경량 설계부터 제조 준비 단계까지, 인스파이어 하나로 해결하세요!

  미카엘 지스(Michael Süß)는 드레스덴 공과 대학교(Technische Universität Dresden)의 연구원으로, 현재 적층 제조 / 전자 빔 용해에 대한 설계 가이드라인의 초점을 맞춘 박사 학위를 가지고 있습니다. 이 외에도 지스는 프라운호퍼 제조 기술 및 첨단 재료 연구소(Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM)와도 긴밀하게 협력하고 있습니다. 프라운호퍼 IFAM(Fraunhofer IFAM)은 접착제 기술, 재료 과학, 제조 기술 분야에서 유럽 최고의 연구 기관 중 하나입니다.

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▲ 기존의 스티어링 칼럼 어셈블리

  지스는 그의 연구를 함께할 설계자를 찾고 있었고, 마침 포뮬러 학생 팀(Formula Student team)에서 활동했던 것을 떠올렸습니다. 지스는 “나는 포뮬러 학생 팀에서 일한 경력이 있으며, 현재 드레스덴 공과 대학교의 포뮬러 팀을 돕고 싶었습니다. 그리고 저의 현재 프로젝트 연구를 함께 할 자원자를 ELBFLORACE 전기 포뮬러 학생 팀에 제안 해달라고 요청했습니다.” 라고 당시를 설명했습니다. 이렇게 하여 지스는 현재 드레스덴 공과 대학교의 학생인 루카스 호프만(Lucas Hofman)을 처음 만나게 되었습니다.

  지스와 호프만은, 함께 자동차의 현재 부품들에 대해 살펴보았습니다. 이 부품들은 적층 제조 / 전자 빔 용해를 위해 매우 잘 설계되었습니다. 궁극적으로 이들이 재설계를 위해 선택한 부품은 스티어링 칼럼 마운트였습니다. 호프만은 “현재의 스티어링 칼럼 마운트는 서로 다른 각도에서 4가지의 각기 다른 형태를 지니고 있었기 때문에 5축 밀링 기계로 생산하는 것이 매우 어려웠습니다. 이 부분은 볼트로 고정된 4개의 서로 다른 가공 알루미늄 부품으로 구성되어 있었습니다. 우리는 업라이트와 같은, 적층 제조를 통해 재설계가 될 수 있는 다른 여러 파트들도 확인했으나, 스티어링 칼럼 마운트로 최대의 성능 및 중량 향상을 달성할 수 있다고 생각했기 때문에 이 부분을 선택했습니다.” 라고 설명했습니다.

혁신적인 경량 설계! 인스파이어의 위상 최적화에 또 한번 감탄하다!

  지스와 호프만은 각자 다른 상황에서 솔리드씽킹 인스파이어(solidThinking Inspire)를 접했습니다. 지스는 유럽 국제 금형전시회(Euromold)의 국제 트레이드 쇼(International Trade Show)에서 열린 워크샵에서 인스파이어를 처음 알게 되었습니다. 그리고 호프만은 드레스덴 공과 대학교가 참여했던 포뮬러 학생 워크샵에서 인스파이어를 처음 접했습니다. 각자 다른 상황에서 인스파이어를 접했지만, 둘은 모두 인스파이어의 용이성에 대해 깊은 인상을 받았습니다. 지스는 “폴리넙스(PolyNURBS) 기능을 사용하여 최적화된 형상을 직관적으로 형상화하는 것이 작업을 얼마나 간편하게 해주는 지는 누구라도 잘 알 것입니다. 이를 이용하여 신속하게 최적화 결과를 얻고 부품을 재구성하여 순식간에 제조 준비가 완료됩니다. 사실 과거에는, 이 작업이 최적화 작업에서 가장 어려운 부분이었습니다. 이제 더 이상 엔지니어링 툴을 여러 개 사용할 필요없이, 인스파이어라는 하나의 툴 내에서 최적화에 대한 모든 작업을 수행할 수 있습니다.” 라고 설명했습니다. 또한 지스와 호프만은 인스파이어의 통합 해석 도구로써의 유용성에 주목하였고, 인스파이어를 통해 스티어링 칼럼 마운트 부분에서 실제 조건에 대한 시뮬레이션 할 수 있었습니다.

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▲ 최적화된 스티어링 칼럼 어셈블리

  지스와 호프만은 전자 빔 용해를 사용하여 부품을 생산하는 것을 목표로 하였으며, 부품을 설계할 때 생각보다 더 자유롭게 설계할 수 있음을 알고 있었습니다. 지스는 “전자 빔 용해는 다른 제조 방법에 비해 큰 장점을 가지고 있습니다. 설계 제약이 거의 없기 때문에 보다 설계가 자유로워집니다.” 라고 설명했습니다. 지스와 호프만은 서로가 모두 인스파이어를 가지고 있으며 이를 다룰 수 있다는 사실을 알고, 최적화와 제조 그리고 제조 준비를 위해 인스파이어가 가장 이상적인 도구라고 판단했습니다. 호프만은 “인스파이어를 사용하여 부품의 이상적인 재료 레이아웃을 결정할 수 있었고, 폴리넙스 기능을 이용하여 최적화에서부터 제조에 이르기까지 인스파이어 안에서 매우 신속하게 작업을 끝낼 수 있었습니다. 총 작업 시간은 겨우 5~7시간밖에 걸리지 않았습니다.” 라고 만족감을 표시했습니다.

  인스파이어의 최적화 결과를 바탕으로 재설계된 부품은, 다음 단계인 제조로 넘어갔습니다. 팀은 프라운호퍼 IFAM과 협력하여 제조를 완료했습니다. 여기에는 Arcam A2X 전자 빔 용해 기계가 사용되었습니다.

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▲ 폴리넙스 기능을 사용하여 다듬은, 새로워진 스티어링 칼럼

  지스는 “부품의 총 제작 시간은 약 29시간이었고 부품은 티타늄 합금으로 제조되었습니다. 전자 빔 용해는 다른 적층 제조 방법에서와 같이 많은 지지 구조가 필요하지 않기 때문에 이번 작업 공정에 적합했습니다. 최종 작업이 완료되면 부품의 중량이 330g으로, 원래 부품 중량인 500g보다 35% 가벼울 것으로 예상됩니다. 이는 인스파이어가 없었으면 불가능했을 것입니다. 인스파이어와 플리넙스 도구는 상당히 인상적이었으며, 최적화 결과에서 제조 준비 단계까지의 프로세스가 매우 빠릅니다. 앞으로도 점점 더 자주 인스파이어를 사용하게 될 것 같습니다.” 라고 인스파이어 사용에 대해 만족했습니다.

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▲ 후처리 직전의 새로워진 스티어링 컬럼. 이미지 제공 : 프라운호퍼 IFAM


앞으로의 계획은?

  새롭게 설계된 스티어링 칼럼 마운트는 현재 후 처리 단계에 있습니다. 지스와 호프만은 조만간 포뮬러 차량에 해당 스티어링 마운트가 장착될 것으로 기대하고 있습니다. 그리고 혁신적인 중량 절감과 성능 향상을 포함하여, 인스파이어를 사용하여 엄청난 효과를 거둔 이번 사례를 바탕으로 향후 더 많은 도구 재 설계에 인스파이어를 적용할 계획이라고 말합니다. 루카스는 자신의 학위 논문에도 인스파이어를 사용할 계획이라고 밝혔습니다.

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