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영철 포
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pp. 151-161 학술논문 의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 이상헌 *, 임성락 **, 이강수 *** Development of Injection Mold Design System for Pseudo-So

1 pp 학술논문 의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 이상헌 *, 임성락 **, 이강수 *** Development of Injection Mold Design System for Pseudo-Solid Part Models Lee, S. H.*, Lim, S. L.** and Lee, K.-S.*** ABSTRACT This paper describes the parting and Boolean operations for a pseudo-solid model of a plastic part, and their application to injection mold design. Here, a pseudo-solid model means a sheet model that looks like a solid model, but its boundary is not closed. When a solid model created in a different CAD system is imported through a standard data exchange file format, in most cases, a pseudo-solid model may be created due to tolerance or some other problems. However, most existing mold design systems based on solid modeling kernels require a complete part solid model. Therefore, mold designers have to do time-consuming healing operations to convert a pseudo-solid to solid. To eliminate or reduce the healing pre-process for mold design, in this paper, we proposed the parting and Boolean Operations on pseudo-solid part models. This paper also describes their detailed implementation and a case study. Key words : CAD, Boolean Operation, Non-manifold Modeling, Injection Mold Design, Non-water-tight Solid 1. 서론 사출성형공정은복잡한형상의제품을단한번에만들어낼수있는효율적인가공방법으로서대량생산에대단히적합하기때문에기계및전자산업분야에널리사용되고있다 [1,2]. 최근 3 차원제품설계가전기계분야에널리확산되어가고있으며이에따라금형설계에서도 3 차원 CAD 시스템을도입적용하는사례가급증하고있다. 현재각금형발주업체에서사용하는 CAD 시스템은종류가다양하기때문에제품모델이들어오면금형업체에서는자신이사용하는시스템에맞게파일변환을시켜줘야한다. 그러나제품모델을변환하면원래솔리드모델이었던형상데이터가깨져버리게된다. 즉, Fig. 1 의예제모델에서와같이면간의인접한모서리들이서로만나지않아서틈 (gap) 이생기는경우, 또는면이찢어지는경우가종종발생한다. 이와같이겉보기에는솔리드모델로보이나실제로는 봉합작업이성공리에수행되지못하여박판모델로존재하는모델을본논문에서는의사 ( 擬似 ) 솔리드모델 (pseudo-solid model) 이라고부르고있다. 그러나현재사용되고있는주요사출금형설계전용 CAD 시스템들은대부분솔리드기반시스템으로서각종금형설계편의기능은불리언작업과같은솔리드모델링작업을조합하여만들어졌기때문에외부로부터읽어들인모델이솔리드모델이아닌경우작업을진행할수없게된다. 따라서읽어들인모델이결함을가진경우금형설계작업에들어가기전에시간이많이소요되는모델수정작업을수행해야만한다. Fig. 2 에현재의금형설계작업흐름을나타낸것이다. * 종신회원, 국민대자동차공학전문대학원 ** 국민대자동차공학전문대학원 *** 종신회원, 한밭대기계공학부 - 논문투고일 : 심사완료일 : Fig. 1. An example of pseudo-solid model. 151

