원제: 적층 가공을 시작하기 전 예상해야 할 것들
장비 시뮬레이션을 활용하면 적층 가공 공정을 처음부터 끝까지 보다 더 정확하게 확인할 수 있습니다.
기고자: Gene Granata, CGTech, Vericut 제품 담당 매니저
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/9999EC4A5BCD21EC10)
시뮬레이션은 CNC 장비 가공 중 발생할 수 있는 치명적 에러, 장비 구성요소, 값비싼 적층 부품, 비절삭 공구 섕크, 홀더 등 파트 파손의 원인이 되는 에러,를 사전에 감지할 수 있습니다. 이미지 제공: CGTech.
다른 제조업 부문과 마찬가지로 3D 프린팅은 이제 금형, 다이, 공구 제작 시장에서도 점차 그 비중이 높아지고 있습니다. 형상적응형 냉각수로 금형 인서트, 금형 수리, 고속 프로토타입과 브릿지 툴링, 혹은 견적 및 고객 승인을 목적으로 만들어 진 3D 프린팅 모델이든 상관없이 적층 가공에 뛰어 든 모든 이들은 이제 3D 프린팅을 주요한 가공 수단으로 인지하고 있습니다.
그러나 금속 적층 파우더-베드와 스프레이-분사 기술은 여전히 상대적으로 새로운 기술이기 때문에 어려움이 존재합니다. 이송 속도, 전력 수준, 재료 공급 속도 및 가스 흐름과 같은 레이저 파라미터에 최적인 "레시피"는 종종 최선을 다한 추측의 결과이거나 장비를 이용해 천천히 시행착오를 거치며 결정된 것들입니다. 3D 프린터에서 사용하는 피드 스톡과 파우더의 움직임도 비슷합니다.
적층 가공으로 생산된 부품은 그 형태의 '유동적'인 상태가 오래 지속됩니다. 디자이너와 엔지니어가 이 새로운 기술을 가장 잘 활용할 수 있는 방법을 학습해 나가고 있지만 온도로 인한 내부 스트레스와 종종 발생하는 "구조 파손"으로 인한 형태의 뒤틀림은 흔한 일입니다. 그래서 3D 프린팅 작업 후에도 구멍이나 미삭 부분을 다듬기 위한 2차 가공 공정이 필요한 경우가 대부분입니다.
설상가상으로 CNC 머시닝센터나 선반 가공 장비 때문에 문을 열고 가공 형상이 완성되어 가는 모습을 지켜볼 수 없는 경우가 많습니다. 따라서 장비 소유자, 프로그래머, 운영자 등은 가공 시작 버튼을 누르기 전에 최종 가공 형상에 대해 예상할 수 있어야 하며, 제조 공정에 대한 첫 단계부터 마지막 단계까지 명확하게 파악하고 있어야 합니다. 이를 위한 가장 좋은 방법은 장비 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하는 것입니다.
장비 시뮬레이션의 필요성
어떤 사람들은 장비 시뮬레이션 소프트웨어가 충돌 검사에만 유용하다고 주장하기도 합니다. 그리고 형상을 쌓아 올리는 적층 가공 공정에서는 기존의 절삭 가공에서 흔하게 발생하는 장비나 공구의 충돌 가능성은 거의 없다고 주장합니다.
이 주장은 일부 적층 장비를 제외하면 현실적이지 못한 이야기 입니다. 금속 기반의 적층 장비는 특히 더 가공 속도가 느립니다. 작업자는 가공이 한참 진행된 후에야 디자인 상의 오류, 적층 파라미터 ‘레서피’의 오류, 혹은 공정 상의 오류 등을 파악할 수 있습니다.
효율적으로 최적의 견적을 산출하기 위해서도 적층 가공이 적합할 지 아니면 치구와 공구를 사용한 기존의 절삭 가공 방식이 더 좋은 지 정확하게 판단할 수 있어야합니다.
가공 전 몇 분을 투자해서 시뮬레이션만 하면 비싼 장비로 수천 달러를 들여 결국은 쓰레기통으로 들어갈 불량품을 만드는 것을 방지할 수 있습니다. 시뮬레이션은 설계 도면을 ‘프린트 후’ 상태로 확인해 볼 수 있는 마지막 기회를 제공합니다. 의문스러운 부분이 있다면 적층 파라미터를 다시 확인하거나 고객과의 상담을 통해 미래에 일어날지도 모를 ‘재앙’을 사전에 방지할 수 있습니다.
의문스러운 부분이 있다면 적층 파라미터를 다시 확인하거나 고객과의 상담을 통해 미래에 일어날지도 모를 ‘재앙’을 사전에 방지할 수 있습니다.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99BC5B475BCD22920B)
시뮬레이션을 통해 NC 프로그래머는 파트 가공에 적절하지 않은 셋업이나 공정을 걸러낼 수 있습니다. 시뮬레이션은 프로그래머의 컴퓨터로 진행되기 때문에 하이브리드 장비를 의미없이 프로그램 검증을 위해 운영할 필요도 없습니다.
