MSC 소프트웨어, ICME 이용해 제조업체의 복합 3D 인쇄 생산 비용 절감

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Digimat 적층 제조를 사용한 생산 비용 분석

 

CAE 시뮬레이션 소프트웨어 및 서비스 분야의 글로벌 선도기업 한국엠에스씨소프트웨어는 자회사인 e-Xstream 엔지니어링이 기존 공정 방식과 고분자 기반 적층 제조 부품의 생산 비용을 분석하고, 제조된 부품의 CT 스캔을 통해 복합재료의 미세구조를 검증하여 가상 엔지니어링 프로세스를 지속적으로 개선할 수 있는 새로운 시뮬레이션 및 가상 제조 기능을 선보인다고 밝혔다.

복합재료를 사용한 적층 가공은 금속 공정보다 더 강하고 가벼운 부품의 생성을 자동화하고 기본 재질의 성능(예: 연속적 섬유 강화 폴리머)을 목적에 맞게 엔지니어링 하는 능력 때문에 시장에서 인기를 얻고 있다. 기업은 최신 Digimat 소프트웨어를 통해 3D 인쇄 프로세스를 시뮬레이션하고 재료 활용, 직원 투입 시간, 에너지 및 필수 후처리 단계를 포함한 각 파트의 총 생산 비용을 계산할 수 있다.

엔지니어는 이 새로운 도구를 사용하여 부품 생산 및 마감 프로세스를 전체적으로 파악할 수 있으므로 생산을 위한 최적의 프로세스 체인을 결정할 수 있다. 무엇보다, 배치 최적화를 수행하여 가능한 한 많은 부품을 병렬로 인쇄할 수 있으므로 생산력을 늘리고 소요 시간을 줄일 수 있다. 또한 생산 계획에도 사용할 수 있으며, 기계의 총 소유 비용을 고려하고 예상 생산 볼륨에 대한 비용을 조정할 수 있다. 이러한 정보는 선이나 원그래프로 시각화되므로 시나리오별로 쉽게 비용을 분석할 수 있다.

복합 3D 인쇄에 대한 전 세계적인 수요는 2030년까지 17억 달러로 증가할 것으로 예상되나, 기술 문제로 인해 그 응용 프로그램은 한정되어 있다. 그 이유는 섬유 방향은 부품의 여러 영역에 걸쳐 변하기 때문에 기계적 성능에 상당한 영향을 미치기 때문이다. 엔지니어가 이러한 정보를 사전에 파악한다면 품질 문제를 해결하고 성능 예측의 정확성을 크게 향상시킬 수 있다. 이제 제조업체는 부품을 CT 스캔하고, 3D 원본 이미지를 가져와 Digimat에서 2상 미세 구조(예: 탄소 섬유 강화 폴리머)의 유한 요소 모델을 구축하고 그 거동을 모델링할 수 있다.  이 검증된 재질 모델이 컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE) 도구에 내장되어 있으므로 설계 엔지니어는 제조된 부품 내의 변형을 고려한 분석을 수행하여 재료 사용을 줄이거나 결함 지점을 피할 수 있다.

물리적 측정을 가상 테스트와 연결하면 새 재질 시스템이 도입될 때 ICME(Integrated Computational Materials Engineering) 프로세스의 정확성도 향상된다. 부품 성능을 시뮬레이션된 프로세스와 비교하여 재료 모델을 검증하고 인증할 수 있다. 또한, 재료 전문가는 CT 스캔 검증을 통해 수제작한 미세 구조 모델을 세밀하게 조정해 향후 시뮬레이션의 정확성을 높일 수 있다.

새로운 제조 프로세스를 개선할 때 사용자는 부품, 재질, 3D 프린터 또는 사용된 프로세스를 비롯한 재료 수명 주기 관리를 사용하여 작업하는 물리적 테스트에 관한 정보를 캡처할 수 있다. e-Xstream 엔지니어링의 MaterialCenter 소프트웨어는 이러한 신뢰할 수 있는 재질 속성의 검증되고 추적 가능한 데이터베이스를 캡처하므로 제품의 설계 단계에서 사용할 수 있다. 재료 수명 주기 관리를 사용하면 여러 팀끼리 정보를 쉽게 문서화하고 전사적으로 공유하여 권한이 있는 사용자들은 중요 지식을 얻고 재사용할 수 있다.

CT 스캔한 미세 구조의 재질 거동을 예측하는 데는 다량의 계산 작업이 수반된다. 예를 들어, 중앙처리장치(CPU) 컴퓨팅만 사용하여 크리프 같은 복잡한 동작을 분석하려면 수일이 걸릴 수 있는데, 그래픽처리장치(GPU)로 최적화하면 몇 분 내에 결과가 생성되어 엔지니어는 작업을 대화형으로 수행할 수 있다. 벤치마크에 따르면 재질의 강성을 분석하는 데 필요한 시간이 98% 감소되었다. 이 신속한 해결 시간은 명령 줄 인터페이스 도입과 함께 고성능 컴퓨팅 플랫폼에서 자동화된 클라우드 기반 최적화 워크플로 내에서 Digimat 유한 요소 모델을 사용할 수 있게 해준다.

복합재료에서 항공우주 부품과 같은 고성능 구조를 생성할 때 점진적 파손 해석(PFA) 모델을 사용하면 구조의 안전 마진을 정의하고 값비싼 재료 및 공정을 최적화하여 사용할 수 있다. 최신 버전의 Digimat는 이러한 복잡한 Camanho 모델 해석을 두 배 빠르게 수행하여 결함 공차를 정의하고 생산 수율을 최대화하는 매개변수 연구를 진행할 수 있다.

더 자세한 내용은 www.e-xstream.com/products/digimat/whats-new-digimat-2021.1에서 확인할 수 있다.

SLS 배치 인쇄를 위한 사후 처리 요구 사항 분석

 

VGSTUDIO의 복합재료 미세 구조 CT 스캔

 

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