한눈에 보기:
이 가이드에서는 자동차 제조업체들이 적층 제조 기술을 활용하여 기능성 시제품, 경량 부품, 맞춤형 금형, 교체용 부품 및 소량 생산 부품을 어떻게 제작하는지 살펴봅니다. 또한 엔지니어링 팀이 금형 비용을 절감하고, 개발 기간을 단축하며, 조립 효율을 높이는 데 도움이 되는 소재, 기술 및 생산 전략에 대해서도 다룰 예정입니다.
3D 프린팅 자동차 부품은 자동차 개발, 생산 금형 제작 및 최종 생산 용도로 적층 제조 기술을 통해 생산되는 차량 부품입니다. 이러한 부품은 기존의 주조나 기계 가공 방식에 의존하는 대신, 디지털 CAD 파일을 활용하여 엔지니어링 열가소성 플라스틱, 수지 및 복합 소재를 층층이 쌓아 올려 제작됩니다. 제조업체들은 이를 활용해 맞춤형 실내 트림, 경량 엔진 브래킷, 그리고 더 이상 생산되지 않는 빈티지 부품의 대체품을 높은 정밀도로 제작합니다.
자동차 기업들은 초기 설계 검증부터 생산 금형 및 최종 사용 부품에 이르기까지 차량의 전체 수명 주기에 걸쳐 적층 제조 기술을 활용하고 있습니다. 용도에 따라 제조업체들은 고성능 차량용 경량 부품, 소량 생산 부품, 또는 기존 공급망을 통해 구하기 어려운 교체용 부품을 생산할 수 있습니다.
적층 제조의 유연성 덕분에 엔지니어링 팀은 고가의 공구나 금형을 기다릴 필요 없이 신속하게 설계를 테스트하고 개선할 수 있습니다. 이를 통해 개발 속도가 빨라질 뿐만 아니라, 프로세스 초기 단계에서 형상, 적합성, 기능을 검증하는 데도 도움이 됩니다.
자동차 제조사들은 검증된 적층 제조 워크플로우도 활용하고 있습니다. 경우에 따라 여기에는 생산 전 부품 승인 절차(PPAP) 지원이 포함되는데, 이는 생산에 앞서 부품이 정의된 제조 및 엔지니어링 표준을 충족하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.
오늘날 자동차 제조사들은 컨셉 모델이나 기능성 시제품을 넘어 훨씬 더 광범위한 분야에서 적층 제조를 활용하고 있습니다. 양산 가능한 폴리머 부품은 소량 생산, 가교 제조, 조립 용도 및 애프터마켓 지원에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 변화 덕분에 제조사들은 동일한 디지털 워크플로우와 적층 제조 시스템을 활용하여 설계 검증 단계에서 3D 프린팅 자동차 부품 생산 단계로 원활하게 전환할 수 있게 되었습니다.
3D 프린팅 자동차 부품은 일반적으로 실내 부품, 공기역학적 외장 트림, 기능성 자동차 부품 및 교체용 부품에 사용됩니다. 자동차 제조업체들은 차량 개발, 소량 생산, 애프터마켓 지원 및 특수 차량 프로그램에 걸쳐 이러한 응용 분야를 활용합니다. 용도에 따라 필요한 소재도 달라지는데, 외장 부품용 자외선(UV) 저항성 ASA™부터 기능성 부품 및 양산용 부품용 엔지니어링 열가소성 플라스틱 및 수지에 이르기까지 다양합니다.
자동차 내장 부품은 맞춤형 제작, 신속한 반복 설계, 고품질 표면 마감이 필요한 경우가 많아 적층 제조의 대표적인 적용 분야입니다. 자동차 제조사들은 대시보드 트림, 스위치 베젤, 통풍구, 장착 브래킷, 클립 및 맞춤형 실내 부품 제작에 산업용 3D 프린팅을 활용합니다.
PolyJet™ 기술은 매끄러운 표면, 사실적인 질감, 그리고 매우 정밀한 프로토타입을 제작할 수 있어 실내 콘셉트 모델링 및 설계 검토에 널리 사용됩니다.
