금형 제조 가속화: 첨단 CAD/CAM 및 CAE로 설계 및 생산 최적화

최신 CAD/CAM 및 CAE 소프트웨어로 금형 제작자는 고품질 금형과 다이의 설계 속도를 크게 높이고 제조 주기를 압축할 수 있습니다

금형 제작자는 금형 제조 공정을 가속화하고, 공정과 제품 품질을 개선하며, 생산성을 높이는 끊임없는 압박을 받습니다. 목표를 달성하기 위해 금형 제작자는 최신 금형 제작 소프트웨어를 활용하며, CAD/CAM과 CAE의 새로운 기술, 순응 냉각 및 금형-다이 제조의 기타 핵심 기능에 대한 크게 향상된 시뮬레이션을 활용합니다.

금형-다이 공정에 사용되는 애플리케이션은 대부분의 주요 소프트웨어 개발사의 CAD/CAM 소프트웨어부터 제품의 피트-앤-피니시, 열 성능, 주요 차별화 요소에 대한 상세한 시뮬레이션과 분석을 제공하는 정교한 CAE 소프트웨어까지 다양합니다. 이 금형 제작 패키지 중에는 설계자의 메인 CAD/CAM 소프트웨어 내부에서 실행되는 통합 패키지가 있어, 설계에서 부품 잠재력의 시뮬레이션과 분석으로 쉽게 전환할 수 있습니다.

빠르고 정확하게 만들기

금형 제작자의 주요 소프트웨어 요구사항은 지난 몇 년간 일관되게 유지되어 왔으며, 주로 더 높은 생산성에 초점을 맞추고 있다고 CNC Software Inc.(코네티컷주 톨랜드)의 선임 시장 분석가 Ben Mund는 말했습니다. Mastercam CAD/CAM 소프트웨어 개발사입니다. "그 필요성은 전체 공정을 관통하며, 우리가 CAD/CAM 소프트웨어 개발에서 보는 트렌드를 주도합니다. 기계에서 더 빠르게, 기계에서 벗은 후 더 빠르게, 가능한 한 최고 품질."

"또 다른 성장 트렌드는 제조의 연결성입니다. 소프트웨어, 기계, 현장 공정이 모두 서로 소통하도록 하는 것입니다."라고 Mund는 말했습니다. "CAM에서는 공구 라이브러리, 검사, 현장 모니터링, 기타 항목과의 연결로 이를 볼 수 있습니다. 이는 모두 현장이 디지털 제조로의 전환에 대비하도록 하는 것의 일부입니다."

생산성 추구의 핵심은 효율적인 CAD/CAM 시스템이라고 Mund는 말했습니다. 이는 사용자가 작업을 빠르고 쉽게 수행할 수 있는 풍부한 도구를 제공하는 시스템입니다. "CAD에서 시작합니다. 현장에는 개념이나 부품 모델을 생산 금형으로 전환하는 데 도움이 되는 특수 CAD 도구에 대한 필요성이 증가하고 있습니다."라고 Mund는 말했습니다. "이는 모델 준비, 솔리드 모델 수리, 갭 채우기, 고정구 생성, 전극, 코어/캐비티 모델 분리, 파팅 라인 생성 같은 매우 집중된 니즈 같은 설계 도구를 의미합니다. 공구가 금속에 닿기도 전에 일어나야 할 모든 일들입니다."

자재가 기계에 올라가면 현장은 더 빠른 사이클 타임을 위해 적극적으로 밀어붙입니다. 그는 덧붙였습니다. "금형 제작자가 보는 가장 큰 영역 중 하나는 벌크 자재를 니어넷 형상으로 제거하는 가장 효율적인 방법입니다. '스마트' 황삭 공구 경로의 발전이 가공 시간을 극적으로 단축시키고 있습니다. 물론 최종 금형의 정밀도와 품질이 가장 중요하며, 여기서 현장은 새로운 공구 경로 모션뿐만 아니라 새로운 공구도 더 면밀히 살피고 있습니다. 이 모든 것은 프로그래밍 소프트웨어의 지원이 필요합니다."

