3D 제품 개발이란? 최신 제조 가이드

대부분의 제품은 문제를 해결하거나 충족이 되지 않은 요구를 충족하기 위한 아이디어에서 시작합니다. 이와 같은 초기 제품 개발 단계에서 엔지니어링팀과 제품팀은 시장의 수요, 고객의 피드백, 경쟁사와의 격차, 기술적 타당성을 분석하여 문제를 모든 측면에서 파악합니다. 목표는 제안한 아이디어가 문제를 해결하거나 미충족 요구를 충족할 수 있는지를 판단하고, 필요한 예산과 일정 내에서 비용 효율적인 설계/제조/판매가 가능한 완전한 기능의 제품을 완성할 수 있는지 확인하는 것입니다. 

일반적으로는 이를 통해 제품의 성능, 목표 치수, 소재 제약 조건, 기타 설계 요구 사항을 정의하는 제품 요구 사항 문서를 작성하게 됩니다. 해당 문서는 향후의 의사결정에서 실무 지침으로 기능하며, 제품 개발이 컨셉 단계에서, 설계, 검증, 제조 단계로 넘어가는 과정에서 전체 팀이 일관적인 방향성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

제품 요구 사항을 완전히 정의하면 팀은 해당 요구 사항을 실현 가능한 설계안으로 구체화하기 시작합니다. 엔지니어는 각종 문제 해결 방식을 비교하기 위해 초기 3D 컨셉 모델을 제작할 수 있습니다. 이 단계에서 제안하는 모델은 최종 모델이 아닙니다. 해당 모델은 세부 설계를 확정하기에 앞서 형태, 크기, 구성요소간 관계, 기본 기계 동작을 연구할 때 사용하기 위한 것입니다.
그 후 각 컨셉을 원래의 요구 사항과 비교하여 평가합니다. 팀은 성능 잠재력, 소재 옵션, 추정 비용, 제조 적합성, 전반적인 타당성을 비교합니다. 목표는 유망한 컨셉 한둘을 선정한 후 개중 하나를 최종적으로 선정하여 전체 설계 및 개발 단계를 진행하는 것입니다.

컨셉을 선정하면 3D CAD에서 설계를 상세화합니다. 엔지니어는 치수, 공차, 소재, 설계 의도를 명확히 정의한 정확한 부품과 어셈블리 모델을 제작합니다. 설계 의도는 제품의 작동 방식, 부품의 상호 관계, 설계 변경 시의 반응 방식과 같이 제품의 기저를 구성하는 공학적 사고 방식을 말합니다. 개별 구성요소를 완전한 단일 디지털 제품 모델에 통합하여 제품 개발팀이 실제 제조에 들어가기에 앞서 조립 적합성, 여유 공간, 동작, 잠재적 간섭 문제를 확인할 수 있습니다.

해당 단계는 향후 개발 전반을 이끌어갈 제품의 정의를 확립한다는 점에서 매우 중요한 단계입니다. 상세한 3D 모델, 2D 도면, BOM, 기술 사양서가 시뮬레이션, 시제품 제작, 툴링, 조달, 제조를 뒷받침하게 됩니다. 정확하고 완전한 CAD 데이터를 토대로, 제품개발팀은 재작업의 공수를 절감하고 비용을 관리하며, 확신으로 무장하고 보다 원활하게 제품 생산을 진행할 수 있습니다.

가상 시제품은 실제 제품의 디지털 버전을 말합니다. 실제 시제품을 제작하기에 앞서 엔지니어링팀은 가상 환경에서 시뮬레이션으로 3D 모델을 테스트할 수 있습니다. 시뮬레이션 소프트웨어는 수치 해석 기법으로 구조 하중, 열 전달, 유체 흐름, 진동, 충격력 등의 실제 물리적 조건을 모델링하므로 팀은 실제 테스트를 개시하기 전에 설계의 예상 성능을 평가할 수 있습니다. 엔지니어는 부품 제작에 앞서 취약점을 파악하여 개선하고 제품의 성능 요구 사항 충족 여부를 평가합니다.

팀은 툴링, 제작 또는 생산을 시작한 후에 문제를 발견하는 대신, 수정이 용이한 3D 모델 단계에서 디지털 방식으로 설계를 변경할 수 있습니다. 해당 단계는 제품 안전, 내구성, 품질, 규제 준수 수준의 개선은 물론, 막대한 비용을 초래하는 제조 실수의 방지에서도 중요한 역할을 합니다. 

여기서 3D 제품 개발의 이점을 누리고 있는 한 회사를 잠시 살펴보도록 하겠습니다.