제4부 기계 설계·구조·재료

4.17 시작품 제작 공정: 적층 제조 7범주(ISO/ASTM 52900)·CNC 가공·레이저 절단·판금

4.17.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

이 장은 로봇 시작품 부품을 만드는 네 가지 공정군, 곧 적층 제조, CNC 가공, 레이저 절단, 판금 굽힘의 원리와 공정이 만드는 형상 오차를 정리한다. 설계 규칙과 시작품에서 양산으로의 전환(4.16), 공차 표기와 누적 해석(4.7), 재료 선정(4.4), 로봇이 수행하는 적층·절삭 작업 자체(28.29, 28.10)는 각 장이 맡고, 이 장은 시작품 제작 공정의 구분과 공정별 오차의 식, 그리고 그 식을 설계 단계에서 보정하는 방법을 다룬다.

배우는 것:

• 적층 제조 7범주 — ISO/ASTM 52900의 범주 이름, 대표 기술과 재료, 시작품 사용에서의 장단점.
• 계단 효과 — 층 두께와 표면 경사각에서 정해지는 계단 오차, 원통 단면의 편차.
• CNC 가공 — CAD-CAM-G 코드 흐름, 볼 엔드밀의 스캘럽 높이와 이송 간격·가공 시간.
• 레이저 절단 — 레이저 종류, 절단폭(kerf)과 치수 보정.
• 판금 굽힘 — 굽힘 여유·굽힘 공제·K 계수, 전개 길이와 K 불확실성의 영향.

선수 지식: 0.14(개발 수명주기), 4.4(구조와 재료), 4.7(공차 설계와 GD&T), 4.14(설계 도구), 4.16(제조·조립·원가 설계).

특히 중요한 독자: 시작품을 직접 설계하고 제작 의뢰를 하는 기계 설계자, 3D 프린트·판금·가공 공급업체와 소통하는 시스템 통합자, 시작품 시료의 치수 오차 원인을 분석하는 연구자.

출처 방침. 기준 시점은 2026-11-05이다. 직접 읽은 자료(2차): 위키백과(영문) "3D printing processes"(7범주와 대표 기술·재료, ISO/ASTM 52900의 2015년 판 인용), "Bending (metalworking)"(굽힘 여유·공제·K 계수와 굽힘 방식), "Laser cutting"(레이저 종류·절단폭·두께·거칠기), "Numerical control"(CNC·G 코드), "Design for manufacturability"(CNC·적층 규칙), Fabcon 판금 DFM 글(K 계수 범위와 CAD 기본값). 서지만 확인(Crossref): Gibson·Rosen·Stucker(2015), DebRoy 외(2018), Ahn 외(2002). 읽지 못한 것: ISO/ASTM 52900·ISO/ASTM 17296-2·ISO 9013·ISO 6983의 본문(유료 또는 접근 차단), 장비·공급업체별 사양, 위 서지의 본문. 위키백과 서술 가운데 인용이 없는 수치는 (공개 주장치)로 표시한다. 이 장의 수치 계산은 4.17.5의 예제뿐이며 층 두께·공구 반경·절단폭·판 두께·K 계수는 모두 가정이다.

4.17.2 개념 — 공정은 형상을 만드는 방식이고 오차의 구조가 다르다

결론부터 적으면 다음과 같다. 시작품 공정은 형상을 더하는(적층), 깎는(절삭), 자르고 접는(판재 절단·굽힘) 방식으로 나뉘며, 방식마다 형상 오차가 생기는 구조가 다르다. 적층은 층 두께와 경사각이 정하는 계단, 절삭은 공구 반경과 이송 간격이 정하는 스캘럽, 레이저 절단은 절단폭, 굽힘은 중립선 위치(K 계수)의 불확실성이 전개 길이를 정한다. 이 오차들은 공정 매개변수에서 식으로 예측되므로 설계 단계에서 보정하거나 허용값에 반영할 수 있다. 공정 선택의 기준은 형상 복잡도, 재료, 수량, 요구 정밀도, 납기이다.

