인스파이어, 위상최적화에 “폴리넙스” 날개 달다.


아래 내용은 디지털 및 3D 프린팅 최신 기술을 다루는,
영국 런던의 ‘디벨럽 3D(DEVELOP 3D)’에 소개된 인스파이어 관련 기사입니다.



  솔리드씽킹 인스파이어는 혁신적인 위상최적화 기법으로 최적의 설계 안을 제안하여, 설계 소프트웨어 업계에서 큰 화제를 불러 일으키고 있습니다. 디벨럽 3D에서 인스파이어 2016 최신버전을 살펴보았습니다.

7_Comparison_(1)_copy_inspire_2016_FW▲ 인스파이어 2016은 유한요소해석(FEA)으로 설계를 최적화할 뿐 아니라 보다 사용이 다양해지도록
SubD 스타일 지오메트리 생성이 가능하도록 하여, 여러분이 최고의 결과물을 만들 수 있도록 도와줍니다.

  새로운 아이디어는 새로 스케치하거나 CAD 모델을 불러오는 등의 지오메트리를 셋업하는 것에서 시작됩니다. 하중 조건과 물성과 같은 기본 정보들만 입력하면, 중량 감소, 강성 최대화 등과 같은 설계 목표에 맞게 형상을 최적화할 수 있습니다.

기본 업데이트 사항

  먼저 인스파이어 2016의 인터페이스는 크게 바뀌지 않았습니다.

  화면 상단에 가로로 아이콘이 배치되어 있으며, 좌측에는 모델 브라우저가 존재하는 모델/설정 창을 갖추고 있습니다.

  새롭게 바뀐 점은, 각 도구들을 가져오기/내보내기, 뷰, 지오메트리, 구조, 분석 등의 다양한 섹션으로 알기 쉽게 분리하였습니다.

  그래서 인스파이어를 처음 사용하는 경우에도, 각 기능에 대한 아이콘을 보다 쉽게 찾을 수 있게 되었습니다.

  하나의 아이콘이 하나의 기능을 하는 일반적인 시스템과는 달리, 인스파이어는 하나의 아이콘에 여러가지 다른 기능이 함께 존재합니다. 예를 들어 경계조건을 정의하는 아이콘을 살펴보겠습니다. 아이콘의 부분에 따라 제약 조건, 하중, 압력, 토크 등을 설정할 수 있도록 되어 있습니다.

  이와 더불어, 2016 버전에서는 제약 조건 설정에 대한 부분이 확장되었습니다. 이제 강제 변위, 각속도와 가속도, g-loads 및 온도까지 보다 상세하게 설정할 수 있게 되었습니다.

  최적화 프로세스에 통합될 수 있는 시뮬레이션이라는 측면에서 다른 구조 툴과 비슷하다고 볼 수 있지만, 이 뿐만 아니라 인스파이어의 이번 릴리즈에는 좌굴 해석 기능까지 추가되었습니다.



폴리넙스(PolyNURBS)

  이번 2016 버전에서는 다양한 업데이트가 있었지만, 이 릴리즈의 가장 큰 뉴스는 바로 폴리넙스 기능의 도입입니다.

  이 기술은 솔리드씽킹 이볼브에서 가져온 기술로, 컨셉 설계에 초점을 맞춘 시스템입니다.

  전체적인 아이디어는, 해석 결과 모델에 컨트롤 케이지를 사용하여 부드러운 유기 형상을 생성하는 것으로(많은 시스템에서 사용하는, 하위부문 또는 SubD 모델링 기법), 케이지 편집을 멈추면 이 시스템은 3D 넙스 표면을 생성해줍니다.

  인스파이어 환경에서, 이 도구는 작업된 결과에 쉽게 “쉐입(Shape)”을 만들어주고, 이러한 이유 때문에 사용자들은 인스파이어를 매력적으로 느끼게 됩니다.

  많은 위상최적화 툴의 가장 큰 문제는, 해석 결과가 메시 기반의 형태라는 것입니다. 이러한 도구들을 사용한 경우, 미적으로 보기 좋게 혹은 쉽게 제조 과정에 들어가기는 어려울 것입니다.

  그래서 위상최적화는 해석 및 최적화 결과에 따라, 다음 설계 변화에 대한 영감을 얻는 수단으로만 사용되어 왔습니다. 이를 바탕으로 설계자들은 기존의 툴을 사용해서 전체 모델을 재설계하는 과정을 거쳐야 했습니다.

