[기고]3D 프린팅, 자동차 산업 혁신 앞당긴다

-스트라타시스(Stratasys) 코리아 문종윤 지사장

"자동차 산업은 이제 완전히 새로운 패러다임으로 진입했다"는 말이 더 이상 낯설게 느껴지지 않을 정도로, 업계는 빠르게 변모하고 있다. 이미 몇 년 전부터 GM, 메르세데스-벤츠, BMW 등 업계 리더들이 오토쇼가 아닌 CES와 같은 기술 이벤트에서 신기술을 공개하고 있으며, 소니와 같은 대표적 기술 기업은 이제 전기차 자율주행 컨셉트카를 선보이기도 한다. 바야흐로 기술을 제외하고 자동차의 미래를 논할 수 없는 시대다.

이는 곧 자동차 산업이 오늘날 그리고 앞으로도, 전혀 경험해보지 못했던 속도로 혁신 가도를 달리게 될 것을 의미한다. 분초를 앞다투는 이 혁신 속도 경쟁에서 3D 프린팅 기술은 전동화, 자율주행, 커넥티비티 등 새로운 영역으로 주행하는 데 있어 든든한 페달이 돼줄 중요한 기술 중 하나다.

3D 프린터는 지난 10년 동안 자동차 산업에서 비교적 간단한 프로토타입을 생산하는 데 사용하는 선택적 장비로 여겨졌다. 하지만 3D프 린터와 소프트웨어 기술을 망라해 3D 프린팅 기술을 제대로 활용하면 차량 개발과 생산 과정의 모든 과정에서 체질 개선을 이룰 수 있다. 디자인 스튜디오, 공장 조립 라인, 테스트 트랙 등 여러 지점에서 복잡한 부품 제작, 툴링 주기 단축, 테스트 향상과 같은 효과를 누릴 수 있는 것이다. 구체적인 방안과 기대효과 다섯 가지를 소개한다.

▲유연한 맞춤 설계 데모 출력

자동차 설계 초기 단계에서 3D 프린팅 기술을 활용하면 디자이너가 생산 차종의 거의 모든 세부사항을 소형으로 출력해볼 수 있다. 다소재 3D 프린터를 이용할 경우 다양한 투명 및 불투명 재료를 완벽하게 혼합해 별도의 조립 과정을 요하지 않는 모형을 한 번에 출력할 수 있다. 디자이너의 설계 데모 검증 과정을 획기적으로 단순화하고 시간을 단축함으로써 훨씬 빠른 속도로 최종 설계에 도달할 수 있다.

▲적층 제조 툴링으로 제조 단계∙시간 단축

3D 프린터 적층 제조 방식을 도입해 기존 툴링 방법 대비 제조 리드타임을 35%까지 단축하고 비용도 크게 절감할 수 있다. 금형, 사출 등 여러 과정을 축소할 수 있어 디자이너가 설계 결과를 확인하고 그에 대한 검증을 신속하게 반복 진행할 수 있다. 비교적 짧은 시간 안에 수십, 수백 번의 설계와 수정, 반복 테스트 작업을 수행할 수 있다.

▲쉽고, 빠르고, 경제적으로

자동차 내부 맞춤 제작은 자동차 제조업체가 큰 부담을 가지는 작업 중 하나다. 특히 소량 생산 차량에 쓰이는 특정 기능을 OEM 방식으로 대량 생산하는 방식은 불필요하고 경제적이지도 않다. 3D 프린팅 기술은 소량 생산을 지원한다. 이러한 이점을 제대로 활용하면 소비자에게 다양하고 맞춤화된 트림과 옵션을 제공함과 동시에 경제성을 높일 수 있다. 예를 들어, 전기차의 경우 지붕 등에 가볍고 고도로 전문화된 구성 요소와 파트가 필요한데, 이를 산업용 FDM 3D 프린터로 소량 생산할 수 있다.

▲파트 및 픽스처의 정밀성 측정

3D 프린팅 기술은 작업장의 파트 조립 과정에 크게 기여할 수 있다. 산업용 FDM 3D 프린터로 헤드라이트나 후미등 등을 측정할 수 있는 다기능 툴을 개발하면 최종 부품 조립 전에 파트와 픽스처의 정밀성을 검증할 수 있다. 뿐만 아니라, 세 가지 서로 다른 측정 단계를 하나로 결합함으로써 워크플로우를 단순화할 수 있고, 기능성이 다소 떨어지는 강철 또는 알루미늄으로 제작된 기존 툴을 대체하여 측정 비용을 3분의 2 정도 절감할 수도 있다.

▲실제 기능 작동 요소 확인

FDM 기술을 탑재한 3D 프린터는 큰 파트를 뒤틀림 없이 생산할 수 있고 시간이 지나도 파트 형태를 변형 없이 유지할 수 있다. 만약 해당 프린터가 열가소성 수지 등 차량 개발과 생산에 자주 쓰이는 재료를 지원한다면, 화학 물질, 고열 테스트를 견딜 수 있는 복잡한 파트를 출력할 수 있으므로 설계 작동 여부와 파트 기능 작동 여부를 조립 전에 제대로 확인할 수 있다.

혁신의 가능성은 특별한 곳에 숨겨져 있지 않다. 오히려 개발과 생산 과정 전 과정 도처에서 발견할 수 있다. 현재 프로세스를 꼼꼼히 점검하며 효율성과 생산성을 높일 수 있는 지점을 찾아내는 것으로부터 혁신 엔진을 가열해볼 수 있을 것이다.

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