자동차 산업의 3D 프린팅:4가지 주요 디지털 제조 트렌드

자율 차량, 전기 자동차 및 대량 맞춤화의 새로운 트렌드로 인해 자동차 제조업체와 공급업체는 이에 적응해야 합니다. 인더스트리 4.0 시대에 관련성을 유지하기 위해 자동차 회사는 3D 프린팅 기술의 채택을 가속화하고 있습니다.

오늘날 3D 프린팅 또는 적층 제조(AM)는 프로토타이핑 및 툴링 제작에서 예비 부품 및 최종 부품 생산에 이르기까지 자동차 제조의 여러 단계에서 사용되어 자동차 제조업체가 민첩성과 혁신을 유지할 수 있도록 합니다.

3D 프린팅이 자동차 산업에서 더 강력한 발판을 마련함에 따라 우리는 이 분야에서 기술의 미래를 형성하는 4가지 흥미로운 트렌드를 탐구합니다.

1. 3D 프린팅은 차량의 전기화를 강화할 것입니다.

Jabil의 최근 설문 조사에 따르면 자동차 제조업체의 48%가 전기 자동차 시장의 선두 주자를 목표로 하고 있습니다. 자동차의 전기화에 대한 이러한 증가 추세는 자동차에서 AM의 사용이 증가하는 원인입니다.

업계가 내연 기관에서 전기 자동차로 이동함에 따라 3D 프린팅이 개발 속도를 높일 수 있는 솔루션으로 부상하고 있습니다. 그리고 자동차 부품의 디자인을 보는 방식을 근본적으로 바꿉니다.

제너레이티브 디자인과 같은 새로운 디자인 도구의 경량화 기능과 고급 디자인에 생명을 불어넣는 AM의 유연성 덕분에 후자가 가능합니다.

General Motors의 적층 설계 및 제조 이사인 Kevin Quinn은 적층 제조 미디어(Additive Manufacturing Media)와의 인터뷰에서 제너레이티브 설계와 AM이 더 가벼운 부품을 구동하는 기본 기술이 되는 것은 시간 문제라고 말했습니다. 전기차.

그런데 경량화가 왜 그렇게 중요한가요?

중량을 줄이는 것은 연료 소비와 배기가스 감소를 돕기 위해 연소 엔진으로 구동되는 차량의 오랜 목표였습니다. 전기 자동차에서 무게 감소는 여전히 에너지 소비를 낮추고 주어진 배터리로 주행 거리를 늘리는 역할을 합니다. 그러나 또 다른 고려 사항이 있습니다.

차량이 무거울수록 설정된 범위 및 성능 목표를 달성하기 위해 더 많은 배터리 용량이 필요합니다. 그러나 배터리는 다른 차량 부품에 비해 무겁기 때문에 배터리 용량을 추가하면 차량 중량이 불균형적으로 증가하는 경향이 있습니다.

전체 차량 무게와 구성 요소의 무게 감소가 EV 차량에서 매우 중요하다는 것을 의미하는 악순환입니다.

2020년 현재 여러 EV 프로젝트가 진행되고 있습니다. 개발 및 생산에 3D 프린팅을 사용합니다. 한 예로 로컬 모터스의 올리(Olli)는 3D 인쇄로 지역의 저속 운송을 위해 설계된 자율 전기 셔틀입니다.

이 셔틀은 주로 도시, 비즈니스 및 대학의 도심에서 사용하도록 설계되었습니다. 캠퍼스와 병원.

그래서 이 회사는 어떻게 이를 달성했습니까?

Local Motors는 세계 최대 3D 프린터인 ORNL의 BAAM(Big Area Additive Manufacturing) 및 Thermwood의 Large Scale Additive Manufacturing( LSAM) 기계 – 차량의 루프와 하체를 포함하여 올리의 구성 요소 대부분을 생산합니다.

현재 전 세계 13개 지역에서 시험에 참여하고 있는 자율 셔틀은 상당한 이정표를 세웁니다. EV 생산을 위한 3D 프린팅 사용.

로컬 모터스는 3D 프린팅 전기차를 추구하는 유일한 회사가 아닙니다. 지속 가능한 차량의 미국 제조업체인 Arcimoto는 XponentialWorks와 협력하여 개발한 경량 3D 인쇄 구성 요소를 특징으로 하는 Fun Utility Vehicle(FUV)을 생산하고 있습니다.

리어 스윙 암, 너클을 포함한 부품 , 상부 컨트롤 암 및 브레이크 페달은 ParaMatters의 제너레이티브 디자인 도구를 사용하여 3D 프린팅을 위해 재설계되어 34~49%의 무게 절감을 달성했습니다.

