자전거 후방 요크 중량 48% 감소! 인스파이어로 가볍게 달리자!

VTT_SS_012716_Letter_Web_2▲ 이미지 제공 : 트라이톤 바이크

VTT_SS_012716_Letter_Web▲ 이전과 현재의 요크 비교

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  러시아 상트 페테르부르크에서 2015년에 설립된 CML AT는 기계 공학, 민간 항공, 의료, 계측, 로봇 공학, 오일 및 가스, 소비재 부문 등에서의 적층 기술 구현을 전문으로 하는 기업입니다. CML AT는 적층 기술의 특징과 이점을 고려하여 제품과 구조를 개발하고 설계합니다.

  맞춤형 티타늄 자전거 및 외바퀴 프레임 제작 전문 업체로 러시아 모스크바에 본사를 둔 트라이톤 바이크(Triton Bikes)는, 최근 잠재적인 프로젝트들을 위해 CML AT와 함께 작업을 했습니다. 트라이톤은 최신 자전거 모델 개발을 위해 후방 요크를 재설계하기로 했습니다. 이 요크는 뒷쪽 체인 스테이와 브래킷 하단을 연결하는 자전거 티타늄 프레임의 일부입니다. 트라이톤은 그 부품이 130kg에 달하는 하중을 견딜 수 있어야 함을 CML AT과 함께 확인했습니다. 트라이톤은 브래킷의 무게를 줄이고 강도를 높이며 생산 기술을 단순화하고 비용을 절감하기를 원했습니다.

“인스파이어를 이용한 재설계로 중량을 48% 감소시킬 수 있었습니다.”

  이 부분의 재설계를 위해 CML AT는, 전문적인 설계 및 최적화 도구가 필요하다는 것을 알았습니다. 그리고 엔지니어링 센터이자 전문적인 설계, 최적화, 시뮬레이션 도구를 갖추고 있는 컴프메크랩(CompMechLab)과 연락하여 프로젝트의 파트너쉽을 요청했습니다.

  컴프메크랩의 수석 엔지니어인 미카일 즈마일로(Mikhail Zhmaylo)가 후방 요크의 설계 및 최적화를 맡았습니다. 미카일은 “현재의 요크는 매우 복잡하고 많은 시간이 필요하며, 비용 또한 많이 드는 프로세스로 제조되었습니다. 해당 부분은 두 파트내의 티타늄 블록에서 가공된 CNC입니다. 이것은 무게를 줄이기 위해 재료의 일부가 부품의 내부에서 갈릴 수 있도록 만들어졌습니다. 밀링 작업이 완료되면 두 티타늄 반쪽이 함께 용접됩니다. 우리는 이를 하나의 파트로 만들어 더 좋은 성능을 얻기 위한 목적으로, 이 파트와 티타늄 기반의 적층 제조를 최적화하기 위해 솔리드씽킹 인스파이어(solidThinking INSPIRE)를 사용하기로 했습니다. 우리는 더욱 가볍고 제조하기 쉬우며 미적으로도 보기 좋게 만드는 것을 목표로, 새롭게 설계를 시작했습니다.” 라고 설명했습니다.

솔리드씽킹 인스파이어 선택! 그 결과는?

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▲ 기존의 요크 디자인

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▲ 인스파이어에서의 최적화 설정 과정

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▲ 3D 프린팅 기술로 최적화된 요크

  컴프메크랩 팀은 적층 제조를 위해 부품을 재설계했습니다. 팀은 적층 제조 기술의 발달로 현재 부품을 사용해도 형상을 간단히 인쇄할 수 있음을 알고 있었지만, 프로세스에서 더 큰 이득을 얻고 싶었고, 인스파이어를 사용하면 이러한 이점들을 얻을 수 있다는 사실도 알고있었습니다. 컴프메크랩은 인스파이어를 사용하여 모든 하중, 모양, 경계 조건을 적용하고 파트에서 여러 라운드의 최적화를 실행했습니다. 미카일은 “부품 재설계의 전체 과정은 2주가 채 걸리지 않았습니다. 인스파이어는 이 작업의 시간을 단축하는데 큰 도움을 주었습니다.” 라고 말했습니다. 팀은 부품의 최종 설계 안을 결정한 후, 유한 요소 해석을 실행하여 이 결과가 필요한 모든 조건들을 충족시키는지 확인했습니다.

“부품 재설계의 전체 과정은 2주가 채 걸리지 않았습니다. 인스파이어는 이 작업의 시간을 단축하는데 큰 도움을 주었습니다.”

  설계가 완료되고 검증 작업까지 마친 후, CML AT는 프로토타입의 3D 프린팅 및 후처리 작업을 수행했습니다. 아캠(Arcam)에 의한 전자 빔 용융 기술은 매우 짧은 시간 내에 Ti6Al4V에서 부품을 생산할 수 있게 도와주었습니다. CML AT는 향후 모든 생산 협력과 트라이튼 바이크에 대한 기술 지원을 담당하기로 했습니다. 기존의 부품 무게는 198g이고 시간 및 비용이 많이 드는 공정으로 제작되었지만, 새로워진 부품은 102g으로 무게가 48%나 감소했고, 비용 또한 저렴한 단일 단계로 생산할 수 있게 되었습니다. 결과적으로, 새로운 설계와 공정으로 총 2시간 안에 제품을 생산할 수 있게 되었습니다.

인스파이어와 함께라면, 더 좋은 자전거 개발은 시간 문제!

  부품의 재설계는 매우 성공적이었으며, 현재 트라이톤은 최신식 맞춤형 자전거 프레임에, 이 새로운 설계를 통합하는 작업을 마무리하고 있습니다. 트라이톤은 CML AT와 컴프메크랩의 도움으로, 이제 프레임의 전방 요크와, 나아가 프레임의 구조적 노드를 다시 설계하는 작업도 가능하게 되었습니다.


* 산업
– 맞춤형 자전거 / 금속 적층 제조

* 과제
– 금속 3D 프린팅을 이용하여, 가볍고 고성능이며 맞춤형 후방 요크 자전거 제조

* 알테어 솔루션
– 솔리드씽킹 인스파이어를 이용한 컨셉 설계와, 아캠(Arcam) 기계를 이용한 경량화 후방 요크의 손쉬운 제조

* 효과
– 48% 중량 감소
– 손쉬운 제조를 위한 단일 단계 프로세스
– 요구하는 모든 조건 만족

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