3D 프린팅이 자동차 산업을 재편하는 4가지 핵심 디지털 제조 트렌드

자율주행차, 전기차, 매스 커스터마이제이션이 자동차 환경을 재정의하고 있습니다. 인더스트리 4.0 시대 경쟁력을 유지하기 위해 제조사들은 3D 프린팅 기술 채택을 가속화하고 있습니다.

1. 3D 프린팅이 차량 전동화를 견인하다

최근 Jabil 설문조사에 따르면 자동차 제조사의 48%가 전기차 시장에서 시장 선도자가 되는 것을 목표로 합니다. 이러한 야심이 업계 전반의 적층 제조(AM) 활용 확대를 부채질하고 있습니다.

산업이 내연기관에서 전기차로 피벗하면서, 3D 프린팅은 신속한 개발 경로를 제공하고 이전에는 불가능했던 설계를 가능케 합니다. 생성 설계 도구와 AM의 설계 자유도에 힘입은 경량화는, 무게 감소가 주행거리 연장과 배터리 요구량 감소로 직결되는 전기차에서 특히 중요합니다.

"생성 설계와 AM이 곧 전기차용 경량 부품의 주요 구현 기술이 될 것입니다."라고 GM의 적층 설계 및 제조 디렉터인 Kevin Quinn이 Additive Manufacturing Media와의 인터뷰에서 말했습니다.

중량 감소가 핵심입니다: 무거운 차량은 주행거리 목표 달성을 위해 더 큰 배터리가 필요하고, 배터리 자체가 상당한 질량을 더합니다. 따라서 차량이나 부품에서 1kg을 절약할 때마다 주행거리가 늘고 성능이 향상됩니다.

Local Motors의 Olli(자율주행 3D 프린팅 전기 셔틀)는 이 트렌드를 잘 보여줍니다. 세계 최대 3D 프린터인 ORNL의 BAAM(Big Area Additive Manufacturing)과 Thermwood의 LSAM(Large Scale Additive Manufacturing)을 사용해, Olli의 지붕과 하부 차체를 포함한 대부분의 구조 부품을 생산했습니다. Olli는 현재 전 세계 13개 지역에서 시범 운행 중입니다.

미국 지속가능 차량 제조사 Arcimoto는 XponentialWorks와 제휴해 FUV(Fun Utility Vehicles)를 생산하며, 리어 스윙 암, 너클, 어퍼 컨트롤 암, 브레이크 페달 같은 3D 프린팅 부품을 적용했습니다. 이 부품들은 ParaMatters의 생성 설계 도구로 재설계되어 34~49%의 중량 절감을 달성했습니다. 이 재설계로 Arcimoto는 200파운드 목표 중 120파운드를 달성했으며, 최종 목표도 곧 도달할 계획입니다.

향후 10년은 EV 부문이 지속가능한 차량 생산을 위해 3D 프린팅을 어떻게 최적으로 활용할지 탐색하는 중추적인 시기가 될 것입니다.

2. 자동차 양산 라인에 AM 통합

3D 프린팅이 처음엔 신속 시제품 제작으로 주목받았지만, 제조사들은 이제 직접 부품 생산과 툴링으로 눈을 돌리고 있습니다. 이는 디지털 대량 생산으로의 이동을 알리는 신호입니다.

그러나 자동차 생산은 높은 처리량, 낮은 소재 비용, 깊은 자동화를 요구합니다. 여기에 진화하는 수요 패턴, 공급망 역학, 매스 커스터마이제이션 추진이 복잡성을 더합니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 AM 산업은 빠르게 발전하고 있습니다. 예를 들어 금속 바인더 제팅은 많은 다른 금속 AM 공정보다 빠른 출력 속도를 제공해 양산에 명확한 이점이 있습니다.

자동차 제조사들도 AM 워크플로를 자동화하고 있습니다: DfAM(적층 제조 설계) 도구, 추적성을 위한 MES(제조 실행 시스템) 소프트웨어, 자동화된 후처리 장비를 도입 중입니다. 동시에 소재 개발자들은 UV 안정성 플라스틱과 알루미늄, 강철 같은 자동차 등급 금속을 출시해 업계 사양을 충족시키고 있습니다.

SmarTech 보고서는 자동차 AM 생산 매출이 이번 10년 말까지 거의 100억 달러에 달할 것으로 전망합니다.

AM을 이용한 최종 부품 생산은 여전히 견인력을 얻는 중이지만, 기술이 성숙하고 새로운 애플리케이션이 등장 향후 5~10년 내 모멘텀이 가속화될 것으로 예상됩니다.

3. 협업이 AM 산업화를 주도하다

산업계와 연구 파트너들이 3D 프린팅을 자동차용 완전 자동화 생산 라인으로 산업화하기 위해 협력하고 있습니다. 최근 프로젝트의 규모가 이러한 협업 모멘텀을 보여줍니다.

BMW 그룹이 주도하는 IDAM(Industrialisation and Digitalisation of Additive Manufacturing) 프로젝트는 12개 파트너를 모아 연간 최소 50,000개 공용 부품과 10,000개 이상의 개별/예비 부품을 생산할 수 있는 생산 라인을 구축합니다. 이 프로젝트는 금속 3D 프린팅 부품의 단가를 절반으로 낮추는 것도 목표로 합니다. IDAM은 2년간 지속되며 지속가능한 금속 3D 프린팅을 양산에 정착시킬 예정입니다.

폴리머 AM 분야에서는 POLYLINE 프로젝트가 3D 프린팅 폴리머의 자동차 라인 통합 과제를 다룹니다. 새로운 표준 개발, 자동화 증진, 생산과 공급망 전반의 효율성을 높이는 디지털 데이터 워크플로 구축에 초점을 맞춥니다.

두 이니셔티브 모두 독일에 기반을 두고 있으며, 이는 독일이 최종 부품 생산을 위한 AM에 강력히 투자하고 있음을 반영합니다.

4. 커넥티드 카를 위한 3D 프린팅 전자부품

커넥티드 차량이 다양한 센서와 안테나를 확산시키면서, 더 작고 복잡한 전자부품이 요구됩니다. 전자부품 3D 프린팅은 이러한 부품을 기계 구조물에 직접 임베딩할 수 있게 해, 신뢰성과 수명을 개선하면서 비용과 개발 시간을 단축합니다.

포르투갈 시스템 및 로봇 공학 연구소의 연구자들은 물리적 버튼을 대체할 3D 프린팅 터치 센서를 탐구 중입니다. Neotech AMT GmbH는 자동차 내장용 히터 패턴 3D 프린팅의 잠재력을 보고 있으며, 이는 중량, 부품 수, 조립 단계를 줄여줍니다.

3D 프린팅 전자부품은 아직 주류는 아니지만, 자동차 부문에서 금속과 플라스틱 부품의 3D 프린팅이 널리 채택되면서, 차세대 경량 복합 전자부품도 뒤따를 것으로 보입니다.

자동차 분야 3D 프린팅: 변화의 문턱에서

차량이 더 스마트하고 자율화됨에 따라, 자동차 제조사와 공급업체는 3D 프린팅 채택을 더욱 가속화하는 변혁적 변화에 직면해 있습니다. 이 기술은 전통적 공정으로는 생산할 수 없는 부품 생성을 가능케 하는 비교할 수 없는 유연성을 제공합니다.

AM 기업과의 전략적 파트너십과 협업 산업화 프로젝트가 자동차 제조의 미래를 형성하고 있습니다. 완전한 영향은 아직 입증되어야 하지만, 이러한 이니셔티브의 비전과 범위는 업계에서 3D 프린팅의 밝은 미래를 예고합니다.