폼랩이 자사의 4세대 데스크톱 레진 3D 프린터인 폼 4(Form 4)와 폼 4B(Form 4B)를 출시했다. 폼 4와 폼 4B는 기존 폼 3보다 최대 5배 빠른 속도로 평균 부품 제작을 2시간 내외로 줄여 제품 디자이너 및 엔지니어, 제조업체, 헬스케어 분야의 생산성 향상과 시장 출시 기간 단축을 지원한다. 폼 4와 폼 4B는 폼랩의 새로운 저강도 디스플레이(Low Force Display : LFD) 프린터 엔진과 향상된 재료 라이브러리, 새로운 자동 후처리 시스템 및 직관적인 사용자 경험 등이 특징이다. 소재에 따라 폼 3+보다 최소 2배에서 최대 5배 빠른 속도로 제품을 인쇄해 시제품 반복 제작 또는 mSLA(광조형) 기술을 사용한 일괄 생산이 가능하다. 시간당 수직 프린트 속도는 최대 100mm로 대부분의 제품은 2시간 이내, 소형 부품은 몇 분 이내에 제작할 수 있다. 또한 레이저 및 검류계 기술에서 출발해 초고출력 백라이트(16 mw/㎠), 독자적인 이형 텍스처, LPU 4(Light Processing Unit 4), 이중 레이어의 유연한 필름 레진 탱크를 탑재했다.     신뢰성과 경제성도 갖추었다. 오래 지속되는 재료 탱크(7만 5000 레이어 이상)와 광 처리 장치(100만 레이어 이상), 40% 낮은 레진 가격, 30% 더 큰 프린트 볼륨, 3.5배 더 높은 처리량으로 부품당 비용을 최대 40% 절약할 수 있으며, 정밀 가열, 힘 감지 및 이물질 감지 기능이 있어 높은 수준의 프린트 성공률을 제공한다는 것이 폼랩의 설명이다. 50미크론 픽셀, 높은 기준 조명, 고급 픽셀 스무딩, 가벼운 터치 지원이 가능해 다양한 상황에서 정확하게 맞는 부품 생산이 가능하며, 자동 레진 처리, 즉각적인 재료 변경, 자동 후처리 및 퀵 릴리스(신속 분리) 기술이 탑재된 빌드 플랫폼을 통해 누구나 15분이면 3D 프린트 방법을 손쉽게 습득할 수 있다. 이에 더해 폼랩은 재료 라이브러리에 폼 4 에코시스템을 활용해 폼 3보다 2~5배 더 빠르게 프린트할 수 있는 새롭게 재구성된 4가지 범용 레진, 고속 프로토타입 및 교정용 모델 제작을 위한 고속 모델 레진, 정확한 치과용 모델이 제작 가능한 정밀 모델 등 6가지 새로운 레진을 추가했다. 폼 4는 폼랩의 재료 라이브러리에서 17개 이상의 다른 성능 재료를 사용할 수 있도록 검증이 완료되었으며, 새로운 재료가 정기적으로 추가될 예정이다. 폼 4B는 15개의 추가 생체 적합성 재료와 호환되어 치과 및 의료 산업의 혁신을 지원한다. 마이크로소프트의 마크 혼슈케(Mark Honschke) 적층 가공 프로토타이핑 책임자는 “마이크로소프트의 모든 하드웨어 카테고리를 지원하는 폼랩이 출시한 폼 4는 엔지니어링 등급의 재료가 필요한 프로젝트에 있어서 빠른 프린트 시간으로 고성능 부품을 제작하는 것은 물론, 24시간 내 여러 번의 반복 제작이 가능해졌다”고 말했다. 포드 자동차의 브루노 알베스(Bruno Alves) AM/IM 개발 엔지니어는 “폼 4의 속도와 다양한 소재 덕분에 매일 여러 개의 프로토타입과 제조 보조 부품을 제작할 수 있게 됐다”면서, “폼 4는 부품 설계 및 생산 방식을 바꾸어 제품 개발의 효율성을 높이는 데 도움을 주고 있다”고 말했다. 폼랩의 맥스 로보브스키(Max Lobovsky) CEO는 “13만 대 이상의 프린터와 3억 개 이상의 부품을 제작하며 얻은 강점과 통찰력을 바탕으로 출시한 SLA 프린터 폼 4는 폼랩과 고객뿐 아니라 3D 프린팅 업계 전체에 큰 도약이 될 것”이라면서, “폼 4의 안정성과 새로운 차원의 속도는 모든 산업에서 우리의 고객이 신제품을 제작하고 개발하는 방식을 변화시킬 것”이라고 전했다.

