다이캐스팅 기술 트렌드, ‘대형화·경량화·양산화·탄소중립’

▲ 고영진 인하대 교수

필자는 지난 1월16일부터 18일까지 독일 뉘른베르크 박람회장에서 열린 ‘제15회 국제 다이캐스팅 기술 전시회(이하 EUROGUSS:유로구스)’를 다녀왔다. EUROGUSS는 2년마다 개최되는 세계 최대 다이캐스팅 전문 전시회로 올해는 33개국 643개 전시업체가 알루미늄 다이캐스팅, 마그네슘 다이캐스팅, 아연 다이캐스팅 등 공정에 필요한 혁신적인 솔루션을 선보였다.

구체적으로는 Rapid Prototyping, CNC 기계, 금속 합금, 다이캐스팅 금형, 주변 장치, 접합 공정, 공정 최적화, 에너지 효율성, 재료 테스트, 다이캐스팅 기계, 3D프린팅 등이 4개관에 걸쳐 폭 넓게 전시됐다.

전시 참여업체의 60%가 해외 기업으로 유럽에서는 주로 이탈리아, 튀르키예, 스페인, 오스트리아 및 스위스 업체 비중이 높았다.

전시 참가 주요업체로는 자동차 부품 관련 업체인 Magna, Nemak, Honsel, GF, KSM, Handtman 등을 꼽을 수 있으며 일본 업체로는 지난번 전시회와 마찬가지로 Rhobi社가 유일하게 참여하여 다양한 주조 및 접합기술들을 선보였다. 중국에서도 Asiaway, Wencan, Millison 등이 GIGA 캐스팅부품들을 선보였으며 다이캐스팅 장비 메이커로는 LK와 YIZUMI가 참여했다.

EUROGUSS는 소재에서 최종 고객까지 다이캐스팅 밸류체인(Value Chain)과 연계된 최신 기술과 관련 트렌드를 심도 있게 논의할 수 있는 기회이기도 하다. 코로나 여파로 2022년 전시회에 참관객수는 1만706명이었으나 2024년에는 1만4,341명으로 34%나 증가하면서 다시 활기를 되찾았다.

▲ 한국다이캐스팅학회 주최로 구성된 EUROGUSS 2024 참관단이 전시장 앞에서 기념촬영에 응하고 있다.

이번에 한국다이캐스팅 학회에서는 최신 기술 동향 파악 및 글로벌 네트워크 강화를 위해 관련 국내 산학연 46명과 함께 참관단을 구성해 EUROGUSS를 방문했다. 전시 첫날인 1월16일에는 EUROGUSS 조직위원회 임원인 Mr. Christopher Boss가 학회 참관단을 대상으로 환영사와 함께 기념촬영을 하기도 했다.

▲ <사진 1> (사진 위 왼쪽부터 시계방향으로) Nemak 경량부품 적용 차량/ GF 경량부품 적용 차량/ Wencan 경량부품 적용 차량/ Linamar 경량부품 적용 차량

이번 전시회의 특징으로는 <사진 1>과 같이 차량내 조립위치에 해당 주조 부품들을 한눈에 보기 쉽게 관람할 수 있도록 전시를 한 회사들이 많았다. Nemak, GF, Linamar, Wencan 이외에 오스트리아 Fill(저압주조기, 주조 후처리 장비메이커), 중국의 다이캐스팅 장비 제조사 LK, 중국 주조사인 Asiaway 등이 초대형 부스에 차량 전시를 통해 관람객들에게 볼거리를 제공했다.

특히 Linamar의 경우는 유로구스에 처음으로 대형 부스를 마련하고 전시에 참여했다. 캐나다 온타리오에 본사를 둔 Linamar는 1964년에 설립돼 농업용 트랙터, 저압 주조사(Montupt, 프) 및 DURA Shiloh 배터리사업부를 인수했다. 알루미늄 주조부분은 중력(경동 포함), 진공저압주조(VRC/PRC-舊 알코아), 다이캐스팅(고진공 포함) 공정을 통해 제품을 생산하고 있다.

이번 전시회에서는 중국의 주조, 금형, 장비 업체들이 기가(GIGA) 캐스팅으로 개발한 리어 언더 바디 스트럭쳐를 다양하게 내놓았으며, 차체부품인 리어 쿼터 인너 스트럭쳐 부품과 같은 새로운 제품을 전시했다.

Magna는 GIGA 캐스팅 전 단계의 대형 PHEV 배터리 하우징과 리어 쇽업 소버 하우징과 리어 사이드 멤버가 인티그레이션된 부품을 전시하기도 했다.