2 152 이상헌, 임성락, 이강수 Fig. 2. Flowchart of mold design. 따라서모델수정작업을최소화시킬수있다면전체금형설계시간을크게단축시킬수있다. 즉, CAM 작업에필요한수준정도까지모델의결함을수정하고불완전한솔리드모델상태에서파팅 (parting) 을비롯한금형설계작업을수행할수있다면모델오류수정에소요되는시간을단축시킬수있다. 이러한문제점을해결하기위하여본논문에서는 Unigraphics 의 UG/Open API [3] 를이용하여의사솔리드모델의파팅기능과불리언작업 (Boolean operation) 을개발하였으며이를바탕으로한사출금형설계시스템을개발하였다. 논문의나머지부분은다음과같이구성되어있다. 2 장에서는관련연구, 3 장에서는의사솔리드부품모델에대한금형설계, 4 장에서는코어및캐비티판 (core and cavity plates) 의분할기능, 5 장에서는의사솔리드모델의불리언작업, 6 장에서는적용예, 7 장에서는결론이나타나있다. 2. 관련연구 현재대부분의상용 CAD 시스템에서제공하는금형설계모듈은솔리드기반이다 [4]. MoldWizard [5], MoldWare [6], Pro/Mold [7] 는캐비티부의설계및분할기능과금형표준부품에대한설계및도면생성기능이있는데, 이들은모두솔리드모델링기반으로서결함있는제품모델에대해서는설계를하기위해서수정과정을거쳐야한다. 최근 K-Mold [8] 는비다양체모델 (non-manifold model) 에대해서일부금형설계 작업을지원하고있으나, 금형설계전반에걸쳐비다양체모델을대상으로한설계지원기능을제공하고있지는않다. 이건우 [9] 는솔리드모델링시스템인 SNUMOD를개발하였으며, 솔리드모델링기능가운데하나로서불리언작업을개발하였다. 여기에서의불리언작업은대상이솔리드모델로서본논문의대상인의사솔리드모델의경우는고려하지않고있다. 이상헌 [10,11] 등은상용솔리드모델링커널인 ROMULUS를이용한 MOLDMOD라는 3차원사출금형설계를위한 CAD 시스템을최초로제안하였다. 이시스템은솔리드모델링커널을이용하였기때문에대상부품모델이완전한솔리드모델인경우에만금형설계작업을진행할수있었다. 특히, 파팅작업조차도솔리드간의불리안작업을이용하여구현하였는데이는당시모델러가솔리드간의불리안작업만을지원하였기때문이었다. 즉, 파팅면을대신하여금형가공오차보다작은두께를갖는파팅면솔리드모델을생성한후, 이를통합입자코어에서빼기작업을수행함으로써파팅작업을수행되도록하는편법을사용하였다. 이러한문제점을해결하기위하여권병욱과이건우 [12] 는오일러연산자 (Euler operator) 를이용한사출금형의코어와캐비티의자동생성에관한연구를수행하였다. 솔리드모델간의불리안작업이아닌오일러연산자를사용하여파팅면과분할입자들을생성시킴으로써보다신속하고정확한파팅작업이수행될수있게되었다. 정승욱등 [13] 은상용 CAD 시스템인 Unigraphics를기반으로한사출금형설계전용시스템을개발하였다. 이시스템의파팅작업은솔리드모델의절단작업 (sectioning operation) 을이용하여구현되었으며, 따라서이역시솔리드모델인경우에만파팅작업이가능한한계를갖고있었다. 이철수등 [14] 은사출금형의분할선 (parting line) 및분할면 (parting surface) 과코어캐비티형상의추출에관한연구를수행하였으며, 금형가공을위한전극형상의모델링에대한연구도수행하였다 [15]. 의사솔리드모델은일종의비다양체모델이라고할수있으며, 이들간의불리안작업은비다양체모델간의불리안작업으로이해할수있다. 이에대한기존연구를살펴보면다음과같다. 김성환 [16] 등은비다양체모델을수용하는 CAD 시스템커널을위한불리언작업을개발하였는데, 여기에서사용된알고리즘은 병합과선택알고리즘 (merge and select algorithm) 으로서일단대상모델들을하나로합친후주어진일련의불리안작업의정의에따라해당