ABB 로보틱스(ABB Robotics)는 영국의 기술 스타트업 아우아(AUAR)와 협력해 로봇 마이크로 팩토리 사용을 증진함으로써, 지속 가능하고 합리적인 에너지 절감 목재 주택을 제작한다고 소개했다. ABB는 건설사 공정 자동화 지원에 관여하고 있으며, ABB의 로봇은 전 세계적으로 다양한 모듈식 조립 및 3D 프린팅 건물 프로젝트뿐만 아니라 로봇 자동화를 건설 분야에 접목하기 위한 연구 학술 프로젝트에 사용되고 있다. 로봇 자동화를 빌딩 프로세스에 통합하는 아우아의 접근 방식은 현지 마이크로 팩토리의 글로벌 네트워크에 로봇을 도입했다. 또한 로봇을 적용해 기술 부족 문제를 해결하고 지속 가능성을 높이며 안전을 개선했으며, 마이크로 팩토리는 에너지 효율적이고 합리적인 건물을 시공한다.     아우아의 자동화된 마이크로 팩토리 접근법은 공급망 문제, 프로젝트 납품, 품질 및 기술 부족을 포함해 건설 회사가 직면한 많은 문제에 대한 솔루션을 제공한다. 기존 건물은 전 세계에서 출하한 서로 다른 수천 가지 요소로 구성돼 있어 건설 자동화가 어렵다. 반면, 아우아는 한 가지 유형의 재료와 기계로 작업해 공급망을 극적으로 단순화하는 것을 목표로 한다.  주택의 생산 공정은 표준 목재판을 사용하는데, 로봇이 목재판을 구성 요소로 자르고 현장으로 운반되는 단위로 조립해 몇 주 만에 맞춤형 주택을 지을 수 있다. 마이크로 팩토리 접근 방식은 각 시장의 요구 사항을 충분히 충족할 수 있도록 유연하고, 각 시설은 현지 요구 사항에 맞춰 확장 가능하다. 또한 모듈형 로봇 셀을 추가해 생산량을 늘릴 수 있다. 아우아는 ABB Robotics & Automation Ventures 및 여러 투자자와 함께 딥 테크 및 AI 펀드 마일즈 어헤드(Miles Ahead)가 주도하는 260만 파운드(약 44억 4063만 원)의 시드 라운드를 완료했다고 밝혔다. ABB 로봇사업부의 크레이그 맥도넬(Craig McDonnell) 비즈니스 라인 인더스트리 총괄은 “로봇이 비전과 AI로 기능이 향상되고, 고유한 속도, 유연성 및 일관성이 결합한 솔루션은 높은 품질의 합리적인 가격 및 지속 가능한 주택에 대한 수요를 충족한다”며, “많은 건설사가 지속가능성을 비즈니스의 중요한 요소로 여기고 폐기물 저감 방법으로 로봇을 고려하는 가운데, 아우아와의 협력은 주택 건설업체가 저렴하고 지속 가능한 주택을 대규모로 제공할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다”고 전했다.

문화유산 분야의 이미지 데이터베이스와 활용 사례 (4)   지난 호에서는 옛 사진 데이터베이스의 중요성과 그 활용 가능성에 관하여 광화문과 광화문 현판 복원 사례를 통해서 살펴 보았다. 사진을 어떤 목적으로 어떻게 촬영할 것인가 하는 문제와 사진 이미지 데이터베이스 구축의 필요성에 관해서 소개하였다. 또한 이미지 데이터베이스의 활용에 있어서 메타 데이터(meta data)와 올바른 태깅(tagging)의 중요성에 관해서 생각해 보았다. 이미지 데이터를 통한 역사 퍼즐을 풀어가는 데에서 발생할 수 있는 다양한 문제점을 예시하고, 다른 기록 자료와의 상호 검증 필요성도 강조하였다. 문화유산 복원의 정의와 현실적인 문제점 등에 관해서도 간단하게 소개하였다.  이번 호에서는 종이의 역사, 동아시아의 전통 종이, 한지 제지 공정, 한지의 다양한 명칭, 한지의 특징, 한지의 원료, 한지의 색상, 빛의 투과 특성, 전통 한지의 우수성에 관해서 간단하게 정리해 본다. 아울러 우리의 소중한 문화유산인 전통 한지에 관한 데이터베이스 구축의 중요성과 문화유산 분야에서의 활용 사례에 관하여 살펴 본다. 한지 데이터베이스 구축에 있어서 어떠한 정보를 어떻게 정리하는 것이 앞으로 문화유산 분야에서의 활용에 도움이 될 것인가에 관해서 생각해 본다.    ■ 연재순서 제1회 이미지 데이터와 데이터베이스의 중요성 제2회 서화, 낙관, 탁본 데이터베이스 제3회 옛 사진 데이터베이스 제4회 한지 데이터베이스 제5회 고지도 데이터베이스  제6회 고서 자형 데이터베이스 제7회 필사본 고서 데이터베이스  제8회 목판본 고서 데이터베이스  제9회 금속활자본 고서 데이터베이스  제10회 근대 서지 데이터베이스  제11회 도자기 데이터베이스 제12회 안료 데이터베이스   ■ 유우식 웨이퍼마스터스의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 상임연구위원, 문화유산회복재단 학술위원이다. 이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com  홈페이지 | www.wafermasters.com   그림 1. 한지의 다양한 활용 사례(서화, 책, 등, 한옥 문, 신발, 가방, 불경 등) 종이의 역사 종이의 역사를 소개하기에 앞서 우리의 전통 종이인 한지의 다양한 활용 사례를 <그림 1>에 소개하였다. 한지는 우리에게 익숙한 전통적인 서화, 책, 한옥 재료, 불경을 비롯하여 현대적인 디자인을 가미한 등의 갓, 신발, 가방 등 다양한 응용제품의 소재로 사용되고 있다. 전통적인 방법으로 만든 종이는 일반적으로 사용되는 양지(洋紙)와 달리 독특한 질감과 특성을 가지고 있어 문화유산의 보수, 서화 작품의 소재로 사용될 뿐만 아니라, 새로운 종이를 재질로 한 새로운 제품의 개발에도 활용될 가능성이 높아 각광받는 재료이다. 