환상의 콤비 인스파이어와 이볼브로 꿈의 브래킷을 완성하다!

  소프트웨어 개발업체인 솔리드씽킹(solidThinking)인스파이어(INSPIRE)이볼브(EVOLVE)의 2017 버전으로 위상 최적화, 모션 분석, 지형 최적화, 대칭, 피사계 심도에 대한 사용자 요구 기능이 새롭게 추가된 최신 버전을 제공하고 있습니다.

  디자이너와 엔지니어 모두의 유용성 향상에 중점을 두고 제작된 인스파이어 2017의 주요 업데이트 내용에는 사용자가 모델을 쉽게 기계화하고 움직이는 파트에 대한 하중을 예측할 수 있는 새로운 모션 도구, 스탬핑 된 비드를 사용하여 성능을 향상시키는 토포그라피 최적화, 볼트가 예압 하에 있을 때 보다 정확한 결과를 알려주는 볼트 프리텐션 도구, 사용자가 구멍, 포켓, 면을 선택하여 파트를 설계 영역과 비 설계 영역으로 나눌 수 있도록 업데이트 된 파티션 도구 등이 있습니다.

  이볼브 2017에서의 가장 큰 업데이트 내용은 미러 및 폴라 복사 도구를 대체하는 평면 대칭(Planar Symmetry) 및 방사형 대칭(Radial Symmetry) 도구, 특정 파일 형식의 가져오기(import) 및 내보내기(export) 기능 개선, 선 및 곡면 폴리라인 도구의 새로운 길이 매개 변수 및 표면 모서리에서 표면을 직관적으로 작업 및 수정할 수 있는 커브 옵셋 도구 향상 등을 꼽을 수 있습니다. 이러한 새로운 기능 외에 렌더링 기능도 더욱 향상되었는데, 이볼브에서 렌더링 되는 모든 이미지에는 카메라를 통해 볼 때 전경 및 배경 요소의 자연적인 흐려 짐까지 시뮬레이션하기 위해, 어도비 포토샵(Adobe Photoshop)을 포함한 후처리 도구에 사용할 수 있는 Depth Channel(tiff)이 포함됩니다.

▲ 인스파이어 내에서 하중과 설계 영역을 설정하여 최적화 한 브래킷 형상

  이러한 기능들은 각 산업의 엔지니어와 디자이너들에게 설계 및 최적화 기능을 손쉽게 제공하여 전체 설계 프로세스를 간소화하기 위해 구현되었습니다. 이번에 소개할 신타비아(Sintavia)는 기존의 항공기 부품을 최적화하기 위해 솔리드씽킹을 사용하기 시작했습니다. 신타비아는 항공 우주, 석유 및 가스, 자동차 및 분말 생성 등의 산업에 대한 금속 적층 제조(AM) 분야의 세계적인 선두 업체입니다.

  신타비아는 세계 최대 규모의 적층 제조 업체 4곳으로부터 뜨거운 등온 프레스, 진공 열처리, 와이어 EDM, CT 스캐닝, 기계 테스트, 재료 실험실과 관련된 프린터 6대를 보유하고 있으며, 세계에서 가장 까다로운 산업 분야에 서비스를 제공하는 역량에 있어서는 타의 추종을 불허합니다.

  최근 프로젝트를 통해 신타비아의 더그 해지스(Doug Hedges) 사장은 적층 제조를 통해 기존의 항공기 부품을 대체하는 새로운 설계의 부품을 생산하는 능력을 보여주었습니다. 프로젝트의 목표는 엔진 당 12회 사용되는 저압 터빈용 2차 시장 항공 부품인 항공 우주 브래킷의 최적화 된 설계를 만들어, 기존의 기계적 특성을 유지하며 동안 중량은 줄이는 것이었습니다.

  더그는, “저의 목표는 창의적인 설계와 적층 제조를 이용하여 유지, 수리, 정비 작업을 간소화하는 것이었습니다. 조직이 이러한 기술을 채택하면 효율적인(내부) 제조, 생산 대 구매 간의 손쉬운 의사 결정, 가상 인벤토리, 필요 없거나 중단된 부품의 교체, 부품의 성능 향상 등을 포함한 많은 이점을 가질 수 있으며, 이를 통해 중량 감소, 강도 및 피로 특성 증가라는 목적을 달성할 수 있습니다.” 라고 설명했습니다.

▲ 최적화된 브래킷

  작업을 위해, 먼저 원래의 부품을 청색 스캐너로 스캔하여 정확한 CAD 모델을 제작했습니다. 그 다음, 사용 중에 발생하는 모든 하중 조건을 결정하고 이를 솔리드씽킹 인스파이어 내에 적용했습니다. 영역을 설계 공간과 비설계 공간으로 나눈 후, 수정된 설계 공간, 압축 시험 및 안전률 등을 고려하여 여러 최적화 반복 작업을 수행했습니다. 마지막으로 유한요소해석(FEA: Finite Element Analysis)을 수행하여 결과를 솔리드씽킹 이볼브로 가져오고, 이볼브의 폴리넙스(PolyNURBS) 기능을 사용하여 최종 형상을 수정한 후, 최적화 결과를 비교하고 결정했습니다.

  최종 설계 작업은 신타비아에서 진행하였고, Inconel 718 파우더에서 SLM Solutions 280 트윈 레이저 장비로 부품을 생산했습니다. 이후 균열을 막기 위한 지지 부분 제거, 샌드 블라스팅, 연마, 뜨거운 등온 가압 등을 포함한 추가적인 후처리 작업이 이루어지기 전에, 먼저 진공 처리 및 EDM을 사용한 블드 플레이트로 부터의 제거 작업을 진행했습니다.

  이 부품은 5000Ibs의 피로, 야금, 하중 테스트를 포함한 여러가지 테스트를 거쳤습니다. 결과는 긍정적이었고 최적화 된 부품은 15%의 중량 감소, 피로 수명 3배 증가, 다공성 감소로 모든 테스트에서 원본보다 우수한 결과를 나타냈습니다. 이제 신타비아는 적층 제조 기술 적용 범위을 다른 부분로 더욱 확대하여 최적화를 할 계획을 가지고 있습니다.

  더그는, “이번 작업을 바탕으로 엔진 터빈 부품도 질량을 더욱 줄이기 위해 계속 노력하고 싶습니다. 우리는 카라를 강화할 계획이며, 통합된 베어링으로 설계 작업을 할 수도 있습니다.” 라고 덧붙였습니다.

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