제조를 위한 설계(DFM) Dfm )는 부품과 어셈블리를 쉽게, 신뢰성 있게, 경제적으로 제작할 수 있도록 설계하는 방식입니다. 팀에서 초기 단계에서 제조를 위한 설계를 적용할 경우, 엔지니어링 수정 작업을 줄이고 시장 출시 기간을 단축하며 개별 제품 비용을 통제할 수 있습니다. 우수한 제조를 위한 설계는 기능적 요구사항을 현실적인 공정 한계, 협력업체 역량 및 후속 조립 조건과 균형 있게 조율합니다. 이 문서에서는 즉시 활용할 수 있는 핵심 원칙, 실용적인 체크리스트, 측정 가능한 파라미터를 안내합니다. 설계를 생산 친화적으로 만드는 데 도움이 되는 내용입니다.
제조성을 위한 설계 제조 가능성 문제를 개념 설계 또는 초기 상세 설계 단계에서 조기에 발견함으로써 비싼 금형 변경, 늦어진 협력사 협상, 양산 단계의 품질 문제를 방지함으로써 비용을 절감할 수 있는 전략입니다. 제조성을 고려한 설계(DFM)를 적용하면 적절한 공정(프레스 가공, 성형, 기계 가공, 적층 제조 등)을 선택하고 실현 가능한 공차를 설정하며 성능과 공급망 현실에 모두 부합하는 소재를 선택할 수 있습니다.
제조성을 고려한 설계(DFM)는 첫 번째 솔리드 모델이 고정되기 전에 가장 효과적으로 수행됩니다. 초기 제조 검토를 통해 제작 비용이 많이 들거나 위험이 따르는 형상(언더컷, 깊은 캐비티, 고정이 어려운 특징 등)을 식별하고 설계자는 이를 견고한 대안으로 대체할 수 있습니다. 개념 설계, 프로토타입, 사전 양산 단계에서 정기적인 DFM 점검을 통해 예상치 못한 문제를 줄이고 생산 ramp-up(양산 전 과도기)을 가속화할 수 있습니다.
복잡한 형상과 많은 부품 수는 비용과 결함 모드를 증가시킵니다. 제조 용이성을 위한 설계는 통합을 권장합니다. 즉, 부품 수와 고정구 수, 조립 수를 줄여 조립 과정에서의 작업량과 검사 단계를 최소화하도록 합니다. 조립 단계를 줄이고 유지보수성능을 저하시키지 않는 한도 내에서 성형 인서트, 클립 조립 방식 또는 다기능 부품 사용을 권장합니다.
제조 용이성을 위한 설계는 상용 부품과 일반적인 크기의 고정구, 독립적으로 제작 및 테스트가 가능한 모듈 사용을 권장합니다. 표준화는 조달 과정을 단순화하고 리드타임을 단축시키며, 모듈식 설계는 병렬 생산, 용이한 업그레이드, 지역별 수리 전략을 지원합니다.
소재 선택은 제조 가능성에 직접적인 영향을 미칩니다. 강도를 위해 선택된 금속이 가공성에서 부적합할 수 있고, 외관을 위해 선택된 폴리머는 성형 시 예측할 수 없게 수축할 수 있습니다. 설계 단계에서 제조성을 고려하는 것은 열적, 화학적, 치수 안정성과 같은 소재 특성을 대상 제조 공정과 협력업체 역량에 맞춰 매핑하는 것을 요구합니다. 초기 단계에서 협력업체의 조언을 반영하면 선택된 소재의 리드타임과 일반적인 폐기율을 명확히 파악할 수 있습니다.
각 제조 공정은 일반적인 능력을 가지며, 이는 정밀도 한계, 최소 특징 크기, 생산량에 따라 변하는 단가 곡선을 포함합니다. 설계 단계에서 제조성을 고려하면 예상 연간 생산량에 따라 공정 능력을 평가하게 됩니다. CNC 가공은 소량 생산에 적합한 경우가 많으며, 금형 비용이 들더라도 사출 성형과 프레스 성형은 대량 생산 시 경제적입니다. 사이클 타임, 금형 상각, 단위 부품당 비용을 이해하는 것은 최적의 제조 경로를 선택하는 데 핵심입니다.
