3월 232014
 

인터넷을 돌아다니던 중에 엄청난 자료를 발견하여, 저도 두고두고 참고할 요량으로 번역을 합니다.

원본은 아래입니다. Guerrilla라는 사람이 그동안 자신이 경험한 자료를 일목요연하게 정리한 것으로 플라스틱 케스팅에 필요한 CNC 머시닝, 몰드 제작, 플라스틱 케스팅을 소개하고 있습니다.

원 강좌는 아래 링크에 소개되어있습니다.

http://lcamtuf.coredump.cx/gcnc/

 

먼저 첫번째로, 제 1편 소개를 먼저 번역합니다.  (원글: http://lcamtuf.coredump.cx/gcnc/ch1/)

 

1. 들어가며

안녕하세요, 방문자 분들… 먼저 이게 뭐에 대한 것인지 설명해보겠습니다. 그러면, 이 강좌가 정말 방분자 분께서 찾던 자료인지 알 수 있을 겁니다.

 

1.1. 이 강좌의 목적

나는 낮에는 컴퓨터 광으로 밤에는 취미 로봇 제작자로 살고 있습니다.  그러면서, 로봇을 제작하는 것은 – 다른 많은 정밀함을 요하는 취미들과 마찬가지로 – 엄청나게 재력이 풍부하거나, 아니면 훌륭한 손재주와 각종 공구들을 잘 갖춘 공방을 이용할 수 있는 여건이 되어야 한다는 것을 재빨리 알아차리게 되었습니다. 이런 혜택(?)과는 아무런 관련이 없는 도심의 주택지에 살고 있는 취미가로서는 포기하거나, 비싸고, 간단한 이미 만들어진 키트들, 또는 후진 품질의 결과물에 만족하는 수준에 머무르는 경향이 있습니다.

흥미롭게도, 너무도 간단한 작업이 종종 가장 난해한 도전이 되기도 합니다. 우리같은 많은 사람들은 마이크로 컨트롤러에 올라가는 프로그램은 식은죽 먹기로 하면서도, 간단한 동작하는 관절, 기어, 또는 원하는 모양의 커버등을 제작하는 것에 대해선 상상을 초월한 영역의 일이 되어버리곤 합니다. 지난 10년간,  책상 위 제작의 혁명에 대한 많은 말들을 들어왔지만, 우리가 모르는 사이, 다수의, 간단하고, 경제적인, 그리고 집에서 쉽게 접할 수 있는 수준의 방법들이 이미 손에 닿을 수 있는 수준에 와있었습니다. 오로지 문제가 있다면 컴퓨터 수치 제어 (CNC) (역주: 한국에서 흔히들 조각기라 불리움) 에 관한 자료나 재료가 작은 크기의 제작이나 취미가를 위해서는 거의 전무하다 시피 할 정도로 아무런 문서자료가 없고, 혼자서 찾아서 해결하기에는 엄청나게 어렵다는 것입니다.

몇년전, 나는  엄청난 결심을 하고 작은 CNC 밀링 머신을 사기로 했습니다 (Roland MDX-15). 그리고 플라스틱 케스팅 공방을 만들고, 그리고 몇개월에 걸쳐 테스트하고, 실패하면서, 이에 관한 모든 자료를 문서화 하여 다른 사람들이 이 모든 고통을 피해갈 수 있도록 하기로 하였습니다. 이는 충분한 가치가 있는 것이라 확신합니다. 이제 나는 엄청나게 멋지고 정밀한 디자인을 빠르고, 저렴하게 계속 일정하게 뽑아낼 수 있는 수준에 도달했습니다.

 

이 방법은 다른 이들에게도 효과가 있어서 Marc Hamende에 의한  하이브리드 다리를 가진 로봇 프로젝트 는 내가 최근에 아주 좋아하는 프로젝트 중의 하나가 되었습니다. (동영상)

만약 이 이야기에 호기심이 가고, 만약 약  $2,000를 CNC 공방에 투자할 의향이 있다면, 다음에 이어지는 글을 계속 읽어나가세요. 그렇지 않고,  오로지 CNC와 관련되지 않은 다른 부분에 관심이 있다면, 첫번째 강좌를 건너 뛰고, 다음 부분으로 넘어가면 됩니다.

