솔리드씽킹 인스파이어 2015 파헤쳐 보기

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▲ 솔리드씽킹 인스파이어 2015에서의 최적화를 위한 다중 부품 조립 준비

  시뮬레이션이 어렵게 여겨진다면 토폴로지 최적화는 아마 그 두 배로 어렵게 여겨질 겁니다. 첫 번째 단계에서는 오랜 세월 그 타당성을 인정받은 공학 원리들, 재료 과학, 그리고 열, 응력, 압력, 바람이 여러분의 제품 형상에 미치는 영향을 계산하는 알고리즘을 이용합니다. 두 번째 단계는 한 걸음 더 나아가죠. 여기에서는 최신 컴퓨터의 놀라운 대량 고속 처리 성능을 이용해 제품의 형상을 분석한 다음, 예상되는 응력을 버틸 수 있는 새로운 형상(또는 최적화된 토폴로지)을 제안해줍니다. 시뮬레이션 소프트웨어의 학습 곡선도 나름 가파른 경사를 그린다고 할 수 있는데 대부분의 최적화 소프트웨어는 이보다 훨씬 더 가파른 학습 곡선을 그립니다. 대부분이 하이엔드 시뮬레이션 프로그램을 적극 운영 중이기 때문에 최적화를 진행하기 전에 먼저 시뮬레이션 능력을 기르는 것이 좋습니다.

  솔리드씽킹 인스파이어는 제가 알기로 보통의 엔지니어와 디자이너들도 토폴로지 최적화에 쉽게 접근할 수 있게 해주는 몇 안 되는 프로그램 중 하나입니다. 인스파이어의 사용자 인터페이스(UI)는 각 명령의 기능을 금방 이해할 수 있을 만큼 간단합니다. 대부분의 소프트웨어가 버튼이나 명령의 기능을 아이콘으로 표시하는 데 반해, Inspire는 미니어처 3D 모델로 인터페이스 요소들의 기능을 설명해주죠. 예를 들어, 형상을 간소화하는 데 사용하는 일련의 버튼들 중에서 구멍 제거 명령은 구멍이 강조되어 있는 정육면체로 표시됩니다. 블렌드 제거 도구도 마찬가지죠. 이런 작은 차이가 형상에 대해 어떤 명령을 실행했을 때 그 결과가 어떻게 나올지 바로 알 수 있게 해줍니다.

  대개 최적화의 첫 단계는 형상을 간소화하는 작업입니다. 인스파이어에는 제거해야 하는 구멍과 둥근 모서리, 또는 최적화 프로세스에서 고려하지 않아야 하는 플러그 간극과 틈을 자동으로 식별할 수 있게 해주는 도구들이 있습니다. 이러한 세밀한 요소들은 최종 생산 과정에서 중요하긴 하지만 대개 응력 계산에는 영향을 미치지 않기 때문에 형상에서 미리 제거하는 것이 현명합니다.

  이전의 버전에서는 최적화를 위해 응력과 하중을 각 부품마다 적용해야 했습니다. 인스파이어 2015에서는 접합 또는 결합되어 있는 여러 부품을 함께 분석할 수 있습니다. 덕분에 각 부품뿐 아니라 복잡한 관계와 조인트로 구성된 어셈블리까지 살펴볼 수 있다는 점에서 상당한 변화라고 할 수 있죠. 이 소프트웨어는 조인트 및 파스너가 필요한 피쳐를 자동으로 인식해서 적당한 스폿(완벽하게 정렬된 구멍 등)에 삽입할 수 있습니다.

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▲ 인스파이어 소프트웨어로 계산하여 재료를 절감하면서 최적화에 성공한 형상

  형상 간소화 명령과 마찬가지로 분석 도구도 미니어처 3D 모델을 사용해 어떤 기능인지 표시해줍니다. 수학적으로 최적화된 형상이 곧 쉽게 제조 가능한 형상인 경우는 드물기 때문에 몇 가지 형상 컨트롤을 추가해서 소프트웨어가 스탬핑, 기계가공 등에 보다 적합한 형상을 생성하도록 할 수도 있습니다. 이 소프트웨어는 주로 최적화된 형상에 대칭 피쳐를 강제 적용하는 방식으로 이 작업을 처리합니다. (대칭은 고전적인 생산 방식으로 제조하는 부품의 기본 피쳐입니다.)

  일반적으로 최적화의 목적은 설계에서 과도한 재료를 제거할 수 있는 영역을 파악함으로써 결국 제품 원가를 낮추는 데 있습니다. 그래서 인스파이어는 최종 단계에서 질량 목표를 제시해주죠. 예를 들어, 재료를 35% 삭감하려는 목표가 있다고 해보죠. 소프트웨어는 일단 이 시나리오를 해석하고 나서 목표 범위 내로 최적화된 형상을 제시합니다. 목표 범위는 질량을 줄이거나 늘리는 등의 추가 대안을 보여주는 슬라이드 바로 표시됩니다.

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▲ 최적화된 형상을 기반으로 재설계된 부품

  대개 엔지니어들은 최적화된 형상을 STL, IGES, 또는 일반적인 파일 형식으로 CAD 프로그램으로 내보내 원본 부품을 재설계하는 가이드로 활용하곤 합니다. 이렇게 하면 재료를 덜 사용하고, 무게가 훨씬 덜 나가고, 생산 원가가 더 낮은 설계를 만들 수 있습니다. 필요하면 수정한 설계를 인스파이어로 다시 가져와서 평가, 분석, 최적화 과정을 다시 진행해도 됩니다. 모든 내응력 및 내하중 기준에 부합하면서 예산도 초과하지 않는 설계가 나올 때까지 얼마든지 반복할 수 있습니다.

  시뮬레이션 전문가들은 토폴로지 최적화를 위해 선택할 수 있는 소프트웨어가 훨씬 다양합니다. 하지만 시뮬레이션 역량이 기초적인 수준인 디자이너와 엔지니어들은 적합한 최적화 소프트웨어를 찾기가 훨씬 어렵죠. 솔리드씽킹 인스파이어는 바로 그런 사람들에게 하나의 해답이 되어줄 것입니다.
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