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제목 프라운호퍼연구소(Fraunhofer), 섬유 강화 플라스틱 부품 개발 속도 향상 기술 개발
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2019/08/29 16:26

 

  

섬유강화 플라스틱은 최첨단 경량 설계를 위한 많은 응용분야에서 기초가 되는 여러 가지 장점을 제공한다. 그러나 애플리케이션 개발과정에서 규모가 작은 기업들이 마주하게 되는 주요 장애물 가운데 하나는 이상적인 섬유 및 직물 배열에 관한 필수적 노하우다.

독일 아헨대학교의 직물기술연구소(Institut fur Textiltechnik, ITA)는 매니지먼트 사이버네틱스 연합연구소(Assoc. Institute for Management Cybernetics, IfU)와 공동연구를 통해 프라운호퍼 산업수학연구소(ITWM)의 섬유소 드레이프성(drapability, 변형성)을 최적화하는 수학적 시뮬레이션 방법을 개발했다.

차량의 차체, 항공기, 건축·건설 등 여러산업분야에서 경량화 설계에 대한 수요가 꾸준히 늘고 있다. 결국, 소재 소비량을 최소로 유지하면서 광범위한 응용분야로 적용범위를 넓혀가고 있다. 섬유강화 플라스틱은 이 같은 이점을 대표하는 솔루션의 대표적 예다. 가볍고 성형성이 우수하면서 튼튼하기까지 하다. 뿐만 아니라 제조에 필요한 에너지 소비량을 낮춰주는 새로운 제조기술 및 섬유소재들이 속속 개발돼면서 나오고 있으며, 프라운호퍼연구소 또한 이 분야에 지속적인 성과를 내고 있다.

샘플 부품 개발비용이 전체 부품비용의 1/3을 차지하고 제품 제조비용은 2/3를 차지하게 된다. 따라서 규모가 작은 기업들은 인력, 시간, 소재의 모두에서 많은 비용이 요구되는 개발 노력을 기피하게 된다.

프라운호퍼 ITWM 연구자들은 스스로에게 물었다. 만일 부품 설계의 특성을 위에서 언급한 매개변수에 의존한다면, 역으로 접근이 가능할까? 매개변수로부터 특성을 계산해내는 것이 가능한가? 그렇게 함으로써 실제 상황에 대한 현실적 시뮬레이션이 가능하다면 개발에 필요한 노력과 자원 소비를 줄일 수 있을까?

이것이 바로 프라운호퍼 ITWM 아헨대학교의 직물기술연구소(ITA) 및 매니지먼트 사이버네틱스 연합연구소(IfU)의 공동연구인 OptiDrape 프로젝트의 목표다. 우선 ITA가 다양한 섬유와 직물을 분석해 이 소재들의 인장, 전단, 굴곡 특성 및 임계 전단각도(결함이 발생하기 전까지 서로 다른 섬유 스트랜드가 서로에 대해 이동이 가능한 구조의존적 각도)를 알아냈다.

프라운호퍼 ITWM은 이미 직물구조의 수학적 시뮬레이션에 대한 풍부한 경험과 축적, 광범위한 수학적 분석을 기반으로 소재 특성들을 거의 동시에 시뮬레이션해주는 자체 개발 소프트웨어를 사용했다. ITA가 알아낸 데이터를 사용해 소프트웨어로 시뮬레이션한 계산 결과 정확성을 확인할 수 있었다.

프라운호퍼가 개발한 텍스타일 소프트웨어 TexMath는 소재 특성을 계산해주고, 이를 통해 물리적 테스트 방법과 동일한 허용 공차범위의 정확한 데이터를 얻을 수 있다. 양쪽 모두 약 5%의 편차범위 안에 들기 때문에 임계 전단각도를 2~3℃ 내에서 정확히 계산할 수 있다.

이 시뮬레이션을 통해 기업은 모든 설계 매개변수를 지속적으로 변경해가면서 각각의 응용분야 및 사양에 알맞는 최적의 텍스타일 레이아웃 및 설계를 정교하게 만들어낼 수 있어 실험 테스트 결과의 필요성을 효과적으로 최소화시켜주고, 시간과 노력 및 비용을 줄일 수 있다.

이 프로젝트는 자동차 및 항공기산업분야의 공급업체들 및 소프트웨어 제조업체들로 구성된 위원회의 지원을 받는다. 참가 업체들이 제공한 의견과 자료에 힘입어 프라운호퍼 ITWM 연구소는 이미 건설회사들 및 차량 차체 제조업체들의 요구에 맞는 드레이핑 옵션 카탈로그를 작성할 수 있었다. 무엇보다도 OptiDrape은 조만간 중소기업도 섬유강화 플라스틱의 장점을 최대한 활용할 수 있다.

  

  

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