되었습니다.

3D 기술은 여러 부품을 빠르고 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 이점을 제공하므로 다양한 반복 생산이 가능합니다. 모양, 재료 및 부품이 결정되면 감산 제조 방법을 사용하여 일괄 생산을 수행할 수 있습니다.

레이저 절단 및 워터젯 절단과 같은 공정을 사용하면 단시간에 많은 수의 부품을 디자인할 수 있습니다. 그러나 CNC 가공과 같은 다른 방법은 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 이 기술은 상당한 프로그래밍 단계와 거의 필수적인 사람의 개입이 필요합니다. 오늘날 CNC 가공은 주로 조형 제조 기술인 사출 금형 제조에 사용됩니다.

제조의 발전: 감산 제조와 적층 제조의 협업

또한 감산 제조를 통해 물체를 수리할 수 있지만 3D 프린팅은 이 분야에서 더 많은 가능성을 제공합니다. 예를 들어 금속 부품을 교체하지 않고 수리하는 데 사용할 수 있는 지향성 에너지 증착(DED) 공정이 있습니다.

특히 이 기술은 기존 부품에 재료를 추가할 수 있어 부품을 제조하거나 불필요하게 큰 부품을 교체할 필요가 없습니다. 전 세계적으로 3D 기술을 사용하면 시간이 지남에 따라 고장 나거나 마모된 부품을 복제할 수 있으며, 이 모든 부품은 온디맨드 방식으로 소량 생산됩니다. 사용자는 부품을 폐기할 필요 없이 수리하고 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.

차이점과 프로세스에도 불구하고 감산 제조와 적층 제조는 나란히 발전하는 경향이 있습니다. 각자의 특성으로 인해 이 두 가지 유형의 제조는 서로를 보완하며 이전에는 상상할 수 없었던 정밀 부품을 빠르게 제작할 수 있습니다.

이러한 제조 기술을 결합하기 위해 적층 제조의 설계 자유도와 감산 제조의 정밀도를 기업에 제공하는 것을 목표로 하는 FirstMold와 같은 협업 프로젝트가 만들어졌습니다.

적층 가공이 감산 가공을 대체할 수 있을까요?

퍼스트몰드의 대답은 적어도 현재로서는 불가능하다는 것입니다.

현 단계에서 3D 프린팅이 감산 제조를 대체할 수 없다고 하는 이유는 무엇일까요? 크게 다음 두 가지 측면에서 분석할 수 있다고 생각합니다.

현재 수요는 어떻게 되나요?

현재 수요를 분석하기 전에 먼저 감산 제조가 왜 대부분의 등가물 제조 산업을 대체할 수 있었는지 분석해 보겠습니다.

인류 사회는 일정 수준의 발전에 이르렀고 기본적인 생존 욕구는 해결되었습니다. 그 다음에는 더 많은 물질적 재화가 필요하게 되었습니다. 대규모 항해가 가져온 세계화와 더불어 전통적인 소규모 작업장 스타일의 생산 방식으로는 지역 사회의 물질적 수요에 대한 엄청난 격차를 충족할 수 없게 되었습니다. 보다 효율적이고 더 나은 품질의 제품을 생산하기 위해 감산 제조, 즉 대량 생산 방식이 등장했습니다.

지금 봐도 상황은 마찬가지입니다. 기본적인 재료 요구는 이미 충족하기 어렵고, 점점 더 많은 사람들이 개인화된 맞춤화에 대한 아이디어를 갖기 시작했습니다. 전통적인 감산 제조 방식을 계속 사용한다면 필연적으로 비용이 더 많이 들 수밖에 없습니다. 바로 이것이 적층 제조의 기회입니다.

하지만 현재 단계에서는 개인 맞춤형 제품에 대한 수요가 많을 정도로 발전하지 않았고, 여전히 많은 사람들이 정신적 욕구보다는 비용 효율성을 추구하고 있습니다.

숙련되기까지 시간이 걸리며, 현재 3D 프린팅 기술은 대규모 개인 맞춤형 제작을 구현하기에는 아직 역부족입니다.

기능 부족

적층 제조는 감산 제조에 비해 속도가 느리고 재료 옵션이 제한적이며 비용이 많이 듭니다.

현재 3D 프린팅 장비의 속도가 느리다는 것은 부인할 수 없는 사실입니다. 완제품을 생산하는 데 시간이 너무 오래 걸리고 수요가 공급을 초과합니다.

컵 하나를 인쇄하는 데 2~3시간이 걸리고, 인쇄를 마쳤을 때는 이미 목이 마른 상태입니다.

자동차 한 대를 1초 만에, 집 한 채를 10분 만에 인쇄할 수 있다면 어떨까요? 이것이 바로 혁신적인 기술의 모습입니다.

3D 프린팅을 통한 적층 제조 자동차
3D 프린팅을 통한 적층 제조 자동차

또한 재료와 관련하여 현재 인쇄할 수 있는 인쇄 재료는 제한되어 있습니다. 가장 일반적인 플라스틱 외에도 나일론, 수지, 석고 분말, 금속 분말 등이 있으며, 기본적으로 한 대의 기기로는 매번 한 가지 유형의 재료만 인쇄할 수 있습니다.

복합 재료로 제품을 인쇄하려는 경우 사후 조립 또는 기타 작업이 필요할 수 있습니다.

앞서 언급했듯이 현재 사람들의 욕구를 정신적 욕구와 비용 효율성 측면에서 분석할 때 대다수는 비용 효율성을 선택할 것입니다. 따라서 3D 프린팅으로 만든 제품의 가격을 시장에서 널리 받아들이기란 쉽지 않습니다.

사실 현재 단계에서는 적층 제조와 감산 제조가 잘 어울리며, 두 기술을 모두 사용할 수 있는 가장 좋은 방법입니다.

마지막 말

적층 제조, 감산 제조, 적층 제조 등 어느 한 기술이 다른 기술을 대체하는 현상은 실제로 존재하지 않습니다. 가장 좋은 결과는 다양한 기술이 공존하는 것이며, 이를 필요로 하는 산업은 항상 존재할 것입니다. 퍼스트몰드는 CNC 가공 서비스와 3D 프린팅 서비스를 제공하며 수년간 두 산업에서 모두 경험을 쌓았습니다. 따라서 이와 관련하여 어느 정도의 영향력을 가지고 있습니다.

아마도 우리가 공통적으로 기대하는 것은 미래에 등장할 수 있는 이른바 '하이브리드 제조'일 것입니다.

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