‘부품경량화’, 미래 자동차 실현과제 이종소재 결합 전망 “기반기술 확보 시급해” 자동차업계에도 친환경 ‧ 스마트 바람이 불고 있다. 완성차업체들은 미래형 자동차인 친환경 ‧ 스마트 자동차 실현에 박차를 가하고 있다. 이를 위해서는 다양한 시스템 탑재가 필요한데 이로 인해 자동차 중량이 증가하고 있어 연비규제 강화에 대응하기가 어려워질 것으로 보인다. 따라서 차량 경량화는 완성차업체의 미래 과제로 대두되고 있다.비용 상승 낮추고, 경량화 효과는 ↑차량 경량화 과정에서 원가 상승과 투자비 증가는 불가피할 것으로 전망된다. 경량화 달성 방법은 크게 설계, 가공법, 소재 변경으로 구분할 수 있다. 설계 변경으로 경량화를 실현할 경우 원가 상승 가능성은 낮지만 혁신적인 설계 아이디어 발굴은 어렵다. 새로운 가공법을 통해 경량화 할 경우, 초기에 대규모 설비투자가 필요하므로 기존 대비 원가가 높아질 가능성이 있다. 소재를 변경할 경우에는 가공법과 설계를 동시에 변경해야 하므로 원가 상승 부담이 크게 높아진다. 따라서 비용 상승을 최소화하면서 경량화 효과를 극대화하는 것이 향후 완성차업체의 경량화 과제다. 완성차업체간 경량화 전략 차별화자동차업체 중 일부는 한 가지 경량소재를 활용해 획기적인 경량화 효과를 내고 있다. 적용범위가 넓고 중량이 무거운 기존 철강부품을 알루미늄, 마그네슘, 합성수지 등으로 대체해 효과적으로 경량화를 달성하고 있다. 한국자동차산업연구소 관계자는 “고급브랜드 완성차업체는 알루미늄과 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 사용해 차량 중량을 200kg 이상 낮추고 있다”며 “최근 포드는 픽업트럭 차체에 알루미늄을 적용해 철강 중심의 경량화에서 탈피하고 있다. 재규어랜드로버도 알루미늄 바디를 확대 적용하면서 알루미늄 중심의 경량화를 추진하고 있으며, 특히 BMW는 업계 최초로 CFRP 중심의 경량화를 시도하고 있다”고 말했다.하지만 비싼 경량 소재를 사용하면 차량 가격이 크게 높아지기 때문에 일반브랜드 완성차업체에도 똑같은 방식을 적용할 수는 없다. 소비자 입장에서도 수리비용 및 보험료 등 유지비용 부담이 커진다. 따라서 이 업체들은 원가 상승을 최소화하기 위해 철강 중심으로 일부 경량소재를 활용하는 식의 경량화 전략을 취하고 있다.소재 혼합 방식으로 일원화 전망 하지만 향후 완성차업체의 경량화 전략은 단일 경량소재 집중방식보다는 다양한 소재 혼합방식으로 일원화될 것으로 예상된다. 고급브랜드 완성차업체도 상품라인업을 소형차로 확대하고 있으며, 신흥시장 공략도 강화함에 따라 차량의 원가 상승을 최소화시킬 필요가 있다. 일반브랜드 완성차업체는 기존 철강소재만으로는 엄격한 연비규제를 만족시킬 수 없기 때문에 경량소재 적용을 늘려야 하는 상황이다. 따라서 완성차업체는 시장의 요구에 대응하기 위해 이종소재 혼용 채택이 불가피해 보인다. 경량화 트렌드, 기존 기술 융합 한국자동차연구원 관계자는 “금속부품의 경량화 기술은 고가의 소재 사용을 최소화하면서 부품의 기계적인 성능을 훼손하지 않기 위해 새로운 구조 설계를 개발하고 기존 기술을 융합하는 방향으로 발전하고 있다”고 언급했다. 또 금속소재 가공기술 분야는 오랫동안 성숙해 혁신적인 가공법 개발이 쉽지 않다. 이런 상황에서 주목받고 있는 경량화 기술에는 크게 3가지가 있다. 첫 번째, 기존 금속부품의 구조를 최적화하는 기술이다. 구조를 최적화할 수 있는 부품의 범위가 제한적이어서 폭넓게 사용할 수 있는 방법은 아니지만, 기존 역량을 최대한 활용하고 검증된 소재를 사용함으로써 개발 시간과 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 두 번째, 기존 가공법들을 융합하는 기술이다. 공정이 복잡해지면서 가공비용이 늘어날 수 있는 단점이 있으나, 기존 가공법을 활용하기 때문에 설비 투자 및 생산기술 개발 부담을 최소화할 수 있다. 또 이 기술은 각 가공법의 단점을 보완하므로 부품의 무게 절감뿐만 아니라 성능과 품질도 높일 수 있다. 기존의 가공법을 조합할 수 있는 방법은 다양하기 때문에 부품의 특성과 목적에 따라 다수의 영역에서 응용될 수 있다. 세 번째, 기존 철강소재와 경량소재를 혼용하는 이종소재 결합기술이다. 단일 경량소재에 비해 경량화 효과는 다소 낮지만, 원가 상승폭을 최소화시키는 방식이다. 또한 각 소재별 장점을 활용할 수 있어서 적용 부품의 기계적 성능이 개선되는 효과도 낼 수 있다. 이러한 이종소재 결합기술은 용접, 접착 등 요소 기술의 발전이 뒷받침돼야 한다. 기반기술 확보, 업체 간 협력체계 필요일본 금속가공 부품업체들은 자동차 부품의 내부를 비워 경량화를 구현하는 중공화 기술과 이종금속 용접기술에 집중하고 있다. 독일 금속가공 부품업체들도 필요에 따라 부품의 두께와 강도를 조절하는 부분적 박육화 기술, 합성수지와 금속 간 접착기술 개발에 주력하고 있다. 향후 국내 부품업체들도 소재와 가공법 융합에 기반 한 경량화 부품 개발을 위해 기반기술 확보와 완성차, 부품, 소재, 설비업체의 협력이 강화돼야 한다. 철강재에 다른 경량소재를 혼합 사용하는 멀티소재가 일반화되고 있는 상황에서, 소재 융합에 필요한 설비, 결합기술 등 기반기술 확보가 시급하다. 성질과 가공법이 다른 소재의 혼합을 위해서는 용접, 접합 등 결합기술력이 있어야 한다. 뿐만 아니라, 양산 단계에서 품질과 생산성 확보를 위해 설비업체의 경쟁력 제고도 필요하다.완성차, 부품, 소재, 설비업체들이 소재융합 부품을 개발하는 초기 단계부터 협력할 수 있는 체계를 구축할 필요가 있다. 이런 협력체계는 정부 지원의 기반 아래 완성차와 소재업체가 주도하는 것이 현실적이다. 국내 가공, 설비업체들의 자금력과 기술 수준이 낮으므로 이런 업체들을 육성하고 협력할 수 있는 기반 구축이 시급하다.

