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자동차 분야 활용 사례

시제품 제작은 우수한 자동차을 위한 핵심 요소입니다.

자동차 업계의 대기업인 BMW와 Jaguar Land Rover 뿐만 아니라 Minimizer 같은 린 애프터마켓 공급업체는 자동차 설계 및 제조를 가속화할 수 있는 것은 3D 프린팅이 유일하다는 사실을 알게 되었습니다.

두 힘의 결합

3D 프린터로 제작된 Jaguar 자동차 부품

“수지 방식의 부품 제작을 위한 Objet Connex의 활용이 점차 주를 이뤄, 전체 생산량의 1/3 이상을 차지하고 있습니다.”

도입 배경

Jaguar Land Rover는 2008년 여름 Objet Connex500을 도입했습니다. Connex500 3D 프린터가 선택된 데에는 바로 복합 재료 기능이 결정적이었는데, 이 기능은 두 개의 서로 다른 재료를 배합하고 각 재료가 가진 특유의 물성치를 활용하여 우수한 모델을 제공할 수 있습니다.

Jaguar와 Land Rover는 모두 세계에서 손꼽히는 명품 브랜드로 군림하다가 2000년 통합되었으며 처음에 Ford Motor Company의 일부였다가 지금은 인도 TATA Group의 영국 법인이 되었습니다.

두 브랜드가 탄생할 당시 각기 추구하는 방향은 전혀 달랐습니다. 1935년 출시된 첫 번째 Jaguar인 SS100은 100mph로 주행할 수 있는 최초의 스포츠카였습니다. 클래식한 외관과 뛰어난 성능으로 SS100은 속도, 편안함 및 레이싱 대회 입상 경력과 함께 Jaguar 차량의 뛰어난 명성을 이끄는 계기가 되었습니다.

반면, 1948년에 제작된 최초의 Series 1 Land Rover 80은 완전히 다른 특성의 차량으로, 견고하고 군더더기 없는 디자인에 오프로드 기능을 갖춘 ‘다목적 차량’이었습니다. 오늘날 Jaguar Land Rover(JLR)는 8가지의 자동차 생산 라인을 갖추고 있습니다. 이러한 생산 라인이 시장에서 구축한 프리미엄 위치를 유지하기 위해, Jaguar Land Rover 직원의 약 20%를 제품 개발 부서에 배치하고 있으며, 신속한 설계 검증을 위해 사내에 시제품 제작 및 툴링 기술과 함께 최신 CAD 기술을 도입하여 사용하고 있습니다. CNC 모델 제작 및 전 장비를 갖춘 금속 작업 및 공구샵 이외에도, 시제품 제작을 위해 SLA, 레이저 소결 및 폴리머 분사 기술 등 다양한 방식의 RP 장비를 갖추고 있습니다.

CAD 데이터에서 곧바로 시제품 부품 제작

3D 프린터로 제작된 Jaguar 자동차 부품

Jaguar Land Rover는 수지 방식의 RP 시제품 제작 역량을 확대하기 위해 2008년 Objet Connex500를 도입하였습니다. CAD 데이터에서 곧바로 고무와 유사한 탄성중합체 재료로 모델을 제작하고 작업 메커니즘을 생성하는 역량은 개발 주기를 크게 단축하는 주요 이점이었습니다. 이러한 역량의 검증을 위해 Object Connex는 도입 초기, Range Rover Sport용 페시아 에어 벤트 조립 생산 작업에 투입되었습니다. 하우징 및 공기 굴절 블레이드의 경우 경성 재료 를 사용하고, 컨트롤 노브 및 에어 시일의 경우 고무와 유사한 연질 재료를 사용하여 모델을 제작하였습니다. Jaguar Land Rover는 단일 공정을 통해, 구동 부품으로 활용 가능한 페시아 에어 벤트를 완전하게 프린팅할 수 있었습니다. 프린팅이 완료되면 모델을 Objet Connex에서 꺼내 세척 후 즉시 테스트를 통해 블레이드의 힌지가 제대로 작동하고 컨트롤 노브의 외관과 느낌이 우수함을 검증할 수 있었습니다.

