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3D 프린터로 ‘맞춤 전기차’ 뚝딱
  • 작성자
    관리자
  • 등록일
    2014-09-25 16:34:46
    조회수
    1082

 

40개 부품 44시간만에…디자인서 완성까지 7일
내년 시판 차값 1800만~3000만원…시속 64㎞

완성된 3D 프린팅 전기차 ‘스트라티’. 사진은 로컬 모터스 제공

 

 

제조업에 혁명을 일으킬 만한 기술로 주목받고 있는 3D 프린팅 분야에서 진짜 ‘주목’할 만한 성과가 나왔다. 현대 자본주의 산업의 총아라 할 자동차를 지금과 같은 부품 조립 방식이 아닌 3D 프린팅 방식으로 인쇄하듯 일사천리로 간편하게 만들어낸 것. 3D 프린팅이란 분말로 된 재료를 층층이 쌓으면서 레이저, 전자빔 등을 이용해 녹인 뒤 굳히는 제조 방식을 말한다. 물론 3D 프린팅 자동차 제작이 이번이 처음은 아니다. 종전에도 어비(Urbee)를 비롯한 몇몇 발표 사례가 있었다. 그러나 로컬 모터스가 이번에 선보인 자동차는 외부 패널만이 아니라 기계장치 부분을 제외한 거의 모든 부분을 3D 프린터로 만든 데다, 시제품 차원이 아닌 실제 시판을 염두에 두고 개발됐다는 점에서 진정한 3D 프린팅 자동차를 구현했다는 평가를 받을 만하다.

 

 

 

 

화제의 업체는 미국 애리조나주 피닉스에 기반을 두고 있는 로컬 모터스(Local Motors). 이 회사는 지난 8~13일 시카고에서 열린 국제공작기계전시회(IMTS) 현장에서 신시내티 인코퍼레이티드(Cincinnati Incorporated), 오크리지국립연구소(Oak Ridge National Laboratory), 석유화학업체 사빅(Sabic)과의 협력을 통해 개발한 3D 프린팅 자동차 ‘스트라티’(Strati)를 직접 제작해 보였다. 오크리지연구소가 자동차 제작용 대형 3D 프린터를 설계하고, 신시내티가 이를 제작했으며, 프린터에 넣을 자동차 소재는 사빅이 개발했다. 스트라티의 제작 콘셉트는 2인승 전기 스포츠카이다.

 

 

차체를 프린트하고 있는 모습. 212개의 층을 쌓으면 차체가 완성된다.

 

 

기계장치 빼고 프린트된 차체 무게 200㎏…시험주행 성공

 

 

3D 프린팅 자동차의 가장 큰 특징은 제작공정이 매우 단순하다는 점이다. 일반적으로 자동차에 들어가는 부품 수는 약 2만개로 알려져 있다. 반면, 스트라티는 불과 40여개의 부품만으로 이뤄져 있다. 기계장치를 제외하고, 바디와 섀시는 물론 대시보드, 콘솔, 후드 등 차체의 주요 부분을 모두 한꺼번에 인쇄했기 때문이다. 전기 배선과 휠, 배터리, 서스펜션, 전기모터와 타이어, 시트, 창은 기존 방식으로 제조된 것을 공급받았다. 프린트된 차체의 무게는 450파운드(약 200㎏). 부품 수는 앞으로 갈수록 줄어들 것이다. 부품 수가 적다는 건 문제가 발생할 확률도 낮아지는 걸 뜻한다.

 

 

완성된 차체. 대시보드와 시트도 함께 만들어졌다.

 

 

이는 3D 프린팅 자동차 제작에 소요되는 투자비는 물론 그 이후 애프터 서비스 등에 소요되는 비용까지도 크게 줄여준다. 지금은 새로운 자동차를 만들려면 큰돈을 들여 새로운 금형을 제작해야 한다. 필요한 부품이 몇개인지에 따라 필요한 금형의 수도 달라진다. 자동차 객실을 만드는 데만도 외부 패널과 내부 패널, 대시보드 커버, 시트 등을 제작하는 데 많은 부품과 비용이 들어간다. 따라서 새 디자인의 자동차를 만드는 데 있어 초기투자비용을 줄이는 것, 부품 수를 줄이는 것, 이후 디자인이 바뀔 경우 추가로 들게 될 투자비를 줄이는 것은 자동차 업체들의 해묵은 숙제이다다. 이런 문제를 단번에 해결해주는 장비가 바로 3D프린터다.

 

 

프레임으로 비롯한 다양한 자동차 부품들.

