자동차 산업의 3D 프린팅: 설계 및 생산 혁신

적층 제조 초기부터 자동차 산업은 이 기술에 관심을 보여왔습니다. 미국 자동차 제조사 포드(Ford)는 1986년에 만들어진 세 번째 3D 프린터를 구매하며 3D 프린팅과 자동차 부문 간의 결실 맺는 생산적인 관계의 시작을 알렸습니다.

포드의 초기 3D 프린팅 도입 이후, 이 기술은 여러 자동차 제조사에 다양한 형태로 채택되었습니다. 대형 자동차 기업들은 제품 개발과 공급망에 미치는 영향을 시험해 보았고, Divergent 및 Local Motors 같은 소규모 자동차 스타트업은 3D 프린팅을 생산의 필수 요소로 삼았습니다.

최근 자동차 산업은 적층 제조의 주요 용도가 시제품 제작에서 최종 사용 생산으로 전환되는 변화를 겪고 있습니다. 이 기술의 유연한 특성과 광범위한 설계 자유도 덕분에 자동차 제조사들은 새롭고 최첨단 차량 부품을 설계하고, 생산 워크플로를 혁신하며, 고객에게 점점 더 맞춤화된 솔루션을 제공할 수 있게 되었습니다.

자동차 산업에서 3D 프린팅의 장점

적층 제조는 부품을 감산 방식이 아닌 적층 방식으로 제작하는 일련의 공정을 총칭하는 용어입니다. 즉, 블록에서 소재를 깎아내는 대신 레이어별로 부품을 쌓아 올립니다. 이러한 제조 접근 방식과 관련 플랫폼(광경화성 수지 조형, 용융 증착 모델링, 선택적 레이저 소결 등)은 기존 제조 공정이 제공하지 못하는 다양한 고유한 이점을 제공합니다.

설계 자유도

3D 프린팅에서는 부품이 레이어별로 쌓아 올려지므로 전례 없는 설계 자유도의 기회가 열리며, 이는 부품 최적화와 경량화로 이어집니다. 자동차 부문에서 부품 무게(및 차량 전체 무게)를 줄이는 것은 연비 개선을 시도할 때 필수적입니다. 3D 프린팅은 복잡한 내부 형상을 통합하여 품질 저하 없이 무게와 소재 사용량을 줄인 자동차 부품을 재설계하고 제작할 수 있는 능력을 제공합니다.

부품 통합

경량화 외에도 적층 제조는 부품을 재설계하고 통합할 수 있게 해줍니다. 다중 구성품 어셈블리를 단일 부품으로 변환할 수 있습니다. 이 능력은 점점 더 가벼운 구조에 기여할 수 있으며, 주어진 부품의 성능을 향상시킬 수도 있습니다. 자동차 부문에서 부품 통합은 생산 및 조립 공정을 간소화하는 데 도움이 됩니다.

맞춤화

자동차 생산을 떠올리면 흔히 대량 제조를 생각합니다. 정교한 생산 라인이 수백만 개의 동일한 부품을 양산한 후 자동차로 조립합니다. 그러나 3D 프린팅의 확산으로 자동차 산업은 이제 합리적인 비용으로 자동차에 새로운 수준의 맞춤화를 구현할 수 있게 되었습니다. 특히 소량 생산이나 특수 차량의 경우 맞춤형 인테리어 기능을 합리적인 비용으로 자동차에 통합할 수 있습니다. 자동차 브랜드 미니(MINI)는 예를 들어 고객이 다양한 맞춤형 3D 프린팅 인테리어 부품 중에서 선택할 수 있도록 합니다.

신속한 처리 시간

3D 프린팅이 자동차 생산을 가속화하는 데에는 여러 가지 방법이 있습니다. 첫째, 시제품 제작 단계에서 3D 프린팅을 사용하여 테스트용 기능성 부품을 신속하게 제작할 수 있어 자동차 설계자와 엔지니어가 부품 설계의 실행 가능성을 빠르게 판단할 수 있습니다. 생산 단계에서는 자동차 제조사들이 3D 프린팅을 신속 툴링에 사용하여 비용을 절감합니다.