또한, 자동차메이커와 중국 소재 주조사를 제외하고는 유럽 주조회사 최초로 Handtmann이 ‘뷸러 Carat 610’을 설치해 주입중량 128kg까지 주입 가능한 GIGA 캐스팅 장비를 독일 공장에 설치했다. Linamar도 2023년 5월에 캐나다 온타리오에 6,100톤 장비 3대를 설치해 2025년에는 부품을 양산할 예정이다.

■자동차 메이커 및 주조기업 강연 활발

전시회와 함께 열린 강연도 첫날 오후부터 시작됐는데 2022년 15건에 비해서 2024년에는 22건으로 발표 건수가 30% 이상 증가했다. 대부분 강연이 독일어로 발표됐으며 영어 동시 통역을 위한 헤드셋이 제공됐다.

주요 주제발표로는 △지속 가능한 BMW E-브라켓의 설계, 시험, 제조(Nemak) △볼보(Volvo) MEGA 캐스팅(Volvo) △ FRED-주조사의 생산품에 대한 CO2 발생량 계산(독일주조협회) △4 Plate 금형사용으로 기존 마그네슘 부품과 동등 중량 알루미늄 부품 개발(BMW) △다이캐스팅산업에 AI를 통한 미래의 안정성과 경쟁력 확보(TBARIT) △Handtman의 Mega 캐스팅-대형 다이캐스팅기술의 도전, 장점 그리고 잠재력(Handtmann) △다이캐스팅용 금형의 새로운 컨셉과 재료(Form Stampi) △다이캐스팅 산업의 전환-그린수소와 활발한 대응(Combustion Potential) △다이캐스팅을 통한 E-모빌리티 경량화(DLR연구소) △내일의 지속 가능한 차체 BIW를 위한 Mega 캐스팅 생산(브라운슈바이크 기술대) △알루미늄&마그네슘 주조기술의 최근 개발 현황(뷸러) 등이 있었다.

■경량·혁신 부품 유로구스 기술상 수상

2024년 유로구스상 수상작을 살펴보면 2022년 수상작인 BMW의 PHEV용 배터리하우징(30.07kg), Handtmann의 스틸인서트 일체형 리어 서브브레임(19.3kg)과 같은 초대형 부품은 없었다.

재질별로 보면 마그네슘이 세개로 HUD, 엔진 실린더헤드커버, 콘솔브라켓 등이 있다. 알루미늄도 3개였는데 카울 크로스 멤버, 오일클러 커버, 휠허브 모터용 E-코일 등이 함께 강연장 복도 전시장에 앞에 진열돼 있었다.

▲ <사진 2>부품명:HUD(Head Up Display) 하우징/ 제조사:TCG Untech(오스트리아) / 크기: 486 x 285 x 184mm(1.168kg)/ 합금: 마그네슘(AZ91)

유로구스 기술상 중에서 소개할만한 특징이 있는 부품은 <사진 2>와 <사진 3>이다. <사진 2>는 마그네슘 부품으로 추가 가공이 필요 없으며 박육으로 가볍고 생산성이 매우 우수하며 HUB(Head Up Display)에 적용된 새로운 시도다.

▲ <사진 3>부품명: 카울 크로스 빔(CCB)/ 제조사: BMW / 크기: 633 x 436 x 355mm(3.315kg)/ 합금: Silafont-36(AlSi10MgMn)

<사진 3>은 BMW 자체 주조공장인 Landshut에서 양산중인 부품으로 알루미늄 합금을 적용했으며 금형구조는 혁신적인 4개의 Plate를 적용했다. 제품은 차체의 구성부품인 Cowl Cross Beam으로 1.5mm 두께의 박육 구조로 운전대와 계기판을 고정하고 차체의 A-필러를 고정 및 지지 주는 역할을 한다. 4 Plate 금형 구조로 리턴 스크랩 발생을 최소화 할 수 있었고 경쟁소재인 마그네슘 또는 플라스틱 소재 대비 CO2를 75% 절감한 것으로 알려져 있다.

기가 캐스팅 통한 車 대형 부품 개발·양산 본격화, 中 업체 활발

기술 강연 날로 확대, 젊은 엔지니어 육성 지원 인상적

▲ EUROGUSS Talent Award 수상자(앞줄)와 심사위원(뒷줄)이 기념촬영에 응하고 있다.

■젊은 전문인력 육성의 요람 ‘Talent Award’

안타깝게도 해외는 물론 우리나라에서도 주조 분야 젊은 엔지니어를 구하기가 점점 더 힘들어지고 대학에서도 관련학과를 가르치는 교수가 점차 사라지고 있는 것이 현실이다. 이러한 문제를 해결하고자 EUROGUSS에서는 젊은 주조 관련 학생들과 산업계와의 지속적인 연결고리를 만들고 학생들의 관심을 유도하고자 유능한 젊은 엔지니어들을 대상으로 ‘Talent Award’를 수여하고 있다.

