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[12] 적층제조 복잡성에 따른 최적 공정변수 설정 프레임워크 개발

  • 홍동욱
  • 인천대학교
  • 작품구분일반형
  • 공개여부비공개
  • 카테고리정보, 교육/연구, 기타
  • 등록일2024-06-21
  • 팀원(공동개발자)홍동욱 임진규 정승현 김대희
  • 출품 경진대회2024-1학기 산학 캡스톤디자인 경진대회 학생팀 & 멘토 모집

상세설명

1. 수행배경

최근 모빌리티 산업은 친환경 정책의 강화와 새로운 모빌리티 기술의 등장으로 인해 급격히 변화하고 있다. 전동차로의 전환과 UAM(Urban Air Mobility)과 같은 혁신적인 교통수단의 도입은 해당 산업의 새로운 패러다임을 형성하고 있으며, 모빌리티 업체들은 시장을 선점하기 위해 다양한 생산전략과 제조 시스템을 도입하고 있다. 이러한 변화 속에서 적층제조는 핵심 기술로 주목받고 있다.

적층제조에서는 의사결정자가 목표한 운영성과 달성을 위해 최적의 공정변수 설정이 요구된다. 공정변수 설정은 적층제조 운영성과에 직접적인 영향을 미치며, 운영성과 간의 상충관계를 발생 시킬 수 있다. 기존의 공정변수 설정에 대한 연구들은 운영성과 간의 상충관계를 충분히 반영하지 못했으며 부품의 복잡성에 대해서는 고려하지 않았다. 복잡성이 운영성과에 영향을 미친다면 다양한 복잡성을 가진 자동차 부품을 동일한 공정변수로 설정하여 생산하는 것은 제조상의 비효율을 야기할 수 있다.
 따라서 적층제조 복잡성을 정량적으로 측정하고 운영성과에 어떤 영향을 미치는지에 대한 파악하는 것이 중요하다. 이를 통해 모빌리티 산업에서 3D 프린팅 기술을 효과적으로 도입하고 활용할 수 있으며, 최적의 공정변수 설정을 통해 제조 효율성을 극대화할 수 있을 것이다.

2. 수행기간

3. 개발작품 설명

적층제조 복잡성 측정 지표 제시

 

본 연구에서는 적층제조 시 노즐의 움직임을 기반으로 복잡성을 측정하는 지표를 제시하여 적층제조 복잡성을 정량적으로 측정하고 비교할 수 있도록 하였다. 이를 통해 산업 현장에서 제조되는 부품의 복잡성을 수치화하여 표현할 수 있으며, 복잡성에 따라 부품을 효율적으로 관리할 수 있도록 지원한다. 기존의 적층제조 복잡성 연구에서는 주로 전통적인 절삭가공에서 사용되던 복잡성 지표를 그대로 사용했지만, 본 연구에서 제시한 G-Code 기반 복잡성 지표는 적층제조의 제조 특성과 부품의 설계 특성을 반영하여 적층제조에 특화된 복잡성 지표라는 점에서 의의를 가진다. 또한, 복잡성과 운영성과 간의 관계를 확인한 결과 해당 지표가 운영성과를 높은 수준으로 설명할 수 있음을 확인하였다.

해당 지표를 활용하여 복잡성에 따른 관리체계를 수립할 수 있으며, 형상의 복잡성을 정량적으로 측정함으로써 보다 객관적이고 체계적인 분석 및 판단이 가능해진다. 이를 통해 복잡성을 고려한 최초의 적층제조 공정변수 설정 방안으로써 모빌리티 산업에서 3D 프린팅 기술 도입과 활용을 지원하는 데 기여할 것으로 기대된다.

 

복잡성을 고려한 공정변수 조합 탐색 프레임워크 제시

 

Phase 1 실험과 Phase 2 실험의 결과를 통해 복잡성이 운영성과에 부정적인 영향을 미치며 복잡성에 따라 공정변수가 운영성과에 미치는 영향이 다른 것을 확인하였다. 이를 통해 복잡성이 높은 형상과 낮은 형상의 최적 공정변수 조합은 다를 수 있으며 복잡성을 고려한 최적 공정변수 탐색의 필요성을 제기했다. 운영성과 예측 모델과 다목적 최적화 알고리즘을 통합하여 실험되지 않은 공정변수 조합을 탐색할 수 있는 프레임워크를 제시하였으며, 이를 통해 최적 공정변수 탐색을 효과적으로 진행할 수 있다.

개발한 프레임워크는 모빌리티 산업 전반에서 적층제조를 활용한 부품 제조 시 최적 공정변수 탐색에 효과적으로 사용될 수 있다. 이를 통해 다양한 복잡성을 지니는 형상들을 제조해야 하는 모빌리티 부품 제조에서 의사결정자가 목표한 운영성과를 달성할 수 있도록 지원해주는 도구로 활용될 것이다.

 

 

4. 활용방안

  • 개발한 지표를 통해 복잡성을 정량적으로 평가하고 부품 복잡성 관리 기준 수립
  • 의사결정자의 목표한 운영성과를 달성하는부품 별 최적 공정변수 탐색 지원
  • 모빌리티 산업에서 3D 프린팅 도입 지원
  • 다양한 모적 사항에 대한 최적 공정변수를 도출하여 제조 효율성 증진
  • 에너지 소모량과 재료 소모량 감소를 통한 지속 가능한 제조업의 발전

소개 영상

소개 슬라이드

기타자료

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