  인스파이어는 FEA 방법으로 해석된 메시들을 빠르게 스냅핑, 수정 그리고 부드러운 곡면을 생성하여 더 나은 제품 개발을 가능하게 하는 SubD 모델링 툴이 포함되었습니다. 작업 흐름에는 변함이 없습니다.

  여러분이 최적화 단계를 마치고 거친 형상을 얻게 되면, 이후 “쉐입(Shape)” 환경으로 전환할 수 있습니다.

  이 과정에서 여러분은 프리즘 형상의 레이아웃 잡기를 시작할 수 있으며, 뿐만 아니라 동적 섹션을 찾기 위해 폴리넙스 도구도 사용할 수 있습니다. 이를 통해 메시 주위에 훨씬 일관성있는 모델을 구축할 수 있게 됩니다.

  이 시스템은 가능한 섹션들의 빠른 선택 및 프로파일을 적절하게 맞추도록 도와줍니다. 이 작업에서, 형태는 거칠게 구축이 되어 있지만, 이는 여러분이 기대했던 것보다 훨씬 부드러운 형상일 것입니다.

  어느 시점에서나, 여러분은 푸시(밀기), 풀(당기기), 로테이트(회전), 트윅(비틀기) 등 여러분의 원하는 형상으로 조정할 수 있도록 케이지를 개조할 수 있습니다.

  흥미로운 것은, 지난 릴리즈에서의 지오메트리 모델링 툴의 기능들이 잘 녹아있으며, 또한 폴리넙스와 다양한 프리즘 기능을 이용하여 내장된 각종 형태의 지오메트리를 모두 혼합할 수 있게 되었다는 것입니다.

  여러분은 최종 형태를 얻어 작업을 끝낼 수도 있고, 설계 검증을 위한 해석 과정을 통해 다시 작업을 실행할 수도 있다는 이점이 있습니다.

▲ 솔리드씽킹 이볼브에서 가져온 폴리넙스 기술로, 이제 기능적으로 풍부하고 처리하기 쉬운,
제조가능한 형태로 모델을 만드는 것이 가능해졌습니다.


결론

  지난 몇 년동안, 위상최적화에 대해 많은 관심을 가졌습니다.

  3D 프린팅은 과대 광고의 거품 이후 죽어가고 있는 추세지만, 많은 기업들이 3D 프린팅 제조 기술은 기존의 제조 방법보다 형상적인 측면에서 더 자유롭게 제품을 만들 수 있다는 점에는 공감하고 있습니다. 그 장점을 최대한 활용하기 위해서는, 설계 작업 이후의 다른 도구 세트가 필요합니다.

  위상최적화의 문제는, 최적의 결과를 통해 방향성은 찾아볼 수 있지만, 이렇게 거친 형상의 결과물은 지금의 적층 제조 공정에서조차 유용하게 사용할 수 없습니다.

  대부분의 회사들 역시 미적으로도 보기 좋은 형태의 부품을 원하고 있습니다.

  우주 산업과 관련된 누군가는 “우리는 위상최적화 기술을 사용해서 중량을 절감할 수 있는 방법을 알고는 있지만, 못생긴 부품을 보고 싶지는 않아요!” 라고 말했습니다. 부드러운 표면으로 이루어진 컴포넌트는 미적인 것 이외에도 후처리 등의 작업에서 추가적인 장점을 줄 수 있는 것 또한 사실입니다.

  솔리드씽킹은 최근 릴리즈에서, 넙스 표면을 생성하여 부드럽고 유기적인 형상을 만들도록 하는 폴리넙스를 소개하여 많은 것을 얻어냈습니다.

  또한 이번 릴리즈의 흥미로운 점은, 인스파이어가 제품 성능 조건을 탐색할 수 있는 도구 세트를 함께 제공하고 있다는 점입니다. 이제 여러분이 물리적인 모델을 만들 때 결과를 비교할 수 있도록 하는, 새롭게 추가된 비교 도구도 사용할 수 있습니다.

  결국, 최적화는 상태에 따른 최적의 결과를 제공할 수 있지만, 이는 무조건 최적화된 단 하나의 결과만을 얻는다는 이야기는 아닙니다. 심지어는 매우 선형적인 작업흐름에서도 마찬가지입니다.

  위상최적화는 이제 주력 설계 도구가 되었습니다. 아직은 이르지만, 인스파이어는 보다 풍부한 기술 세트를 제공할 것이며, 나아가 프로세스 전체를 제어하는 도구로 성장하게 될 것입니다.

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