1. 자동차 금형의 기술 동향
1) 자동차 금형의 CAD/CAM/CAE 기술 동향
○ 국제적으로 치열한 시장 경쟁, 심각한 환경․안전 규제에 직면하고 있는 자동차 산업은 제품의 개발 기간 단축, 개발 제조 코스트 절감과 동시에 성능․품질의 향상을 요하며 자동차 메이커에서는 현재 약 12~13 개월간을 소요하고 있는 신차의개발 기간을 60% 정도까지 단축하려고 하는 활동을 전개하고 있음.
- CAD(Computer Aided Design)/CAM(Computer Aided Manufacturing)/CAE(Computer AidedEngineering)/RP(Rapid Prototyping) 계측 등의 디지털 엔지니어링이나 현물 융합 엔지
니어링을 최대한 활용하여, 설계 및 생산의 각 부문을 개발 전반에서 성능 검토와예측을 집중적으로 할 수 있는 개발 프로세스의 변혁이 강하게 요구되고 있음.
- 그 배후에 CAD/CAM/CAE/RP/계측 소프트웨어의 3차원 형상 모델링이나 기하 처리의 방법도 종래의 솔리드(Solid) 및 서피스(Surface) 모델 중심의 방법에서 메시(Mesh) 모델 중심의 방법으로 변화되고 있음.
- CG(Computer Graphic)용 형상 모델링 분야에서 형상을 고밀도의 삼각형 집합체로서 실현한 삼각형 메시 모델의 생성․검색․변형․편집․정형․간략화 등에 관해서 많은 우수한 이론 연구가 이루어져 왔으며 CG 분야에서 축적한 메시 모델링기술을 CAD/CAM/CAE 등의 제작 분야에 유효하게 활용할 수 있다면, 현재의솔리드 모델을 중심에 둔 제작의 처리 스킬을 극적으로 단순화 및 효율화할 수 있을 가능성이 높음.
- 이력 베이스 모델링이 주류가 되기 이전에는 치수 베이스 모델링(이력리스 모델링)에의해 형상이 구축되고 있었지만, 형상 피처를 인식할 수 없기 때문에 또한 형상이 파라미터로 정의되어 있지 않기 때문에 간단한 형상 수정에 대해서도 시간을요하고 형상의 편집도 곤란하다는 문제를 해결하기 위해 이력 베이스 모델링 방식과 치수 베이스 모델링방식의양 방식을 병용한 하이브리드 모델링 방식이 개발되고 있음.
- 이 방식은 형상 변경 등을 모델링 이력에 의한 제약을 받지 않고 실행할 수 있는동시에 설계자의 의도에 의한 설계 구속을 유지할 수 있음.
○ 또한 다른 시스템과의 연휴를 강화한 Synchronous Technology 기능이 개발되고있어, 다른 CAD 시스템의 데이터에 대해서도 이력에 구애받지 않는 다이렉트 형상 수정 및 편집이 가능해지고 있음.
○ 부품의 각 부위가 해야 할 기능을 기능 피처로서 정의하고, 기능 피처에 대해서 치수 공차, 기하 공차, 가공 정보 등을 관련지은 데이터베이스를 구축함으로써 부위에 할당된 기능 피처 정보를 기초로 자동적으로 필요한 속성 정보를 부여하는 기능 피처에 기초하는 CAD 시스템이 개발되고 있음.
○ CAM 시스템의 한 가지 기능으로서 형상 피처를 인식하여 그 형상 피처에 대해서미리 정한 가공 방법을 적용하여 NC(Numerical Control) 데이터를 생성하는 방식이 몇 가지 개발 되어 왔으며 이는 형상 피처마다 숙련자의 경험에 기초하는 가공방법을 디지털 데이터로서 보존하여 가공 노하우로서 재이용하는 것을 가능케 하고 있음.
- 또한 CAD 데이터의 수정과 함께 리얼 타임으로 NC 데이터를 수정하는 것을 실현
하고 있으며 이 기능에 의해 한번 숙련자에 의해 고품질의 NC 데이터를 작성하고있으면, 설계 변경에 대해서는 숙련자가 아니라도 고품질의 NC 데이터 작성이 가능해짐.