공차는 비용을 빠르게 증가시키는 요소 중 하나입니다. 제조용 설계(Design for Manufacturability)에서는 비중요 특성에 대해서는 보수적인 공차를 적용하고, 기능상 필요한 경우에만 엄격한 공차를 적용할 것을 권장합니다. 개별 치수를 과도하게 명시하는 대신 기하공차(GD&T)를 사용하여 기능적 관계를 표현하십시오. 일반적인 CNC 작업장에서는 대부분의 형상에 대해 ±0.05~±0.13mm의 정밀도를 쉽게 달성할 수 있습니다. 보다 엄격한 공차는 특수 공정이 필요하며 비용이 증가합니다.
세밀한 표면 마감이나 미장식 연마를 지정하면 가공 시간과 가격이 증가합니다. 제조용 설계(Design for Manufacturability)에서는 높은 Ra 값이 기능적으로 필요한지, 아니면 미관상 필요한 것인지 검토해야 합니다. 미관상 필요할 경우 전체 부품 처리 비용을 줄이기 위해 부분 마감이나 불완전한 표면을 숨기는 설계 요소를 고려하십시오.
제조용 설계(Design for Manufacturability)는 조립 작업을 줄이는 설계를 촉진합니다: 고정 패스너, 클릭 조립 방식, 한 가지 방향으로만 조립 가능한 테이퍼형 또는 비대칭 부품, 정렬이 용이한 공차 등을 적용합니다. 다양한 크기의 패스너 사용을 줄이는 것도 조립 속도 향상과 도구 재고 간소화에 기여합니다.
테스트 포인트, 표준화된 테스트 지그 및 자동 검사(시각, 토크, 전기 탐침)를 수용할 수 있는 설계 요소는 초기 설계 단계에서 고려되어야 합니다. 제조용 설계는 검사 전략을 설계에 통합하여 품질 게이트가 효율적이며 개입이 최소화되도록 합니다.
제조를 위한 설계(DFM)는 초기 비용 모델(재료비, 사이클 시간, 금형 분할 상각비 및 예상 폐기물)을 활용하여 대안들을 비교합니다. 약간 비용이 더 드는 원자재라도 공정 단계를 줄여 총 비용을 절감할 수 있습니다. 간단한 부품당 비용 추정치를 사용하여 초기 금형 투자 비용이 대량 생산 시 낮은 단위 비용으로 정당화될 수 있는지를 판단하십시오.
협력업체를 파트너로서 적극적으로 참여시키십시오. 금형, 원자재 리드타임, 제조 가능성 제약 조건에 대한 피드백을 통해 보다 간단하고 위험 수준이 낮은 옵션을 발견할 수 있습니다. 제조를 위한 설계(DFM)란 설계상 이상과 공급망 현실(가용성, 최소 주문 수량, 지리적 요소) 사이의 균형을 유지하는 것을 의미합니다.
최신 설계 제조성 워크플로우에는 DFx 도구가 포함되며, 이 도구는 CAD 모델을 자동으로 분석하여 일반적인 설계 오류를 확인합니다. 예를 들어, 최소 벽 두께, 드래프트 각도, 구멍에서 모서리까지의 거리, 사출 성형 또는 판금 제작 시 제조 가능성 플래그 등을 확인합니다. 이러한 검사를 CAD에 통합하면 작업을 재수행할 필요 없이 일관되게 표준을 적용할 수 있습니다.
설계 제조성 검증을 위해 3D 프린팅, 소프트 정위치구(soft jigs), 소량 가공이 필수적입니다. 프로토타입은 금형 제작 이후에 발견하면 비용이 많이 드는 취급 문제, 조립 간섭 및 인체공학적 문제를 드러냅니다. 금형 선택을 확정하기 전에 조립성, 인체공학, 기본 적합성을 검증하기 위해 저비용 프로토타입을 활용하십시오.
