새 검색을 시작합니다  

Urbee

Stratasys 3D 프린터를 이용하여 차체 전체를 적층 방식으로 제작한 최초의 시제품 자동차, Urbee

“FDM 기술 덕분에 개발 중에 쉽고 효과적으로 설계를 변경할 수 있게 되었습니다.”
— Jim Kor, KOR EcoLogic

3D 프린팅으로 제작한 새로운 친환경 자동차

Winnipeg에 소재한 엔지니어링 기업 KOR EcoLogic의 대표 겸 선임 디자이너인 Jim Kor는 "우리는 깨끗하고 에너지 효율적인 자동차를 소유하고 운전하고자 해야 합니다."라고 말했습니다. Kor의 환경에 대한 열정은 보다 친환경적인 원칙을 적용한 새로운 자동차를 설계하도록 한 원동력이 되었으며, 코드명 'Urbee'라고 불리는 이 차는 Stratasys의 3D 프린팅 기술을 통해 제작되었습니다. 2인승 자동차인 Urbee(Urban Electric vehicle with Ethanol as backup, 에탄올 예비 연료를 사용하는 도시형 전기 자동차)는 최소한의 에너지만 사용하도록 설계되었습니다. Urbee의 연비는 고속도로에서는 200mpg(약85Km/L) 이상, 시내에서는 100mpg(43Km/L)까지 도달할 수 있습니다. 이는 또한 현재까지 차체 전체를 적층 제조 공법을 사용하여 프린팅한 최초의 시제품 차량입니다.

KOR의 경영진은 세계에서 가장 연비가 좋고 친환경적인 자동차를 제작하기로 하면서, "실용적이고 안전하게 주행할 수 있는 차이면서도 재생 가능한 에너지만으로 구동될 수 있어 친환경적이고 누구에게나 매력적인 차"(Kor의 말을 인용함)를 만들자는 목표를 세웠습니다. Kor 는 Urbee가 언젠가 세계 시장에 진출하기를 바라고 있습니다. 또한 Urbee를 인체공학적으로 만들고 설계 및 제조 공정 전체에서 가급적 '친환경'을 유지하고자 했습니다.

처음에 Kor와 그의 팀원들은 점토를 사용하여 실물의 60% 크기로 차량 반쪽의 모델을 제작했습니다. 이렇게 만든 반쪽에 거울을 대면 자동차 전체를 제작하지 않고도 완성된 모델이 어떤 형태일지 알 수 있었습니다. Kor는 "점토 모델이 실제 같은 느낌을 준다는 사실은 부정할 수 없습니다. 재료를 추가하거나 뺄 수도 있고, 매일같이 다루고 작업할 수도 있거든요. 단점이 있다면 제작 시간이 3개월이나 걸린다는 것입니다."라고 말했습니다.

다음으로 팀원들은 모델을 스캔하여 컴퓨터 파일로 만들어서 공기 역학적 특성을 테스트해 보기로 했습니다. 그들은 정해진 목표를 꼭 달성하고자 했으며, 만일 컴퓨터 시뮬레이션 결과가 좋지 않으면 자동차 프로젝트 전체가 "무너질" 상황이었다고 Kor는 말합니다. 아주 중요한 통계 수치 중에서도 항력 계수(Cd)라는 것이 있는데, 팀에서는 이 수치가 0.15 이하로 나오기를 바랐습니다. 참고로 비교하자면, Prius(프리어스, Toyota 의 하이브리드 소형차)의 계수는 0.26입니다. 컴퓨터 모델에서는 Urbee의 항력계수가 0.149 로 나왔습니다. "이건 정말 굉장한 성과였습니다." 라고 Kor가 말했습니다. "덕분에 자신감을 얻어서 계속 작업할 수 있었죠."

그러나 작은 문제가 하나 있었습니다. "컴퓨터 파일로는 만반의 준비가 끝났지만 실제로 만들어낼 방도가 없었습니다."라고 Kor가 회고했습니다. 그와 팀원들은 기존의 제조 방법으로는 자신들이 원하는 결과를 얻을 수 없을 것이라는 사실을 알고 있었습니다. 따라서 다른 대책을 강구하게 되었습니다.

그 중 한 가지가 FRP(Fiber-Reinforced Polymer, 섬유 강화 중합체) 또는 유리 섬유를 이용하여 차체 패널 시제품을 제작하는 것이었습니다. 이 방법을 쓰면 각 차체 패널에 실물 크기의 플러그를 제작해야 했습니다. 우선 목재 또는 MDF로 튼튼한 뼈대를 만들고 그 위에 손으로 모양을 만들 수 있는 고밀도 폼으로 덮어줍니다. 또는 더 정밀한 표면을 만들기 위해 CNC 밀링 기계를 이용하여 플러그를 새길 수도 있습니다.

그런 다음 금형을 만들어야 하고, 유리 섬유와 수지를 표면에 붙여 형태를 유지할 때까지 굳힙니다. 부품이 잘 경화되면, 금형에서 떼어내야 합니다. "이것은 시간도 오래 걸리고, 손이 많이 가는 공정입니다."라고 KOR의 엔지니어인 Blaine McFarlane이 말했습니다. McFarlane이 추정하기로는 차체 패널을 전부 FRP 공법으로 제작할 경우 두 사람이 꾸준히 작업해도 8~10개월 정도 소요된다고 합니다. CNC 기계를 사용하면 제작 시간을 단축할 수는 있지만, 그래도 석 달은 족히 걸립니다.

