MOSOLF Special Vehicles GmbH는 독일 키펜하임(Kippenheim)에 기반을 두고 있는 앞서가는 차량 제조사입니다. 50명에 가까운 직원을 거느린 MOSOLF사는 특수 차량 및 응급 차량을 연간 1000대 가량 생산합니다. 고객으로는 독일 주 및 연방 경찰, 국방 분야, 재난 관리 및 기술 구호 기관, 지방 자치 단체, 산업 분야의 기업이 있으며, 이들은 모두 고도로 커스터마이징된 첨단 성능을 갖춘 차량을 요구합니다.
자동차 업계에서는 파트 대부분을 사출 성형 같은 대량 생산 공정으로 제조하는데, 수천 유닛을 생산하기에는 이런 공정이 비용 효율적이기 때문입니다. 그렇지만, MOSOLF의 고객은 다양한 맞춤형 파트를 소량만 요구하기도 하는데 이런 작업에 전통 방식의 제조 공법을 이용하기에는 경제적으로 타당하지 않습니다. MOSOLF의 경우에는 3D 프린팅을 이상적인 해결책으로 사용할 수 있었습니다.
“[독일]의 경찰차 세 대 중 한 대에는 적층 제조로 제작된 파트가 사용된 것으로 추산합니다. MOSOLF는 지금껏 3D 프린팅으로 발전해 왔습니다. 저희 차고에서 출고하는 차량 중에 적층 제조 파트를 장착하지 않은 차량은 단 한 대도 없으니까요. 지금은 매년 대략 파트 5,000개 가량을 3D 프린팅하지만 추세로 보면 더 상승할 것입니다. 이것은 차랑 한 대마다 최소한 파트 세 개는 3D 프린팅으로 제작한다는 의미입니다. 아니면 그 이상일 수 있죠.”
카스텐 부섬(Carsten Busam), MOSOLF Special Vehicles GmbH, 프로젝트 기획 책임자
이어지는 내용에서 MOSOLF사에서 경찰 차량과 기타 특수 및 응급 차량에 쓰이는 다양한 최종 사용 파트를 제작하는 데 Fuse 시리즈를 통해 선택적 레이저 소결(SLS) 3D 프린팅을 이용한 방법을 알아보세요.
최종 사용품 생산용 SLS
3D 프린팅에 Fuse SLS 에코시스템을 통합하면 최종품 생산에 투입하는 데서 그치지 않고 지금껏 본 적 없던 경제적이고 민첩하며 확장 가능한 생산 환경을 갖출 수 있습니다. 생산 공법을 비교하고 분말 대량 주문 가격 정책을 알아보세요. 또한 현재 Fuse 시리즈를 운용 중인 15개 제조사에서 실행 중인 생산 과정도 살펴볼 수 있습니다.
독일의 경찰서 17곳의 요구 사항을 만족시키는 맞춤형 솔루션
부섬 책임은 “가장 어려운 점은 다양성에 있습니다.”라며 강조했습니다. 각 주와 경찰 조직이 유형이 다양한 차량을 구매합니다. 그리고 각 차량은 특정 목적에 따라 맞춤형 기능이 필요할 수 있습니다. 내장해야 할 컴포넌트 또한 다양합니다. 한 예로 경찰 조직이 다르면 사용하는 무선이나 신호 시스템의 제조사도 다른 것입니다. 이는 각 차량마다 맞춤형 파트가 다량으로 필요하다는 의미입니다.
부섬 책임은 “저희는 독일의 17개 경찰서에서 사용할 차량을 생산하고 있으며, 각 경찰서마다 차량의 인체공학적 디자인과 작동 방식에 대한 생각이 다릅니다. 따라서 기본 디자인의 경우 수량이 비교적 많은 편이지만, 커스터마이징을 다양하게 추가하면 수량은 다시 줄어듭니다.”라며 설명합니다.
MOSOLF사는 연계 차량을 기반으로 제작하는데, 이는 시중에서 수급할 수 있는 자동차, 트럭, 밴을 가져와 사양에 맞게 개조하는 것입니다. 작업자는 요청받은 기능을 각각 설치하기에 적합한 위치를 찾아야 하며, 인체공학, 내구성, 심미성도 확인해야 합니다. 구식 모델에서는 설치 위치를 찾는 일이 쉬웠습니다. 대시보드나 콘솔에 빈 공간이 여러 군데 있어서 맞출 수 있었기 때문입니다. 그렇지만 신규 모델로는 이렇게 하기가 어렵다는 사실이 밝혀졌습니다.