규제가 적용되는 산업에서는 제조용 설계(Design for Manufacturability)가 살균, 추적 가능성, 검증된 프로세스를 고려해야 합니다. 사용되는 소재는 생체적합성이어야 하며, 통제된 환경에서 제조 가능해야 합니다. 이와 같은 분야에서의 제조용 설계는 검증과 감사 추적성을 지원하는 문서화 방식도 포함합니다.
대량 생산에서는 프레스 성형, 사출 성형 및 자동 조립이 유리합니다. 이러한 분야의 제조용 설계는 금형 수명, 사이클 시간 최적화, 피로 및 내구성 분석에 중점을 둡니다. 표준 부품, 코일 또는 수지 원자재에서의 최적화된 소재 수율, 그리고 용이한 유지보수성은 일반적인 우선 고려사항입니다.
적층 제조는 복잡한 형상을 구현할 수 있지만 고유한 가공 가능성 규칙을 수반합니다: 최소 특징 크기, 지지 구조 제거, 이방성, 표면 마감 고려사항. 제조 용이성 설계(DFM)는 성능 또는 프로토타이핑에 적층 제조 방식이 적절한 선택인지, 그리고 후가공이 비용에 어떤 영향을 미칠지를 평가해야 합니다.
적층 및 절삭 공정을 결합하거나 기계 가공된 인터페이스가 있는 인서트 몰딩을 활용하면 최적의 부품을 제작할 수 있지만, 제조 용이성을 위한 설계는 공정 간 결합 공차를 고려하고 열처리 또는 후절삭 공정이 최종 치수에 미치는 영향을 반영해야 합니다.
반복 가능한 양산성 설계(DFM) 프로그램은 개념 검토, DFM 검토, 프로토타입 승인, 양산 전 감사 등의 정식 체크포인트를 설정합니다. 이러한 체크포인트에는 설계, 제조, 품질, 조달 및 협력사 대표들이 참여하며, 지연된 변경을 방지하기 위해 명확한 체크리스트와 게이트 기준이 적용됩니다.
양산성 설계(DFM)의 영향을 퍼스트 패스 수율, 평균 부품 비용, 프로토타입 제작 소요 시간, 조립 작업 시간 등의 주요성과지표(KPI)로 측정하십시오. 생산 데이터를 활용하여 설계 규칙을 개선하고 반복 발생하는 결함 모드를 줄이십시오. 지속적 개선을 통해 양산성 설계를 단발성 검토가 아닌 지속적으로 운영되는 프로세스로 만들 수 있습니다.
디자이너들은 흔히 '안전하게' 하기 위해 빠른 공차와 복잡한 기능을 기본값으로 설정합니다. 제조를 위한 설계(DFM)는 모든 엄격한 공차에 대해 기능적 정당성을 요구하고, 그러한 정밀도가 실제로 필요한지 확인하기 위한 프로토타입 제작을 권장함으로써 이러한 경향을 반박합니다.
협력업체와의 협업이나 툴링 결정을 늦출 경우, 변경 사항이 늦어지고 비용이 증가합니다. 제조를 위한 설계(DFM)는 고비용의 재작업과 일정 지연을 방지하기 위해 초기 단계에서 협력업체와의 협업 및 프로토타입 툴링을 규정합니다.
다음은 초기 제조를 위한 설계(DFM) 결정 과정에서 사용할 수 있는 업계 전형적인 실용적인 파라미터 표입니다. 이 표의 수치는 계약이 아닌 참고 사항이므로 도면을 확정하기 전 선택한 제조사와 확인하시기 바랍니다.
