2021년 자동차 산업에서 3D 프린팅의 흥미로운 예 10가지

이 기사는 2021년 5월에 업데이트되었습니다.

자동차 산업은 더 새롭고 더 나은 성능의 차량에 대한 수요는 물론 생산을 최적화하고 공급망과 물류를 간소화해야 할 필요성 등 모든 면에서 요구에 직면해 있습니다. 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 되는 한 가지 기술은 3D 인쇄입니다.

3D 프린팅은 자동차 생산의 모든 영역에서 점점 더 연구되고 있습니다. 신속한 프로토타이핑을 위한 광범위한 사용 외에도 이 기술은 툴링 및 경우에 따라 최종 부품을 생산하는 데에도 사용되고 있습니다.

자동차 3D 프린팅 애플리케이션의 범위가 계속 확장됨에 따라 다음은 생산 향상을 위해 이 기술을 사용하는 자동차 회사의 가장 유망한 예입니다.

1. Porsche의 3D 인쇄 맞춤 시트

포르쉐는 최근 3D 프린팅과 격자 디자인을 활용한 스포츠카 시트에 대한 새로운 개념을 선보였습니다.

새로운 시트는 폴리우레탄 3D 프린팅 중앙 시트와 등받이 쿠션 섹션을 특징으로 하며, 하드, 미디엄, 소프트의 3단계 강도로 맞춤화할 수 있습니다.

맞춤형 시트를 통해 독일 자동차 제조업체는 운전자 맞춤형 시트 피팅이 표준인 모터스포츠 부문의 신호를 받고 있습니다.

포르쉐는 이르면 2020년 5월 유럽 레이스 트랙에서 사용할 프로토타입 좌석 40개를 3D 프린팅할 계획이며, 고객 피드백은 2021년 중반의 최종 도로용 모델을 개발하는 데 사용됩니다.

포르쉐는 고객의 특정 신체 윤곽에 맞게 시트를 맞춤화하여 견고함과 색상을 넘어 시트 맞춤화를 확장하고자 합니다. 3D 프린팅은 현재 이러한 수준의 맞춤화를 가능하게 하는 유일한 기술로 남아 있습니다.

2. 자동차 브래킷용 3D 프린팅

브래킷은 작고 평범한 부품으로, 엔지니어가 전통적인 제조 방법에 제약을 받던 과거에는 최적화하기 어려웠습니다. 오늘날 엔지니어는 3D 프린팅을 통해 최적화된 브래킷을 설계하고 이러한 설계에 생명을 불어넣을 수 있습니다.

롤스로이스는 최근 브래킷용 3D 프린팅 기능을 선보였습니다. 이 회사는 DfAM에 최적화되고 3D 인쇄된 자동차 금속 부품의 대량 배치를 선보였으며 그 중 많은 부분이 브래킷으로 보입니다.

비용 절감, 더 빠른 생산 및 설계 최적화는 일반적으로 브래킷에 AM을 사용하는 주요 이유입니다.

Rolls Royce의 예에서 팀은 3D 인쇄된 브랜드 이름과 QR 코드를 비롯한 정말 멋진 기능을 부품에 통합할 수 있었고 숫자와 함께 특정하고 고유한 부품을 식별할 수 있었습니다.

제조 과정에서 이러한 기능을 추가하는 것은 디지털 제조로만 달성할 수 있는 것입니다. 감산 방식은 생산 비용과 시간 측면에서 경쟁할 수 없기 때문입니다.

또한 읽어보기:애플리케이션 스포트라이트:3D 인쇄 브래킷

3. Ford는 고성능 Mustang Shelby GT500용 부품을 3D로 인쇄합니다.

Ford Motor Company는 약 30년 전에 만들어진 세 번째 3D 프린터를 구입한 3D 프린팅의 초기 채택자 중 하나입니다.

작년에 첨단 제조 센터를 연 포드는 3D 프린팅을 제품 개발 주기에 통합하는 단계를 밟았습니다. 이제 회사는 이 기술을 제조 응용 프로그램에 사용하려고 합니다.

