3D 프린팅이 자동차 산업을 혁신하는 방법

지난 몇십 년간 적층 제조 기술의 놀라운 발전은 제품이 설계, 개발, 제조, 제작, 유통되는 잠재적 방식을 변화시켰습니다. 자동차 부문은 3D 프린팅 실험에 매우 진취적이었으며, 이러한 발전은 여러 측면에서 새로운 문을 열었습니다. 이 기사는 현재 발전을 개요하고 3D 프린팅이 자동차 부문을 어떻게 재편할 수 있는지 설명합니다.

3D 프린팅이 특히 좋은 영역

전통적 생산 공정에서 3D 프린팅 기술로 전환함으로써 다양한 산업의 기업들이 부품과 제품의 기술적, 비즈니스적 측면을 개선하는 데 혁신을 이뤘지만, 자동차 부문과 관련해 적층 제조가 가장 큰 영향을 미칠 두 가지 주요 영역이 있습니다.

제품 혁신

적층 제조는 전통적 제조 공정으로 제작하기 힘든 설계 제한이 적은 부품을 생산할 수 있습니다. 이 설계 유연성은 통합 전기 배선(중공 구조를 통해), 경량화(격자 구조를 통해), 전통적 공정으로는 불가능한 복잡한 형상 등 향상된 기능 추가를 가능하게 함으로써 혁신의 길을 엽니다. 또한 새로운 AM 기술은 전기 전도성과 가변 강도 같은 개별 특성을 가진 다중 소재 프린트 부품을 점점 더 생산할 수 있게 합니다. 이러한 AM 공정은 더 안전하고, 가볍고, 빠르고, 효율적인 미래 차량을 만드는 데 중요한 역할을 합니다. EDAG의 라이트 코쿤(Light Cocoon)은 AM이 어떻게 혁신 면에서 새로운 문을 열 수 있는지 보여주는 전형적 예입니다.

공급망

AM은 새로운 툴링이 필요 없게 해 전체 리드 타임을 단축하고 직접 최종 부품을 생산합니다. 또한 AM은 일반적으로 부품 생산에 필요한 소재만 사용하므로 스크랩을 대폭 줄이고 소재 사용량을 낮출 수 있습니다. 게다가 AM으로 제조된 경량 부품은 핸들링 비용을 낮추고, 주문형 및 현장 생산으로 재고 비용을 낮춰 유연한 공급망을 제공합니다. 마지막으로 AM은 저·중량산에서 분산 생산을 지원해 비용 절감과 고객 근처에서 제품을 제조할 수 있는 능력 향상으로 공급망 복잡성을 줄입니다.

AM이 적용될 수 있는 제품 단계

독특한 장점으로 AM은 자동차 생산에서 전통적으로 사용되는 몇 가지 공정을 대체할 수 있습니다. AM이 자동차 산업에 가져올 네 가지 중요한 변화입니다.

시제품 공정

시제품 제작은 일반적으로 시간이 많이 걸리고 제품이 더 많은 반복을 거치면 비싸집니다. 급속 시제품(3D 프린팅)은 기업이 거친 아이디어를 설득력 있는 개념 검증으로 전환하게 합니다. 이 개념은 최종 결과와 거의 일치하는 고정밀 시제품으로 더 발전할 수 있고, 궁극적으로 일련의 반복과 검증 단계를 거쳐 양산으로 이어집니다. 자동차 산업에서 이 빠른 검증은 매우 중요합니다. 3D 프린팅으로 높은 설득력과 대표성을 가진 시제품을 며칠 만에 훨씬 낮은 비용으로 만들 수 있어 아이디어와 최종 제품 간 거리를 좁히고 전반적인 제품 개발 워크플로를 강화합니다.