고대부터 그림 또는 문자를 바위, 벽돌, 동물 가죽, 나무, 대나무 조각 등 다양한 소재에 기록으로 남겨 두었다. 고대 이집트에서는 양가죽을 종이처럼 만든 양피지(羊皮紙, parchment)가, 아시아에서는 얇은 대나무 조각을 재료로 한 죽편(竹片)이 사용되었다. 기원전 3000년경에 고대 이집트에서는 파피루스(papyrus)라고 하는 풀의 섬유로 종이와 비슷한 것을 만들어 사용하였으며, 오늘날 영어에서 ‘종이’를 뜻하는 ‘paper’의 어원이 되었다. 양피지는 우리말로 번역하면서 양의 가죽으로 만들어 종이처럼 사용되는 물건을 종이에 비유하면서 한자로 종이를 의미하는 지(紙)가 붙었을 뿐, 실제로 종이는 아니다. 현재 사용되고 있는 종이는 식물에서 셀룰로스(cellulose, 섬유소)를 추출하여 얇은 평면의 막 형태로 만든 것이다. 종이를 처음으로 만든 사람은 중국의 채륜(蔡倫)으로 알려져 있다. 삼(麻 : 마), 아마(亞麻) 등에서 섬유를 분리하여 얇은 막의 형태로 걸러서 떠내어 건조시키는 방법으로 만들었다. 이러한 방법은 한국과 일본에도 전해져, 동아시아 각국에서는 지역에 자생하는 식물을 재료로 하여 종이를 만들어 사용하게 되었다. 종이의 발명으로부터 약 600년 후인 710년경에는 중국인 포로에 의해서 현재의 우즈베키스탄 사마르칸트까지 전파되었다. 12세기 즈음에 이르러 무어인이 종이 만드는 기술을 에스파냐에 도입하면서 점차 유럽에 전파되었다. 그 후 약 7세기 동안 유럽에서는 식물 섬유와 넝마를 원료로 수작업으로 유럽의 전통 종이가 만들어졌다. 산업혁명이 일어난 19세기에는 제지 작업의 기계화가 시작되었으며, 양지의 대량생산으로 이어졌다.    한국, 중국, 일본의 전통 종이 한국, 중국, 일본 모두 전통적인 방식의 수작업으로 전통 종이가 생산되고 있다. 한국의 전통 종이를 한지(韓紙), 중국의 전통 종이를 선지(宣紙, Xuan Zhi), 일본의 전통 종이를 화지(和紙, わし)라고 구별하여 부른다. 동아시아 삼국의 종이는 모두 오랜 역사와 전통을 가지고 있으며, 기본적으로 닥나무를 이용해 종이를 만드는 것은 비슷하지만 각국의 닥나무 품종, 제조 과정이나 첨가되는 재료들이 달라지면서 각 나라 전통 종이의 고유한 특징을 가지게 되었다.   그림 2. 동아시아 전통 종이의 명칭, 원료 및 특징   <그림 2>에 동아시아 전통 종이의 명칭과 특징을 간단하게 정리하여 소개하였다. 우리나라의 경우에도 한지를 만드는 공방이 전국 각지에 분포하고 있으며, 각 공방마다 다른 재료와 제지 공정으로 종이를 만들기 때문에 획일적으로 한지의 특징을 표현할 수는 없다. 다만 한국, 중국, 일본의 전통 종이의 일반적인 특징의 차이를 정리하면 다음과 같이 요약할 수 있다. 한지는 주로 닥나무를 원료로 만들어 보존성이 탁월하고 질기면서도 유연한 특징을 가지고 있다. 문자의 기록, 서화용뿐만 아니라 건축, 공예, 예술 등 여러 분야에서 활용되고 있다. 한지는 중국이나 일본의 전통 종이 제지법과 다르게 한지 두 장을 서로 붙여서 한 장을 만드는 합지(合紙) 방식이 사용된다. 표면을 매끄럽게 하기 위한 도침(搗砧 : 종이나 가죽 따위를 다듬잇돌에 올려놓고 다듬어서 윤기가 나고 매끄럽게 함) 과정을 거치기도 한다.  중국의 선지는 죽피(竹皮), 마피(麻皮), 청단피(靑檀皮), 상피(桑皮)에 볏짚이나 밀짚 등을 섞은 원료로 만든다. 중국의 청단(靑檀)은 느릅나무과의 나무로 한반도에는 자생하지 않는 식물이다. 선지는 한지보다 섬유의 길이가 짧아 종이의 질은 약하지만, 먹 번짐이 고르고 우수하여 서화용으로 적합하다.  일본의 화지는 왜(倭)닥피, 안피(雁皮 : 산닥나무 껍질), 삼지(三枝) 닥피를 원료로 만들며, 부드럽고 유연하다. 종이를 쌍발 뜨기 방식으로 뜨기 때문에 얇은 종이를 여러 번 뜰 수 있어, 종이의 질을 균일하게 할 수 있는 특징이 있다. 표면 처리로 표면을 고르게 하여 섬세하다. 그러나 먹 번짐이 좋지 않아 먹을 이용하여 글을 쓰거나 그림을 그리는 것에는 그다지 적합하지는 못하다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

시뮤텐스 소프트웨어를 활용한 복합소재 해석 (1)   2019년 독일 KIT(카를스루에 공과대학교) 박사 출신의 졸업생 3명이 시뮤텐스(SIMUTENCE)라는 가상 복합재 해석 솔루션 회사를 설립하였다. 시뮤텐스는 상용 FEA(유한요소해석) 툴에 연결되는 맞춤형 시뮬레이션 방법을 포함한 설계 및 엔지니어링 서비스를 자동차, 항공우주 산업 뿐만 아니라 스포츠 용품/레크리에이션 분야까지 광범위하게 제공하고 있다. 이번 호부터 3회에 걸쳐 시뮤텐스 시뮬레이션 소프트웨어의 상세 기능, 모듈, 사례 등에 대해 소개한다.   ■ 자료 제공 : 씨투이에스코리아, www.c2eskorea.com   가상 프로세스 체인 시뮤텐스는 엔지니어링 컨설팅 및 시뮬레이션 작업을 제공하고, 아바쿠스(Abaqus) FEA 툴 등 맞춤형 플러그인을 개발 및 공급하며 금속 설계를 복합재로 변환하는 방법, 재료 및 프로세스 기술을 선택 및 최적화하는 방법을 포함한 통합 패키지를 개발 및 공급한다. 