| 매개변수 | 일반 범위 / 예시 | 실용적 참고 사항 |
|---|---|---|
| 일반적인 CNC 공차(표준 작업장) | ±0.05 mm – ±0.13 mm | 많은 프로토타입 업체에서는 ±0.005인치(~0.13mm)를 표준 실용 공차로 제시합니다. |
| 고정밀 CNC 공차 | ±0.01mm – ±0.005mm | 정밀 장비가 필요하며, 종종 2차 연마 또는 리밍 공정이 요구됩니다. |
| ISO 2768 일반 공차 등급 | 정밀/중간/조면 예시 | 비중요 치수에 대한 일반 공차 지침으로 ISO 2768을 사용하십시오. |
| 일반적인 가공 표면 거칠기 Ra | 3.2μm, 1.6μm, 0.8μm, 0.4μm | 더 세밀한 마감은 비용을 증가시키므로 허용 가능한 최소 마감을 선택하십시오. |
| 사출 성형 주기 시간(일반) | 2초 - 120초/부품당 | 소비자 부품은 보통 2–30초; 대형/복잡 부품은 더 긴 냉각 시간 필요 |
| 성형용 권장 다이 각도 | 0.5° - 2°/면당 | 다이 각도를 키우면 금형에서 부품을 빼기 쉬워짐; 질감이 있는 표면은 더 큰 다이 각도가 필요할 수 있음 |
| 최소 벽 두께(사출 성형) | 0.8mm - 3.0mm(소재에 따라 다름) | 두께를 얇게 하면 무게는 줄어들지만, unken 마크, 휨, 성형 불량 발생 가능 |
| 판금 최소 굽힘 반경 | 재료 두께의 1× – 2× | 합금 및 템퍼에 따라 다름; 공급업체 역량을 확인하십시오. |
| DFM을 위한 표준 패스너 크기 | 일반적으로 M2, M3, M4, M5 사용 | 일반적인 크기 사용은 조립 및 재고 관리를 간소화합니다. |
(위의 값은 일반적인 업계 관행에서 도출된 대표적인 가이드입니다. 정확한 사양과 비용은 선택한 공급업체 또는 제조 파트너와 반드시 확인하시기 바랍니다.)
최소 벽 두께 검토, 균일한 단면 두께, 커터 크기에 맞는 모서리 라운드, 가공 및 검사 접근성을 위한 기능 확인, 불필요한 언더컷 제거
부품 방향, 패스너 공용성, 나사 및 커넥터 접근성, 그리고 분해 없이 인라인 테스트를 수행할 수 있는지 확인하십시오.
제품 설계 초기 단계에서 제조 및 조달 부문을 조기에 참여시키는 것이 중요합니다. 설계 검토 시 조기 공급업체의 의견 반영 및 제조 부문의 참여는 문제가 비용 증가로 이어지기 전에 해결하는 데 도움이 됩니다. 단순한 조직적 변화만으로도 후기 변경 사항과 금형 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
비중요 특징에는 현실적인 작업장 허용오차를 사용하되, 일반적인 CNC 작업의 경우 ±0.05mm에서 ±0.13mm 정도로 유지하고, 기능상 필요한 경우에만 더 엄격한 허용오차를 적용하십시오. GD&T를 적용하여 기능적 관계를 정의하면 전체적인 허용오차 비용을 줄이는 데 도움이 되는 경우가 많습니다.
연간 생산량이 금형 투자비를 상쇄할 만큼 충분할 경우, 사출 성형은 매력적인 선택이 됩니다. 일반적으로 부품 복잡성과 금형 비용에 따라 연간 수천 개에서 수만 개의 부품 생산이 이에 해당합니다. 결정을 내릴 때 사이클 시간, 예상 폐기물량, 그리고 2차 가공이 필요한지를 고려해야 합니다.
네. 제조성을 고려한 설계는 재료 효율성 향상, 재작업 감소, 조립 단순화를 통해 폐기물을 줄이는 데 기여합니다. 또한 설계자가 재활용이 가능하거나 환경 영향이 적은 소재를 선택할 수 있도록 도와주며, 해당 소재는 생산 공정과도 호환성이 유지됩니다.
저작권 © 2024 Xiamen Tongchengjianhui Industry & Trade Co., Ltd. 보유. - Privacy policy
