CAE 컨퍼런스 2021 발표 내용 정리 (5)
‘CAE 컨퍼런스 2021’이 지난 11월 12일 수원컨벤션센터에서 진행됐다. ‘제3회 스마트공장구축 및 생산자동화전’의 부대행사로 열린 이번 CAE 컨퍼런스는 ‘디지털 트윈과 VPD를 위한 시뮬레이션’을 주제로, CAE 기술을 중심으로 제품 개발의 새로운 패러다임을 제시하고 있는 디지털 트윈(Digital Twin)과 VPD(Virtual Product Development : 가상 제품 개발)를 집중 조명했다. ■ 정수진 편집장
CAE는 제품의 성능을 최적화할뿐 아니라 생산 과정에도 활발히 쓰이면서 혁신을 뒷받침하고 있다.
앤시스코리아 김병길 부장은 ‘DfAM 및 시뮬레이션 기반의 금속 3D 프린팅 솔루션’을 소개했다.
적층제조(Additive Manufacturing)는 재료를 한 층씩 쌓아서 입체 형상을 만드는 기술로, 3D 프린팅의 원리를 적용한 생산기술이다. 설계 자유도가 높아서 복잡한 형상이나 경량화된 형상을 쉽게 제조할 수 있는 것이 장점으로 꼽힌다. 간소화된 설비로 생산의 용이성도 높고, 신소재를 적용할 수 있는 자유도가 높다는 점도 주목받는다.
한편 극복해야 할 과제도 있다. 소재를 녹여서 쌓고 굳히는 과정이 반복되어 열응력과 변형 문제가 생길 수 있고, 소재와 AM 머신의 파라미터가 최적화되지 않아서 물성이 떨어지는 품질 문제가 생길 수 있다.
이에 따라 적층제조를 위해 최적화된 설계 기법인 DfAM(Design for Additive Manufacturing)에 대한 관심도 높아지고 있다. 김병길 부장은 특히 반복적인 시행착오를 줄일 수 있는 시뮬레이션을 활용한 적층제조 방법론을 소개했다. DfAM은 제품 설계부터 검증, 서포트 설계 등으로 진행되며, 이후 적층 시뮬레이션을 진행하고 미세구조 해석을 활용한 품질 검증, 열처리나 커팅 등 후처리 해석 등을 할 수 있다.
김병길 부장은 “적층제조 특화 설계에서 위상 최적화(Topology Optimization)를 빼놓을 수 없다. 위상 최적화의 목적과 알고리즘이 적층제조 공법과 부합하기 때문”이라고 설명했다. 이후 설계의 신뢰성 확인, 적층제조를 위한 파트의 위치 결정과 서포트의 설계, 적층에 따른 열응력의 확인, AM 머신과 재료 물성의 파라미터 결정, 적층 과정에서 생길 수 있는 변형의 보정, 제품이나 머신의 파괴 예방 등에도 시뮬레이션이 쓰인다.
▲ 앤시스코리아의 김병길 부장은 새로운 생산기술로 주목받는 적층제조에서 쓰이는 시뮬레이션 기술에 대해 설명했다.
소성가공 시뮬레이션 기술 기업 MFRC의 대표인 경상대학교 전만수 교수는 ‘경량화와 탄소중립 시대에 대응하기 위한 소성가공과 성형 해석 방안 및 트렌드’를 소개했다.
철강 산업은 에너지 소모가 많고 재료의 재활용률은 낮아서 주요한 환경 이슈 중 하나로 여겨지고 있다. 이에 따라 에너지를 상대적으로 적게 사용하는 단조 등 소성가공 공정 및 공정을 최적화하기 위한 시뮬레이션의 활용에 대한 관심이 높아지는 상황이다.
▲ 경상대학교의 전만수 교수는 제품 개발뿐 아니라 제조 공정의 환경 영향을 개선하는 데에 시뮬레이션이 효과적이라고 전했다.
전만수 교수는 “시뮬레이션 기술이 발전하면서 실제 시험과의 차이가 꾸준히 줄어들고 있다”면서, 공정의 모델링과 함께 마찰 모델링, 냉간 압출을 위한 상온 유동 모델링, 고정도의 고온 유동 모델링 등 소성가공 시뮬레이션을 위한 기술 개발 내용을 소개했다. 또한 시뮬레이션을 활용하면 금형의 피로 수명을 예측할 수 있고, 금속 유동의 품질 정량화 및 최적설계 등 거시적인 품질 평가에도 도움을 받을 수 있다고 짚었다.
전만수 교수는 “소성가공은 CAE의 발전과 함께 에너지를 적게 소비하면서 최적의 부품을 생산하는 제조방식으로 발전해 나갈 것”이라고 전망하면서, “시뮬레이션은 공정과 소재 등 다양한 모델링 기술의 발전과 함께 친환경 제조의 핵심 기술로 자리잡고 있다”고 짚었다.
