인스파이어로 무게는 가볍게 성능은 더 뛰어나게!

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  미샤엘 지스(MICHAEL SÜß)는, 현재 적층 제조 및 전자빔 용해에 대한 설계에 초점을 맞추어 박사 학위를 놓고 연구하고 있는 드레스덴 공과대학(Technische Universität Dresden)의 연구원입니다. 또한 미샤엘의 연구는 제조 기술과 고급 재료 IFAM에 대한 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer Institute)와도 밀접한 관련이 있습니다. 프라운호퍼 연구소 IFAM은 접착제 기술, 재료 과학, 제조 기술 분야에서 유럽 최고의 연구 기관 중 하나입니다.

  연구에 대한 설계를 찾고자 할 때, 미샤엘은 학생 포뮬러 팀(Formula Student team)을 떠올리곤 합니다. 미샤엘은, “저는 학생 포뮬러 팀에서 일한 적이 있으며, 제가 있는 드레스덴 공과대학에서 현재의 포뮬러 팀을 도와주고 싶습니다. 이전에, 엘브플로레이스(ELBFLORACE)라는 학생 포뮬러 팀에게 현재 제가 하고 있는 프로젝트에 함께할 지원자가 있는지 의사를 물어본 적이 있습니다.” 이를 계기로 미샤엘은, 드레스덴 공과대학에 재학 중인 루카스 호프만(Lucas Hofman)을 만나게 되었습니다.

  미샤엘과 루카스는 적층 제조 및 전자빔 용해를 재설계 할 수 있도록 최적화된 자동차의 현재 부분을 찾기 위해 여러 조건들을 설정했습니다. 결과적으로 재설계를 위해 선택된 부분은 조향축 마운트였습니다. 루카스는, “현재의 조향축 마운트에는 4개의 다른 영역이 있는데, 이는 모두 다른 각도로 있었습니다. 이 때문에 5축의 가공 기계를 생산하기가 매우 어려웠습니다. 이 파트를 생성하기 위한 해결책으로, 우리는 모두 볼트로 결합된 서로 다른 4개의 가공된 알루미늄 파트를 구성했습니다. 또한 적층 제조를 위해 재설계를 할 수 있는 또다른 부분을 발견했지만, 최고 성능과 중량을 개선할 수 있는 조향축 마운트를 선택했습니다.” 라고 이야기했습니다.

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▲ 기존의 조향축 마운트 형상

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▲ 인스파이어로 최적화한 조향축 마운트 형상

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▲ 폴리넙스 기능으로 수정 후 렌더링한 조향축 마운트

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▲ 새로워진 조향축 마운트

솔리드씽킹 인스파이어의
첨단 설계 프로세스

  미샤엘과 루카스는 각기 다른 방식으로 솔리드씽킹 인스파이어(solidThinking Inspire)에 대해 접했습니다. 미샤엘은 유로몰드(Euromold)에서 열린 국제 무역 박람회에서의 워크숍을 통해 인스파이어에 대해 처음 접했습니다. 루카스는 그의 대학에 소속되어있는 포뮬러 학생 워크숍에서 인스파이어를 처음 소개받았습니다. 둘은 모두 인스파이어의 사용의 용이성에 감탄했습니다. 미샤엘은 “작업을 더욱 쉽게 만들어주는 폴리넙스(PolyNURBS) 기능에 감탄했습니다. 이는 즉시 최적화 결과를 얻을 수 있게 만들며, 바로 제조할 수 있도록 각 파트를 손쉽게 재구성 할 수 있게 만들어줍니다. 이전까지는 최적화 작업은 가장 어려운 작업 중에 하나였습니다. 이제는 복잡한 여러 엔지니어링 툴을 사용할 필요 없이, 인스파이어 단 하나만 사용하면 손쉽게 작업을 끝낼 수 있습니다.” 라고 설명했습니다. 또한 미샤엘과 루카스는 실제 조건에 대해 손쉽게 시뮬레이션 할 수 있는 인스파이어의 통합 해석에 대한 유용성도 언급했습니다.

  전자빔 용해를 사용해서 파트를 생성하는 것이 목표였던 미샤엘과 루카스는, 파트를 설계할 때 매우 자유롭게 작업할 수 있다는 사실을 알았습니다. 미샤엘은, “전자빔 용해는 다른 제조 방법에 비해 훨씬 큰 이점을 제공합니다. 이 방법은 설계에 대한 제약이 거의 없기 때문에 설계의 자유를 허용합니다.” 라고 이야기합니다. 미샤엘과 루카스는, 최적화뿐만 아니라, 수정 및 제조를 위한 준비를 모두 수행할 수 있는 이상적인 도구로 인스파이어를 결정하게 되었습니다. 루카스는, “인스파이어는 손쉽게 이상적인 형상을 결정할 수 있도록 도와주며, 폴리넙스 기능은 최적화에서 제조까지의 과정을 매우 빠르게 만들어줍니다. 전체 파트를 수정하는데 5-7시간밖에 소요되지 않았으며, 이는 굉장히 빠른 시간입니다.” 라고 이야기합니다.

  한번 파트가 인스파이어 최적화 결과로 바탕으로 재설계되면, 다른 절차를 거치지 않고 바로 제조 작업으로 넘어가도 됩니다. 우리는 완벽한 제조를 위해 프라운호퍼 IFAM과 함께 작업했습니다. 아캄 A2X(Arcam A2X) 전자빔 용해 장치를 사용했습니다. 미샤엘은, “구축 시간은 약 29시간이었으며, 파트는 티타늄 합금으로 제조했습니다. 전자빔 용해는, 일반적인 적층 제조 방법과는 달리 많은 지지구조물을 필요로 하지 않아서 이번 작업에 매우 적합했습니다. 후처리가 완료되고, 우리는 기존 500g에서 35% 더 가벼워진 330g의 파트를 얻을 수 있었습니다. 인스파이어가 없었으면 이러한 중량 절감은 불가능했을 것입니다. 인스파이어와 폴리넙스 기능은 매우 인상적이었으며, 최적화에서 최종 제품 제조까지의 과정을 매우 빠르게 만들어 주었습니다. 앞으로 훨씬 많이 인스파이어의 덕을 볼 것 같습니다.” 라고 이야기했습니다.

“앞으로 더 많이 사용할꺼예요!”

  새로워진 조향축 마운트는 현재 후처리 단계가 진행 중입니다. 미샤엘과 루카스는 그들의 포뮬러 차량에 이 조향축 마운트가 장착되는 것을 기대하고 있습니다. 무게 절감 및 성능 향상의 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있도록 도와준 인스파이어에 대해, 미샤엘과 루카스는 앞으로 인스파이어의 사용이 더 많아질 것이라고 이야기합니다. 루카스는 자신의 학위 논문에도 인스파이어를 사용할 예정이라고 밝혔습니다.


* 산업
– 자동차 / 포뮬러

* 과제
– 학생 포뮬러 팀 차량의 새로운 조향축 마운트 설계 및 제조

* 알테어 솔루션
– 솔리드씽킹 인스파이어를 이용한 설계 및 전자빔 용해를 활용하여, 재료와 설계시간 단축 및 성능을 향상시키는 새로운 부품 생산

* 효과
– 적층 제조 방법(전자빔 용해)을 이용하여, 조향축 마운트 제작을 위한 재설계
– 필요한 파트를 4개에서 1개로 단축
– 조향축 마운트의 무게를 500g에서 330g으로 35% 절감
– 강성 5배 증가
– 전체 설계 시간 50% 감소
– 90% 더 적어진 폐기물

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