자동차 산업 발전과 함께, 배기 가스 등 환경에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요소에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 지속 가능성이 이슈가 되면서, 자동차 기업또한 친환경 소재를 사용한 제품  생산과 자재의 경량화를 추진하고 있다. 자동차의 무게가 줄어들면 연비가 높아져, 기업들이 전 세계 규제 기관에서 정한 엄격한 탄소 배출 목표를 손쉽게 달성할 수 있을 뿐 아니라, 차량의 속도와 주행 역학도 현저하게 개선된다.

하지만, 맥킨지McKinsey의 보고서에 따르면  엔진 효율 대책과 자재 경량화 노력만으로는 2025년 유럽의 이산화탄소 (CO₂) 배출 감축 목표를 달성하지 못할 것으로 전망된다. 이 보고서에 따르면,  OEM 업체들이 전기 자동차에 주력하면서 시스템 무게와 비용 (예: 대용량 배터리, 제동 및 댐핑 시스템에 따른 비용)이 증가하게 된다. 이 과정에서 전화 (electrification) 뿐 아니라 이산화탄소 배출이 가장 적은 ICE (내연 기관)를 위한 추가적인 시스템으로 발생하는 영향을 줄이기 위해서도 경량화가 필요하다.

자동차 자재의 미래
현재 자동차 산업에서 가장 널리 사용되는 자재는 강철과 강철의 합금이다. 자동차연구센터 (Center for Automotive Research)의 2017년 보고서에 따르면 연강, 고강도저합금강 (HSLA) 및 고강도강 (HSS)이 마감 처리된 차체의 50%-60% 정도를 차지하지만, 이러한 비율은 빠르게 바뀌고 있다. 2010년에는 연강, HSLA 및 HSS가 90%에 육박했던 것에 반해, 2030년에는 30%에 머물 것으로 전망된다.

가볍고 견고한 붕소/마텐자이트, 알루미늄, 마그네슘 및 강화 플라스틱/복합물을 포함한 자재가 업계에서 광범위하게 사용되고 있다. 탄소 섬유도 무게와 설계 유연성 측면에서 많은 장점이 있어, 앞으로 더 널리 사용될 전망이다. 하지만 현재 일반 강철보다 약 5-6배 비싼 가격 문제 때문에, 단기적으로  고급 차량 시장에서 주로 사용될 것으로 예상된다. 향후 가격이 낮아지면, 보다 더 대중적으로 사용될 수 있을 것으로 보인다. 맥킨지는 탄소섬유를 생산하는 저렴한 전구물질 개발과 사이클 타임의 현저한 절감으로 인한 예비 및 부품 성형에 대한 처리 비용이 약 60-80% 절감되면 크게 비용이 줄 것으로 내다보고 있다.

신소재 채택 시의 몇 가지 문제점
하지만 자동차 부품 신소재 채택 및 경량 자재의 사용과 관련한 몇 가지 문제가 있다. 예컨데, 혼합 자재 결합은 녹는점 차이로 인해 더 문제가 발생할 수 있다. 작업자는 새로운 공정과 자재를 효율적으로 다루기 위해 재교육을 받아야 한다. 이 경우 비용이 가장 큰 문제이지만,  유통망 또한 고려되어야 한다. 다수의 공급업체를 통해 자재 가용성을 보장하는 일이 생산 수준을 유지하는 데 있어 핵심적이며 사이클 타임이 대량 생산 라인 속도에도 맞아야 한다.

자동차 부품은 유통망 뿐 제품 수명 주기 전반에서 추적 가능해야 할 뿐 아니라, 다양한 부품이 완성차에 결합되어 하기 때문에, 이러한 목적에 적합한 연속식 잉크젯 프린터(CIJ)와 레이저 마킹기가 통상적으로 사용된다. 연속식 잉크젯 프린터는 유용한 인쇄 솔루션인 경우가 많지만 몇몇 제한 사항도 있다. 예를 들어 상당히 어렵긴 하지만 인쇄된 코드가 지워질 수 있다. 재질을 손상시키지 않고, 가독성이 우수하면서도 견고하고 영구적인 인쇄는 생산업체가 경량화 자재의 인쇄 및 마킹 시에 해결해야 하는 과제 중 하나다.