최신 차량인 2020년형 Shelby GT500이 그 한 예입니다. 올해 후반에 판매될 예정인 2020 Shelby GT500은 현재까지 가장 공기역학적으로 발전된 Mustang이라고 합니다.

가상 설계 테스트는 고성능 차량 설계 프로세스의 핵심 부분이었습니다. 가상 테스트를 사용하여 팀이 다운포스, 제동 및 냉각 목표에 도달할 수 있도록 500개 이상의 냉각 및 공기역학적 3D 설계를 분석했습니다.

가장 유망한 디자인이 확인되면 Ford의 엔지니어링 팀은 3D 프린팅을 사용하여 프로토타입을 만들고 테스트했습니다. 예를 들어, 팀은 테스트 평가를 위해 동시에 보낼 수 있는 전면 스플리터 고리버들에 대한 10개 이상의 디자인을 인쇄하고 테스트했습니다.

설계 검증 및 기능 테스트를 위해 3D 인쇄 프로토타입을 사용하는 것 외에도 곧 출시될 2020 Shelby GT500은 2개의 구조적 3D 인쇄 브레이크 구성요소를 특징으로 합니다. 이러한 구성 요소는 Carbon의 DLS(Digital Light Synthesis) 3D 프린팅 기술과 EPX(epoxy) 82 소재를 사용하여 제작되었으며 Ford의 모든 성능 표준 및 요구 사항을 통과했습니다.

이러한 애플리케이션을 통해 Ford가 적층 제조로 꽤 인상적인 일을 할 수 있는 토대를 마련하고 있음이 분명합니다.

AMFG의 전문가 인터뷰 시리즈에서 포드의 AM 기술 테크니컬 리더인 해롤드 시어스(Harold Sears)는 최근 설명했다. "표준에 대한 예외가 아니라 수행되는 방식으로 훨씬 더 수용될 것입니다."

앞으로 Ford가 차량 생산을 더욱 향상시키기 위해 3D 프린팅 기능을 계속 활용하는 방법을 보는 것은 흥미진진할 것입니다.

4. Volkswagen Autoeuropa:3D 인쇄 제조 도구

프로토타이핑은 자동차 산업 내에서 3D 프린팅의 주요 응용 프로그램으로 남아 있지만 툴링 기술을 사용하는 것이 빠르게 확산되고 있습니다.

이에 대한 한 가지 흥미로운 예는 수년 동안 사내에서 3D 프린팅을 사용해 온 폭스바겐입니다.

2014년에 회사는 포르투갈의 Volkswagen Autoeuropa 공장에서 툴링 장비를 생산하기 위해 Ultimaker의 데스크탑 3D 프린터를 시범 운영하기 시작했습니다. 파일럿 성공 이후 Volkswagen은 툴링 생산을 거의 3D 프린팅으로 전환했습니다.

이 응용 프로그램에 기술을 사용하면 많은 이점이 있습니다.

툴링을 내부적으로 생산하면 자동차 제조업체의 툴 생산 비용이 90% 감소하고 리드 타임이 몇 주에서 며칠로 단축됩니다. 예를 들어, 리프트게이트 배지와 같은 도구는 기존 제조 방식을 사용하여 개발하는 데 35일이 소요되고 비용은 최대 400유로에 달하는 것으로 알려졌습니다. 3D 프린팅을 사용하면 단 10유로의 비용으로 동일한 도구를 4일 만에 생산할 수 있습니다.

툴링에 3D 프린팅을 사용함으로써 Volkswagen은 2017년에 거의 325,000유로를 절약하는 동시에 인체 공학, 생산성 및 작업자 만족도를 향상시켰다고 합니다.

제조 보조 장치와 관련하여 3D 프린팅은 보다 확립된 제조 도구 방법의 대안으로 빠르게 성장하고 있습니다. 몇 년 안에 더 많은 자동차 OEM이 생산 효율성과 도구 성능을 개선하기 위해 3D 인쇄 도구로 전환하는 것을 보게 될 것입니다.