3 의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 153 하는위상요소들을선택하여보여주는방법을택하고있다. 이상헌 [17] 등은이연구결과를이용하여사출성형제품의설계및해석의통합환경을제공하기위한특징형상기반비다양체모델링시스템을개발하였으며, 이강수 [18] 등은비다양체모델을지원하는개방형커널시스템의개발에이를사용하였다. 한편, 유병현 [19] 등은선택저장자료구조를이용한복합다양체모델의불리언작업에관한연구를수행하였으며, 그기본적인알고리즘은김성환 [16] 등의연구와일치한다. 이러한비다양체모델의불리안작업은그자료구조가근본적으로비다양체모델의표현을지원할수있는경우에만그구현이가능하다. 그러나본논문에서사용하는상용모델러의자료구조는기본적으로곡면과솔리드모델을표현하는데사용되는자료구조로서일반적인비다양체모델을표현할수없기때문에위알고리즘을그대로적용시킬수없다. 이에본논문에서는곡면모델의표현이가능한수준의자료구조를바탕으로불리안작업의효과를볼수있는의사솔리드모델간의불리안작업을제안하고이를사출금형설계에적용하고자한다. 4. 코어블록의분할기능 의사솔리드패턴모델에대한코어블록의분할과정은다음과같이크게여섯단계로진행되며 Fig. 3 에그림으로간략히나타나있다. (Step 1) 의사솔리드모델의위상요소를저장한다. (Step 2) 분할면을생성하거나등록한다. (Step 3) 분할선과패턴상의일치하는모서리를분할선으로인식한다. (Step 4) 분할선을기준으로패턴의면들의그룹화작업을한다. (Step 5) 그룹화된면들은추출 (extract) 하여분할면과봉합 (sewing) 작업을한다. (Step 6) 봉합된박판모델 (sheet body) 을이용하여코어와캐비티블록을생성한다. 다음은각과정에대해서상세히설명하겠다. 4.1 면인접그래프의생성솔리드모델에서두개의면은반드시하나의모서리를공유하나의사솔리드모델은이것이지켜지지 3. 의사솔리드부품모델에대한금형설계 금형의일반적인설계과정은다음과같다. 먼저제품을복사하여패턴 (pattern) 모델을만든후성형수축율보정을위하여패턴모델을확대한다. 다음패턴을둘러싸는직육면체형상의코어블록을생성하고파팅면을생성한뒤이것을이용하여코어판과캐비티판을분할한다. 다음몰드베이스 (moldbase) 를생성하고기본표준부품및슬라이드형상부 (slide shape) 과코어인서트 (core insert) 를생성한다. 다음스프루 (sprue), 런너 (runner), 게이트 (gate) 그리고냉각수회로 (cooling channel) 를생성한다. 의사솔리드모델에금형설계과정을적용하기위해서는먼저파팅면을이용하여코어블록 (core block) 을분할하는기능 (split function) 이필요하고, 두번째로슬라이드형상부와코어인서트및표준부품이장착될구멍을생성하기위해서는불리언기능의개발이필요하다. 개발된기능을이용하여금형설계를할경우솔리드화시키는과정없이결함이있는모델을그대로사용하였기때문에제품의결함은가지고있으면서분할및불리언작업이이루어진다. Fig. 3. Parting process for a pseudo-solid model.

4 154 이상헌, 임성락, 이강수 않는다. 원래솔리드모델에서하나의모서리였던것이다른시스템에서읽혀지면서두개의모서리로분리되는경우가흔히발생한다. 만일이분리된두개의모서리를찾아내어하나의모서리인것처럼처리한다면의사솔리드모델에대한분할작업을수행할수있을것이다. 여러개의박판모델로이루어진의사솔리드모델중에서 Fig. 4 에서보는바와같이각각분리되어있는박판모델들에대해서생각해보자. Sheet 1 은두개의면으로구성되어있으며두면은모서리 E 1 을공유한다. 하지만 Sheet 1 과 Sheet 2 는실제로공유하는모서리가존재하지않는다. 이런경우 Sheet 1 의면 F 1 에존재하는모서리 E 2 와기하학적으로근사하게일치하는모서리 E 2 ' 를찾아서두면을연결해주고, 모서리 E 3 와모서리 E 3 ' 도동일한방법으로연결해줌으로서의사솔리드모델을마치솔리드모델처럼처리할수있게될것이다. Fig. 5. A face adjacency graph for a pseudo-solid model. 제품모델의결함이심각하여공차를크게하여도인접하는모서리를찾지못하는경우에는분할이적용되지않을수있으며, 이러한경우인접모서리를찾지못한부분이하이라이트되고그부분을수정하도록추천하는메시지가나타난다. Fig. 4. Topological entities in a pseudo-solid model. 솔리드모델은하나의모서리가두개의면을공유한다. 불완전한솔리드모델의경우면인접그래프 (face adjacency graph) 는그래프의연결선 (edge) 에모서리가쌍 (couple) 으로들어간다. 끊어져있는면의모서리에대해서근사적으로일치하는모서리를찾아두면끼리쌍이되는모서리들의리스트를저장한다. Fig. 5 는 Fig. 4 에대한면인접그래프를생성한예이다. 4.2 분할면의생성분할면의생성은기존의 KMU-MOLD 의솔리드모델의분할면생성기능과동일하며 [20] 크게외곽모서리를이용해서생성하는외부분할면 (external parting surface) 과제품내부의구멍 (hole) 을막으면서생성하는내부분할면 (internal parting surface) 의두가지로구분된다. 내부분할면생성은사용자가선택한제품면위의구멍을자동으로찾아서막는기능이다. 내부분할면생성기능중 Fill Holes on a Surface 기능은사용자가선택한제품면위의구멍을자동으로찾아서막는기능이고, Untrim Sheet by Edges Boundary 기능은사용자가선택한모서리를경계로하여모서리들이공유하는면을추출하여 untrim 하는기능이다. 외부분할면생성의 Extrude 기능은제품상의외곽모서리를선택하여임의의방향, 길이에따라스위핑하는작업을수행하는기능이고, Sweep 기능은선택한모서리를스위핑경로곡선으로인식하고, 인접한분할면박판모델의모서리를단면곡선으로해서스위핑작업을하는기능이다. Bounded Plane 기능은동일평면상의모서리들을선택해서폐곡선일경우에는선택한모서리들을경계로박판모델을생성하고, 폐곡선이아닐경우에는끊어진부분에직선을생성하여폐곡선을만들어박판모델을생성하는기능이다. Register Parting Surface 기능은사용자가 Unigraphics 의일반모델링기능으로생성한곡면을분할면으로등록하는기능이다. Fig. 6 은분할면을생성한결과를보여준다.

