3D-F란 무엇인가? Cadmould Flex의 3D Framework 기술 해설

SIMCON의 3D-F 알고리즘은 플라스틱 사출 성형 시뮬레이션에서 처리 속도와 정확도 사이의 트레이드오프를 제거한 획기적인 기술입니다. 본 글에서는 3D-F 기술이 무엇인지, 그리고 Cadmould Flex 솔루션이 현대 금형 제조 공정을 어떻게 최적화하는지 그 강력한 경쟁력을 상세히 소개합니다.

1. 3D-F 기술의 개념과 플라스틱 시뮬레이션에서의 필요성

기술적 구조를 살펴보기 전에, 먼저 3D-F가 무엇인지 이해할 필요가 있습니다. 3D-F (3D Framework의 약자)는 기존 시뮬레이션 기법의 한계를 근본적으로 해소하기 위해 개발된 차세대 시뮬레이션 메쉬 알고리즘입니다. 전통적인 Midplane 모델은 체적(Volume) 정확도가 부족하고, 3D Volumetric 모델은 정확도는 높지만 설정이 복잡하여 숙련된 전문가의 개입이 필수적이라는 한계를 가지고 있었습니다. 3D-F는 이러한 문제를 해결하는 이상적인 절충 솔루션으로 등장했습니다.

이 알고리즘은 속도와 정확도 사이의 불가피한 트레이드오프를 제거하고, 두 방식의 장점을 효과적으로 결합합니다. 즉, Volumetric 모델 수준의 고정밀 시뮬레이션 정확도를 제공하면서도, Midplane 방식의 간편함과 빠른 해석 속도를 동시에 유지합니다. 이는 소프트웨어 기반 시뮬레이션을 통해 시험·시행 과정을 최적화하고, 전반적인 금형 및 기계 가공 생산성을 향상시키고자 하는 기업에게 특히 중요한 기술적 가치라 할 수 있습니다.

2. 3D-F 기술 적용 시 핵심적인 이점

3D-F 기술의 도입은 금형 기계가공 공정의 효율을 실질적으로 향상시키는 명확한 가치를 제공합니다. 기업이 얻을 수 있는 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 완벽한 균형: 계산 속도와 해석 정확도 간의 최적의 균형을 달성합니다.
• 자동 메쉬 생성(Automatic Meshing): 매우 복잡한 형상에서도 메쉬를 자동으로 생성하여, 수작업 설정에서 발생할 수 있는 오류를 최소화합니다.
• 정밀한 체적 분석: 수축(Shrinkage), 뒤틀림(Warpage)과 같은 체적 효과를 정밀하게 분석할 수 있습니다.
• 탁월한 신뢰성: 두께가 비대칭적으로 변화하는 복잡한 부품에서도 높은 해석 신뢰도를 보장합니다.
• 반복 최적화 프로세스 가속: 다수의 시뮬레이션 반복을 빠르게 수행하여 최적의 설계안을 도출할 수 있도록 지원합니다.
• 유연한 형상 변경: 원본 CAD 데이터에 의존하지 않고도 기하학적 파라미터를 직접 수정·검토할 수 있어 설계 검토와 개선이 한층 용이해집니다.

3. 3D-F 알고리즘의 작동 메커니즘

기존의 3D 체적 해석처럼 수백만 개의 유한요소(Finite Elements)로 부품 전체를 채워 시스템에 과도한 부하를 주는 방식과 달리, 3D-F는 성능 최적화를 위해 지능적인 “스켈레톤(Framework)” 구조를 활용합니다.

스켈레톤 구조와 내부 “튜브(Tube)” 시스템

전통적인 체적 메쉬 방식과는 달리, 3D-F는 다음과 같은 독창적인 구조 조합을 기반으로 동작합니다:

• 표면 메쉬(Surface Mesh): 가볍고 유연한 모델링 기반을 제공
• 내부 튜브(Tube) 시스템: 부품 내부를 따라 배치된 지능형 경로로서, 수지 흐름 거동과 작용하는 물리적 힘을 정밀하게 추적
• 핵심 가치: 이 접근 방식은 기존 3D 체적 모델의 복잡성과 계산 부담을 제거하면서도, 수지 유동의 물리적 본질은 그대로 유지할 수 있게 해줍니다.

