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3D CAD와 적층 가공을 통합하다 – PTC Creo 6.0

PTC의 Creo(크레오)는 3D CAD와 3D 적층 가공 기능을 통합했다. 이를 통해 단일 환경 내에서 설계, 최적화, 검증, 출력 확인을 모두 수행할 수 있으므로 전반적인 프로세스 상의 시간 소모와 번거로운 작업과 실수를 줄일 수 있다. 크레오에는 클라우드 기반 증강 현실 기능이 포함되어 있어 제품 개발 프로세스의 어떤 단계에서든 모든 작업자와 공동 작업을 수행할 수 있다. 이는 급변하는 산업용 IoT(IIoT) 환경을 반영한 것이다. 새로운 증강 현실 기능, 실시간 시뮬레이션 및 적층 가공 설계, 사용자 경험 및 인터페이스의 현대화, 생산성 개선을 위한 기능 등이 추가된 3D CAD 솔루션 Creo 6.0의 주요 특장점을 알아본다.

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3D 설계
3D 설계는 제품 설계자의 작업을 간소화하고 시간을 단축시켜주므로 제품 최적화에 더 많은 시간과 에너지를 투입할 수 있다. 설계자들은 일반적으로 3D 설계와 솔리드 모델링을 위한 두 가지 방법인 다이렉트 모델링과 패라메트릭 모델링 중 하나를 선택한다. 다이렉트 모델링은 형상에서 직접 ‘밀고 당길 수 있다’는 장점이 있다. 단시간 내에 빠르게 변경하려면 이 방법을 사용해야 한다. 패라메트릭 모델링의 경우는 소프트웨어에서 컴포넌트 간에 일관된 관계가 유지되므로 컴포넌트 하나가 변경되면 다른 컴포넌트도 모두 변경된다. Creo Parametric은 3D 제품 설계를 위한 CAD 응용 프로그램이다.

Creo Parametric. 파라메트릭 모델링에서는 컴포넌트 하나가 변경되면 다른 컴포넌트도 모두 변경된다.
Creo Parametric. 파라메트릭 모델링에서는 컴포넌트 하나가 변경되면 다른 컴포넌트도 모두 변경된다.

시뮬레이션 및 분석
크레오는 시뮬레이션 및 분석 기능을 사용하여 제품의 가상 조건을 수학적으로 활용한다. 제품이 ‘실제’ 조건에서 운영될 때 받는 응력과 하중을 테스트하며, 시뮬레이션 및 분석 결과를 바탕으로 설계 결함을 고치거나 방지할 수 있다.
시뮬레이션 기능이 매우 중요한 것은 사실이지만 이 작업에는 상당한 CPU 성능과 시간이 소모된다. 모델에 변경을 적용할 때마다 시뮬레이션 스터디를 실행하여 컴퓨터에 결과가 표시될 때까지 기다려야 한다. 단순한 변경 작업이라면 시간이 얼마 소요되지 않겠지만, 다양한 반복을 여러 차례 수행해야 한다면 상당한 시간이 걸릴 수 있다.

PTC는 Creo Simulation Live를 통해 이 문제를 해결했다. Creo Simulation Live는 ANSYS Discovery Live 기술을 크레오 내로 통합한 결과물이다. 일반적으로는 모델링과 엔지니어링 시뮬레이션이 별도의 환경에서 이루어지는데, 모델을 만든 후 시뮬레이션을 실행하고, 모델에 필요한 부분을 수정한 후 시뮬레이션을 다시 실행하는 등 원하는 결과물이 나올 때까지 이 과정을 되풀이해야 하는 방식이다. 그러나 Creo Simulation Live는 실시간 시뮬레이션을 제공한다. 설계자 또는 엔지니어 입장에서 이것은 모델의 물리적인 유형 또는 입력 데이터를 변경하거나, 형상을 편집하거나, 디스플레이 특성을 변경할 때마다 시뮬레이션 결과가 실시간으로 변경됨을 의미한다.

