인스파이어, 세계 최초 3D 인쇄 자전거 최적화

영국에서 solidThinking Inspire® 이용
세계 최초 3D 인쇄 자전거 프레임의 적층제조 설계 공정 혁신
토폴로지 최적화를 통해 안장 포스트 중량 45% 절감
 

2014년 3월 25일 – solidThinking은 적층 제조업계에서 향후 부품의 설계와 제작에 일대 혁신을 일으킬 수도 있는 중요한 성과를 발표했습니다. 영국 유일의 금속 적층제조 기계 제조업체인 Renishaw가 solidThinking Inspire® 9.5 소프트웨어를 세계 최초의 3D 인쇄 금속 자전거 프레임 제작에 사용한 것입니다. 영국 최고의 자전거 설계/제조업체인 Empire Cycles의 Chris Williams는 Reinshaw의 적층성형 기술을 십분 활용할 수 있는 산악자전거를 설계했습니다. 이로써 가벼우면서도 강한 티타늄 프레임의 제작이 가능해졌습니다.

Reinshaw는 Inspire를 이용해 토폴로지 최적화와 컨셉 제작을 수행했습니다. Inspire는 하중과 지지대를 입력값으로 하여 패키지 공간 안에서 새 재료 레이아웃을 생성했습니다. 그 결과 성능 목표를 충족할 뿐만 아니라 최소 질량까지 실현한 컨셉이 탄생했습니다. 제작의 유연성을 극대화하는 부품 설계를 만듦으로써 Inspire와 같은 도구가 적층 제조와 조화를 이뤄 더 강하고 더 가벼운 부품이 만들어지는 것입니다. 경량화가 이 프로젝트의 궁극적인 목표였으며 결과적으로 최소 중량으로 최대 강도를 실현하는 부품을 설계할 수 있었습니다. 새 안장 포스트는 종전 포스트보다 45% 더 가볍습니다.

Renishaw의 마케팅 책임자인 Robin Weston은 “안장 포스트 브라켓의 무게를 360그램에서 200그램으로 줄이면서도 다른 부분에 어떤 부담도 주지 않았습니다. 우리는 아직 유한요소분석의 가능성을 충분히 활용하고 있지는 못합니다. 유한요소분석은 경량화와 같은 프로젝트에서 상당히 큰 역할을 합니다. 지금까지는 최적의 결과를 얻는 데 가급적 근접하도록 노력하고 프레임에 센서를 한 가득 달아 자전거를 실제로 시험한 후 실제 데이터를 모아 그것을 토대로 최적화를 하는 것밖에는 할 수 없었습니다.”라고 말했습니다.

solidThinking의 프로그램 관리자인 Andrew Bartels은 “Reinshaw가 만든 안장 포스트 브라켓이야말로 solidThinking Inspire와 적층제조의 혁신적 활용 사례입니다. 이 부품의 45% 무게 절감은 성능 향상에 기여할 뿐만 아니라 재료비 감소 효과도 있습니다.”라며 “Reinshaw 같은 기업이 컨셉 제조에 Inspire를 이용해 기존 제조의 장벽을 허무는 것을 보니 더할 나위 없이 기쁩니다.”라고 말했습니다.

부품 하나에서 중량을 크게 감소시킨 성과에 더해 Williams가 설계에 대해 의문을 갖게 되면서 프로젝트의 범위가 갑자기 넓어졌습니다. William는 “압출 방식 또는 삼각형 모서리에 티타늄 조각을 붙인 프레임에 알루미늄 관이나 탄소 섬유 하이드로포밍 방식을 적용하는 것을 검토했었는데, 더 많은 개선을 가져올 방법이 없는지 살펴보기 시작했습니다.”라고 한 뒤,

일반 프레임 재료로는 유연성에 한계가 있다고 설명했습니다. “검토 결과 메인 알루미늄 프레임은 무게가 2100g이나 되었기 때문에 강도는 같으면서도 더 가벼운 프레임을 만들 수 있겠다고 생각했습니다. 조금 더 개선할 수 있겠다는 생각에 모든 주 프레임 부품이 합쳐지게 된 것입니다. 툴링이 필요 없기 때문에 설계를 계속해서 손쉽게 개선할 수 있고 부품 비용이 복잡도보다는 부피에 따라 결정되므로 최소 비용으로 일부 초경량 부품이 가능했습니다.”라고 말했습니다.

Reinshaw는 2014년 6월 24일-26일 뮌헨에서 열리는 유럽 알테어 기술 컨퍼런스에 Empire 자전거를 출품해 전시할 계획입니다. 자세한 내용은 www.altairatc.com/europe을 참고하세요.