이 섹션들은 손으로 또는 3D 프린터로 만든 부품들을 포함한, 다른 프로젝트와 다른 제작 프로세스에도 활용될 수 있을 것입니다.

1.2. CNC 로 제작한 것과 3D프린터로 제작한 결과물에 대한 간단 비교

한마디로 말하자면,  컴퓨터 수치 제어 밀링이란  원재료를 드릴같이 회전하는 절삭기구 (엔드밀)로  “절삭 (깍아내는)” 하는 과정을 거치는 방법으로, 이 방법은 여러개의 축과, 컴퓨터로 제어되어 움직이는 절삭 헤드를 통해 이뤄진다. 쉽게 보자면 Dremel  과 같은 것이 로봇에 장착되어졌다고 생각하면 됩니다.

가장 간단한 CNC 밀링 머신은 근육강화제를 맞은 이 드릴 프레스 같이 생겼습니다.  특별히 집과 사무실에서 사용되도록 설계되고 더욱 그럴듯한 형태를 갖춰가는 이런 기계들이 증가하고 있지만,  재료를 얹는 방식으로 3차원 형태를 만들어내는 3D 프린터와 같은 기술과 비교해 보자면, CNC 공작방식은 엄청나게 미개해 보이기도 합니다.

아뿔사.. 그런데 현재로선, 입문기 수준의 재료를 쌓아가는 방식, 예를 들자면 FDM 같은 저비용, 고품질을 요하는 취미가의 작업엔 아무런 쓸모가 없습니다. 이런 상황은 몇년후 SLA 방식의 저렴한 프린터가 나오게 된다면 달라질 수도 있지만, 이런 혁명은 아직 도래하지 않았습니다. 현재로선, CNC가 확실히 다음과 같은 4가지 측면에서 우위를 가지고 있습니다.

  • 정밀성: 이 것은 Makerbot FDM 프린터로 출력한 좋은 품질의 결과물입니다. 그리고,  이 것이 좀더 일반적인 예제입니다.  이 걸 CNC 밀링 결과와 비교해 보면, 차이점은 아주 확연합니다.CNC 밀링은 모든 축에서 1 µm (0.001 mm) 수준에 도달하여 거의 모든 복잡한 형상의 부품 표현이라도 비단결같이 매끄럽게 가공할 수 있습니다. 현재, 실제 $2,000  짜리 밀링 머신이 도달할 수 있는 정밀도는  $40,000 이하의 어떤 3D 프린터로도 일반적으로 도달 하기 어렵습니다. 실제, 아주 비싼 3D 프린터라도 어떤 것을 제작하느냐에 따라 확연한 제약이 존재 합니다. 예를 들면 X-Y 평면에서 0.7 mm 보다 미세한 부분을 만든다거나, Z 축방향으로 0.1-0.2 mm보다 미세한 부분을 만드는 것은 때에 따라  금기시 되고 있기도 합니다.
  • 재료의 선택: CNC 기계는 경재적인 원 재료를 이용합니다. 왁스에서 투명 플라스틱, PCB에서 목재, 석고, 알루미늄, 철재까지 어떤 것도 이용할 수 있습니다. 반면, 3D 프린터는 많지 않은 전용재료에 제한되어 있고, 그 결과물도 그 재료의 강성 때문에 실제 정밀 엔지니어링 목적으로 사용하기엔 거의 부적절 합니다.
  •  비용:  이 강좌에서 사용하는 방법을 따르면, 고강도, 엔지니어링급 플라스틱, 또는 질긴 고무같을 것을 이용해 만드는 작은 부품들은 거의 25센트 (역주: 약 300원)를 넘기지 않습니다. 원재료는 리터당 $15 (역주: 약 1만7천원) 정도 합니다. (이 포토 로그에 자세한 가격을 정리해봤습니다.)고정밀의 3D 프린터가 사용하는 재료의 경우, 리터당 $300 에서 $500 (역주: 약 32만원, 54만원) 정도 이고, Makerbot 또는 다른 저렴한 FDM 사출방식의 프린터의 경우 $50 정도 하나, 그 결과물로는 본격적인 용도로 거의 사용할 수 없는 수준입니다.
  • 속도: 일반적인 절삭 과정은 5분에서 중간크기의 CNC 밀링의 경우 3시간 정도 소요가 됩니다. 그리고 절삭 작업이 끝나면, 그걸로 끝난 것입니다. 불필요한 지지대를 제거하거나, 세척, 후처리, 유광작업, 또는 후 경화 작업 등이 필요 없습니다.  거의 모든 적층방식 기술을 이용하는 경우 쓸만한 비슷한 크기의 부품을 만드는데는 더 많은 시간이 소요되고, 거의 모든 경우 필요없는 구조물을 제거하는데 번거로운 수작업을 해야 합니다.

