자동차 제조 혁신을 이끄는 5대 핵심 트렌드

샨트 알렉사니안(Shant Alexanian), 키 어카운트 매니저, 패스트 래디우스(Fast Radius)

자동차 제조 산업이 직면한 가장 큰 과제 중 하나는 더 가볍고, 더 강하며, 더 저렴한 부품을 생산할 수 있는 기술에 대한 끊임없는 요구입니다. 이로 인해 많은 제조업체가 변화하는 소비자 및 업계 수요를 더 효과적으로 충족할 수 있는 혁신적인 신소재와 방법을 찾게 되었습니다.

전기차 수요를 예로 들어보죠. 현재 시장 수요가 소비자가 접근 가능한 가격대로 전기차를 공급하는 자동차 산업의 능력을 앞지르고 있습니다. 부분적으로 배터리 제조업체가 현재 기술로 가능한 것의 한계에 도달하기 시작했기 때문입니다.

하지만 파워트레인 기술의 새로운 설계(배터리 에너지를 모터용 AC 전력으로 변환하는 시스템)에는 실리콘 카바이드(SiC) 반도체 기술이 포함되어 배터리 효율을 높이고 제조 비용을 낮춥니다. 단지 한 예일 뿐이지만, 파워트레인 기술의 발전은 자동차 제조 부문 전반에서 일어나고 있는 더 큰 움직임의 증거입니다. 이는 비용 및 연료 효율성, 지속 가능성, 개인화에 대한 관심이 증가하는 움직임으로 정의됩니다. 2020년 주요 자동차 산업 트렌드를 소개합니다.

1. 경량, 연비 효율적인 자재

많은 자동차 부품은 전통적으로 철과 강철 합금으로 제조되어 왔습니다. 둘 다 강하지만 무거운 자재입니다. 하지만 제조 기술의 발전으로 자동차 기업은 이 금속 부품을 알루미늄, 마그네슘, 고성능 플라스틱, 탄소 섬유 및 기타 복합재 등 훨씬 가볍고 비슷한 강도와 강성을 제공하는 새로운 자재 세트로 대체할 수 있게 되었습니다. 이는 제조업체가 소비자 요구와 점점 더 엄격해지는 연방 연비 기준을 충족할 수 있게 합니다.

미국 에너지부(DOE)에 따르면, 혁신적인 경량 자재를 자동차 설계에 적용하면 섀시 무게를 최대 50%까지 줄일 수 있으며, 무게 10% 감소마다 연비를 최대 8% 향상시킬 수 있습니다. 제조업체들은 이 혜택을 입증했습니다. 포드(Ford)가 2015년 풀 알루미늄 F-150 픽업을 출시했을 때, 이 차량은 시장의 강철 경쟁차보다 훨씬 가벼워 최고 수준의 연비를 기록했습니다.

자동차 부문이 전기화로 전환함에 따라 경량 자재는 더욱 중요해집니다. 차량 질량을 늘리지 않고 더 진보된 안전, 전자, 배출 시스템을 탑재할 수 있게 하기 때문입니다. DOE에 따르면, 경량 부품과 고효율 엔진을 사용해 2030년까지 경량 차량의 25%만 만들어도 소비자가 연간 50억 갤런 이상의 연료를 절약할 수 있습니다. 연비 향상은 전기차 주행 거리 연장에도 기여합니다.

탄소 섬유는 제조업체들에게 매력적인 강도와 강성을 가집니다. 이는 엔지니어가 경량 금속 및 기타 복합재로 만든 부품과 동등한 성능 특성을 가지면서 질량이 현저히 낮은 부품을 만들 수 있게 하기 때문입니다.

하지만 탄소 섬유 생산에는 극도로 정밀한 제조 방식이 필요해 노동 집약적이고 비싼 자재입니다. 현재 탄소 섬유 수요의 상당 부분은 항공우주와 에너지 부문에서 오지만, 제조 공정이 더 발전하고 비용 효율적이 됨에 따라 더 많은 탄소 섬유가 자동차 설계에 적용될 것입니다.

2. 자동화와 자율주행차

자동화는 또 다른 핵심 자동차 제조 트렌드입니다. 인공지능, 머신러닝, 사물인터넷(IoT) 기술의 힘과 효율을 활용해 자동차 기업은 차량의 안전성과 효율성을 모두 개선하고 있습니다.

특히 IoT 기술은 자동차 부문을 변혁할 태세입니다. 자율주행차는 한때 불가능해 보였지만, 오늘날 제조업체는 다른 자율주행차가 실시간으로 수집한 데이터를 기반으로 주행 알고리즘을 업데이트하는 스마트카를 만들고 있습니다.

이 데이터는 클라우드 시스템에 업로드되어 분석된 후 전체 차량 플릿의 자동화 기능을 개선하기 위해 재분배됩니다. 이는 또한 차량이 고성능 카메라, 레이저, 원격 센서의 복잡한 시스템을 사용해 어댑티브 크루즈 컨트롤이나 차선 이탈 감지를 제공함으로써 승객 안전을 개선할 수 있게 합니다.

또한 코로나19 팬데믹은 자율주행차의 잠재적 이점 중 일부를 부각시켰습니다. 특히 식료품, 의약품 등을 사람 간 접촉 없이 배송할 수 있어 노출 위험을 줄일 수 있다는 점입니다.

3. 전기차

전기차는 이전까지 주행 거리와 비싼 생산 비용으로 제한되었지만, 최첨단 리튬 이온 캐소드 배터리가 최근 몇 년간 더 강력하고 경제적으로 생산 가능해졌습니다. 사실 전기차는 2022년경에는 가솔린차보다 제조 비용이 더 저렴해질 수도 있습니다. 배터리 가격은 2010~2019년 사이 80% 하락했으며, 내년 추가 45% 하락이 예상됩니다.