지금까지 재설계된 부품으로 회사는 200파운드 무게 감소 목표 중 120개를 달성했으며 앞으로 몇 달 안에 최종 목표에 도달할 계획입니다.

EV 업계가 3D 프린팅을 최대한 활용하는 방법을 계속해서 모색함에 따라, 향후 10년은 지속 가능한 차량을 위한 기술 사용을 가속화하는 데 중추적인 역할을 할 것입니다.

2. 자동차 시리즈 생산에 AM 통합

자동차 산업은 쾌속 프로토타이핑을 위한 3D 프린팅을 가장 먼저 채택한 산업 중 하나였습니다. 이제 자동차 제조업체는 AM의 궁극적인 가치 제안으로 간접(예:금형) 및 직접 부품 생산을 확인했습니다.

이러한 초점의 변화는 자동차 및 3D 프린팅 OEM이 디지털 대량 생산으로 향하고 있다는 한 가지 흥미로운 추세를 보여줍니다.

그렇지만 이 여정은 완전히 간단하지 않습니다. 자동차 산업은 높은 생산성, 낮은 자재 비용 및 높은 수준의 생산 자동화를 비롯한 고유한 생산 요구 사항을 가지고 있습니다.

동시에 업계는 대량 맞춤화를 향한 추진은 말할 것도 없고 수요, 공급망 역학 및 규정의 변화하는 추세에 의해 형성됩니다.

자동차 부품 생산의 요구 사항에 따라 AM 산업은 빠르게 진화해야 합니다.

그러나 업계 전반에 걸쳐 우리가 점점 더 많이 보고 있는 것은 더 큰 부품, 더 많은 양 및 더 빠른 생산을 달성하는 데 중요한 새로운 기술의 개발입니다.

이러한 발전은 대부분 하드웨어 진화와 증가된 프로세스 자동화에 의해 주도되었습니다. 예를 들어, 금속 바인더 분사는 실행 가능한 생산 기술로 그림자에서 떠오르고 있습니다. 다른 금속 AM 공정과 비교하여 더 빠른 인쇄 속도를 제공하며 이는 자동차 제조업체에 특별한 이점입니다.

자동화 측면에서 자동차 제조업체는 AM 워크플로의 단계를 간소화할 방법을 찾고 있습니다. 여기에는 예를 들어 DfAM(적층 제조용 설계)을 자동화하기 위한 설계 도구의 통합, 워크플로 제어 및 추적성을 설정하기 위한 MES 소프트웨어, 자동화된 후처리 하드웨어의 통합이 포함됩니다.

그 동안 자동차 요구 사항을 충족하는 최종 사용 재료의 가용성이 증가하고 있습니다. 재료 개발 회사는 3D 프린팅과 자동차 생산의 결합 가능성을 인식하고 UV에 안정적이고 내구성이 뛰어난 플라스틱과 알루미늄 및 강철과 같은 인기 있는 자동차 금속을 출시하기 위해 노력하고 있습니다.

이러한 발전을 감안할 때 이 SmarTech 보고서에 따르면 자동차 AM 생산으로 인한 수익은 금년 말까지 거의 100억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.

AM이 자동차 산업의 요구에 부합하는 동안 이 기술을 사용한 최종 부품 생산은 이제 막 추진력을 구축하기 시작했습니다. 기술 향상과 연속 생산을 위한 새로운 AM 애플리케이션에 의해 앞으로 5년에서 10년 사이에 견인력이 가속화될 것입니다.

3. 자동차 분야의 AM 산업화를 주도하는 협업

기업과 연구 기관은 모두 3D 프린팅을 자동차 제조를 위한 산업화된 고도로 자동화된 생산 프로세스로 변환하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.

최근에 시작된 프로젝트 수에서 협업 증가가 특히 분명합니다.

이러한 프로젝트 중 하나는 작년에 시작된 독일의 IDAM(Industrialization and Digitalization of Additive Manufacturing) 프로젝트입니다.

12개의 프로젝트 파트너가 다음을 생산할 수 있는 AM 생산 라인을 만들 계획입니다. 공통 부품 생산에서 연간 최소 50,000개의 구성 요소와 최고 품질 및 비용 압박 하에 10,000개 이상의 개별 및 예비 부품.

게다가 3D 인쇄 금속 구성 요소의 단가는 더 높을 것입니다. 프로젝트에 따르면 절반 이상입니다.

BMW 그룹이 조정하는 IDAM 프로젝트는 향후 2년 동안 운영되어 생산에서 금속 3D 프린팅을 지속 가능하게 확립하는 데 도움이 됩니다.