또한 읽기:3D 인쇄 지그 및 고정 장치로 생산 효율성을 개선하는 6가지 방법

5. 도둑으로부터 자동차 바퀴를 구하는 3D 인쇄 러그 너트

도둑이 자동차 바퀴를 훔치는 것을 막는 방법? Ford는 유럽에서 도난에 더 강한 자동차용 맞춤형 잠금 휠 러그 너트를 3D 인쇄하는 프로그램을 통해 이 질문에 답하고 있습니다.

일반적으로 자동차에는 러그 렌치에 부착된 특수 키 없이는 제거되지 않도록 바퀴당 하나의 잠금 러그 너트가 있습니다. 그러나 이것들은 무산될 수 있으므로 Ford는 쉽게 복제할 수 없는 자물쇠에 대한 3D 프린팅 패턴입니다.

EOS의 3D 프린터를 사용하여 Ford는 각 고객을 위한 맞춤형 패턴을 사용하여 자물쇠를 만듭니다. 간단한 문장의 음파 패턴을 이용하면 지문 인식과 유사한 방식으로 보안을 강화하는 완전히 독특한 패턴을 만들 수 있습니다.

일단 설계되면 자물쇠와 열쇠는 단일 스테인리스 스틸 부품으로 3D 인쇄됩니다. 둘을 분리한 후에는 약간의 연마만 필요합니다.

이러한 잠금의 장점은 복제가 사실상 불가능하다는 것입니다. 너트 내부의 고르지 않은 간격의 갈비뼈와 깊이 들어갈수록 넓어지는 움푹 들어간 부분으로 인해 도둑이 밀랍을 깨뜨리지 않고 이 자물쇠에 밀랍 인상을 주는 것은 불가능합니다.

휠을 더 안전하게 만들고 더 많은 제품 개인화를 제공하는 것은 3D 프린팅이 자동차 생산의 판도를 바꿀 수 있다는 추가 증거입니다.

6. Local Motors &XEV:3D 인쇄 자동차로 가는 길?

아직 멀었지만 많은 회사들이 완전한 3D 인쇄 자동차를 현실로 만들기 위해 노력하고 있습니다. 애리조나에 본사를 둔 Local Motors는 가능한 전체 차량을 3D 프린팅하는 것을 목표로 하는 회사 중 하나입니다.

이 회사는 2014년 IMTS(International Manufacturing Technology Show)에서 최초의 3D 인쇄 전기 자동차인 Strati를 발표하면서 주목을 받았습니다. 이 자동차는 오크 릿지 국립 연구소(ORNL) 및 Cincinnati, Inc.와 협력하여 제조되었습니다.

2년 후, Local Motors는 지역 저속 운송을 위해 설계된 3D 인쇄 자율 전기 셔틀인 Olli를 공개했습니다. 셔틀은 주로 도시의 도심, 비즈니스 및 대학 캠퍼스와 병원에서 사용하도록 설계되었습니다.

그렇다면 회사는 어떻게 이를 달성할 수 있었습니까?

Local Motors는 세계 최대 3D 프린터 중 일부인 ORNL의 BAAM(Big Area Additive Manufacturing) 및 Thermwood의 LSAM(Large Scale Additive Manufacturing) 기계를 사용하여 차량의 지붕과 하부 차체를 포함한 Olli의 구성 요소 대부분을 생산했습니다.

마찬가지로 Strati는 Cincinnati, Inc.의 대규모 3D 프린터를 사용하여 인쇄했으며 완료하는 데 44시간밖에 걸리지 않았습니다. 자동차의 바퀴와 허브 캡은 직접 금속 3D 프린팅 공정을 사용하여 제작되었습니다.

Olli가 처음 도입된 이후 Local Motors는 2,000가지 이상의 인쇄 재료 및 강화 첨가제 조합을 테스트했으며 이제 약 10시간 만에 전체 미니버스를 인쇄할 수 있습니다.

Local Motors는 성공을 '디지털 차량 제조 모델'로 돌립니다. 이 비즈니스 모델을 통해 회사는 글로벌 전문가 커뮤니티와 함께 ​​새로운 디자인을 공동 제작함으로써 완전히 새로운 방식으로 제품을 시장에 출시할 수 있습니다. 이 회사는 3D 프린팅과 같은 디지털 제조 기술을 사용하여 지역 마이크로팩토리에서 차량을 제조하고 조립합니다.