이 장의 계산 결과를 미리 적으면 다음과 같다. ① 층 두께 $0.1$ mm에서 경사각 $30^\circ$ 표면의 계단 높이는 $86.6\ \mu$m이고 $t\cos\theta$ 식과 같으며 수직벽에서 $0$, 층 두께에 비례한다. 반지름 10 mm 원통 단면의 최대 편차는 $t=0.1$ mm에서 $49.8\ \mu$m로 $t/2$에 가깝다. ② 반지름 3 mm 볼 엔드밀의 스캘럽 높이는 이송 간격 $0.2$ mm에서 $1.67\ \mu$m, $0.8$ mm에서 $26.8\ \mu$m이고 허용 높이 $5\ \mu$m의 최대 이송 간격은 $0.346$ mm이다. ③ 절단폭 $0.2$ mm는 보정하지 않으면 50 mm 외곽을 $49.80$ mm, 10 mm 구멍을 $10.20$ mm로 만든다. ④ 두께 2 mm·안쪽 반지름 2 mm의 U형 판금 전개 길이는 $K=0.33\sim0.50$에서 $72.36\sim73.42$ mm로 $1.07$ mm 달라진다. ⑤ 모든 값이 shapely·numpy의 독립 기하 계산과 $10^{-13}$~$10^{-3}$ 안에서 같다.

4.17.3 원리

4.17.3.1 적층 제조 7범주

위키백과는 적층 제조의 일곱 범주가 ASTM International에서 비롯되었고 ISO/ASTM 52900(2015년 판)을 인용한다고 서술한다. 표준 본문은 읽지 못했으며 범주 이름과 대표 기술은 위키백과의 서술이다. 현재 판은 이 장이 확인하지 못했다 (확인 필요).

PolyJet(광경화 수지를 얇은 층으로 분사하는 기술, 위키백과가 층 두께 16~30 $\mu$m를 서술)의 범주는 위키백과 서술에서 광중합 절에 나와 있어 분류를 이 장이 확인하지 못했다 (확인 필요). 적층 제조 전반의 교과서로 Gibson·Rosen·Stucker(2015), 금속 적층의 공정·구조·물성 종설로 DebRoy 외(2018)가 있다(서지만 확인).

4.17.3.2 적층 제조의 형상 오차와 설계 영향

층을 쌓는 공정은 경사면을 계단으로 근사한다. 층 두께 $t$, 수평면 대비 표면 경사각 $\theta$에서 층이 모두 경사선의 한쪽에 놓이는 보수적 규약의 계단 모서리와 경사선 사이 최대 수직 거리는 다음이다.

$$h=t\cos\theta,\qquad \theta=90^\circ\ (\text{수직벽})\Rightarrow h=0,\qquad \theta\to0^\circ\ (\text{수평에 가까운 경사면})\Rightarrow h\to t.$$

층 중간 높이에서 자른 단면을 쌓는 규약이면 계단이 경사선 양쪽에 분포해 최대 편차가 절반($t\cos\theta/2$)이다(풀이 예제 ①). 슬라이서가 어느 규약을 사용하는지는 소프트웨어마다 다르며 이 장은 확인하지 못했다 (확인 필요). 설계 함의는 세 가지이다. 정밀 면은 수직에 가깝게 배치하거나 후가공 여유를 두고, 수평에 가까운 경사면은 층 두께에 비례하는 오차를 허용하며, 층 수는 $H/t$이므로 층 두께를 절반으로 줄이면 층 수가 두 배가 된다. 재료 압출 부품은 층 방향과 면 내 방향의 강도가 다르다고 알려져 있으며(FDM ABS의 이방성 연구로 Ahn 외 2002가 있다, 서지만 확인) 이 장은 수치를 확인하지 못했다. 오버행은 장비·재료·공정의 한계 아래로 제한해야 하며 위키백과는 수직에서 $70^\circ$ 미만이라는 예를 든다(인용 없음 (공개 주장치)). 금속 분말 베드 융합과 직접 에너지 적층은 잔류 응력과 기공이 설계 변수이다(DebRoy 외, 서지만 확인).

4.17.3.3 CNC 가공

CNC는 컴퓨터가 공작기계를 자동 제어하는 것이다(위키백과). 흐름은 CAD가 치수를 정의하고 CAM이 이를 가공 지령으로 바꾸며 후처리기가 기계별 G 코드·M 코드로 변환하는 것이다. G00은 급속 이동, G01은 직선 보간, G02·G03은 시계·반시계 원호이며 위치는 3차원 직교 좌표를 기준으로 하고 절대 좌표가 일반적이다. 밀링 기계는 3축에서 6축까지 있고 선반은 보통 2축(X·Z)이다(같은 문서). 설계 측 규칙은 비용이 시간으로 정해지므로(위키백과 DFM) 셋업 수와 공구 교환을 줄이고, 공구 길이 대 지름 비를 3:1 이하로 두며, 기능에 필요한 가장 느슨한 공차를 지정하는 것이다(4.16). 내부 모서리는 공구 반경 이상의 필렛이 필요하다.

