설계와 생산 이야기.

나는 완전 늅늅이고 아직까진 양산은 넘보지 못하는 4년차 고졸 야매 기술자다.

글도 초고를 바로 올리는 편이니 분명히 빠지는 내용이 있을것이다.

글을 읽고 모르는 내용은 jkdlab.co@gmail.com으로 정리해서 물어보면 내가 아는 선에서 잘 대답해주도록 하겠다.

이거 깍을 사람 입장을 생각해주는 시간

설계와 생산

대표적인 생산주의적 디자인의 예시 "FP45 리버레이터" 이거 제조되는 시간이 장전시간보다 빠르다.

디자인과 설계는 별개의 문제일까? 꼭 그렇지는 않다.

생산을 고려하는 디자인 : 못만들면 낭패니까.

나는 디자인을 할때에는 디자인 목표에 맞는 생산 수단을 설정하고 시작한다.

위에서 보여준 예시의 FP45는 디자인 목표를 극한까지 달성시킨 확실한 총기이다.

내가 앞서 이야기한 하드웨어 목표 4가지를 위 총기 FP45의 목표에 맞추어 이야기해보겠다.

• 돈 : 저렴하면 저렴할수록 좋다. 왜냐면 많이 찍어낼꺼니까.
• 디자인 : 생산이 쉽고, 레지스탕스 입장에서 있으면 든든하되 적군은 굳이 쓸 생각이 안들게 만들어야 한다.
• 하드웨어 스펙 : 작고, 쏠 수 있고, 누구나 다룰 수 있어야 한다.
• 제품의 달성목표 :
  • 적군으로 하여금 민중 사이 어디에서건 누구든간에 자신을 쏠 수 있다는 공포심 조성
  • 빠르게 만들어서 무기 부족을 호소하는 지역에 최소한의 무기를 보급
  • 어쨋든 총알이 나가면 되고, 누구든 잡아서 한발만 쏠 수 있으면 됨.

위 조건중 하나라도 충실하게 달성하지 못한 목표가 있는가?

생산 공정, 디자인, 조립과정, 패키징까지 모든것이 완벽한 하나의 제품이 되었다.

좋은 디자인은 이런것이다. 실패작이지만

그렇다면 생산을 신경쓰는 디자인을 해보자.

디바이스 마트의 머시닝 서비스 주의사항. CNC가공을 할때 중요한 내용을 간략하게 잘 설명해주었다.

생산을 신경쓰는 디자인이라는것은 그렇게 복잡한것은 아니지만 복잡하다.

어떻게 만들어질지, 만드는 업체와 가공방식의 specification을 보고 그 범주를 넘어서지 않는 한도에서 설계하면 된다.

On Demand 서비스 3D허브의 CNC machining services

3D허브는 3D프린팅으로 시작해서 사출, 머시닝, 이외의 다양한 작업에 대해서 대응해주는 서비스이다.

일단 오차는 0.02mm 수준이라니 우리가 걱정할 필요는 없어보인다.

그렇다면 어떤 모델을 넣던간에 상관이 없을까?

정답은 "그렇지 않다" 이다.

Review manufacturability feedback 이라는 경고가 떳다 왜일까?

나는 두개의 간단한 샘플을 통해서 이 내용을 설명하려고 한다.

1번 샘플

2번 샘플

왜 1번은 제작이 안되는 형상일까?

CNC의 특성상 내측면을 완벽하게 90도로 깍을 수 없다.

중국 쇼핑몰에 올라와있던 6MM 비트의 이미지.

위 이미지에서 가공 불가능한 형상이라고 이야기하는 이유는 내측면 코너가 2mm 이하인 직교하는 면이기 때문이다.

아마도 3D허브에서 세팅해둔 MCT의 비트는 2mm가 가장 작은 비트인것같다.

완벽하게 90도로 깍인 형상을 만들기 위해서는 0에 수렴하는 얇은 비트를 사용하여야 한다.

하지만 얇은 비트는 얇은만큼 부숴지기가 쉽고, 단순 수명자체도 짧다.

이것은 유지비와 가공비에 직결되며 가공 업체에서는 이러한 형상을 최대한 90도에 가깝게 깍아준다고 하더라도 금액을 높혀 부를것이다.

이해를 돕는 이야기

펜을 예시로 들겠다.

얇은 펜으로 별 모양을 모두 채운다면 시간은 오래걸리겠지만, 빠져나오는 부분이 적게 모든 부분을 칠할 수 있다.

굵은 펜으로 별 모양을 모두 채운다면 시간은 얼마 안걸리겠지만, 빠져나오는 부분이 많거나 코너 부분을 칠하는데에 난항을 겪을것이다.

가공업체는 굵은 펜으로 빠르게 생산하고, 얇은 펜으로 디테일을 채운다.
하지만 얇은 펜으로도 못 채울만큼 작은 코너는?

생산은 시간과의 싸움이다. 우리는 이 부분을 고려하고 디자인해야만 한다.

파훼법

나는 숫자들을 정해두고 사용한다.

일반적으로 3의 배수를 이용해 설계 작업에 들어가며, 예외사항은 업체와 협의한다.
(작은 글씨 음각같은 경우는 치수로 어쩔 수 없다.)

회로에서는 나 뿐만 아니라 다른 작업자들도 1mil(1/1000 인치)을 기준으로 작업한다.

기준이 될 치수를 정해두면 디자인의 통일성도 좋아진다.

그렇다면 곡면 가공과 같이 까다로운 형상을 피해야 하나요?

이런 형상을 만드는 이유가 있을거 아니에요 팀쿡 아저씨. (물론 달성 목표에 따라서 생산에 비효율적인 디자인도 필요하다.)

정답은 없다.

