- 대량 양산에는 불리하나 수많은 장점으로 자동차부품·완성차 제조 시 활용도 증가 -

- 기존 자동차와 달리 소비자 취향대로 제조 가능 -

 

 

□ 3D 프린팅과 자동차 산업 개요

 

  ㅇ 3D 프린팅 기술이란?

    - 1986년 미국의 엔지니어 척 헐(Chuck Hull)이 처음 개발한 기술. 컴퓨터 디자인 캐드 프로그램으로 3차원 물건을 설계한 후 손으로 만질 수 있는 실물을 만드는 것

 

3D 프린팅 기술로 제조된 자동차부품

자료원: 3D Printer World

 

    - 현 시점에서는 액체나 분말 원료를 분사해 극도로 얇은 막을 쌓아 올리는 적층방식(Additive Manufacturing)이 가장 널리 활용됨.

 

  ㅇ 3D 프린터와 자동차 산업의 접목 

    - 최근 수년간 완성차 제조기업과 자동차부품 제조기업에 의해 3D 프린팅 기술을 자동차 산업에 적용하려는 노력이 지속되고 있으며, 현재는 주로 소형 자동차 개발 프로젝트와 실린더 헤드, 연료 주입구, 배기용 매니폴드 등 다양한 자동차부품 프로토타입 제조에 활용되고 있음.

    - (부품 수 감소) 수만 개의 자동차부품이 제조 및 조립돼야 하는 기존 방식과 달리 3D 프린터는 제조방식 상 부품의 가공 자유도가 매우 높기 때문에 자동차 제조 시 매우 적은 수의 부품만으로 생산이 가능하다는 장점이 있음. 이는 제작공정 감소 및 생산원가 절감에 상당한 도움이 됨. 

    - (복잡한 디자인도 가능) 첨단 디지털 기술로 3차원 물체를 설계 후 바로 3D 프린터로 전송해 적층방식으로 제조 가능하기 때문에 기존 공법으로 제조가 어려운 복잡한 디자인(예: 공 속의 공 등)도 가능하며 부품 제조를 위한 금형도 제작할 필요가 없음. 

    - (자동차 경량화 및 연비 개선에 도움) 3D 프린팅 기술을 활용 시 부품을 서로 결합하기 위한 볼트, 너트 등의 필요가 상당 수 사라짐. 자동차 산업 내에서 연비 절감을 위해 필수적으로 추진되는 경량화에도 큰 기여를 할 것으로 기대됨.  

    - (적용 범위 확대) 개발 초기에는 주로 플라스틱을 재료로 사용했으나 최근에는 금속, 고무, 식품 등으로 확대되는 등 적용 범위가 크게 넓어지는 상황이고, 업계 최고의 전문성을 자랑하는 SmarTech Publishing에 따르면 2021년까지 자동차 산업에 활용되는 3D 프린팅 산업의 규모가 약 5억3000만 달러에 도달할 것으로 예측됨.

 

□ 기업별 3D 프린팅 기술 활용 현황

 

  ㅇ (메르세데스 벤츠) 트럭 예비 부품인 Thermostat Cover(자동차 온도변화 감지장치 커버) 제조에 3D 프린터 활용

    - 메르세데스 벤츠는 2016년 9월 이래, 해당 회사 트럭용 예비 부품 중 금속 재질의 알루미늄 실리콘 파우더를 원료로 한 Thermostat Cover 품목의 제조에 업계 최초로 금속 3D 프린팅 기술을 활용하고 있음.

 

벤츠의 3D 프린팅 기술로 제조된 Thermostat Cover 부품

자료원: Autofocus

 

    - 기존 3D 프린팅은 기술적 한계로 인해 변형이 쉬운 플라스틱 소재를 주로 활용해 왔으나, 관련 기술 발달로 벤츠의 사례와 같이 금속 3D 프린팅의 활용도 가능해졌음. 해당 부품은 기존 방식으로 제조한 부품과 동일한 품질 인증 절차를 통과해 우수한 품질을 증명하는데 성공함. 

    - 또한 3D 프린터의 활용을 통해 필요한 시점에 필요한 수량만의 부품만을 맞춤 제조할 수 있어, 기존 제조 방식에서 생기는 여분의 부품 처리 문제를 해결할 수 있을 것으로 전망되고 있음.

 

  ㅇ (아우디)  EOS e-Manufacturing Solutions 사와 협력체계 구축 

    - 아우디 사 또한 메르세데스 벤츠와 유사하게 3D 프린터를 해당 회사의 자동차 금속부품 중 Tools, Inserts for Die Casting 등을 제조하는 데 적극 활용하는 것으로 파악됐음.

아우디 자동차 Tools, Inserts 제조에 활용되는 3D 프린팅 머신

 

자료원: AUDI AG

 

    - 2017년 초부터 3D 프린팅 관련 고급 기술을 보유한 EOS e-Manufacturing Solutions 사와의 협력 관계를 통해 머리카락보다 얇은 금속 파우더(알루미늄 또는 철강 재질)를 원료로 해 3D 프린팅 부품 제조에 나서고 있음. 