예를 들어, Italdesign은 Stratasys J750™을 사용하여 중앙 콘솔, 에어컨 디퓨저, 도어 인레이 등 자사의 DaVinci 컨셉트카용 대리석 효과 인테리어 부품을 제작했습니다. 이 회사는 PolyJet™ 기술을 활용하여, 기존 방식으로는 달성하기 어려웠을 매우 사실적인 질감과 마감 처리를 촉박한 개발 일정 내에 구현해 냈습니다.
자동차 외장 부품은 외관과 내구성의 균형을 맞춰야 합니다. 제조업체들은 적층 제조 기술을 활용하여 미러 하우징, 트림 부품, 조명 베젤, 덕트 및 공기역학적 부품을 생산합니다.
FDM®용 ASA와 같은 소재는 자외선 저항성과 내후성이 뛰어나 외부 환경 및 소량 생산 용도에 적합하기 때문에 널리 사용됩니다.
적층 제조는 또한 특수 차량, 모터스포츠 프로그램 및 소량 생산 용도를 위한 맞춤형 자동차 부품 제작에도 활용됩니다.
자동차 엔진룸 내 응용 분야에는 열, 진동 및 기계적 응력을 견딜 수 있는 소재가 필요합니다. 엔지니어들은 적층 제조 기술을 활용하여 기능성 시제품, 브라켓, 덕트, 하우징, 유체 이송 시스템은 물론, 특수 자동차 응용 분야를 위한 양산용 부품을 제작합니다.
FDM® 기술은 기능 테스트 및 제조 환경에 최적화된 엔지니어링 등급 열가소성 플라스틱을 통해 이러한 응용 분야를 지원합니다.
이 부품들은 거의 3년에 걸친 설계 및 개발의 결과물이며, NASCAR 넥스트 제너레이션(Next Gen) 차량은 출시 전 37,000마일 이상의 테스트를 완료했습니다. 그 결과로 탄생한 전면 유리 환기 어셈블리는 NASCAR 컵 시리즈(NASCAR Cup Series) 전체 차량에 사용된 최초의 3D 프린팅 양산 부품이 되었습니다.
적층 제조의 가장 큰 장점 중 하나는 구하기 어렵거나 단종된 교체 부품을 재생산할 수 있다는 점입니다. 제조업체는 수년 동안 실제 재고를 보관하는 대신 디지털 부품 파일을 보관하고 필요에 따라 부품을 생산할 수 있습니다.
이는 특히 원본 금형이나 공급업체가 더 이상 존재하지 않을 수 있는 클래식 차량, 특수 프로젝트, 소량 자동차 생산 분야에서 매우 유용합니다.
예를 들어, Stratasys Direct Manufacturing은 PolyJet™ 기술을 활용해 단종된 라디에이터 부품을 재현함으로써 1930년식 Sampson Special 레이싱카의 복원을 지원했습니다. 이를 통해 기존의 금형 제작 방식에 의존하지 않고도 교체 부품을 정확하게 재생산할 수 있었습니다.
3D 프린팅 자동차 공구에는 생산 과정에서 차량 부품을 제작, 조립, 검사 및 취급하는 데 사용되는 공구가 포함됩니다. 여기에는 적층 제조 기술을 통해 제작된 지그, 고정구, 금형, 로봇 공구 및 검사 보조 장비가 포함됩니다.
자동차 제조업체들은 조립 라인, 검사 스테이션, 도장 공정 및 자동화 제조 시스템 전반에 걸쳐 적층 제조 공구를 활용합니다. 기존의 기계 가공 공구에 비해 이러한 공구는 수정이 용이하고, 생산 속도가 빠르며, 소량 생산 및 변화하는 제조 요구 사항에 더 적합합니다.
자동차 부품 및 금형을 3D 프린팅으로 제작하면 고가의 금형을 없애고, 리드 타임을 단축하며, 주문형 생산을 가능하게 함으로써 상당한 이점을 제공합니다. 이 기술을 통해 제조업체는 설계를 신속하게 반복 개선하고, 고비용의 금형 교체 없이 맞춤형 부품을 생산하며, 방대한 물리적 재고를 보유하는 대신 교체용 부품을 디지털 방식으로 보관할 수 있습니다.
