이 기사의 원본은 포브스(Forbes)에 처음 게재되었습니다.
FDM은 이미 부품을 제작할 수 있다는 사실을 입증했습니다. 오늘날 생산 현장에서 더 어려운 질문은 프린터에서 출력되는 모든 부품이 요구 사항을 충족하고, 인증을 통과하며, 여전히 경제적 타당성을 갖출 수 있음을 증명할 수 있느냐는 것입니다. 이 질문에 디지털 방식으로 답하는 것이 바로 FDM 시뮬레이션 소프트웨어의 역할이며, 시뮬레이션이 부품이 실제로 어떻게 인쇄되는지를 이해해야만 제대로 작동합니다.
이 기사에서는 인쇄된 부품의 검증 비용이 왜 그렇게 비싼지, 범용 시뮬레이션이 FDM에서 중요한 요소를 놓치는 이유, 그리고 제조 업계 리더들이 시제 실험실에서 신뢰할 수 있는 양산 단계로 부품을 전환하기 위해 지금 무엇을 할 수 있는지에 대해 살펴봅니다.
Wohlers Associates에 따르면, 2025년 전 세계 적층 제조 매출은 242억 달러에 달해 10.9%의 성장률을 기록했다. 이는 2024년에 비해 소폭 상승한 수치이지만, 팬데믹 이전에 업계가 기록했던 20% 이상의 성장률에는 여전히 훨씬 미치지 못하는 수준이다. 더 의미 있는 신호는 성장의 원천에 있다. 프린팅 서비스, 즉 실제로 부품을 생산하는 기업들이 현재 업계 매출의 48%를 차지하며 15.5% 성장한 반면, 시스템 판매는 3.6% 성장에 그쳤다.
가치는 생산 쪽으로 이동하고 있다. 업계의 다음 장은 프린터 판매량 증가보다는, 해당 프린터가 생산하는 부품이 신뢰할 수 있는지에 더 크게 좌우될 것이다.
안전이 최우선인 응용 분야의 경우, 신뢰성을 확보하는 데는 본질적으로 많은 비용이 듭니다. NIST는 광범위한 실증 테스트를 통해 소재를 완전히 검증하려면 수천 건의 개별 테스트와 수백만 달러의 비용, 그리고 5년에서 15년의 시간이 소요되는 경우가 많다고 지적합니다. 이러한 부담에 직면한 많은 제조업체들은 적층 제조 기술을 시제품 제작 실험실에 국한시켜 두고 있습니다. 그곳에서는 실수 비용이 적게 들고, 부품의 이력에 대해 까다로운 질문을 하는 사람도 없기 때문입니다.
프린터 자체가 병목 현상이 되는 경우는 드뭅니다. 현대의 FDM 시스템은 이를 둘러싼 워크플로우보다 훨씬 더 뛰어난 성능을 갖추고 있습니다. 신뢰할 수 있는 생산을 위해서는 설계, 공정 정의, 제작, 검사, 성능, 비용 등 각 단계가 다음 단계에 정보를 전달해야 합니다. 대부분의 조직에서 이러한 단계들은 서로 다른 도구에서 처리되며, 단계 간 인계 과정마다 신뢰가 훼손되는 지점이 발생합니다.
시뮬레이션이 대표적인 예입니다. 실제 공구 경로를 알지 못한 채 FDM 부품을 시뮬레이션한다면, 결코 제작되지 않을 수도 있는 부품의 거동을 예측하는 셈입니다. 디지털 모델을 신뢰할 수 없을 때, 유일한 대안은 느리고 파괴적인 물리적 테스트를 수행하거나, 시뮬레이션으로 파악할 수 없는 부분을 보완하기 위해 부품을 과도하게 설계하는 것뿐입니다.
기존의 가공 방식에서는 부품이 인증된 빌렛으로 시작되며, 그 재료 특성은 형상과 별도로 관리됩니다. 적층 제조는 이와 다르게 작동합니다. 재료는 형상이 생성되는 바로 그 순간에 만들어지며, 툴패스가 이 둘을 모두 만들어 냅니다.
1,500건의 검증 테스트를 목표로 700건 이상의 테스트를 완료한 Novineer의 물리적 테스트 프로그램은 이것이 얼마나 중요한지 보여줍니다. 동일한 형상과 원재료를 가진 두 부품이 같은 기계에서 동일한 방식으로 적층되었더라도, 이를 채우는 데 사용된 공구 경로에 따라 처짐 정도가 최대 6배까지 달라질 수 있습니다. 공정과 재료를 분리하여 분석하는 모든 시뮬레이션은 구조적으로 잘못된 것입니다.
이를 한 가지 비유로 설명하자면, 프린팅된 부품에는 해부학적 구조(기하학적 형상)와 생리학적 특성(재료)이 있습니다. 또한 이 부품에는 신경계와 같은 툴패스가 있는데, 이는 부품이 층층이 어떻게 형성되는지를 정의할 뿐만 아니라, 열 이력과 함께 하중을 받았을 때의 성능을 결정합니다. 그렇기 때문에 FDM의 경우, 형상만 분석하는 것보다 툴패스 시뮬레이션이 훨씬 더 중요합니다.
