▲ 차세대 모빌리티를 위한 금속 적층제조 기술의 발전 방향과 표준화’ 세미나 참석자들이 기념촬영에 응하고 있다.

전기차, UAM(도심항공모빌리티) 등 차세대 모빌리티 혁신을 위해 금속 적층제조(3D프린팅) 기술 개발이 활발히 추진 중이다.

3D프린팅연구조합(이사장 이조원)은 ‘차세대 모빌리티를 위한 금속 적층제조 기술의 발전 방향과 표준화’ 세미나를 8월8일 경기도 용인 더숨포레스트 호텔 세미나실에서 개최했다.

이번 세미나는 첨단 모빌리티 산업을 위한 미래 생산기술로의 금속 적층제조 기술의 활용 사례 및 전망과 글로벌 동향, 적층제조 생산 표준화 및 대형 부품제작을 위한 DED 금속 적층제조 기술 등을 논의하기 위해 마련됐다.

이날 발표주제는 △Changing the way, the world manufactures! Mobility goes Additive(Ralf Frohwerk 니콘 SLM솔루션즈 Head of Business Development) △현대차의 적층제조 재료, R&D 현황과 미래 전략산업 대응방안(조영철 현대차 책임) △‘Rapid+TCT 2024’에서 본 적층제조 기술의 발전과 동향(김인명 ㈜퓨전테크놀로지 대표) △대형 적층제품을 위한 Wire 및 powder 공급방식의 DED 기술의 주요 이슈와 응용분야(김대중 ㈜에이엠솔루션즈 대표 △Investigation on range of training curriculum and tech-consultancy for manufacturing standardization of metal AM techonlogy(Andy Lu ASTM AM CoE Manager of AM Programs) 등이 진행됐다.

▲ 조영철 현대차 책임이 현대차의 적층제조 기술개발 동향을 소개하고 있다.

현재 자동차 산업에서는 글로벌 연비 및 환경규제 강화로 인해 전기차, 수소연료전지차 등 친환경차로의 전환이 가속화 되고 있다. 친환경차의 주행거리 향상을 위해선 자동차 구조용 부품, 모터, 배터리 등 차량 무게 경량화가 큰 이슈다.

또한 신차 출시가 날로 빨라지고 있으며 소비자의 수요도 다양화되고 있다. 이에 부품 경량화, 시제품 개발, 유연 생산, 애프터마켓에 필요한 소량 다품종 생산 등에 최적화된 적층제조 기술 적용이 확대되고 있는 추세다.

첨단 모빌리티 산업을 전략적으로 육성 중인 현대차에서는 PBF, 바인더 젯(BJ) 등 금속 적층제조 기술을 주요 솔루션으로 활용하고 있다.

일례로 자동차 차체·새시 경량화를 위해 도어·후드 힌지 등에 적용할 수 있는 타이타늄, 알루미늄 등 특수강 소재 기반 설계 고강도·저비용 적층소재 개발을 추진 중이다. 부품 위상 최적화를 통해 무게를 줄이고 조립할 부품 수도 크게 절감되는 효과가 있다.

또한 기존 정밀주조와 MIM(금속사출성형)으로 제작되던 자동차 파워트레인 부품을 적층제조로 대체하기 위한 공정을 개발하고 있다. 적층제조가 생산단가가 약간 더 비싸지만 부품 대형화가 가능하다는 장점이 있다. 전기차, UAM에 필요한 구동모터의 경우 헤어핀 코일을 적층제조로 제작하는 기술개발을 통해 냉각 효과 및 모터 효율 향상, 부피 감소 등 효과가 있음을 확인했다.

이밖에도 UAM의 브라켓, 하드웨어 등 구조용 부품에 적용할 고강도 경량소재 연구를 진행 중이다. 내장 디자인 부품의 경우 BJ 방식 금속 적층제조기술을 도입해 항균 성능을 부여하거나 디자인을 고급화하는 등 기술개발을 진행 중이다.

조영철 현대차 책임은 “자동차 분야에 적층제조 적용이 확대되기 위해선 양산을 위한 손익분기점(BEP) 확보가 필요하다”며 “소재, 설계, 해석 평가 등 핵심 요소기술을 확보하기 위해 산학연 컨소시엄의 협력과 정부 과제 지원이 요구된다”고 제언했다.

글로벌 금속 적층제조 솔루션 기업 니콘 SLM솔루션즈는 BMW, 포르쉐, 보쉬, 다이버전트마이크로팩토리 등 글로벌 자동차 기업과 협력을 통해 금속 적층제조 부품을 생산하고 있다.

고급 차종의 차체와 부품을 적층제조로 제작한 것을 시작으로 12개의 1kW급 레이저로 최대 600mm 크기의 금속 부품을 빠르게 양산할 수 있는 장비인 ‘NXG XII 600’을 활용해 포르쉐 스포츠카 ‘E-Drive’ 하우징을 생산하는 등 적용을 확대하고 있다. ‘E-Drive’는 허니콤 구조를 적용해 기존 주조품 대비 무게를 10% 감소시켰으며 강성도 2배 높이고 부품 조립 작업도 크게 절감시켰다.

니콘 SLM솔루션즈의 비즈니스 총괄담당자인 Ralf Frohwerk는 “니콘 SLM솔루션즈는 알루미늄, 타이타늄, 니켈 등 고온·고강도 신합금을 개발을 확대해 50개 이상의 파라미터를 확보하고 자동차, 우주항공, 발전 등 다양한 어플리케이션을 개척하고 있다”고 밝혔다.

▲ 니콘 SLM솔루션즈의 비즈니스 총괄담당자인 Ralf Frohwerk가 주제발표 하고 있다.

적층제조가 첨단제조 기술로 발전하고 있는 가운데 우주항공, 조선 등 산업을 중심으로 고부가 대형 부품 제작이 가능한 DED 방식 금속 적층제조 기술에 대한 수요가 높아지고 있다.

금속 와이어나 분말을 녹여 적층하는 DED는 레이저 가공 및 용접접합 기술에 가까운 것으로 손상부품 보수, 표면 기능강화 코팅 등에 적용이 활발하다. 특히 와이어를 사용할 경우 일반 용접 소재를 사용할 수 있고 99%를 사용할 수 있어 생산성이 매우 높다. 그러나 장비, 소프트웨어, 모니터링 등 기술이 수반돼야 하기 때문에 어려운 기술이기도 하다.

자동차의 경우 유럽에서 이르면 2026년 하반기부터 자동차 타이어나 브레이크 패드 등이 마모되면서 발생하는 미세먼지에 대한 배출도 규제할 예정이어서, 저감을 위해 DED 방식을 적용한 부품 수요가 확대될 전망이다. 또한 목적 기반 모빌리티(PBV), UAM 등의 차체 제작과 강도 향상을 위해 DED 기술 적용이 확대되고 있다.

김대중 에이엠솔루션즈 대표는 “로봇과 DED 기술을 결합해 제조기술 통합 지능형 제조 시스템 구축이 가능하기 때문에 생산성이 높은 대량 양산을 위한 첨단제조 솔루션으로 활용 범위가 크게 확대될 것”이라고 전망했다.

▲ 김대중 에이엠솔루션즈 대표가 DED 기술의 주요 이슈와 응용분야를 발표하고 있다.