에어백 하우징용 3D 프린팅 복합재 프로토타입 테스트

1세기 넘게 Joyson Safety Systems(미국 미시간 Auburn Hills)는 에어백, 시트벨트, 스티어링 휠, 자동차용 안전 전자장치 등 다양한 시장의 안전 부품 설계·제조·판매에 관여해왔다.

회사는 최근 드라이버 에어백(DAB) 하우징 컨테이너 등 제품 개선을 위한 타 소재·공정의 잠재력을 탐색하는 타당성 연구를 수행했고, 복합재 적층 제조를 활용한 개념 증명으로 이어졌다.

에어백 시스템 구성과 하우징 요구사항

완전한 에어백 시스템은 인플레이터, 에어백 쿠션, 커버, 스티어링 휠 부착점이 있는 하우징으로 구성된다. 에어백 쿠션은 하우징과 커버 내부 공간에 위치한다.

DAB 하우징 부품의 성능은 중요하다. 차량 주행 중 에어백 시스템 전체를 고정해야 할 뿐 아니라, 에어백 전개 시 시스템에 가해지는 힘도 견뎌야 한다. 테스트를 위해 부품 소재는 -35℃~+85℃ 온도 범위에서 충분한 강도, 내충격성, 내열 안정성을 가져야 한다.

기존 공정과 신소재 탐색

기존 컨테이너는 통상 사출 성형으로 제조되었으며, 40% 유리섬유 강화 폴리아미드(PA) 소재였다. 타당성 연구에서 Joyson Safety Systems 팀은 며칠 내 기능성 프로토타입 부품을 신속 제작하고, 기존 소재와 유사한 역학적·열적·성능 특성을 가진 소재를 찾고자 했다.

Joyson 혁신팀은 시장 분석을 통해 적합 소재를 찾던 중 CRP Technology(이탈리아 Modena)의 고성능 복합재 소재 Windform TOP-LINE 제품군과 자사 3D 프린팅 서비스에 주목했다.

Windform SP 소재 선정 및 테스트 결과

팀은 CRP의 Windform SP 탄소섬유/PA 소재를 선택했는데, 이는 기존 부품 소재보다 더 높은 물성을 보였다. 부품은 선택적 레이저 소결(SLS) 적층 제조 공정으로 제작되었다.

팀은 신속히 프로토타입 부품을 제작해 완전한 에어백 모듈에서 테스트했고, 재설계 부품의 높은 강도, 내충격성, 온도 범위 내 열 안정성을 입증했다. 기존 사출 성형 대비 SLS로 더 빠르게 부품 생산이 가능했으며, 고가 툴링 요구사항도 제거되었다.

Joyson Safety Systems 핵심 엔지니어링 소재팀 개발 엔지니어 Samer Ziadeh는 "이 기회로 CRP Technology와의 추가 협력을 위한 다양한 역량과 고려사항이 열렸다"고 밝혔다.