다중물리 시뮬레이션으로 적층 제조 서비스를 최적화하는 3D Printing Corporation

기술 발전이 전 세계의 산업에 지속적으로 영향을 미치면서 적층 제조(AM)의 인기가 점점 높아지고 있습니다. 글로벌 시장은 2030년까지 761억 6,000만 달러 규모로 성장할 것으로 예상되며, 예측 기간(2022~2030년) 동안 연평균 20.8%의 성장률을 기록할 것으로 전망됩니다. ¹

기업들은 자재 비용을 줄이면서 효율성을 높이는 방법을 모색하고 있기 때문에 환경에 대한 관심도 매력 요소로 작용합니다. 이러한 균형을 달성하기 위해 많은 제조업체가 디지털 혁신을 수용하고 새로운 기술과 방법을 도입하고 있습니다. 시뮬레이션과 적층 제조는 제조업체가 프린팅 전에 3D 부품을 설계, 테스트 및 검증하여 시간, 재료, 비용을 절약하고 부품 품질을 개선할 수 있도록 하여 이러한 변화를 뒷받침합니다.

일본 소재, 미국 소유 기업인 3DPC(3D Printing Corporation, K.K.)는 시뮬레이션과 적층 제조를 결합하여 전략적 3D 프린팅 서비스를 위한 원스톱 쇼핑을 제공함으로써 제조업체가 대체 공급망을 구축할 수 있도록 지원합니다. 3DPC는 공급망을 보호하고 제조업체가 예상치 못한 혼란에 대비할 수 있도록 적층 제조 부품 및 서비스를 제공하여 워크플로를 최적화하고 디지털화하도록 해줍니다. 3DPC는 장난감 회사부터 우주 정거장까지 다양한 산업 및 시장과 협력하고 있습니다.

Ansys 스타트업 프로그램을 통해 Ansys의 다중물리 시뮬레이션 툴을 저렴하게 이용할 수 있는 3DPC는 Ansys의 시뮬레이션을 사용하여 3D 프린팅 부품 및 재료의 정확성과 내구성을 보장하고 있습니다. 3DPC는 Ansys의 정확한 해석을 통해 구조적 무결성, 열 문제, 유체 흐름, 충격 등 엔지니어링 역학을 검증하는 동시에 재료 비용을 절감하고, 적층 제조 서비스를 최적화하며, 고객 기반을 확대하고 있습니다.

도전 과제 수락: 적층 제조의 어려움을 완화하는 시뮬레이션

3DPC는 수지, 금속, 복합재료 등 다양한 재료를 사용하고 있습니다. 적층 제조에서 변형을 예측하는 것은 부품을 성공적으로 제작하고 비용을 절감하며 대량 프린팅 오류를 방지하는 데 필수적입니다. 3DPC는 Ansys의 다중물리 시뮬레이션 툴을 사용하여 열 변형을 미리 해석 및 예측하고 파라미터를 수정합니다.

부품을 제조하는 동안 강도와 무게의 균형을 맞추는 것도 마찬가지로 중요합니다. 제조업체는 견고한 부품을 원하지만 동시에 고객은 가벼운 부품을 필요로 합니다. 이러한 균형을 맞추기 위해 3DPC는 Ansys Mechanical 및 토폴로지 최적화와 함께 FDM(Fused Deposition Modeling) 공법을 사용합니다. 연구팀은 FDM 공법의 이방성을 고려하면서 강도를 평가하고 이를 토폴로지 최적화 모델에 적용합니다. 이 공법을 사용한 한 사례에서 3DPC는 강도를 줄이지 않고 중량을 20% 줄이는 데 성공했습니다. 팀은 Ansys의 시뮬레이션을 사용하여 원하는 비율에 도달할 때까지 경계 조건과 같은 설정과 파라미터를 변경할 수 있었습니다.

열 해석을 위해, 3DPC는 열 교환 효율을 평가하는 Ansys Fluent와 PBF(Powder Bed Fusion) 공법을 사용하여 열 변형을 예측하는 Ansys Additive Suite를 통합합니다. 또한 3DPC는 탄성중합체 재료의 충격 흡수를 평가하기 위해 Ansys LS-DYNA를 사용하고 메시 데이터를 분석하기 위해 Ansys Discovery를 사용합니다.

3DP의 Chief Executive Officer인 Alexander De Vore는 "Ansys 스타트업 프로그램이 없었다면 Ansys에서 제공하는 다양한 모듈 모두를 살펴보는 일이 불가능했을 것입니다."라면서 “그중 일부는 프로세스의 여러 부분에 예상치 못한 이점을 제공했습니다. Ansys의 제품을 폭넓게 살펴본 덕분에 기존 비즈니스의 가치를 높이는 새로운 방법을 발견할 수 있었습니다.”라고 말했습니다.