금속 3D 프린팅 외에도 업계에서는 자동차 제조용 폴리머 AM의 발전도 모색하고 있습니다. 이와 관련하여 POLYLINE 프로젝트는 자동차 폴리머 3D 프린팅의 이정표를 표시합니다.

올해 초에 시작된 POLYLINE 프로젝트는 AM을 자동차 생산 라인에 통합하는 데 있어 기존 과제를 극복하는 것을 목표로 합니다. 예를 들어, 프로젝트 참가자는 새로운 표준을 개발하고 생산 현장의 자동화를 증가시키는 솔루션을 만드는 작업을 할 것입니다.

수평 통합을 고려하여 프로젝트는 디지털 데이터 워크플로를 구축하여 효율성을 높이는 작업을 합니다. 생산 프로세스 및 공급망 전반에 걸쳐

두 프로젝트 모두 독일 기반이며, 독일 자동차 제조업체가 현재까지 최종 부품 생산을 위한 AM 개발에 가장 많은 투자를 했다는 점을 고려할 때 놀라운 일이 아닙니다.

4. 커넥티드 카를 위한 3D 인쇄 전자 제품

세계가 커넥티드 카의 새로운 시대로 접어들면서 차량 내 센서, 안테나와 같은 전자 장치의 수가 증가하고 있습니다. 이러한 증가로 인해 더 작고 복잡한 전자 제품을 설계하고 생산해야 할 필요성이 커졌습니다.

전자 제품을 위한 3D 프린팅은 차량을 네트워크로 연결하고 자동차 데이터를 수집하기 위해 스마트 부품을 생산하는 새로운 방법을 만들고 있습니다.

센서를 예로 들어보겠습니다. 차량이 환경 및 차량 성능 데이터를 수집할 수 있도록 하려면 무선 기능, 맞춤형 폼 팩터 및 비평면 형상을 갖춘 센서가 필요합니다.

전통적으로 이러한 센서는 차량과 별도로 제작되며 먼저 조립한 다음 최종적으로 부품에 설치하기 위해 제조업체로 배송되어야 합니다.

전자공학을 위한 AM 시스템의 발전은 이러한 센서를 기계 부품과 차량 구조에 직접 내장할 수 있는 기회를 열어줍니다. 이 접근 방식은 기존에 조립된 센서에 비해 더 높은 신뢰성과 더 긴 수명으로 이어질 수 있습니다.

또한 전자 3D 프린팅은 이러한 센서를 만드는 데 드는 비용과 개발 시간을 줄일 수 있습니다.

다르게 자동차에서 발견되는 버튼은 3D 인쇄 센서의 이점을 누릴 수 있는 한 가지 응용 프로그램이 될 수 있습니다. 포르투갈의 시스템 및 로봇 공학 연구소(Institute of Systems and Robotics)의 연구원들은 물리적 버튼을 3D 인쇄 터치 센서로 대체하는 접근 방식을 개발하고 있습니다.

3D 인쇄 전자 하드웨어 개발자인 Neotech AMT GmbH는 3D 인쇄 전자 제품의 또 다른 잠재적 응용 프로그램, 즉 자동차 인테리어용 히터 패턴을 보고 있습니다. 히터 패턴의 3D 프린팅은 무게, 부품 수 및 수동 조립 단계를 줄일 수 있습니다.

이 모든 장점에도 불구하고 3D 프린터로 인쇄한 자동차용 전자 부품은 아직 멀었습니다. 그러나 많은 자동차 제조업체가 금속 및 플라스틱 자동차 부품에 3D 프린팅을 채택함에 따라 더 가볍고 복잡한 전자 부품에 3D 프린팅을 더 많이 사용하게 될 것입니다.

자동차의 3D 프린팅:변화의 벼랑에서

자동차가 더욱 스마트해지고 자율적으로 발전함에 따라 자동차 제조업체와 공급업체는 혁명적인 변화의 정점에 서 있습니다. 이러한 변화는 또한 자동차에서 3D 프린팅의 사용 증가를 촉진하고 있습니다.

3D 프린팅은 기업이 생산 유연성을 높이고 기존 프로세스로는 불가능했던 더 나은 자동차 부품을 개발하는 데 도움이 됩니다.

3D 프린팅 기술을 자동차 생산에 접목하는 것도 그 자체로 하나의 트렌드가 되었습니다. 자동차 제조업체는 AM 회사와 전략적 파트너십을 체결하고 협력 프로젝트를 시작하여 AM을 산업화합니다.

이러한 노력의 결과는 아직 입증되지 않았지만 그 범위와 비전은 자동차 산업에서 3D 프린팅의 미래가 밝을 것이라는 신호입니다.