작성자 : Blackcad Engineering CAE 엔지니어 Przemyslaw Narowski

개요

코로나 19 유행 기간 중 많은 기관들이 ”COVID-19 대응 프로젝트”에 참여하고 있으며, 산업계 역시 마스크, 페이스 쉴드 등의 개인 보호 장비의 제조에 투자하고 있습니다. 본 사례의 마스크 제품은 신속하게 원스톱으로 생산 할수 있는 페이스 쉴드 제품의 필요성에서 비롯되었습니다. Blackcad는 쉴드, 헤드 캡 및 스트랩등 최소 3가지 구성요소로 조립되는 제품을 사출 성형 완료 직후 조립 공정을 거치지 않고 바로 착용 가능한 제품으로 설계 목표를 삼았습니다.

문제점

• 일체형 마스크 제품의 제작. 이 제품은 원래 스탬핑되거나 3D 프린팅 방식으로 생산됩니다.
• 마스크의 광학 특성 확보. 이 부분이 사용상의 편안함 정도를 결정하기 때문입니다.

솔루션

Moldex3D Professional솔루션을 사용해 성형 시스템을 시뮬레이션하면 시스템에 대해 모델링을 구축하여 일반적인 성형 공정 결함(과도한 게이트 압력값 등)을 식별할 수  있으며, 제품의 결함을 제거하기 위해 사출 성형 부품의 광학 특성도 시뮬레이션할 수 있습니다.

효과

• 사출 성형 제품을 생산할 수 없게 만드는 결함 조기 발견
• 제품을 사용하기 어렵게 만드는 광학 결함을 성공적으로 식별
• 방역에 도움이 되는 보호 도구 제작

사례 연구

본 사례에서 Blackcad는 사람의 머리에 직접 「둘러 쓸 수 있는」 사출 성형 마스크 설계를 시도하여, 생산 후 조립할 필요가 없이 바로 착용할 수 있는 일체형으로 성형된 제품을 제작하고자 하였습니다.

먼저 Moldex3D표준 FPW(유동, 보압, 변형) 시뮬레이션을 수행한 결과, 스프루의 최고 압력이 매우 높은 것을 발견했습니다.(136 MPa)

따라서 Blackcad는 전체 벽 두께를 2.0mm에서 1.5mm로 조정한 후, FPW시뮬레이션을 다시 수행했습니다 그 결과, 스프루 압력이 약간 개선되었지만 미성형 문제가 발생했습니다.

이어서 스트랩 지오메트리 중의 용융물이 더 균일하게 분포할 수 있도록 새로운 플로우 리더를 도입했습니다.

이러한 변경으로 인해 용융물이 캐비티에 완전히 채워졌지만, 스프루 압력은 여전히 상당히 높았고, 유동 시에 잔류 응력이 발생하였기 때문에 새로 설계한 마스크의 광학 성질이 저하되었습니다.

Blackcad는 재료 공급업체와 상의 후 기존에 사용하던 TPE를 점성이 더 낮은 재료로 대체하기로 결정했습니다. 새로운 ANSA로 솔리드 메쉬 모델을 만든 후 Moldex3D유동, 보압, 변형 및 광학 시뮬레이션을 진행했습니다.

분석 결과, 스프루 압력, 잔류 응력 및 최종 광학 지연값이 모두 개선된 것으로 나타났습니다.

결과

Moldex3D의 시뮬레이션을 통해 제품 생산이 불가능할 수도 있는 잠재적 결함이 모두 조기에 발견하였습니다. 또한, 제품의 광학적 성질에 대한 사전 시뮬레이션을 통해 Blackcad가 일반적인 성형 문제를 예측함에 따라, 최종 소비자가 결함이 있는 제품을 사용할 위험을 피할 수 있게 되었고, 이는 Balckcad의 고객에게도 큰 도움이 되었다고 할 수 있습니다.

Blackcad Engineering CAE 엔지니어 Przemyslaw Narowski