3D 프린팅은 설계를 신속하게 반복하고, 필요에 따라 부품과 제품을 맞춤화하고, 리소스를 절약하고, 재고를 유지할 필요성을 줄이는 방법을 제공하기 때문에 이 분산 제조 모델에 자연스럽게 적합합니다.

도로에서 완전히 3D 인쇄된 차량을 보려면 시간이 걸리겠지만 Local Motors의 Olli와 같은 프로젝트를 통해 우리는 그 흥미로운 가능성에 한 걸음 더 다가갈 수 있습니다.

Local Motors는 3D 프린팅 자동차를 추구하는 유일한 회사가 아닙니다. 마찬가지로 이탈리아 자동차 제조업체인 XEV는 3D 프린팅의 도움을 받아 저속 전기 LSEV 자동차를 개발하고 있습니다.

대형 FDM 기술과 4가지 다른 등급의 폴리아미드 및 TPU를 사용하여 이 회사는 생산 비용을 70% 절감하고 경량 3D 인쇄 제안을 활용할 수 있습니다.

완성된 LSEV는 무게가 450kg에 불과하고 플라스틱 부품이 57개뿐이므로 며칠 만에 생산할 수 있습니다. XEV는 또한 생산을 위해 공장 내부에서 사용할 자체 대형 압출 3D 프린터 2,000대를 생산하기로 결정했습니다.

차량의 대량 생산은 올해 말에 시작되지만 이미 5,000대의 맞춤형 차량을 주문한 이탈리아 우체국 Post Italiane에서 사전 주문을 받았습니다.

7. 3D 프린팅을 통한 커스터마이징

맞춤형 제품과 개인화된 경험에 대한 수요가 증가함에 따라 자동차 제조업체는 점점 더 고객에게 차량을 맞춤화할 수 있는 기능을 제공하고 있습니다.

이 사용자 정의를 경제적으로 실행 가능하게 만드는 한 가지 방법은 3D 인쇄를 사용하는 것입니다.

일본에서 가장 오래된 자동차 제조업체인 Daihatsu는 2016년에 자사의 Copen 자동차 모델을 위한 차량 맞춤화 프로젝트를 시작했습니다.

Stratasys와 협력하여 Daihatsu 고객은 10가지 색상의 15가지 이상의 기본 패턴을 선택할 수 있는 전면 및 후면 범퍼용 맞춤형 3D 인쇄 패널을 설계 및 주문할 수 있습니다.

맞춤형 부품은 Stratasys의 Fortus 3D 프린터를 사용하여 내구성이 강한 자외선 차단 열가소성 수지인 ASA로 인쇄됩니다. 개인화된 일회성 디자인을 빠르고 비용 효율적으로 생산할 수 있는 능력이 기존 프로세스보다 3D 프린팅을 선택한 주요 이유 중 하나였습니다.

유럽에서 Volkswagen은 현재 테일게이트, 기어 시프트 노브 및 키 링과 같은 맞춤형 금속 부품을 염두에 두고 HP의 Metal Jet 기술을 구현하고 있습니다.

회사는 고객에게 이러한 구성 요소에 개별화된 글자를 추가할 수 있는 옵션을 제공할 계획입니다. Volkswagen은 또한 이러한 맞춤형 구성 요소가 향후 2~3년 내에 3D 인쇄된 자동차 구조 부품을 개발하기 위한 개념 증명 역할을 할 것이라고 언급합니다.

맞춤형 3D 프린팅을 사용하는 한 가지 이점은 자동차 제조업체가 소량 부품의 리드 타임과 생산 비용을 줄일 수 있다는 것입니다. 이는 부분적으로 이 기술이 재정적으로 실현 불가능할 가능성이 있는 각 개인화된 부품에 대해 개별 도구 보조 도구를 만들 필요가 없기 때문입니다.

앞으로 자동차 제조업체는 단순한 트림 부품을 넘어 맞춤형 3D 인쇄 구성 요소에 대한 더 많은 사용 사례를 개발해야 합니다. 하지만 기술이 발전함에 따라 3D 프린팅을 사용한 자동차 맞춤화 가능성은 향후 몇 년 동안 훨씬 더 빠른 속도로 확장될 것으로 보입니다.