곡면 마무리의 형상 오차는 볼 엔드밀의 스캘럽(cusp)이다. 반지름 $R$의 볼 엔드밀이 이송 간격 $s$로 인접 경로를 지나면 두 경로 사이에 남는 마루의 높이는 다음이다.

$$h=R-\sqrt{R^{2}-(s/2)^{2}}\approx\frac{s^{2}}{8R}\quad(s\ll R),\qquad s_{\max}=2\sqrt{h(2R-h)}.$$

가공 시간은 경로 길이에 비례하고 이송 속도가 같을 때 경로 길이는 $1/s$에 비례하므로 이송 간격을 두 배로 하면 시간이 절반이고 스캘럽은 약 네 배이다(풀이 예제 ③). 정밀 위치 결정과 열 변형은 4.6, 로봇 팔로 가공할 때의 강성 한계는 28.10가 다룬다.

4.17.3.4 레이저 절단

위키백과는 CO$_2$ 레이저가 절단·구멍 뚫기·새김·용접에 적합하고, Nd:YAG는 매우 높은 출력과 구멍·새김에 사용되며, 파이버 레이저는 금속 절단에서 빠르게 늘고 있다고 서술한다. 절단폭(kerf)은 $0.10$ mm(0.004 in)까지 가능하다고 하며 재료 두께에 의존한다(Todd 외 1994를 인용한 서술). 집속된 빔의 가장 좁은 부분은 대체로 지름 $0.32$ mm 미만이다(인용 없음). 열영향부가 작아 공작물의 휨 위험이 적고 보조 가스는 불활성 분위기를 만들거나 용융 금속을 제거한다. 두께 능력으로 1 kW 이상의 일반 산업 장비가 탄소강을 $0.51$~$13$ mm 절단한다는 서술(인용 없음 (공개 주장치))과, 800 W로 저탄소강을 절단할 때 표준 거칠기 $R_z$가 두께 1 mm에서 $10\ \mu$m, 3 mm에서 $20\ \mu$m, 6 mm에서 $25\ \mu$m라는 서술(Radovanović·Dašić 2006을 인용)이 있다. 이 장은 이 값들을 시험으로 확인하지 못했다.

설계 측 보정은 절단폭이다. 절단 경로는 절단폭의 절반만큼 양쪽 재료를 제거하므로 공칭 치수를 그대로 경로로 주면 외곽은 $w$만큼 작고 구멍은 $w$만큼 크다. 보정은 외곽 경로를 $w/2$ 바깥으로, 구멍 경로를 $w/2$ 안쪽으로 옮기는 것이다. CAM 소프트웨어가 자동으로 하는 경우가 많으나 도면의 공차 해석 때문에 설계자가 값을 알아야 한다. 같은 문서가 레이저 절단기의 위치 정확도 $10\ \mu$m와 반복 정밀도 $5\ \mu$m, 공차 $0.025$ mm 수준을 서술하지만 인용이 없다 (공개 주장치).

4.17.3.5 판금 굽힘

판금 굽힘의 전개 길이는 중립선(굽힘에서 길이가 변하지 않는 선)의 길이이다. 위키백과의 표기로 $R$ = 안쪽 반지름, $T$ = 판 두께, $K=t/T$($t$ = 안쪽면에서 중립선까지 거리), $A$ = 굽힘각(라디안)이면 다음이다.

$$\mathrm{BA}=A\,(R+K\,T),\qquad \mathrm{OSSB}=(R+T)\tan\frac A2,\qquad \mathrm{BD}=2\,\mathrm{OSSB}-\mathrm{BA}.$$