반대로, 3D 프린터가 CNC 밀링 방식보다 원리적으로 이점이 있는데, 그것은 자주 밀폐된 공간안에 간단한 내부 구조를 만들 수 있다는 것입니다. 이에 반해, 밀링은 오로지 밀링커터가 닿을 수 있는 부분에 대해서만 가공이 가능하다는 것입니다. 이 런 것이 3D 프린터에게 있어서 어려운 것은 아니다, 이러한 CNC 밀링의 제한점은 거의 엄청난 어려운 점이 되지는 않습니다. 거의 모든 것들은 반으로 나눠서 작업하거나, 회전시키는 등의 방법을 사용합니다. CNC 머시닝은 현재 산업 제조에서 주된 방법입니다. 아이패드 부터 음료수 병까지 거의 모든 대량 생산 품목에서 이런 현실적인 문제는 우아한 방법으로 해결하고 있다는 것을 알아둘 필요가 있습니다.

 

1.3. 플라스틱 주형 (resin casting)의 장점

(역주:  Resin을 번역할 때 원래는 ‘수지’라고 표현하는게 맞는데, 이 강좌에서 다루는 내용을 비추어 보면 그냥 간단하게 플라스틱이라고 번역해도 크게 무리가 없기 알기쉽게 플라스틱으로 번역을 합니다.)

플라스틱 주형은 주형틀을 만들고, 거기에 2가지 폴리머가 섞인 액체 플라스틱을 부어 주형틀의 틈을 채우는 방법을 사용하는 실용적인 제조법입니다. 일단 플라스틱이 굳으면, 완성된 부품을 틀에서 제거하고, 주형틀은 다시 재사용 할 수 있습니다. 이렇게 부품을 똑깥이 계속해서 만들어내는 방법은 모든 분야에서 흔히 사용하나, 이 방법은 아마추어 CNC나 3D 프린터에는 적용하기 거의 어렵습니다. 잠깐… 그럼 왜 이 것에 대한 이야기를 하는 걸까요?

음.. 그러니까, 이것이 쓸데없이 복잡하게 들리기는 하지만, 실제 그 과정은 꽤 적당한 수준으로, 이 제작과정은 직접 원하는 모양을 가공 (또는 프린팅)하는 것에 비해 몇몇 아주 흥미로운 장점이 있습니다.

  • 아주 희안한 것을 포함하여 원하는 어떤 재료도 사용할 수 있음. 물론, CNC로도 거의 어떤 것이라도 가공이 가능하지만, 적절한 재료를 구하고, 거기에 합당한 취급을 해줘야 할 필요가 있습니다.  정확하게 원하는 물성과 특징을 가진 어떤 재료는 구하기가 어렵습니다. 어떤 사람들에겐 빠르게 기계를 다루는 것이 어려울 수도 있고, 특히 이 분야에 갓 발을 디딘 사람에겐 더 그렇죠.  예를 들어, 탄속섬유복합제나 무른 고무를 가공하는 것은 정말 어려운 일입니다.주형 작업은 이런 반복적인 어려운 작업을 피해갈 수 있게 해주는데, 쉽게 가공이 가능하고 정밀한 결과물을 낼 수 있는 재료를 가공해 (또는 값싼 플라스틱으로 프린트를 하거나 찰흙으로 조형하여) 원본을 만들고,  최종 결과물은 고무, 유리함유복합제, 낮은 용융점의 금속, 또는 돌을 포함한 강화 콘크리트등을 이용해 만들 수 있습니다.
  • 거의 추가비용 없이 부품의 외양을 변경할 수 있음. 부품에 원하는 다양한 색을 내기 위해 추가로 비용을 지출할 필요가 거의 없으며, 이는 주머니 사정에 큰 보탬이 됩니다. 그저 몇방울 염료를 일반 플라스틱에 넣기만 하면 됩니다. 물처럼 투명한 부품? 불투명한 터키수정색? 또는 형광 핑크? 전혀 문제가 될 게 없습니다.
  • 쉽게 복제나 약간의 변경을 할 수 있음. t동일한 기어를 50개를 만들고 싶은가요? 부러져 망가진 부품을 바꿔 넣고 싶습니까? 충격 강도를 변경하고 부품의 유연성을 변경하고 싶은가요? 좀더 물렁하게 하기 위해 고무로 바꾸거나, 아니면 단단하게 하고 싶습니까? 그저 이미 만들어놓은 주형 틀에 다른 혼합 플라스틱을 넣어 굳히기만 하면 됩니다. 액체플라스틱의 특성은 쉽게 조정이 가능합니다. 다시 말하지만, 거의 추가비용이 들지 않습니다.
  • 시간과 재료를 절약할 수 있음. 직접 기계가공은 원재료의 블록에서 시작합니다. 그리고, 원하는 모양을 얻기 위해 거의 대부분의 재료를 절삭해 냅니다. 이는 낭비가 될 수 있는 부분입니다. 주형 방식의 경우,  어떤 모양의 재료로도 재빨리 깍아서 만들 수 있고, 필요가 없다면, 퍼티로 채워 버리거나, 아니면 다음 프로젝트를 위해 깨끗이 깍아내기만 하면 됩니다. 그리고, 구조물을 지탱해주기 위한 보조물을 걱정할 필요도 없습니다. 주형틀 내부에 주형 모양을 만들면 그 주형틀 자체가 지탱해주는 역할을 합니다.