    - 아우디 사는 부품 제조 시 디자인 면에서 훨씬 융통성과 자유도가 높은 3D 프린터의 적극적인 활용을 통해 기존 제조방식보다 경량화된 부품 제조를 실현하고, 이를 통해 전반적인 원가 절감에 나서겠다는 계획임.

 

  ㅇ (혼다) 3D 프린터로 제조되는 전기자동차 

    - 일본의 주요 완성차 제조기업 혼다 자동차는 지난 2016년 CEATEC(Combined Exhibition of Advanced Technologies) 전시회에서 처음으로 3D 프린터를 활용해 제조한 전기자동차 콘셉트를 공개했음.

 

3D 프린터로 제조된 혼다 자동차의 전기차 콘셉트 'Micro Commuter'

자료원: Wikimedia Commons

 

    - 해당 모델의 이름은 'Micro Commuter'로 불리며, 혼다 자동차는 3D 프린팅 관련 고급 기술을 보유한 기업 Kabuku 사와의 합작으로 해당 모델을 개발한 것으로 알려짐. 자동차의 기본 토대가 되는 섀시(Chassis) 부분은 혼다 자동차 생산공장의 기존 방식으로 제조됐으나, 자동차 외장부품(Exterior Panel)은 모두 3D 프린터를 통해 제조·장착했음. 

    - Micro Commuter 모델은 1회 충전 시 약 80km의 주행거리를 보유하고 있으며, '작은 통근자'라는 의미의 모델명과 같이 도시 인근 거주 직장인의 출퇴근용으로 가치를 증명할 수 있을 것으로 분석됨.

 

  ㅇ (로컬 모터스) 3D 프린팅으로 제조한 자동차와 자율주행기능의 접목

 

3D 프린팅 기술로 첫 제조된 Local Motors사의 자동차 'Strati'

 

자료원: Wikipedia

 

    - 미 서남부 애리조나 주에 본사가 위치한 완성차 제조기업 로컬 모터스(Local Motors)사는 다른 자동차 기업과 달리 순수한 3D 프린팅 기술로만 자동차를 제조하고 있음. 2014년 3D 프린팅 기술로 제조한 첫 완성차 'Strati'를 출시함.

 

3D 프린터로 제조된 소형 전기버스 Olli

자료원: Flickr

  

    - 최근에는 미래 자동차산업의 트렌드로 불리는 자율주행기술을 접목해 2016년 소형 전기버스 'Olli'를 개발했고, 이를 대중에 공개 

    - 해당 회사는 공장에서 대량 양산된 자동차를 출시하는 경쟁 자동차 기업과 달리 전 세계 수많은 지역에 3D 프린터를 배치한 소규모의 제조시설들을 갖춰 소비자들의 취향에 맞는 자동차를 바로 제작한다는 이색적인 전략을 내세우고 있음. 실제로 자동차 1대에 들어가는 대부분의 부품을 이틀 안에 제조 가능

 

  ㅇ 자동차 산업 내 3D 프린팅 산업 개선점 

    - 현 시점에서 3D 프린터는 다품종 소량생산 혹은 프로토 타입 제조에 매우 강한 모습을 보이나 대량 양산에는 불리함. 이는 3D 프린터가 미세한 높이의 매질을 층층이 쌓아 올려 제품을 구현하는 방식이므로 상대적으로 제조에 시간이 오래 걸리기 때문임. 

    - 하지만 기존 3D 프린팅 방식 제조 대비 속도를 약 25~100배 증가시킬 수 있는 혁신적인 CLIP(Continuous Liquid Interface Production) 방식이 도입되면서 이러한 단점을 점차 극복하게 될 것

 

□ 전망 및 시사점

 

  ㅇ (금속 3D 프린팅 기술) 자동차의 대부분이 플라스틱 이외 강철·알루미늄과 같은  금속으로 이루어진 만큼 벤츠나 아우디의 사례에서 보듯 금속 성형이 가능한 3D 프린터 도입으로 자동차부품 제조산업에서 3D 프린터의 활용도는 급증할 것임.

 

  ㅇ (활용도 확대) 3D 프린팅 가능 소재 다변화로 적용가능한 자동차부품 범위가 확대, 특히 고열·고압을 견뎌야 하는 파워트레인, 서스펜션 까지 활용 영역 지속 확대

 

  ㅇ (맞춤형 제작) 3D 프린팅 기술을 활용해 자동차를 제조 시 기존 대량 양산된 자동차와 달리 구매자의 취향을 보다 적극적으로 반영할 수 있기 때문에 비록 대량 양산 면에서 불리하더라도 소비자 수요는 항상 존재할 것으로 예상

 

  ㅇ (미래 자동차 트렌드) 혼다나 로컬 모터스의 사례와 같이, 3D 프린팅으로 제조되는 대부분의 자동차들이 미래 자동차 트렌드로 지목되는 전기자동차 또는 자율주행자동차로서 개발되는 사례가 많은 것도 향후 3D 프린팅이 주요 자동차 트렌드로 동반 성장할 가능성이 높음.

 

 

자료원: IHS Automotive, Mercedes Benz, Hybridcars.com, Machinedesign.com, 3D Printer World, Wikipedia, Flickr, Wikimedia Commons, Audi AG, KOTRA 디트로이트 무역관 보유 자료 종합