 

 

두번째는 신속성이다. 2인승 스포츠카로 제작된 이 전기자동차를 인쇄하는 데 걸린 시간은 44시간. 물론 순수 조립과 도장에 들어가는 시간만 보면 첨단 자동화 장비를 갖춘 제조업체가 현재로선 빠르다. 하지만 새로운 차체 디자인을 만들고, 그에 맞는 여러가지 금형을 사전 제작하는 등 실제 제작공정에 들어가기 전에 소요되는 긴 기간을 고려하면 3D 프린팅 차량은 간편하면서도 신속하다. 로컬 모터스의 CEO인 존 로저스(John Rogers)는 마음만 먹으면 CAD 디자인에서 시제품 완성까지 1주일 안에 마칠 수도 있다고 말한다.

 

 

엔지니어 2명이 조립 작업을 하기에 앞서 차체를 살펴보고 있다.

 

 

일반 자동차업체들이 몇년에 걸쳐서 새 자동차를 내놓는 것에 비하면 터무니없이 짧은 기간이다. 로컬 모터스는 특히 새로운 자동차 개발에서 첫 단추를 꿰는 디자인 작업에 걸리는 시간과 비용을 ‘공유와 협력’이라는 모델을 통해 크게 단축했다. 이번 스트라티 모델도 로컬 모터스가 몇년 전부터 운영해온 온라인 커뮤니티를 통해 크라우드 소싱 방식으로 선정했다. 이번 공모에는 30개국 200여명의 프로 및 아마추어 디자이너들이 참가했다고 한다.

 

 

엔지니어 2명이 조립작업에 열중하고 있다.

 

 

스트라티의 제작과정은 3단계로 진행된다. 첫째는 차체를 프린트하는 것이다. 보통 3D 프린터가 인쇄할 수 있는 크기는 30센티미터 이내이지만, 자동차 제작에 사용한 3D 프린터 ‘BAAM’(Big Area Additive Manufacturing)은 최대 10피트(3미터) 길이의 물체까지 인쇄가 가능하다. 차체 인쇄가 끝난 다음엔 CNC 루팅기를 이용해 표면을 깎고 다듬는 절삭가공 작업이 진행된다. 마지막 3단계는 서스펜션 등 기계장치들을 조립하는 작업이다. IMTS 행사장에서 제작한 차의 경우 차체 인쇄에 44시간, 절삭가공에 하루, 조립에 이틀이 걸려 모두 5일이 소요됐다. 12일 저녁 자동차를 완성한 제작진은 9월13일 아침 시범주행까지 성공적으로 마쳤다.

 

 

마침내 완성된 3D 프린팅 전기차룰 가운데 두고 직원들이 기념촬영을 하고 있다.

 

 

최종적으로 1시간만에 프린트, 7백만원에 ‘나만의 자동차’

 

 

세번째는 소량 생산, 주문형 맞춤생산이 가능하다는 점이다. 이는 어떤 면에서는 자동차 초기산업시절의 모습과도 같다. 당시엔 맞춤옷을 만들 듯, 고객 주문에 따라 각각의 차체를 설계하고 제작했기 때문이다. 당시 그런 수공업적 자동차들이 부유한 고객들만을 위한 것이었던 반면, 오크리지가 개발한 3D 프린터는 그런 특별한 주문형 자동차를 일반 자동차와 비슷한 비용으로 만들어낸다. 로컬 모터스는 2015년 상반기에 스트라티를 시장에 내놓을 계획인데, 현재 한 대당 판매가격을 1만8000~3만달러(1800만~3000만원) 정도로 예상하고 있다. 이 회사의 엔지니어 제임스 얼은, 나중에는 한 대당 7천달러까지도 낮출 수 있을 것이라고 말했다.

 

 

전시회 현장에서 완성한 스트라티를 타고 시범주행을 하고 있다.

 

 

스트라티의 또 다른 특징은 친환경성이다. 탄소섬유와 열가소성 플라스틱을 소재로 썼는데, 이는 재료를 리사이클링 할 수 있다는 것을 뜻한다. 즉 재료를 다시 녹여서 다른 차를 만들 수 있다는 얘기다. 자동차에는 강직도, 인장 강도, 탄성 등을 고려해 탄소섬유 13~20%와 ABS수지 80~87%를 혼합해 쓴다고 한다. 전기차인 만큼 온실가스 배출에 대한 우려도 덜어준다. 현재 배터리를 한 번 충전하면 120~150마일(190~240㎞)을 주행할 수 있다. 현재 스트라티가 낼 수 있는 최고 속도는 시속 40마일(64㎞). 아직 고속도로를 달릴 만한 수준은 못되지만 시내 주행에는 아무런 무리가 없다.

 

로컬 모터스의 3D 자동차 개발 파트너가 미국 정부가 세운 오크리지국립연구소라는 점은 3D 자동차에 거는 미국 정부의 기대감을 엿보게 한다. 오크리지연구소는 미국 정부가 미국 제조업을 부흥시키고 에너지 자립도를 높이기 위해 설립한 연구소이다.

