제조 사례

양산 비용 40% 절감 PCB 설계 – 크리에이터블 D3

▶ RepRap 기반의 FDM 3D 프린터용 PCB 설계/개발

▶ 제품 품질은 높이고, 양산 비용은 낮추는 설계

▶ 전자파 인증 등 규격 인증을 위한 부품 배치

도전 과제
솔루션
고객 혜택
· 품질 높이면서 양산 비용 절감
· 제품 디자인에 가장 적합한 보드, 부품 구성
· 전자파 적합 인증 등 규격 인증 위한 설계/개발
· 보드 최적화 설계, 테스팅 과정 효율화
· 제품디자이너와 디자인/설계 단계 협의
· 보드 및 부품 효율적 배치, 인증 완료된 전원 부품 사용
· 조립 및 테스트 공정, 양산 시간 단축
· 기존 모델 대비 양산 비용 40% 절감
· 인증 과정 시간, 비용 절감
하드웨어 구성
메인보드, OLED, 알루미늄 PCB, 스텝모터, 모터 드라이버, 온도 센서, 리미트 스위치, 파워 레귤레이터, USB to serial

크리에이터블 D3(Creatable D3)는 에이팀벤처스의 자체 기술로 기획, 제작, 생산, 유통하고 있는 보급형 3D 프린터입니다.

3D 프린터 포털 XYZist에서도 아주 깔끔한 델타봇 3D 프린터이며, 3D 프린터를 입문하고자 하는 초보자들에게 가장 적합한 3D프린터라고 평가했습니다.

크리에이터블 D3

사용이 쉬우면서도 출력 퀄리티가 뛰어난 FDM 3D 프린터를 완성하기 위해
PCB 설계/개발시 제품 디자이너와 긴밀히 협조하며 진행했는데요.
제품 품질을 높이면서도 양산 비용을 줄일 수 있도록 여러가지 요소를 고려했습니다.

크리에이터블 전자회로 설계/개발 서비스의 크리에이터블 D3 개발 과정을 알려드립니다.

PCB 보드 최적화 설계 – 양산 비용 절감

3D 프린터 중 압출적층방식(FDM: Fused Deposition Modeling)의 특허가 2009년 만료되면서 렙랩(RepRap)과 같은 오픈소스 프로젝트가 가능해졌습니다. 오래 전 기술이지만 특허 만료로 누구나 활용이 가능해진 것이지요.

크리에이터블 D3도 렙랩 기반의 FDM 3D 프린터인데요. 크리에이터블 D3 전자파트의 하드웨어는 크게 메인보드, OLED보드, 가열판(Heated Bed)으로 구성이 됩니다.
메인보드는 3D 프린터를 동작하게 하는 부분, OLED보드는 사용자가 동작을 입력할 수 있게 하고, 현재 상태를 표시해주는 출력 부분입니다.
가열판은 3D 프린팅 출력물이 안착해서 쌓이는 판 아래에 놓이는데요. 가열되는 압출기(익스트루더)에서 빠져나온 재료가 너무 빨리 식게 되면 수축해서 뒤틀리기 쉽습니다. 출력물이 너무 빨리 식지 않도록 지속적으로 열을 가하는 역할을 합니다.

PCB 양산 견적은 표면실장기술(SMT), 보드 프로그래밍, 부품 및 조립 비용 등과 관련 있습니다.

프로그래밍 단계와 조립 과정을 줄이고,
제품에 가장 적절한 표면실장기술과 부품을 설정
해야
양산 비용이 합리적으로 결정되게 됩니다.

FDM 3D 프린터를 오픈소스 하드웨어 기반으로 제작할 때는 보통 Mega256 아두이노보드와 스텝 모터 드라이버를 구매해 소켓으로 장착하는 방식으로 하는 경우가 많습니다.
이럴 경우 모터 드라이버를 따로 설정해야 하고, 커넥터 비용, 장착 조립 과정 등 생산비가 증가할 수 있는 요소가 많습니다.

크리에이터블 D3의 PCB는 보드에 스텝 모터 드라이버를 온보드 시키고, USB to Serial 칩도 프로그래밍이 필요 없는 칩으로 교체하여 생산 공수를 줄였습니다.

PCB 프로그래밍/테스팅 과정 최적화 – 양산 기간 단축

크리에이터블 D3의 PCB는 메인 칩만 프로그래밍을 하면 되는 구조로 설계가 완료되어 시간과 비용을 줄였습니다.

양산시 지그를 사용해 프로그래밍을 하고, 바로 테스트 프로그램을 작동시켜 생산된 보드를 검수하도록 했는데요. 크리에이터블이 양산 경험과 노하우가 있기 때문에 기간을 단축할 수 있도록 한 것입니다.

스텝 모터 드라이버를 온보드하고 전류값을 설정하여 보드만 조립하면 사람이 결과를 따로 측정하면서 조절하지 않아도, 제대로 된 전류값이 나오도록 보드를 설계한 것이죠. 두 번 할 일을 한번에 해서 조립 테스트 시간이 줄어들게 되었습니다.

크리에이터블 D3

제품 콘셉트와 용도에 맞는 효율적인 부품 선정

크리에이터블 D3의 디스플레이는 OLED를 선정했습니다. LCD보다 발열 및 소모 전류가 적고 시인성(멀리서도 식별이 쉬운 성질)이 우수하기 때문입니다. 교육용, 보급형 3D 프린터이다보니 책상 위에 놓기도 하고, 한 대를 여러 명이 살펴보기도 하는데요. 다양한 각도에서도 디스플레이 글씨가 잘 보일 수 있도록 디스플레이를 설계했습니다.

가열판은 열 전도율이 높은 알루미늄 PCB를 사용해 열 전달이 효과적으로 될 수 있도록 했습니다.


양산을 위한 PCB 설계/개발시 중요한 것은 양산 비용을 무턱대고 줄이는 것이 아니라 품질을 유지하면서 비용을 줄이는 것입니다. 양산은 소비자를 전제로 하는 단계입니다. 따라서 제품 디자인, 기구 사양에 맞춰서 보드 디자인을 하고, 커넥터를 배치하고, 부품과 조립 공정을 효과적으로 단축시킬 수 있는 방안을 찾아야 합니다.

효율적인 양산 PCB 설계/개발을 고민하고 있다면 크리에이터블의 전자회로 설계/개발 서비스를 지금 찾아주세요.

크리에이터블 사이트

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