사출성형해석 Moldex3D, 자동차 인테리어 디자인을 한단계 업그레이드하다

Customer Profile

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• 고객: Dr. Schneider
• 국가: 폴란드
• 산업: 자동차
• 솔루션: Moldex3D Advanced: Flow, Pack, Cool, Warp, MCM, Digimat-RP, Fiber, FEA Interface, Expert, Advanced Hot Runner, Viscoelasticity, CADdoctor

닥터 슈나이더(Dr. Schneider)는 자동차 관련 고품질 플라스틱 제품을 주력으로 생산하는 기업이다. 제품군으로는 차세대 환기 시스템, 고도로 일체화된 계기판 및 센터패시아 모듈 등을 취급한다. (출처: www.dr-schneider.com)

개요

닥터 슈나이더의 CAE 엔지니어, Przemyslaw Narowski는 사출 성형 문제 개선을 위한 시뮬레이션 툴로 Moldex3D를 선택하게 된 이유를 공유했다. 그들은 Moldex3D를 사용해 신제품 디자인의 실현 가능성에 대해 연구했으며, 해당 기술을 향후 응용 분야에 적용함으로써 CAD, CAE에서 CAM에 이르는 전체 프로세스를 더욱 원활하게 진행할 수 있었다. 본문에서는 다양한 사례를 통해 Moldex3D 시뮬레이션의 정확도 및 업계에 가져온 가치에 대해 소개한다.

목표

• 제품 에어 트랩 문제
• 심각한 제품 변형
• 배기 설계
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솔루션

Moldex3D는 연료 필터 사례의 변형 수치를 40% 개선함으로써 제품 규격을 충족시키는 데 큰 역할을 했다. 또한, 자동차 인테리어 사례에서 Moldex3D는 제품 에어 트랩 문제를 해결함으로써 외관 결함을 예방하는 데 도움을 주었다.

장점

• Moldex3D 시뮬레이션과 실제 결과의 일치성 확인
• 왜곡 문제 40% 개선
• 적합한 배기 위치 설정으로 제품 에어 트랩 문제 예방
• “역 시뮬레이션” 개념 도입으로 미래의 제품 개발 방향성 제시

사례

본 사례의 목표는 Moldex3D 시뮬레이션과 실제 결과의 일치성을 확인하고, 나아가 제품 왜곡을 개선하고 에어 트랩 문제를 해결하는 것이었다.

첫 번째 사례에서 닥터 슈나이더는 Moldex3D 시뮬레이션을 활용해 자동차 주요 부품의 변형 결과(그림 1) 및 차량 내부 수납함 레버(그림 2)에 대한 시뮬레이션 작업을 진행했으며, 시뮬레이션 결과가 실제와 매우 유사함을 확인할 수 있었다.

그림 1 자동차 엔진 부품 변형 시뮬레이션 및 실제 측정 결과 비교

그림 2 레버 변형 시뮬레이션 및 실제 측정 결과 비교

두 번째 사례에서는 연료 필터 레버 및 커버의 새로운 설계에 심각한 변형 및 에어 트랩 문제가 잠재되어 있음을 Moldex3D를 통해 확인할 수 있었는데, 양자 모두 조립 문제를 야기하고 제품 외관을 악영향을 미칠 수 있었다.
닥터 슈나이더는 상기 문제 해결을 위해 새로운 설계를 도출했으며, Moldex3D를 활용해 제품 수축이 가장 심한 부위의 소재를 절반으로 줄이고(그림 3) Moldex3D가 예측한 영역에 적합한 배기 위치를 설계했다(그림 4). 변경된 디자인은 제품 두께가 얇아졌으며 Moldex3D 시뮬레이션 결과를 통해 변형 문제가 개선되었음을 확인할 수 있었다.

그림 3 새로운 제품 설계에서 수축률이 가장 높은 부위의 소재를 절반으로 감소

그림 4 Moldex3D로 에어 트랩 위치를 정확하게 예측함으로써 적합한 배기 위치 선정

설계 변경 후에는 다시 Moldex3D를 사용해 원본 설계와 개선된 설계의 시뮬레이션 작업을 수행했다. 원본 설계의 왜곡 분석 시뮬레이션을 통해, 제품의 두께가 두꺼운 부위의 높은 수축률이 변형 문제를 확대 야기시킬 수 있음을 확인할 수 있었다(그림 5). 또한 제품 두께를 수정한 설계에서는 변형의 정도를 40%나 감소시킬 수 있었다(그림 6).

그림 5 원본 설계의 큰 변형량

그림 6 설계 변경 후 변형량 40% 가까이 감소

결론

닥터 슈나이더는 Moldex3D를 활용해 금형 내 충진 및 왜곡 행위를 분석하고, 실제 생산 전에 발생 가능성 있는 결함 문제를 예측할 수 있었다. 해당 사에 있어 Moldex3D는 신제품 디자인의 실현 가능성을 연구하는 데 반드시 필요한 솔루션이었다. CAD 시스템을 통해 그려낸 모든 제품 형상은 CAE 분석을 먼저 거친 후 사출 성형 제조과정을 진행했다. 이를 통해 문제 발견 시, 특히 변형량이 특정 기준을 초과하는 경우 즉시 적합한 조치를 취할 수 있었다. 닥터 슈나이더는 최종적으로 제조 문제를 해결에 성공했으며, 제품 및 금형 설계 최적화를 통해 테스트 몰딩과 몰드 변경에 드는 비용을 효과적으로 절감할 수 있었다.