3D 프린팅 열변형 예측
자동 모델 보정 기능으로 해결

지멘스 PLM 소프트웨어는 11월 30일, 3D 프린팅 과정에서 발생 가능한 왜곡(distortion)을 예측할 수 있는 새로운 적층 제조(Additive Manufacturing, AM) 프로세스 시뮬레이션 솔루션을 발표했다. 이 제품은 지멘스의 엔드 투 엔드 적층 제조 솔루션과 완전히 통합되어 제공된다. 제조사들은 원하는 규모에 맞게 부품 설계와 프린팅에 이를 활용할 수 있다. 
신규 AM 프로세스 시뮬레이션 솔루션은 지멘스의 포괄적인 디지털 혁신 플랫폼과 심센터(Simcenter) 포트폴리오에 기반한다. 디지털 트윈을 통해 프린팅 전에 빌드 프로세스(build process)를 시뮬레이션하고, 프린팅 과정에서 발생할 수 있는 왜곡을 예측한다. 이후 자동으로 수정된 형상(geometry)를 생성해 왜곡을 보완한다. 이러한 시뮬레이션 과정은 ‘처음부터 올바른(first time right)’ 설계를 구축하는 데 있어 중요할 뿐 아니라, 적층 제조 프로세스를 완전히 산업화하는데 중요한 효율성 증대에도 필요하다. 

크리스토프 호크(Christoph Hauck) MBFZ 툴크래프트(toolcraft) 대표는 “툴크래프트에 심센터 3D AM 프로세스 시뮬레이션 솔루션을 사용해 적층 제조를 성공리에 마무리할 수 있었다"라며, "실제 테스트를 진행한 결과, 지멘스의 AM 프로세스 시뮬레이션 솔루션을 통해 프린트 과정에서 나온 결과물의 품질을 강화할 수 있다는 확신을 갖게 되었다”라고 말했다. 

일반적으로 금속 부품을 3D 프린팅 할 때, 프린트 레이어 융합에 사용되는 방법은 열 발생이 수반된다. 레이어가 쌓임에 따라 잔류 열소 인해 프린터 내부에 있는 부품이 열변형 될 가능성이 있다. 이는 부품 내 구조적 문제와 프린트 중단과 같은 다양한 문제를 유발할 수 있다. 이와 같은 문제로 여러 프린트가 실패하게 되고 ‘처음부터 올바른’ 프린트를 하기가 대단히 어려워진다. 하지만 지멘스의 프린팅 프로세스 시뮬레이션으로 이러한 문제의 상당 부분을 완화할 수 있다. 

지멘스의 새로운 프로세스 시뮬레이션 제품은 지멘스 PLM 소프트웨어 적층 제조 포트폴리오 PBF 프로세스(Powder Bed Fusion Process)에 통합되며, 금속 프린팅 시 왜곡 예측에 사용된다. 사용자는 제공되는 제조 순서를 통해 열변형에 대한 평가, 분말도포기(recoater) 충돌 예측, 과열 영역 예측 등을 할 수 있다. 이외 프린트 과정에 대한 중요한 피드백도 제공된다. 

또 AM 프로세스 시뮬레이션 솔루션은 제조 순서의 설계 및 빌드 트레이(build tray) 설정 단계와 시뮬레이션 단계에서 솔루션을 반복(iterate) 할 수 있는 능력을 제공한다. 지멘스 디지털 혁신 플랫폼과 통합되면서 이러한 클로즈드 피드백 루프(closed feedback loop)가 가능해졌다. 시뮬레이션 데이터는 디지털 정보 스레드(digital thread)가 잘 흘러갈 수 있도록 단계별 프린팅 과정에 적합한 정보를 제공한다. 이러한 디지털 백본(digital backbone)을 통해 시스템은 사전 보정된 모델을 개발할 수 있다. 더 중요한 것은 추가적인 데이터 변환 없이, 설계 수정과 가공 과정이 잘 진행되도록 하나의 NX에서 진행된다는 점이다. 이러한 높은 수준의 통합은 오늘날 고객이 산업화된 적층 제조를 성공적으로 이뤄내기 위해 필요로 하는 것이다. 

얀 루리단(Jan Leuridan) 지멘스 PLM 소프트웨어 시뮬레이션 및 테스트 솔루션 수석 부사장은 “이 솔루션은 통합 적층 제조 플랫폼에 추가된 최신 솔루션으로, 고객이 원하는 규모로 유용한 부품을 설계하고 프린팅 해, 적증 제조를 산업화할 수 있도록 지원한다"라며, "경험적 방법과 해석적 방법을 통합해 시뮬레이션 과정의 정확성을 높였으며, 디지털 트윈을 구현하고, 고객이 실제 프린트 결과물을 더욱 잘 예측할 수 있도록 돕는다"라고 말했다. 

또 "자체 선별한 1차 적용 기업과 함께 몇 개월에 걸쳐 실제 테스트를 진행해 이를 검증했으며, 수정 보완된 형상과 폐루프 피드백을 제공해 고객이 적층 제조 과정에서 더 나은 결과를 얻을 수 있었다"라며, "이를 통해 고객은 처음부터 올바른 프린팅을 실현하고 혁신을 달성하도록 지원했다”라고 덧붙였다. 

AM 프로세스 시뮬레이션 솔루션은 최신 NX 소프트웨어와 심센터 3D 소프트웨어의 일부로 2019년 1월 출시 예정이다.