CNC Software의 'CAD for CAM' 준비 도구 같은 기능이 계속 초점이라고 Mund는 말했습니다. 회사는 금형 제작자가 주어지는 CAD 모델을 빠르고 깨끗하게 수정하고, 구멍을 메우고, 오류를 수정하는 데 도움이 되는 새로운 도구를 곧 출시할 Mastercam 릴리스에 포함할 예정입니다. "이러한 문제는 긴 지연을 초래할 수 있으며 이를 최소화하면 금형이 가능한 한 빨리 기계에 올라갈 수 있도록 보장합니다."

Mastercam의 Dynamic Motion 엔진 외에도, 소프트웨어에는 Accelerated Finishing이라는 새로운 NC 프로그래밍 기술도 있다고 Mund는 덧붙였습니다. "이는 현장이 새로운 형상 공구를 의도된 방식으로 사용할 수 있게 합니다. 우리는 타원형 커터, 배럴 밀, 테이퍼 커터, 렌즈 형상 커터 등을 위한 절삭 전략 개발을 위해 공구 제조업체와 긴밀히 협력합니다."라고 그는 말했습니다. "올바르게 프로그래밍되면 이 커터들은 소구경 공구가 큰 유효 절삭 반경을 가질 수 있게 하여 사이클 타임을 줄이고 표면 조도를 높이거나 둘 다 달성할 수 있습니다."

더 쉽고 스마트한 솔루션 찾기

소프트웨어 사용 편의성이 금형 설계자와 제작자 사이에서 최우선 순위라고 CoreTech System Co. Ltd.(미시간주 파밍턴 힐스, 대만 신주)의 사장 겸 공동 설립자 Anthony Yang은 말했습니다. Moldex3D 금형 제작 시뮬레이션 애플리케이션 제품군 개발사입니다.

순응 냉각 같은 기능은 플라스틱 사출 성형 제조 공정을 더 쉽고 효율적으로 만들지만, 사용자는 훨씬 더 사용하기 쉬운 소프트웨어를 원한다고 Yang은 언급했습니다. "현재 트렌드는 DFM[제조 가능 설계]을 통한 선행 시뮬레이션 방향입니다."라고 그는 덧붙였습니다. "또 다른 주요 트렌드는 소프트웨어를 더 스마트하게 만드는 것입니다."

오늘날 소프트웨어는 사용자가 경계 조건을 더 쉽게 설정하고 메시를 생성할 수 있게 한다고 그는 말했습니다. "금형이 어떻게 반응하는지 시뮬레이션하고 열이 어디에서 오는지 지정해야 합니다. 설계하기 쉽지 않습니다." 소프트웨어가 더 사용하기 쉬울수록 금형 제작자에게 더 좋으며, 더 빠르고 효율적인 금형 설계 공정을 허용하는 더 나은 사용자 인터페이스를 찾고 있습니다.

CoreTech의 Moldex3D 소프트웨어는 주로 엔지니어링 부서에서 사용되지만 부품 설계자들도 사용합니다. Moldex3D 소프트웨어는 Siemens PLM의 NX Mold와 통합되어 있으며, Dassault Systèmes의 Solidworks와 PTC의 Creo CAD/CAM 소프트웨어 같은 주요 개발사의 제품과도 협력합니다.

Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd.(인도 푸네)에서 자동차 시트 및 인테리어 설계는 Moldex3D 시뮬레이션을 사용하여 플라스틱 사출 성형 인테리어 부품의 휨을 줄여 치수 정밀도를 개선했습니다. 회사는 한 대시보드 센터 콘솔 패시아에 소프트웨어를 사용했으며 결과에는: 가시 영역에서 용접 라인 회피; 부품 조립을 위한 공차 내 간격과 플러시 잘 유지; 공구 튜닝 비용 68% 감소; 전통적으로 높은 스크랩 비율을 무시할 수 있는 수준으로 낮춤 등이 포함되었습니다. 이는 부분적으로 Moldex3D의 휨 예측 시뮬레이션으로 가능했습니다.

복잡성이 공정을 주도

복잡한 제품에 대한 툴링이 증가함에 따라 금형-다이 현장은 다른 제조업체들과 함께 첨단 제조 공정으로 향하고 있습니다. "자동화와 통합은 고객이 툴링 개선을 할 수 있게 하는 인에이블러입니다. 툴 설계 워크플로 최적화와 검증 도구로 제품을 더 정확하게 만듭니다."라고 Siemens PLM Software(텍사스주 플라노)의 NX 제품 마케팅 매니저 Himanshu Iyer는 말했습니다. 제조업체에게 가장 중요한 것은 "오류가 있다면 설계 주기 초기에 최대한 일찍 포착되도록 하는 것입니다. 나중에 다루는 것이 얼마나 비싼지 모두 알고 있으며, 공정을 더 효율적으로 만들어야 합니다."

