소재가 첫 절삭 전에 부품을 결정하는 이유
스핀이 소재를 깎기 전에 원소재가 이미 부품의 운명 대부분을 정합니다. 무게와 강성, 내식성, 전기 전도성은 클램프에 물리는 합금이나 플라스틱에 의해 고정됩니다. 소재를 잘못 고르면 공정 전체를 처음부터 다시 해야 하고, 그 사이 낭비된 가공 시간과 셋업 비용은 회수되지 않습니다. 특히 내식성이나 전도성처럼 가공으로 바꿀 수 없는 성질은 소재 단계에서 확정됩니다.
CNC는 절삭 가공이므로 관대합니다. 고정되고 깎을 수 있는 고체 소재라면 거의 무엇이든 됩니다. 그러나 폭이 넓다는 것은 알루미늄과 각종 강, 황동, 티타늄, 엔지니어링 플라스틱까지 원가와 가공성이 제각각인 선택지가 길게 늘어선다는 뜻입니다. 같은 형상이라도 소재를 바꾸면 사이클 타임이 두 배 이상 벌어지고 표면 처리 선택지도 달라집니다. 그래서 견적 요청 단계에서 사용 환경과 후공정을 함께 알려주시는 것이 정확도를 높입니다.
알루미늄 6061: 기본 선택
하나만 고른다면 6061-T6 알루미늄입니다. 가볍고 자연적으로 내식성이 있으며 절삭이 쉽습니다. 중간 수준의 강도와 양호한 용접성 덕분에 인클로저와 브래킷, 지그, 대부분의 기능성 시제품에 기본으로 쓰입니다. 피로 한도가 낮고 열처리로 강도를 더 올릴 수 없다는 점은 한계이므로, 반복 하중이 큰 부품에는 다른 등급을 검토해야 합니다.
가공 현장이 6061을 선호하는 이유는 칩 배출이 깔끔하고 가공경화가 거의 없어 공구 마모와 사이클 타임이 낮게 유지되기 때문입니다. 1개에서 수천 개까지 원가와 속도, 성능의 균형이 가장 좋아 대부분의 CNC 시제품 견적에서 기본값이 됩니다. 아노다이징과 도장, 레이저 마킹이 모두 잘 붙는 것도 외관 부품에서 실무적인 장점입니다. 재고 보유 폭이 넓어 급한 일정에서도 수급이 안정적입니다.
알루미늄 7075와 2024: 강도가 우선일 때
6061로 강도가 부족하면 7075-T6가 인장강도 약 570MPa와 우수한 피로 저항으로 대응합니다. 대신 내식성이 낮아지고 가공성이 조금 떨어지므로 가공 후 아노다이징으로 보호하는 경우가 많습니다. 항공 구조나 고하중 브래킷처럼 무게를 줄이면서 강도를 올려야 하는 곳이 대표적인 적용처입니다. 다만 응력 집중부에 민감하므로 필렛 반경을 충분히 두어야 합니다.
2024는 높은 강도와 피로 수명을 가지지만 내식성이 낮고 용접이 어려워 항공기 구조물에 주로 쓰입니다. 두 합금 모두 예리한 공구로 안정적으로 가공되지만 연성이 낮으므로, 얇은 형상이 갈라지지 않도록 절입량을 과도하게 잡지 않는 것이 중요합니다. 응력 부식 균열에 민감하므로 절삭유와 후처리 세척 조건도 함께 관리해야 합니다. 이형재 두 등급을 한 조립체에 섞으면 부식 분위기에서 갈바닉 부식이 생길 수 있습니다.
스테인리스 304와 316: 내식성
물과 화학물질, 식품, 인체에 노출되는 부품이라면 스테인리스가 답입니다. 304는 범용 등급으로 내식성과 성형성이 양호하고, 316은 몰리브덴을 첨가해 염화물과 해양 환경에 대한 저항을 높인 등급으로 의료와 야외 하드웨어의 표준입니다. 의료기기나 해수 접촉 부품은 304로 부족한 경우가 많아 316L을 지정합니다. 용접부를 포함하는 부품은 탄소 함량이 낮은 L 등급이 안전합니다.