"유리 섬유로 차체를 제작했다면 시간이 너무 오래 걸렸을 거에요."라고 Kor도 머리를 끄덕였습니다. "게다가 초안 작업도 거쳐야 했을 테고, 부품을 금형에서 빼내는 기술도 익혀야 했겠죠."

해결책: 자동차 프린팅하기

이런 방법을 고려하고 있던 시기에 KOR의 산업 디자이너인 Terry Halajko가 Jim Kor에게 이메일을 보냈는데 이메일에는 Stratasys로 연결되는 링크가 첨부되어 있었습니다. 이메일에는 "제작 가능한 부품 크기 좀 보세요!"라고 쓰여 있었습니다. 팀원들은 그 해답을 발견한 것 같았습니다. Kor는 Stratasys 경영진과 대화를 나누고 나서, 외부 부품 전체를 Dimension 3D 프린터와 Fortus 3D 제조 시스템을 사용하여 RedEye on Demand 서비스로 제작할 수 있겠다는 확신이 들었습니다.

Kor와 그의 동료는 우선 6분의 1 축척 모델을 만들어 각 부품이 모두 정확하게 맞아들어가는지 확인하고 차체의 스캔한 컴퓨터 모델을 10개의 논리적 차체 패널로 변환했습니다. 이를 통해 팀원들은 큰 패널에도 문제가 없다는 확신을 갖게 되었습니다.

그들은 Stratasys와 함께 ABS를 재료로 선택하고 자동차를 제작하기 시작했습니다. 시작 허가가 나자마자 몇 주 이내로 여러 개의 주요 차체 패널이 제작되었습니다. 실물 크기의 문과 측면 패널이 가장 먼저 완성되었습니다." 큰 패널이었지만, 서로 완벽하게 들어맞았죠."라고 Kor가 말했습니다. 현재 나머지 차체 패널도 Stratasys에서 제작하고 있습니다.

"첫 번째 자동차를 만든 것만으로도 대단한 성과입니다. 두 번째 시제품은 Stratasys 프린터 성능에 맞게 설계할 것입니다. 프린터 성능을 최대로 활용하고 싶거든요."라고 Kor가 덧붙였습니다. 이 말은 즉, 차 내부와 외부 모두를 설계하고 필요한 곳에만 플라스틱을 쓰겠다는 뜻입니다.

Kor는 앞으로 만들 Urbee의 펜더를 새의 골격과 비교하기를 좋아합니다. 그는 "새 골격의 단면도를 보면, 힘이 필요한 곳에만 뼈가 있는 것을 알 수 있고 뼈대 모양이 마치 복잡한 망 같은 형태를 띠고 있죠. FDM 이야말로 새 골격을 흉내 낼 수 있는 유일한 공정입니다."라고 설명했습니다. 이런 특성은 극히 가벼우면서도 튼튼한 제품을 만들 때 중요한 요소이기도 합니다. Urbee의 펜더가 좋은 예입니다.

Kor의 말에 따르면, 현재 펜더가 일정한 두께로 제작되고 있지만 여기에는 불필요한 재료가 많습니다. 자동차를 비효율적으로 만들고, 환경 폐기물을 더하기만 할 뿐입니다. 그는 "Stratasys는 펜더를 제작할 때 필요한 곳에만 플라스틱을 쓸 수 있습니다. 정말 믿을 수 없을 만큼 대단합니다. 환경도 지킬 수 있고 비용도 절감할 수 있는 데다가 안전성을 저해하지도 않습니다. 필요하지 않은 곳에는 재료를 쓰지 않으면 됩니다."라고 말했습니다.

"FDM 기술 덕분에 개발 과정 중에도 Urbee의 설계를 쉽고 효과적으로 변경할 수 있게 되었습니다. 또한, 툴링과 가공 작업, 수작업을 제거해서 친환경이라는 목표도 충족할 수 있게 되었죠. 툴링 없이 시험 실행을 할 수 있다는 것이 곧 큰 장점이기도 하죠."라고 Kor는 전합니다. 현재 Urbee 프로젝트의 진행 비용은 대부분 자체적으로 자금을 조달하고 있지만, KOR 팀은 두 번째 시제품을 제작할 자금을 마련하려고 합니다. 자금이 마련되면 다음 Urbee를 제작하는 데 1년이 걸릴 것으로 예상합니다.

Kor는 3D 프린팅의 속도에 경탄했습니다. "며칠이나 몇 주 만에 차체 부품을 만들어 내는 건 상당히 빠른 속도입니다. 다른 방법을 사용하면 몇 달은 더 걸리죠."라고 Kor가 말했습니다.

Kor는 최소한의 에너지만 사용하는 자동차를 만들어서 긍정적인 변화를 일으켜야 한다는 책임감을 느낀다고 합니다. 그는 또한 "자동차 모델을 컴퓨터 파일로 가지고 있기만 하면, 사실 디자이너 입장에서 차체를 3D 프린팅하는 것은 거의 힘이 들지 않는 작업입니다. 파일만 보내고 잠깐 기다리면 '짠!'하고 차체 패널이 완성되어 나오죠. 어떤 공정도 따라올 수 없는 속도죠."라고 덧붙였습니다.

KOR EcoLogic에서 Strarasys와 기존의 시제품 제작 방법 비교 결과

  Stratasys FDM FRP 또는 유리 섬유
비용 합리적인 가격 비싼 노동력
디자인 손쉬운 설계 변경 디자인을 새로 하면 금형도 새로 만들어야 함
리드 타임 몇 주 두 명이 작업하는 경우 최대 10개월


CNN 인터뷰 보기

Stratasys Ltd. © 2015. All rights reserved. See stratasys.com/legal for trademark information.