3D 프린팅이 자동차 생산을 혁신하는 방식: 2021년 인사이트

3D 프린팅은 단순한 급속 프로토타입 도구를 넘어 자동차 제조의 핵심 요소로 자리 잡았습니다.

2018년 Jabil 설문조사에 따르면 자동차 이해관계자의 94%가 적층 제조(AM) 역량 확대를 계획 중입니다.

다음 섹션에서는 자동차 업계에 대한 3D 프린팅의 핵심 이점, 기술의 생산 공정 통합 방식, 직면한 과제, 미래 전망을 살펴봅니다.

자동차 산업을 위한 3D 프린팅의 이점

1. 설계 혁신

3D 프린팅은 기존 공법으로 불가능한 형상을 구현해 경량 고성능 부품 제작을 가능케 합니다.

엔지니어는 위상 최적화와 생성 설계와 결합해 불필요한 자재를 제거, 강도 유지하며 무게를 줄입니다.

2. 조립 단순화

부품 통합으로 제조와 조립이 필요한 구성품 수를 줄여 자재 사용, 인력, 사이클 타임을 절감합니다.

복잡한 다중 부품 어셈블리가 AM의 설계 자유도로만 가능한 단일 통합 부품으로 대체되는 사례가 늘고 있습니다.

3. 맞춤형 제작

대량 맞춤 생산이 자동차 시장의 차별화 요소로 부상. 3D 프린팅으로 OEM은 맞춤형 인테리어 트림, 익스테리어 액세서리, 성능 부품까지 대규모로 생산 가능합니다.

Mini와 Porsche 같은 럭셔리 브랜드가 선도: Mini는 3D 프린팅 트림과 도어 핸들 제공, Porsche는 신형 스포츠카 시트에 선택 가능한 경도 수준의 3D 프린팅 폴리우레탄 쿠션 적용.

자동차용 3D 프린팅 소재

고강도 폴리머(나일론, PEEK), 내구성 플라스틱(ABS, ASA), 금속(알루미늄, 강철 합금, 티타늄)이 기능성 부품과 툴링의 주요 원료입니다.

탄소섬유 복합소재가 더 가볍고 고강도 부품 구현을 위해 점점 더 채택되고 있습니다.

자동차 생산 공정에 3D 프린팅 통합

제품 개발과 검증

신속하고 저렴한 프로토타이핑으로 설계 주기 가속화, 고가 툴링 투자 전 핏, 폼, 기능 테스트 가능.

아우디 잉골슈타트 프레시리즈 센터는 폴리머 3D 프린팅으로 멀티컬러 테일라이트 커버를 단일 프린팅으로 제작, 프로토타이핑 리드타임을 절반으로 줄이고 시장 출시 앞당김.

툴링

폭스바겐 유럽 공장은 이제 툴링의 상당 부분을 사내 3D 프린팅으로 제작, 툴 생산 비용 90% 절감, 리드타임을 주 단위에서 일 단위로 단축.

예: 과거 35일, 400유로 들던 리프트게이트 배지가 이제 4일, 10유로로 제작 가능.

2017년 폭스바겐은 약 325,000유로 절감, 인체공학과 작업자 만족도도 개선.

예비 부품

주문형 예비 부품 생산으로 재고 비용 절감과 납기 개선.

다임러 버스는 300,000개 이상 부품에 3D 프린팅 검토 중, 200개 이미 생산 적합 판정. 커버, 핸들, 브라켓 등이 수일 내 프린팅 가능해 수개월 대기 해소.

미사용 소재 즉시 재활용으로 자재 효율성 증대.

최종 부품 생산

AM 발전으로 중소형 최종 사용 부품 생산 가능, 자동차 OEM 40%가 생산 용도 잠재력 인식.

예: Ford는 Carbon의 Digital Light Synthesis 기술로 HVAC 레버 암 서비스 부품, 머스탱 GT500 전자식 주차 브레이크 브래킷 등 구조 부품 3D 프린팅 시작.

모터스포츠에서의 3D 프린팅

레이싱 팀은 신속 프로토타이핑과 풍동 테스트에 AM 활용. 알파로메오 자우버 F1은 선택적 레이저 멜팅으로 경량 스칼말로이 롤 후프 제작, 생산 시간 25% 단축.

자동차 산업의 3D 프린팅 과제

대량 생산

2019년 9,200만 대 이상 생산량인 자동차 볼륨은 현재 AM 역량을 초과. 3D 프린팅은 저용량 맞춤 생산에 적합하며 전통 방식 보완.

금속 바인더 제팅(HP, Desktop Metal, ExOne, GE Additive) 같은 대량 솔루션 등장 중이나 업계 도입까지 5~10년 소요 전망.

빌드 크기

많은 AM 시스템이 제한된 빌드 엔벨로프로 모듈식 제작과 후조립 필요. WAAM, BAAM 같은 대형 기술 활발히 개발 중.

AM 기술 인력 격차

AM 설계, 머신 운용, 소재 취급, 후가공에 전문 교육 필요. 대학 협력과 사내 프로그램으로 격차 해소 노력 중.

자동차 분야 3D 프린팅: 앞으로의 길

SmarTech Analysis에 따르면 자동차 생산용 AM 시장이 2030년 100억 달러 규모 도달 전망.

브래킷, 하우징, 엔진 부품 등 더 많은 3D 프린팅 기능성 부품이 업계 전반에 확산될 것입니다.

Local Motors의 3D 프린팅 자율 셔틀 Ollie 같은 프로젝트는 완전 프린팅 차량의 잠재력을 보여주며, 3D 프린팅이 자동차 전체를 만드는 미래를 예고합니다.