지난 2023년 3월에는 한국 및 아시아 지역의 독점 공급, 판매 및 교육, 기술지원 파트너로 씨투이에스코리아를 선정해, 국내 고객을 대상으로 솔루션을 제공하고 있다. 시뮤텐스는 다양한 열경화성 및 열가소성 복합재는 물론 하이브리드 금속/복합재 구조까지 시뮬레이션 기술을 지원하고 있다. 그리고 까다로운 엔지니어링 문제로 어려움을 겪고 있는 고객을 위해 FEA 구조 해석 시뮬레이션 소프트웨어인 아바쿠스 및 사출.압축.오버몰딩 성형 해석 시뮬레이션 소프트웨어인 몰드플로우(Moldflow)와 같은 프로세스 시뮬레이션 코드를 사용한다. 이러한 표준 도구가 적합하지 않거나 고객이 다른 유형의 엔지니어링 솔루션을 필요로 하는 경우, 특정 요구 사항을 충족하는 맞춤형 도구도 개발 가능하다. 시뮤텐스의 임무는 복합재 부품 설계자와 제조업체가 가상 프로세스 체인을 통해 경량 부품과 공정을 개발하고 최적화하도록 돕는 것이다. 따라서, 각 기업 및 현장에서 사용하는 맞춤형 가상 프로토타이핑 시뮬레이션 툴의 정확성과 신뢰성 때문에 물리적 테스트를 여러 번 반복하는 불편함과 비용과 시간과 인력을 줄일 수 있다.     일반적으로 초기 제품 개발 단계는 엔지니어링 목표를 정의한 다음, 모든 기능적 요구 사항을 충족하는 재료별 설계를 개발하는 것부터 시작한다. 다음으로 공정 시뮬레이션을 적용하여 제조 가능성을 확인하고, 적합한 가공 매개변수를 선택하고, 기존 제조 효과(예 : 성형 또는 충진으로 인한 섬유 배향)와 결함(예 : 주름, 드라이 스팟(dry spot), 충진 문제 등)을 예측한다. 프로세스 및 구조 시뮬레이션을 위한 고급 모델링 기술과 제조 효과를 후속 시뮬레이션 단계로 지속적으로 이전할 수 있도록 구축한 인터페이스는 상용 소프트웨어 아키텍처의 모델링 기능을 향상시킬 수 있다. 치수 정확도는 복합재 설계에서 중요한 문제가 될 수 있으므로, 변형 및 열역학적 분석(경화/결정화 동역학 포함)을 적용하여 치수 변화를 예측하고 잔류 응력을 평가한다. 마지막 단계는 설계가 하중 요구 사항을 충족하는지 확인하고 강성을 결정하며 파손 시점 및 시작 및 초기 파손 모드 분석을 제공하기 위해 구조 해석을 수행하는 것이다.   공정 시뮬레이션 전문성 섬유 강화 복합재의 구조적 거동은 제조 효과에 의해 뚜렷이 영향을 받으므로, 가상 프로세스 체인을 적용함으로써 구조적 성능에 대한 제조 효과를 고려할 수 있다. 이러한 가상 설계 루프는 정확성과 신뢰성으로 인해 여러 차례의 설계 및 물리적 부품 테스트를 제거하여 개발 시간과 리소스를 줄이는데 도움이 된다. 우리는 중립적인 교환 형식으로 운영하기 때문에 고객이 현재 사용하고 있는 다양한 소프트웨어 패키지에 연결할 수 있다. 시뮤텐스는 열성형(thermoforming) 시뮬레이션, 압축 성형 시트(SMC)의 충전 시뮬레이션, 매핑 및 균질화를 위한 인터페이스용 플러그인 기능을 아바쿠스 FEA 제품군에서 사용할 수 있도록 추가하였다. 복합재 시뮬레이션에 대한 전문 지식과 KIT의 스핀오프라는 배경을 통해 최첨단 시뮬레이션 방법을 지원할 수 있다는 점을 내세운다.     SimuFill 시뮤필(SimuFill)은 성형 프로세스 모델링을 위한 기존 소프트웨어 아키텍처(아바쿠스 및 몰드플로우 플러그인)를 개선하여 고급 압축 및 사출 성형 분석이 가능하다. 시뮤필을 통해 제공되는 몰드플로우 추가 기능으로 pvT 거동을 경화도의 함수로 모델링할 수 있으며, 사출 및 압축 성형용 열가소성 및 열경화성 수지에 대한 결정화 및 경화 역학을 각각 예측하는 것이 포함된다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   최근 전기자동차의 수요가 증가함에 따라 전기자동차의 성능을 보다 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 모터 분야에서 헤어핀(hairpin) 코일의 적용으로 성능이 향상됨을 확인하였으며, 이미 여러 양산형 모델에도 적용되어 실사용 중에 있다. 그러나 헤어핀 코일은 복잡한 제조 공정 및 제작 기술이 필요하다는 단점이 있다. 이렇게 기존 생산 공정에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하고 추가적인 성능 향상을 도출하기 위해 금속 3D 프린팅 기술을 적용하여 모터 코일을 제조하는 방법이 연구되고 있다.  이번 호에서는 앤시스에서 제공되는 맥스웰(Maxwell)과 앤시스 애디티브(Ansys Additive)를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 및 적층공정 해석을 수행하며 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.    ■ 김선명 원에이엠 DfAM팀의 연구원으로, 적층제조 특화 설계를 담당하고 있다. 이메일 | smkim@oneam.co.kr 홈페이지 | www.oneam.co.kr   전기자동차용 헤어핀 모터 코일 헤어핀 코일이란 <그림 1>과 같이 헤어핀의 형상처럼 직사각형 단면의 도선을 구부려서 제작되는 모터 코일이다. 기존의 원형 도선의 권선 형태로부터 성능 개선을 위해 개발되었으며, 성능 향상이 입증되어 이미 상용 전기차량에 적용되어 실사용 중에 있다. 