[기계신문] 알루미늄을 활용해 자동차 시제품 엔진 블록, 타이어 휠, 자동차, 전기차, 항공용 부품을 제작하는 기술이 국내에서 개발됐다.

독일 등 자동차 선진국에서는 많은 업체가 엔진 블록, 자동차 휠, 샤시 부품, 브레이크 캘리퍼 등에 사용하고 있지만, 국내에서는 고강도, 대형 사이즈의 알루미늄 메탈3D 프린팅 기술이 개발이 되지 않아 사용하지 못했다.

지금껏 국내에서는 알루미늄이 녹는 점이 낮아 메탈3D 프린팅으로 하기에는 어려운 기술이었으나, 이번 기술 개발에 따라 개발 시간 단축 및 빠른 부품 개발로 기술 향상을 가져올 수 있을 것으로 기대된다.

국내에서는 엔진블록 제작 시에 기존 제작 방식으로 금형을 여러 개 떠서 수개월에 만드는 데 반해, 적층제조 방식의 경우는 한 번에 가능하고, 제작 시간도 1~2주로 현저히 단축된다. 타이어 휠, 경량화 샤시, 모터 케이스 등 전기차 부품 제작도 손쉽게 가능하다.

▲ 금속 3D프린팅으로 15인치 자동차 휠을 설계 및 제작하는 과정

금속 3D프린팅을 통해 자동차 휠을 제작해 실제 차량에 장착한 사례가 국내에서 처음 나왔다. 메탈쓰리디㈜가 자동차 휠, 타이어 금형을 알루미늄으로 제작 성공한 것인데, 이는 신규 제품 개발 등 자동차 부품에 금속 3D프린팅이 확산될 계기가 될 전망이다.

자동차 휠은 연비는 물론 주행 성능 및 제동 기능, 연비 등 여러 기능에 영향을 크게 미치는 부품이다. 특히 연비 규제강화로 인해 자동차 경량화가 시급한 상황에서 휠의 무게를 1kg 줄일 경우, 자동차가 달릴 때 4개의 휠에서 얻는 무게감소 효과는 최소 160~180kg에 이르기 때문이다.

또한 자동차 휠은 외관에서 차지하는 부분이 크고 교체가 쉬우면서 승차감 등에 영향을 미치기 때문에 고급차나 슈퍼카를 중심으로 많은 차 매니아들이 자기만의 개성을 나타낼 수 있도록 휠의 교체를 선호하고 있다.

이에 메탈쓰리디㈜는 개인 맞춤과 경량화를 동시에 실현할 수 있는 금속 3D프린팅을 통한 자동차 휠뿐만 아니라 자동차 엔진 블록 등 전반적인 부품 제작에 나서게 됐다.

메탈쓰리디㈜는 한국적층제조사용자협회와 DfAM(적층제조특화설계)를 통해 휠을 설계하고, 회사가 보유한 PBF 방식 금속 3D프린터로 15인치 휠을 제작하는 데 성공했다. 메탈쓰리디㈜는 실제 자동차 휠을 만들기 전에 RC CAR 휠에서부터 8인치 전동 퀵보드 휠을 제작하고 실험하는 등 안전에 만전을 기했다.

▲ 3D 프린팅으로 제작한 타이어 금형(AM 시뮬레이션을 통해 정밀도 향상)

그 결과, 기존 10단계 공정으로 이루어지던 제작 공정을 4~5단계로 줄여 시간을 단축했으며, 기존 생산방식으로 구현하지 못했던 획기적인 형태의 디자인과 경량화에 성공했다.

제작된 휠은 현대자동차의 아반테에 장착돼 실제 운행이 진행됐으며, 메탈쓰리디㈜는 벤츠 S시리즈용 휠을 18인치, 19인치 등 다양한 크기로 제작하고 향후 고급차 휠 등을 주문에 따라 제작할 예정이다.

메탈쓰리디㈜ 주승환 CTO장은 “자동차 휠을 금속 3D프린팅으로 만들어 장착한 것은 국내에서는 이번이 최초”라며 “이는 자동차 부품 시장에 엔진 블록, 휠 등 모든 부품에 알루미늄을 활용한 고강도 경량화 방식으로 3D프린팅 적용이 가능하다는 사례를 보여준 것으로, 자동차, 전기차, 에어택시 등 제조업과의 연계 확대를 통해 적층제조가 활성화되길 기대한다”고 밝혔다.

한편, 메탈쓰리디㈜ 는 울산에 소재한 금속 3D프린팅 부품 전문 업체로, 알루미늄 계열 자동차 부품뿐 아니라 의료전문 연구원 등 다수의 설계 전문연구원과 의료용 생산시설을 구축하여, 현재 진행 중인 의료 임플란트 연구 및 설계제작 경험을 기반으로 내년 상반기에는 의료시장에 본격 타이타늄 임플란트를 출시할 계획이다.

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