3D 프린터의 핵심은 바로 3D 잉크젯 기술입니다. 사전 설정된 조합으로 제공된 각각의 두 가지 모델 재료를 매트릭스 구조로 분사하여 서로 다른 기계적 및 물리적 특성과 마감으로 여러 가지 유연하고 견고한 재료를 만들 수 있습니다. Jaguar Land Rover는 Objet Connex 기술을 사용하여 5000시간의 누적 시간 동안 2500개 이상의 부품을 프린팅하고, 600kg의 수지를 사용했습니다. 이 기간 동안 별도의 유지 관리는 거의 필요치 않았으며, 최적의 품질을 유지하기 위해 권장 주기마다 단 5개의 프린트 헤드만 교환했다는 사실이 Objet Connex 기술의 생산성과 신뢰성을 보여주는 단적인 증거입니다.

Objet Connext에서 생산된 부품의 수는 새로운 활용 방법을 발굴하면서 지속적으로 증가하고 있습니다. Jaguar Land Rover가 매년 시제품을 제작하는 30,000개 부품 중 극히 일부이지만 이중 상당수가 레이저 소결을 거칩니다. 수지 기반 부품의 경우 Objet Connex가 전체 생산량의 1/3 이상을 차지하며 대세를 이루고 있습니다. 특히, Objet Connex는후처리 과정이 빠르고 간편해서 단일 재료로 경질 부품을 만드는 데 자주 이용됩니다. 복합 재료 모드인 경우 다양한 작업에 사용되어 왔는데 노브, 스위치 및 키 포브 같은 스타일링과 HMI(Human Machine Interface) 콘셉트 등이 포함됩니다.

조립 및 기능 테스트

3D 프린터로 제작된 Jaguar 자동차 부품

오버 몰딩 또한 Objet 3D 프린팅 시스템의 중요한 기능입니다. 예를 들어, 고무 재질의 밀폐 덮개를 만드는 데에는 두 가지 재료가 사용되지만 혼합되지는 않습니다. 세척이 끝나면 조립 및 기능 테스트를 위해 조립품을 직접 사용할 수 있습니다. Objet Connex 가 활용되는 다른 주요 분야로는 비경성 Tango Black Plus가 사용되는 차 문의 밀폐부 및 보호대 개발 등이 있으며, 최근에는 기능 테스트를 위한 부품 제작에도 활용됩니다.

Objet Connex의 가장 큰 수혜자는 Jaguar Land Rover의 스타일링 부서입니다. Objet 3D 프린터에서 생산되는 부품 가운데 절반 이상이, 디자인 스튜디오로 보내져 새로운 디자인 시안 완성에 사용됩니다.

자동차 앞 유리가 5회 닦일 때마다 나와서 헤드 램프를 닦아내는 전접이식 헤드 램프 세척 시스템 개발이 대표적인 예입니다. Objet Connex 프린터로 제작된 부품은 엄격한 테스트에도 견디는 내구성이 입증되어, 고가의 툴링 단계로 이동하기 전에 설계 검증을 마칠 수 있습니다.

Objet Connex의 여러 다양한 특성은 위에 열거한 다양한 애플리케이션에서 활용되고 있지만, Jaguar Land Rover의 경우에는 간단한 작동, 빠른조형 속도 및 간편한 세척 과정으로 인한 짧은 소요시간은 물론, 고정밀성, 치수 제어 및 빠른조형속도 제공 등이 일반적인 혜택이라 할 수 있습니다. 특히, Objet Connex 3D 프린터를 사용하면 CAD 데이터에서 직접 부품의 시제품을 제작할 수 있기 때문에 다른 방법에 비해 시간과 비용을 절약할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있습니다.

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