일본산업뉴스요약

BMW, 양산차에 3D프린터제 부품
스포츠카 ‘BMW i8 로드스터’에 채용

독일 BMW그룹은 2018년 4월에 일본에서 발매한 스포츠카 신형 ‘BMW i8 로드스터’에 3D프린터로 만든 부품을 채용하였다. 수지 사출 성형품을 알루미늄(Al) 합금의 3D프린터제 부품으로 대체하여 강도 향상과 경량화를 실현하였다.

18년 5월에 독일 아헨에서 개최된 레이저기술 이벤트 ‘AKL’18’의 이브닝 이벤트에서 BMW그룹은 신형 로드스터 실제 차량과 함께 3D프린터로 만든 부품을 출전. 2,000만엔 이상의 고급차지만 BMW그룹이 양산차에 3D프린터제 부품을 채용하는 것은 처음이다.

3D프린터로 조형한 것은 Bracket이라는 부품이다. 탑재하는 곳은 소프트탑을 격납할 때에 개폐하는 좌석 후부의 토노커버. 그 끝 부분의 좌우에 하나씩 배치되어 있다. 토노커버 본체와 검정색의 작은 수지제 커버를 연결하는 부품으로, 토노커버의 개폐 시에는 수지제 커버의 방향이 바뀐다.

재료에는 실리콘(Si)계 Al합금 주물 재료 AlSi 10Mg을 채용. 이 분말을 금속 3D프린터로 조형하였다. 평평하게 다진 분말에 레이저를 조사하여 용접∙응고시켜 적층해 나가는 ‘분말상용접결합(Powder Bed Fusion)’방식의 3D프린터를 사용하면서 위상최적화(토폴로지 최적화)를 활용하여 모양을 설계하였다. 질량은 약 22g으로 가볍다.

이 부품은 처음에는 유리섬유를 첨가한 폴리아미드(PA)6(PA6 GF30)로 조형했었다. 그러나 동적 시험에서 강도 부족이 판명. 그래서 재료를 금속으로 대체하는 것을 검토하여 금속 3D프린터제 부품 채용을 결정하였다. 결과적으로 PA6 GF30과 비교하여 강도를 10배로 향상시켰고 질량을 40%나 줄일 수 있었다.

마그네슘(Mg) 합금의 다이캐스팅 제품도 검토하였지만 특히 비용 때문에 포기했다. 새로운 Bracket의 생산량은 수천 개를 전망하고 있으며, 금형을 필요로 하는 Mg 다이캐스팅 제품의 경우는 초기 투자가 지나치게 많이 든다. 또한 금속 3D프린터를 사용하면서 1개당 생산 비용을 가능한 한 억제할 수 있도록 하였다.

예를 들면 수십 개의 부품을 동시에 조형할 수 있도록 조형 영역 내에 효율적으로 배치할 수 있는 모양으로 설계. 조형 플레이트에서 꺼내는 등의 조형 후의 후처리에도 신경을 썼다. 이를 통해 생산 개수 6만개까지는 3D프린터가 비용 면에서 우위라고 한다.

BMW그룹은 3D프린터의 활용에 적극적인 자세를 보이고 있으며, ‘MINI’의 커스터마이즈용 수지 부품의 제조에도 3D프린터를 사용한다. 유저가 온라인에서 MINI 커스텀 부품의 외관 디자인 등을 변경하여 주문할 수 있는 ‘MINI Yours Customized’라는 유료 서비스로, 유럽 등의 해외에서는 18년 봄부터 일부 서비스를 시작하였다.

이 유료 서비스에서 제공하는 것은 4종류 부품의 커스터마이즈다. 조수석의 대시보드에 장착하는 트림 스트립(Trim Strip)과 Front Fender부의 윙커 장식 ‘사이드 스커틀(Side Scuttle)’, LED가 들어간 도어의 사이드실, 도어를 열었을 때 지면에 투영하는 프로젝터다. 이들 중 트림 스트립과 스커틀을 3D프린터로 조형한다.

웹사이트에 액세스하여 디자인을 변경하여 주문할 수 있다. 예를 들면 사이드 스커틀의 경우는 색이나 기본 패턴을 변경할 수 있고 또한 텍스트를 자유롭게 입력하거나 준비된 아이콘을 선택하거나, 그것을 배치하는 크기나 위치를 자유롭게 결정할 수 있다. 템플레이트를 베이스로 하고 있기 때문에 완전하게 자유로운 커스터마이즈가 가능한 것은 아니다. 그러나 세계에서 유일한 커스텀 부품을 손에 넣을 수 있다.

가격은 18년 5월 22일 시점에서 트림 스트립과 스커틀이 약 1만 8,850엔, 사이드실이 약 3만 7,700엔, 도어 프로젝터가 약 6,370엔이다.

부품 데이터는 BMW에 전송되어 공장에서 3D프린터 등을 활용하여 제조한다. 개별 생산이 가능한 3D프린터만의 활용방법이라고 할 수 있다. 주문하고 3~5주 후에 완성된 부품이 유저나 딜러에게 전달된다. 스스로 설치하면 된다.

BMW는 그룹의 벤처캐피털을 통해 조형 속도가 빠르고 열경화성 수지를 사용할 수 있는 3D프린터를 개발하는 미국 Carbon에 출자하고 있다. MINI의 커스텀 부품의 일부도 Carbon의 3D프린터를 사용하여 조형하고 있는 것 같다.

BMW그룹은 3D프린터 등의 부가제조(Additive Manufacturing) 거점을 19년에 뮌헨의 바로 북쪽에 있는 오베르슐라이스하임에 개설할 예정이다. 현재 각지에 분산되어 있는 부가제조 관련 설비나 시설을 동(同) 거점에 집약한다.

동 거점에서는 6,000㎡의 건물에 80명 이상의 스태프가 상주한다. 30대 이상의 금속 및 수지 3D프린터를 준비할 예정이다. 기존 3D프린터의 적용 기술의 개발이나 평가, 신기술 개발 등을 담당한다. 양산품이나 커스텀 부품, 시작품도 제조한다. 기술자를 위한 교육∙트레이닝 기능도 만든다.

BMW그룹은 1991년 이후 컨셉트카의 제조에 3D프린터를 활용해 왔다. 이미 미국, 중국, 태국에 시작품을 만들기 위한 3D프린터를 설치하고 있다. 언젠가는 이러한 해외의 3D프린터를 이용한 현지 생산도 시야에 넣고 있다.

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