CADWIND
CADWIND는 벨기에에 본사를 두고 있는 MATERIAL사가 개발한 소프트웨어로서, 복합재 성형공법 중 필라멘트 와인딩을 이용하여 맨드릴 생성, 와인딩 패턴 생성, 상용 구조해석 소프트웨어와 연동한 파열압해석 수행, 또한 사용자는 CADWIND에서 장비 파라미터를 입력, 가상 프로토타입 모델생성, G-code 생성, 그리고 생성된 G-code를 필라멘트 와인딩 장비에 삽입하여 필라멘트 와인딩 제품을 생성할 수 있습니다.
필라멘트 와인딩 공정
.필라멘트 와인딩 공정중 CADWIND를 적용하는 영역은 Madnrel 생성 및 와인딩 패턴 설계, machine 및 Postprocessing파라미터 입력, 가상 프로토타입 모델 생성, part program으로 G-code생성, G-code를 CNC controller에 삽입, 그리고 최종 필라멘트 와인딩 제품 생성입니다.
마찰을 이용한 물리적 모델링
필라멘트 와인딩패턴 수행시 핵심기술은 Non-Geodesic winding입니다. CADWIND는 실제현상에서 발생하는 물리적 모델링 구현하기 위하여 마찰과 다양한 각도의 와인딩 패턴을 이용합니다. CADWIND의 Mandrel은 축대칭과 비축대칭 형상을 생성하고, 이들에 대한 와인딩 패턴을 계산할 수 있는데, 이 때 섬유와 표면 사이의 마찰을 이용해서 섬유가 Mandrel위에서 미끄러지는 슬립현상을 방지할 수 있습니다. 즉, CADWIND는 마찰을 포함한 물리적 모델링이기 때문에 실제 와인딩에서 발생하는 현상을 시뮬레이션 할 수 있습니다.
Mandrel 생성 및 와인딩 패턴설계
CADWIND에서 Mandrel을 생성하는 방법은 CADWIND에서 제공하는 모델과 상용CAD파일을 삽입하는 방법으로 나누어집니다. CADWIND에서 제공하는 모델은 파이프, 튜브, 압력용기, 엘보, 콘, 티와 같은 모델들로, 이는 파라미터 값들을 입력함으로써 쉽게 생성할 수 있습니다. 축대칭모델이나 비축대칭 모델의 경우는 상용CAD파일을 삽입하여 사용하 수 있습니다. 와인딩패턴의 경우 Helical, Hoop, 그리고 combination 와인딩을 생성할 수 있으며, 실제 장비에 적용시 장비를 멈추지 않고 사용자의 요구에 따른 다양한 와인딩 각도를 가지는 레이어를 연결하여 적용할 수 있습니다. 고압용기의 경우에는 상용 구조해석 소프트웨어와 연동하여 파열압 해석 수행할 수 있는데, 파열압 해석 수행에 필요한 데이터(적층형상, 적층순서, 적층두께, 적층레이어, 적층각도 등)를 제공합니다.
Machine 및 Postprocessing 파라미터 입력
Mandrel생성 및 와인딩패턴을 수행한 후, 실제장비와의 연동을 위해서 Machine 및 Post processing 파라미터를 입력하게 됩니다. Machine 파라미터를 이용하여 Machine의 각종치수들을 입력하고, Post processing parameter를 이용하여, Machine의 거동선택, Machine 속도, 그리고 Machine 축에 대한 정보를 선택합니다. 마지막으로 Control 데이터 추출방법으로 CCDF(Cadwind Control Data Format)을 선택합니다. 생성된 CCDF는 가상프로토타입모델로서, CADWIND를 이용하여 Machine의 거동을 섬유로 와인딩 하는 것을 실제로 확인할 수 있습니다. 세부적으로는 와인딩의 부드러움 정도, 축의 범위제어, Payout eye가 심축과 충돌하는지에 대한 Machine의 거동을 확인하게 됩니다. 그런다음 Part program으로 G-code를 생성할 수 있습니다. G-code를 생성하기 위해서는 각종 필라멘트 와인딩 장비들의 definition파일들과 CADWIND가 연동이 되어야 합니다. CADWIND는 다양한 필라멘트 와인딩 장비들의 definition파일들을 보유하고 있으며, 보유장비에 대한 definition파일이 없을 경우, 추가하는 것이 가능합니다.
필라멘트 와인딩제품
필라멘트 와인딩 제품으로는 파이프, 엘보, 티, 압력용기등과 사용자 맞춤형 축대칭 및 비축대칭 제품들이 있습니다. 특히, 고압용기인 수소연료탱크, CNG, LPG등의 경우, 파열압 해석값과 파열압 테스트한 결과값이 차이가 발생하는데, 이는 탄소섬유의 종류, 수지적용방식(습식, 건식), 복합재비율(탄소섬유와 수지), 탄소섬유 장력, 그리고 경화조건에 따라서 달라질 수 있습니다. 특히, 최적화된 복합재 비율이 파열압을 개선시키는데 중요한 인자입니다.