BA는 중립선 호의 길이(굽힘 여유), OSSB는 접점에서 바깥 꼭짓점까지의 길이(바깥 셋백), BD는 플랜지 바깥 길이의 합에서 전개 길이를 뺀 값(굽힘 공제)이다. 전개 길이는 굽힘마다 BD를 뺀 값이다. 같은 문서가 $K$는 대개 $0.3$~$0.5$이고 공기 굽힘 $0.33$~$0.50$, 바닥 굽힘 $0.42$~$0.50$, 코이닝 $0.38$~$0.50$이며 "실제 결과는 크게 다를 수 있다"고 경고한다. Fabcon은 CAD의 기본값이 SolidWorks 0.50, Fusion 360 0.44라고 서술하며 기본값을 출발점으로 취급한다(제3자 서술의 인용). 굽힘 방식은 공기 굽힘(V 개구부 $6T$~$12T$, 각도 정확도 약 $\pm0.5^\circ$)이 가장 흔하고 바닥 굽힘은 스프링백이 작으나 각도·두께·재료마다 공구가 필요하며 코이닝은 공기 굽힘의 $5$~$30$배의 힘이 든다(위키백과). 스프링백은 잔류 응력으로 판이 되돌아오는 현상이어서 과굽힘으로 보상한다. 최소 안쪽 반지름은 Fabcon이 $r\ge t$를 일반 규칙으로 제시하나 6061-T6 알루미늄은 결을 가로지를 때 $2.5t$~$3t$라는 제3자 값을 함께 소개한다(4.16).

4.17.3.6 공정 선택

로봇 시작품에서는 외장 커버와 케이블 가이드를 재료 압출·분말 베드 융합으로, 관절 하우징과 정밀 시트를 CNC 알루미늄으로, 브래킷과 섀시를 레이저 절단과 굽힘으로 만드는 조합이 흔하다는 것이 이 책의 견해이며 점유율 자료는 확인하지 못했다.

4.17.4 알고리즘

공정 선택과 오차 보정 (부품 P):
  1. 형상 분류: 평판 기반? (예: 레이저 절단 + 굽힘)  /  3차원 곡면·내부 유로? (예: 적층)
                 /  금속 정밀 면·구멍? (예: CNC)
  2. 매개변수 확정: 층 두께 t · 공구 반경 R·이송 간격 s · 절단폭 w · K 계수 (공급업체 값 또는 시험으로 보정)
  3. 오차 예측:  계단 h = t cosθ  ·  스캘럽 h = R − √(R² − (s/2)²)  ·  치수 보정 ±w/2
                 전개 길이 = Σ 바깥 치수 − Σ BD(R, T, K, A)
  4. 허용값 대조: 예측 오차가 도면 공차(4.7)와 기능 요구를 만족하는가
       아니면 → 층 두께·이송 간격을 줄이거나, 후가공을 추가하거나, 공정을 바꾼다
  5. 시작품 시료를 측정해 K·절단폭 같은 공정 상수를 갱신하고 다음 설계에 반영

4.17.5 풀이 예제 — 공정 형상 오차의 계산

결론부터 적으면 다음과 같다. ① 계단 오차는 $t\cos\theta$ 식과 같고 중간 높이 규약에서는 정확히 절반이다. ② 원통 단면의 최대 편차는 $t/2$에 가깝다. ③ 스캘럽 높이는 이송 간격의 제곱에 비례하고 허용 높이에서 최대 이송 간격이 정해진다. ④ 절단폭 보정은 외곽과 구멍의 오차를 $w$씩 반대 방향으로 만든다. ⑤ 판금 전개 길이는 $K$ 불확실성에 민감하다. 모든 입력은 가정이며 독립 기하 계산(shapely·numpy)과 일치한다.

구현. cusp_height·stair_ramp·stair_dev·stair_circle(적층), scallop·stepover(CNC), kerf_paths(레이저), bend_allowance·outside_setback·bend_deduction·flat_length(판금)를 이 장에서 작성했다.

from math import sqrt, sin, cos, tan, radians, hypot, ceil

def cusp_height(t, th):
    """층 두께 t, 경사각 th(도)의 계단 높이 t cos(th)"""
    return t * cos(radians(th))

def stair_ramp(t, th, H, mid=False):
    """높이 H, 각 th의 경사면을 층 두께 t로 쌓은 계단 모서리.
    mid=False: 층이 경사선 한쪽(보수적),
    mid=True: 층 중간 높이에서 자른 경계"""
    k = 1 / tan(radians(th))
    off = 0.5 if mid else 0.0
    pts = []
    for j in range(ceil(H / t)):
        x = k * (j + off) * t
        pts += [(x, j * t), (x, (j + 1) * t)]
    return pts, k

