CAE가 없으면 CAD도 없습니다.

미래를 위해 혁신적이고 시장성이 높은 제품을 만들려면 설계 변형에 몰두하고 CAD-CAE 루프를 반복해서 실행할 수 있어야 합니다. 이를 위해 Altair Inspire ™는 종합적인 시뮬레이션 기반의 개발 환경을 제공합니다.

Industry 4.0 시나리오의 맥락에서 서비스 접근 방식에 대해 많은 논의가 있지만, 혁신적인 물리적 제품의 개발은 여전히 제조업의 최우선 과제입니다. 새로운 제품을 만드는 것이 인간이 할 수 있는 가장 도전적이고 어려운 활동 중 하나라는 사실은 변하지 않았습니다. 이는 종종 불분명하고 모순되는 제조 요구 사항을 바탕으로 새로운 솔루션을 고안해야하는 과제에 직면하기 때문입니다.

시간과 비용 절감을 위해, 적절한 모델링에 기반한 시뮬레이션과 계산이 제품 개발에서 확립되어 자산 보증을 위한 물리적 프로토타입을 크게 배제하게 되었습니다. 시뮬레이션은 생산 및 재료 지향 설계를 지원하는 데에도 사용됩니다.

여러 제조 공정들을 저마다의 장단점이 있기 때문에 가장 적합한 제조 공정을 선택하는 것은 쉽지 않습니다. 중요한 공정에는 주조, 단조, 밀링, 시추, 용접, 납땜 및 다양한 적층 제조 공정이 있습니다. 예를 들어, 기어 휠은 단조 또는 다른 호빙 공정에 의해 동일하게 제조될 수 있습니다. 그러나 이러한 공정은 달성 가능한 정확도, 표면 품질, 필요한 가공 시간, 필요한 기계 및 도구와 유연성이 모두 다릅니다.

주조 시 먼저 금형 또는 모델을 드롭포징 다이에서 생산해야 합니다. 비용이 많이 들기 때문에 이 공정은 대량에만 적합합니다. 그러나 3D 프린팅은 설계의 자유가 크다고 알려져 있지만 사후 처리에는 상당한 비용이 소요됩니다. 청소, 지지 구조물 제거 또는 마감 표면과 같은 부품 재작업을 위해 제조 비용의 약 30 ~ 40 %를 계산해야합니다.

CAx 도구 요구 사항

제품 개발에서 이러한 세부 사항을 놓치지 않으려면 개발 환경이 가장 높은 수요를 충족해야 합니다. 구성요소 특성 및 제조 공정이 작업물에 미치는 영향에 대한 평가를 위한 여러 가지 강력한 CAE 도구가 있지만, 일반적으로 이러한 도구는 검증된 엔지니어만이 효율적으로 처리할 수 있는 순수 전문가 시스템입니다. 또한, 시뮬레이션과 계산은 제조 회사의 개발 부서에 명시적으로 고정되어 있지 않고 산발적으로만 사용되는 경우가 많습니다. 예를 들어 사례별로 외부 서비스 제공업체와 협의하는 경우입니다. 그 결과, 제품 개발 프로세스에서 설계와 기능 검증 사이의 정보 격차가 벌어집니다.

설계 제안에 대해 가능한 한 빨리 의미있는 피드백을 얻으려면 기능 검증과 설계를 밀접하게 연결하는 것이 중요합니다. 결국 엔지니어는 문제에 대한 외부 CAE 전문가의 보고서를 읽을 필요없이, 가능한 한 빨리 해결책을 찾는 것이 중요합니다. 따라서 3D 프린팅 공정을 위한 설계에 다공성 영역이 나타난 경우, 패치를 닫는 것이 설계 전체에 어떤 영향을 미치는지 즉시 알 수 있어야 합니다.

하지만 주의하십시오. 일반적으로 제공되는 솔버는 매우 제한된 범위의 응용 프로그램에서만 신뢰할 수 있는 결과를 제공하기 때문에 일반적으로 시장에 제공되는 통합 CAD/CAE 환경은 종종 계산 결과에서 필요한 품질을 제공하지 않습니다. 이는 사용자가 (통합되지 않은) 최고급 CAE 도구를 사용하거나 엔지니어링 서비스 제공업체로 가야한다는 것을 의미합니다. 그러나 Altair는 다른 접근 방식을 취하며 Altair Inspire를 통해 매우 직관적인 모델링 도구를 제공합니다.
Inspire에는 Altair AcuSolve™(유체역학), Altair MotionSolve™(다물체동역학), Altair SimLab™(다중물리학), Altair Radioss™(비선형 구조해석), Altair HyperMesh™ 및 Altair OptiStruct™(선형구조해석)과 같은 업계 선도적인 솔루션 기술이 깊이 통합되어 있습니다.

또한 개별 Inspire의 모듈 기능은 Altair HyperMesh™, Altair HyperLife™ 및 Altair HyperView™와 같은 강력한 사전 및 사후 프로세서에 액세스합니다. Inspire를 통해 OptiStruct 및 Altair HyperStudy™의 최적화 환경에서의 기술도 액세스 할 수도 있습니다. 이러한 포괄적인 접근 방식을 통해 Altair는 기능 중심 설계 최적화 및 최상의 제조 방법의 선택 측면에서 제품 개발 프로세스의 격차를 해소합니다.

어떤 제조 공정을 선택해야 할까요?