의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 155 지판단하여경계조건이맞으면더이상인접하는면으로넘어가지않는다. 여기서그룹화된면들에대한정보는따로저장한다. Fig. 8 은제품상의상, 하측면들을그룹화하고추출한결과이다. Fig. 6.

분할면을이용하는방법은분할면의모서리들과패턴의모서리들을비교하여일치하거나걸쳐져있는모서리들은분할선으로자동인식한다. 분할선으로인식된모서리들은 PL_EDGE 라는이름으로저장된다. Fig. 7 은 Fig.

는봉합작업의결과로패치 (patch) 가생성된결과이다. Fig. 9. Sewing the parting surfaces and their two grouped faces. Fig. 7.

임의의면을시작으로면인접그래프에서인접한면들을순차적으로검색하면서경계모서리또는그모서리와짝을이루는모서리가경계조건의모서리인 4.

5 의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 155 지판단하여경계조건이맞으면더이상인접하는면으로넘어가지않는다. 여기서그룹화된면들에대한정보는따로저장한다. Fig. 8 은제품상의상, 하측면들을그룹화하고추출한결과이다. Fig. 6. Generating parting surfaces. 4.3 분할선찾기본시스템에서는 4.2 절에서생성하거나등록한분할면을이용하여분할선을인식하는기능과사용자가지정하여분할선으로등록하는기능을제공한다. 분할면을이용하는방법은분할면의모서리들과패턴의모서리들을비교하여일치하거나걸쳐져있는모서리들은분할선으로자동인식한다. 분할선으로인식된모서리들은 PL_EDGE 라는이름으로저장된다. Fig. 7 은 Fig. 6 에서생성한분할면에대하여분할선을찾은결과를보여준다. 4.5 봉합작업 4.4 절에서그룹화된면들을추출한면들과분할면들에대하여봉합작업을한다. Fig. 9 는봉합작업의결과로패치 (patch) 가생성된결과이다. Fig. 9. Sewing the parting surfaces and their two grouped faces. Fig. 7. Searching for parting lines. 4.4 면들의그룹화작업의사솔리드모델의면인접그래프를바탕으로분할선을기준으로한면들의그룹화작업이필요하다. 임의의면을시작으로면인접그래프에서인접한면들을순차적으로검색하면서경계모서리또는그모서리와짝을이루는모서리가경계조건의모서리인 4.6 분할면을이용한코어및캐비티블록의생성제품모델이하나의솔리드라면분할면으로트림 (trim) 작업을해서솔리드타입의코어, 캐비티를생성할수있지만두개이상의박판모델로이루어진의사솔리드모델은결함있는부분때문에트림작업을수행할수없다. 또한의사솔리드모델을이용해서생성한코어, 캐비티는제품의결함을포함하고있기때문에박판모델로존재하게된다. 의사솔리드모델의코어및캐비티블록의생성은다음과같이세가지단계로진행된다. (Step 1) 4 개의기준평면생성 (Step 2) 분할면의트림작업 (Step 3) 코어및캐비티블록의생성 Fig. 8. Result of the Extract Region operation. Fig. 10. Creating four datum planes.

