Siemens NX Generative Design – 최적화 모델링 해석 라이센스

NX Generative Design이란?

전통적인 CAD 설계에서는 설계자가 먼저 형상을 만들고 CAE 해석을 수행한 뒤 문제가 발견되면 모델을 수정하는 Model → Analyze → Modify 과정이 반복됩니다.

Generative Design은 반대로 제품이 만족해야 할 요구조건을 먼저 정의합니다.

NX Generative Design 전체 Workflow

1. 기존 CAD 형상과 Packaging Space를 준비
   부품이 존재할 수 있는 최대 영역과 Assembly Interface를 먼저 정의합니다.
2. 반드시 유지할 영역 정의
   Bolt Hole, Bearing Seat, Connector, Mounting Face 등 삭제되면 안 되는 영역을 유지합니다.
3. Load·Boundary Condition·Material 입력
   실제 사용조건을 최대한 반영합니다.
4. 목표와 Manufacturing Constraint 지정
   중량 감소, 구조성능과 함께 Machining·Casting·Molding·Extrusion·Additive 조건을 검토합니다.
5. Topology Optimizer 실행
   재료가 필요한 위치와 제거 가능한 위치를 계산합니다.
6. Convergent Modeling으로 후처리
   계산된 유기적 Geometry를 기존 CAD와 연결해 Hole, Mounting Face 등 실제 설계요소를 정리합니다.
7. 필요하면 Implicit·Lattice 적용
   복잡한 내부구조나 경량 격자구조를 추가합니다.
8. Simulation과 제조성 검증
   최종 구조를 다시 검증한 뒤 CNC·Additive Manufacturing으로 연결합니다.

Topology Optimizer – Generative Design의 핵심

Topology Optimization은 주어진 Design Space 안에서 하중과 구조성능 요구를 만족하기 위해 어디에 재료를 남기고 어디를 줄일지 계산하는 기술입니다.

예를 들어 기존 알루미늄 Bracket의 무게를 줄여야 한다고 가정해 보겠습니다. 단순히 모든 Rib와 Wall 두께를 20% 줄이면 특정 하중조건에서 강성이나 내구성이 크게 떨어질 수 있습니다.

Topology Optimizer는 Bolt 체결부·Load Path·Support Condition 등을 기준으로 계산하기 때문에 전체 형상을 일정 비율 축소하는 것이 아니라 구조적으로 필요한 Material Path를 남기는 방향으로 설계안을 만듭니다.

Topology Optimizer는 3D 프린팅 전용이 아니다

유기적인 최적화 형상을 보면 3D Printer 전용 기능처럼 생각하기 쉽지만 현재 Siemens Topology Optimizer는 Additive Manufacturing뿐 아니라 Molding, Casting, Machining, Extrusion 등 다양한 제조방식에 맞는 Shape Constraint를 적용할 수 있습니다.

Convergent Modeling – 최적화 결과를 CAD에서 바로 활용

Topology Optimization 결과는 일반적인 CAD의 매끈한 B-rep Solid와 달리 Facet·Mesh 성격을 포함할 수 있습니다.

이러한 결과를 다른 CAD 시스템에서는 STL → Surface → Solid 형태로 다시 변환하거나 최적화 결과를 참고해 처음부터 다시 모델링해야 하는 경우가 있습니다.

NX의 Convergent Modeling은 Mesh·Facet 데이터와 기존 CAD Geometry를 같은 Modeling Workflow에서 활용할 수 있도록 연결합니다.

Advanced Convergent Modeling 활용분야

• Topology Optimization 결과 편집
• 3D Scanner로 받은 Mesh 데이터
• Reverse Engineering
• STL Geometry 수정
• Simulation 결과 Geometry
• 3D Printing용 Mesh Preparation

Implicit Modeling – 복잡한 형상을 수식으로 정의

일반적인 CAD는 Sketch와 Curve를 만들고 이를 Extrude·Revolve·Sweep하여 B-rep Face와 Edge를 만드는 방식입니다.

Implicit Modeling은 수학적 Field와 Equation을 기반으로 복잡한 형태를 정의하는 방법입니다.

특히 TPMS, Gyroid, 복잡한 내부유로, Topology 결과와 결합되는 기능형상처럼 전통적인 Feature Modeling에서는 Feature 수가 지나치게 많아질 수 있는 모델에서 장점이 큽니다.

Design Space Explorer – 여러 설계안을 자동 비교

Topology Optimization이 설계공간 내부에서 Material Distribution을 최적화하는 기능이라면, Design Space Explorer는 여러 설계 Parameter와 Objective를 조합해 다양한 설계안을 탐색하는 데 목적이 있습니다.

예를 들어 이런 변수를 함께 비교할 수 있습니다

• Part Thickness
• Mounting Position
• Hole 위치
• Weight
• Displacement
• Performance KPI
• 다수의 설계 Objective

Lattice Designer – 내부 격자로 경량화와 기능성 추가

Lattice Structure는 부품 내부를 단순히 비우는 것이 아니라 반복적인 Cell과 Structure를 이용해 필요한 성능을 유지하면서 밀도와 재료사용량을 조절하는 설계방법입니다.