 

 

 

 

 

이 회사 대표인 존 로저스는 보도자료를 통해 “스트라티는 커뮤니티가 디자인하고, 마이크로공장이 만들고, 당신이 운전하게 될 것이다”라며 “이는 소비자들에게 새로운 경험을 선사할 뿐 아니라, 자동차가 완전히 새로운 방식으로 만들어질 수 있음을 보여주는 것”이라고 말했다. 로저스는 1년 안에 자동차 프린팅 시간을 2.4시간으로 줄인다는 계획을 갖고 있다. 최종적으로는 한 시간 안에 끝낸다는 목표를 갖고 있다. 또 현재 기술로는 시간당 40파운드의 플라스틱을 뽑아내고 있지만 이론적으로는 이보다 1000배 빠른 속도도 가능한 만큼, 3D 프린팅이 소량 생산을 넘어 대량 생산도 가능하지 않을까 기대하고 있다. 자신이 원하는 모양과 색깔의 자동차 디자인을 골라, 3D 프린터로 ‘붕어빵 자동차’가 아닌 ‘나만의 자동차’를 주문해 건네받는 시대가 상상이 아닌 현실로 다가오고 있다.

 

 

 

 

로컬 모터스는

 

 

지난해 6월 서울디지털포럼에 참석해 기조연설을 하고 있는 로컬 모터스 창업자 존 로저스. 서울디지털포럼 제공

 

 

디자인부터 판매까지 2만5천여명 애호가 커뮤니티와 협업

 

크라우드소스-오픈소스로 제작 추구…디자인 콘셉 6만 개

 

 

2007년 설립된 로컬 모터스는 크라우드소스, 오픈소스를 통한 자동차 제작을 추구하는 회사이다. 자동차 애호가들로 구성된 온라인 커뮤니티를 구성하고, 이 커뮤니티의 멤버들과 협업해 디자인 스케치부터 설계, 생산, 출시, 판매에 이르는 전 과정을 추진한다. 현재 2만5천여명의 회원이 활동 중이며 6만개 이상의 자동차 디자인 콘셉트를 가지고 있다고 한다. 회사 창업자이자 대표인 존 로저스는 지난해 6월 서울디지털포럼에 기조연사로 참석한 바 있다. 그는 당시 기조연설을 통해 “앞으로의 자동차 산업 발전에서 중요한 점은 물리적인 구조를 크고 빠르게 변화시키는 것”이라며 “자동차가 좀 더 빨리 변화할 수 있도록 아이디어를 현실화시키기 위해 회사를 설립하게 됐다”고 창립 배경을 밝혔다. 그는 “이미 2004년부터 ‘초협력(ECOllaboration)’이라는 주제로 많은 사람들의 아이디어를 수집하고 실현하며 자동차의 미래를 바꿔 나가는 것에 중점을 두었다”고 설명했다.

 

그는 로컬 모터스의 성공요인으로 신속한 제품 공급과 저렴한 비용, 여러 사람들의 협업을 꼽았다. 그는 “한 예로 16개월 만에 300만달러를 들여 25번째 차량을 출시했으며 차의 성능 또한 기존의 자동차에 비해 전혀 뒤처지지 않는다”고 말했다. 그는 또 “저비용 고효율을 자랑하는 마이크로매뉴팩처링(소규모 지역생산)을 통해 기술이 훨씬 더 빨리 발전하고 고객 만족도도 높아질 수 있었다”면서 “로컬 모터스의 제작방식은 개발비용뿐 아니라 시간도 크게 절약할 수 있는 효율적인 모델”이라고 강조했다.

 

이 회사의 첫번째 프로젝트는 비포장도로 고속 주행차량인 ‘랠리 파이터’(Rally Fighter) 제작이었다. 2009년 출시된 이 자동차는 전 세계 500여명의 디자이너, 엔지니어, 자동차 전문가들이 온라인 협업을 통해 18개월만에 만들었다. 랠리 파이터 실물 제작에는 7명이 팀을 이뤄 꼬박 45일이 걸렸다고 한다. 그는 랠리 파이터와 관련해 “제작 기간은 일반 자동차 업체의 4분의 1, 중량은 기존 차량의 40%에 불과하다”면서 “부품도 줄이고 도장도 하지 않는 등 불필요하고 비효율적인 공정을 줄임으로써 환경을 해치는 요인들도 많이 줄었다”라고 말했다. 존 로저스는 미 해병대 복무 당시 이라크에 파병됐을 때 동료 병사가 자동차 사고로 숨지는 것을 보고 더 안전한 자동차를 만드는 꿈을 갖게 됐다고 한다. 

 

 

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