CAD 소프트웨어를 사용하시는 분들 중에는 2D 캐드와 3D 캐드의 차이점을 명확하게 알지 못하시는 분들이 많으실 것입니다. 2차원과 3차원이라는 용어로 대략적으로 구분하시거나, 오토캐드(AutoCAD)에서 등각(ISO) 뷰를 그리는데 3D 기능을 사용하신 경험이 있으신 분들도 계실 것입니다. 하지만 이것만으로 3D 캐드라고 정의하기에는 부족한 점이 있습니다.
이번 포스팅에서는 기계 엔지니어 측면에서 2D 캐드의 한계점과 3D 캐드를 도입함으로써 어떠한 도움이 되는지 정리해보겠습니다.
CAD가 등장하기 이전의 설계
사실 캐드가 상용화 되기 전에는 큰 종이 위에서 연필과 지우개, 자를 사용해서 직접 그려야 했습니다. 그리는 과정에서 문제가 생기면 다시 그려야 하거나 완성한 후에는 설계를 변경하기 쉽지 않았습니다. 설계라는 것은 기본적으로 비슷한 형상이 조금씩 바뀌거나 응용해서 개선품을 만들어 내는 경우가 더 많은데, 아무리 비슷한 제품이라도 엔지니어가 스케치를 처음부터 다시 작성해야 하는 시기였습니다.
2D CAD
2D CAD의 등장
수작업으로 하나하나 그리던 도면을 컴퓨터로 그리게 해준 것이 바로 2D 캐드입니다. 1971년에 캐드의 아버지라 불리는 페트릭 헨라티 박사가 ADAM이라는 프로그램을 개발한 것이 2D 캐드의 시작이었습니다. 그 후 10년 정도 지나서 오토캐드(AutoCAD)가 시장에 출시되었고, 현재 산업의 표준으로 자리 잡았습니다. 이러한 2D 캐드의 도입으로 많은 혁신이 일어났습니다. 사람들은 더 이상 엎드려서 그림을 그릴 필요가 없었고, 도면 분실이나 수정, 배포 등의 문제도 줄어들게 되었습니다.
그럼에도 아쉬운 2D CAD
비록 컴퓨터로 넘어오면서 많은 혁신이 있었지만 2D 캐드에도 한계점이 있었습니다.
● 복잡한 프로세스
컴퓨터로 도면을 그리더라도, 종이 도면을 검토했던 것처럼 사람이 오류를 찾아내고 검사해야 했습니다. 또한 제품의 조립 적합성을 고려하지 못했습니다. 2D 스케치는 결국 사람이 손으로 그릴 때와 같이 도면 제작 시에 실수가 발생할 수 있었습니다. 그리고 그 실수를 찾아내기 어려웠습니다. 여러 사람이 작업할 때에는 수정하고 다시 수정하는 과정이 반복되었습니다.
● 설계 변경 어려움
2D 캐드에서는 설계를 변경할 때 많은 시간이 소요되었습니다. 하나의 부품을 수정하기 위해서는 모든 뷰의 치수를 수정해야 했고, 모든 연관된 도면에도 반영해야 했습니다. 부품을 하나하나 찾아서 수정하고, 수정이 제대로 되었는지 검토해야 했습니다. 심각한 경우에는 여러 번 다시 만들어야 할 수도 있었습니다.
● 상황에 따라 프로토타입 필요
설계가 완료되었다고 해서 바로 생산에 들어갈 수 있는 것은 아니었습니다. 복잡한 형상일수록 시제품을 만들어봐야 했습니다. 여러 부분이 조립된다면 해당 부품의 조립이 문제 없이 이루어질 수 있는지, 오류가 없는지 직접 만들어봐야 최종적으로 양산이 가능하게 되었습니다.
3D CAD
기업들은 이러한 2D 캐드의 단점을 보완하기 위해 3D 캐드의 도입을 고려하게 되었습니다.
3D CAD의 등장
1970년에 2D 캐드가 등장한 것에 비해, 1980년도에 IBM과 Dassault가 협력하여 최초의 3D 캐드를 개발했습니다. 3D 캐드는 2D 캐드보다 시각적으로 우수한 기능을 제공하여 빠르게 대중화되었습니다. 현재 3D 소프트웨어의 급속한 발전은 제품 설계의 빠른 전환을 가능하게 하였고 PLM(제품 수명 관리) 개념을 탄생시켰습니다. 현재 인기 있는 3D 캐드 소프트웨어로는 인벤터(Inventor), 솔리드엣지(SolidEdge), 솔리드웍스(SolidWorks), 카티아(CATIA), NX UG 등이 있습니다. 2D보다 표현할 수 있는 내용이 더 많아진 만큼 더 다양한 도구를 사용할 수 있지만, 이러한 도구들을 숙달하려면 상당한 시간을 투자하여 교육을 받아야 합니다.