이러한 직사각형 단면의 헤어핀 코일을 사용하는 이유는 기존 원형 코일 대비 높은 점적률(fill-factor)을 갖기 때문이다. 점적률이란 <식 1>과 같이 모터고정자의 슬롯 면적 대비 구리 도선이 차지하는 면적의 비로 계산이 된다. 점적률이 높아지면 <그림 2>와 같이 도선 간 빈 공간 영역이 작아진다. 따라서 상대적으로 권선 저항이 낮아지게 되고 도선간 접촉 면적이 증가함에 따라 열전달 계수가 높아져, 방열 효과도 증가하는 효과가 있다. 이러한 헤어핀 코일의 적용으로 원형도선 대비 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.   식 1   그림 1. 헤어핀 코일   그림 2. 원형 도선과 헤어핀 코일의 비교(출처 : MG Motor article : Why 1% efficiency improvement means so much, Hairpin Technology : Hubiz)   헤어핀 코일은 <그림 3>과 같은 공정을 통해 조립된다. 제일 먼저, 원재료인 사각형 단면의 코일을 헤어핀 형태로 성형한 후 모터 고정자의 슬롯에 조립한다. 그 다음 같은 상끼리 연결될 수 있도록 트위스팅(twisting) 공정을 거친 후, 서로 접촉하는 도선끼리 용접하는 과정을 거쳐 완성된다. 추가로 도선에 용접될 부분의 절연재를 제거하는 등의 공정이 필요하다. 이처럼 헤어핀 코일 모터는 복잡한 제작 절차와 제작 공정이 필요하며, 특히 고난도의 용접 기술이 요구된다. 무엇보다 제조 공정 중 제품에 문제가 발생한다면 문제가 되는 부분만 처리가 불가능하기 때문에, 제작 공정이 처음부터 수행되어야 한다.   그림 3. 헤어핀 코일의 조립 공정(출처 : Maximising E-Machine Efficiency with Hairpin Windings, by Shaoshen Xue-Motor Design Limited)   이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 금속 3D 프린터를 사용한 모터 코일의 금속 적층제조에 대한 연구가 진행되고 있다. 금속 적층제조는 다음과 같은 장점이 있다. 제작 공정 간소화 : 헤어핀 코일의 3D 프린팅 공정 적용 시 3D 프린팅 장비만 있다면 기존의 복잡한 제작 공정이 필요 없으므로, 제작 공정을 보다 간소화시킬 수 있다. 일체화 : 개별 파트로 나누어진 헤어핀 코일을 일체화하여 하나의 부품으로 제작이 가능하기 때문에, 용접을 최소화한 공정이 가능하여 제작 중 파트 불량률을 최소화할 수 있다.  설계 자유도 향상 : 헤어핀 코일 형상의 제약이 없으므로 형상 구현의 자유도가 높기 때문에, 성능 향상을 위한 설계가 용이하다.  금속 적층제조를 고려한 헤어핀 코일의 설계를 위해서 시뮬레이션을 기반으로 전자기 성능 분석, 열 특성 분석, 적층 공정 해석의 전체 설계 및 제작 프로세스를 진행한다. 이 글에서는 앤시스 맥스웰과 앤시스 애디티브를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM 및 적층공정 해석을 수행하며, 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

슈나이더 일렉트릭은 지난 3월 ‘인터배터리 2024’ 전시회에 참가하면서 전기자동차(EV) 배터리 생태계 전반의 순환성을 지원하기 위한 ‘지능형 데이터 플랫폼’을 제시했다. 하드웨어와 소프트웨어를 포함하는 솔루션 포트폴리오를 통해 배터리 공정 전반의 데이터를 수집하고 이를 활용해 비즈니스 의사결정에 도움을 주겠다는 것이 주된 전략이다. ■ 정수진 편집장   전기자동차의 성장과 함께 EV 배터리 시장도 성장이 예상된다. 맥킨지 배터리 인사이트의 2022년 분석에 따르면, 리튬 이온 배터리 시장은 매년 30% 이상 성장해 오는 2030년에는 총 4000억 달러 이상의 가치와 4.7TWh(테라와트시) 이상의 시장 규모에 이를 것으로 보인다. 한편으로, 이런 배터리 시장의 성장을 둘러싸고 해결해야 할 과제도 있다. 리튬, 니켈, 코발트 등 배터리용 핵심 광물재료에 대한 수요가 늘어나면서, 핵심 광물 확보를 위한 공급망의 다각화가 요구된다. 배터리를 설계하고 생산하는 과정에서 자원효율성과 순환성을 높여야 한다는 요구도 강화되고 있다.   전체 가치사슬의 최적화에 주목 슈나이더 일렉트릭의 프랑수아 베르킨트(Francois Verkindt) EV 배터리 세일즈 리더는 이런 상황에서 배터리 산업은 다양한 도전과제를 안게 되었다고 짚었다. 원재료의 가격변동성, 채굴 공정의 지속가능성, 원재료 품질 관리 등 채굴 단계부터 배터리 제조 과정의 에너지 소비량, 제조 투명성, 폐 배터리의 수거와 재활용 등의 폐순환 구조 등 많은 고려사항이 존재한다. 여기에 환경 규제에 대응하기 위해 채굴부터 제조까지 폭넓은 데이터를 수집해야 할 필요성도 생겼다. 베르킨트 리더는 “배터리 업계의 주요 목표는 ▲얼마나 빠르게 새로운 배터리 공장을 설계하고 완료할 수 있는지 ▲어떻게 생산성을 높여 kWh당 제조 비용을 줄일 수 있는지 ▲어떻게 품질을 개선해서 폐기 비율을 줄일 수 있을지 ▲어떻게 탄소 배출을 줄이고 에너지 효율을 달성할 수 있는지 등에 있다”면서, “슈나이더 일렉트릭은 이런 목표를 달성할 수 있도록 전체 가치사슬에 걸쳐 배터리 및 생산 플랜트의 퍼포먼스를 최적화하고 지속가능성 및 회복탄력성을 강화하는 데에 초점을 맞추고 있다”고 소개했다.   ▲ 슈나이더 일렉트릭은 배터리 산업을 대상으로 컨트롤러, 협동로봇, 디지털 트윈 등 폭넓은 자동화 솔루션을 제공한다.   데이터 수집과 활용 위한 플랫폼 제시 슈나이더 일렉트릭은 배터리 생산의 전체 과정에서 데이터를 수집하고, 디지털 환경에서 이를 분석해 인사이트를 얻는 ‘디지털 스레드(digital thread)’의 활용이 필요하다고 보고 있다. 디지털 스레드를 위해서는 다양한 데이터의 연결이 필요하다. 3D 설계/시뮬레이션/데이터 시트/디지털 트윈 등의 엔지니어링 데이터, 센서/SCADA/컨트롤러 데이터 등 공장 운영 과정의 시계열 데이터, 시계열 데이터를 보완할 수 있는 ERP(전사 자원 관리)/자산 관리 시스템 등의 관계형 데이터 등이 포함된다. 디지털 스레드를 위한 기반으로서 슈나이더 일렉트릭은 특정 기업/기술에 종속되지 않은(agnostic) 데이터 플랫폼을 내세운다. 데이터 플랫폼을 통해 ERP, 생산 관리 시스템(MES), 빌딩 관리 시스템(BMS), 에너지 관리 시스템(EMS), 물류 추적 시스템 및 여러 회사의 엔터프라이즈 솔루션을 연결하고, 대시보드를 통해 공장 전체의 흐름을 확인할 수 있도록 하겠다는 것이다. 베르킨트 리더는 “플랫폼을 통해 연결된 데이터를 머신러닝에 활용하면 품질 및 생산 공정 관리에서 이점을 얻고 에너지 소비 효율을 높이는 것이 가능하다”고 전했다. 또한, 슈나이더 일렉트릭은 디지털 플랫폼을 기반으로 전체 공급망 네트워크를 연결하면 회복탄력성을 확보하는 데에 도움이 된다고 설명했다. 연결된 데이터를 기반으로 분석한 탄소발자국(carbon footprint)이나 재활용률 등의 실시간 정보를 대시보드로 확인할 수 있게 되어 전체 수명주기에 걸쳐 배터리 성능을 최적화할 수 있고, 공장의 가용성이나 에너지 조달에 이르기까지 경영진의 의사결정에 도움을 준다는 것이다.   ▲ 슈나이더 일렉트릭은 아비바 PI 시스템 기반의 통합 데이터 플랫폼을 제공한다.   통합 솔루션으로 배터리 시장 공략 EV 배터리 분야에서 슈나이더 일렉트릭의 경쟁력에 대해 베르킨트 리더는 “슈나이더 일렉트릭은 하나의 디지털 플랫폼에서 에너지 관리와 프로세스 관리를 모두 지원한다. 이를 위해 아비바의 통합 데이터 관리 솔루션인 PI 시스템(PI System)을 포함해 다양한 회사의 소프트웨어와 데이터를 연결할 수 있도록 하는 데에 중점을 둔다”고 설명했다. 슈나이더 일렉트릭 코리아의 강성연 배터리 세그먼트 팀장은 “슈나이더 일렉트릭은 아비바를 포함해 하드웨어와 소프트웨어의 통합 역량을 강화하고 있으며, 하드웨어 중심에서 나아가 소프트웨어 비즈니스를 확대하고 있다. 특정한 단일 공정보다는 전체 공정에 집중하면서 재료 및 장비업체에도 솔루션을 제공하고 있다”면서, “국내 배터리 업체와도 파트너십 및 솔루션 공동 개발 등을 진행하면서 성공사례를 늘릴 수 있을 것”이라고 전했다.     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

스트라타시스가 4월 1일~5일 킨텍스에서 열리는 ‘서울국제생산제조기술전(SIMTOS) 2024’에서 ‘Make additive work for you’라는 테마로 전시를 진행한다고 밝혔다. 스트라타시스는 공식 플래티넘 파트너사인 더블에이엠, 프로토텍, 티피씨 메카트로닉스와 함께 로봇 및 디지털제조기술 특별전 내 3D 프린팅 존에 부스를 마련하고, 자사의 핵심 기술력을 담은 3D 프린팅 솔루션과 인사이트를 공유한다. 스트라타시스 부스는 ▲자동차 및 모빌리티 ▲소비재와 디자인 ▲우주항공 ▲치공구(Jig & Fixture) 등 산업용 부품부터 헬스케어 애플리케이션까지 각각의 파트별로 전시를 구성한다. 특히 자동차 및 모빌리티 분야는 월을 통해 3D 프린팅 기술로 제작한 범퍼, 휠, 센터페시아, 사이드 미러, 도어 트림, 기어봉 등 차량 내외 파트를 소개하고 연간 부품 생산 수량에 따른 스트라타시스 추천 기술 등도 알릴 예정이다.     스트라타시스 부스에는 ▲고속 정밀 생산이 가능한 오리진 원(Origin One) ▲모든 산업 응용 분야에 적합한 표준/엔지니어링 등급/고성능 열가소성 수지를 제공하는 포투스(Fortus) 450MC ▲탄소섬유 재료 출력이 가능한 복합소재 3D 프린터 F370CR ▲3D 패션 기술이 적용된 J850 텍스타일(J850 TechStyle) ▲스트라타시스 최초의 다소재 데스크톱 3D 프린터 J35Pro 등이 전시된다. 전시 외에도 스트라타시스는 J850 TechStyle 3D 프린터를 사용해 에코백 위에 패턴을 프린팅하는 시연, 국내외 3D 프린터 업계 전망이 가능한 고객 사례 및 부품 전시를 담은 영상 소개 등 프로그램과 이벤트를 운영할 계획이다. 스트라타시스의 문종윤 지사장은 “스트라타시스 협력사와 협업해 뜨거운 관심 속에 개최되는 ’심토스 2024’에 최대 규모로 참여하게 되었다”면서, “전시회 기간 동안 스트라타시스는 보유하고 있는 혁신적인 기술력과 특화된 최신 3D 프린팅 솔루션을 업계 관계자 및 고객에게 대면으로 소개하며, 세계 1위 3D 프린터 사업자의 입지를 더욱 공고히 할 것”이라고 전했다.

