▲ (右부터)백소령 3D시스템즈 본부장, 국민대 KUST 정의석, 권순현, 서민석, 유준재, 고윤이 3D시스템즈 차장이 3D프린팅한 전기차 부품을 들고 기념촬영에 응하고 있다.

국내에서 3D프린팅으로 제작된 자동차 부품이 창작 자동차에 실제 장착돼 급격한 코너링이 많은 전기차 포뮬러 대회에 출전한다. 브레이크 페달과 같이 실제 주행에 필요한 핵심부품의 경량화와 강도 향상에 성공하면서 3D프린팅의 자동차 산업 적용 확대에 기여할 것으로 기대되고 있다.

세계적인 3D프린팅 솔루션 기업 3D시스템즈는 최근 국민대 태양광 자동차 동아리‘KUST(Kookmin University Solarcar Team)’와 함께 KUST가 제작한 전기차 ‘라온(Raon)’에 들어가는 부품을 3D프린팅으로 출력했다. 이번에 3D시스템즈는 KUST가 요구하는 스펙을 기반으로 DfAM(적층제조특화설계)를 통한 위상최적화로 브레이크 페달과 벨 크랭크를 PBF 방식 3D프린터로 출력하고 스티어링 휠(핸들)을 SLS 방식 3D프린터로 출력해 무상 지원했다.

지난 2011년도에 국민대 기계시스템공학부 주축으로 결성된 KUST는 한국자동차공학회(KSAE) 주관으로 열리는 ‘국제 대학생 창작 자동차 경진대회’에 매년 참여하면서 대상을 수상하는 등 실력 있는 팀으로 알려져 있다. 올해 KUST는 8월16일부터 열리는 전기차 포뮬러 대회에 출전하기 위해 전기차를 제작하는 과정에서 차체 무게를 줄이면서도 강도가 향상된 부품 제작을 위한 방법으로 3D프린팅에 주목했다.

KUST는 기존에 자동차 부품을 제작하는데 있어 교내에 설치된 3축 밀링을 주로 활용했다. 그러나 가공시간이 매우 길고 비용도 만만치 않은데다 수작업으로 하다 보니 숙련도에 따라 부품 품질 차이가 크다는 단점이 있었다.

특히 이번에 출전하는 전기차 포뮬러 대회는 최고속도 100km로 달려야 하고 대회 특성상 급격한 코너링이 빈번해 브레이크 페달과 핸들의 기능이 중요하고, 특히 부품 경량화와 안정성 확보가 필수적이다. 이에 KUST는 자체적으로 FDM 방식 3D프린터로 부품을 제작하려고 했으나 강도가 약해 실패했고 이후, 우연히 3D시스템즈에 관련 기술 문의를 하다가 3D프린팅 부품 제작 지원까지 받게 됐다.

3D시스템즈는 브레이크 페달, 벨 크랭크, 스티어링 휠을 위상최적화 설계로 제작했으며 KUST는 이를 ‘라온’에 장착해 지난 7월 태백 레이싱파크에서 실제 테스트했다. 그 결과 가공방식으로 제작된 기존 부품 대비 브레이크 페달의 중량은 8% 줄어든 반면 안전율은 54% 향상됐으며 벨 크랭크도 중량이 43% 감소하고 응력은 13% 향상된 것으로 나타났다. 스티어링 휠 중량도 53% 감소했고 안전율도 새로 확보했다.

KUST는 이번 대회를 시작으로 내년부터 세계대회인 ‘세계 대학생 포뮬러대회(Student Formula SAE). 2021년 브리지스톤 월드 솔라 챌린지(BWSC) 등에 출전할 예정이며 관련 차량에 3D프린팅 기술 적용을 확대한다는 계획이다.

KUST의 유준재 학생은 “3D시스템즈의 기술 지원과 제작 지원으로 부품 경량화와 안정성 확보에 있어 3D프린팅이라는 혁신적인 솔루션을 처음으로 경험하게 돼 감사를 표한다”며 “전기차 제작에 약 100개의 부품이 필요한데 3D프린팅 기술을 최적화가 필요한 너클 파트, 굴절을 최소화해야하는 캐노피 등에 우선 적용하고 싶다”고 밝혔다.

이번 프로젝트를 주도한 백소령 3D시스템즈 본부장은 “그간 해외에서 포뮬러 경주용 자동차 외관에 3D프린팅을 적용한 사례는 많았으나 이번에 국내에서 주행에 필요한 핵심부품에 적용했다는데 의미가 있다”며 “3D시스템즈는 제조 혁신에 기여하는 3D프린팅 저변확대를 위해 도전 정신과 계획을 가지고 있는 관계자들과 언제든 협업할 준비가 되어있다”고 전했다.

▲ 3D시스템즈가 DfAM을 통해 3D프린팅으로 제작한 (左부터) 스티어링 휠(핸들), 브레이크 페달, 벨 크랭크. 기존 절삭가공방식 대비 중량 감소 및 안전율 향상 효과를 거뒀다.