또한 읽어보기:3D 인쇄 및 대량 맞춤화:오늘날 우리는 어디에 있습니까?

8. 승리를 쫓다:모터스포츠를 위한 3D 프린팅

포뮬러 원 경주에서 경주용 자동차의 성능은 종종 승패의 차이를 의미합니다. 그러나 성공적인 경주용 자동차를 설계하는 것은 어려운 일입니다. 특히 높은 비용과 빠른 개발 주기가 필요하기 때문입니다.

풍동 테스트는 경주용 자동차 개발 프로세스의 필수 단계 중 하나입니다.

자동차 제조업체는 풍동을 사용하여 경주용 자동차의 공기역학적 특성을 확인하고 조정합니다. 풍동 테스트 단계에서 자동차 모델을 트레드밀에 올려 놓고 시뮬레이션된 레이싱 환경에서 자동차가 어떻게 작동하는지 테스트합니다.

현재 3D 프린팅은 모터스포츠 내에서 이 복제 경주용 자동차에서 테스트할 부품을 만드는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 예를 들어, Swiss Alfa Romeo Sauber F1 Team은 SLS 및 SLA 기술로 3D 프린팅된 많은 구성 요소와 함께 Formula 1 경주용 자동차의 60% 축소 모델을 사용했다고 보고됩니다.

Sauber의 엔지니어는 프론트 윙, 브레이크 덕트, 서스펜션 및 엔진 커버와 같은 부품을 기존 제조 방식보다 훨씬 빠르고 뛰어난 설계 유연성으로 인쇄할 수 있습니다.

또 다른 예는 전기 I.D. 개발에 3D 프린팅을 사용한 폭스바겐 모터스포츠(Volkswagen Motorsport)입니다. R 파이크스 피크 경주용 자동차. 자동차를 개발하는 데 8개월 밖에 걸리지 않은 Volkswagen 팀은 프로세스 속도를 높이고 개발 기한을 맞추기 위해 3D 프린팅에 베팅했습니다.

이 기술은 I.D.의 50% 스케일 모델을 위한 부품을 생산하는 데 사용되었습니다. R 파이크스 피크 자동차. 풍동 모델을 위한 약 2,000개의 개별 부품이 제조되었으며 부품은 CNC 기계 가공 또는 성형으로 몇 주가 걸리던 대신 며칠 만에 생산됩니다.

매우 유연하고 신속한 개발 프로세스를 가능하게 함으로써 3D 프린팅은 Volkswagen Motorsport가 차량을 예정대로 도로에 출시하는 데 도움이 되었습니다. 그리고 이 노력은 최근에 보상을 받았습니다. 바로 작년 I.D. R Pikes Peak 경주용 자동차는 Pikes Peak 경주에서 언덕 등반에 대한 새로운 기록을 세웠습니다.

개발 시간을 줄이는 데 효과가 입증된 3D 프린팅은 이제 레이싱 팀에 상당한 성능 이점을 제공할 수 있는 최종 부품 응용 프로그램으로 나아가고 있습니다.

9. 클래식 자동차용 3D 프린팅 예비 부품

예비 부품은 자동차에서 3D 프린팅의 또 다른 응용 분야이며 Porsche Classic에서 최대한 활용하고 있습니다.

독일 자동차 회사의 한 부서는 빈티지 및 단종된 모델용 부품을 공급하고 3D 프린팅을 사용하여 오래된 재고를 위한 희귀한 소량 예비 부품을 생산하고 있습니다.

이러한 부품 중 많은 부분이 더 이상 생산되지 않으며 이를 제조하는 데 필요한 도구가 없거나 상태가 좋지 않습니다. 전통적인 방법으로 새로운 도구 보조 도구를 제조하는 것은 특히 문제의 소량을 고려할 때 본질적으로 비용이 많이 듭니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Porsche Classic은 주문형으로 이러한 부품(금속 및 플라스틱)을 3D 프린팅하기 시작했습니다.

