[첨단 헬로티]
3D프린팅, 위상 최적설계 등 경량화 관련 제조 기술 개발 속도 높아져
최근 전기 자동차, 수소 자동차 등 친환경 자동차 수요가 높아짐에 따라 관련 기술 개발이 활발하다. 자동차 경량화에 대한 필요성은 꾸준히 제기돼왔다. 이에 자동차 업계에서는 차체 제조 기술 및 소재를 개발함으로써 자동차 경량화에 박차를 가하고 있다.
자동차 경량화, 효율과 환경을 중시하는 기술
자동차 경량화는 전기자동차, 자율주행차의 수요가 증가하면서 주목받는 기술이다. 전기자동차나 자율주행차를 보면 알 수 있듯이 여러 첨단 부품과 기능이 추가되면서 자동차 중량은 점차 무거워졌다.
이에 자동차 업계에서는 자동차의 성능을 유지하거나 발전시키기 위해 차체를 가볍게 만드는 자동차 경량화에 초점을 맞추게 됐다. 이는 차체와 각종 부품에 사용되는 소재를 가볍게 만드는 기술 개발로 이어졌다. 실제로 자동차 기술 발전과 함께 경량 소재 시장이 급속하게 팽창하는 현상도 이와 무관하지 않다.
자동차 경량화는 에너지와 환경 규제도 관련이 있다. 자동차의 석유 의존율을 낮추기 위해 미국, 유럽 등의 선진국은 강력한 환경 규제를 통해 현재의 자동차보다 연비가 우수하고, 친환경적 요소를 충족케 해 소비자를 만족시키는 자동차 개발을 요구하고 있다.
엄격한 자동차 연비 규제를 시행 중인 중국은 2025년 이후로 중국 내에 내연기관차동차의 생산을 중단시키고, 전기자동차의 보급을 적극적으로 추진한 바 있다. 이에 차량의 연비를 향상할 수 있는 가장 손쉬운 방법은 자동차 부품을 경량화하는 것이다.
한편, 차량을 경량화하기 위해서는 기존 소재 대신 경량 소재를 사용해야 하고, 이에 따른 위험과 부품 비용 상승 등 해결해야 할 사항이 있다. 자동차 경량화를 위한 연구는 크게 세 가지 기술로 분류된다.
첫 번째는 자동차 구조의 합리적 설계를 통한 경량화로, 차체 설계를 개선해 차체를 최적화하고 부품 모듈화 등으로 경량화를 유지하는 방법이다. 두 번째는 현재 사용하는 자동차 재료를 신규 재료로 치환해 강도는 높이고, 중량을 줄이는 방법이다. 셋째는 제조 과정에서 새로운 제조 공법을 적용하는 방식이다.
▲지난 5월, 오토모티브 테크놀로지 엑스포에서 열린 ‘신소재 신기술 세미나’는차량 경량화와 3D프린팅을 주제를 다뤘다.
경량화 기술에 대한 관심 높아져
지난 4월에 개최된 자동차 제조 기술을 펼쳐진 '오토모티브 테크놀로지 엑스포 2019'에서는 자동차 경량화에 관한 전시 및 세미나가 진행됐다. ‘첨단 자동차 기술 혁신을 말하다’라는 슬로건을 앞세운 전시회에서는 경량화에 대한 재료·부품, 가공기술·성형장비, 분석·검사장비, 소프트웨어 기술 등을 선보이며 참관객의 관심을 모았다.
이뿐 아니라 ‘2019 한·EU 자동차 경량화 고도화 포럼’, ‘2019 자동차 경량화기술 적용 세미나’ 등을 진행해 자동차 경량화 기술에 대해 논의했다. 특히 신제품 신기술 세미나에서는 ‘자동차 분야의 3D프린팅 활용’이라는 주제로 발표가 진행되기도 했다.
발표에서는 자동차 제조 분야에 3D프린팅 기술이 왜 필요한지에 대해 설명하고, 해당 기술이 갖춘 장점을 소개했다. 3D프린팅은 자유롭게 형상 제작이 가능하며, 도면만 있으면 손쉽게 제작할 수 있다. 한편, 3D프린팅과 함께 소개된 위상 최적설계는 자동차 경량화에 합리적인 설계 기술이다.
위상 최적설계는 받는 힘이나 재료의 성질을 고려해 단순한 모형을 기하학적인 구조로 깎아내 무게를 줄이고, 강성을 유지하는 방법이다. 이에 3D프린팅과 위상 최적설계는 기존 제조 방식보다 제작 기간 단축, 장비 운용 및 효율 증대, 재료비 감소 등의 효과로 자동차 경량화에 기여할 수 있는 기술로 각광받고 있다.
▲경상북도는 산업부 스마트특성화 기반구축 사업에 2건이 선정돼 내년부터 3년간 국비 160여억 원을 확보했다.
정부가 주목하는 자동차 경량화
자동차 경량화에 대한 기술 수요가 증가함에 따라, 정부는 자동차 경량화를 위한 방안 마련에 나서고 있다. 경상북도는 산업통상자원부(이하 산업부) 스마트특성화 기반구축 사업에 2건이 선정돼 내년부터 3년간 국비 160여억 원을 확보했다. 스마트특성화 기반구축 사업은 2020년 국가전략산업의 지역경쟁력 강화와 균형발전을 위해 추진된 공모사업이다.
이 사업은 기존 R&D 지역거점 센터의 장비구축, 기술지원 등 고도화 사업과 신규 R&D 지역거점 센터의 설립이 골자다. 경북도의 선정 사업은 경산, 영천, 김천시와 연계협력으로 추진한 도심형 자율주행트램 부품·모듈 기반조성 사업, 경주시와 추진한 차량용 첨단소재 성형가공 기술 고도화 기반조성 사업이 각각 선정됐다.
도심형 자율주행트램 부품·모듈 기반조성 사업은 2020년부터 3년간 140여억 원(국비 60, 지방비 80)을 투입해 경산시에 위치한 차세대 차량융합부품 제품화지원 거점센터의 증축과 장비고도화 사업을 추진한다.
차량용 첨단소재 성형가공 기술 고도화 기반조성 사업은 내년부터 3년간 300여억 원(국비 100, 지방비 200)을 들여 경북지역 자동차 부품 생산의 절반을 담당하고 있는 경주시 외동 일원에 연구 거점센터를 새롭게 구축한다.
자동차 부품의 다양한 소재적용에 따른 성형기술 고도화를 위한 기술지도와 신뢰성 평가를 지원한다. 늘어나는 경량화 금속 및 첨단소재 부품 제조기술에 대한 산업적 요구를 충족시켜 향후 시장 진출을 넓혀나갈 계획이다.
경북의 자동차 부품 산업은 전국 3위권으로 1312개 업체에 총매출액 13조 2000억 원, 종사자는 3만 8000여명이다. 100대 자동차 부품 기업 중 13개 사가 소재해 있을 정도로 경북의 자동차 부품 산업은 지역 주력산업으로 성장해왔다.
이철우 경북도지사는 "혁신적인 기술에 중점을 둔 경북의 스마트특성화 사업이 침체된 자동차 산업의 돌파구를 마련하는 한편 미래자동차 시장을 선점해갈 것"이라고 말했다.
