금속 적층제조의 최적화를 위한 앤시스 애디티브   이번 호에서는 금속 적층제조 공정의 파라미터 최적화 단계에서 활용할 수 있는 앤시스 애디티브(Ansys Additive)의 다양한 기능에 대해 소개하고자 한다.   ■ 박준혁 원에이엠 DfAM 팀의 선임연구원으로, 적층제조 특화 설계 업무를 담당하고 있다. 홈페이지 | www.oneam.co.kr   금속 적층제조(AM) 기법에서 공정 최적화 작업은 가변 가능한 파라미터 변수가 많아 최적화에 상당히 많은 시간과 비용이 소요된다. 앤시스 애디티브는 이러한 애로 사항을 개선하고자 직관적으로 적층 중 발생하는 변형 및 블레이드 크래시(blade crash)를 사전 예측하여 적층 실패를 줄여주는 애디티브 프린트(Additive Print) 기능과 single bead, porosity, microstructure 해석을 통해 효율적으로 공정 파라미터 최적화 작업을 수행할 수 있는 애디티브 사이언스(Additive Science) 기능을 제공한다.  이번 호에서는 금속 적층된 Al 합금의 single bead 해석을 통한 single bead 품질 안정영역 확보, porosity 해석을 통한 Hatch Distance 영역 확보, 마지막으로 microstructure 해석을 통한 소재 물성이 우수한 공정 파라미터 영역을 확보하는 방법 등 애디티브 사이언스의 기능에 대해 소개한다. 그리고, 해석 결과를 통해 통해 애디티브 사이언스를 활용하는 방안에 대해 소개하고자 한다.   금속 적층제조의 파라미터 해석을 위한 시뮬레이션 금속 적층제조 시장이 성장함에 따라 금속 적층제조 파라미터를 해석하기 위한 시뮬레이션 시장도 같이 성장하고 있다. 이번 호에서 활용하는 장비는 금속 적층제조 장비 시장의 70% 이상을 차지하는 L-PBF(Laser-Powder Bed Fusion) 방식으로, <그림 1>과 같이 분말을 한층 깔고 그 위로 선택적 레이저 조사를 통해 응고한 뒤 다시 분말을 한 층 더 도포하는 작업을 반복하여 제품을 생산하며, SLM(Selective Laser Melting)이라고도 부른다. 이 공정은 이러한 3차원 적층물 제작에 대해 기구적으로 명확한 메커니즘을 차용하고 있어, 공정 파라미터 최적화 및 변형에 대한 시뮬레이션을 적용하고자 하는 시도가 증가하는 추세이다.   그림 1. PBF(Powder bed fusion) 모식도   앤시스 애디티브는 크게 두 가지의 활용도를 갖는다. 첫 번째로 금속 적층제조에 대하여 미시적인 영역에서 공정 파라미터가 적층 제조물의 single bead, porosity, microstructure에 미치는 영향을 해석하는 애디티브 사이언스 기능이다. 이 해석 툴은 최소한의 실험을 통하여 직접 제조하지 않고도 해당 파라미터에서의 제조 품질을 예측할 수 있어, 적층제조 공정 최적화를 목표로 활용된다. 두 번째는 애디티브 프린트로, 거시적인 영역에서 적층 제조물의 잔류응력, 제조 중의 변형 예측, Blade Crash를 해석하고 이에 따른 보상 모델을 도출 및 서포트 보강을 통한 적층제조 안정성 확보에 목적이 있다. 애디티브 사이언스 기능은 시편 제조, 측정 및 해석 툴 활용 면에서 다양한 팩터(factor)를 제시하므로 전문 엔지니어에게 추천하며, 애디티브 프린트는 빠른 경향 분석 및 서포트 추가 등 한 번의 적층에 대한 안정성을 높이는데 적합하여 필드 엔지니어에게 사용을 권장한다. 기존 금속 적층제조 공정 파라미터 최적화를 수행하기 위한 시험은 <그림 2>와 같이 시편 제작부터 최종 단계인 광학 현미경 분석에 이르기까지 문헌에 의거한 파라미터 범위 선정, 시편 제작, 시편 절단. Polishing, Etching 등 복잡한 전처리 과정이 수반된다.    그림 2. 적층 공정 파라미터 분석 절차     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

< 금속 써포트 자동 제거장비 CY-CNC > 씨와이오토텍은 경기도 화성시 소재한 자동차부품인 공조기 컴푸레셔모터를 생산하는 회사로서 2019년부터 금속적층 사업부를 구성하였다.  씨와이오토텍의 적층제조 사업부는 대량 양산 전용의 PBF 방식의 금속 3D 프린터 ‘Vulcan500’과 ‘Vulcan300’ 등을 사업화 하였으며, ‘2023 인터몰드 코리아’를 통해서 PBF 방식의 금속 3D 프린터의 난제인 써포트 자동 제거 장비 ‘CY -CNC‘ 출시를 발표하였다. Auto Postprocess Machine(자동 후처리 장비)인 CY - CNC는 기존의 CNC 장비에 고성능 3D 스캔너를 장착한 구조이다.  기존의 CNC도 형태가 없는 사각블럭을 가공할때 가공원점을 잡는 것은 쉽지 않은데, 3차원 가공물 후처리는 특별한 형태를 가진상태에서 절삭 가공원점을 맞추는 매우 어려운 작업이다. 이를 해결하기 위해 CY – CNC는 3D 스캐너를 통해서 복합한 적층 가공물의 3차원 자세를 인식하고 가공원점을 자동으로 잡아서 무인후처리 가공이 가능한 금속 써포트 제거 전문 장비이다.   자동 후처리 장비 구동 개념   씨와이오토텍은 개발된 대량 양산 전용의 PBF 방식의 금속 3D 프린터 ‘Vulcan 500’ 과 ‘Vulcan300’ 등과 자동 후처리 장비 CY -CNC 그리고 자동 분말 제거장비 ( Depowder Machine ) DP 400 등을 활용하여 자동차 공조용 모터의 대량 양산공장을 준비하고 있다.   금속 적층 제품의 적정한 가격을 위해서는 자동화된 대량 양산라인이 필수적이고,기존에 자동차 모터를 생산하고 있는 씨와이오토텍㈜에서는 보유한 금속 적층 가공관련 장비 기술을 바탕으로 대량양산 적층 제조 솔루션을 구축하여 DX(Digital Transformation, 디지털 트랜스포메이션)를 준비하고있다.   씨와이오토텍㈜에서 구축중인 금속 적층 양산라인 구성도 씨와이오토텍㈜의 금속 적층 양산 라인은 금속 적층을 통해서 구리 헤어핀구조의 모빌리티용 고성능 모터의 생산을 목표로 하고 있다. 헤이핀 모터는 기존의 모터보다 40 % 이상의 성능향상이 가능하여 차세대 모빌리티부품으로 기대를 받고 있다.          씨와이오토텍㈜ 의 구리 방열판 및 헤어핀 샘플       적층 제조 장비 Vulcan500(좌), Vulcan300(우)