또한 자동차 제조업체들은 적층 제조 기술을 활용하여 생산 유연성을 높이고, 엔지니어링 변경 사항에 더 신속하게 대응하며, 긴 외부 공급망에 대한 의존도를 낮추고 있습니다.
자동차 분야의 다양한 용도에는 강도, 내열성, 내구성, 유연성 및 표면 마감의 서로 다른 조합이 요구됩니다. 소재 선택은 부품이 사용될 위치와 견뎌내야 할 조건에 따라 달라집니다.
ASA™는 자외선에 강한 열가소성 수지로, 주로 외부 트림, 하우징, 그리고 날씨와 햇빛에 노출되는 소량 생산 부품에 사용됩니다.
강도와 치수 안정성이 요구되는 기능성 시제품, 제조 보조 도구 및 양산 부품에 사용되는 내구성이 뛰어난 엔지니어링 열가소성 수지입니다. ABS-M30™은 기능성 부품, 하우징 및 공장 현장 공구에 향상된 강도와 내충격성을 제공합니다. ABS-CF10™은 탄소 섬유 보강재를 추가하여 강성을 높였으므로 경량 브래킷, 공구 및 구조용 부품에 적합합니다.
SAF™ PA12 및 SAF™ High Yield PA11과 같은 나일론 소재는 인성, 내마모성, 경량 성능이 탁월하게 조화를 이루며, 내구성과 반복성이 중요한 기능성 부품, 생산용 공구, 덕트, 클립, 브래킷 및 로봇 공구에 이상적입니다.
폴리프로필렌은 내화학성, 유연성 및 내구성이 요구되는 자동차 응용 분야를 지원합니다. 이 소재는 유체와 접촉하는 부품, 커버, 그리고 반복적인 움직임이나 내충격성이 중요한 기능성 시제품에 일반적으로 사용됩니다.
PolyJet™용 ToughONE™ 및 P3™ DLP용 Dura56™과 같은 광경화성 수지는 매끄러운 표면 마감, 정밀한 디테일 표현, 뛰어난 치수 정확도를 갖추고 있어, 실내 부품, 컨셉 모델, 피팅 점검 부품 및 생산 보조 도구 제작에 유용합니다.
자동차 금형 소재는 반복적인 사용, 온도 변화, 그리고 까다로운 생산 현장 환경을 견뎌내야 합니다. 금형의 용도에 따라 강도, 강성, 내열성 및 내구성의 적절한 조합이 요구됩니다.
탄소섬유 강화 소재는 경량성과 높은 강성을 겸비하고 있어 자동차 금형 용도에 매우 적합합니다. 제조업체들은 경량 강도와 반복 정밀도가 중요한 지그, 고정구, 로봇 팔 끝단 공구 등에 FDM® 나일론 12CF와 같은 소재를 일반적으로 사용합니다.
ULTEM™ 1010 수지와 같은 소재는 뛰어난 내열성, 내화학성 및 치수 안정성을 제공하여, 공구가 반복적인 생산 과정에서 정확성을 유지할 수 있도록 돕습니다. 이러한 소재는 일반적으로 자동차 제조 보조 도구, 복합재 공구 및 공장 현장에서 고온에 노출되는 용도에 사용됩니다.
FDM® 열가소성 수지는 내구성이 뛰어난 제조 고정구, 드릴 가이드, 검사 보조 도구 및 조립 공구에 널리 사용됩니다. ASA™와 같은 소재는 정기적인 취급과 변화하는 작업 현장 조건에 노출되는 내구성 있는 고정구 및 공구에 일반적으로 사용됩니다.
고온 폴리머는 열성형 금형, 복합재 적층 공구, 그리고 내열성이 필수적인 성형 용도에 사용됩니다. 이 소재들은 공구 제작 시간을 단축하고 신속한 소량 생산을 지원합니다.
스트라타시스(Stratasys)의 기술은 설계 검증 및 시제품 부품부터 맞춤형 금형, 소량 생산 부품, 그리고 스트라타시스 다이렉트 매뉴팩처링(Stratasys Direct Manufacturing)을 통한 PPAP 지원 제조에 이르기까지 자동차 개발 및 생산의 다양한 단계를 지원합니다.