def stair_dev(t, th, H, mid=False):
    """계단 모서리와 경사선 x = k y의 최대 수직 거리"""
    pts, k = stair_ramp(t, th, H, mid)
    nrm = sqrt(1 + k * k)
    return max(abs(x - k * y) / nrm for x, y in pts)

def stair_circle(R, t):
    """반지름 R 원(수평 축 원통의 단면)을 층 두께 t로
    쌓은 계단 모서리와 원의 최대 거리.
    층의 폭은 층 중간 높이의 현"""
    worst = 0.0
    for k in range(ceil(2 * R / t)):
        z0 = -R + k * t
        z1 = min(R, z0 + t)
        w = sqrt(max(0.0, R * R - (0.5 * (z0 + z1)) ** 2))
        for z in (z0, z1):
            worst = max(worst, abs(hypot(w, z) - R))
    return worst

def scallop(R, s):
    """볼 엔드밀 반지름 R, 이송 간격 s의 스캘럽 높이"""
    return R - sqrt(R * R - (s / 2) ** 2)

def stepover(R, h):
    """허용 스캘럽 높이 h에 대한 최대 이송 간격"""
    return 2 * sqrt(h * (2 * R - h))

def kerf_paths(L, d, w):
    """공칭 외곽 L과 구멍 지름 d, 절단폭 w에서
    (보정 없는 치수, 보정 경로의 외곽·구멍 지름)"""
    raw = (L - w, d + w)
    path = (L + w, d - w)
    return raw, path

def bend_allowance(R, T, K, A):
    """굽힘 여유 BA = A (R + K T), A는 라디안"""
    return A * (R + K * T)

def outside_setback(R, T, A):
    """바깥 셋백 (R + T) tan(A/2)"""
    return (R + T) * tan(A / 2)

def bend_deduction(R, T, K, A):
    """굽힘 공제 BD = 2 OSSB - BA"""
    ossb = outside_setback(R, T, A)
    return 2 * ossb - bend_allowance(R, T, K, A)

def flat_length(outs, R, T, K, angs):
    """바깥 치수 outs와 굽힘각 angs(라디안)의 전개 길이
    = 바깥 치수의 합 - 굽힘 공제의 합"""
    bd = sum(bend_deduction(R, T, K, A) for A in angs)
    return sum(outs) - bd

① 경사면의 계단 오차(한쪽 규약).

② 원통 단면의 최대 편차(층 중간 높이 규약).

③ 볼 엔드밀의 스캘럽 높이와 이송 간격.

④ 레이저 절단폭 보정.

⑤ 판금 굽힘 여유와 전개 길이.

⑥ 라이브러리 대조(실행 2026-11-05). 경사면 계단은 shapely 하우스도르프 거리로, 원통은 계단 경계 표본의 원까지 거리와 shapely 대칭 하우스도르프 거리로, 스캘럽은 두 원 합집합의 오목 깊이로, 절단폭은 buffer로, 판금은 굽힘 중심·접점·호 길이를 벡터로 구성한 길이로 비교했다.

모든 비교가 $10^{-3}$ 이하에서 일치하며 가장 큰 차이는 원을 다각형으로 근사한 스캘럽 대조($4\times10^{-4}$)와 대칭 하우스도르프의 원통 대조($2\times10^{-4}$)로 기하 근사 때문이다. 층 두께 $0.1$ mm에서 경사각 $15^\circ$·$30^\circ$·$45^\circ$·$60^\circ$·$75^\circ$·$90^\circ$의 계단 오차는 $96.6$·$86.6$·$70.7$·$50.0$·$25.9$·$0\ \mu$m이고 중간 높이 규약은 정확히 절반이다. 반지름 10 mm 원통 단면의 최대 편차는 $t=0.05$~$0.3$ mm에서 $24.9$·$49.8$·$99.0$·$147.8\ \mu$m로 $t/2$(25·50·100·150)보다 약간 작다. 스캘럽 높이는 $s=0.1$·$0.2$·$0.4$·$0.8$ mm에서 $0.417$·$1.667$·$6.674$·$26.786\ \mu$m로 $s$를 두 배로 하면 약 네 배이고 가공 시간은 절반($1.0\to0.5\to0.25\to0.125$)이다. 허용 스캘럽 $1$·$5$·$10\ \mu$m의 최대 이송 간격은 $0.155$·$0.346$·$0.490$ mm이므로 $1\ \mu$m 대신 $5\ \mu$m를 허용하면 이송 간격이 $2.2$배(시간이 약 $1/2.2$)이다. 절단폭 $0.2$ mm에서 보정 없이 50 mm 외곽이 $49.80$ mm, 10 mm 구멍이 $10.20$ mm가 되고 보정 경로는 외곽 $50.20$ mm, 구멍 $9.80$ mm이다. 판금은 $K=0.33\to0.50$에서 BA가 $4.178\to4.712$ mm, BD가 $3.822\to3.288$ mm이며 U형 전개 길이가 $72.357\to73.425$ mm($1.068$ mm 차이, 굽힘당 $0.534$ mm)이다. 일반식의 $90^\circ$ 굽힘 공제가 위키백과의 특수식과 $10^{-15}$ mm 안에서 같다.