3D CAD의 장점
• 조립 / 어셈블리
3D의 가상 공간에서 모든 부품을 조립할 수 있습니다. 부품 간의 구속 조건을 설정하여 구동부를 수동으로 움직이거나 동작을 부여하여 움직일 수도 있습니다. 이것은 실제 제작에 앞서 물리적인 간섭이 일어나는 것을 방지하고, 조립의 용이성을 검토할 수 있습니다. 작업자들도 조립된 형상을 보고 제품을 조립할 수 있어 잘못 조립되는 일을 막을 수 있습니다.
• 곡면 설계
기존의 2D 캐드의 삼면도로는 설계가 불가능한 영역이 존재합니다. 대표적인 예로 곡면 설계가 있는데, 2D 캐드에서의 삼면도로는 곡면의 정도를 표현하는데 한계가 있습니다. 하지만 3D 설계에서는 곡면의 정도를 다양하게 표현할 수 있어 유려한 곡면을 가진 제품들을 설계할 수 있습니다. 제품의 성능뿐만 아니라 외형까지도 더 다양하게 설계할 수 있습니다.
• 설계 변경
3D 캐드는 수식 설계, 즉 파라메트릭 설계가 가능합니다. 특정 파트와 연관이 있는 다른 파트들이 수식으로 연결되어 있어, 한 번 수정으로 다른 파트까지 자동으로 변경됩니다. 그렇기 때문에 비슷한 형상들의 경우 도면을 새로 그릴 필요가 없으며, 입력된 수치들만 변경하면 충분히 수정할 수 있습니다.
• 렌더링 / 시인성 향상
2D 캐드 도면은 해당 설계에 대해 익숙한 사람이 아니라면 어느 도면이 어디에 들어가는 부품인지, 해당 제품의 형상은 어떻게 생겼는지 파악하기 어렵습니다. 하지만 3D 캐드로 디자인을 하게 되면, 처음 보는 사람이라도 제품에 대한 충분한 이해가 가능할 정도로 직관적으로 정보 전달이 가능합니다. 작업자들도 도면을 빠르게 분석할 수 있으며, 도면을 잘못 이해하는 경우가 줄어듭니다. 또한 렌더링을 통해 실제 제품을 만들지 않아도 온라인 마케팅에 사용할 수 있는 실사 이미지를 제작할 수 있습니다.
그럼 무조건 3D CAD를 사용하는 것이 좋나요?
3D가 2D보다 성능 측면에서 뛰어나다는 것은 부정할 수 없는 사실입니다. 하지만 그렇다고 모든 기업들이 3D를 사용해야 할 필요는 없습니다. 다음 3가지 이유를 참고하시기 바랍니다.
3D 프로그램은 가격이 상당히 비쌉니다.
오토캐드 (AutoCAD) 같은 경우에는 연간 250 만원 정도의 비용으로 사용이 가능하지만, 3D 프로그램은 기본적으로 500 만원 단위에서 몇 천 만원, 심지어 억 단위까지 가는 프로그램도 있습니다. 이렇게 비용적으로 많은 지출이 필요하다 보니, 활용성이 충분하지 않은 기업에서는 도입할 필요성이 낮아지게 됩니다.
작업 속도입니다. 2D 캐드에 익숙한 분들은 키보드를 최대한으로 활용하여 작업 속도가 매우 빠릅니다. 하지만 3D 캐드는 마우스의 개입이 많이 필요한 작업이기 때문에 2D 캐드로 충분한 설계가 가능한 품목이라면 속도 측면에서 따라잡을 수 없습니다.
3D 캐드는 진입 장벽이 높습니다. 다양한 표현이 가능하고, 더 다양한 기능이 있기 때문에 2D에 비해 숙련되는 기간이 더 필요한 것은 당연하다고 생각됩니다. 3D 프로그램을 다루는 전문 인력을 갖추는 것도 어려움이 있기 때문에 도입에 신중을 기해야 합니다.
마치며…
이 포스팅은 2D 캐드를 사용하는 사람들에게 3D 캐드를 강요하는 것이 아닙니다. 2D 캐드로도 충분한 형상의 경우 3D 캐드보다 더 빠르게 설계할 수 있으며, 3D 캐드를 사용하더라도 2D 캐드와 함께 업무에 활용하는 경우가 많습니다.
다만 앞으로의 설계 방향을 찬찬히 한번 고려하시고, 어떤 프로그램이 더 효율적인지 판단하시기 바랍니다.
추가적으로 더 궁금하시거나 도움이 필요한 부분이 있다면 댓글 또는 1:1 문의를 통해 알려주세요 🙂
감사합니다.
