3D 프린팅으로 자동차, 철도, 항공 부품 생산 혁신하기

상업용 운송과 차량 제조는 산업 중에서도 가장 무겁고 공장 집약적인 분야에 속합니다. 가장 작은 자동차조차 수많은 부품으로 이루어진 거대한 프로젝트이며, 거대한 비행기나 기관차는 말할 것도 없습니다. 이 차량들은 오랜 기간(때로는 수십 년) 동안 무한정 작동하도록 설계됩니다.

이는 또한 이러한 차량들과 그 부품들이 수년간 승객들로부터 막대한 마모를 겪으며 손상된다는 의미이기도 합니다. 이전에는 제조업체들이 시트 커버나 손잡이, 잡손잡이의 플라스틱 부품 같은 단일 부품을 생산할 수 있는 멀리 떨어진 공장에 의존했습니다. 이는 종종 긴 대기 시간, 운송 비용, 공급측의 가격 횡포를 초래했습니다. 이제 3D 프린팅이 이 문제에 대한 훨씬 더 경제적인 해결책을 제시하고 있습니다.

전반적인 비용 절감 및 다기능 제조

그림 1 엔젤 트레인스 제공 이미지

수많은 파손 가능 부품을 가진 대형 차량의 경우, 미 공군부터 영국의 철도 회사들에 이르기까지 다양한 조직들이 3D 프린팅을 실행 가능한 해결책으로 찾고 있습니다. 플라스틱을 사용해 부품을 생산하면 비용이 저렴할 뿐만 아니라 쉬운 커스터마이징도 가능합니다.

이는 특히 수년간 단종된 비행기나 열차의 부품에 특히 해당합니다. 특정 부품의 재고 유지는 비용이 너무 많이 들어 공급업체가 단순히 제공을 중단하는 경우가 많습니다. 이는 주문 빈도가 낮은 부품의 경우 특히 그렇습니다. 고객들은 종종 그런 부품들의 대량 재고를 비축하거나 제3자 제조업체와 계약하는 수밖에 없었습니다. 그러나 적층 제조가 이 모델을 급속히 와해시키고 있습니다.

그런 부품의 생산 시설을 찾고 사본을 확보하는 것은 엄청나게 어렵지만, 3D 프린터는 모델만 있으면 바로 시작할 수 있습니다. 이 모델들은 스캔하거나 처음부터 비교적 쉽게 재현할 수 있습니다. 또 다른 장점은 다양한 섹션을 더 가볍게 만들고, 많은 전통적인 제조 방식보다 소재를 덜 사용하도록 부품을 개선할 수 있다는 점입니다.

이 생산 방식은 종종 커스터마이징과 개선을 수반합니다. 엔젤 트레인스(Angel Trains)와 영국의 다양한 철도 회사들의 경우, 3D 프린팅 사용으로 제조업체들이 열차 부품에 점자 메시지를 넣어 시각 장애인 승객이 안내문을 읽을 수 있게 했습니다. 이러한 종류의 개선은 기업들이 그런 메시지를 필요할 때 저렴하고 쉽게 개인화하거나 변경할 수 있게 해줍니다.

단지 그랩 핸들(grab handles)만 3D 프린팅함으로써 영국 철도 회사들은 일반적인 £15,000에서 비용을 크게 낮추었고, 생산 시간을 2개월 반에서 약 3주로 단축했습니다. 당국은 결국 적층 제조와 3D 프린팅을 위한 설계를 통해 부품당 50%의 비용 절감이 달성 가능할 것으로 예측했습니다.

그뿐만 아니라 3D 프린팅은 모델만 작동하면 여러 유형의 부품을 생산할 수 있게 해줍니다. 좌석과 승객 트레이 부품뿐만 아니라, 보통 별도의 기계와 시설에서 와야 하는 엔지니어링 구성 요소의 작은 비트도 생산할 수 있습니다. 이 다기능적 측면은 기업들이 단일 장치와 더 저렴한 소재로 적합하다고 판단되는 다양한 부품과 툴링을 생산할 수 있게 해줍니다.

주문형 생산 (On-demand Production)

그림 2 벤틀리 블로워

3D 프린팅의 핵심 특징 중 하나는 부품 제조업체나 유통업체가 아닌 기업에 맞는 시간 척도에서, 전용 시설 없이도 생산을 가능하게 한다는 점입니다. 이 때문에 단종된 지 오래된 부품 제조가 자동차 복원 세계에서 막대한 영향력을 발휘합니다. 포르쉐 같은 기업들은 이 측면을 활용해 예비 부품 생산 비용을 절감해 왔지만, 주문형 생산은 단기 생산 클래식 자동차 제작의 실행 가능성도 되살리고 있습니다.

예를 들어 벤틀리는 3D 프린팅을 사용해 자사의 클래식 라인 중 더 오래된 모델을 완전히 재현하고 있는데, 이는 전전(戰前) 레이싱카의 첫 연속 생산이 될 것입니다. 이를 통해 회사는 1929년형 벤틀리 4½리터 '블로워(Blower)' 자동차 12대를 생산할 예정입니다. 블로워는 수집가들 사이에서 현재 가장 선호되는 벤틀리 중 하나로, 자동차 애호가들에게 큰 매력입니다.

유사한 이니셔티브들은 전 세계 복원업체들이 오래된 자동차를 수리하게 해, 한때 충실한 복원이 불가능하다고 여겨졌던 클래식 부품의 fidèles 렌더링으로 자동차를 되살렸습니다. 이는 3D 스캐닝, 모델링 및 기타 기술의 발전으로 더 쉬워졌습니다.

현지화 제조 (Localized Manufacturing)

이 모든 것의 정점은 3D 프린팅이 이러한 모든 구성 요소의 사내 제조, 설계, 개선을 가능하게 한다는 점입니다. 다른 모든 이점 외에도 시제품 제작과 테스트가 가속화되고 원하는 시설로 현지화됩니다. 이는 항공기 제조업체들에게 큰 혜택이 되었습니다.

2019년, 미 공군은 첫 3D 프린팅 부품을 인증했는데, 이는 그들의 비행기 중 하나를 위한 변기 커버였습니다. 항공기 함대의 많은 유닛이 10년 이상 된 것을 고려할 때, 미 공군은 변기 커버 같은 예비 부품의 제조 턴어라운드 시간과 비용을 획기적으로 줄이기 위해 3D 프린팅으로 눈을 돌리고 있습니다. 이는 특히 이러한 비행기들이 단종되어 예비 부품 배송에 1년 이상 걸릴 수 있는 경우에 유용합니다.

3D 프린팅으로 그들은 공급업체가 부품을 제공하기를 기다릴 필요가 없을 뿐만 아니라, 자체 시설에서 그런 구성품을 생산합니다. 특히 미 공군의 경우 항공기의 평균 연령이 28세입니다. 이 부품들을 만든 공장들 중 다수는 사라졌고, 기존 것들의 배송 및 생산 시간은 최대 1년까지 걸릴 수 있습니다.

항공 산업은 예비 부품 문제로 매우 심각한 상황에 처할 수 있는데, 특정 경우 항공기 개조 서비스가 폐기된 비행기에서 이런 종류의 부품을 뒤지기도 합니다. 그러나 3D 프린팅의 도움으로 이러한 부품의 조달 시간은 1년에서 2일로 단축되었습니다. 이 부품들은 이제 광범위한 테스트와 함께 사내에서 생산됩니다. 미 공군은 앞으로 다른 제품에도 3D 프린팅을 계속 적용할 예정입니다.