고부가가치 다물리 바이오닉 형상 구현 사례 : 우주발사체 MOV 하우징 개발   캐드앤그래픽스 2021년 5월호의 특집기획에서 ‘금속적층제조에서 시뮬레이션 도출 설계를 통한 부가가치 창출 방안’에 대해 소개했다. 이에 이어서 이번 호부터 3회에 걸쳐 금속적층제조를 위한 시뮬레이션의 활용에 대해 설명한다. 이번 호에서는 앤시스 통합 플랫폼을 통한 7톤급 우주발사체 ‘Main Oxidizer Valve(MOV) 밸브 하우징’의 DfAM 적용 사례에 대해 소개한다. ■ 유병주 | 태성에스엔이 금속적층제조(DfAM) 연구소 소장이다. 구조해석 분야의 오랜 경험과 통찰력을 바탕으로 금속적층제조 분야의 설계, 해석 및 3D 프린팅 소재, 제품에 대한 연구를 총괄하며 다양한 국책지원사업에 참여하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr ■ 전효승 | 태성에스엔이 DfAM 연구소 선임연구원이다. 다양한 적층제조 관련 교육과 DfAM 및 제조 성공사례를 만들며 DfAM의 표준을 제시하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr   1908년 포드 모델 T부터 시작되어 약 100년간 제조산업을 지배하고 있는 소품종 대량생산과 그로부터 파생된 여러 제조방법은 저렴한 가격으로 제품을 생산하여 공급함으로써 획기적인 소비시대를 열었다. 대량생산 방식에는 항상 같은 종류의 제품을 생산하므로 공장은 정하여 놓은 한 가지 작업만을 수행하는 단능적 기계장치가 순차적으로 배치되어 제조가 이루어지며, 이에 따라 작업자의 기능도 단능공적이다. 또한 제품의 모양도 이러한 제조방법에 생산 가능한 형상으로 한정되어 점점 바이오닉한 형상과 멀어져 왔다. ‘규격화된 중간재를 이용하라, 이를 가장 간단하고 효율적으로 가공하라(예 : 상하운동을 하는 프레스 금형), 가공이 가능한 형상으로 설계하라, 기존 가공이 불가능한 형상은 쪼개어 각자 생산한 후 다시 조립하라’가 대량생산이 설계자에게 가르치는 것들이다. 이러한 전통적 기계제조 방법에서 부가가치를 논하고 바이오닉 형상 구현을 논한다는 것은 앞뒤가 맞지 않다. 대량의 단능적 설비와 저렴한 인건비의 단능공을 많이 보유한 개발도상국으로 제조산업이 이전되는 것은 너무나 당연하다. 이러한 상황에서 우리는 북미와 유럽의 제조업체들이 다능적 설비를 이용하여 다품종 소량생산을 통한 고부가가치 제조산업에 눈을 돌리는 것을 주목해야 한다. 다능적 설비의 대표적인 예가 3D 프린팅 장비이며, 이미 한국에서도 세계 유수의 3D 프린팅 장비가 제법 많이 설치되고 있다. 하지만 이를 운용할 작업자와 설계자가 반드시 다능공(Multi Capacity Engineer)이 되어야 한다는 것을 간과하고 있다. 다능공이 다능적 설비를 정확하게 이해할 때 비로소 바이오닉 형상 구현에 따른 고부가가치 제품을 개발할 수 있다는 것을 앤시스 통합 플랫폼을 통한 7톤급 우주발사체 Main Oxidizer Valve(MOV) 밸브 하우징의 DfAM 적용사례를 통해 소개하고자 한다.   1. MOV 밸브 하우징의 DfAM 적용 사례 한국항공우주연구원은 1989년 설립 이래로 발사체에 대한 다양한 마일스톤을 세워왔으며, 최근에는 국내 독자 기술로 개발한 우주발사체인 누리호 및 차세대 발사체의 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 우주발사체를 궤도에 올리기 위해 추력을 발생시키는 부분이 엔진 부분이다. 