NX Lattice Designer의 현재 역할

Siemens의 현재 VBL 자료에서는 Lattice Designer를 Convergent Geometry 기반의 Performance-optimized Lattice Structure를 생성하는 Add-on으로 설명하고 있습니다.

주요 활용목적으로는 경량화, 에너지 흡수, 열관리, 의료 Implant의 Osseointegration 등이 제시됩니다.

Topology·Lattice 결과를 3D 프린팅까지 연결

Generative Design으로 만들어지는 형상은 Branch, Curved Rib, Organic Structure처럼 기존 3축 CNC 가공으로는 제작하기 어려운 형태가 많습니다.

이 때문에 Generative Design과 Additive Manufacturing은 서로 궁합이 좋은 기술입니다.

Design for Additive Manufacturing에서 확인할 항목

NX Generative Design 관련 현행 주요 모듈

예전 자료를 보면 NXNxxx 또는 NX30xxx와 같은 제품번호가 붙어 있는 경우가 있지만, 이 번호는 제품 세대와 계약구성에 따라 달라질 수 있습니다.

특히 다른 Simcenter 제품과 코드가 중복되거나 현재 카탈로그와 의미가 달라진 번호도 있으므로 기술 블로그에서는 현행 Siemens Module Name을 기준으로 설명하는 것이 안전합니다.

Value-Based Licensing은 무엇인가?

Topology Optimizer와 Lattice Designer처럼 모든 사용자가 매일 사용하지는 않지만 특정 프로젝트에서 필요한 전문기능은 Value-Based Licensing을 통해 Token Pool에서 사용할 수 있는 구성이 제공됩니다.

실제 설계에서는 이런 순서로 적용하는 것이 좋다

자동차·기계부품 설계를 기준으로 보면 처음부터 Lattice나 복잡한 Organic Geometry를 만드는 것보다 기존 설계의 요구사항을 명확하게 정리하는 것이 먼저입니다.

1. 기존 부품에서 절대 바뀌면 안 되는 Interface 정의
   Hole Pattern, Mounting Plane, Clearance, Assembly Interface를 먼저 고정합니다.
2. 실제 Load Case 수집
   한 방향 Static Load 하나가 아니라 실제 사용 중 발생하는 여러 하중을 확인합니다.
3. Topology Optimizer로 Concept 생성
   처음부터 양산형상을 만들기보다 Load Path와 Material Distribution을 찾습니다.
4. 제조공법 결정
   CNC, Casting, Forging, AM 중 원가와 생산량을 고려해 현실적인 공법을 선택합니다.
5. Convergent·Synchronous Modeling으로 형상 정리
   Bearing Seat, Hole, Rib, Tool Clearance 등의 생산설계 요소를 추가합니다.
6. 필요한 경우만 Implicit·Lattice 추가
   단순 경량화 목적이라면 복잡한 Lattice가 항상 필요한 것은 아닙니다.
7. 최종 CAE 검증
   Topology Optimization 결과만으로 설계를 확정하지 않고 최종 CAD Model을 다시 해석합니다.

NX Generative Design 사용할 때 흔히 하는 실수

Topology 결과를 바로 양산형상으로 사용하는 경우

Topology Optimizer는 좋은 Material Path를 만들어주지만 Bolt Assembly, Tool Access, Surface Finish, Tolerance, Fatigue, Corrosion, Manufacturing Cost까지 모두 자동으로 해결해주는 것은 아닙니다.

하중조건 하나만 넣고 최적화하는 경우

실제 부품이 여러 방향의 하중을 받는다면 하나의 Load Case만 이용해 생성한 형상이 다른 사용조건에서는 취약할 수 있습니다.

경량화율만 보고 설계안을 선택하는 경우

중량을 크게 줄인 부품이라도 제조비가 지나치게 높거나 Quality Inspection이 어려우면 대량생산에는 적합하지 않을 수 있습니다.

Lattice를 무조건 넣는 경우

Lattice는 유용하지만 Cleaning, Powder Removal, Inspection, Support, 후가공 같은 추가 문제가 생길 수 있습니다.

NX Generative Design 효과가 큰 설계분야

NX Generative Design FAQ

NX Generative Design 최종 정리

Siemens NX의 Generative Design은 단순히 복잡하고 멋진 Organic Geometry를 만드는 기능이 아닙니다.

Design Space와 실제 Engineering Requirement를 정의하고, Topology Optimizer로 Material Distribution을 탐색하며, Convergent Modeling으로 결과를 다시 CAD 설계에 연결한 뒤, Implicit Modeling·Lattice Designer·Design Space Explorer와 Simulation·Additive Manufacturing까지 이어가는 통합 Engineering Workflow 가 핵심입니다.

제품설계 입장에서 가장 유용한 부분은 최종 모델링을 대신해 준다는 점보다 설계 초기에 기존 방식으로는 쉽게 생각하지 못했던 Load Path와 경량화 방향을 빠르게 확인할 수 있다는 점입니다.

그리고 계산된 결과를 그대로 양산하는 것이 아니라 실제 제조방식, Assembly Interface, Tool Access, Fatigue, Tolerance, Cost와 품질검사까지 반영해 최종 CAD Model로 완성해야 Generative Design의 장점을 제대로 활용할 수 있습니다.