3D프린터가 세상에 나온 이후 여러 분야에서 활발히 사용되고 있다. 3D프린터의 많은 장점 중에서 설계 의도대로 빠르게 제품을 제작해볼 수 있다는 부분은 수많은 검토와 변경이 이루어지는 개발단계에 있어서 강력한 장점이다.

3D프린터를 개발단계에 실제로 사용하고 있는 현대모비스의 경우를 살펴보자.

현대모비스와 3D프린터

1977년 현대정공으로 시작하여 2000년 현재의 사명을 변경하여 현재에 이르는 현대모비스는 샤시, 운전석 등의 모듈 및 램프/조향/제동/전장(멀티/메카) 등의 부품과 친환경부품을 개발하여 대응하고 있다.

모비스 장비 제작방식

현대모비스에서의 3D프린터 활용은 2002년 연구개발본부에서 개발단계의 디자인 실물검증용 3D프린터 도입을 시작으로, 현재 디자인 검증과 성능평가, 조립성 검증, 조립라인 지그제작까지 다양한 특성의 장비를 개발부품 제작에 사용하고 있다.

자동차부품 개발단계의 3D프린터 활용

현대모비스에서는 3D프린터라는 명칭보다 RP(RAPID PROTOTYPING)란 이름으로 더 널리 쓰이는데, 이는 3D프린터의 주요 특징인 빠른 제작 속도와 더불어 다종, 소량 생산이 가능하다는 장점이 개발단계에 적합함을 잘 드러내는 것이기도 하다.

“선행 – 설계 – 개발 – 양산”의 자동차 부품개발 각 단계에 있어서 최적화된 제품을 위하여 수많은 평가와 개선이 필요한데, 이 모든 것이 과거에는 양산되는 제품과 비슷한 공정인 금형공법을 거쳐서 제작되었다. 이는 많은 비용과 시간의 소모를 필요로 하였으며 발생되는 여러 품질문제의 개선활동을 어렵게 하는 부분이기도 하였다.

ALL도 선행검증

하지만, 설계 의도를 가장 정확한 형태로 신속하게 제작이 가능한 3D프린터는 카티아와 같은 3차원 설계툴과 함께 부품 개발단계에 있어 획기적인 시간과 비용의 절감이 가능하도록 하였다. 일례로 운전석 모듈의 공조관련 부품은 성에와 서리제거 및 내부 공기순환을 책임지는 부분으로 바람 방향을 제어하는 날개부분의 두께와 각도가 단 몇 밀리미터만 두꺼워지거나 각도가 변해도 풍량과 풍향이 달라지기 때문에 기존 유체해석만으로는 알 수 없는 부분이다.

또한, 차량과 엔진의 진동으로 발생하는 부품 간 소음은 실제 시험평가로만 알 수 있어서 반드시 실제로 평가용 제품을 제작해서 시험해야 한다. 이러한 공조부분 평가를 위하여 과거와는 달리 제품을 3D프린터로 제작하자 비용과 시간부분에서 80%나 절감되는 결과를 얻을 수 있었다.

그밖에도 도면만으로는 알 수 없는 실물의 디자인과 제품의 조립성, 조립 후 부품 간 간격과 들뜸현상, 성능시험 결과를 반영한 개선품 제작 등이 기존과 비교할 수 없이 쉬워졌으며 신속한 개선반영이 가능하게 되었다. 또한 측정과 조립에 필요한 지그의 3D프린터 직접제작으로 정식 지그제작 전까지 발생할 수 있는 조립관련 품질문제를 막고, 생산성 향상을 얻을 수 있었다.

다만, 이 모든 장점에도 불구하고 3D프린터 제품이 실제 생산되는 차량에 적용되는 데는 다소 시간이 걸릴 듯하다.

전산 해석 결과

이는 자동차가 단순히 편의성만을 위한 소품이 아니라 사용하는 사람의 안전과도 연관되어 있기 때문으로, 실제 양산되는 제품의 재질과 특성을 3D프린터가 완벽하게 반영할 수 없는 한은 개발단계에서 적용되고 평가된 모든 부품이 실제 양산되는 공법이 적용된 제품으로 재평가가 되어야 하는 이유이다.

또한 전문화된 장비의 대량생산이 일반화된 자동차분야에서 다종, 소량 생산에 적합한 3D프린터 방식은 가성비 부분에서 경쟁력이 부족하기 때문이기도 하다.

자동차부품 개발과 3D프린터의 미래

자동차 부품개발에 있어서 3D프린터는 시간과 비용이 제한적인 개발단계에 아주 적합한 도구이다. 제작 시 형상구현에 제한이 없고, 제작속도가 빠른 장점은 몇 번을 강조해도 부족함이 없다.

더구나 매년 양산품에 가까운 새로운 재료와 생산성을 높이고 제작비를 낮춘 새로운 장비가 시장에 출시되고 있어서 그 미래는 더욱 밝다.

개발품 실물검증

현대모비스는 발전되는 자동차 부품개발에 대응하고 품질개선 및 원가절감을 위하여 기존 대응중인 연구개발부분 외에도 양산라인 툴링 지원, 벤치마킹용 개발품 비교 같은 새로운 업무와 그에 알맞은 재료를 지속적으로 탐색하고 있으며 앞으로도 3D프린터를 활용한 개발은 늘어날 예정이다. 지금 이 순간에도 현대모비스 연구개발본부의 3D프린터는 쉼 없이 돌아가고 있다.

박수용

현대모비스 시작개발팀 팀장