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시뮬레이션 분석을 이용해 3D 인쇄의 개발 과정 단축


고객 소개

 
 

2016년 설립된 Fortify는 본사를 보스턴에 두고 있으며, 사출 몰드 제조부터 독특한 기계 및 전자기적 특성을 지닌 고성능 완제품 부품에 이르기까지 광범위한적용 범위를 자랑합니다. Fortify는 특허 받은 DCM (Digital Composite Manufacturing) 플랫폼을 이용해 3D 인쇄 산업을 변화시키고 있습니다. DCM을 통해 포토폴리머에 기능성 첨가물을 첨가하면 적층 제조 부품의 성능을 새로운 수준으로 향상시킬 수 있습니다.

 

개요


시뮬레이션 분석은 일반적으로 생산 과정의 시작 매개변수를 획득하는 동시에 게이트 위치/설계에서 발생할 수 있는 문제를 고려하는 데 사용됩니다. 그렇지만 프로토타입의 대량 생산에 사용되는 경우, 제품의 결함 여부는 공정의 정확성 여부보다 더 중요하므로 이러한 초기 성형 매개변수가 필요할 수 있습니다.



도전


일반 재료의 경우 몰드 공정의 개발에만 10-20의 테스트 샷이 필요할 수 있는 반면, 3D 인쇄 몰드의 제한된 수명 주기는 무결점 제품을 획득하는 측면에서 보다 적은 사출 샷을 사용하는 것이 제품의 생산량을 높이는 데 매우 중요하다는 것을 의미합니다.



솔루션


Moldex3D는 디지털 도구(DT)의 특성 및 성형 수지를 사용하여 나일론 66에 대한 무결점 공정을 시뮬레이션할 수 있습니다.



효과

  • 몰드기의 공정 개발 시간 단축.

  • 3D 인쇄 몰드에서 기능성 부품의 생산량 극대화.

  • 공정 엔지니어의 소중한 시간 절약



사례 연구


소프트 몰드의 사용 수명이 제한되어 있기 때문에, 우리에게 소프트 몰드의 사출 샷 수를 최대화하는 방법 및 기존의 방법에 비해 제품의 생산 과정을 더욱 가속화할 수 있는 방법 등은 항상 해결하고 싶은 문제였습니다.


3D 인쇄 소프트 몰드는 리드 타임 단축, 설계 유연성 향상 및 비용 절감과 같은 많은 장점이 있습니다. 하지만 금속 몰드에 비해 내구성이 없다는 것이 두드러지는 단점입니다. 소프트 몰드가 확실히 수 백에서 수 천 개의 부품을 생산할 수 있기는 하나, 일반적으로 수명 주기 동안 50-300개의 부품을 생산합니다. 소프트 몰드를 사용해 일정 수량의 부품을 생산하려면 기본 재료의 몰드 공정 개발에만 10-20개의 테스트 샷에 도전해야 합니다. 그렇다면 단일 몰드에서 생산되는 기능성 부품의 수량을 최대화할 수 있는 방법은 무엇인지라는 문제에 직면하게 됩니다. Fortify는 고객이 몰드의 예상 수명을 결정하는 데 도움이 될 수 있도록 사출 샷 계산기를 제공하지만 이는 부품 수량이 아닌 사출 횟수만을 고려한 것입니다. 몰드 수명은 50회 샷 사출로 추정되지만 공정 개발에서 무결점 부품을 얻기 위해서 20회 사출 샷이 필요한 경우, 대표적인 부품을 얻기 전에 몰드 수명의 거의 50%까지 사용하게 됩니다. 이는 성형 가능한 부품 수량에 영향을 미칠 뿐 아니라 공정 엔지니어의 공정을 개발하기 위한 소중한 시간까지 빼앗게 되는 것입니다.


그림 1 Moldex3D를 사용해 부품 벽 두께 분포 관찰


디지털 도구(Digital Tooling ,DT)와 성형 수지의 특성을 이용해 Moldex3D는 나일론66에 대해 무결점 공정을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이를 통해 공정 개발 시간을 10-20 테스트 샷에서 1 테스트 샷으로 단축할 수 있는데, 이는 3D 인쇄 몰드의 제한된 수명 주기에서 더 많은 제품을 얻을 수 있음을 의미합니다.


그림 2 다양한 조건에서 몰드 캐비티 내의 응력 비교


Moldex3D는 부품의 사출 과정을 정확하게 시뮬레이션할 수 있고 사용자에게 성형 조건, 게이트 위치, 몰드 재료 등의 관련 정보를 제공하는 고품질의 시뮬레이션 소프트웨어입니다.


시뮬레이션 소프트웨어는 몰드 설계, 잠재적 결함, 벤트 위치, 게이트 위치 및 성형 조건을 결정하는 데 일반적으로 사용되지만, 프로토타입 제작 초기 단계에는 자주 사용되지 않습니다. 따라서 Fortify는 시뮬레이션 소프트웨어를 이용해 소프트 몰드의 수명 주기를 최대화하기로 결정했습니다. Moldex3D는 성형 조건, 몰드 재료, 사출기 정보 및 완전한 부품을 생산할 수 있는 성형 조건을 입력할 수 있습니다. Fortify의 몰드 팀은 Moldex3D를 사용해 조작자에게 프로세스 시트를 직접 제공할 수 있었고, 첫 번째 샷에서 무결점 부품을 생산할 수 있었습니다.



결과


Fortify 성형팀은 Moldex3D 시뮬레이션 결과를 이용해 사출 압력, 냉각 시간, 충전 시간, 보압 압력 및 보압 시간이 포함된 상세한 성형 조건을 얻었습니다. 이 정보들은 프로세스 시트에 통합되어 Fortify 본사의 공정 엔지니어에게 제공되었습니다. 이를 통해 몰드 수명 주기 동안 몰드 엔지니어는 우수한 부품을 생산하는 데 약 25회의 사출 샷과 두 시간의 개발 시간을 절약할 수 있었을 뿐 아니라, 엔지니어가 다른 프로젝트에 전념할 수 있게 됨으로써 인적, 물적 자원 및 시간 비용을 줄이는 데에도 큰 도움이 되었습니다.




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