두께 방향으로 배치된 25개의 동적 적분 포인트 시스템

Cadmould Flex는 부품의 모든 영역에서 벽 두께 방향으로 25개의 적분 포인트를 배치합니다. 이 기술의 핵심적인 혁신은 계산 자원을 가장 중요한 영역에 집중할 수 있도록, 적분 포인트의 위치를 실시간으로 자동 조정한다는 점입니다.

• 충전 단계(Filling): 전단 응력(Shear Stress)이 가장 크게 발생하는 금형 벽면 인근에 해상도를 집중
• 고화 단계(Freezing): 액상 수지와 고화된 수지의 경계를 따라 적분 포인트가 지속적으로 이동

이와 같은 유연한 재분배 메커니즘 덕분에, 3D-F는 기존 3D 체적 해석이 가진 속도 저하 문제를 근본적으로 해결하면서도, 초고해상도의 해석 정확도와 업계 최고 수준의 계산 속도를 동시에 실현합니다.

4. Cadmould Flex의 주요 기술적 기능

3D-F 알고리즘을 통합함으로써, Cadmould Flex는 시뮬레이션 전 과정을 포괄적으로 최적화하는 혁신적인 기능들을 제공합니다.

• 동적 해상도 최적화 (Dynamic Resolution Optimization): 시스템은 전단 속도(shear rate), 온도 구배(temperature gradient)와 같은 공정 변수에 따라 고해상도 영역을 자동으로 조정합니다. 이를 통해 계산 자원을 불필요한 영역에 낭비하지 않으면서, 핵심 구간에서는 절대적인 해석 정확도를 보장합니다.
• 벽 두께 원천 인식 기능 (Native Wall Thickness Concept): 기존의 3D 체적 메쉬와 달리, 3D-F는 구조적으로 벽 두께 정보를 본질적으로 이해합니다. 이 기능을 통해 엔지니어는 시뮬레이션 환경 내에서 직접 벽 두께 형상을 조정하고 최적화할 수 있습니다. CAD 원본 데이터를 다시 수정할 필요 없이 파라미터 스터디나 자동 최적화를 수행할 수 있어, 개발 시간을 획기적으로 단축합니다.
• 완전 자동 메쉬 생성 및 초고속 시뮬레이션: Cadmould Flex의 메쉬 생성 프로세스는 전면 자동화되어 있으며, 매우 복잡한 형상에서도 안정적이고 빠른 시뮬레이션을 구현합니다.
• 실험계획법(DoE, Design of Experiments) 지원: 가볍고 효율적인 메쉬 구조를 기반으로, 표준 하드웨어 환경에서도 다수의 시뮬레이션을 병렬 실행할 수 있습니다. 이는 금형 설계 및 사출 공정에 대한 DoE를 효과적으로 수행하고, 강력한 최적 설계안을 도출하기에 이상적인 환경을 제공합니다.

5. 산업 현장에서의 3D-F 기술 적용 분야

3D-F는 교과서 속 이론적 모델을 위해 설계된 기술이 아닙니다. 이 기술은 엔지니어들이 매일 실제로 다루는 현실적인 산업 부품을 정확하게 해석하기 위해 개발되었습니다. 즉, 벽 두께가 불균일하고, 리브(ribs), 돔(domes), **실(seals)**과 같은 기능적 요소를 포함하며, 비대칭 형상을 가진 복잡한 부품까지 안정적으로 처리할 수 있도록 최적화된 기술입니다.

탁월한 유연성을 바탕으로, 3D-F 기술은 다음과 같은 산업 전반에 폭넓게 적용되고 있습니다:

• 전자 산업: 박형 하우징, 복잡한 리브 구조의 전자기기 케이스
• 의료기기 산업: 절대적인 정밀도와 공정 안정성이 요구되는 부품
• 생활가전 산업: 곡면과 자유 형상이 많은 플라스틱 부품
• 자동차 산업: 3D-F가 가장 강력한 가치를 발휘하는 대표적인 핵심 적용 분야

3D-F가 제공하는 정확도와 해석 속도 간의 이상적인 균형은 단일 시뮬레이션을 넘어, 다양한 설계 안을 탐색하는 과정에서 더욱 빛을 발합니다. 특히 Cadmould Flex의 Varimos AI 와 3D-F를 결합하면, 수많은 설계 변수를 자동으로 탐색하고 비교 분석하여, 최단 시간 내에 최고 성능의 설계 해법에 도달할 수 있습니다.