물리적 테스트를 통해 검증된 시뮬레이션 모델이 실제 공구 경로 및 제작 기록과 연계되면, 그 검증 결과는 한 부품에서 다음 부품으로 이어집니다. 이로써 자격 검증은 매개변수가 변경될 때마다 반복되는 비용이 아니라, 누적되어 가치가 커지는 자산이 됩니다.
NoviPath는 Stratasys 사용자를 위해 이러한 격차를 해소하고자 Novineer가 개발한 솔루션입니다. 이 솔루션은 이상화된 솔리드를 시뮬레이션하는 대신, GrabCAD Print Pro에서 직접 전달된 실제 공구 경로, 레이어 방향, 소재 및 프린터 데이터를 사용하여 별도의 내보내기 과정 없이 실제 인쇄될 그대로의 부품을 시뮬레이션합니다.
이 워크플로는 네 단계로 이루어집니다. 먼저 GrabCAD Print Pro에서 작업을 열어 NoviPath에 형상, 툴패스, 소재 및 프린터 데이터를 전달하고; 점 하중, 면 하중 및 고정 제약을 적용합니다; NoviPath가 국부적으로 변화하는 필라멘트 방향을 부품에 매핑하여 몇 분 내에 해석을 수행합니다; 마지막으로 자동 생성된 보고서를 통해 응력 집중 부위, 변위 및 예측된 파단 지점을 검토합니다.
파괴적 벤치 테스트를 통해 검증된 결과:
NoviPath는 Stratasys F900, Fortus 450mc 및 F3300을 지원하며, ULTEM 9085, Antero 800NA 및 FDM Nylon 12CF에 대해 사전 검증된 매개변수를 제공합니다. 현재 GrabCAD Print Pro 고객을 위한 업그레이드 형태로 제공되며, 체험판을 시작하는 데 신용카드가 필요하지 않습니다.
이 방법에 대한 더 자세한 안내는 FDM 적층 제조 시뮬레이션에 관한 당사의 이전 게시물을 참고하시기 바랍니다.
생산용 3D 프린팅을 검토 중인 제조 업계 리더들에게는 다음 세 가지 우선순위가 특히 중요합니다:
생산 현장은 이력 정보가 없는 부품을 용납하지 않을 것입니다. 조만간 고객이 부품에 대한 이력 기록을 요청할 것입니다. 문제는 여러분이 그 기록을 즉시 제시할 수 있느냐는 것입니다.
FDM 시뮬레이션 소프트웨어는 용융 적층 방식(FDM)으로 제작된 부품이 인쇄되기 전에 하중을 받았을 때 어떻게 작동할지 예측합니다. FDM 부품은 재료가 적층되는 방식에 따라 거동 특성이 달라지기 때문에, 가장 정확한 도구는 실제 공구 경로와 재료 데이터를 사용합니다.
ANSYS나 Abaqus와 같은 일반적인 유한요소 해석(FEA) 도구는 부품을 균질한 고체로 시뮬레이션하므로, 툴패스가 모델에 반영되지 않습니다. 반면 NoviPath는 GrabCAD Print Pro의 실제 툴패스를 적용하고, 국부적으로 변화하는 필라멘트 방향을 부품에 매핑하므로, 각 영역의 강성과 강도는 재료가 적층된 방식을 그대로 따릅니다. 데이터는 GrabCAD Print Pro에서 직접 전달됩니다.
FDM 방식에서 공구 경로는 재료가 어떻게 적층되는지를 결정하며, 이는 강도와 강성에 직접적인 영향을 미칩니다. 동일한 형상을 가진 부품이라도 공구 경로에 따라 성능이 크게 달라질 수 있으므로, 실제 공구 경로를 기반으로 한 시뮬레이션은 형상만 고려한 분석보다 훨씬 더 신뢰할 수 있는 예측 결과를 제공합니다.
물리적 테스트를 통해 검증된 시뮬레이션을 통해 엔지니어는 구조적 요구 사항을 먼저 디지털 방식으로 확인할 수 있어, 물리적 테스트 주기를 줄이고 최종 인증을 위한 파괴 시험을 아낄 수 있습니다. 또한 팀이 불확실성을 보완하기 위해 벽 두께와 내부 충진량을 불필요하게 늘릴 필요가 없어지므로, 과도한 설계를 줄일 수 있습니다.
호환되는 공구 경로 파일을 내보내려면 유효한 GrabCAD Print Pro 구독과 지원되는 Stratasys FDM 프린터(F900, Fortus 450mc 또는 F3300)가 필요합니다. 신용카드 정보 없이도 체험판을 시작할 수 있습니다.
GrabCAD Print Pro와 함께 NoviPath를 사용해 보세요. 부품이 빌드 플레이트에 올라가기 전에 어디에서, 어떤 하중을 견디지 못하고 파손될지 미리 확인할 수 있습니다. 무료 체험판에 가입하세요
단계별 안내를 원하시나요? 전문가와 상담해 보세요.