우주발사체의 엔진은 연소기에 연료와 산화제(산소)를 같이 공급하여 연소를 진행하여 추력을 얻는 Gas-Generator Cycle의 원리를 이용한다. Main Oxidizer Valve(MOV)는 이러한 Gas-Generator Cycle에서 산소가 희박한 고고도에서도 원하는 비추력을 얻기 위해 연소기로의 산화제의 공급을 제어한다.(그림 1) 이때 주로 발사체에서는 액체 산화제(Liquid Oxygen : LOX)를 사용하기 때문에 MOV는 -183℃까지도 내려가는 극저온 환경에서 안정적이어야 한다. 더불어, 우주발사체가 발사되어 추진되는 동안에 엔진에서 발생하는 진동을 견뎌야 한다. 따라서 MOV는 이러한 극저온 및 진동에 대한 극한의 조건에 대한 신뢰성이 필수적이다.   그림 1. 발사체 엔진(왼쪽)에 위치한 Main Oxidizer Valve(왼쪽 하단) 및 엔진을 구성하는 Gas-Generator Cycle(오른쪽)  

  17　Theme. 메타버스 시대, 산업을 혁신하는 시각화 기술 트렌드 AR 3.0 시대의 유비쿼터스 가상현실, 디지털 트윈 그리고 메타버스 / 우운택 디지털 트윈을 위한 리얼타임 3D 플랫폼, 언리얼 엔진 / 진득호 제조·건축 분야 AR 적용과 메타버스 플랫폼 활용 / 조규성 Infoworld Case Study 32　플랜트 설계부터 생산까지 디지털화에 나선 두산중공업　플랜트를 디지털 팩토리로 전환하기 위해 설계 기반 혁신 34　언리얼 엔진을 활용한 버추얼 프로덕션　차세대 자동차 공개한 BMW의 #NEXTGen 38　글로벌 3D 프린터 기업으로 성장한 폼랩　HP 워크스테이션과 원격 솔루션으로 3D 협업을 혁신 People & Company 41　시뮬레이션 기술 기업, 브이이엔지　산업의 변화에 맞춰 전문화된 CAE 기술과 경험 제공한다 Focus 44　AWS코리아, 클라우드 기술의 최신 트렌드 및 성공사례 공유 47　제조기업의 R&D 혁신을 위한 클라우드 트렌드와 활용방법은? 50　델 테크놀로지스, 서비스형 IT 인프라로 디지털 트랜스포메이션 앞당기다 New Product 53　올인원 3D CAD/CAM 소프트웨어　ZW3D 2022 56　최종 부품의 적층제조를 위한 3D 프린터　스트라타시스 오리진 원/H350/F770 58　CAD 작업자의 재택근무를 위한 원격 솔루션　DXT-H4/DXH4 및 DXZ4/DXZC TLC Solution 60　비대면 온라인 소프트웨어 실습 솔루션　Virtual Class 63　사용이 간편한 셀프 서비스 애널리틱스 역량 제공　오라클 애널리틱스 클라우드 66　이달의 신제품 Column 76　트렌드에서 얻는 것 No. 2 / 류용효　조조에게 디지털 트랜스포메이션을 묻다 78　디지털 지식전문가 조형식의 지식마당 / 조형식　디지털 트윈 수명주기 관리 On-Air 81　캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계 　AVL Meshless CFD 솔루션 ‘PreonLab’ 소개 / 제조업의 비즈니스 가속화를 위한 HP Jet Fusion 3D 프린팅 솔루션 68　New Books 70　News Directory 147　국내 주요 CAD/CAM/CAE/PDM 소프트웨어 공급업체 디렉토리 CADPIA AEC 82　BIM 칼럼니스트 강태욱의 이슈 & 토크 / 강태욱　최신 디지털 건설 기술 트렌드 88　레빗 패밀리 이해하기 (16) / 장동수　패밀리의 