자동차에서 3D프린팅을 이야기하면 대개 시제품을 떠올립니다. 실제로는 그보다 넓습니다.
시험 부품과 생산 라인 지그가 오히려 물량이 큽니다. 눈에 잘 안 띄지만 매일 쓰이는 쪽입니다.
개발 순서를 따라가며 어디에 무엇이 들어가는지 보겠습니다.
1. 디자인·내장 검토
가장 앞 단계입니다. 화면 속 형상을 실물로 만들어 손으로 만져봅니다.
- 대시보드·콘솔 형상 확인
- 버튼·스위치 배치와 조작감
- 표면 질감과 색 검토
- 실내 공간감 확인
표면과 색이 중요한 단계입니다. 층결이 보이면 판단이 흐려집니다. SLA나 PolyJet으로 뽑고 도색까지 하는 경우가 많습니다.
색을 출력 단계에서 넣는 방법은 풀컬러 3D프린팅, 도색이 필요 없는 이유에 정리했습니다. 내장 시제품 사례는 자동차 내장 시제품을 3D프린팅으로 만드는 경우에 있습니다.
2. 기능·시험 부품
형상이 잡히면 실제로 작동시켜 봅니다. 여기서 요구가 바뀝니다. 표면보다 물성이 중요해집니다.
엔진 주변 부품
열과 진동을 견뎌야 합니다. 나일론이나 고온 소재를 씁니다.
SLS로 만든 흡기 매니폴드를 엔진에 물려 2,000시간을 돌린 사례가 있습니다. SLS 흡기 매니폴드, 엔진에서 2,000시간 시험한 사례에 정리했습니다.
풍동 시험
차체 형상을 바꿔가며 공기 저항을 봅니다. 금형으로 만들면 형상 하나 바꿀 때마다 비용과 시간이 듭니다.
실제 크기 차체 타일을 3D프린팅으로 만들어 풍동에 넣은 사례는 SLA 차체 타일로 실제 크기 풍동 시험을 한 사례에 있습니다.
유체가 지나는 부품
냉각수나 오일이 흐르는 부품입니다. 내부 유로 형상을 바꿔가며 시험합니다.
- 곡선 유로를 일체형으로 뽑습니다
- 새지 않아야 하므로 표면 처리가 붙습니다
만드는 방법은 안에 유로가 있는 부품에, 기밀 처리는 SLS 부품, 물이 새나요에 정리했습니다.
약품이나 오일에 닿는 부품의 소재 선택은 오일과 약품에 닿는 부품을 보시면 됩니다.
3. 생산 라인 지그와 공구
여기가 실제로 물량이 가장 큰 쪽입니다. 차량 부품이 아니라 그것을 만드는 도구입니다.
| 쓰는 곳 | 얻는 것 |
|---|---|
| 조립 지그 | 작업자가 부품을 정확한 위치에 놓습니다 |
| 검사 게이지 | 치수를 빠르게 확인합니다 |
| 로봇 그리퍼 | 부품 형상에 맞춰 잡습니다 |
| 부품 트레이 | 운반 중 흠집을 막습니다 |
| 위치 결정 툴 | 용접·접합 위치를 잡습니다 |
지그를 3D프린팅으로 바꾸면 무엇이 달라지는지는 현장 지그를 3D프린팅으로 바꾸면에 사례로 정리했습니다.
큰 지그를 나누지 않고 한 번에 만든 사례는 FDM으로 대형 위치 결정 지그를 한 번에 만든 사례에 있습니다.
로봇 그리퍼는 로봇 그리퍼를 3D프린팅으로 바꾸면, 검사 게이지는 검사 게이지를 3D프린팅으로 만드는 경우, 트레이는 부품 트레이를 3D프린팅으로 만드는 경우를 보시면 됩니다.
로봇 그리퍼는 무게가 중요합니다. 가벼우면 로봇이 더 빨리 움직입니다. 탄소섬유 복합 소재로 무게를 줄인 사례는 카본파이버 FDM 로봇팔에 있습니다.
4. 소량 생산과 보수 부품
금형을 만들 수 없는 수량이 있습니다.
- 단종된 부품 — 금형이 이미 폐기된 경우
- 한정 모델 부품 — 수백 대만 만드는 차량
- 개조·튜닝 부품 — 주문마다 형상이 다름
- 시험차 전용 부품 — 몇 대분만 필요
단종 부품을 빠르게 만든 사례는 FDM으로 단종된 열차 부품을 1주 만에 만든 사례에 있습니다. 철도 사례지만 자동차 보수 부품도 사정이 같습니다.
도면이 없는 경우가 많은데, 실물만 있어도 만들 수 있습니다. 도면 없는 부품, 실물만 보내도 제작할 수 있나와 도면 없는 부품, 역설계 비용은 얼마인가에 정리했습니다.
수량이 애매한 구간은 금형 없이 소량 생산하는 3가지 방법을 보시면 됩니다.
5. 금형과 툴링
금형 자체를 3D프린팅으로 만드는 방법도 있습니다.
| 용도 | 방법 |
|---|---|
| 소량 사출 | 레진 금형으로 수십~수백 개 |
| 진공 성형 | 3D프린팅 금형에 시트를 성형 |
| 판금 성형 | 출력 다이로 박판 벤딩 |
소량 사출 사례는 SLA 금형으로 ABS 60개·PP 100개를 사출한 사례에, 진공 성형은 진공 성형 금형을 3D프린팅으로 만드는 경우에, 판금 다이는 판금 성형 다이를 3D프린팅으로 만드는 경우에 있습니다.
소재는 무엇을 쓰나
자동차에서 자주 걸리는 조건입니다.
| 조건 | 소재 |
|---|---|
| 실내 부품 · 난연 | 난연 등급 소재 |
| 엔진 주변 · 내열 | ULTEM·PEEK·고온 나일론 |
| 외부 노출 · 자외선 | ASA 등 실외용 소재 |
| 지그 · 경량 강성 | 탄소섬유 복합 |
| 개스킷 · 부싱 | TPU·실리콘 |
난연 요구는 난연 부품을 3D프린팅할 때 확인할 것에, 실외 노출은 실외에서 쓰는 부품, 어떤 소재가 맞나에, 고온 소재는 ULTEM·PEEK 3D프린팅에 정리했습니다.
어디부터 시작하나
3D프린팅을 처음 들이는 경우라면 생산 라인 지그부터 시작하시길 권합니다.
- 효과가 바로 보입니다. 작업 시간이 줄어드는 것이 숫자로 나옵니다
- 인증 부담이 없습니다. 차량에 들어가는 부품이 아닙니다
- 실패해도 손실이 작습니다
- 사내에서 설계를 고쳐가며 개선할 수 있습니다
여기서 경험이 쌓이면 시험 부품과 소량 생산으로 넓히는 순서가 자연스럽습니다.
장비를 살지 맡길지는 3D프린터, 사는 게 맞는 경우 3가지에 판단 기준을 정리했습니다.