모델 기반 정의
지금까지 엔지니어는 3D로 모델을 설계했더라도 2D 드로잉을 사용하여 제품 제조 정보를 전달해야 했다. 그러나 크레오 6.0은 모델 기반 정의(MBD) 방법을 사용해 제품 데이터를 3D 모델에 직접 포함시켜 전체 팀이 사용할 수 있도록 해 준다. 이 방법은 이해하기 쉬울 뿐만 아니라 오류를 예방하고 전체 작업 시간을 절약해준다. Creo Parametric이 제공하는 도구를 사용하여 MBD 호환 모델에 주석을 달고, 모델을 게시하고 볼 수 있다. Creo GD&T Advisor Extension을 추가하면 엔지니어는 물론 전체 팀이 관련 표준을 준수하면서 작업할 수 있다.

Creo Parametric이 제공하는 도구를 사용하여 MBD 호환 모델에 주석을 달고, 모델을 게시하고 볼 수 있다.
Creo Parametric이 제공하는 도구를 사용하여 MBD 호환 모델에 주석을 달고, 모델을 게시하고 볼 수 있다.

설계 부서의 3D 데이터를 참고해야하는 생산 부서와 같은 하위 조직은 MBD 데이터를 통해 가장 큰 이점을 얻을 수 있다. 하위 조직 사용자들이 3D 모델을 열어 2D 드로잉을 ‘터치’할 수 있다면 더욱 효율적으로 설계 검토가 가능하다. 현재 프로세스는 설계자가 자신의 의도를 설명하는 정보로 드로잉을 제작하여 검사 팀에 넘기면 검사 엔지니어가 동일한 정보를 중복해 다시 만들어야 하고, 이 과정에서 오류가 발생한다. MBD 데이터의 경우 3D 모델에 포함된 정보가 자동으로 FAI(First Article Inspection)로 전달하거나 CMM 측정 장비를 프로그래밍할 수 있다. 따라서 시간과 노력, 결국 비용이 절약된다.

적층 가공 기능 – DfAM
크레오는 3D CAD와 적층 가공 기능을 통합했기 때문에 3D 프린팅 기술을 활용함에 있어 사용자가 여러 가지의 소프트웨어를 다룰 필요가 없다. 크레오 하나의 제품 내에서 설계 및 최적화, 3D프린트 체크 및 적층 제조에 이르는 모든 과정을 완료할 수 있다. 적층 제조 프로세스를 간소화하고 설계 모델을 다시 변환할 필요가 없어 사용자들은 가장 중요한 설계 작업에만 온전히 집중할 수 있다. 크레오 사용자는 모든 준비를 마친 후 3D 프린터로 직접 전송하기만 하면 된다. 플라스틱 또는 금속을 이용한 적층 가공을 설계한 다음, 프린터 프로파일 및 서포트 구조를 최적화 한 후 프린터에 직접 연결함으로써, 서로 다른 소프트웨어를 사용할 필요없이 바로 출력이 가능하다.

래티스 생성
정확한 질량 특성을 사용해 파라메트릭 방식으로 제어되는 래티스 구조를 이용한 파트를 생성할 수 있다. 가변성 제어 기능을 통해 래티스를 최적화한다. 균질화 표현을 사용하는 매우 조밀한 빔 기반 격자에 대한 시뮬레이션이 개선되었으며, Creo Simulate를 함께 사용하면 부품의 정적 또는 동적 응답을 분석할 수 있다.

파라메트릭 방식으로 제어되는 래티스 구조를 이용한 파트를 생성할 수 있다.
파라메트릭 방식으로 제어되는 래티스 구조를 이용한 파트를 생성할 수 있다.

위상 최적화
크레오 설계 환경 내에서 위상 최적화를 진행할 수 있다. 지정된 설계 공간에서 최적의 재료 분포를 쉽게 파악할 수 있고 이를 통해 무게와 비용을 줄이고 획기적인 설계 안을 생성할 수 있다. 또한, 위상 최적화 분석에서 도출한 최적화 결과를 다양한 CAD 데이터로 직접 변환하거나, 가져온 패싯(Facit) 모델의 경우에는 재구성 프로세스를 활용해 BREP 형상을 자동으로 생성할 수 있다.

균질화 표현을 사용하는 매우 조밀한 빔 기반 격자에 대한 시뮬레이션이 가능하다.
균질화 표현을 사용하는 매우 조밀한 빔 기반 격자에 대한 시뮬레이션이 가능하다.

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.