156 이상헌, 임성락, 이강수 Fig. 10 에서보는바와같이앞서생성한코어블록의크기를참조하여 +X, X, +Y, Y 방향으로네개의기준평면 (datum plane) 을생성한다. 생성한기준평면으로분할면을트림한다. 트림작업은기준평면을기준으로분할면의바깥쪽영역을없앤다. Fig. 11 은트림작업을한결과이다. 이방법을사용하였으며위예외적인경우의처리는향후과제로남겨두었다.

기준평면 (datum plane) 에의해트림된분할면의네개의꼭지점과코어및캐비티블록의꼭지점을연결하여코어및캐비티에직선을생성한다. 분할면의꼭지점을탐색하는방법은분할면의모든모서리들의끝점이각각해당하는기준평면상에존재하는지를판단하여최대및최소좌표를얻을수있다. Fig. 12 는꼭지점을연결하여직선을생성한결과이다.

6 156 이상헌, 임성락, 이강수 Fig. 10 에서보는바와같이앞서생성한코어블록의크기를참조하여 +X, X, +Y, Y 방향으로네개의기준평면 (datum plane) 을생성한다. 생성한기준평면으로분할면을트림한다. 트림작업은기준평면을기준으로분할면의바깥쪽영역을없앤다. Fig. 11 은트림작업을한결과이다. 이방법을사용하였으며위예외적인경우의처리는향후과제로남겨두었다. 생성된측벽들과분할면, 그리고앞서그룹화작업을통해서생성한상, 하박판모델들을모두가능한공차범위내에서봉합작업을하여코어및캐비티블록을생성한다. Fig. 13 은최종생성된박판모델의코어및캐비티블록을보여주고있다. Fig. 11. Trimming a patch using datum planes. 기준평면 (datum plane) 에의해트림된분할면의네개의꼭지점과코어및캐비티블록의꼭지점을연결하여코어및캐비티에직선을생성한다. 분할면의꼭지점을탐색하는방법은분할면의모든모서리들의끝점이각각해당하는기준평면상에존재하는지를판단하여최대및최소좌표를얻을수있다. Fig. 12 는꼭지점을연결하여직선을생성한결과이다. 코어및캐비티블록의뼈대가되는직선들과각각의기준평면상에존재하는분할면의모서리를이용하여측벽을생성시킨다. 기준평면상에존재하는분할면의모서리들은양끝점이기준평면상에존재하는지를판단하여얻는다. 이방법은예외적인경우, 즉양끝점이기준평면상에있더라도모서리가평면상에있지않는경우가있을수있으나효율을고려하여 Fig. 12. Generating sketch lines. Fig. 13. Generating core and cavity blocks. 5. 의사솔리드모델의불리언작업 대부분의솔리드모델링시스템이제공하는불리언작업은합집합 (union), 교집합 (intersection), 차집합 (difference) 이다. 의사솔리드모델의불리언작업을설명하기전에솔리드모델의불리언작업에대해서설명하도록하겠다. 다음은 SNUMOD [9] 의단계별알고리즘을나타낸다. (Step 1) 두물체간의교차곡선을계산한다. (Step 2) 교차곡선을양쪽모델에추가한다. (Step 3) 교차선이새겨넣어진두물체의각면들을상대위치에따라분류한다. (Step 4) 적용할불리언연산자에따라분류된면그룹을선택한다. (Step 5) Step 4 의결과에따라선택되지않은그룹의면들을각그룹에서제거한다. (Step 6) Step 5 의결과로얻어진두개의물체는공통경계를기준으로접합한다. 위와같은솔리드모델에대한불리언작업은의사솔리드모델에직접적용할수없다. 의사솔리드모델일경우 Step 2 에서교차곡선을양쪽모델에추가시키더라도교차곡선이닫혀있지않아면의분리가안되는경우가발생할수있다. 그밖에솔리드모델에대한위상작업은대상이다양체 (two-manifold) 라는가정하에만들어진자료구조를기반으로만들어졌기때문에의사솔리드모델에적용했을때 Step 2,

