Re-Loc, 혁신적인 건축 부속물로 재료 최소화하다!

ReLoc-Minimizing-Material-Use-for-an-Innovative-Building-Product

“Altair ProductDesign의 도움으로 진행한 최적화 프로세스는 리록(Re-Loc)에 확실한 미래를 제공했습니다. 설계 변경 및 최적화 테스트 작업은 우리 제품을 더욱 최고로 만들어주어, 경쟁 회사보다 더 앞서는 제품을 만들 수 있도록 하였습니다. 시간과 비용 또한 절약할 수 있었습니다. 알테어 팀에 진심으로 감사드립니다”

로빈 홀투젠(Robin Holthusen)
리록 사장

 

  건축 업계에서, 빠른 속도와 저렴한 비용은 새로운 건축 프로젝트 성공에 필수적인 요소입니다. 계약자들은 촉박한 기한 내에 작업 완료를 요구하는 경우가 많으며, 작업이 지연될 경우 프로세스의 다음 단계에 상당한 영향을 미치게 됩니다.

  대부분의 현대적인 건물 벽면은 콘크리트 벽돌을 사용하는데, (보통 콘크리트 블록을 선호) 이 벽돌은 겹겹이 쌓여 건물 벽을 구성합니다. 강도를 더 높이기 위해 이 콘크리트 블록은 벽돌의 구멍과 접합되도록 만들어진 철근으로 보강됩니다.

  이 바의 위치가 벽 전체의 강도를 올려주는 데 중요한 역할을 합니다. 이것은 콘크리트가 빈 공간으로 주입되기 이전에 배치되어야 하며, 이는 반드시 시공 및 작업 프로세스 동안에 배치되어야 한다는 것을 의미합니다.

  영국에 위치한 리록(Re-Loc)은, 제품 개발 프로세스를 단축시킬 수 있는 신제품을 개발하였습니다. 리록이 개발한 제품은 콘크리트 벽돌 빈 공간에 꽉 맞는 클립으로 철근에 부착되며, 구조물을 안전하게 지탱해주는 제품입니다. 하지만 리록 팀은 개략적인 설계를 완성하고 시방서 대로 작업이 가능하다는 것은 증명하였지만 제조 비용에서 문제가 발생하였습니다.

  단일 구조에 수백에서 수천 개의 클립이 들어가야 할 경우, 이 제품들은 가격이 저렴하고 사용이 용이하도록 만들어져야 합니다. 이러한 측면에서 리록의 초기 설계에 대한 비용은 대량 생산에 적합하지 않았습니다.

  이런 이유로 리록은 비용절감에 대한 방법을 검토하였고 시제품 제작이 가능한 설계를 위하여 Altair ProductDesign에 지원을 요청하였습니다. 리록은 Altair ProductDesign 팀의 엔지니어들이 작업을 최대한 잘 수행하고 제안할 수 있도록 자신들의 모든 설계에 대해 공개하였습니다. 제품은 각각 다른 벽돌 안에 위치하며 다양한 종류의 하중을 견딜 수 있도록 설계 되었습니다.

  리록은 제품 재설계 동안에 고려해야 할 몇 가지 조건이 있습니다. 부품은 구멍난 블록 안쪽 면에 수직 및 수평 바의 위치를 유지하기 위해 충분한 강도를 유지해야 합니다. 콘크리트가 이 클립을 통해 흐르거나 클립 주위에 쏟아지도록 제작해야 했으며, 건축 과정에서 발생하는 습도와 온도 조건을 견딜 수 있어야 합니다.

  Altair ProductDesign 팀은, 충분한 강성 및 강도 특성이 요구되는 부분뿐만 아니라 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능한 방법을 모색하기 위하여 클립 공간에 대한 연구를 수행하였습니다. 비용 절감을 위해 금속과 세라믹 사용량을 줄였지만 목재(성형 펄프)는 여분의 저장 공간 측면에서 젖지 않아야 하는 조건에 적합하지 않아 제외하였습니다. 또한 사출 성형으로 제작되는 폴리머나 폼(foarm)이 원가 절감을 위한 최선의 선택이라는 것을 발견했습니다.

그림1

  다음으로 새로운 컨셉 설계의 개발을 위해 팀은, 우선 현재 성능을 정량적으로 파악하기 위하여기존 설계에 대한 다이내믹 시뮬레이션을 수행하였습니다. 해당 제품을 낮아진 구멍 안으로 집어넣고, 측면 벽돌과 맞닿도록 비틀어, 강철 바를 깎아내면서 조립하는 원리입니다. 이 모든 위치에 대한 현상은 시뮬레이션 툴인 알테어 하이퍼웍스를 이용하여 진행되었습니다.

  그리고 산출된 성능 데이터를 바탕으로, 알테어 Altair ProductDesign 팀은 설계 개선, 중량 저감을 검토하기 위하여 위상 최적화를 수행하였습니다. 알테어의 엔지니어들은 하이퍼메시로 부품의 유한요소 모델을 구성하고, 이어서 최적화 솔루션인 옵티스트럭트를 이용하여 최적화 작업을 수행하였습니다. 이 과정에서 정확한 하중 조건이 사용되었으며 최적의 설계 형상을 얻을 수 있었습니다.

  위상 최적화 결과는 알테어 Altair ProductDesign 팀에 의해 상세한 CAD 도면으로 완성되었고, 알테어가 보유한 다양한 개발 경험들이 적용되었습니다. 제품의 폭은 두껍게 그리고 굴곡부의 강성을 향상시키기 위해 파트의 폭을 19mm에서 25mm로 증가시켰으며, 하중을 골고루 분포시키기 위해 바의 중심과 ‘손가락’의 중심선을 변경하였으며 바 주위의 조임력을 증가시켜 제품의 전체적인 강성을 향상시켰습니다.

그림2

  이러한 변화는 벽돌 크기에 따른 접촉부를 개선하기 위하여 ‘손가락’ 길이 수정과, 좌굴 방지를 위한 각 손가락 사이의 갭을 줄였습니다. 최종적으로 팀은 슬롯에 부품을 한 공간에 위치하도록 하여 공간을 절약할 수 있는지에 대한 확인을 하였고 정확하게 쌓여질 수 있도록 설계하였습니다. 그리고 설계 보완 후에 시방서 대로 작업이 잘 진행 될 수 있는지를 비교/분석하였습니다.

  알테어 Altair ProductDesign 팀이 완성한 최종 설계 안은 완벽하게 목표 성능을 만족하였습니다. 새롭게 개발된 부품은 기존 설계 안 보다 45%~55% 더 적은 재료를 사용하게 되었고, 재료 비용을 절반으로 줄일 수 있었습니다. 팀은 재료 선택, 성능 분석, 재료 사용의 최적화, 추가적인 향상 제안 등을 통하여 공학적이고, 제조 가능하고, 그리고 고성능의 제품을 위한 최고의 아이디어로 리록 제품 개발을 지원할 수 있었습니다.

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