수리 및 지원(예비 부품)

CAD 도움으로 사실상 모든 부품의 설계가 컴퓨터 하드디스크에 디지털 복사본으로 저장되어 재고 유지 필요성을 없앱니다. 3D 프린팅을 사용하면 예비 부품을 잠재적으로 주문형으로 생산할 수 있습니다. 기술 접근성이 공급업체로 하여금 3D 프린트 구성품과 예비 부품의 쉬운 공급을 위한 새로운 공간을 열도록 장려할 것입니다. 더 이상 존재하지 않는 부품도 기존 부품의 디지털 스캔을 기반으로 리버스 엔지니어링해 요구사항에 맞게 재제작할 수 있습니다. 오래된 디자인이 새로운 생명을 얻고, 다른 편에선 클래식 카 예비 부품을 쉽게 재생산할 수 있습니다.

맞춤화

맞춤화는 전통적 제조 공정에서 매우 비싸고 시간 집약적입니다. 3D 프린팅은 저비용 맞춤 부품 생산에 이상적이며, 제조업체에 그들이 생산하고 고객에게 제공할 수 있는 것의 새로운 역량을 제공합니다. 소규모 맞춤 자동차 작업장의 경우, 3D 프린팅 자동차 부품이 작업의 품질과 창의성을 높이는 길을 제공해 많은 실험과 완벽한 맞춤 디자인의 여지를 줍니다.

양산 제조(다양한 부품 조립)

3D 프린팅은 일반 부품 제조 단계에서 효율성을 개선할 수 있습니다. 다섯 또는 여섯 개의 자동차 부품 조립체가 이제 단일 프린트 부품으로 결합될 수 있습니다. 개별 부품이 더 비쌀 수 있더라도 조립 시간과 비용을 절약합니다. 부품을 통합함으로써 3D 프린팅 공정은 무게 감소와 연비 향상에도 도움됩니다. 일반 부품 제조에 3D 프린팅을 더 통합하는 것이 생산적 관점에서 더 합리적일 것입니다.

적합한 기술과 소재

플라스틱 트림부터 금속 엔진 구성품까지, AM은 스스로를 입증했으며 기술 공정과 사용할 수 있는 소재 면에서 더 많은 것을 제공합니다. 이 표는 인기 있는 옵션을 간략히 개요합니다.

현재 산업 사용 사례

많은 자동차 OEM이 이미 AM과 협업하며 그 능력과 효율을 실현하고 있습니다. 여기 두 가지 예가 있습니다.

미쉐린의 3D 프린팅 업티스(Uptis) 타이어

프랑스 타이어 제조사 미쉐린은 2019년 적층 제조 기술로 지원되는 첫 시제품 타이어를 선보였습니다. 업티스(Uptis, Unique Puncture-proof Tire System)라고 불리는 이 타이어는 펑크나 도로 위험으로 인한 평평한 타이어 및 기타 공기 손실 실패 위험을 줄이기 위해 에어리스로 설계되었습니다. 이 설계는 AM 덕분에만 가능합니다. 성공하면 2024년까지 일부 차량에 업티스가 장착될 것으로 기대됩니다. 마지막으로 이 펑크 방지 타이어는 폐기물 감소를 통해 지속 가능한 이동성(회사의 미래 모빌리티 비전 목표 중 하나)을 촉진할 수 있습니다.

포르쉐, 최초 3D 프린팅 엔진 피스톤

자동차 거인 포르쉐가 사상 최초로 엔진 피스톤을 3D 프린팅했습니다. 적층 제조된 구성품은 포르쉐 911 GT2의 고성능 엔진용으로 설계되었습니다. 3D 프린팅으로 피스톤을 최적화해 이 중요한 엔진 요소를 전통적 제조품보다 10% 더 가볍게 만들었습니다. 포르쉐는 이 특정 용도에 최적의 특성을 얻기 위해 특수 알루미늄 합금을 피스톤에 사용했습니다.

결론

AM이 열어준 능력 범위를 고려할 때, 자동차 기업 리더들은 경쟁에서 앞서 나가기 위해 AM 기술 활용을 고려해야 합니다. 전통적 제조 기술이 깊게 뿌리내려 자동차 산업에서 강한 위치를 계속 유지하겠지만, 적층 제조가 파고들고 있습니다.

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