클래식 폭스바겐 Caddy에 3D 프린터로 제작한 전면부 구조 장착에 성공했다. 이를 통해 자동차 업계에서 산업용 3D 프린팅의 도입 잠재력이 입증되엇다.

이 구조는 매우 가볍고 안정적인 동시에 높은 수준의 기능적 통합을 이룬다. 3i-PRINT라는 이번 공동 개발 프로젝트에 참여한 6개 기업은 디자인과 시뮬레이션, 최적화, 제조, 후속 부품 생산까지 공정상의 모든 개발 단계를 다루었다. 콘셉트 디자인부터 최종 차량까지 9개월 만에 프로젝트를 완료했다.

자동차 업계용 적층 제조의 가치

적층 제조(AM)라고도 알려진 산업용 3D 프린팅은 향후 몇 년 동안 혁신에 추진력을 더하고 결정적인 개발 프로세스에 영향을 주면서 대규모 제조에 중추적인 역할을 담당할 것으로 전망한다. 이미 다양한 산업에서 이 기술을 검토 및 적용하고 있다. 적층 제조를 통한 생산과 디자인 기술의 지속적 개혁은 미래에 더 높은 비용절감 효과와 생산 효율을 이끌어 내기 때문에, 자동차 업계를 포함한 모든 산업에서 산업용 3D 프린팅의 활용은 지속적으로 증가할 것이라 예상한다. 혁신을 추진하고 결정적인 개발 프로세스를 형성하려면 오늘날 디자인과 적층 제조의 모든 분야에서 나타나는 가능성을 모두 탐색해 봐야 한다.

자동차 엔지니어링에서 적층 제조의 진정한 가치 제안은 구조 역학과 경량 구조를 뛰어넘어 다양한 점을 숙고해야만 실현될 수 있다. 최소한의 부품으로 최대한 많은 기술적 기능을 실현하여 결과적으로 부가가치를 가져오는 3D 프린팅의 이러한 기능 통합을 통해, 자동차 산업의 수익성을 향상시킬 수 있다. 폭스바겐 Caddy의 콘셉트 디자인으로 미래 기술의 가능성을 보여주는 것이 3i-PRINT 프로젝트의 목표이다.

로드 베어링 구조를 위한 유기적인 디자인

자동차 분야에서 동력 전달 계통이나 액추에이터와 같은 파트의 전기화 추세가 증가한다는 점을 감안할 때, 열 관리는 물론 디자인 공간과 총 무게를 줄이는 일은 전면부 디자인에서 필수적이었다. 또한 자동차의 안전과 성능, 편의성에 관한 구조적 요구사항 역시 충족시켜야 했다.

이에 따라 적층 제조된 전면부의 부품은 능동, 수동냉각의 세부사항을 모두 포함한 로드 베어링 구조이다. 예를 들면, 공기가 흐르는 곳에 홈을 뚫어 배터리와 브레이크 장치를 식힌다. 또한 열 관리, 수동적 안전성, 유체 보관 등에 관련된 기능들을 전면부 모듈의 유기적인 로드 중심 디자인에 통합하였다. 추가 기능을 구조에 통합한 한 가지 예로, 위상 최적화를 수행할 때 흡수액 탱크를 전면부 구조에 통합한 것이 있다.

프로세스 체인을 따라 전문 지식 결합

이런 목표를 염두에 두고 csi entwicklungstechnik의 전문가들은 전면부 구조 디자인의 개발 및 구축을 시작했다. 이 회사는 자동차 제조사와 공급사 양쪽 모두를 위해 차체 및 내외장용 고품질 모듈을 개발한다. GERG는 자동차 및 항공우주 업계에서 소량 시리즈와 프로토타입 제작 분야의 혁신 솔루션을 공급하는 대표적인 회사이다. 이번 프로젝트에서는 적층 제조 부품 조립과 최종 프레임 제작의 책임을 맡았다. 디자인과 여러 프로세스를 통합하고 최적화하기 위하여 Altair의 소프트웨어 솔루션이 구조의 최적화 디자인, 시뮬레이션, 개발에 사용됐다.

콘셉트의 시뮬레이션 및 디자인을 성공적으로 마치고 나서 APWORKS가 3D 프린팅을 통하여 여러 부품의 최종 치수 기입을 실시했다. APWORKS는 프린트 준비에 대한 자사의 노하우를 적용하고 구조적 요소의 실제 적층 제조를 처리했다. Airbus의 자회사로서 최첨단 제조 프로세스에 매우 익숙하며 항공우주 부문의 모범 사례 콘셉트를 다양한 산업에 구현하는 역할을 했다. 전면부를 프린트할 때는 금속과 폴리머의 산업용 3D 프린트 분야에 대표적인 기술 공급 기업인 EOS가 개발한 시스템에 믿고 맡겼다. 금속 분말 전문 기업 Heraeus는 APWORKS가 개발한 고강도 알루미늄 합금 Scalmalloy®를 공급하고 품질을 관리했다. APWORKS는 EOS M 400 시스템에 이상적인 프린트 파라미터 세트를 개발하여 프린트 프로세스를 지원했다. 적층제조(AM)와 이 혁신적인 재료를 조합하여 사용한 덕분에 이 프로젝트는 기존의 제조 방법으로는 불가능했던 기능 통합의 가능성을 훌륭하게 입증하였다.

3i-PRINT 프로젝트, 혁신적인 프로토타입 콘셉트를 위한 포럼

csi entwicklungstechnik에 의해 시작된 3i-PRINT 프로젝트는 혁신적인 프로토타입 콘셉트를 가능하게 하는 민첩한 연구 개발용 엔지니어링 플랫폼으로 작용한다. 이 아이디어는 산업용 3D 프린트를 비롯한 새로운 개발 도구 및 방법에 기반을 두고 있다. 이 프로젝트의 목표는 최신 제조 방법의 잠재력을 입증하고 충분히 이용하는 것이다. 3i-PRINT 프로젝트는 새로운 아이디어를 빠르게 구현하는 콜라보레이션을 위한 오픈 플랫폼이다.

csi의 바디 인 화이트 팀에서 경량 차체 디자인을 책임지고 있는 Stefan Herrmann은 “적층 제조된 이상적이고 새로운 전면부 구조를 갖춘 Caddy를 선보이게 되어 자랑스럽다. 새로운 구조와 신구 모델의 차이점을 통해3D 프린팅과 기능 통합이 특히 자동차 업계에서 제시하는 잠재력을 보여준다”며, “특히 초기 아이디어부터 완전제품 제작까지 9개월 만에 완료한 이 시간 효율적인 경로를 강조하고 싶다. 이 프로젝트에 참여한 기업들은 각 분야의 대표적인 기업이다. 3i-PRINT 프로젝트는 조화로운 협업과 전문 기술의 탁월한 결합 덕분에 크게 성공할 수 있었다"고 말했다.

폭스바겐 Caddy의 3i-PRINT 프로젝트는 다른 행사와 함께 더불어 독일 에센에서 열리는 Converge 2017과 프랑크푸르트에서 열리는 formnext 2017에 전시된다.