대가는 가공성입니다. 스테인리스는 가공경화가 빠르고 알루미늄보다 공구를 빨리 마모시켜 사이클 타임과 원가가 올라갑니다. 날카로운 공구와 충분한 절삭유, 깊은 절입으로 가공경화층을 넘겨 절삭하는 것이 요령입니다. 그 대신 탄소강이 녹슬 환경에서도 견디는 부품을 얻으며, 패시베이션이나 비드 블라스트로 마감합니다. 절삭 조건을 잘 잡으면 알루미늄의 두 배 안팎의 시간으로 억제할 수 있습니다.
탄소강과 합금강: 경도와 내마모
마모를 견디고 날을 유지하며 큰 하중을 받아야 하는 부품에는 1018과 4140, 공구강 A2나 D2 같은 탄소강과 합금강이 제 역할을 합니다. 높은 강도와 경도를 제공하며 가공 후 열처리로 금형이나 운동 부품의 수명을 끌어올릴 수 있습니다. 4140은 담금질과 뜨임으로 인성과 경도를 균형 있게 맞출 수 있어 샤프트와 금형 베이스에 자주 쓰입니다.
가공 난이도는 높습니다. 경도가 높을수록 이송을 느리게 하고 셋업을 견고하게 해야 하며 공구 마모도 실제 비용이 됩니다. 열처리 전후로 황삭과 정삭을 나누고 열처리 후 변형을 보정할 여유를 남기는 것이 일반적인 순서입니다. 대부분의 시제품에는 과한 선택이지만 양산용 치공구나 하중을 받는 하드웨어에서는 강만이 오래 버팁니다.
황동과 구리: 전도성과 외관
황동, 그중에서도 쾌삭 등급인 C360은 가공이 수월하기로 이름나 있습니다. 칩이 잘 끊기고 좁은 공차를 유지하며 금빛의 내식성 표면이 남습니다. 커넥터와 단자, 장식 하드웨어, 자기윤활성이 도움이 되는 저마찰 부시에 적합합니다. 도금 전처리도 까다롭지 않아 전기 접점 부품에서 마감 비용을 낮춰 줍니다. 연삭성도 좋아 작은 나사산과 얇은 핀 형상을 안정적으로 만듭니다.
구리와 베릴륨 구리 같은 합금은 방열판과 접점에 필요한 전기적·열적 전도성을 제공합니다. 다만 구리는 점성이 있어 가공이 까다로워 전도성이 허용하는 범위에서 황동으로 대체하는 경우가 많습니다. 전자나 열을 옮기는 것이 목적이고 하중을 받지 않는 부품이라면 두 소재 모두 정답이며, 절연이 필요하면 플라스틱이 더 저렴합니다. 열전도가 목적이면 구리 합금, 전기 접점만 필요하면 황동으로 충분합니다.
티타늄: 비강도와 생체 적합성
Ti-6Al-4V 같은 티타늄 합금은 높은 강도와 매우 낮은 밀도, 뛰어난 내식성을 함께 가지며 생체 적합성까지 확보합니다. 의료용 임플란트와 항공우주, 고급 자전거 부품에 쓰이는 이유이며 체액과 해수 모두에 대해 안정적입니다. 같은 강도를 기준으로 보면 강 부품보다 무게를 40% 이상 줄일 수 있어, 무게가 성능인 제품에서는 소재비 차이를 상쇄합니다.
단점은 가공성입니다. 열전도율이 낮아 열이 절삭날에 집중되고 공구가 빠르게 마모됩니다. 절삭 속도를 낮추고 절삭유를 충분히 공급하며 예리한 초경 공구를 써야 하므로 사이클 타임이 길고 원가가 높습니다. 무게와 강도, 생체 적합성 중 하나라도 양보할 수 없을 때만 정당화되며 그렇지 않다면 알루미늄이나 강이 훨씬 저렴합니다.
엔지니어링 플라스틱: POM, 나일론, PEEK, ABS, PC
플라스틱은 금속이 채우지 못하는 틈을 메웁니다. 전기와 열을 절연하고 진동을 감쇠하며 무게는 몇 분의 일에 불과합니다. POM은 저마찰과 치수 안정성으로 기어와 부시에, 나일론은 충격 흡수와 내마모에, ABS와 PC는 하우징과 착색·투명 커버에 적합합니다. 흡습성이 있는 나일론은 치수 변화를 고려해 공차를 잡아야 합니다. PC는 투명도가 높지만 내스크래치성이 낮아 코팅을 함께 검토합니다.