한계. 층 두께·공구 반경·절단폭·K 계수는 가정이며 장비·재료·공급업체의 사양이 아니다. 계단 모형은 직사각형 층 단면을 가정하고 압출 폭·수축·경화 변형을 포함하지 않는다. 스캘럽은 평면 위 인접 경로의 이상적 볼 엔드밀 기하이며 공구 처짐·진동·경사면에서의 유효 이송 간격은 포함하지 않는다. 절단폭은 상수로 두었으며 실제로는 두께·가스·속도에 따라 달라진다. 판금은 중립선 이동 모형이고 K는 실제로 공정에서 얻어야 하는 값이며 스프링백과 두께 변화는 포함하지 않았다.

견해: 시작품 도면에서는 공정 매개변수(층 두께·절단폭·K 계수·공구 반경)를 공급업체에서 받아 이 장의 식으로 오차를 예측하고, 첫 시료의 측정값으로 상수를 갱신해 다음 설계에 반영하는 것이 합리적이라고 본다. 근거는 이 장의 계산에서 K 불확실성 하나가 U형 판금 전개 길이를 $1.07$ mm 움직이고 절단폭 $0.2$ mm가 외곽과 구멍을 각각 $0.2$ mm씩 어긋나게 하므로, 시작품 공차를 $0.1$ mm 수준으로 요구하려면 공정 상수가 확정되어야 하기 때문이다. 공정 상수를 보증하는 값은 공급업체와 시료 측정으로 얻는다.

4.17.6 설계 트레이드오프 — 시작품 공정군의 선택

부품 하나를 시작품으로 만들 때의 선택은 다음과 같다.

• ① 적층 제조. 형상 제약이 가장 적고 도구가 필요 없다. 층 이방성·계단·재료 물성 한계가 있고 금속은 후처리 비용이 든다.
• ② CNC 가공. 금속 정밀 부품과 정밀 면에 적합하다. 가공 시간이 원가를 정하고 공구 접근 형상 제약과 셋업 수가 비용을 좌우한다(4.16).
• ③ 레이저 절단과 굽힘. 평판 기반 구조에서 빠르고 저렴하다. 절단폭·K 불확실성·스프링백이 치수에 영향을 주고 3차원 곡면은 불가능하다.

견해: 시작품은 형상에 맞는 공정을 혼용하되, 양산에서 사용할 공정의 설계 규칙(4.16)에서 크게 벗어나는 형상은 시작품 단계에서도 피하는 것이 안전하다고 본다. 근거는 시작품 공정이 허용한 형상이 양산 공정으로 옮길 때 재설계를 요구해 검증을 다시 해야 하기 때문이다. 이 판단의 정량 근거는 이 장이 제시하지 못했다.

4.17.7 응용 축 비교

이 표는 이 책의 정리이며 응용별 요구 수치는 이 장이 확인하지 못했다.

4.17.8 관련 규격·프로토콜

공정 매개변수(층 두께·절단폭·K 계수)를 정하는 표준은 확인하지 못했으며 공급업체 사양과 시료 측정에 의존한다.