테슬라(Tesla)는 배터리 기술의 한계를 끊임없이 밀어붙이는 기업의 지속적인 노력 덕분에 전기차 제조의 선두 주자 중 하나입니다. 더 내구성 있고 긴 주행 거리의 배터리에 대한 열망은 리튬 이온 배터리에서 리튬 인산철 배터리로의 전환을 이끌었습니다. 화학 변화로 배터리 생산 비용이 낮아지고, 충전 간 주행 거리가 400마일 이상으로 늘어나며, 배터리 수명 주기가 100만 마일까지 늘어날 수 있습니다. 게다가 인산철 배터리는 더 안전하고 2차, 3차 수명 주기로 에너지 저장용으로 재사용될 수 있습니다.

자율주행과 전기차 부문의 교차점에 있는 또 다른 핵심 플레이어는 웨이모(Waymo)입니다. 구글 모회사의 자회사로, 최근 볼보(Volvo)와 협력해 자율주행이면서 전기차인 라이드셰어링 차량 플릿을 생산하기로 했습니다. 이 차량들은 레벨 4 자율주행을 갖추게 됩니다(자동차공학회 표준화 등급 시스템 기준, 레벨 0은 무자율, 레벨 5는 완전 자율). 이 모든 요인이 화석 연료에서 점점 더 효율적인 전기 배터리로 동력원을 전환함으로써 자동차 제조 산업을 더 지속 가능하게 만드는 데 기여합니다.

4. 적층 제조로 '만들 수 없는 것' 만들기: 3D 프린팅

적층 제조 방식이 많은 자동차 기업의 더 나은 성능의 차를 더 효율적으로 생산하는 데 도움을 주고 있지만, 이 기술의 완전한 잠재력은 아직 크게 미개척 상태입니다. 3D 프린팅은 급속 프로토타이핑에 널리 쓰이지만, 적층 기술의 발전으로 이제 제조업체는 생산 툴링과 최종 사용 부품도 3D 프린팅할 수 있습니다.

적층 기술은 설계와 생산을 간소화하는 데도 도움이 됩니다. 예를 들어 이전에는 별도로 성형한 후 용접해야 했던 많은 부품(흡기 덕트 등)을 이제 적층 방식으로 원스텝 공정으로 생산할 수 있습니다. 적층 기술은 기존 방식으로 생산된 부품보다 대시보드와 패널링 내부 공간을 훨씬 더 절약하는 독특한 기하 구조를 만드는 데도 사용될 수 있습니다.

포드(Ford)는 적층 기술의 변혁적 힘을 활용한 최초의 자동차 제조업체 중 하나입니다. 2020 셸비 GT500 설계 시, 적층 제조 공정을 사용해 특정 부품 컴포넌트에 대한 10가지 이상의 설계를 동시에 테스트했습니다. 이는 '역대 가장 공기역학적으로 진보한 머스탱'을 만드는 데 기여했습니다.

주문형 적층 제조의 유연성은 잠재적 자동차 산업 공급망 과제 완화에도 도움이 됩니다. 포르쉐(Porsche)는 이제 3D 프린팅을 사용해 레거시 자동차 모델의 희소하거나 저용량 부품을 생산합니다. 이 기술의 다재다능함은 이전보다 더 많은 자동차 부품이 혁신적인 방법으로 생산될 가능성이 매우 높음을 의미합니다.

5. 대량 맞춤화

또 다른 신흥 자동차 산업 트렌드는 대량 맞춤화(Mass Customization)입니다. 이는 개인화를 향한 더 큰 글로벌 트렌드를 반영합니다. 오늘날 3명 중 2명은 새 차량 선택 시 개인화가 중요한 요소라고 말합니다.

적층 기술은 스페셜티 자동차 제조업체가 극소량의 독특한 차를 더 효과적으로 생산할 수 있게 할 뿐만 아니라, 비럭셔리 제조업체도 차량에 비용 효율적인 맞춤 옵션을 제공할 수 있게 합니다.

미니(Mini)와 페라리(Ferrari)는 이제 구매자가 자동차 외부 패널 색상부터 LED 트림 조명, 개별화된 대시보드 같은 세부 사항까지 모든 것을 맞춤화할 수 있게 합니다. 제조업체는 주문형 제조의 이점을 활용해 개인화가 제기하는 과제를 효율적이고 경제적으로 충족할 수 있습니다. 전통적인 제조 모델이 부품을 대량 생산하는 것을 지원하는 반면, 주문형 제조는 운영 민첩성을 통해 생산을 수요에 정확히 맞춥니다.

더 자율적이고 지속 가능한 미래 제조하기

결국 이 트렌드들은 고품질, 효율적, 지속 가능하며 특정 니즈에 맞춤화된 제품에 대한 광범위한 소비자 관심을 반영합니다. 앞으로 몇 년간 성공할 입지에 있는 자동차 제조업체는 새로운 기술 혁신을 활용해 고객 수요를 더 효율적이고 효과적으로 충족할 수 있는 기업들입니다. 스마트 기술, 자동화, 전기화, 맞춤화는 모두 자동차 산업의 진화를 계속 형성할 트렌드입니다.

패스트 래디우스(Fast Radius)의 주문형 디지털 제조 플랫폼은 생산의 모든 단계에서 각 고객에게 엔드투엔드 지원을 제공합니다. 우리 설계 팀은 부품 설계가 제조 가능성에 최적화되도록 보장하고, 엔지니어는 우수한 품질의 컴포넌트를 생산하는 가장 효율적인 방법과 공정을 결정하는 데 도움을 줍니다. 오늘 문의해 자세히 알아보거나 주문을 시작하세요.