CAE 시뮬레이션 소프트웨어 및 서비스 분야의 글로벌 선도 기업 한국엠에스씨소프트웨어(대표이사 이찬형)는 자사 브랜드인 ‘Simufact’가 소결 공정(Sintering Processes)에서 발생하는 부품 변형을 제조 업체가 설계 단계에서 예측하고 방지할 수 있도록 최초의 금속 바인더 젯팅(MBJ, Metal Binder Jetting)의 시뮬레이션을 도입했다고 밝혔다.

이 새로운 시뮬레이션 도구는 제조 업체가 대량 생산의 고유한 이점을 활용하면서 필요한 품질을 달성할 수 있도록 적층 제조의 새로운 길을 열었다고 볼 수 있다.

금속 바인더 젯팅은 일반적인 파우더 베드 융합 공정(PBF)보다 여러 장점이 있는 새 적층 제조 기술이다. 최소한의 간격으로 부품을 대량 프린팅할 수 있고, 지지 구조가 필요하지 않으며 부품 크기를 더 늘릴 수 있다. 자체적 고비용 금속 사출 성형을 대체할 수 있어 자동차 및 항공기 부품부터 의료 기기에 이르는 모든 분야에 적합하다.

높은 해상도도 지원해 기어나 터빈 휠처럼 구조가 복잡한 경량 금속 부품의 생산 비용과 리드 타임을 줄일 수 있다. 하지만 얼리 어답터가 필요한 품질 수준을 달성해 이 같은 이점을 활용하는 방법을 배우려면 많은 전문 지식을 짧은 시간 안에 습득해야 하는 어려움을 극복해야 한다.

그 가운데 한 가지 핵심 과제는 소결 공정에서 발생하는 변형을 예측하는 것이다. 부품은 최대 35%까지 수축할 수 있지만, 다른 공정에 사용되는 단순한 수축 모델은 빌드 뒤 소결 공정에서 발생하는 변형까지 예측할 수 없다.

지금까지는 각 부품 프린팅에 값비싼 물리적 시험이 필요했기 때문에 많은 제조 업체가 MBJ가 제공하는 저비용과 유연성을 누리지 못했다. 다행히 올 8월부터 기존 Simufact Additive 고객에게 제공되는 새로운 도구로 MBJ 공정 역량을 대폭 확대할 수 있게 됐다.

제조 업체는 시뮬레이션 전문 지식 없이도 소결 도중 발생하는 열변형, 마찰 및 중력 등에 따른 수축을 예측할 수 있다. 이러한 변경 사항을 보정하면 부품을 설계한 대로 3D 프린팅할 수 있으며 생산 팀이 폐기하거나 재처리해야 하는 부품 비율을 크게 줄일 수 있다. 또 프린팅 이전에 소결이 유도하는 기계적 응력이 예측돼 결함이 발생할 수 있는 위치를 나타낼 수 있다.

제조 업체는 이러한 정보를 사용해 제품 개발 초기에 변경 사항을 반영하고 값비싼 재설계 작업을 줄일 수 있다. 바쁜 제조 전문가를 위해 설계된 이 도구는 모델 설정을 자동화하고 제조 시뮬레이션에 필요한 CAD 또는 CAE 파일을 준비한다. 이외에도 Python 스크립트를 통해 시뮬레이션을 자동화할 수 있다.

소결 보정을 검증하고 품질 신뢰도를 높이기 위해 MBJ 도구에서 최적화한 지오메트리를 사용자 인터페이스 안에서 제조한 부품의 최초 설계(CAD) 지오메트리 및 계측 스캔과 바로 비교할 수 있다.

Simufact 및 FTI의 수석 제품 관리 이사인 Gabriel McBain 박사는 “제조 업체가 이 중요한 새 방식을 십분 활용할 수 있도록 금속 바인더 젯팅 소결 공정을 시뮬레이션하는 첫 번째 솔루션을 시장에 소개하게 돼 매우 기쁘게 생각한다”며 “자동차 산업과 같이 복잡한 부품을 대량 생산해야 하는 경우처럼 고객이 금속 바인더 젯팅을 핵심 제조 기술로 보고 있음을 잘 알고 있다. 제조 및 프린터 장비 파트너와 숙련된 자사의 연구 개발 부서 간 긴밀한 협력이 없었다면 이번 개발은 불가능했을 것”이라고 말했다.