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Jun 28. 2024
13. 디자인과 엔지니어링의 융합
디자이너와 엔지니어가 결혼한다고 되는 것이 아니다
고장력강판은 특수소재로 일반적인 철판보다 인장강도가 월등히 높다. 주로 자동차에서 탑승객을 보호하기 위한 B필러 주변부와 탑승객을 둘러싼 칵핏부위에 사용된다. 구조재는 강한 성질을 보유하므로 금형으로 성형 시 더 많은 압력을 요구하고 금형의 제작 조건 역시 까다로울 수밖에 없다. 일반적으로 자동차 외장 디자인으로 구분되는 외판의 경우 고장력강판 대신 다소 무른 소재를 사용하는데, 이는 디자인 자유도에 따른 성형성을 높이는 것뿐 아니라 외부 충격을 1차적으로 흡수하기 위함이다. 따라서 구조재와 스킨이 구분이 되어 있는 것이 자동차제조 프로세스의 일반적인 방법론이다. 그러나 자전거 프레임은 뼈대와 스킨의 형상이 일체 된 구조로, 이를 Monocoque 또는 Exoskeleton으로 표현하기도 한다. 즉, 성형이 힘든 구조재를 통해 요구되는 강성과 디자인을 동시에 표현해야 하는 것이 일차적인 과제이다.
자동차 스타일링처럼 넓은 복곡면을 조합하여 입체를 만들기보다는 프레임의 구조로 성형하되 프레임의 섹션과 캐릭터 라인을 조합하여 기존 알루미늄 자전거 대비 디자인적 요소가 표현되기 쉽다는 장점이 있다. 성형과 디자인 자유도의 밸런스를 맞추는 것이 핵심기술이다. 이것이 가능하기 위해서는 디지털 디자인 프로세스를 통해 지오메트리라고 하는 2차원 사이드뷰의 레이아웃을 기준으로 한 최초 콘셉트디자인으로 3차원 모델링을 제작하게 된다.
이러한 디자인 데이터를 기반으로 설계용 해석과 성형을 위한 초기 설계 데이터를 제작하게 된다. 그러나 이 두 가지 3차원 모델링은 같은 프로그램을 사용하는 것이 아니라 각각의 특징에 맞는 프로그램을 사용해야 하는데 디자인의 경우 Autodesk 사의 Alias라는 자동차 디자인 전문 툴을 통해 제작을 하는 것이 효과적이다. 이를 설계 전용 프로그램인 CATIA를 통해 다시 Rebuild라는 과정을 거치게 되면서 성형에 필요한 에지 부분의 곡률값과 세부적인 요소들을 결합 하기 위한 고정변수들을 결합하게 된다. 이것이 에코브가 마이크로 모빌리티 및 자전거 프레임을 만들기 위한 가장 첫 번째 단계로, 성형시뮬레이션 및 구조해석까지 설정된 기준에 맞게 검토를 할 수 있다.
만일 이과 같은 시뮬레이션 과정에서 성형조건을 넘어선 에러가 발견되면 다시 초기 디자인 컨셉에서 ‘디자인의 표현을 해치지 않는 수준의 변경’이 합의가 되어야 한다. 만일 디자인 단계의 표현이 더 중요하다고 판단될 시 공법에 소요되는 시간과 예산은 증가하게 된다. 이와 같은 의사결정은 고객의 요청이 있을 경우에 우선순위로 지켜져야 하는 사안이거나, 대게는 성형에 대한 원만한 해결을 위해 기존의 디자인을 수정하는 방향으로 진행이 된다.
성형 해석 시뮬레이션자칫 이와 같은 방식은 디자인입장에서 설계에 종속이 되지 않을까 하는 의문을 들게 할 수도 있다. 하지만 많은 경험을 해본 에코브의 결론은, 정제되지 않은 초기 디자인 컨셉이라도 성형성과 구조를 맞추는 지오메트리에 가까울수록 디자인 완성도 역시 높아지기에 디자인의 개선 과정으로 포함할 수 있다는 것이다.
에코브의 자전거 디자인 완성도는 비례와 흐름을 가장 중요하게 생걱한다. 측면에서 봤을 때 각 튜브(탑튜브, 다운튜브, 시트스테이, 체인스테이 등)의 선적인 요소들이 합쳐지며 구성되는 각도와 길이뿐만이 아니라 각 튜브의 폭과 단면에서 나타나는 캐릭터 라인들이 조화롭게 구성되는가에 대해 복합적으로 판단해야 한다. 이와 같은 노하우를 기반으로 의욕만 넘치는 자동차 디자이너가 오랜 경험의 설계자와 협업을 한다고 할지라도 제대로 된 자전거 프레임 디자인을 하기는 쉽지 않아 보인다.
특히 기존 자전거의 2차원적 설계방식으로 볼 수 없는 표현과 기술 등을 고려할 때 깊이에 대한 고민이 필요하다. 좌우를 성형하여 센터라인을 기준으로 조합을 한다고는 하지만 좌우 패널구조가 만나는 접점의 구성은 디자인요소라기보다는 설계적인 부분에 매우 가깝다. 때문에 이러한 깊이감을 통해 표현되는 느낌 역시 디자인적 요소가 아니라고 할 수 없는 부분이다. 이것은 수많은 경험을 통해 터득해 낸 에코브의 무형자산으로서 협력업체들의 설비를 사용하긴 하지만, 그들조차도 쉽게 흉내 낼 수 없는 핵심 노하우이다.
12. a convergence of design and engineering
High-tensile steel sheets are special materials and have significantly higher tensile strength than general steel sheets. It is mainly used in the periphery of the B pillar to protect passengers in automobiles and the cockpit surrounding the passengers. Since structural materials have strong properties, more pressure is required when molding with a mold, and the manufacturing conditions of the mold are inevitably difficult. In general, in the case of outer panels classified by automobile exterior design, rather soft materials are used instead of high-tensile steel sheets, not only to increase moldability according to design freedom but also to primarily absorb external impacts. Therefore, it is a general methodology of automobile manufacturing processes that structural materials and skins are distinguished. However, the bicycle frame is a structure in which the shape of the skeleton and skin are integrated, and this is sometimes expressed as Monocoque or Exoskeleton. In other words, the primary task is to simultaneously express the rigidity and design required through a structural material that is difficult to mold.
Rather than combining curved surface panels like automobile styling to form a three-dimensional structure, it has the advantage of being easier to express design elements compared to conventional aluminum bicycles by combining sections of frames and character lines. Balance of molding and design freedom is a key technology. For this to be possible, 3D modeling will be produced with the first concept design based on the layout of a 2D side view called geometry through the digital design process.
Based on these design data, initial design data for design interpretation and molding are produced. However, these two three-dimensional modeling should not use the same program, but a program tailored to each characteristic, and in the case of design, it is effective to create it through Autodesk's specialized automobile design tool called Alias. As this goes through the process of rebuilding again through CATIA, a design-only program, the curvature value of the edge part required for molding and fixed variables for defects in detailed elements are combined. This is the first step for eccov to create micro-mobility and bicycle frames, and molding simulation and structural analysis can be reviewed according to the set criteria.
If an error beyond the molding conditions is found in the simulation process such as this one, 'a change in the level that does not harm the expression of the design' in the initial design concept should be agreed again. If it is judged that the expression of the design stage is more important, the time and budget required for execution method will increase. Such decision-making is an issue that must be followed as a priority at the request of the customer, or usually proceeds in the direction of modifying the existing design for a smooth solution to forming.
Mold analysis simulation