상세수준 이해하기 93　어드밴스 스틸과 함께 하는 철골구조물 BIM 설계 실무 (8) / 유상현　어드밴스 스틸의 검색, 추적 시스템 활용방법 142　데스크톱/모바일/클라우드를 지원하는 아레스 캐드 살펴보기 (13) / 천벼리　아레스 캐드 2022 : 새로운 기능 살펴보기(Import STL as Mesh) 144　새로워진 캐디안 2021 살펴보기 (9) / 최영석　찾기 및 바꾸기 기능 Visualization 98　유니티의 새로운 HDRP 템플릿을 활용한 학습 및 제작 / 피에르 이브 돈잘라즈　HDRP 템플릿으로 조명 설정 및 강도 조절하기 Reverse Engineering 103　보이는 것과 보는 것 (6) / 유우식　보기 쉽게 하는 것 Analysis 110　솔리드웍스를 통한 설계 - 해석 - 제조 솔루션 소개 (23) / 김주열　클라우드 기반 유동 시뮬레이션 솔루션 Fluid Dynamics Engineer 3D Printing 114　전기자동차 시대를 준비하는 3D 프린팅 (1) / 최동환　전기자동차의 역사와 관련 시험 118　금속적층제조를 위한 시뮬레이션의 활용 (1) / 유병주, 전효승　고부가가치 다물리 바이오닉 형상 구현 사례 : 우주발사체 MOV 하우징 개발 Mechanical 123　미래 지향적인 설계로 제품 혁신을 가속화하는 크레오 8.0 (1) / 박수민　크레오 8.0에서 향상된 주요 기능 소개 128　인더스트리 4.0 시대를 위한 제조 엔지니어링 / 장득현　회로 및 기구 설계 프로세스의 통합 추진 방향 Manufacturing 131　클라우드 제조를 위한 퓨전 360의 활용 (2) / 이경하　협업을 위한 퓨전 360 팀 사용하기 Cloud Computing 136　언택트 시대의 CAD/CAE 유저를 위한 AWS 클라우드 서비스 (3) / 조상만　고성능 2D/3D 그래픽 처리를 위한 원격 스트리밍 서비스, DCV       캐드앤그래픽스 2021년 6월호 목차 from 캐드앤그래픽스

31 Theme. 플랜트 산업의 재도약을 위한 엔지니어링 기술과 전략 플랜트 EPC 프로젝트 엔지니어링 매니지먼트 / 박성규 오픈소스 기반 디지털 트윈 플랫폼 mago3D  민간투자사업을 위한 프로젝트 발굴 전략 / 정의종 플랜트·조선 컨퍼런스 2019 참가자 설문조사   Infoworld   New Products 17 차세대 제품 문제를 빠르고 쉽게 해결하는 시뮬레이션 솔루션   앤시스 2019 R1 20 라데온 프로 WX 8200 사용자 리뷰 / 문영우   고품질 3D 콘텐츠 제작을 위한 합리적 eGPU 선택 26 교량 및 토목 구조물을 위한 정보 모델링 솔루션   테클라 브릿지 크리에이터  28 오토클레이브 제조 공정을 활용한 복합소재 제품 개발 솔루션   RAVEN, COMPRO, CPA-TA, COHO 80 이달의 신제품   Focus 44 솔리드웍스 월드 2019, 협업과 통합으로 디지털 혁신 주도 52 그라피소프트코리아, 공동주택 BIM 설계의 안정적 도입 방안 짚어 56 금형조합, “금형산업 재도약 위한 혁신 기술, 인터몰드 2019에서 선보일 것” 58 렉터스, 디자인과 예술에서 3D의 가능성을 짚다 60 오라클, 디지털 혁신 요구에 대응할 2세대 클라우드 및 기업의 디지털 트랜스포메이션 전략 제시 62 VM웨어코리아, 앱과 디바이스를 통합 관리하는 디지털 워크스페이스 전략 발표 64 슈나이더 일렉트릭, 스마트한 전력 품질 관리를 위한 플랫폼 전략 소개 66 