소개

Moldex3D는 최근 복합재 적층판의 성형 가능성을 예측하는 시뮬레이션 도구 AniForm과 협업하여 사용자에게 더 높은 수준의 수지 이송 성형(RTM) 분석 기능을 제공합니다. 2011년 네덜란드 트벤테 대학교(The University of Twente)를 기반으로 설립된 AniForm의 시뮬레이션 기술은 현재 특히 항공우주산업을 비롯한 전 세계 기업에 의해 널리 인정받으며 사용되고 있습니다.

현재 시중의 복합재 제품 생산 과정은 다양한 공정 단계에 따라 각각 고유한 시뮬레이션 소프트웨어를 가지고 있는데, 시뮬레이션 소프트웨어의 종류가 많고 각각의 전문적 장점이 있기 때문에 서로 다른 시뮬레이션 도구의 예측 결과를 통합할 수 있다면 실질적으로 큰 도움이 될 수 있습니다. AniForm과 통합된 Moldex3D의 소프트웨어 인터페이스는 사용자가 더 정확한 사출 분석 결과를 얻을 수 있도록 도와줍니다.

Moldex3D 유럽 사업부 덩루이민 매니징 디렉터는 “우리는 의심할 여지 없는 업계의 실력자 AniForm과 협업할 수 있게 되어 매우 기쁘게 생각합니다”, “이번은 Moldex3D와 AniForm의 첫 번째 소프트웨어 통합으로, 앞으로 보다 긴밀한 협력이 이루어지기를 기대합니다”라고 밝혔습니다.

사용자는 Moldex3D의 RTM 시뮬레이션 기술과 AniForm을 통해 고급 RTM 시뮬레이션을 실행할 수 있는데, 특히 풍력 발전 및 항공우주산업에 큰 도움이 됩니다. 사용자는 AniForm Suite에 의해 분석된 섬유 배향 데이터(ASCII파일 형식으로 저장됨)를 직접 Moldex3D로 가져와 후속 RTM시뮬레이션을 실행할 수 있습니다.

AniForm의 매니징 디렉터 Sebastiaan Haanappel는 ”AniForm은 엔지니어들이 모델링 및 다양한 시뮬레이션 소프트웨어 간의 데이터 전환에 너무 많은 시간을 소비하는 대신 예측 분석에만 집중할 수 있도록 효과적인 소프트웨어 도구를 제공하기 위해 노력하고 있습니다. Moldex3D는 산업계에서 우수한 평가를 받고 있기 때문에 이번 협업이 매우 흥분되며, 우리는 두 소프트웨어 간의 원활한 통합을 통해 사용자에게 보다 멋진 체험을 제공하게 되어 매우 기쁘게 생각합니다.”라고 언급했습니다.

도전

• 시중에 나와 있는 서로 다른 시뮬레이션 도구 간의 원활한 통합 부족.
• 섬유 직물의 성형 과정에서 크게 변경되는 섬유 배향.
• 섬유 직물의 국부 배향 범위 및 투과성에 영향을 미치는 섬유 직물의 응력과 섬유의 재배향.

솔루션

Moldex3D RTM시뮬레이션 기술과 AniForm의 성형 분석 통합.

효과

• 데이터 인터페이스의 단순화 및 설계 엔지니어의 워크 플로우 개선.
• RTM모델의 정확도 향상.
• RTM 시뮬레이션 결과의 정확도 향상.

사례 연구

이번 사례의 연구 목표는 하나는 가정된 직교 섬유 직물 배향으로 직접 시뮬레이션하고, 다른 하나는 AniForm에 의해 분석된 섬유 직물 배향 예측 결과를 포함시켜 고려하는 두 가지 모델을 비교함으로써, 서로 다른 입력 조건이 최종 수지 주입 시뮬레이션 결과에 얼마나 분명하게 영향을 미치는지 관찰하는 것입니다.

이번 연구에서 AniForm팀은 먼저 AniForm 소프트웨어로 직물 섬유의 성형 시뮬레이션을 실행하여 ASCII 파일로 내보낸 후, 다시 Moldex3D로 가져와서 RTM 시뮬레이션을 실행하였습니다.

그림 1　AniForm과 Moldex3D를 통합해 실행한 RTM 시뮬레이션 프로세스.