OEM과 공급업체 간의 열악한 커뮤니케이션은 제품 개발 후반에 고통을 초래합니다. "문제 중 하나는 고객을 설계 초기 단계에 참여시키는 것입니다."라고 NX Mold Wizard 제품 매니저 Daks Azhagappan은 말했습니다. "모든 제조 가능성 문제를 봐야 합니다. 매우 긴밀하게 협력하지 않으면 시간과 비용이 듭니다. 우리 고객들, 대부분 툴 현장에서는 OEM과 초기에 어떻게 협업하느냐고 묻습니다."

NX의 CAE 도구를 사용하여, Moldex3D 엔진으로 구동되는 사용자는 메시를 개선하여 더 나은 전반적인 설계를 얻을 수 있습니다. "과거에는 트라이아웃을 거쳤습니다."라고 Azhagappan은 말했습니다. "그들이 직면하는 문제 중 하나는 휨입니다. 한 가지는 설계로 돌아가 냉각을 변경하는 것입니다. 그러면 '어떻게 휨을 보상할 수 있을까?'라고 말할 수 있습니다." NX 10에 추가된 메시 변환기는 사용자가 메시를 최적화하고 그 정보를 CAD 환경으로 가져올 수 있게 합니다.

최신 도구는 사용자가 설계 단계와 CAE 소프트웨어에서 두 단계로 메시 변환을 할 수 있게 한다고 그는 언급했습니다. Moldex3D 몰드플로 분석으로 "우리는 그런 기능 중 많은 것을 NX에 통합했습니다."라고 Azhagappan이 덧붙였습니다.

NX CAM의 더 빠른 가공 기술도 금형 제작 생산성 향상과 고속 기술로 더 빠른 가공 시간 달성에 큰 역할을 한다고 Siemens 제품 마케팅 매니저, 제조 솔루션 및 NX CAM의 Sashko Kurciski는 말했습니다. "일부 경우 가공 시간을 60% 줄이고 있습니다."라고 그는 말했습니다. "공구 수명을 4배 연장할 수도 있습니다."

최신 NX 12 CAM으로 Siemens는 컴포넌트 기술을 사용하는 내부 개발 고속 황삭 전략을 추가했습니다. "우리에게는 새로운 기술로 Volumill과 비슷하지만 일부 경우 더 낫습니다."라고 Kurciski는 말했습니다. "애드온이 아닙니다."

적층 기술은 또 다른 중요한 요소입니다. "우리의 의견으로는 툴 산업에 여러 영향을 미칠 것입니다. 그 영역 중 하나가 순응 냉각입니다."라고 Iyer는 말했습니다. "적층 기술로 고객들이 이미 다르게 생각하기 시작하는 것을 봅니다."

시장에 하이브리드 감산/적층 기계가 있어, 기계 양쪽과 그 사이의 공정을 자동화할 수 있는 이점이 있다고 Kurciski는 말했습니다. 현장은 적층 쪽으로 금형을 내부 냉각 채널로 제작한 다음, "같은 기계로 금형에 필요한 고품질 표면을 달성할 수 있습니다."

가공 가속화, AM 추가

더 빠른 가공은 금형 제작자에게 핵심이며, CAD/CAM 개발자는 그곳에 도달하는 여러 방법을 제공합니다. "금형 제작자가 그 어느 때보다 많은 압박을 받고 있다는 것은 큰 계시가 아닙니다."라고 Autodesk Inc.(캘리포니아주 산 라파엘)의 PowerMill 제품 마케팅 매니저 Clinton Perry는 말했습니다. "그들은 고객 기대 충족이라는 일상적 과제에 직면합니다: 납기 단축, 부품 품질 유지 또는 개선, 비용 최소화, 모두 높은 수준의 고객 서비스를 제공하기 위해. 동시에 금형 제작자는 경쟁 우위를 줄 수 있는 신기술 유형에 주의를 기울여야 합니다."

