디지털화에 따라, 데이터 의존도는 계속 높아지고 있다. 일례로 오늘날 설계자와 엔지니어 모두 화면에 표시되는 데이터를 중심으로 사고하고, 협업하도록 요구받고 있다.
하지만, 급격한 디지털화에도 여전히 프로토타입의 중요성은 높다. 프로토타입을 통해 물리적인 상호작용을 실제로 검증하는 단계는 생략될 수 없기 때문이다. 하지만 프로토타이핑 기술은 디지털화에 따라 발전하고 있다. 과거 프로토타입은 다양한 수작업 제조 기술을 사용하여 설계의 3D 모델을 생성해야만 했던 반면, 이제 설계가 화면에서 실제 세계로 변환되는 방식이 개선됨으로써 3D 디지털 설계 데이터를 기반으로 더 쉽게 프로토타입을 제작할 수 있게 된 것이다. 현대적인 프로토타입 제작 환경에 대해 알아본다.
광범위한 협업
과거 실제 프로토타입을 검토하는 회의실에는 설계팀만 아니라 엔지니어도 함께 자리했다. 오늘날에는 이러한 자리가 필요치 않다.
이는 협업이 줄어들었다는 의미가 아니다. 오히려 협업은 한층 강화됐다. 디지털 기술을 바탕으로 물리적인 장소에 함께 위치하지 않아도 더 밀접한 협업이 가능하게 됐기 때문이다. 최신 CAD 플랫폼을 사용하면, 전세계에 흩어진 설계팀과 엔지니어, 마케팅 담당자가 언제 어디서나 이를 실시간으로 확인하고, 각자의 위치에서 더 나은 방향의 의견을 제시할 수 있다. 변경 사항은 즉각 업데이트되어 다시 공유되어 지속적인 협업이 진행되도록 한다.
최적화
제품 설계 프로세스는 점진적 개선의 형태로 이뤄지게 된다. 첨단 CAD 플랫폼은 이러한 개선의 속도를 가속화할 수 있다. 생성형 디자인 기술에 기반한 토폴로지 생성 모듈Topology generation module이 핵심이다.
이 모듈은 주요 성능 및 제조 요구 사항을 소프트웨어에 제공하여 재료 사용을 최소화하면서 지정된 대로 역할할 수 있는 최적화된 변경안을 제시한다. 이를 통해 설계자는 부품의 동작과 기능을 살펴볼 수 있게 되며, 재료의 불필요한 낭비를 줄이게 해 비용 절감에도 기여한다.
실시간 분석
과거 설계자와 엔지니어들은 생각한 기능과 동작이 실제로 잘 구현되는지를 프로토타입을 통해 확인했다. 이제는 CAD 툴이 이를 대신할 수 있다.
CAD 프로그램에 탑재된 분석 도구를 사용하여 물리적 부품을 만들기 전에 응력·피로·유체 흐름·가열/냉각 등에 대한 반응을 가상 환경에서 검토할 수 있게 된 것이다. 이러한 결과를 반영하여 빠르게 설계를 수정하고, 다시 시뮬레이션 및 분석함으로써 더 효율적인 설계를 더 신속하게 수행할 수 있다.
3D 프린터
3D 프린팅이라고도 불리우는 적층 제조Additive manufacturing 기술은 프로토타이핑의 큰 변화를 대표한다. 3D 프린팅은 다른 제조 기술로는 만들 수 없는 부품을 쉽게 만들 수 있고, 추가 공구가 필요 없어 물리적인 프로토타입을 제작하는 핵심 기술로 완전히 자리매김했다.
최신 CAD 플랫폼은 3D 프린팅의 활용을 더 쉽게 한다. 3D 프린팅 소프트웨어와 즉각적인 호환성을 갖게 함으로써 별도의 변환 과정 없이 CAD 데이터를 3D 프린터에서 즉각적인 인쇄가 가능하다.
CNC 프로그램 생성
CNC 머시닝은 널리 사용되는 감산 제조 방법이다. 과거에는 수작업, 혹은 별도의 CAM 소프트웨어로 CNC 프로그램이 생성되었지만, 이제는 CAD로 손쉽게 공정 제어가 가능하게 됐다.
오늘날의 최신 CAD 패키지는 CNC 제조 프로파일을 만들 수 있는 통합 모듈을 갖고 있으며, 이를 통해 CNC 프로그램을 원활하게 생성하고, 새로운 설계를 제조 공정에 빠르게 적용할 수 있게 됐다. 심지어 일부에서는 모듈들은 감산 공정을 시작하기 전에 재료가 어떻게 깎일지를 시각화하는 도구까지 포함하고 있다.
제조상의 난제 해결
프로토타입 제작은 잠재적인 제조 문제까지 발견하게 하는 건 아니다. 양산 제조의 경우, 프로토타입의 제작과는 다른 방식으로 이뤄지기 때문이다. 이를 해결하기 위해 등장한 것이 DFMDesign for Manufacturability 기법이다.
오늘날 최신 CAD 패키지에는 DFM 모듈이 포함되어 있다. CAD에 포함된 DFM 모듈을 통해 새로운 설계가 생산 라인에 전달되기 전에 제조상의 문제점이 있는지를 확인하고, 문제 발생 가능성을 사전 차단할 수 있다.
비용 절감
물리적 프로토타입 제작을 통해 많은 이점을 얻을 수 있다. 하지만 프로토타입으로 실제 제조 비용을 예측하기는 어렵다. 하지만 최신 디지털 기술은 이러한 한계까지 돌파한다.
선도적인 CAD 플랫폼 기업들은 공급 업체와 빠르게 연결할 수 있는 기능까지 CAD 플랫폼에 포함시키고 있다. 이를 통해 엔지니어가 선택한 제조 기술을 사용한 견적을 공급 업체에 요청하고, 부품 공급 계약을 체결하여 제조 비용의 사전 예측이 가능하다.
출시 시간 단축
물리적 프로토타입 제작은 시간과 비용이 많이 소요되는 과정이다. 최신 기술들이 적용된 첨단 CAD 플랫폼은 프로토타입의 제작 시간을 획기적으로 절감할 수 있다.
최신 CAD 패키지에 통합된 시뮬레이션 및 분석, CAM과 DFM 도구를 사용하여 오늘날의 엔지니어들은 설계 상의 문제점을 빠르게 찾아 내고, 개선된 설계를 적용하는 반복적인 사이클을 빠르게 진행할 수 있으며, 이를 통해 실제 상품 출시까지의 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.
VR/AR
물리적 프로토타입 제작은 최소화되고 있다. 가상현실VR : Virtual Reality과 증강현실AR : Augmented reality 기술을 통해 물리적 프로토타입 제작을 대체할 수 있기 때문이다.
오늘날 선도적인 기업들의 설계 회의에서는 물리적 프로토타입이 아닌 VR/AR 기반의 모델이 사용되고 있다. 참석자의 책상에 투영된 스케일 모델로 제품을 검토하고 실제 규모로 제품을 경험할 수 있다.
