2014년 9월 16일에 영국 로컬 모터스사는 세계 최초의 3D 프린터로 제작한 자동차를 선보였다. 이 자동차는 200명의 디자이너가 공유 협력하여 모델링을 하였으며 제작 44시간 포함 완성하는데, 7일이 소요되었다. 소재는 탄소섬유와 ABS혼합 소재를 사용하였다. 무엇보다도 보통의 자동차가 2만개의 부품을 사용하지만 이 자동차는 부품수가 40개로서 획기적으로 그 수를 줄일 수 있었다.

3D 프린터는 초창기부터 자동차 산업에서 요긴하게 쓰여 왔다. 자동차 산업에 20% 이상을 차지하며 다양한 방법으로 사용해왔다. 사용 분야는 주로 디자인 검증, 조립성 검증, 형상 점검, 기능성 테스트. Pilot Car, Concept Car, 쾌속금형, Jig & Fixture(공작도구 위치 유도 기구), End Part 등 이다.

자동차 산업에 쓰이는 주요 3D 프린터의 종류

3D 프린터는 그 기술과 방식에 따라 여러 가지로 나뉜다. 하지만 자동차 산업에서 주로 사용되는 방식은 FDM(Fused Deposition Modeling), SLA(Stereo ithography Apparatus), SLS(Selective Laser Sintering), CJP(Color Jet Printing), DMLS(Direct Metal Laser Sintering)가 주를 이룬다.

FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 필라멘트라는 가느다란 실 형태의 플라스틱 소재를 녹여서 쌓는 방식을 가리킨다. 가장 간단한 구조에 저렴해서 널리 쓰이고 있다. 세계 최초로 3D 프린터로 제작한 자동차인 스트라티(Strati)도 이 방식을 사용한 것이다.

SLA(Stereo Lithography Apparatus)방식은 세계 최초의 3D 프린터 방식이다. 특수한 빛에 노출 되면 굳는 성질을 가진 광경화성 액체 수지에 레이저로 특수한 빛을 조사하면 그 부분이 굳어짐으로써 한 층씩 쌓아가면서 형상을 만드는 방식이다. 가장 정밀도가 높으며, 자동차 분야에서는 램프글라스나, 작고 정교한 부품에 주로 사용된다.

SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 특수한 플라스틱가루에 고온의 레이저를 조사하여 녹여 형상을 만드는 방식이다. 열에 의한 변형이 거의 없어서 대형 플라스틱 사출물의 형상이나 조립성 테스트에 많이 사용된다. 자동차 분야에서는 특장차나 상용차의 인테리어(도어 패널, 센터페시아 등)의 형상, 조립성 테스트에 사용한다.

CJP(Color Jet Printing)는 SLS처럼 가루형태를 소재로 사용하지만 레이저 대신에 바인더라고 하는 접착제를 뿌려서 적층하도록 해서 형상을 만든다. 이때, 바인더에 컬러 잉크를 섞어서 뿌리기 때문에 다양한 색상의 표현이 가능하다. 자동차 분야에서는 형상 검토에 쓰인다.

DMLS(Direct Metal Laser Sintering)방식은 금속 프린터로서 알루미늄이나 티타늄 합금 가루를 고온의 레이저로 녹여 적층하는 방식이다. 주로 의료, 항공우주, 특수 기계에 사용되며, 자동차 분야에서는 각종 부품과 엔진의 개발에 사용된다.

자동차 산업과 3D 프린팅 기술의 미래

3D 프린팅 기술은 소품종 대량 생산보다는 다품종 소량생산에 좀 더 적합한 제조 방식이다. 자동차 산업은 대표적은 소품종 대량생산 분야였으나 점점 다품종 소량생산으로 전환되어 가고 있다. 아우디사의 경우에서도 볼 수 있듯이 A1에서 A8까지 기본 차종에 R과 S, 쿠페까지 포함하면 매우 많은 차종을 생산하고 있는 것을 알 수 있다. 여기에 전기차까지 가세하면 차종은 더욱 늘어날 전망이다. 이는 아우디사만의 경우가 아니라 BMW와 벤츠도 차종을 늘리고 있는 상황이다. 이러한 상황이 가능한 것은 3D 프린팅 기술이 점점 발전하고 있는 것과 무관하지 않다.

또 하나 3D 프린팅 기술에서 주목할 것은 기존의 제거 제조법에서 오랜 시간과 비용이 드는 형상이 3D 프린팅에서는 오히려 반대로 시간과 비용이 적게 드는 형상이라는 것이다. 자동차의 성능을 끌어 올리기 위해서 무게를 낮춰야 하고 이를 위해서는 부품에 많은 부분을 덜어내야 하는데, 기존의 NC가공 같은 경우는 오랜 시간 가공해야 하지만 3D 프린팅에서는 이 비워진 부분들에 시간과 재료가 들지 않아서 오히려 더 빠른 시간에 생산할 수 있다. 이러한 또 다른 측면은 자동차 산업에서 반가운 일이며 따라서 자동차 산업에 3D프린팅 기술의 활용과 도입은 더욱 늘어날 것이다. 

글 / 구상권 (구디자인)
출처 / 오토저널 15년 2월호 (http://www.ksae.org)