이러한 요구를 충족하기 위해 금형 제작자는 고객 설계를 고품질 툴링으로 빠르게 변환하는 소프트웨어가 필요합니다. "속도는 의심할 여지 없이 여기서 1번 과제입니다. CAD/CAM/CAE 소프트웨어는 전체 설계, 시뮬레이션, 제조 워크플로를 간소화하여 전체 시장 출시 시간을 단축해야 합니다."라고 Perry는 말했습니다. "하드웨어 능력 개선은 확실히 도왔습니다—64비트 프로세서, 멀티코어, 클라우드 컴퓨팅 같은 것들—but there's something more fundamental. Autodesk와 다른 소프트웨어 회사들은 고객 모델을 가져와 빠르게 사용 가능한 툴링으로 변환하는 모델링 도구를 계속 개발합니다. 이 과정은 종종 가져온 데이터의 결함을 수정하기 위한 일정 정도의 모델 수리 작업을 필요로 합니다."

Autodesk PowerShape 같은 CAD 모델링 제품은 수리가 지연을 일으키지 않도록 도구를 제공한다고 그는 덧붙였습니다. 가장 능력 있는 모델링 소프트웨어는 가져온 CAD 파일을 분석하여 하류 제조를 복잡하게 만들 수 있는 문제를 식별하고 (자동으로) 수정한다고 Perry는 말했습니다. 표면, 솔리드, 직접 모델링 도구로 금형 제작자는 고객 설계를 빠르게 툴링으로 변환할 수 있습니다.

또 다른 주요 트렌드는 물리 기반 시뮬레이션이라고 Autodesk 시뮬레이션 비즈니스 라인 매니저 Mark Hennebique는 말했습니다. 시뮬레이션은 강철 블록이 가공되기 전에 설계가 '서명'되게 합니다.

Autodesk Moldflow의 분석 도구 같은 시뮬레이션 소프트웨어는 부품 설계의 제조 가능성과 금형 툴링의 성능을 초기 설계 단계에서 최적화하는 데 개발 공정에서 사용될 수 있다고 Hennebique는 말했습니다. "시뮬레이션으로 여러 설계를 시도하고 테스트할 수 있으며, 성형 주기와 부품 품질에 대한 영향에 대한 빠른 피드백으로 확인할 수 있습니다. 게이트 위치, 벽 두께, 성형 공정, 냉각 회로 설계, 재료 물성 같은 변수를 빠른 피드백으로 모두 수정하여 첫 성형 주기에서 금형이 예상 결과를 제공할 것이라는 확신을 구축할 수 있습니다."

최신 Moldflow 릴리스에서 사용자는 이제 공개 재료 데이터베이스에서 10,000개 이상의 재료에 접근할 수 있다고 그는 말했습니다. "더 많은 재료에 접근함으로써 사용자는 제조 공정이 최종 부품 형상과 제조 가능성에 미치는 영향을 볼 수 있으며, 프로젝트 니즈를 충족하기 위해 올바른 공정/재료 조합을 선택하는 능력을 얻습니다. 사용자는 솔버 속도부터 운영 속도까지 다양한 성능 개선도 볼 수 있어 솔루션으로 더 쉽게 이동할 수 있습니다." 또한 Moldflow는 Autodesk Fusion 360과 함께 제공되어 사용자에게 향상된 상호운용성과 CAD/CAE 능력을 제공하여 설계 반복과 데이터 공유 등 기타 이점을 누릴 수 있습니다.

3D 프린팅의 제조 도구로서 등장은 금형 제작자에게 금형 설계와 제작 방식을 바꿀 기회를 제공한다고 Perry는 덧붙였습니다. "한 가지 훌륭한 예는 성형되는 형태를 더 가깝게 따르는 냉각 회로를 포함하는 금형을 설계하는 데 3D 프린팅을 사용하는 것입니다. 이러한 순응 냉각 회로는 성형 주기 시간을 대폭 단축할 수 있습니다." Moldflow 같은 금형 제작자들은 이제 Autodesk 설계 및 제조 소프트웨어를 사용하여 점점 더 많은 금형에 순응 냉각을 추가하고 있습니다.