6. Cadmould Flex 생태계 내 통합 및 호환성

3D-F 기술의 큰 강점 중 하나는 즉시 활용 가능한 완성도 높은 통합성입니다. 3D-F는 Cadmould 생태계를 위해 전용 설계되었으며, Cadmould Flex Basic, Advanced, Premium, Enterprise 모든 구독 패키지에 기본 표준으로 내장되어 있습니다.

주요 통합 특징은 다음과 같습니다:

• 핵심 공정의 기본 시뮬레이션 엔진: 충전(Filling), 보압(Packing), 수축(Shrinkage), 휨 변형(Warpage) 단계에서 기본 시뮬레이션 도구로 사용됩니다.
• Varimos AI와 완벽 호환: 자동화, 실험계획법(DoE), 무제한 최적화 워크플로우를 전면 지원합니다.
• 특수 하드웨어 불필요: 효율적인 아키텍처 덕분에 고가의 슈퍼컴퓨터 없이도 표준 CPU 기반 시스템에서 안정적으로 구동됩니다.
• 다양한 CAD 포맷 지원: CAD 파일 가져오기 시 메싱 과정을 자동화하여 엔지니어의 수작업 부담을 획기적으로 줄여줍니다.
• 지능형 데이터 구조: 후처리(Post-processing) 도구와의 연동이 용이하여 고급 데이터 시각화 및 전문 보고서 작성이 가능합니다.

7. 3D-F 기술에 대한 자주 묻는 질문 (FAQ)

아래는 3D-F란 무엇인가에 대해 보다 명확히 이해할 수 있도록 정리한 주요 질문과 답변입니다.

7.1 3D-F 기술은 Full 3D 시뮬레이션만큼 정확한가요?

제조사 자료에 따르면, 3D-F는 25개의 동적 적분 포인트 메커니즘을 통해 체적(Volumetric) 모델에 필적하는 초고해상도를 제공합니다. 특히 두께가 불균일하게 변화하는 부품의 뒤틀림(워페이지) 예측에서는, 격자가 지나치게 경직된 기존 Full 3D 모델보다 오히려 더 높은 정확도를 보입니다.

7.2 CAD 파일 없이 Cadmould Flex에서 직접 벽 두께를 변경할 수 있는 이유는 무엇인가요?

이는 3D-F가 벽 두께를 메쉬의 기본(원천) 파라미터로 인식하기 때문입니다. 이 기능을 통해 엔지니어는 CAD 설계 단계로 되돌아가지 않고도, 제품 결함을 해결하기 위한 두께 변경 시나리오를 신속하게 시험할 수 있어 수 시간의 작업 시간을 절감할 수 있습니다.

7.3 3D-F 알고리즘은 웰드라인(weld line)과 같은 결함도 예측할 수 있나요?

네, 가능합니다. 3D-F는 재료 거동을 3차원 공간에서 매우 정밀하게 추적하여, 유동과 온도의 실제 상호작용을 기반으로 웰드라인 및 에어 트랩(air trap)의 발생 위치를 정확하게 예측합니다.

7.4 3D-F를 사용하기 위해 컴퓨터 사양을 업그레이드해야 하나요?

그럴 필요가 없습니다. 3D-F의 가장 큰 장점 중 하나는 경량성과 효율성입니다. 일반적인 사무용 표준 하드웨어에서도 부드럽게 구동되며, 고가의 워크스테이션 없이도 복잡한 해석을 수행할 수 있습니다.

Cadmould Flex에 적용된 3D-F 기술은 단순한 시뮬레이션 도구를 넘어, 생산 정확도를 향상시키고 제조 비용을 최적화하는 전략적 레버리지입니다.
베트남 공식 파트너인 SDE Tech는 귀사가 이 실전형 기술을 완벽히 활용할 수 있도록 끝까지 함께합니다.생산 리스크로 인해 성장의 속도가 늦춰지지 않도록 하십시오. 지금 바로 SDE Tech에 문의하여 Cadmould Flex 솔루션에 대한 전문 컨설팅을 받아보세요!

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