3D 프린팅을 만난 자동차, 미지를 탐험하다

3D 프린팅을 만난 자동차, 미지를 탐험하다 

 

산업에서도 3D 프린팅 기술이 대세로 부상하고 있다. 3D 프린팅이란 1986년, 미국의 엔지니어인 척 헐(Chuck Hull)이 개발한 기술이다. 컴퓨터 디자인 프로그램인 캐드로 3차원의 사물을 설계한 후, 이를 3D 프린터로 출력하여 실물을 만드는 것을 의미한다.

3D 프린팅 기술을 활용할 때 중요한 것은 출력을 하는 재료이다. 일반적인 프린터로 출력을 할 때에는 잉크를 사용하지만 3D 프린팅은 액체나 분말 원료를 활용한다. 원료를 분사하여 극도로 얇은 막을 쌓아 올리는 적층방식(Additive Manufacturing)이 현재 가장 널리 활용되고 있다.

원료는 중요한 부분인 만큼 조금 더 들어가 보자. 3D 프린팅 기술이 개발된 초기에는 플라스틱을 재료로 사용하는 경우가 많았다. 개발이 용이했기 때문이다. 그러나 플라스틱은 강도에 한계가 있다. 고온이나 고압을 견뎌야 하는 부품으로는 부적합하다는 말이다. 그래서 최근에는 금속 등으로 재료들이 확대되고 있다. 벤츠나 아우디 등이 금속을 재료로 자사 자동차용 부품을 만들고 있는 대표적인 회사들이다.

금속을 재료로 할 경우, 3D 프린팅 기술로 만들 수 있는 자동차용 부품의 범위는 확대된다. 특히 고열·고압을 견뎌야 하는 파워트레인 및 서스펜션까지 활용영역이 넓어질 것으로 기대된다. 

3D 프린터는 다품종 소량생산 혹은 프로토 타입을 제조하는 데에는 강점을 지니지만 냉정하게 보면, 대량 생산에는 아주 불리하다. 3D 프린터가 미세한 높이의 매질을 층층이 쌓아 올려 제품을 구현하는 방식이므로 제조에 시간이 오래 걸릴 수밖에 없기 때문이다.  

 
이를 극복하기 위해 업계에서는 기존의 3D 프린팅 방식으로 제조하는 것 대비 속도를 약 25~100배 증가시킬 수 있는 혁신적인 CLIP(Continuous Liquid Interface Production) 방식을 도입하기 위해 노력하고 있다.

 

업계에 따르면, 최근 수년간 3D 프린팅 기술을 자동차 산업에 적용하려는 노력은 지속되고 있다. 그 결과, 실린더 헤드, 연료 주입구, 배기용 매니폴드 같은 자동차용 부품의 프로토타입을 제조할 때 이 기술은 충분히 활용되고 있다.

3D 프린팅을 자동차 산업에 활용했을 경우, 얻게 되는 이점은 다음과 같다.

부품 수 감소: 수만 개의 부품이 제조 및 조립돼야 하는 자동차 산업에서 3D 프린터는 제조방식 상 부품의 가공 자유도가 높아 자동차를 제조할 때 적은 부품만으로도 자동차를 생산할 수 있게 된다. 이는 제작공정을 감소시키고, 생산원가를 절감하는 데 도움이 된다. 

복잡한 디자인도 척척: 첨단 디지털 기술로 물체를 설계한 후 3D 프린터로 제조하기 때문에 기존 공법으로는 어려웠던 복잡한 디자인(예: 공 속의 공 등)도 충분히 지원할 수 있다. 또한 부품을 제조하기 전에 요구되던 금형도 제작할 필요가 없다. 

자동차 경량화 및 연비 개선: 3D 프린팅 기술을 활용할 경우, 부품을 서로 결합하기 위한 볼트·너트 등이 필요없게 된다. 이는 자동차 산업에서 연비 절감을 위해 필수적으로 추진되는 경량화에도 기여하게 된다.

적용 범위 확대: 3D 프린팅 기술이 개발된 초기, 재료로는 플라스틱이 주로 사용됐지만 최근에는 금속·고무 등도 활용되고 있다. 이는 3D 프린팅 기술이 그만큼 자동차 산업에 침투할 수 있는 기회를 넓혀주게 된다.

>>> 자동차 업체별 3D 프린팅 활용

 

메르세데스 벤츠

트럭의 예비 부품인 Thermostat Cover(자동차 온도변화 감지장치 커버)를 3D 프린터로 제조한다. 자료에 따르면 메르세데스 벤츠는 2016년 9월 이래, 자사 트럭용 예비 부품 중에서도 금속 재질의 알루미늄 실리콘 파우더를 원료로 하는 Thermostat Cover 품목을 금속의 3D 프린팅 재료로 만들고 있다.

기존의 3D 프린팅은 기술적 한계로 인해 변형이 쉬운 플라스틱 소재를 주로 활용했지만, 최근들어 관련 기술이 발달하면서 벤츠와 같이 금속을 재료로 하여 3D 프린팅을 활용하는 빈도가 잦아지고 있다. 

 

아우디

아우디도 메르세데스 벤츠와 유사하게 3D 프린터를 자동차 산업에 활용하고 있다. 이 회사는 금속부품 중에서도 툴과 다이캐스팅용 인서트 등을 제조하는 데 3D 프린팅 기술을 활용한다.

설명에 의하면 아우디는 3D 프린팅 관련 기술을 보유한 EOS (e-Manufacturing Solutions)와 협력, 머리카락보다 얇은 금속 파우더(알루미늄 또는 철강 재질)를 원료로 하여 자동차용 부품을 제조한다. 

 

혼다 자동차

일본의 완성차 제조기업인 혼다 자동차는 지난 2016년, CEATEC(Combined Exhibition of Advanced Technologies) 전시회에서 3D 프린터로 제조한 전기자동차(콘셉트)를 공개한 바 있다.

이 모델의 이름은 ‘Micro Commuter’로 불리는데, 혼다 자동차는 3D 프린팅 관련 기술을 보유한 Kabuku와의 합작으로 이 모델을 개발했다. 자동차의 기본 토대가 되는 섀시(Chassis) 부분은 혼다 자동차의 생산공장에서 기존 방식대로 제조됐지만 자동차의 외장부품(Exterior Panel)은 모두 3D 프린터를 통해 제조됐다.

Micro Commuter 모델은 1회 충전 시 약 80km를 주행할 수 있어 직장인의 출퇴근용으로 활용될 수 있다.

 

로컬 모터스

미 서남부의 애리조나 주에 본사가 있는 완성차 제조기업인 로컬 모터스Local Motors는 다른 자동차 기업들과 달리 3D 프린팅 기술로만 자동차를 제조하고 있다. 

로컬 모터스는 공장에서 자동차를 대량으로 양산하는 방식이 아닌, 수많은 지역에 3D 프린터를 배치한 소규모의 제조시설을 갖춰 자동차를 바로 바로 제작한다는 이색적인 전략을 내세우고 있다. 실제로 자동차 1대에 들어가는 대부분의 부품을 이틀 안에 제조할 수 있다.

일례로 2014년, 3D 프린팅 기술로 제조한 첫 완성차인 ‘Strati’를 출시했고, 이어 2016년에는 미래 자동차산업의 트렌드로 불리는 자율주행기술을 접목한 소형 전기버스인 ‘Olli’를 3D 프린팅 기술로 개발하기도 했다.