새로운 금형 모듈

Vero Software의 또 다른 새로운 업데이트인 VISI 2018 R1은 VISI의 Assembly-Ng 기술을 기반으로 한 새로운 Mold Tool 모듈을 도입합니다. 이 재개발된 모듈은 공급업체 및 비표준 공구 구성 구성 시 더 큰 유연성을 제공합니다. 블랭크 및 미리 드릴링된 플레이트 관리를 포함한 맞춤형 템플릿으로 공구 레이아웃 생성을 쉽게 하고 설계의 모든 단계에서 향상된 편집이 가능합니다.

"새로운 Mold Tool은 공구 생성과 고급 편집 모두에 더 큰 유연성을 제공합니다. 이는 공구 설계의 모든 단계에서 조정이 가능하게 합니다. 플레이트 조정이 이루어지면 캐비티 제조 데이터를 포함한 모든 어셈블리 구성 요소가 자동으로 업데이트됩니다."라고 Vero의 VISI 제품 매니저 Marco Cafasso는 말했습니다.

복잡한 기술 폴리머에 대한 결과 정확도를 개선하기 위해 플라스틱 흐름 휨 예측 모듈 내에서 개선이 이루어졌습니다. 이러한 개선은 홀딩 단계 알고리즘의 완전한 수정을 통해 달성되었다고 회사는 말했습니다. 압력 및 유량 계산 조정과 새로운 형상 솔버의 결합으로 공정 계산 시간을 최대 40% 단축할 수 있습니다.

시뮬레이션 검증

금형 설계자는 타이트한 공차를 가지므로 작은 오류와 과절삭 방지가 중요하다고 CGTech(캘리포니아주 어바인)의 Vericut 제품 매니저 Gene Granata는 말했습니다. "금형 프로그램은 일반적으로 많고 크기 때문에 오프라인 검증이 기계를 가동 유지하는 데 핵심입니다. 사용자는 배치 공정으로 시뮬레이션을 실행하여 [모든] NC 프로그램이 기대하는 최종 금형을 생성할지 확인할 수 있습니다. 또한 금형을 만드는 제조 방법이 더 많이 사용 가능해짐에 따라 [가공, AM, EDM 다이 싱킹 등], 시뮬레이션 소프트웨어는 제조 시간을 예측하고 최적 생산 속도를 유지하는 데 도움이 되는 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다."

압축된 일정은 금형 제작자가 더 린하고 빠르게 일하는 방법을 찾게 한다고 그는 덧붙였습니다. "Vericut Force는 절삭 조건을 미세 분석하고 프로그램 이송 속도를 최적화하여 이상적인 칩 두께를 달성하지만 공구의 힘 한계나 기계의 스핀들 동력을 초과하지 않는 물리 기반 NC 프로그램 모듈입니다. Force 최적화는 주어진 절삭 공구, 자재, 가공 조건에 대해 가능한 가장 효과적인 NC 프로그램을 생성합니다. 결과는 상당한 시간 절약, 더 나은 표면 조도의 고품질 부품, 향상된 절삭 공구 및 기계 수명입니다."라고 그는 말했습니다.

금형 제작자들의 AM에 대한 관심이 높다고 Granata는 언급했습니다. 새로운 Vericut Additive Module은 새로운 하이브리드 CNC 기계에서 적층 재료 증착과 전통적 가공 능력을 모두 시뮬레이션합니다. "하이브리드 기계의 AM으로 특정 정밀 금형 제작과 금형 수리가 더 쉽고 빨라질 수 있습니다. 그리고 적층 프로그래밍 소프트웨어가 더 유능해짐에 따라, 우리는 새로운 트렌드를 보고 있습니다: 의도한 최종 부품을 만들 것이라는 확신을 얻기 위해 어떤 순서로든 어떤 제조 공정이든 시뮬레이션하려는 욕구입니다."라고 Granata는 말했습니다. "사용자는 우리 소프트웨어를 통해 모든 NC 프로그램이 그들의 CNC 기계에서 올바르게, 그리고 최적으로 실행될 것을 보장받습니다. 최상의 작업을 위해, 사용자는 [기계를 구동할 것과 같은 NC 코드에 의해 구동되는] 시뮬레이션 소프트웨어를 선택해야 하며, 이로써 가능한 최고 수준의 검증을 보장합니다."