디자인과 제조, 5년 후 어떻게 달라질까? (1)

왜 디자인과 제조업은 앞으로 5년 안에 모든것이 뒤바뀌게 되는가?
2015년 6월 23일 Shuvom Ghose 著.

산업 사회의 시발점부터 파트 디자인에는 항상 두 가지 규칙이 존재해 왔습니다.

1. 제조 가능한 형태만 디자인한다.
2. 복잡할수록 비용과 시간이 증가한다.

그러나 향후 5년 안에 이 두 가지 규칙들은 모두 더는 사실이 아니게 됩니다. 이는 바로 최적화 소프트웨어 3D 프린팅 기술의 발전으로 일어날 일들입니다. 툴의 장점을 활용할 줄 아는 디자이너는 우리가 아는 DFM(Design-for-Manufacturing)의 모든 것을 바꿀 것입니다. 그리고 다른 경쟁자들이 쉽게 따라 할 수 없는 더 가볍고 복잡한 형태의 디자인을 내놓으면서 디자인의 경량과 효율성의 표준 역시 새롭게 세워질 것입니다.

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앞서 말한 두 가지 규칙을 따로 또 같이 살펴보도록 합시다.

첫 번째, 제조 가능한 형태만 디자인한다.

왜 이러한 규칙이 생겼는지는 다음과 같은 이유를 보면 매우 당연합니다. 만들 수 없는 것을 디자인하는 것에는 아무런 이득도 없기 때문입니다.

이는 우리가 뼈를 다쳤을 때, 자연이 디자인 한 하중 구조물이 치유되는 동안 인간이 만든 구조물은 고정해주는 역할만 하는 이유와 같습니다.

자연은 유기적인 형태로 디자인하고 인간은 제작소와 일하기 쉬운 납작한 면, 원, 직선을 이용한 디자인을 합니다. 이 요소들을 벗어나서 디자인하게 되면 당신의 비 표준적인 형태를 설명하고 제작하여 검사하는데 셀 수 없는 시간을 들이게 됩니다.

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비표준 형상은 설명하고 검사하는데 어렵다.

또 한가지, 보통 단순하지 않은 형태를 디자인하지 않는 이유는 무엇보다 제작하는 단가가 매우 비싸기 때문입니다. 그리고 이것이 두 번째 세계 공통의 이유입니다.

복잡한 형태일수록 시간의 소비가 크다.

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쿼드콥터는 복잡한 디자인의 아주 적절한 예시입니다. 녹색으로 표시한 4개의 엔진을 지지하는 버팀대를 디자인하는 과정을 보면 아래와 같습니다.

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이 디자인을 결정하기 위해 많은 시간과 노력이 들었습니다. 심지어 버팀대는 동작에 필수적인 파트가 아님에도 현재  단계에서 이 부분은 견고하게 디자인되었습니다.

마운팅 홀이 추가된 이러한 형태의 버팀대는 엔진을 지지하기 위한 기본적인 기능을 충족시킵니다. 그러나 최종 생산 단계의 디자인 형태로 나아가려면 얼마나 더 노력이 필요할까요?

Screen-Shot-2015-06-18-at-1.43.16-PM 경량화를 위한 단 하나의 재단에도 5개의 다른 형태, 길이, 각도를 결정해야 한다.

남은 대부분의 파트는 강도를 유지하는 선 안에서 무게를 줄이기 위해 수정됩니다. 무게를 줄이기 위해 한 부분을 잘라내어 보겠습니다. 엔지니어는 수동으로 4개의 선과 1개의 호를 스케치하고 안정적인 재단을 위해 모든 길이와 각도를 일일이 조절해야 합니다.

그러나 이것은 단 한 가지 용도를 위한 것입니다. 완성된 모델은 Fillets와 drafts 같은 작은 개선을 제외하고도 적어도 27개 이상의 이러한 질량 최적화가 필요합니다. 

Screen-Shot-2015-06-18-at-1.43.33-PMFillets과 drafts를 제외한 27개의 경량화 부분 

디자이너가 해야 하는 27 X 5 = 135 길이(전통적인 추정법으로 봤을 때)와 각도, 위치의 결정은 디자인 최적화의 시작일 뿐입니다. 이 제품은 결국 비행체이므로 경량화가 최우선적일 것입니다. 그런데 우리는 과연 27이라는 숫자가 질량 최적화의 최대 숫자라 말할 수 있을까요? 왜 50이나 100은 아닐까요? 자연이 디자인한 새의 뼈는 훨씬 더 높은 숫자를 산출해낼 수 있습니다.

Screen-Shot-2015-06-18-at-1.43.41-PM새 골격의 내부 이미지 출처. dkfindout.com

우리가 이 비행물체의 파트를 새의 골격처럼 100-200개의 질량 최적화를 할 수 없기 때문에 모든 요소는 사람에 의해 형상화 되고 사이즈되고 위치 되어야합니다. 하지만 사실 상 엔지니어는 그러한 시간이 없습니다.

* 다음 회에 계속. 이번 포스팅은 2회에 걸쳐 진행됩니다.

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