Talent Award는 밸류체인에 있어 다이캐스팅의 혁신, 개선 또는 새로운 응용 분야와 관련된 학사 및 석사 논문을 대상으로 심사를 통해 선정된다.

제출된 초록은 관련 학회, 업계, 학교, 연구소 등과 같은 다양한 분야의 저명한 전문가 7명으로 구성된 최고 수준의 국제 심사위원단(NADCA, Magna, GF, 뷸러, Fraunhofer, Kassel대, Essen대)이 엄격히 심사를 한다.

다이캐스팅은 혁신적이고 미래 지향적인 산업으로 다른 산업과 경쟁할 수 있는 잘 훈련된 젊은 인재를 끊임없이 필요로 하는 산업이라고 할 수 있다. 학생들은 기조연설, 강의 및 투어가 포함된 광범위한 프로그램을 제공받는다. 아울러 수상자들에게는 1등상으로 1,500유로, 2등상은 750유로, 3등상은 500유로의 상금도 함께 주어진다.

Talent Award의 시상식은 EUROGUSS 기간 동안 진행됐으며 수상자는 EUROGUSS 포럼에서 관심 있는 전시 방문객에게 자신의 작품을 발표할 수 있는 기회를 가졌다. 이번 ‘베스트 5’에 선정된 논문으로는 △알루미늄-실리콘 다이캐스팅 합금의 유동성 △FEM 시뮬레이션을 사용한 분무 냉각 영구 금형의 사용 수명 조사 △다이캐스팅에 따른 기존 형상 및 운동학을 기반으로 한 Full 서스펜션 자전거 프레임의 구조적 최적화 △자동차 부문에서 알루미늄 용접 조인트의 기계적-기술적 특성과 관련된 FSW 공구 형상 평가 △알루미늄 다이캐스팅 공정에서 탄소섬유강화 PEEK-light 금속화합물의 복합 강도 및 경계선 영역의 특성에 대한 열적 영향 조사 등이 있다.

■에너지 절감·CO2 저감 등 탄소중립 관심↑

이번 EUROGUSS를 통해 최근 유럽 주조업계의 화두는 환경규제 강화로 탄소중립(Carbon Neutral) 달성과 관련된 에너지 절감, 소재의 재활용을 통한 CO2 발생량 저감임을 다시 한번 확인할 수 있었다.

2년 전과 달라진 다이캐스팅 기술 동향을 4가지로 요약해보고자 한다. 우선 GIGA 캐스팅 관련 전시된 부품들은 대부분 중국의 다이캐스팅 장비, 주조 업체 및 금형 업체들이 많았으며, 유럽 메이커들은 보다 많은 차체 부품들을 통합설계를 통해 대형화하는 것을 지속 추진하고 있었다.

또한 GIGA 캐스팅 관련 자동차 OEM을 제외한 주조사들의 경우 유럽에서는 Handtman이 불러 6,100톤 GIGA 캐스팅 장비를 구입하는 최초의 주조회사가 됐으며 향후에도 확장할 계획이다. Linamar는 2023년 6,100톤급 3대를 설치하여 2025년 5월에 부품을 양산화할 예정이다.

▲ Wencan이 전시한 리어 언더 바디스트럭쳐

중국 업체인 Wencan은 초대형 차체부품인 리어쿼터 인너 판넬을 부품화해 전시장에 마련된 차량에 장착함으로써 일반 주조업계 엔지니어들에게 주조관련 부품의 차량 장착 위치와 부품의 형상을 쉽게 살펴 볼 수 있도록 전시했다.

▲ Ningbo Tuopo Group이 기가 캐스팅으로 제작한 리어 언더바디 스트럭쳐(右)와 차량에 탑재한(빨간 원) 전시품

이번 전시회에 처음 참여한 Linamar의 경우 샤시부품인 리어 트레일링암과 캐리어를 통합 설계(가공후 19.6kg)를 통해 일체화해 Semi Trailing Arm이라는 명칭으로 포드 F-150 픽업트럭에 적용했으며 적용된 주조기술은 舊 ALCOA의 미시간 공장을 인수해 진공저압주조(VRC/PRC)기술을 활용함으로써 양산에 성공했다.

높은 치수 정밀도와 생산성으로 원가 절감 및 대량생산에 적합한 다이캐스팅 기술은 부품 대형화를 통해 자동차 산업에 적용이 더욱 확대되고 있다. 수소차, 전기차, UAM 등 미래 모빌리티 시장 확대에 대응하기 위해서 다이캐스팅 신기술·신공정 개발을 위한 지속적인 관심과 투자를 강화하길 기대한다.