자동차 산업에서 3D 프린팅의 시제품 제작 및 양산 전 적용 사례

설계 시연

신차 설계 과정에서 개념을 정확하게 시연하기 위해 물리적 시제품을 제작하는 것이 도움이 되며 종종 필요합니다. 다중 색상 및 다중 소재 공정을 포함한 3D 프린팅 기술은 자동차의 미학과 구조를 묘사하는 일회용 시제품이나 소규모 모델을 신속하게 제작할 수 있게 합니다. 헤드라이트부터 인테리어 부품까지, 3D 프린팅은 사실적인 설계 시연을 위해 자동차 회사들에 의해 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

기능성 시제품

산업용 FDM 및 금속 적층 제조를 포함한 특정 3D 프린팅 공정은 자동차 설계 및 개발 단계에서 기능성 시제품을 제작하는 데에도 사용됩니다. 3D 프린팅 부품은 신속하게 제작, 테스트, 수정되어 최적의 설계가 달성될 때까지 반복할 수 있습니다.

툴링

3D 프린팅이 자동차 산업에 미친 가장 큰 영향 중 하나는 양산 전 단계에서 툴, 지그, 고정구의 생산입니다. 적층 제조는 자동차 제조사가 저비용 툴을 즉석에서 제작할 수 있게 하여 소량 또는 중량 생산 배치에 사용하거나 양산용 툴링을 검증하는 데 활용합니다.

자동차 산업에서 3D 프린팅의 양산 적용 사례

맞춤형 부품

앞서 언급했듯 자동차 부문에서 3D 프린팅의 가장 큰 장점 중 하나는 맞춤화입니다. 사출 성형은 생산 수량이 많을수록 비용이 낮아지는 반면, 3D 프린팅 비용은 제조 부품 수에 의존하지 않아 일회용 맞춤형 부품 제작에 적합합니다. 마찬가지로 디지털 설계 및 맞춤화 소프트웨어 덕분에 럭셔리 또는 스페셜 에디션 차량을 위한 맞춤형 인테리어나 장식 기능을 신속하게 반복 제작할 수 있습니다.

교체 부품

자동차 분야에서 3D 프린팅의 또 다른 중요한 양산 적용 사례는 희귀 또는 빈티지 차량을 위한 예비 또는 교체 부품 제작입니다. 부품이 단종된 경우, 3D 프린팅을 통해 자동차 전문가들은 부품을 역설계하여 즉석에서 제작할 수 있습니다. 작년, 지멘스 인더스트리얼 터보머시너리(Siemens Industrial Turbomachinery Ltd.)는 3D 스캐닝과 프린팅을 활용하여 100년 된 자동차를 작동 상태로 복원했습니다.

엔진룸 부품

아직 자동차 3D 프린팅의 틈새 분야지만, 기술이 계속 발전함에 따라 엔진룸 부품 프린팅 기회가 늘어나고 있습니다. 현재 AM의 이러한 적용 가능성을 입증하는 실험이 진행 중입니다. 예를 들어 포드는 최근 랠리카 '훈트럭(Hoonitruck)'에 흡기 매니폴드를 설치했습니다(자동차에 설치된 가장 큰 금속 3D 프린팅 부품). Divergent Technologies 또한 금속 3D 프린팅을 활용하여 블레이드 슈퍼카의 섀시를 생산합니다.

RapidDirect 3D 프린팅 서비스

RapidDirect에서는 용융 증착 모델링(FDM), 폴리젯(PolyJet) 3D 프린팅, 선택적 레이저 소결(SLS) 등 다양한 3D 프린팅 서비스를 제공하며, 이는 여러 자동차 애플리케이션을 충족할 수 있습니다. 광범위한 소재 덕분에 당사의 최첨단 3D 프린팅 기술은 기능성 시제품, 설계 시연, 맞춤형 부품 등을 제작하는 데 사용될 수 있습니다.

당사 전문가 팀은 고객과 긴밀히 협력하여 부품이 제때 3D 프린팅되어 배송될 뿐만 아니라 적층 생산에 맞게 최적화되도록 합니다. 마지막으로 당사의 전문 마감 서비스 범위는 3D 프린팅 제품과 부품에 고품질 마감을 제공합니다.