KOR EcoLogic은 친환경 생산 콘셉트카인 Urbee를 제작하면서 Stra tasys의 3D 프린터를 활용했다. Urbee는 전체 바디를 FDM 적층 방식의 3D 프린터로 제작한 최초의 프로토타입 차로, RedEye의 3D 프린터와 3D 프로덕션 시스템을 사용했다.

위니펙에 위치한 KOR EcoLogic의 엔지니어링 그룹 사장이자 수석 디자이너인 Jim Kor는 “연비가 높고 환경 친화적인 차를 운전하고 싶다”라고 말한 뒤, 그 환경에 대한 열정을 Urbee라는 새로운 콘셉트 차의 디자인에 반영했다. 이때 Stratasys의 3D 프린터가 활용됐다.

전기/에탄올을 연료로 쓰는 2인승 Urbee는 최소한의 에너지를 최대로 활용할 수 있도록 디자인 됐다. 고속도로에서 갤런당 200마일을, 도심에선 100마일을 주행할 수 있는 연비율을 가지고 있다. 이 차는 FDM 적층 프로세서로 제작된 외관을 이용한 첫 번째 프로토타입이다.

차 모델 제작 시행착오

KOR EcoLogic 임원진들이 세계에서 가장 연비가 높으면서 환경 친화적인 차를 제작하기로 결정하기로 하고 ‘실용적인 디자인, 자가 에너지를 생산하고 도로에 적합한 디자인, 환경적이면서 글로벌한 디자인’의 목표를 잡았다.

Jim Kor 수석디자이너는 언젠가는 이것이 세계적인 시장에 통용되길 바라며, Urbee를 디자인에서 제조 프로세서 전 과정을 통해 최대한 환경적이고 공기역학적으로 제작하려고 했다.

처음에 Kor와 그의 팀은 60% 축소된 모델 차를 점토로 제작했다. 그들은 거울로 반을 비치면서 전체 모델이 어떤 모양인지 확인하고 있었다. 허나, 점토 작업은 현실성 있는 반면에 제작완료까지 3개월이상 소요된다는 단점이 있었다.

한편, 공기역학 속성을 테스트하기 위해 스캔한 모델 데이터를 컴퓨터에 옮겼다. 그들은 확실한 결과를 원했다. 컴퓨터 시뮬레이션은 성공적으로 마무리되고 전체적으로 차 분석이 끝났다. 가장 중요한 수치는 항력계수(Cd : Coefficient of drag)로 그들은 0.15 아래의 수치를 원했었다. 비교하면 Prius는 0.26였지만 컴퓨터 모델로 본 Urbee의 Cd는 0.149였다. Kor는 이 결과에 대해 “이것은 매우 놀라운 것으로 계속 일을 진행해도 되겠다는 자신감을 얻었다”고 말했다. 그러나 작은 문제점들을 컴퓨터에서 꺼낼 방법이 없었다. Kor와 팀은 기존의 제조 방식으로는 원하는 결과값을 얻을 수 없다고 판단하고, 새로운 제작방법을 탐구했다.

첫 번째 방법은 프로토타입 바디 패널을 FRP(Fiber-Reinforced Polymer) 또는 Fiberglass를 이용해 제작하는 것이었다. 이것은 각각의 바디 패널에 1:1 스케일의 플러그를 포함해야 했다. 먼저 나무나 MDF로 튼튼한 뼈대를 만들고, 손으로 조각한 조밀한 Foam으로 덮어야 했다. 대신에 보다 정밀한 표면을 제작하기 위해 플러그는 CNC 밀링 머신을 통해 깍아야 했다. 그리고 몰드를 만들고 Fiberglass와 레진으로 표면에 형태가 유지될 때까지 층을 쌓은 후 파트가 건조되면 부품을 몰드에서 떼어냈다. KOR EcoLogic의 엔지니어인 Blaine McFarlane은 “이것은 시간이 오래 걸리고 노동집약적인 프로세스였다”고 말하며, “2명이 쉬지 않고 작업하면 시간을 더 감소시킬 수 있지만 그래도 3개월의 작업기간이 예상된다. Fiberglass 바디는 분명히 오래 시간이 걸릴 것이다. 또 설계도를 다뤄야 하고 파트를 몰드에서 떼어내는데 숙련된 기술도 필요하다”고 고충을 털어놓았다.