FDM® 기술은 기능성 시제품, 양산 금형 및 내구성이 뛰어난 양산 부품에 널리 사용됩니다. 이 기술의 엔지니어링 등급 열가소성 플라스틱은 강도, 치수 안정성 및 신뢰할 수 있는 현장 성능이 요구되는 자동차 응용 분야를 지원합니다. 제조업체들은 일반적으로 지그, 고정구, 로봇 팔 끝단 공구 및 소량 생산 부품에 FDM®을 사용합니다.
스테레오리소그래피(SLA)는 매끄러운 표면과 높은 치수 정밀도가 요구되는 정밀한 시제품 부품, 공기역학 모델 및 금형 패턴 제작에 사용됩니다.
자동차 제조업체들은 차량 개발 과정에서 당사의 Neo® 시스템을 활용하여 더 빠른 테스트와 설계 반복 작업을 지원합니다.
PolyJet™ 기술은 매끄러운 표면, 정교한 디테일, 사실적인 질감을 갖춘 매우 정밀한 시제품을 제작합니다. 자동차 설계 팀은 외관과 정확도가 중요한 인테리어 컨셉, 피팅 및 마감 검토, 인체공학 연구, 설계 검증에 PolyJet™을 활용합니다.
SAF™ 기술은 폴리머 생산 부품을 대량으로 반복 생산할 수 있도록 지원합니다. 이 기술은 일관성, 처리량 및 부품 재현성이 중요한 제조 환경을 위해 설계되어 소량 생산 및 브리지 제조 용도에 적합합니다.
사출 성형 수준의 품질을 갖춘 소량 생산 부품용 P3™ 기술P3™ 기술은 뛰어난 표면 품질과 정밀한 디테일을 갖춘 고정밀 부품을 지원합니다. 자동차 제조업체들은 기존 금형 제작에 따르는 비용과 리드 타임을 절감하면서도 사출 성형과 유사한 품질이 필요한 프로토타입, 금형, 소량 생산 부품 제작에 P3™를 활용합니다.
3D 프린팅 자동차 부품은 적층 제조(DfAM)에 최적화된 CAD 소프트웨어를 사용하여 설계되며, 이를 통해 복잡하고 경량화된 형상을 구현할 수 있습니다. 부품은 신속한 반복 설계를 위해 사내 생산을 통해 조달하거나, 특수 소재가 필요한 경우에는 주문형 서비스 업체를 통해 조달합니다. 안전성과 일관성을 보장하기 위해 부품은 생산 부품 승인 절차(PPAP)를 거쳐 엄격한 자동차 엔지니어링 표준을 충족하는지 검증받습니다.
적층 제조를 위한 설계(DfAM)를 통해 엔지니어들은 기존의 기계 가공이나 성형 방식이 아닌, 적층 제조에 특화된 부품을 설계할 수 있습니다.
이를 통해 중량을 줄이고, 여러 부품을 하나의 구성품으로 통합하며, 기존 방식으로는 제조하기 어려웠던 더 복잡한 형상을 쉽게 구현할 수 있습니다.
GrabCAD Print™와 같은 소프트웨어는 엔지니어링 팀이 적층 제조 워크플로를 준비, 관리 및 모니터링하는 데 도움을 줍니다.
이 소프트웨어는 프린트 설정을 간소화하고, 서로 다른 프린터, 팀 및 생산 환경 전반에 걸쳐 재현성을 지원합니다.
일부 자동차 제조업체는 더 빠른 반복 작업과 생산 유연성을 위해 사내에서 툴링과 부품을 생산하는 반면, 다른 업체들은 특수 소재, PPAP 지원, 브릿지 제조 및 추가 생산 능력을 위해 Stratasys Direct Manufacturing과 같은 서비스를 이용합니다.
많은 조직은 용도, 생산 일정 및 제조 요구 사항에 따라 두 가지 방식을 조합하여 사용합니다.
생산 부품 승인 절차(PPAP) 워크플로는 자동차 생산 부품이 필요한 엔지니어링 및 제조 표준을 충족하는지 검증하는 데 도움이 됩니다.
적층 제조가 자동차 생산 환경에 더욱 깊이 도입됨에 따라, PPAP 지원 워크플로는 제조업체가 일관성, 추적성 및 생산 품질을 유지하는 데 도움을 줍니다.