인쇄 공정은 금속 분말을 고에너지 레이저 빔으로 정밀한 패턴으로 용융(또는 플라스틱의 경우 소결)하여 한 번에 한 층씩 3차원 물체를 만드는 과정을 포함합니다. 이점은 추가 도구 없이 필요할 때만 부품을 만들 수 있다는 점입니다. 따라서 Porsche는 기존 방법을 사용하여 이러한 예비 부품을 만드는 것과 관련된 도구 및 보관 비용을 절약할 수 있습니다.

거의 주문되지 않거나 생산이 중단되는 3D 프린팅 부품은 자동차 공급망 내에서 증가하는 추세입니다. Mercedes-Benz Trucks, Volkswagen 및 BMW도 이 애플리케이션에 3D 프린팅을 도입하여 자동차 제조업체가 비용을 절감하고 운영 효율성을 높이며 재고를 최적화할 수 있도록 지원합니다.

또한 읽기:3D 프린팅이 예비 부품 산업을 어떻게 변화시키고 있는지

10. 미래의 오토바이는 3D로 인쇄될까요?

지금까지 자동차 및 차체 전체를 3D 프린팅하는 회사를 보았지만 오토바이는 어떻습니까?

아직 상용화된 3D 인쇄 자전거는 없지만 오토바이 생산의 미래를 엿볼 수 있는 프로젝트는 많이 있습니다.

APWORKS의 Light Rider는 오토바이 생산에 3D 프린팅을 사용할 수 있는 가능성을 보여주는 가장 잘 알려진 사례 중 하나입니다.

독일 회사는 2016년에 3D 인쇄로 토폴로지에 최적화된 전기 오토바이를 공개했습니다. 오토바이는 또한 APWORKS의 독점 Scalmalloy 소재의 특성을 보여줍니다. Scalmalloy를 사용하여 3D로 인쇄한 오토바이 프레임은 기존에 제작된 오토바이 프레임보다 30% 더 가볍습니다.

APWORKS는 프로젝트에서 큰 성공을 거두었지만 많은 고객들이 Light Rider를 구매하기를 원했지만 상업적으로 실행 가능한 생산을 할 수 있다는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다.

3D 인쇄 오토바이의 또 다른 최근 예는 독일 FDM 3D 프린터 제조업체인 BigRep에서 제공합니다.

완전한 기능을 갖춘 프로토타입인 회사의 NERA 오토바이는 생산하는 데 단 12주가 걸렸으며 3D 프린팅의 기능을 시연하도록 설계되었습니다.

이를 만들기 위해 BigRep은 대규모 3D 프린터와 PLA, Pro FLEX(TPU 기반 유연한 재료) 및 엔지니어링 등급 ProHT 필라멘트를 포함한 다양한 재료를 사용했습니다. 전자 제품을 제외하고 림, 프레임, 에어리스 타이어, 시트 및 유연한 범퍼를 포함하여 15개 부품 모두가 3D 프린팅되었습니다.

이러한 프로젝트와 다른 프로젝트가 오토바이용 3D 프린팅의 잠재력에 대한 흥미진진한 일면을 제공하지만, 도로 위에서는 상당한 시간이 소요될 것입니다. 하지만 3D 프린팅이 경량 부품을 만들고 성능을 향상시키며 더 빠르고 저렴한 생산을 가능하게 하는 능력은 우리가 이 응용 분야에 대한 미래 잠재력에 대해 흥분하게 만듭니다.

자동차 생산의 미래 추진

이 목록은 자동차 내 3D 프린팅의 주요 응용 분야를 보여주지만 가능성의 표면에 불과합니다. 그러나 자동차 제조사들이 이 기술이 경쟁에서 우위를 점할 수 있는 잠재력을 인식함에 따라 애플리케이션의 수는 확실히 확대될 것입니다.

자동차에서 3D 프린팅의 미래를 내다보면 이 기술은 제품 개발, 생산, 조립 및 공급망에 계속 스며들어 새로운 디자인, 경쟁력 있는 비즈니스 모델, 궁극적으로 우수한 차량을 가능하게 할 것입니다.