사례 연구

VTT가 제작한 유기경량 유압 밸브

3 분 분량

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핀란드에 위치한 VTT 기술 연구 센터는 매우 강하고 가벼울 뿐 아니라 누수 가능성을 최소화한 유압밸브를 제작하고자 했습니다. 전통적인 제조 기술로는 불가능했던 이 도전을, VTT센터 는 3D프린팅을 통해 실행하였습니다.

기존의 압력 밸브는 내부가 직선이나 원형 드릴링으로 된 고체 블록으로 구성되어 있었습니다. 이 블록에 보조 드릴을 꽃아 사용해야 하기 때문에 언제나 누수의 위험이 있었습니다. 북유럽에서 가장 큰 종합 연구 기관인 핀란드의 VTT기술 연구센터는, 고객사인 Nurmi Cylinders를 위한 더 가볍고 누수 위험이 적은 이상적인 유압 밸브를 만들기 위해 3D 프린팅의 가능성을 시험해보기로 결정했습니다. VTT는 Materialise 의 소프트웨어인 3-matic 을 사용하여 Altair 소프트웨어로 제작된 디자인을 최적화 개선하였습니다. Altair의 OptiStruct가 토폴로지 최적화 설계와 공간 내에서 재료의 최적 배치를 정의하기 위해서 사용되었으며, Materialise 3-matic가 결과물의 메쉬를 부드럽게 처리하고 프린팅할 수 있는 형태로 최적화하는 데에 사용되었습니다.

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데이터를 정리: 일주일이 필요한 일을 단 몇 시간으로 단축하다

3D 프린팅은 사용자에게 더 큰 디자인의 자유를 제공하고 있습니다. 기존의 생산 방식으로는 제조가 불가능한 매우 복잡한 형태의 디자인도 3D 프린팅으로는 제작이 가능합니다. VTT 와 Nurmi Cylinders가 제작한 비누수형 유압 밸브와 같이, 제작 비용은 낮추면서 더 성능이 향상된 제품을 만들 수 있습니다.

위상 최적화는 개체의 강도를 저하시키지 않고 무게를 줄이는 데 자주 사용되는 기술입니다. 이 기술에 정통한 사람들은 이 기술로 나온 결과물이 유기적이고 매우 날카로운 모서리를 가진 파일이라는 것을 알 것입니다. 이런 거친 파일은 국소적인 스트레스가 축적되기 쉽고, 이런 위상을 다시 설계하는 데는 보통 며칠이 걸릴 수 있습니다. 그러나 VTT센터는 바로 Materialise 3matic을 활용하여 몇 시간 만에 위상 데이터를 정리했습니다. FEA 시뮬레이션 후, 그들은 결과 모델에 국소 스트레스 영역이 없음을 확인할 수 있었습니다.

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번거로운 CAD 재설계 불필요

많은 기업들이 위상 최적화 소프트웨어를 사용한 이후, CAD 상에서 최적화 모델을 재 디자인하기 위해 많은 시간과 노력을 들이고 있습니다. 하지만 이건 성공을 위한 가장 빠른 방법이 아닙니다. VTT센터는Materialise 3-matic를 사용해STL파일의 유압 밸브 부품을 배치했으며, 데이터 준비 소프트웨어 Materialise Magics로 서포트의 구조를 생성한 후, SLM 금속 프린팅 기계로 직접 파일을 보냈습니다. 이를 통해 VTT센터는 엄청난 시간을 절약했습니다. 그리고 SLM Build Processor는 데이터를 3D프린터로 원활하게 전달하고, 파트를 슬라이싱하여, 훌륭한 레이저 스캔 전략을 만들어 내었습니다.

이 프로젝트는 단기 생산을 위해3D 프린팅을 활용한 아주 이상적인 프로젝트였습니다. 부품의 중량, 성능, 비용 및 시간 투자의 측면에서 엄청난 변화를 만들어 냈는데요, 3D 프린팅된 부품의 무게는 원래 2.5kg에 비해서 600g에 불과하여 무게를 76%나 줄였습니다. 그리고 내부 채널 간의 원활한 전환 가능성은 유체의 흐름을 개선했고 보조 드릴링이 필요하지 않아 누출의 위험성도 현저히 줄어들었습니다. 마지막으로, VTT는 위상 데이터를 CAD에 직접 재설계하는 어려운 작업을 수행할 필요가 없어 많은 시간을 절약했습니다. 이들은 Materialise 3-matic을 사용하여 위상  데이터를 바로 작업함으로써 효율성을 최대화할 수 있었습니다.


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이 사례 연구를 간단히 요약

산업

서비스 사무소


자동차

사용한 솔루션

Materialise 3-matic


마술


금속 3D 프린팅


빌드 프로세서

이 접근 방법인 이유

밸브의 개략적인 토폴로지 최적화 데이터 정리 속도 향상


CAD에서 재설계 방지

도움을 준 방법

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