부섬 책임은 “차랑 안에 디스플레이가 점점 더 늘어나고 있습니다. 차량에는 이제 이런 용도로 사용할 만한 베이가 전혀 없습니다. 휴대 전화 보관 공간과 충전기는 좀 있지만 제어 장치를 모두 수용할 만한 설치 공간은 찾기가 어렵습니다. 특히 실제로 경찰 차량으로 보여서는 안 되는 은폐용 차량의 경우가 그렇습니다.”라고 설명합니다.
MOSOLF사의 3D 프린팅 여정은 2016년 바이에른 경찰이 모든 차량과 오토바이에 신형 디지털 무전기를 장착하라는 명령을 내린 데서 시작되었습니다.
“차량마다, 또 오토바이마다 개별 솔루션을 찾아야 했습니다. 파트를 모두 판금으로 성형했다면, 시간이 심각하게 오래 걸렸거나 결과물이 특별히 예쁘지 않았을 것입니다. 그래서 3D 세계에 첫발을 내디뎠죠.”
경찰용 밴에 장착된 LED 전면 플래시 라이트용 맞춤형 마운트 작업자들은 지금껏 이런 파트를 생산할 때 판금 성형을 이용했습니다.
이제는 훨씬 더 신속하고 사용하기 쉬우며 비용 효율적인 솔루션으로 SLS 3D 프린팅을 이용할 수 있습니다.
처음에는 용융 적층 모델링 방식(FDM) 3D 프린팅으로 파트를 제작했는데 당시에는 접근성이 가장 뛰어난 기술이었던데다 요구 사항에 적합한 방식이었기 때문입니다. 그렇지만 이 방식은 얼마 가지 못하고 한계에 부딪혔습니다. FDM 방식으로는 주문 수량을 맞추기에 충분할 만큼 생산 물량을 확장하기가 어려웠고 결과물 자체도 산업 등급 품질과는 거리가 있었기 때문입니다.
SLS 3D 프린팅을 다음 단계로 선택한 것은 타당한 일이었지만, 가격이 대략 €200,000에서 시작하는 솔루션이어서 소규모 기업으로서 접근하기가 어려웠습니다. 그렇지만 이것은 Formlabs의 Fuse 시리즈가 공개되기 전까지의 이야기입니다.
게르하르트 두다(Gerhard Duda) 대표는 “SLS 프린팅은 모든 면에서 이상적인 방식이었습니다. 품질, 정확도, 소재 성능이 뛰어난데다 컴포넌트 여러 개를 한 번에 생산할 수 있었기 때문입니다. 전체 시스템이 정말 정말 실용적이라 비용효율적이기까지 합니다.”라며 만족감을 표현했습니다. 대표는 Formlabs의 파트너사인 3D-WERK Black Forest GmbH의 설립자이자 CEO이며 MOSOLF사가 자사의 응용 분야에 가장 잘 어울리는 솔루션을 찾기 시작할 때부터 협업해 왔습니다.
부섬 책임은 “Fuse 에코시스템이 가장 적절했습니다. 작동과 워크플로 면에서 가장 관리하기가 쉬웠으니까요.”라며 덧붙였습니다.
이 스피커 커버는 이전 설치 비용에서 70%를 절약할 수 있도록 설계되었습니다. 스피커 본체는 어떠한 접합이나 기계적 고정 장치 없이 삽입물에 간단히 클립으로 고정할 수 있습니다.
새로운 Fuse 1+ 30W 제품으로 신속하게 진행하는 고성능 파트 SLS 생산
Formlabs의 전문가가 진행하는 제품 데모에서 Fuse 1+ 30W와 SLS 3D 프린팅을 자세히 알아보세요.
SLS 3D 프린팅으로 24시간 안에 제작하는 맞춤형 최종 사용 파트
사출 성형, 열성형, 박판 성형같이 전통적인 대량 생산 공정과 비교할 때 적층 제조의 가장 큰 장점은 값비싼 공구 없이도 최종 사용 파트를 맞춤형이나 소량으로 생산할 수 있다는 점입니다.