가공방식에 따라서 곡면을 넣어도 괜찮을 수 있다.

만약 내가 곡면이 들어간 스피커를 제작한다고 가정하자.

나는 외부 인클로저는 위처럼 3mm 룰을 따라 설계할것이고 내측은 가공 가능한 범위에서 몰드를 만들어 사출을 시도할것이다.

혹은 겉에 덧대는 그릴을 열성형하거나, 진공성형한 판 위에 덮어 씌우거나... 방법은 무궁무진하고 목적에 맞는 방식을 찾는것은 디자이너의 역량에 달려있다.

그러다가 손다친다. 챔퍼와 필렛

의외로 90도로 갓 깍아나온 금속은 날카롭다. 잘못하면 손이 베일정도로

챔퍼는 모깍기, 필렛은 모서리를 둥글게 한다는 뜻이다.

많은 초보 설계자 분들이 고려하지 않는 내용들인데, 위 두가지는 사람 손이 닿는 모든 부분에 적용해 주어야만 한다.

나는 챔퍼를 제품의 결합부에 적용해 결합 형태를 꾸미는데에도 자주 사용한다.

그림의 테두리를 진하게 칠해서 각 부분을 명확히 하듯, 챔퍼도 비슷하게 사용하면 좋다.

나사는 어떻게 넣을건데? 탭 가공

탭 가공이 되어있는 프로파일

나사를 끼우려면 탭 가공을 해주어야만 나사산이 생겨서 고정이 된다.

고정이 나무에 피스 박듯이 그냥 드릴로 우다다 박아서 되는 물건이 아니라는것은 내 야마나버린 한성 노트북 뒷판 고정나사 5개가 증명한다.

나는 탭 가공을 업체와 직접 이야기해서 어디에 넣어야하는지 명시해주었다.

도면이나 설계단에서 탭에 대해서 명시를 해준다면 가공 업체에서 알아서 진행해 줄 것이다.

만들었는데 조립을 못하면 어쩌려구 그랬어.

색도 칠해줘야지 : 후가공

아노다이징, 파우더코트, PVD코팅 샘플 삼위일체

각 제품별로 맞는 후가공 방식이 있고, 주변 제품 한두개만 둘러봐도 쉽게 예시를 볼 수 있다.

애플은 알루미늄의 소재와 샌드 블라스팅된 아노다이징의 표면 느낌을 잘 활용하는 기업이다.

위 사진의 SF(Soft Feeling) 코팅은 우레탄을 활용하는 고무 질감의 후가공이다.
사용감을 좋게 하지만, 오래되면 끈적해진다.

샌드블라스팅부터 경질 아노다이징, 아노다이징, 파우더코트, PVD 코팅, 세라믹 코팅 등등등

눈에 보이는게 다가 아니다. 사용성에도 지대한 영향을 끼친다.

색칠놀이로 치부하면 큰코다친다.

이제 생산 비용 검토를 해보자.

나는 소량 생산이다. MOQ는 총 100대. 그렇다면 100대를 만든다면 금액은 어느정도일까?

xometry와 3d hub를 활용해서 간단하게 가공비를 알아보자.

3D허브의 생산비용 : 검정 아노다이징, 샌드블라스팅 옵션

xometry의 생산비용 : 검정 아노다이징, 샌드블라스팅 옵션, 100 pcs

두 업체 다 약 1000달러 내외인것을 볼 수 있다.

여기서 중국 업체를 간다면 내가 보기엔 대략 금액은 600달러 선에서 해결되지 않을까 싶다.

한국 업체는 내가 안맡겨봐서 모른다. 돈이 없어서...

그렇다면 100개의 생산비용은 1000달러인가?

아니다. 내 기준으로 다시 따져서 금액을 책정하면 (최악의 경우에 대한 뇌피셜이다.)

• 관세 + 부가세 + 한국 들여오면서 이중 부가세 + 배송비 (약 300달러 10%(생산국 부가세) + 10%(국내 부가세) + 8%(관세) + 50달러 배송비)
• 들여와서 QC 작업 (100개중 10개 도장찍힘, 기스, 부숴짐 등으로 인한 드랍.)

남은 부품은 약 90개, 들은 금액은 1300달러.

개당 단가 10달러였던 꿈과 희망이 가득찬 과거와는 다르게 단가 14.4달러라는 1.5배 가까운 금액이 되었다.

그렇다면 국내 업체 가공만이 답일까?

그게 왜 국내 업체 가공은 쌀거라는 결론으로 가지?

위 업체들은 두가지 방식으로 금액을 줄였다.

1. 자동화 시스템
2. 인건비가 싼 나라에서 생산

한국에서 직접 컨택하는 대부분의 공장은 위 방식과는 거리가 먼 편이다.

내 경험으론 샘플 제작에 터무니 없는 가격을 부르는 경우가 있었다.
결과적으로 그 샘플은 외국 업체에 맡겨 제작을 진행했다.

물론 얼마가 들지는, 디자이너가 어떻게 설계하냐에 달려있다.
그리고 가격만큼 품질이 정말 뛰어난 업체도 많이 있다.

개인적으로 존경하는 고산 대표님의 "카파" 를 활용하면 어느정도 국내 업체의 견적이 감이 올거같지만

작업자가 직접 견적을 내주는것이다보니 현업자분들 생업에 지장을 일으킬까봐 샘플의 견적을 올리지는 않겠다.

가격 경쟁을 붙여서 국내 가공업체의 생계에 문제가 생기진 않을까 걱정되기는 한다. 크몽같은 서비스처럼은 안되길 빈다.

다음 편에서는 회로이론이 아닌 실전 전자회로를 다룬다.

이번주 안에는 쓰겠지.