에이수스가 비즈니스 업무에 특화된 성능과 함께 990g의 무게를 제공하는 14인치 프리미엄 비즈니스 노트북 ‘엑스퍼트북 B9 OLED(ExpertBook B9 OLED)’를 출시했다. 엑스퍼트북 B9 OLED는 에이수스의 비즈니스 전용 노트북 라인업인 엑스퍼트북 시리즈 중에서도 프리미엄 급에 해당하는 제품으로, 고성능은 물론 휴대성과 다양한 편의 기능을 갖춰 이동이 잦은 직장인과 프리랜서 등에게 최적화된 제품이다.     엑스퍼트북 B9 OLED는 마그네슘 리튬 합금 재질로 제작돼 고급스러운 느낌과 함께 14인치 노트북 중에서도 가벼운 990g의 무게를 제공한다. 여기에 미국 밀리터리 등급(MIL-STD 810H) 표준에 따라 시행한 테스트를 통과해 견고한 내구성을 보장한다. 얇은 보디에 63Wh의 배터리를 탑재해 한 번 충전으로 최대 11시간까지 사용 가능하며, 2개의 썬더볼트 4 포트, USB 3.2 Gen 1 타입 A, HDMI 2.1, 마이크로 HDMI 등의 포트를 지원해 연결성을 높였다. 프로세서로는 최대 인텔 코어 i7 1355U CPU와 인텔 아이리스 Xe(Iris Xe) 그래픽을 장착해 신속한 작업 처리 속도를 제공한다. 14인치의 OLED 디스플레이는 최대 400 니트의 밝기와 sRGB 100% 색 재현력을 지원해 선명하고 생생한 컬러를 구현하며, 16:10의 화면 비율과 90%의 스크린 대 보디 비율로 쾌적하고 넓은 화면감을 선사한다. 여기에 다양한 편의 기능들을 지원해 업무 생산성을 한층 더 높였다. AI 기반의 양방향 노이즈 캔슬링 기능을 통해 깨끗한 음질로 대화할 수 있으며, 조명 최적화, 시선 교정 등을 지원하는 ASUS AiSense 카메라 기능을 지원해 보다 편리하게 화상 회의를 진행할 수 있다. 또한 저소음을 유지하는 스마트 쿨링 시스템이 적용돼 다양한 장소에서 쾌적하게 사용할 수 있다. 비즈니스 업무에 필수로 요구되는 보안 환경도 갖췄다. 중요 정보를 암호화해 저장하는 TPM 2.0칩, 노트북 도난 방지를 위해 자물쇠를 부착할 수 있는 켄싱턴 락 슬롯, 생체 인식 로그인을 지원하는 지문 인식 센서 및 적외선(IR) 카메라와 물리적 웹캠 실드를 탑재했으며, 하드웨어 기반의 보안 위협 탐지 기능, 원격 관리 기능 등 강력한 보안성과 관리성을 갖춘 인텔 vPro 플랫폼으로 엔터프라이즈급 보안성을 제공한다. 지속가능성을 고려해 설계된 점도 특징이다. 제품의 70% 이상을 재생 원료인 PIR 소재로 제작했으며, 칙소몰딩(Thixomolding) 제조 기법을 사용해 재료 폐기량을 29% 줄이고, 공정 시간을 최대 75% 단축함으로써 내구성과 에너지 효율성을 높였다. 패키징에는 FSC MIX 인증을 받은 친환경 포장재가 사용됐으며, 미국 전자제품 친환경 인증 제도 EPEAT의 골드 등급을 취득하는 등 지속 가능성을 위한 다방면의 노력이 반영됐다. 엑스퍼트북 B9 OLED의 출시 가격은 100만원 중반대부터 시작한다. 공식 총판 업체인 에스라이즈를 통해 제품을 구매한 고객에게는 에이수스 프리미엄 케어 보증 기간을 1년 추가 연장하는 프로모션을 진행한다. 기본으로 제공되는 보증 기간 1년에 더해 총 2년 동안 보증 혜택을 받을 수 있으며, 별도로 서비스 센터를 방문할 필요 없이 전용 핫라인을 통해 출장 수리를 신청할 수 있는 A/S 서비스도 함께 제공한다.