사물인터넷, 공장과 도시를 더욱 스마트하게 만든다   People & Company 51 신도리코 이병백 대표 / 산업용 3D 프린터로 글로벌 시장에서 돌파구 찾겠다 54 아이컨스트럭트 칼 포크너 아시아 태평양 프로덕트 매니저 / 한국 EPC 시장의 효율적인 BIM 업무 자동화 기대   Column 68 디지털 지식전문가 조형식의 지식마당 / 조형식   콘텐츠의 디지털 변혁: 유튜버 혁명 70 미래형 디지털 가공 공장을 구축하다 / 아르민 그뤼네발트 72 친구에게 얻은 것, 두 번째 / 류용효   사진 스토리텔링   Case Study 76 글레이즈 프로스테틱스, 의료 분야에 산업용 3D 프린팅 활용 / 유연하고 스타일리시한 새로운 맞춤형 의수 제작   Culture 75 2019 가상현실 콘텐츠 체험전, 현실과 다른 공간 속으로   온에어 78 캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계 / 오토데스크 아놀드로 시각화 업무 효율을 높이다 79 캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계 / 스마트 시티를 가능케 하는 엔지니어링 IT 기술 트렌드 짚다   Cartoon 89 연구소 들어간 미대생 이야기 (17) / 조영락   운전하기 (2)   82 New Books 84 News   Directory 155 국내 주요 CAD/CAM/CAE/PDM 소프트웨어 공급업체 디렉토리   CADPIA   AEC 90 BIM 칼럼니스트 강태욱의 이슈 & 토크 / 강태욱   건설 테크 비즈니스 스타트업 93 다이나모에 쉽게 접근하고 활용하기 (4) / 장동수   Selection 노드 Ⅰ 98 새로워진 캐디안 2017 살펴보기 (23) / 최영석   템플릿 도면 재지정하기 100 세계 도시의 건축물과 BIM (1) / 함남혁   프랑스 파리의 Foundation Louis Vuitton   Machine Learning 108 유니티 3D 기초부터 머신러닝까지 (3) / 조영락   인터페이스 살펴보기 Ⅱ   Reverse Engineering 112 이미지 데이터의 분석과 활용 (3) / 유우식   소재분야에서의 활용   Visualization 117 포토샵으로 3D 맵 생성하기 (3) / 조영락   Heightmap Tools Ⅰ 120 산업 분야에서 실시간 3D 플랫폼 유니티 활용하기 (1) / 전영재   CAD와 유니티3D   Mechanical 124 제품 개발 프로세스 혁신을 위한 크레오 파라메트릭 5.0 / 이동환   미리보는 크레오 시뮬레이션 라이브 135 즐거움을 더하는 솔리드웍스 실무 레시피 Vol.3 (3) / 원동현   솔리드웍스 2019의 신기능 Ⅲ 150 따라하며 이해하는 솔리드 엣지 (4) / 이상진   솔리드 엣지 데이터 관리를 활용한 시스템 기반 도면 관리   Manufacturing 130 파워밀 CAM 프로그래밍 따라하기 / 이경하   코어 가공 응용편 (1)   Analysis 105 앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례 / 전효승   애디티브 사이언스를 통한 멜트 풀 사이즈 예측 138 입자 해석의 기본에서 최신기술까지 EDEM 2019 (3) / 심정길   EDEM에서 동역학 설정 142 시뮬리아를 활용한 해석 및 응용 사례 (12) / 장동민   3D익스피리언스 플랫폼에 기반한 시뮬리아 클라우드 컴퓨팅 146 섬유 배향을 고려한 복합재 제품의 사출 공정 검증 (2) / 이왕화   복합소재 재료 모델 구축 및 사출-구조 연계  

