Moldex3D 차세대 메쉬 기술, 복잡한 런너 설계의 실현

과거 플라스틱 충전 시뮬레이션 기술 발전 과정은 제품 자체의 충전 과정에 중점을 두었다. 런너 분석 중 1D 선구조 및 간소화된 수치 가설을 활용해 수지가 캐비티 안 런너의 끝부분을 통해 제품으로 들어갈 때의 유속, 압력 등의 수치를 구하고 이를 플라스틱 충전 시뮬레이션의 입구 조건으로 활용했다. 이후 런너 시뮬레이션이 점차적으로 중시되어 3D 런너 메쉬 기술이 도입됨에 따라, 런너의 시작점에서도 충전 시뮬레이션을 진행할 수 있게 되었다. 런너 속 수지의 각종 유동 행위를 시뮬레이션함으로써 온도 변화뿐만 아니라, 전단 가열에 의해 발생할 수 있는 온도 불균형 및 캐비티 충전 불균형 등 각종 문제를 발견할 수 있게 되었다.

런너 내부 수지의 운동를 정확하게 시뮬레이션 하기 위해서는 3D 런너 메쉬의 품질이 매우 중요하다. 과거에는 Moldex3D-Mesh를 통해 사용자가 1D 곡선 섹션 메쉬 및 솔리드 메쉬 생성 도구를 활용해 반자동으로 3D 런너 메쉬를 생성할 수 있었다. 비교적 간단한 런너 설계의 경우 Moldex3D Designer의 런너 마법사 기능 및 선구조 런너 직경 파라미터를 사용하여 자동으로 3D 런너 메쉬를 생성할 수 있게 되었다. 이러한 툴 및 기술은 시뮬레이션 분석 소프트웨어의 필수불가결한 기능으로, 생성된 모든 3D 런너 메쉬는 시뮬레이션 분석 결과와 매우 밀접한 연관성을 갖는다.

하지만 몰딩 산업 기술의 부단한 발전에 따라 각 목적에 부합하는 런너 설계 역시 더욱 다양해지고 그 복잡성 또한 높아지게 되었다. 사용자가 복잡한 3D 런너 메쉬를 대량으로 생성해야 하는 경우 이를 위해 부담해야 하는 비용이 상당하기 때문에 이 상황을 개선하기 위한 해결책을 마련해야만 했다. 

사용자의 시간을 대폭 감축하면서도 가장 적합한 시뮬레이션 분석용 3D 런너 메쉬를 얻기 위해 Moldex3D는 R15 버전을 통해 자동화된 고품질 런너 메쉬 생성 기술을 선보였다. 육면체 위주의 솔리드 메쉬(Hexa-based solid mesh), 다양한 노드 타입(Node types), 실시간 노드 미리보기(Node Preview) 등 다양한 기능에 대해서는 아래에 상세히 소개되어 있다.

런너 시스템의 새로운 육면체 메쉬 방식

육면체 런너 메쉬의 장점은 바로 비교적 적은 원소량만을 사용해 필요한 모든 레이어를 얻을 수 있다는 점이다. 해상도가 높을 뿐만 아니라 상당한 분석 연산 시간을 절약할 수 있고 그림1과 같이 메쉬의 품질도 향상시킬 수 있다.

그림1 좌측 그림은 Moldex3D Designer R14의 런너 메쉬 섹션 프로토타입이며, 이를 통해 생성된 솔리드 메쉬는 모두 삼각주 모형이다. 우측 그림은 Moldex3D Designer R15의 런너 메쉬 섹션 프로토타입이며, 생성되는 솔리드 메쉬는 모두 육면체이다.

다양한 종류의 런너 노드 형식 정의

런너 곡선의 교차점 상의 교차 곡선의 수량, 각도 및 런너 형식에 따라 자동으로 운용할 수 있는 런너 노드 형식을 판단해 사용자에게 선택하도록 제시한다. 그림2의 사례는 삼선 곡선의 교차점으로, 주 런너는 두 갈래의 작은 런너로 분할되어 T자형 모양을 띠고 있다. 소프트웨어가 자동으로 3종 노드 형식을 골라 선택할 수 있도록 제공한다. 모든 런너 형식은 각자의 미리보기 객체, 솔리드 메쉬 결과와 함께 사용자에게 제공된다.

그림 2 런너 시뮬레이션 기술이 자동으로 운용 가능한 런너 노드 형식을 판단해 사용자가 선택할 수 있다.

런너 노드 실시간 미리보기(Real Time Node Preview)

위에서 설명한 것처럼 차세대 런너 메쉬 기술은 런너 노드 형식 설정 시 실시간 런너 노드를 미리보기가 가능해 메쉬가 완성될 때까지 기다릴 필요 없이 노드의 형식을 확인할 수 있다. 또한 설정된 모든 노드 형식을 통해 런너 메쉬를 생성함으로써 변형이 발생하지 않는다. 흔한 런너 노드의 경우 육면체 위주(Hexa-based)의 메쉬를 생성하는 반면, 복잡한 런너 노드의 경우 BLM 메쉬를 생성한다.

그림3은 각종 런너 노드의 미리보기 및 메쉬 결과이다. 런너 곡선 파라미터 설정 후의 결과를 볼 수 있으며, 육면체 솔리드 메쉬 런너의 노드 미리보기 결과 및 메쉬 생성 후의 결과로 전환할 수 있다. Moldex3D R15는 런닝 게이트 기능도 특별히 강화되어, 사용자에게 자주 사용하는 런너 게이트 노드 형식을 선택하여 메쉬를 생성할 수 있는 환경을 제공한다(그림4).

그림3 상단은 런너 곡선 파라미터 설정 후의 결과, 중간 부분은 육면체 솔리드 메쉬 런너로 전환된 노드 미리보기 결과, 하단은 메쉬 생성 후의 결과

그림4 상단은 런너 게이트 곡선 파라미터 설정 후의 결과, 중간 부분은 육면체 솔리드 메쉬 런너 게이트로 전환된 노드 미리보기 결과, 하단은 메쉬 생성 후의 결과

그림 5의 시뮬레이션 분석 결과에서 확인할 수 있듯이 차세대 런너 메쉬는 육면체 메쉬를 운용함으로써 원래의 런너 메쉬보다 적은 원소량을 사용하면서도 더 나은 메쉬 품질 및 분석 결과를 제공한다.

그림 5 차세대 런너 메쉬: 원래 런너 메쉬보다 적은 원소량을 사용하면서도 더 나은 메쉬 품질 제공

Moldex3D R15의 고속, 고품질 런너 메쉬 기술을 통해 최단시간 내에 자동으로 고해상도의 육면체 메쉬를 생성할 수 있다. 또한, 런너의 원본 기하학 형상에 더욱 근접할 수 있어 정확한 분석이 가능하다. 이를 통해 사용자는 더욱 효율적으로 복잡한 런너 설계를 완성할 수 있으며, 인공으로 메쉬를 제작하는 데 드는 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있다.