스트라타시스는 달 표면에서 3D 프린팅의 성능을 테스트하기 위해 향후 진행될 달 탐사 프로그램에 3D 프린팅 재료를 제공한다고 발표했다. 이 실험은 이지스 에어로스페이스(Aegis Aerospace)가 진행할 첫 번째 우주 과학 및 기술 평가 시설 임무인 SSTEF-1의 일부로 노스롭 그루먼(Northrop Grumman)이 후원한다. SSTEF는 달 표면에서 R&D 서비스를 제공하기 위해, NASA의 티핑 포인트 프로그램에 따라 이지스 에어로스페이스가 개발한 상업용 우주 테스트 서비스이다. SSTEF-1 프로젝트는 달과 근지구 우주를 위한 우주 인프라 및 역량에 대한 기술 개발에 중점을 두고 있다. 이번 달 탐사에서 스트라타시스는 3D 프린팅 샘플을 제공하고, 무인 착륙선이 3D 프린팅한 운반체 구조에 담아 달 표면으로 가져가게 된다. 노스롭 그루먼이 주도하는 두 가지 실험에서는 세 가지의 재료가 중점적으로 사용될 예정이다. 첫 번째 실험은 텅스텐으로 채워진 스트라타시스의 FDM 필라멘트로 제작한 샘플 부품의 성능을 평가하는 것이다. 여기에 쓰일 스트라타시스의 Antero 800NA FDM 필라멘트는 높은 기계적 특성, 내화학성 및 낮은 가스 방출 특성을 갖춘 고성능 PEKK 기반 열가소성 플라스틱 소재이다. 텅스텐을 첨가하는 것은 감마선이나 엑스레이와 같은 유해 방사선에 대한 차폐 기능을 제공하기 위한 것이다.   ▲ Antero 840CN03 소재로 3D 프린팅된 샘플 부품   두 번째 실험은 3D 프린팅 재료가 우주에서 얼마나 견딜지 알아보기 위해 고안되었다. 여기에는 전자 장치에 사용하기 위한 ESD(정전기 방전) 특성을 갖추고 있으며 오리온 우주선에 사용되었던 Antero 840CN03 FDM 필라멘트가 포함된다. 스트라타시스의 파트너사인 헨켈(Henkel)이 스트라타시스의 오리진 원(Origin One) 3D 프린터에 사용하기 위해 제조하고 고열 환경에 맞게 설계된 새로운 ESD 포토폴리머도 실험에 포함된다. 이 실험에서는 3D 프린팅 샘플을 달의 먼지, 가스 방출을 유발할 수 있는 낮은 압력, 대기가 거의 없기 때문에 발생하는 급격한 온도 변화에 노출시킬 예정이다. 이 실험에 쓰일 부품은 상업용 항공기 내부에도 사용되는 ULTEM 9085 열가소성 플라스틱으로 3D 프린팅된 캐리어 구조의 무인 착륙선을 통해 달 표면으로 운반될 예정이다. 스트라타시스의 최고 산업 비즈니스 책임자인 리치 개리티(Rich Garrity)는 “적층제조는 수십 그램의 무게도 중요하고 고성능이 필수인 우주 임무에 중요한 기술이다. 이번 실험은 달과 그 너머로 여행하는 동안 사람과 장비를 안전하게 지키기 위해 3D 프린팅을 최대한 활용하는 방법을 이해하는 데 도움이 될 것”이라고 전했다.

제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 10.0 (10)   이번 호에서는 최신 앤시스(Ansys) 기술이 적용된 크레오 파라메트릭 10.0(Creo Parametric 10.0)의 시뮬레이션 기반 설계에 대하여 알아보자.   ■ 김성철 디지테크 기술지원팀의 이사로 Creo 전 제품의 기술지원 및 교육을 담당하고 있다. 이메일 | sckim@digiteki.com 홈페이지 | www.digiteki.com   크레오 파라메트릭 10.0은 설계 엔지니어가 좀 더 편리하게 활용할 수 있는 PTC와 앤시스의 최신 표준 시뮬레이션 기능이 포함되어 있다. 설계자는 시뮬레이션에 대한 전문가 수준의 지식이 없어도 친숙한 크레오 사용자 환경에서 실시간 시뮬레이션(CSL) 기능을 사용하여 제품 설계 초기에 시뮬레이션 기반 설계로 다양한 설계안을 빠르게 검토할 수 있다. 이후에는 세부 설계에서 앤시스 시뮬레이션(CAS)으로 좀 더 정확도 높은 시뮬레이션을 수행하여 설계의 문제 영역을 빠르게 분석하고 파악할 수 있다.   크레오 시뮬레이션 기능으로 제품 개발 초기에 시뮬레이션 기반 설계 크레오 파라메트릭 10.0에서 전기 모터 모델을 예로 초기 개념 설계 단계에서 실시간 시뮬레이션을 수행하여 다양한 설계를 빠르게 분석하고 최적의 설계안을 검토해 보자.     전기 모터의 하우징 모델에서 방열 조건을 개선하기 위해 몇 가지 유형의 아이디어가 모델에 적용되었다. 어떤 유형의 코일 설계가 가장 최적인지 실시간 시뮬레이션을 이용하여 빠르게 분석해 보자.   크레오 시뮬레이션 라이브(CSL)로 유체 시뮬레이션 검토 분석 모델을 열고 메뉴의 ‘라이브 시뮬레이션(Live Simulation)’에서 ‘유체 시뮬레이션 검토(Fluid Simulation Study)’를 선택한다.     유체 시뮬레이션을 위해 ‘유체 도메인(Fluid Domain)’에서 다양한 방법으로 내부/외부 유체 도메인을 빠르게 생성하거나 추출할 수 있다. ‘내부 볼륨(Internal Volume)’을 선택하여 하우징 내부의 코일 삽입 공간을 빠르게 추출한다.     유로의 입구와 배출구의 경계 서피스를 선택하면 닫힌 볼륨 영역을 자동 인식하여 빠르게 내부 볼륨을 추출하고 유체 도메인을 생성할 수 있다.     시뮬레이션 트리에서 생성된 유체 도메인을 확인하고 ‘재료 편집(Edit Materials)’에서 재료를 ‘WATER’로 지정한다.     ‘경계 조건(Boundary Conditions)’에서 ‘배출구 압력(Outlet Pressure)’을 선택하고, 추출된 유체 도메인에서 서피스를 지정한 후 배출구 압력 강도와 단위를 지정해 준다.     ■ 상세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.