예를 들어 에어백 시스템, 연료 펌프, 자동 엔진 제어 및 앤티록식 브레이크에 널리 사용되는 연성 회로 기판 (FPC) 기반 자재와 같은 많은 플라스틱과 특수 중합체는 열처리 시 많은 열이 발생, 적외선 레이저 마킹기로 인쇄하기 힘들다. 빔이 자재 표면에 집중되고 표면을 가열하여 상당한 양의 표면을 증발시키는 "열처리" 과정을 통해 경량화를 이룰 수 있다. 플라스틱, 중합체 및 탄소섬유 강화 자재의 경우 ‘냉간 처리(cold processing)’ 방법을 사용하는 시스템(예: 자외선(UV) 레이저)을 사용해야 하는 경우가 많다. UV 레이서는 고에너지 UV 광자를 사용하여 표면에서 분자를 분리할 때 고열이 발생하지 않는다. 탄소 섬유가 대세로 떠오르면 UV 레이저 사용도 확대될 것으로 예상된다.

자동차 부품 마킹의 과거와 현재이자 미래인 레이저 기반 기술
레이저 마킹기는 선명하고 영구적인 마킹 외에도 다양한 이유로 오랜 시간 동안 자동차 제조 부문에서 사용되고 있다. 레이저 마킹기는 고속 처리 환경(최대 49피트/초 속도)에서 긴 가동 시간과 수명(레이저 튜브의 예상 작동 수명은 45,000시간 이상), 유지 보수의 최소화, 소모품의 불필요 등 여러 장점을 갖추고 있다. 이로 인해  예상치 못한 조업 중단이 눈에 띄게 감소하며, 일반적인 생산 과정에서 개입이 거의 필요하지 않다. 설치와 설정이 간단하고 직관적인 제어로 교체 또한 쉽고 빠르고 효율적으로 진행할 수 있다.

특정 경량 부품에 적합한 시스템은 초기에 결정되어야 하기 때문에, 다양한 옵션을 갖춘 전문 공급업체와 협력하는 것이 좋다. 레이저 시스템을 통한 효율적인 인쇄를 위해서는 다양한 변수를 정확히 평가해야 한다. 또, 화이버, 이산화탄소, UV 등으로  재질을 광범위하게 테스트한 후, 사용할 기술을 정하고 라인 속도와 선명하고 명확한 인쇄를 얻는 데 필요한 정확한 파장을 결정해야 한다. 이를 기반으로 시스템을 결정한 후 마킹기 설치를 마치면, 자동차 생산업체는 인쇄 및 마킹 작업의 효율적인 처리는 레이저 기술에 맡기고 더 가볍고 효율적인 차량을 생산하는 본업에 집중할 수 있을 것이다.

비디오젯 테크놀로지 (VideojetTechnologies)소개:

제품 표시 산업의 Videojet Technologies는 제품에 인라인인쇄, 코딩 및 마킹을 비롯하여 적용 분야별 잉크, 제품품질관리 서비스 등을 제공한다. Videojet의 목표는 CPG(소비재), 제약 및 산업 용품 등의 분야에서 고객과의 제휴를 통해 고객의 생산성을 높여 브랜드 보호 및 성장에 기여하고, 더불어 산업 동향 및 규정에서 한발 앞서도록 돕고 있다. 연속식잉크젯 프린터(CIJ), 고해상도 잉크젯 프린터(TIJ), 레이저마킹, 열전사 프린터(TTO), 박스 인쇄 및 라벨 인쇄및 다양한 인쇄 영역 부문에서는 고객 적용 분야 전문 지식과 기술 리더십은 통해 Videojet은 전세계에 설치된 325,000대가 넘는 프린터를 보유하고 있다. 고객은 Videojet 제품을 사용하여 매일 100억 개가 넘는 제품에 인쇄를하고 있다. 전 세계 26여 개국에서 3천여 명의 직원 및 현지 법인을 통해 판매, 서비스 및 교육 지원등을 제공하고 있다. 또한 135개국의 400개 이상의 대리점과 OEM 업체가 Videojet의 유통망을 구축하고 있다.

글 / 비디오젯 테크놀로지 빅터 푸자코프 (Viktor Puzakov) 글로벌 마케팅 담당자