MOSOLF사의 프로토타이핑, 디자인, 테크니컬 컨셉 리드인 티베리우 모라리우(Tiberiu Morariu) 씨는 “가장 작고 단순한 설계에서 복잡한 콘솔까지 서로 다른 컴포넌트를 제작하는 데 SLS 기술, 구체적으로는 Fuse 1+ 30W를 이용합니다. 이렇게 제작된 파트들을 차량에 설치하죠. 이 기술을 아주 광범위하게 사용해 오고 있고 Fuse 제품이면 필요의 80%는 해결됩니다.”라며 만족감을 드러냈습니다.
MOSOLF사는 가장 작은 커버와 인클로저에서 여러 피스로 이뤄져 규모가 큰 어셈블리와 대시보드 컴포넌트까지, 수십 개의 맞춤형 디자인을 제작하는 데 SLS 3D 프린팅을 이용합니다.
모라이우 씨는 “요구 사항이 주마다 다르고 경찰서마다 다릅니다. 3D 프린팅을 이용하면 간단하고 더 쉽게 구현할 수 있습니다. 차량에서 차량으로 빠르게 재설계할 수 있습니다. 차량이 동일하다면, 굴곡이 동일하지만 결과적으로 차량에 설치해야 하는 시스템은 아주 다를 수 있습니다.”라며 3D 프린팅의 장점을 설명했습니다.
무전기 마운트는 커스터마이징을 설명하기에 좋은 예시입니다. 메르세데스(Mercedes) 밴 콘솔에 부착되는 장치는 각 차량마다 동일하지만 전체 어셈블리는 다양한 제조사의 무전기 마운트에 따라 쉽게 개조할 수 있습니다.
이렇게 환경에 따라 조정하기가 쉽다는 점 덕분에 프로토타입 제작과 생산 공정 시간을 모두 상당히 단축할 수 있고 특히 프로토타입과 최종 사용 파트를 동일한 장비에서 생산할 수 있습니다.
모라리우 씨는 “디자이너로서 저는 오늘 머리에 떠오른 아이디어를 내일은 구현해서 손에 쥐고 검사할 수 있는 것보다 좋은 것은 없습니다.”라며 설명했습니다.
“3D 프린팅이 인하우스 생산에 가장 크게 미치는 영향은 많은 영역에서 시간을 크게 단축했다는 사실입니다. 전통적인 공정으로는 4~6주가 걸려야 파트를 완성할 수 있고 특히 코팅이 필요한 경우가 그렇습니다. 3D 프린팅을 이용하면 대략 하룻밤 만에 파트를 수급할 수 있습니다. 3D 프린팅을 활용할 수 없었다면 저희 작업 공정은 아마 훨씬 오래 걸렸을 뿐 아니라 복잡했을 것입니다. 각 파트를 몇 번씩 제조해서 개조해야 했을 것이기 때문입니다.”
카스텐 부섬(Carsten Busam), MOSOLF Special Vehicles GmbH, 프로젝트 기획 책임자
| SLS 3D 프린팅 | 금속 박판 성형 | 열 성형 | 사출 성형 | |
|---|---|---|---|---|
| 설계에서 프로토타입, 또 시리즈 파트 생산까지 | 1~2주 | 6~8주 | 6~8주 | 6~8주 |
| 최종 사용 파트 리드 타임 | 1~2일 | 6~8주 | 6~8주 | 6~8주 |
| 기타 요인 | 툴링이 불필요 쉬운 맞춤화 설계의 자유 뛰어난 심미성 | 툴링 필요 설계의 자유 제한 맞춤화하기 어려움 부족한 심미성 | 툴링 필요 설계의 자유 제한 맞춤화하기 어려움 | 거액이 드는 툴링 필요 맞춤화 옵션 부재 협소한 설계의 자유 |
“오늘날의 차량은 부드러운 선으로 디자인된 인테리어를 갖추고 점점 더 아름다워지고 있습니다. 차량 내 보관 공간은 점점 동적으로 바뀌고 복잡해지고 있고 3D 프린팅은 차량 디자인과 인간공학에서 정말 중요한 요소인데 이는 열성형이나 판금 성형 같은 다른 기술로는 같은 것을 구현할 수 없기 때문입니다. 이런 복잡한 형태를 차량 자체에 연결하는 작업을 가장 적절하게 해결하려면 3D 프린팅을 이용해야 합니다. 3D 프린팅을 이용하니 설계를 더 자유롭게 할 수 있고 디자인과 형태에 창의력을 아낌 없이 쏟아 넣을 수 있습니다.”