7 의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 157 5, 6 에서예기치않은문제가발생할수있다. 또한 Step 3 에서그룹핑을수행할경우의사솔리드모델에서는인접면과틈이존재할수있으므로정확한그룹을얻지못할수있다. 이러한문제점을해결하기위하여본연구에서는의사솔리드모델에대한불리언작업알고리즘을고안하였다. 이알고리즘은다음과같이크게 5 단계로이루어져있다. (Step 1) 두물체간의교차곡선을계산한다. (Step 2) 교차하는면들을교차곡선으로분할한다. (Step 3) 분할된 body 들을상호상대적인위치관계로분류한다. (Step 4) 적용할불리언연산자에따라 body 들을선택한다. (Step 5) 분류된 body 들을접합한다. 의사솔리드모델의불리언작업을위해 Fig. 14 에서보는바와같이 target body 를 A, tool body 를 B 라하도록하겠다. 두물체중어느한쪽이솔리드모델이라면그물체상의임의면을경계면 (boundary face), seed face 로하여모든면들을추출 (extract) 하여하나의박판모델로만든다. Fig. 14. Target and tool bodies for Boolean operations. 5.1 교차곡선의계산 Step 1 에해당하는작업으로서두물체간의교차되는모든면들의모서리를이용하여곡선을생성한다. 본시스템에서는두개의물체 (object) 를선택하여입력받은정보를리스트로저장하고교차여부, 교차곡선, 교차개수를구하여교차곡선을리스트로저장한다. Fig. 15 는두물체의교차곡선 (intersection curve) 을나타낸다. Fig. 15. Calculation of intersection curves for two pseudosolid bodies. 5.2 교차곡선으로의분할작업 Step 2 에해당하는작업으로서교차하는면들과교차되지않는면들을분류한후, 교차되는면들은교차곡선으로각각의면단위로분할해서쪼개진면들을추출하여박판모델로저장한다. 교차하지않은면들에대해서는분할된면을경계면으로저장하고교차하지않은임의의면을 seed face 로저장하여추출과정을거쳐박판모델을생성한다. 교차하는면은분할된부분만따로박판모델을생성한다. 의사솔리드모델의경우에는인접한면들간에틈새가존재할수있으며이로말미암아하나의면상에서닫혀있어야할교차곡선들이열려있는경우가발생할수있다. 이경우열린교차곡선의끝점에서가장가까이있는열린교차곡선의끝점간을연결시켜주는곡선을생성시킨다. 면이평면인경우는두점을연결하는직선으로연결곡선을생성시키고, 면이곡면인경우는그직선을곡면상에투영시켜연결곡면을얻도록한다. 이와같이서로연결된일련의교차곡선을이용하여모델러의트림 (trim) 기능으로면을분할한다. Fig. 16 은교차곡선으로분할된박판모델들의그룹들을나타낸다. Fig. 16. Splitting bodies with intersection curves.

158 이상헌, 임성락, 이강수 5.3 분할된박판모델의위치관계분류 Step 3 에해당하는작업으로서불리언작업을하기위해서는분할된각각의박판모델들의상대적인위치가내부에있는지혹은외부에있는지를판별해야한다. 본논문에서는상대적인위치의판별방법은 ray test 방법을사용하고있다 [21]. 이방법을 Fig.

Input sheet lists for sewing operation A B Union A_Out_of_B B_Out_of_A Intersection A_In_of_B B_In_of_A Subtraction A_Out_of_B B_Out_of_A B_In_of_A A_In_of_B 5.