4.17.9 관련 규제·인증 요구와의 연결

시작품 제작 공정 자체를 로봇 규제가 직접 규정하지는 않는다. 간접 연결은 세 가지이다. ① 제작 설비의 안전: 레이저 가공기의 안전 요구와 금속 분말의 취급(분진·화재)은 설비 제조자의 안전 문서와 사업장 안전 규정에 따른다 (확인 필요). ② 재료 규제: 시작품 재료가 양산 제품의 환경 규제(RoHS·REACH 등, 38.10)와 다르면 인증 시험의 시료로 적합하지 않을 수 있다. ③ 인증 시료의 동등성: 시작품 공정으로 만든 시료로 인증 시험을 할 수 있는지는 규격과 인증 경로에 따라 다르다(4.16, 41.1).

4.17.10 한계·유의점·미해결

• 자료의 한계. 공정 서술은 위키백과(2차)와 공급업체 글에 한정되며 표준 본문은 읽지 못했다. 위키백과 수치 가운데 인용이 없는 것은 공개 주장치이다.
• 모형 범위. 풀이 예제는 이상적 기하 모형이다. 압출 폭·수축·경화 변형, 공구 처짐, 절단폭의 두께 의존, K의 재료·공구 의존, 스프링백은 포함하지 않았다.
• 미해결. 슬라이서·CAM·판금 CAD가 사용하는 규약(계단 규약, 이송 간격 정의, K 기본값)의 제품별 차이, 시작품 공정의 공정 상수(층 두께별 실제 오차, 절단폭, K)를 실측한 로봇 부품 데이터, 금속 적층 부품의 방향별 물성은 이 장이 다루지 못했다.

4.17.11 체크포인트·연구 질문·출처

체크포인트:

1. 경사각 $\theta$ 표면의 계단 높이 $t\cos\theta$를 기하로 유도하고 중간 높이 규약에서 절반이 되는 이유를 설명하라.
2. 볼 엔드밀 스캘럽 높이 $h=R-\sqrt{R^2-(s/2)^2}$를 유도하고 $s\ll R$에서 $s^2/(8R)$로 근사됨을 보여라.
3. 절단폭 $w$의 외곽·구멍 보정량이 $\pm w/2$임을 설명하라.
4. 굽힘 공제 $\mathrm{BD}=2\,\mathrm{OSSB}-\mathrm{BA}$와 전개 길이를 유도하고, 90도에서 $R(2-A)+T(2-KA)$로 줄어듦을 보여라.
5. K 계수의 0.33과 0.50 차이가 U형 판금 전개 길이에 주는 영향을 계산하라.
6. 적층 제조 7범주를 열거하고 각각의 대표 기술 하나를 말하라.

연구 질문:

• 로봇 부품 시작품에서 적층 제조(재료 압출·분말 베드 융합)의 층 방향 강도 이방성이 관절 하우징·링크의 설계 안전 계수에 주는 영향은 어느 정도인가?
• 판금 K 계수와 스프링백을 공급업체별·재료별로 측정한 공개 데이터는 얼마나 있고, 전개 길이 예측 오차는 얼마인가?
• CAM의 이송 간격·스캘럽 설정이 로봇 팔 가공(28.10)의 강성 한계와 결합할 때 마무리 정밀도는 어떻게 변하는가?

1차 출처(조회 2026-11-05).

• 위키백과(영문) "3D printing processes", "Bending (metalworking)", "Laser cutting", "Numerical control", "Design for manufacturability" — 2차 출처, 본문을 조회했다. Fabcon, 판금 DFM 글.
• 서지만 확인(Crossref): I. Gibson, D. W. Rosen, B. Stucker, Additive Manufacturing Technologies(Springer, 2판 2015, doi:10.1007/978-1-4939-2113-3); T. DebRoy 외, "Additive manufacturing of metallic components – Process, structure and properties," Prog. Mater. Sci. 92, 112–224, 2018, doi:10.1016/j.pmatsci.2017.10.001; S.-H. Ahn, M. Montero, D. Odell, S. Roundy, P. K. Wright, "Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS," Rapid Prototyping J. 8(4), 248–257, 2002, doi:10.1108/13552540210441166.
• shapely 2.2.0(hausdorff_distance·buffer·unary_union), numpy 2.5.4 — 같은 입력의 독립 기하 대조.

다음 장. 5.1은 제5부의 첫 장으로 액추에이터 개관과 선정 지표(토크 밀도·대역폭·역구동성·효율)를 다룬다. 제4부가 로봇 몸체를 설계하고 만드는 방법을 정리했다면 제5부는 그 몸체를 움직이는 구동 장치를 다룬다.