‘부품경량화’, 미래 자동차 실현과제

이종소재 결합 전망 “기반기술 확보 시급해”

기사입력 2015-05-14 07:08:20

[산업일보]

자동차업계에도 친환경 ‧ 스마트 바람이 불고 있다. 완성차업체들은 미래형 자동차인 친환경 ‧ 스마트 자동차 실현에 박차를 가하고 있다. 이를 위해서는 다양한 시스템 탑재가 필요한데 이로 인해 자동차 중량이 증가하고 있어 연비규제 강화에 대응하기가 어려워질 것으로 보인다. 따라서 차량 경량화는 완성차업체의 미래 과제로 대두되고 있다.

비용 상승 낮추고, 경량화 효과는 ↑
차량 경량화 과정에서 원가 상승과 투자비 증가는 불가피할 것으로 전망된다.

경량화 달성 방법은 크게 설계, 가공법, 소재 변경으로 구분할 수 있다. 설계 변경으로 경량화를 실현할 경우 원가 상승 가능성은 낮지만 혁신적인 설계 아이디어 발굴은 어렵다. 새로운 가공법을 통해 경량화 할 경우, 초기에 대규모 설비투자가 필요하므로 기존 대비 원가가 높아질 가능성이 있다. 소재를 변경할 경우에는 가공법과 설계를 동시에 변경해야 하므로 원가 상승 부담이 크게 높아진다.

따라서 비용 상승을 최소화하면서 경량화 효과를 극대화하는 것이 향후 완성차업체의 경량화 과제다.

완성차업체간 경량화 전략 차별화
자동차업체 중 일부는 한 가지 경량소재를 활용해 획기적인 경량화 효과를 내고 있다. 적용범위가 넓고 중량이 무거운 기존 철강부품을 알루미늄, 마그네슘, 합성수지 등으로 대체해 효과적으로 경량화를 달성하고 있다.

한국자동차산업연구소 관계자는 “고급브랜드 완성차업체는 알루미늄과 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 사용해 차량 중량을 200kg 이상 낮추고 있다”며 “최근 포드는 픽업트럭 차체에 알루미늄을 적용해 철강 중심의 경량화에서 탈피하고 있다. 재규어랜드로버도 알루미늄 바디를 확대 적용하면서 알루미늄 중심의 경량화를 추진하고 있으며, 특히 BMW는 업계 최초로 CFRP 중심의 경량화를 시도하고 있다”고 말했다.