다음 단계로의 이동
이미 기존의 절삭 가공을 위한 툴패스 검증 및 최적화 소프트웨어가 익숙하다면 툴패스에 장비가 어떻게 반응하는 지 확인하는 가장 좋은 방법이 실가공 G코드 시뮬레이션이라는 것도 이미 알고 있을 것입니다. 더 이상 포스트 프로세서의 예상치 못한 움직임으로 0.5인치 볼노스 엔드밀이 가공 형상에 돌진하는 상황을 발생할 지 불안해 하지 않아도 됩니다. 과/미삭도 정확하게 검증하고 장비의 비효율적인 움직임도 파악할 수 있습니다.
이러한 이점은 적층 제조에도 해당됩니다. 최종 가공 형상이 설계와 다르거나, 보이드가 발생한다거나, 소재가 중첩된다거나 하는 등의 에러를 사전에 명확하게 확인할 수 있습니다. 가스의 흐름, 전력, 분말 증착 등 레이저의 움직임을 추측할 필요가 없습니다. 상세 적층 가공 기록을 보관할 수 있고, 오류가 발생한 경우 가공 후 원인을 분석할 수도 있습니다. 마우스 클릭 한 번으로 에러의 원인이 되는 NC 프로그램, (적층 혹은 절삭)공구 및 NC 코드 블록을 정확하게 식별할 수 있습니다.
하이브리드 적층 장비라면 시뮬레이션의 필요성이 더욱 커집니다. 충돌을 제거하는 것도 중요하지만 금속 적층과 절삭 가공이 함께 진행되는 것은 훨씬 복잡한 공정입니다. 하이브리드 적층 공정의 전체 공정이 시각화 되어 눈으로 직접 확인할 수 있고, 다시 보기가 가능하고, 앞으로 빨리 돌리거나 문제가 있는 부분을 확대해 볼 수도 있습니다.
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시뮬레이션은 NC 프로그래머가 적층하거나 절삭하는 공정을 장애물 없이 확인하면서 프로그래밍 된 툴패스의 품질과 효율성을 판단하게 돕는 동시에 장비 이동 범위가 적절한 소재 디포지션 범위를 벗어나는 등의 에러가 발생하지 않도록 해 줍니다.
미래를 위한 투자
익숙하지 않은 새로운 기술에 큰 비용을 투자하고 불안한 마음이 든다면 미스터리를 제거해 주는시뮬레이션이 고민을 덜어줄 수 있습니다. VERICUT은 모든 주요 적층 및 하이브리드 장비 모델을 제공합니다. 3D 모델과 NC 코드 정보만 있으면 바로 시작할 수 있습니다. 적층 가공 속도를 쉽게 파악하고 투자 하기 전에 가공 역량을 판단해 볼 수도 있습니다.
더 나아가 적층 가공으로 금형이나 툴링 작업을 진행할 때 견적을 어떻게 해야 할 지 고민하고 있다면 시뮬레이션 소프트웨어가 도울 수 있습니다. 이 소프트웨어는 잠재적인 문제 영역을 식별하면서 정확한 가공시간, 소재 정보, 전력 소비 등을 내역을 파악합니다. 다양한 생산 전략을 실험하고 최적의 접근 방식을 결정할 수 있습니다. 이렇게 하면 작업자가 부품의 프린팅이 필요한 부분과 절삭 가공이 필요한 부분을 쉽게 결정할 수 있습니다. 적층 및 절삭 가공 공정, 보조 가공 및 사후 마감작업과 같은 단계를 포함하여 전체 제조 프로세스 시각화하고 검증할 수 있으므로 비용이 많이 드는 재 작업을 방지할 수 있습니다.
이제 옛 방식에서 벗어날 시간
기존 방식이 아직 유효한데 왜 굳이 새로운 기술을 받아들여야 하는 지 아직 이해할 수 없을 지 모릅니다.
첫 NC 선반장비와 밀링 장비가 등장했을 때도 시장의 반응은 비슷했습니다. 하지만 지금은 CNC 장비 없이 가공한다는 것을 상상하기 어렵습니다. 적층 가공도 곧 비슷하게 필수적인 가공공정의 하나로 여겨질 것입니다. 부품의 가공 품질과 효율 향상을 위해 언제 어떻게 어떤 기술을 적용할 지 판단하는 것이 성공 여부를 가릅니다.
장비 시뮬레이션은 CNC 적층 장비와 하이브리드 장비를 이용한 3D 프린팅을 더 안전하게 해 주어 작업자의 두려움을 덜어줍니다. 그리고 적극적으로 새로운 것을 받아들이는 사람들의 가공 효율 향상에 도움을 줍니다.
시뮬레이션을 시작할 때입니다.
본 기고문을 작성한 Gene Granata는 CGTech의 VERICUT 제품 매니저입니다.
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