새로운 시장 개척에 나선 이볼브와 인스파이어


“저는 Inspire를 이용해서 더 강하지는 않더라도 그만큼 강하면서도 더 가벼운 제품을 설계할 수 있습니다. Inspire에서 만들어지는 유기적 형상은 적층제조에 더할 나위 없이 적합합니다.”

Nicholas Hardman
HardMarque 이사



 자동차/적층제조 현행 피스톤 설계 공정을 탈바꿈시켜 기존 제품보다 가벼우면서도 강성은 그대로인 피스톤을 만듭니다.

solidThinking Inspire와 Evolve를 이용해 티타늄 적층제조에 필요한 콘셉트 개발과 디자인 고도화를 실시하는 공정입니다.

 Inspire로 콘셉트를 만들고 Evolve에서 다듬기
 기존 디자인보다 23.5% 더 가벼운 새 피스톤 디자인 개발
 내보내기가 쉽고 적층제조 장비와 통합이 용이
 티타늄 적층제조를 이용해 제조

티타늄 인쇄된 최종 피스톤 제품

HardMarque는 “미래의 공장”, 즉 인터넷으로 주문을 받아 맞춤 부품을 적기에 생산해 인도하는 적층제조 시설의 건설에 주력하는 디지털 설계 및 제조 스튜디오입니다. 이 회사는 이 같은 혁신이 조국 호주 제조업의 미래에 매우 중요하다고 보고 있습니다. 이 혁신을 통해 호주가 전통 제조업의 제약에서 벗어나 새 시장으로 진입할 수 있다고 보는 것입니다.

HardMarque의 Nicholas Hardman 이사는 오랜 CAD 사용자로서 Evolve를 본 순간 그 속에서 만들어지는 유기적 구조물과 그 사용의 용이함에 매료되었습니다. Nicholas는 이렇게 말했습니다.

“[Evolve] 덕분에 시간이 크게 여유로워졌습니다. 기본적으로 2D인 스케치 방식으로 설계를 하지 않고 3D로 진정한 실시간 설계를 할 수 있습니다.”

Nicholas는 solidThinking Evolve를 이용한 후 콘셉트 제작에 대한 solidThinking Inspire의 힘을 알게 됐고 적층제조에 대한 가치도 빠르게 깨달았습니다. “저는 Inspire를 이용해서 더 강하지는 않더라도 그만큼 강하면서도 더 가벼운 제품을 설계할 수 있습니다. Inspire에서 만들어지는 유기적 형상은 적층제조에 더할 나위 없이 적합합니다.”


설계 과정에 있는 Inspire와 Evolve
HardMarque의 “미래 공장” 프로젝트 중에서 가장 최근의 것으로 맞춤형 티타늄 적층제조 자동차 피스톤이 있었습니다. HardMarque는 프로젝트의 재료로 티타늄을 선택했습니다. 조국 호주에서 쉽게 구할 수 있고 피스톤 생산에 주로 이용되는 알루미늄보다 훨씬 강하기 때문이었습니다.

Nicholas는 기존 피스톤을 벤치마킹 하는 것으로 설계 공정을 시작했습니다. 이 피스톤의 규격을 이용해 Evolve에 첫 설계 공간을 만들었습니다. 설계 공간을 만든 후 모델을 Inspire로 보내 콘셉트를 만들었습니다.

티타늄 피스톤에서는 정확한 하중 조건을 적용하는 것이 성공의 열쇠였습니다. Nicholas는 “피스톤에 하중을 정확하게 통과시키느냐가 관건입니다.”라며 “팽창하는 연소 기체로부터 피스톤 머리부에 작용하는 힘이 있고 실린더 벽에 가해지는 오일 압력으로부터 피스톤 벽에 작용하는 횡력이 있습니다.”라고 말했습니다. Nicholas는 solidThinking 팀은 물론 15년 넘게 피스톤을 제작해온 멜버른에 있는 동료와 협력해 Inspire에서 이 하중을 적용했습니다. Nicholas는 Inspire를 이용해 이 하중 시나리오를 토대로 이상적인 피스톤 형상을 만들었습니다.

Nicholas는 Inspire에서 만들어진 형상을 Evolve로 다시 보내 결과를 해석한 다음 최종 피스톤 설계를 도출했습니다. 그리고 이 설계를 티타늄으로 제작했습니다.

최종 제품의 무게는 289g으로 종전 제품의 378g보다 23.5% 더 가벼웠습니다. 그러면서 강도는 같았습니다. Nicholas는 이렇게 말했습니다. “피스톤뿐만 아니라 다른 자동차 부품의 무게를 줄이는 것은 지극히 중요합니다. 그러면 연소 엔진의 효율을 높이고 연료 소모를 줄일 수 있기 때문입니다. 부품을 가볍게 만들기 위해서는 어디에서 재료를 줄여야 할지 알아야 합니다. 바로 여기서 Inspire의 진가가 나오는 것입니다. 제조할 수 있는 형상에 대한 제약이 훨씬 적기 때문에 적층제조와 아주 잘 맞습니다.”

향후 계획
HardMarque는 콘셉트 제조와 개발에서 solidThinking Inspire와 Evolve의 효과를 즉시 알아차렸습니다. Nicholas는 두 도구 모두 작업흐름의 효율 제고에 큰 도움이 되고 있다고 말했습니다. 현재 더 가벼운 또 다른 피스톤 제작을 준비 중입니다. 목표 무게는 250g입니다. Nicholas는 이 피스톤이 완성되면 HardMarque “미래의 공장”에서 사용화하기 전에 실제 엔진에서 시험을 해 볼 생각합니다.

HardMarque 소개
HardMarque는 부품과 제품을 검토하고 개선점을 연구합니다. 그리고 부품을 더 좋고 더 빠르고 더 싸게 만드는 방법을 고민합니다. 적층제조와 재료 최적화, 3D CAD 설계, 2D CAD 도면 제작이 전문 분야입니다.