- 그리고 NC 프로그램의 편집 기능도 고도화되어 가고 있고, NC 프로그램에 대해서 컷(Cut) 및 페이스트(Paste) 조작을 허락하고 있으며, 그것에 동반하는 NC 프로그램의 최적화는 자동적으로 이루어짐.
- CAM 시스템의 동향에 있어 5축 제어 가공용 기능의 개발이 이루어지고 있으며 대부분의 시판 시스템에서 5축 제어가공 기능이 추가되어 가고 있는 추세임.
○ CAE 시스템은 가상공간에서 제품의 기능 평가를 가능케 하고 있으며, 제품의 시작을 대폭으로 절감할 수 있기 때문에 제품 개발의 효율화, 코스트 절감에 크게 공헌하는 툴이 되어 있으며 그 활용에 있어서는 CAD 시스템으로부터 제품 형상 데이터를 받아, 해석을 위해 메시 데이터를 구축함.
- 메시 데이터는 CAD 데이터로부터의 자동 구축도 가능하지만, 해석 정도를 향상키기 위해 CAE 해석 숙련자에 의해 매뉴얼 조작을 함으로써 메시 데이터의 수정이 이루어지고 있음.
- 해석의 결과로서 형상 변경이 필요하다고 판단되었다면, CAD 시스템으로 형상 변
경을 하고 CAE 시스템으로 해석이 반복됨.
- 따라서 설계 변경 때마다 메시 데이터의 구축작업이 필요하며, 메시 데이터에 있어
설계 변경이 가능해지면 메시 데이터 구축을 위한 시간과 코스트 절감이 가능해짐.
- 최근에는 메시 데이터에 대해서 변형 영역과 비변형 영역을 지정하고, 변형 영역
메시에 대해서 벤딩(Bending)이나 비틀림, 확대 및 축소 등의 변형 조작을 가능케
하는 기술이 개발되고 있음.
- CAD 데이터로부터 메시 데이터를 생성하고, 그 메시 데이터의 요소에 형상 피처
정보를 부여함으로써 메시 데이터로 형상 피처의 변형, 추가 및 삭제를 가능케 하
며, 또한 메시 데이터로부터 CAD 데이터를 구축하는 방법이 개발되고 있음.
○ 리버스 엔지니어링(Reverse Engineering)은 비접촉 고밀도 점군 측정기의 개발과
함께 십 수 년 전에 실용화된 시스템으로 자동차 보디 형상의 디자인 프로세스에
있어 클레이(Clay) 모델 등의 실제 모델로부터 CAD 모델을 구축하는 기술로서 효
과적으로 활용되고 있음.
- 이 기술은 의장 디자인을 위한 툴로서 이용되는 동시에 수정 금형 형상의 CAD 데
이터화의 툴로서도 유효함. 즉, 금형의 제작에 있어 불량이 있는 경우에는 금형이
수정되는데, 이 단계에서 금형 형상은 CAD 형상과 다른 형상으로 되어 있으며, 금형의 유지관리나 재가공을 위해 수정된 금형의 형상을 CAD 데이터로서 보존하는것이 필요하고, 리버스 엔지니어링은 이를 위한 기술로서도 유효함.
- 최근에는 비접촉 고밀도 점군 측정기의 성능이 향상되어 고속, 고정도의 측정이 가
능해지고 있음. 측정기의 고정도화에 의해 리버스 엔지니어링은 의장 형상의 CAD
데이터 구축 툴로서의 용도에 더하여 가공부품의 가공 정도 검증에 대해서도 활용
되고 있음.
- 리버스 엔지니어링의 프로세스에 있어, 고밀도 점군 데이터로부터 곡면식을 도출
할 때에 형상을 구성하고 있는 곡면의 경계선을 추출해야 함.
- 이 작업은 숙련을 요하는 매뉴얼 조작으로 이루어지므로 많은 시간을 요하고 있어
서, 곡면 경계선의 자동 추출을 실현하기 위한 연구 개발이 시도되고 있음.
출처: 한국과학기술정보연구원 자료