코어테크 연구개발부 엔지니어 양쉰

고분자 강화 복합재료 제품에 사용되는 수지 이송 성형(RTM) 공정은 항공우주, 풍력, 자동차, 스포츠 산업에 광범위하게 사용된다. 이 공정 단계는 프리프레그 드레이핑 단계, 충전 단계, 가열 경화 단계, 탈형 단계으로 나뉘는데, RTM공정 중의 성형 과정을 제어하기 위해, 산업계는 시뮬레이션 분석 및 구조 분석 소프트웨어를 결합시켜 제품의 제조 가능성을 예측하고 적시에 수정을 진행한다. 시뮬레이션 프로젝트에 입력된 정보가 현장에 근접할수록, 그 결과는 실제 상황에 더 근접한다. 예를 들면, 직물 배향의 설정 부분에서 사용자는 구조 분석 소프트웨어 LS-DYNA를 사용해 드레이핑 분석을 진행할 수 있고, Moldex3D RTM마법사 기능을 사용해 LS-DYNA 분석 결과를 가져와 메쉬를 자동 생성하고, 매핑 배향을 진행할 수 있다.

Moldex3D에서 RTM프로젝트를 생성할 때는 Moldex3D-Mesh의 RTM Wizard로 솔리드 메쉬를 생성하고 직물 배향을 설정해야 한다. 메쉬 생성 및 배향 설정 워크 플로우를 최적화한 새로운 버전의 Moldex3D R17은 메쉬 생성 워크 플로우 중의 많은 단계를 생략하거나 통합시켜, 이전의 멀티 레이어일 때 동일한 단계를 반복 실행해야 하는 상황을 개선하였다. 또한 새로운 버전은 사용자가 설정 단계에서 그룹 수와 두께를 설정함으로써 멀티 레이어 솔리드 메쉬를 한 번에 생성하고 레이어 그룹을 구별할 수 있도록 지원한다.

드레이핑 과정의 코너 지점 직물의 연장은 섬유 배향, 직물 재료 특성의 변화를 일으키고, 나아가 수지 유동에 영향을 미친다. RTM Wizard의 직물 배향 설정 단계를 사용하여, LS-DYNA로 드레이핑 분석 결과를 불러올 수 있게 되며, 이 배향 결과를 솔리스 메쉬에 매핑할 수 있게 된다. 따라서 코너 지점의 배향 설정을 드레이핑 공정에서의 실제 직물 뱡향과 더욱 근접하게 설정할 수 있다.

경화를 가속화하기 위해 RTM 공정은 경화 단계에서 몰드 온도를 높여 수지 반응을 가속화한다. Moldex3D는 경화 단계의 온도 설정이 더 간단하고 원활하도록 경화 온도 프로파일 설정 기능을 제공한다. 사용자는 레이어 그룹과 레이어 두께 설정을 통해, 한 번에 멀티 레이어의 솔리드 메쉬를 생성할 수 있고 (그림 1), LS-DYNA배향 결과를 매핑할 수 있다 (그림 2). 마지막으로 사전처리된 메쉬는 후속 분석을 위해 Moldex3D Studio에 입력된다(그림 3). 그림 4은 경화 단계의 몰드 온도 프로파일 설정 및 시뮬레이션 결과이다.

그림 1　RTM Wizard의 한 번에 생성하는 멀티 레이어 솔리드 메쉬 기능

그림 2　RTM Wizard의 LS-DYNA배향 매핑 기능

그림 3 분석을 위해 Moldex3D Studio로 메쉬파일 불러오기

그림 4　경화 단계 몰드 온도의 프로파일 설정

RTM프로세스는 레이어가 복잡하고 시뮬레이션 프로젝트 생성에 필요한 사전 처리 시간이 길기 때문에, Moldex3D는 사용자의 일반적인 문제에 대해 특별히 새로운 기능을 개발해 설정 워크 플로우를 최적화하고, 불필요한 전처리 설정 단계를 많이 줄였다. 이로써 사용자는 시뮬레이션 결과 토론 및 생산 과정에서 발생하는 문제 해결에 더욱 집중할 수 있게 된다.