3D 프린터 솔루션

Jim Kor는 제작 방법에 대해 고심하다 KOR EcoLogic의 산업디자이너인 Terry Halajko로부터 Stratasys에 관한 이메일을 받았다. 내용은 ‘Stratasys에서 모든 크기의 파트를 만들고 있다’는 것으로 Kor는 이것이 솔루션이라는 느낌을 받았다. 이후 모든 외관을 RedEye에 의뢰해 Dimension 3D 프린터와 Fortus 3D 프로덕션 시스템으로 제작을 실시했다.

Kor와 동료들은 차 제작에 필요한 10개의 본체 패널 스캔 데이터를 전달했다. 처음은 각각의 부품들이 정확하게 맞는지 확인하기 위해 1/6스케일의 모델 제작을 의뢰했다. 결과물은 계속해서 큰 파트를 제작해도 될 것이라는 자신감을 갖게 했다. Stratasys와 함께 Kor와 그의 동료들은 ABS 재료를 선택하고 차를 제작하기 시작했다. 몇 개의 주요한 바디 패널은 제작을 시작한지 단 몇 주 만에 완성이 됐다. 실제 사이즈의 문짝과 사이드 패널이 처음으로 완성됐다. “이것들은 아주 큰 패널이었고, 서로 오차 없이 아주 잘 맞았다”라고 Kor가 말했다.

성공적인 결과에 대해 Kor는 “첫 번째 차 제작은 매우 성공적이었다. 두 번째 프로토타입 제작도 Stratasys의 3D 프린터를 이용할 계획이다. 우리는 장비의 모든 역량을 이용하고 싶다”라고 흡족하게 대답했다. 앞으로 차의 외관 및 내부 부품도 모두 제작한다고 밝혔다.

생산 주기 대폭 단축

Kor는 새의 뼈와 미래 Urbee의 펜더를 비교하길 좋아했다. “새의 뼈 단면을 보면, 새가 필요로 하는 부분의 뼈가 더 튼튼하다는 것을 알 수 있다. 뼈는 혼돈된 거미줄과 같다. FDM 프로세스만이 새의 뼈를 본 뜰 수 있다”고 말했다. 이것은 Urbee의 펜더와 같은 매우 가벼우면서도 강한 조각을 만들 때 중요하다. 현재 펜더는 일정한 간격으로 제작된다. 그러나 Kor에 따르면 많은 재료들은 불필요하다고 한다. 이것은 차를 비효율적으로 만들고 자원 낭비만을 가져온다. “Stratasys는 정확하게 필요한 곳에 맞는 펜더를 만들 수 있다. 이것은 매우 파워풀하고, 환경에도 좋고, 비용도 절약하며 안전을 희생하지 않아도 된다. 우리는 필요하지 않은 곳에 재료를 더 사용하지 않아도 된다”며, “FDM 기술은 매우 쉽고 효율적으로 Urbee의 디자인을 수정한다. 이것은 툴링, 머시닝 및 수작업을 제거함으로써 우리의 목표인 환경친화적인 차를 만드는데 큰 도움이 된다”고 말했다.

Kor는 3D 프린팅 속도에 대해 “바디 파트를 받기 위해 단지 몇 주의 시간만을 기다렸다. 이것은 몇 달이 걸리는 다른 방식에 비해 매우 빠른 것이다”라고 놀라워했다. 그리고 최소한의 에너지를 사용하는 차를 제작하는 긍정적인 변화를 시작해야 한다는 책임감을 느꼈다. “만일 우리가 컴퓨터에 차 모델을 가지고 있다면, 3D 프린터로 쉽게 바디를 얻을 수 있다. 우선 파일을 보내고 잠시 기다리면 바디 패널이 나와 있다. 어떤 다른 프로세스도 이와 비교할 수는 없을 것이다.”

[월간 FA저널 ()]

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