PEEK는 최상위에 있습니다. 약 250℃에서 연속 사용이 가능하고 내화학성이 뛰어나며 의료와 반도체 용도로 승인되어 있습니다. 무게와 절연, 불활성이 절대 강도보다 중요할 때 플라스틱을 선택하되 강도의 절대값이 낮다는 점은 감수해야 합니다. 크리프와 열팽창도 금속보다 크므로 장기 하중이 걸리는 구조 부품에는 적합하지 않습니다. 절연 파괴나 아웃게싱이 문제되는 용도는 등급별 인증 자료를 먼저 확인해야 합니다.
가공성이 원가와 납기를 좌우
가공성은 가격을 조용히 결정하는 변수입니다. 6061이나 C360 같은 쾌삭 소재는 낮은 공구 마모로 빠르게 깎이지만 티타늄과 스테인리스, 열처리강은 모든 공정을 느리게 하고 공구를 소모합니다. 같은 형상이라도 소재만 바꾸면 가공 시간이 두 배에서 세 배까지 벌어지며, 이 차이는 견적에 그대로 반영됩니다.
설계 선택이 이 차이를 증폭시킵니다. 얇은 벽과 깊은 포켓, 경질 소재의 좁은 공차는 사이클 타임과 불량 위험을 배로 늘립니다. 예산이 빠듯할 때는 가장 강한 소재가 아니라 요구 성능을 만족하는 가장 가공하기 쉬운 등급을 지정하는 편이 원가와 납기를 동시에 줄입니다. 공차 등급을 한 단계 완화하는 것만으로도 공정 수가 줄어드는 경우가 많습니다.
표면 처리와 소재의 궁합
소재는 가능한 표면 처리의 종류도 결정합니다. 알루미늄은 아노다이징으로 내구성 있는 착색 피막을 얻고, 강과 스테인리스는 도금과 흑색 산화, 패시베이션을 적용합니다. 황동은 연마로 거울면을, 티타늄은 비드 블라스트나 은은한 색상의 아노다이징이 가능합니다. 같은 아노다이징이라도 합금에 따라 색 편차가 생기므로 6061과 7075를 섞어 쓰면 육안 차이가 납니다. 티타늄 아노다이징은 피막 두께에 따라 색이 달라지므로 전압 조건을 고정해야 합니다.
플라스틱은 선택지가 좁습니다. 대부분 비드 블라스트와 도장, 레이저 마킹까지는 가능하지만 고온 도금을 견디는 소재는 드뭅니다. 최종 마감을 초기에 정해두어야 시행착오를 줄일 수 있습니다. 강 부품에 투명 아노다이징을 적용하는 것은 원천적으로 불가능하기 때문입니다. 마감이 확정되지 않았다면 소재를 먼저 고정하지 않는 편이 안전합니다. 도장은 소재보다 전처리 품질에 좌우되므로 탈지와 프라이머 공정을 확인해야 합니다.
실무 선택 체크리스트와 FabProto의 지원
간단한 필터로 대부분의 선택이 정리됩니다. 하중과 열, 부식을 견뎌야 하는지, 전기가 통해야 하는지, 무게가 결정적인지를 순서대로 확인합니다. 기본은 알루미늄, 마모와 하중은 강, 부식은 스테인리스, 전도는 황동이나 구리, 무게와 강도의 조합은 티타늄, 절연과 경량은 플라스틱입니다. 두 조건이 충돌하면 성능을 만족하는 가장 저렴한 등급에서 출발해 한 단계씩 올립니다.
FabProto는 주요 등급을 상시 재고로 보유하고 매일 가공합니다. 규격을 만족하는 가장 저렴한 소재를 추천하고 표면 처리까지 같은 견적에서 제시합니다. CAD 모델 하나와 사용 환경을 알려주시면 소재 추천과 공차 능력, 원가를 함께 회신해 과설계와 과소설계를 모두 피할 수 있도록 돕습니다. 대체 등급이 가능한 경우에는 두 안의 원가 차이도 함께 비교해 드립니다.