8 158 이상헌, 임성락, 이강수 5.3 분할된박판모델의위치관계분류 Step 3 에해당하는작업으로서불리언작업을하기위해서는분할된각각의박판모델들의상대적인위치가내부에있는지혹은외부에있는지를판별해야한다. 본논문에서는상대적인위치의판별방법은 ray test 방법을사용하고있다 [21]. 이방법을 Fig. 16 에나타난분할된박판모델에적용시켜상대모델에대한위치를나타낸것이 Fig. 17 이다. Table 1. Input sheet lists for sewing operation A B Union A_Out_of_B B_Out_of_A Intersection A_In_of_B B_In_of_A Subtraction A_Out_of_B B_Out_of_A B_In_of_A A_In_of_B 5.5 봉합작업 Step 5 에해당되는작업으로서 Step 4 에서선별한박판모델들중에서로인접하는모델끼리봉합작업을한다. 봉합작업결과는역시박판모델이다. Fig. 19 는불리언작업중합작업 (union operation) 을수행한결과이다. Fig. 17. Classifying the relative location of each sheet body. 5.4 불리언작업유형에따른선택작업 Step 4 에해당하는작업으로서주어진불리언작업의종류에따라봉합할 body 들을선택하는단계이다. 5.3 절에서분류한결과를이용하여합집합일경우에는 OUT 에해당되는박판모델들만따로저장하고교집합일경우에는 IN 에해당되는박판모델들을선택한다. 그리고차집합일경우에는 OUT 과 IN 을 target body 에따라각기선별하여저장한다. Fig. 18 은박판모델들이분류되어있는것을나타낸것이다. Fig. 19. Union operation on pseudo-solid models. 6. 적용예 6.1 분할작업적용예의사솔리드모델의분할작업을이용하여매니폴드 (manifold) 에대한금형설계에적용하였다. Fig. 20 은제품의분할면을생성한것이고, Fig. 21 은제품의상 / 하부의면을추출한것이다. Fig. 22 는추출한 Fig. 18. A union operation on pseudo-solid models. Table 1 은불리언작업의종류에따라분류된박판모델리스트들을나열한것이다. Fig. 20. Generating parting surfaces.

의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 159 면과분할면을봉합하여상 / 하측패치를생성한것이고, Fig.

(Step 1) 인서트 body 생성및분할로서기준평면을생성하여분할단면을스케치하고 extrusion 한다.

를한다. (Step 3) 인서트코어에대한봉합작업과인서트코어를빼내는것에대한작업을한다. Fig. 22.

9 의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 159 면과분할면을봉합하여상 / 하측패치를생성한것이고, Fig. 23 은생성할코어블록의기준이될기준평면 (datum plane) 을생성한것이다. Fig. 24 는코어및캐비티를생성한모습이다. 6.2 불리언작업적용예의사솔리드모델의불리언작업을인서트코어설계에적용하여보았다. 전체적인설계과정은다음과같이 3 단계로진행된다. Fig. 21. Result of the Extract Region operation. (Step 1) 인서트 body 생성및분할로서기준평면을생성하여분할단면을스케치하고 extrusion 한다. (Step 2) 분할된박판모델의위치관계분류로서교차하는 body 를복사하고서로분할한후 ray test 를한다. (Step 3) 인서트코어에대한봉합작업과인서트코어를빼내는것에대한작업을한다. Fig. 22. Sewing parting surfaces and grouped faces. Fig. 25. Extruding a sketch profile. Fig. 23. Generating four datum planes by the core block size. Fig. 26. Intersecting a swept volume and a core block. Fig. 24. Generating core and cavity blocks. Fig. 27. Generating an insert core.