이 사례의 경우, 5개 [(0/90)]5 레이업의 섬유 직물로 구성된 적층판이 몰드 캐비티에서 최종 제품 모양으로 형성됩니다. 이어서 몰드 캐비티를 가열하고 수지를 주입한 후 제품이 경화되면 최종적으로 성형된 직물 섬유를 꺼낼 수 있습니다.

그림 2　AniForm으로 시뮬레이션한 섬유 직물 적층 성형 과정

후속 Moldex3D주입 시뮬레이션에서 성형 과정에 발생되는 섬유 직물 왜곡 현상을 포함시켜 고려하기 위해, 먼저 AniForm으로 복합재 성형 시뮬레이션을 실행했습니다. 그림 3은 AniForm에 의해 예측된 성형 과정 중 일부 적층판의 다양한 변형 상황입니다. 이러한 섬유의 변형은 마지막 완전한 몰드 폐쇄 단계에서 평면 내 전단 분포 및 섬유 재배향에 영향을 미칩니다 (그림 4).

그림 3　다양한 상황에서의 제품 변형을 예측하는 AniForm.

그림 4　AniForm이 예측한 전단 각도 분포

위에서 언급한 것처럼, Moldex3D에 의해 두 가지 주입 모델이 생성되었습니다. 그림 5는 두 가지 주입 모델의 구성으로, 첫 번째는 섬유 직물이 여전히 직교라고 가정합니다. 즉, 각 부위가 모두 0도 또는 90도입니다 (연한 파란색 0도, 진한 파란색 90도). 그러나 성형 과정이 평면 내의 섬유 변형을 유발하기 때문에, 각 부위의 섬유 배향이 0도나 90도로 될 수 없으므로 직교 섬유는 실제로 존재하지 않습니다. 따라서, 두 번째 모델에서 AniForm이 성형 분석한 섬유 재배향 결과를 포함시켜 고려하면 섬유 배향 변경이 투과성, 즉 유체가 섬유를 통과하는 능력을 설명하는 데 사용되는 값에 영향을 미칩니다. 이러한 방식으로 유동 과정의 영향을 예측할 수 있기 때문에, 두 번째 모델이 더 사실적인 정확한 분석을 얻을 수 있습니다.

그림 5　직물 섬유 배향 비교

Moldex3D의 정밀 RTM시뮬레이션 기능을 사용하면, 서로 다른 섬유 배향 정보를 입력할 때 플라스틱이 섬유 직물을 통과할 때의 결과에도 차이가 있음을 실제로 관찰할 수 있습니다. 그림 6의 원으로 표시된 부분에서 수지 유동의 왜곡 현상을 볼 수 있는데, 여기서 섬유 직물 재배향으로 인해 유동 방향 상의 국부적 투과율이 낮아졌습니다. 제품의 부피가 더 크고 복잡한 형상을 고려하면 이러한 상황은 제품의 불완전한 습윤을 유발할 수 있으므로 공정 설계자가 수지 입구 지점을 다시 구성해야 합니다. 또한, 그 유동 과정에서 충전 시간이 약간 더 길어질 수 있습니다. 충전 시간 예측을 개선한다면, 엔지니어가 필요한 생산 주기 시간을 더 정확하게 평가할 수 있습니다.

그림 6　유동 선단 비교

결과

Moldex3D와 AniForm의 협업을 통해 개발된 인터페이스는 성형 과정의 변형으로 인해 생성된 섬유 배향 변화를 RTM 분석에 포함시켜 고려할 수 있기 때문에 더욱 사실적인 유동 정보를 얻을 수 있습니다. 성형 단계의 재료 변화를 고려하고 고려하지 않은 모델을 비교해 보면, 투과율 분포 차이로 인해 유동 선단 및 충전 시간에 대한 두 모델의 예측 정확도에 차이가 있음을 알 수 있습니다. 유동 과정에서 시간의 경과에 따른 분석 능력이 향상 되면, 엔지니어는 서로 다른 공정 구성의 차이 및 생산 주기를 더욱 정확하게 평가할 수 있습니다. Moldex3D와 AniForm의 통합을 통해 엔지니어는 원활하고 문제 없는 워크 플로우를 체험할 수 있고, 분석 결과도 더 자신감을 가지고 해석할 수 있습니다.