각 부품들은, 특히 3D 프린팅의 경우, 고유한 특성을 가지고 있습니다. 어느 한 곳에는 조금 더 많은 서포트 재료가 사용되고, 다른 곳의 벽 두께는 조금 더 얇습니다. Inspire를 통해 사용자는 3D 프린팅 공정의 각 레이어를 연구하여 어떤 차이가 있는지, 어떤 조치를 취해야 최상의 결과를 얻을 수 있는지 확인할 수 있습니다. 3D 프린터로 공작물을 제작할 수 있는지 여부에 대해 가장 먼저 생각하는 다른 시스템 공급 업체의 가상 머신 개념과 달리, Inspire는 레이어드 구성 프로세스를 사용하여 최적 설계를 보장합니다.

물론 Inspire의 선택은 3D 프린팅에만 국한되지 않고 드릴링, 밀링, 절단, 주조, 성형 및 압출도 포함합니다. 또한 Inspire 환경 내에서 한 생산 공정에서 다른 생산 공정으로 전환하는 것이 매우 쉽다는 점도 언급해야 합니다. 물론 설계는 변경되지만 사용자는 제시된 솔루션이 최적의 솔루션을 반영하는지 항상 확인할 수 있습니다.

형태는 기능을 따릅니다.

물론 가장 적합한 제조 공정은 모든 이해 관계자를 만족시키는 솔루션을 찾는 데 있어 한 가지 측면일 뿐 입니다. 이와 무관하게 각 응용 분야에서 탁월한 지오메트리를 찾는 것이 중요합니다. 그리고 컴퓨터와 알고리즘은 종종 인간보다 더 잘합니다. 토폴로지 또는 형상 최적화는 공작물이 최대한 가벼우면서 동시에 가능한 가장 높은 강성과 내구성을 가지는 지오메트리를 제안하는 데 사용됩니다. 하중물이 없는 영역은 유한 요소법의 도움으로 알고리즘에 의해 제거되고 보강재, 리브 및 개구부가 실제로 필요한 곳에 추가됩니다.

토폴로지 최적화는 주어진 하중을 받는 구성 요소에 대해 적합한 기본 형태를 계산한 다음 추가 도구를 사용하여 주어진 경계 조건에 맞게 조정됩니다. 형상 최적화의 경우 최대 응력이 감소하고 균질화되도록 경계(표면)가 수정됩니다.

Altair가 제공하는 토폴로지 최적화의 핵심은 로드 및 공간 제약 뿐만 아니라 위에서 설명한 다양한 제조 공정도 고려한다는 점입니다. 따라서, 주조에 관한 최적화를 명쾌하게 수행할 수 있습니다. 또는 3D 프린팅도 가능합니다. 이러한 방식으로 개별 공정은 확실한 정보로 가중치가 부여됩니다.

Inspire는 최적화 목표, 응력 및 변위 조건, 가속도, 중력 및 온도 조건을 포함한 다양한 토폴로지 옵션을 제공합니다. 또한, 사용자는 동일한 3D 모델에 대해 선형 정적 및 일반 모드 분석을 수행하고 변위, 안전 계수, 신장 및 압축의 영향을 시각화할 수 있으며, 결과적으로 본 미제스 및 주요 응력을 한눈에 파악할 수 있습니다.

Inspire에는 다양한 알루미늄, 강철, 마그네슘 및 티타늄 합금이 포함된 재료 라이브러리가 장착되어 있습니다. 맞춤형 재료도 추가 할 수 있으며 그 효과에 대해서도 연구할 수 있습니다. 슬라이더를 사용하여 재료를 추가하거나 제거할 수 있습니다.

부품은 저절로 생성되지 않습니다. 따라서 기술 공급업체는 여러 어셈블리 변형을 만들 수 있는 가능성을 제공합니다. 이러한 구성을 사용하여 다양한 설계 시나리오와 결과를 검토하고 평가할 수 있습니다.

이를 통해 접점, 조인트, 스프링 및 댐퍼가 자동으로 식별되어 복잡한 메커니즘의 동적 움직임을 쉽게 시뮬레이션 할 수 있습니다. 모션 분석에서 얻은 힘은 구조 분석 및 최적화를 위한 입력으로 사용되거나 모터 및 액추에이터의 시작 매개 변수를 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

왼쪽: 항공기 산업의 마운팅 브래킷 초기 설계. 목표는 동일하거나 더 높은 강성을 가진 저중량입니다.

오른쪽: 후속 계산 결과.

왼쪽: 분석을 통해 최적화 된 디자인.

오른쪽: 새로운 디자인 결과가 인상적입니다. 소위 말하는 Buy-to-fly 비율이 17에서 1.5로 감소했습니다. 이는 반제품의 초기 중량과 완제품의 최종 중량의 비율을 나타냅니다. 값이 1.5이면 원래 원료의 50 % 만 생산에 소비된다는 것을 의미합니다.

결론

시뮬레이션 및 계산에 대규모 투자하기로 결정한 경우라면 먼저 깊이 통합된 CAE 인프라가 항상 Industry 4.0 접근 방식의 핵심이 되어야 한다는 점을 고려해야합니다. Altair Inspire의 개발 환경은 우수한 모델링 도구 뿐만 아니라 시장을 선도하는 솔버와 모범 사례 솔루션 전략 또한 제공합니다. 그리고 이것은 거의 모든 제조 공정에 적용됩니다. Inspire가 디자이너와 비즈니스 전문가 모두에게 가치가 있는 것은 당연합니다. Inspire를 통해 디자이너는 창의력을 마음껏 발휘할 수 있고 비즈니스 전문가는 개발 단계에서 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.

solidthinking.com/product/inspire

원문은 여기에서 확인하실 수 있습니다.

감사합니다.
한국알테어