10 160 이상헌, 임성락, 이강수 Fig. 25 는분할단면을스위핑한것이고 Fig. 26 은스위핑한 body 와교집합작업 (intersection operation) 을수행한것이다. Fig. 27 은인서트코어의최종형상이다. 7. 결론 본논문에서는의사솔리드모델에대한상 / 하파팅작업과불리언작업을개발하였으며이를바탕으로제품모델로부터상코어와하코어, 인서트코어를생성하는기능을갖춘금형설계시스템을개발하였다. 본시스템을보완하여실제금형설계현업에적용시킨다면결함있는제품데이터의수정을최소화할수있고이로인하여금형납기기간단축에크게기여할것으로기대된다. 향후과제로는의사솔리드모델의분할을다양한모델에적용시키는작업과불리언작업에서고려하지않았던분리된면그룹이오버랩되는경우를보완하는작업이필요하다. 감사의글 본연구는한국과학재단목적기초연구 ( 과제번호 : R ) 지원으로수행되었다. 참고문헌 1. 유병렬, 사출금형설계입문, 성안당, Bernhardt, E. C., CAE for Injection Molding, Hanser Publisher, New York, Electronic Data Systems Corporation, UG/OPEN API Reference Version 18.0, 김영봉, 단납기의방정식, 3 차원금형설계, CAD & Graphics, 제 102 호, pp , EDS, Mold Wizard, 6. FUJITSU, UG/Moldware, 7. PTC, Pro/Mold Design, 8. 한국캐드캠솔루션, K-MOLD, co.kr 9. 이건우, CAD/CAM/CAE 시스템, 피어슨에듀케이션코리아, 이상헌, 이건우, 고천진, 플라스틱사출금형설계를위한 CAD 시스템의개발, 대한기계학회논문집, 제 12 권, 제 6 호, pp , Lee, S. H. and Lee, K., An Integrated CAD System for Mold Design in Injection Molding Process, Production Engineering Division, The Winter Annual Meeting of the ASME, Chicago, PED-Vol.32, pp , 권병욱, 이건우, 사출금형설계를위한코어와캐비티의자동생성, 대한기계학회논문집, 제 5 권, 제 2 호, pp , 정승욱, 정종훈, 정강훈, 상용 Solid Modeler 기반사출금형설계 CAD System 의개발, 한국 CAD/ CAM 학회학술발표회논문집, 제 5 권, pp , 이철수, 김용훈, 박광렬, 면 - 모서리그래프를이용한사출금형의파팅라인및파팅서피스와코어캐비티형상의추출, 대한산업공학회, 제 13 권, 제 4 호, pp , 이철수, 김용훈, 박광렬, 솔리드모델러를기반으로한사출금형용전극형상의모델링, 한국 CAD/CAM 학회논문집, 제 6 권, 제 1 호, pp 김성환, 이건우, 김영진, 비다양체모델을수용하는 CAD 시스템커널을위한불리안조작의개발, 한국 CAD/CAM 학회논문집, 제 1 권, 제 1 호, pp , 이상헌, 이건우, 사출성형제품의설계및해석의통합환경을제공하기위한특징형상기반비다양체모델링시스템의개발, 한국 CAD/CAM 학회논문집, 제 1 권, 제 2 호, pp , 이강수, 이건우, 한영현, 홍진웅, 박상근, 허정훈, 안재홍, 이경진, 곽성준, 김성환, 이상헌, 김영진, 정진평, 비다양체모델을지원하는개방형커널시스템의개발, 한국 CAD/CAM 학술발표회논문집, pp , 유병현, 한순흥, 선택저장자료구조를이용한복합다양체모델의불리언작업, 한국 CAD/CAM 학회논문집, 제 5 권, 제 4 호, pp , 이상헌, 장진우, 우윤환, KMU-MOLD: Unigraphics 기반솔리드사출금형설계시스템, 한국 CAD/ CAM 학회학술발표회논문집, pp , Lee, S. H., Jang, J. W., Lee, K-S., Park, S., Woo, Y., Huh, Y. M. and Yang, J. S., Boolean Operations on Pseudo-Solid Models and their Application to Mold Design, Proceedings of the 5th International Conference on Engineering Design and Automation, Maui, Hawaii, USA, EDAK6054,

의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 161 이상헌 1986 년서울대학교기계설계학과학사 1988 년서울대학교기계설계학과석사 1993 년서울대학교기계설계학과박사

Geometric Modeling, Die & Mold Design, Virtual Design and Manufacturing 이강수 1987

년국민대학교연구교수 2002 년 ~ 현재한밭대학교기계공학부전임강사관심분야 : CAD/CAM, Product Design, Digital Mockup, PDM 임성락

11 의사솔리드부품모델에대한금형설계시스템의개발 161 이상헌 1986 년서울대학교기계설계학과학사 1988 년서울대학교기계설계학과석사 1993 년서울대학교기계설계학과박사 1993 년 ~1995 년신도리코기술연구소책임연구원 1996 년대우고등기술연구원선임연구원 1996 년 ~ 현재국민대학교부교수관심분야 : CAD/CAM, 3D Geometric Modeling, Die & Mold Design, Virtual Design and Manufacturing 이강수 1987 년서울대학교기계설계학과학사 1989 년서울대학교기계설계학과석사 1999 년서울대학교기계설계학과박사 1989 년 ~2000 년대우종합기계선임연구원 2000 년 ~2002 년국민대학교연구교수 2002 년 ~ 현재한밭대학교기계공학부전임강사관심분야 : CAD/CAM, Product Design, Digital Mockup, PDM 임성락 1999 년국민대학교기계공학과학사 2004 년국민대학교자동차공학과석사관심분야 : Surface/Solid/Assembly Modeling, User Interaction Techniques, Virtual Reality

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