애디티브 사이언스를 통한 멜트 풀 사이즈 예측   앤시스 2019R1(ANSYS 2019R1) 업데이트를 통해 애디티브 사이언스(Additive Science)를 사용할 수 있게 되었다. 애디티브 사이언스에서 Single Bead 해석과 Porosity 해석을 지원하며, 각각 멜트 풀(Melt Pool)의 형상과 실제 생산품의 기공률을 파악할 수 있는 해석 모드이다. 이번 호에서는 애디티브 사이언스의 필요성과 기능에 대하여 자세히 알아보도록 하겠다. ■ 전효승 이메일 | hsjeon@tsne.co.kr 태성에스엔이 DnA팀에서 AM 공정 해석 및 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 전문분야를 담당하고 있다.   1. 금속 적층가공의 특성과 공정 파라미터 3D 프린팅으로 널리 알려진 적층제조(Additive Manufacturing: AM) 공정은 4차 산업혁명에서 각광받고 있는 제조 방식이다. 기존의 제조 방식과 비교하여 제조 형상의 자유도가 높고, 여러 부품을 한 번에 출력 가능하며, 새로운 소재와 물성을 얻을 수 있는 등 여러 장점을 가지고 있다. 따라서 실제 산업현장에서는 이러한 적층제조에 대한 연구를 활발히 진행 중이고, 특히 금속 소재에 대한 생산을 많이 검토하고 있다. 의료, 항공, 조선, 자동차 등 여러 업계에서 적층제조를 도입하여 실제 양산의 단계에 이르고 있다. 전 세계적으로 금속 적층제조 장비의 80%는 PBF(Powder Bed Fusion) 방식이 차지하고 있다. PBF는 SLM(Selective Laser Melting) 또는 EBM(Electron Beam Melting)으로도 불리는 방식이다. PBF 장비에서 레이저가 조사된 분말에는 용융된 금속이 웅덩이를 이루는데, 이것을 멜트 풀(Melt Pool)이라고 한다. 이 멜트 풀이 스캔 패턴을 따라 움직임에 따라서 금속이 용융되고 응고되어 적층되는 것이 PBF 방식의 특징이다. 따라서 PBF 방식은 멜트 풀의 형상과 거동에 따라 제품의 품질이 크게 좌우된다. 이러한 멜트 풀의 형상과 거동에 영향을 미치는 변수는 크게 재료, 환경, 공정으로 나눌 수 있다. 그 중 공정 파라미터의 레이저 파워, 스캔 속도, 해치 간격 등은 사용자가 직접 정의할 수 있기 때문에 멜트 풀을 제어할 수 있는 핵심 변수이다.   그림 1. 스캔 속도와 레이저 파워에 따른 적정 멜트 풀 영역(녹색)과 여러 공정 문제   이 변수들의 최적의 조합을 찾지 않으면 생산품의 품질 문제가 쉽게 발생하고 생산 비용의 증가를 초래할 수 있다. 예를 들어, <그림 1>과 같이 레이저 파워가 과다하면 멜트 풀에 기포가 생기는 키홀(Key-hole) 현상이 발생하고, 스캔 속도가 과다하면 이전 층에 적층이 불완전하게 되는 Lack-of-Fusion 현상이 발생하며, 레이저 파워와 스캔 속도가 일정 정도를 초과하면 볼링(Balling) 현상이 나타난다. 또한 공정 파라미터는 멜트 풀뿐만 아니라 생산 속도와도 관계가 있다. 특히 스캔 속도가 생산속도와 직접적인 연관이 있다. 이러한 이유로 적층 제조 현장에서는 장비 운용 시 최적의 QCD(Quality, Cost & Delivery)를 위하여 최적의 공정 파라미터에 대한 연구가 반드시 수반되어야 한다.