티베리우 모라리우(Tiberiu Morariu), MOSOLF Special Vehicles GmbH, 프로토타입, 설계, 기술 컨셉 리드
이 에어 벤트는 방화 조사용 특수 차량의 검은색 칸과 흰색 칸을 분리하는 일방 밸브입니다. 꽤 복잡한 디자인의 어셈블리로 세 개의 컴포넌트를 하나로 조립하는 데 나사를 사용합니다. 처음에는 FDM 3D 프린팅으로 제작하려고 했지만 원형 모양과 얇은 벽으로 인해 문제에 봉착했고, 설계를 더 자유롭게 할 수 있는 SLS 3D 프린팅으로 변경했습니다.
엔지니어가 나일론 같은 가용 소재의 기계적 물성에 익숙하다는 점은 SLS 3D 프린팅의 핵심 장점에 속합니다. 나일론은 자동차 산업에서 인테리어와 외장 파트 생산에 모두 자주 사용되는 소재입니다. MOSOLF의 경우, 직원들이 SLS 방식으로 3D 프린팅한 나일론이 어떤 성능을 보일지 잘 알고 있으므로 머리 속에 떠오른 기능을 설계에 반영할 수 있고 심지어 원래 금속으로 제작하던 파트도 대체할 수 있습니다.
화물칸에 탈착식 비상등을 고정시키는 클립온 마운트.
천장등용 하우징과 마운트.
두다(Duda) 씨는 “Fuse 에코시스템을 이용하면 당연히 완벽한 소재를 이용할 수 있습니다. 그것도 바로 이용할 수 있습니다. 아주 아주 오래 전부터 존재해 왔으니까요. Formlabs이 꼼꼼히 테스트했거든요.”라며 설명합니다.
내구성 외에 자동차 응용 분야 소재에서 가장 중요한 기준은 내열성입니다. FDM 소재를 이용하면 PLA의 열변형온도(HDT)가 0.45 MPa에서 약 50 ºC에 불과해서 사용할 수 없습니다. ABS는 HDT가 0.45 MPa에서 90 ºC로 더 우수하지만 다양한 응용 분야에 사용하기에는 여전히 낮습니다. HDT가 0.45 MPa에서 171 °C인 Formlabs Nylon 12 Powder를 이용하면 내열성이 상당히 우수해지는데 이는 여름날 주차장에서 차량이 뜨거워져도 무전기 홀더 같은 기능성 파트에 변형이 생기지 않는다는 의미입니다.
전기 소켓 하우징.
차량 안에서 이동 시 우발적 손상 방지용 보호 커버.
어떤 경우에는 특정 차량을 경찰이나 비상대응군에 임대하고 사용 기간 후에는 민간인이나 국가 기관에 판매하기도 합니다. 이렇게 하려면 아무것도 손상시키거나 영구적으로 변경하지 않고 이러한 차량을 개조해야 하므로 서비스 수명이 끝나면 원래 상태로 복원하기도 더 쉽습니다. 이런 작업이 쉬워진 데는 적층 제조도 한몫합니다. 기존 컴포넌트를 영구적으로 개조하는 대신 3D 프린팅으로 제작한 파트로 교체하여 나중에 다시 원래대로 복원할 수 있기 때문입니다.
무료 SLS 샘플 파트 요청
Formlabs의 품질을 직접 보고 경험해 보세요. Fuse 1+ 30W로 프린팅한 무료 선택적 레이저 소결 방식 샘플 파트를 근무지로 배송해 드립니다.
3D 프린팅을 더 많이 사용하게 될 미래의 경찰 차량
MOSOLF와 3D-WERK의 작업자들은 SLS 3D 프린팅의 성공을 바탕으로 이제 다른 소재와 프린터를 추가하여 특수 차량 내 더욱 다양한 파트의 대체 가능성을 평가하고 있습니다.
MOSOLF의 경영 책임자인 마이클 링왈드(Michael Ringwald) 씨는 “저는 적층 제조 분야에서 수년간 일해 온 지금까지도 여전히 3D 프린팅이 제공하는 기능과 가능성을 모두 갖추고 나서 스스로 설계하고 프린트한 제품 앞에 서면 놀라움을 금치 못합니다."라며 소회를 전합니다.