만약 진짜로 플라스틱을 이용해 엔지니어링 작업을 하길 원한다면,  그 프로젝트를 위해 플라스틱 주형을 이용하는 것이 좋을 것입니다. 그리고 계속해서, 이 강좌는 (어떤 부분에서) 그 목표로 진행해 갈 것입니다.

1.4. 그런데, 진짜 비용은 얼마나 소요될까?

어떤 취미를 막론하고, 그 한계란 없는 거죠. ^__^;; 그말은 예산상 충분한 결과를 원한다면, 대충 아래와 같은 정도가 될 것입니다.

  • CNC 밀링 머신: $600 에서 $3,000 (역주: 한화 65만원에서 3백3십만원 정도) 정도. 엔드밀과 콜렛 구입을 위해 약 $150 (역주: 한화 약 17만원).
  • CAD / CAM 소프트웨어: 선택에 따라, 공짜 부터 $1,000 (역주 한화 약 110만원) . 공짜 프로그램도 있는데, 쓸만한 수준은 됩니다.
  • 플라스틱 주형 도구: 진공 펌프 : $100 (역주 한화 약 11만원) , 진공용기와 호스:  $70 (역주 한화 약 8만원), 주형 제거 도구, 컵과 다른 부수품 : $100 이하.
  • 주형틀 제작용 보드:  대형 (150 x 50 cm) 프로토타입 보드; $230 (역주: 한화 약 25만원), 2 갤론 (역주: 약 8리터) 폴리우레탄 수지: $120 (역주: 한화 약 14만원); 실리콘 조각: $130 (역주: 한화 약 15만원). 이정도면 한 1년은 쓸 수 있음.
  • 다른 공구:  마이크로 미터 ($70), 다이얼 계측기 ($50), 돋보기 ($40).

이 강좌에서 다루는 제작과정에서, CNC 밀링 머신의 유지비용은 매우 작습니다. 수천 시간의 사용시간 후엔, 어쩌면, 몇몇 베어링이나 스핀들을 바꿔줘야 할지도 모르겠습니다. 엔드밀등의 커터는 몇백시간 정도는 사용할 수 있을 것이구요. 이미 몇몇 기구들을 보유하고 있거나, 기술이 있다면, 비용은 더 절감할 수 있을 것입니다.

  2 Responses to “[번역] Guerrilla 강좌 – CNC, 몰딩, 케스팅 – 소개”

  1. 저는 캄보디아에 살고 있는 사람입니다.많은 경험과 기술의 축척에서 우러나온 글이라 사료됩니다.앞으로도 많은 수강 기회와 지도 편달을 바라겠습니다.감사합니다.

    • 제 블로그에 방문해 주셔서 감사합니다. 전 그저 취미 자작가 일 뿐이라 지도 편달할 수준이 아닙니다. ^^;;

      오셔서 재미있게 구경해주세요. ^^

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