3DPC는 부품 중량은 물론 재료 사용량을 줄이고 부품 성능을 향상합니다. 예를 들어, Ansys의 툴은 3DPC가 격자 쿠션과 같은 적층 제조 부품의 경도 및/또는 부드러움을 정량화하는 데 도움이 됩니다. 3DPC는 이 통찰력으로 부품을 개선할 뿐만 아니라 시뮬레이션으로 부품 특성을 가상으로 설명하는 기능 덕분에 고객을 위한 보다 강력한 비즈니스 제안서를 작성할 수 있습니다. 이러한 장점과 Ansys의 빠른 시뮬레이션 처리 속도를 결합함으로써 3DPC는 영업 기간을 단축하고 생산 속도를 높이며 신규 고객을 확보하여 투자 수익률(ROI)을 높일 수 있었습니다.

시뮬레이션을 통한 고객 만족

3DPC는 PBF 및 FFF(Fused Filament Fabrication)와 같은 다양한 적층 제조 기술을 포함한 설계 엔지니어링, 3DPC 일본 공장의 자체 장비를 통한 제조, 하드웨어 통합 컨설팅, 고객이 전자적으로 주문하고 추적할 수 있는 디지털 플랫폼의 네 가지 주요 서비스를 제공합니다.

일반적으로 3DPC 고객에는 부품이 빠르게 필요하거나, 적층 제조 형상을 활용하는 고성능 부품을 원하거나, 적층 제조 체계 도입을 고려하고 있지만 어떻게 시작해야 할지 모르는 조직이 포함됩니다.

3DPC는 시뮬레이션을 통해 더 빠른 부품 생산에 대한 고객의 요구를 충족하고, 아날로그 부품을 디지털화하며, 이른 시일 안에 고객 사양에 맞게 부품을 맞춤 제작할 수 있습니다. 한 사례에서 3DPC는 전 세계에 진출한 대규모 조직이 리드 타임을 약 20% 단축하도록 지원했습니다.

De Vore는 "우리는 수년간 개발한 소프트웨어 모델과 설계 휴리스틱을 사용하여 많은 시행착오를 해결할 수 있었습니다."라고 말했습니다.

적층 제조 형상을 사용하여 부품 성능을 향상하려는 고객의 경우, 3DPC는 시뮬레이션을 통해 중량, 열 역학 및 전자기 특성에 대한 엔지니어링 역학과 같은 일반적인 당면 과제를 극복할 수 있습니다. 대부분의 고객은 이미 기존의 형상을 검토했으며, 적층 제조를 통해 새로운 가능성을 찾고 있습니다. 3DPC는 재료 선택부터 성능 테스트 및 재료 개발까지 통합 서비스를 제공하여 이러한 요구를 충족합니다.

적층 제조의 매력과 인기가 계속 높아짐에 따라 많은 기업에서 기술에 흥미를 느끼지만 처리에 익숙하지 않습니다. 이러한 잠재 고객을 위해 3DPC는 특정 요구 사항을 평가하고 가능한 솔루션을 논의하는 하드웨어 컨설팅을 제공합니다.

미래를 위한 제조 방식

3DPC는 적층 제조 공정 전반에 걸쳐 Ansys의 시뮬레이션을 통합함으로써 중요한 데이터 기반 통찰력을 적용할 수 있으며, 이는 팀에서 무엇보다 중요하게 여기는 장점입니다.

De Vore는 "적층 제조는 순차적 프로세스이므로 이러한 유형의 디지털 모델링이 매우 중요합니다."라고 말합니다.

앞으로 이 스타트업은 Ansys의 시뮬레이션으로 비즈니스를 지속적으로 강화할 예정이며, 툴을 더 탐색하고 디지털 스토리지 솔루션을 고려하여 데이터 통찰력을 향상할 계획입니다.

De Vore는 "최상의 결과 중에는 모델 결과를 보여준 덕분에 신규 고객을 확보한 사례도 있습니다."라면서 "Ansys에서 얻은 결과를 통합해서 영업 기간을 단축하고 다른 방법으로는 확보하지 못했을 고객을 확보한 덕분에 비즈니스에 매우 긍정적인 ROI를 달성할 수 있었습니다."라고 말했습니다.

Ansys는 신흥 혁신가를 위한 경제적이고 이용하기 쉬운 첨단 시뮬레이션 툴을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다. Ansys 스타트업 프로그램에 관해 자세히 알아보십시오.

참고

1. ^"구성 요소별, 프린터 유형별, 기술별, 소프트웨어별, 적용 분야별, 업종별, 재료별, 지역별, 세그먼트별 적층 제조 시장 규모, 점유율 및 동향 분석 보고서, 2022~2030년 예측." Research and Markets, 2022년 4월.