하지만 비싼 경량 소재를 사용하면 차량 가격이 크게 높아지기 때문에 일반브랜드 완성차업체에도 똑같은 방식을 적용할 수는 없다. 소비자 입장에서도 수리비용 및 보험료 등 유지비용 부담이 커진다. 따라서 이 업체들은 원가 상승을 최소화하기 위해 철강 중심으로 일부 경량소재를 활용하는 식의 경량화 전략을 취하고 있다.

소재 혼합 방식으로 일원화 전망
하지만 향후 완성차업체의 경량화 전략은 단일 경량소재 집중방식보다는 다양한 소재 혼합방식으로 일원화될 것으로 예상된다.

고급브랜드 완성차업체도 상품라인업을 소형차로 확대하고 있으며, 신흥시장 공략도 강화함에 따라 차량의 원가 상승을 최소화시킬 필요가 있다.

일반브랜드 완성차업체는 기존 철강소재만으로는 엄격한 연비규제를 만족시킬 수 없기 때문에 경량소재 적용을 늘려야 하는 상황이다.

따라서 완성차업체는 시장의 요구에 대응하기 위해 이종소재 혼용 채택이 불가피해 보인다.

경량화 트렌드, 기존 기술 융합
한국자동차연구원 관계자는 “금속부품의 경량화 기술은 고가의 소재 사용을 최소화하면서 부품의 기계적인 성능을 훼손하지 않기 위해 새로운 구조 설계를 개발하고 기존 기술을 융합하는 방향으로 발전하고 있다”고 언급했다.

또 금속소재 가공기술 분야는 오랫동안 성숙해 혁신적인 가공법 개발이 쉽지 않다. 이런 상황에서 주목받고 있는 경량화 기술에는 크게 3가지가 있다.

첫 번째, 기존 금속부품의 구조를 최적화하는 기술이다. 구조를 최적화할 수 있는 부품의 범위가 제한적이어서 폭넓게 사용할 수 있는 방법은 아니지만, 기존 역량을 최대한 활용하고 검증된 소재를 사용함으로써 개발 시간과 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

두 번째, 기존 가공법들을 융합하는 기술이다. 공정이 복잡해지면서 가공비용이 늘어날 수 있는 단점이 있으나, 기존 가공법을 활용하기 때문에 설비 투자 및 생산기술 개발 부담을 최소화할 수 있다. 또 이 기술은 각 가공법의 단점을 보완하므로 부품의 무게 절감뿐만 아니라 성능과 품질도 높일 수 있다. 기존의 가공법을 조합할 수 있는 방법은 다양하기 때문에 부품의 특성과 목적에 따라 다수의 영역에서 응용될 수 있다.

세 번째, 기존 철강소재와 경량소재를 혼용하는 이종소재 결합기술이다. 단일 경량소재에 비해 경량화 효과는 다소 낮지만, 원가 상승폭을 최소화시키는 방식이다. 또한 각 소재별 장점을 활용할 수 있어서 적용 부품의 기계적 성능이 개선되는 효과도 낼 수 있다. 이러한 이종소재 결합기술은 용접, 접착 등 요소 기술의 발전이 뒷받침돼야 한다.

기반기술 확보, 업체 간 협력체계 필요
일본 금속가공 부품업체들은 자동차 부품의 내부를 비워 경량화를 구현하는 중공화 기술과 이종금속 용접기술에 집중하고 있다.

독일 금속가공 부품업체들도 필요에 따라 부품의 두께와 강도를 조절하는 부분적 박육화 기술, 합성수지와 금속 간 접착기술 개발에 주력하고 있다.

향후 국내 부품업체들도 소재와 가공법 융합에 기반 한 경량화 부품 개발을 위해 기반기술 확보와 완성차, 부품, 소재, 설비업체의 협력이 강화돼야 한다.

철강재에 다른 경량소재를 혼합 사용하는 멀티소재가 일반화되고 있는 상황에서, 소재 융합에 필요한 설비, 결합기술 등 기반기술 확보가 시급하다. 성질과 가공법이 다른 소재의 혼합을 위해서는 용접, 접합 등 결합기술력이 있어야 한다.

뿐만 아니라, 양산 단계에서 품질과 생산성 확보를 위해 설비업체의 경쟁력 제고도 필요하다.

완성차, 부품, 소재, 설비업체들이 소재융합 부품을 개발하는 초기 단계부터 협력할 수 있는 체계를 구축할 필요가 있다.

이런 협력체계는 정부 지원의 기반 아래 완성차와 소재업체가 주도하는 것이 현실적이다. 국내 가공, 설비업체들의 자금력과 기술 수준이 낮으므로 이런 업체들을 육성하고 협력할 수 있는 기반 구축이 시급하다.

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홍보영 기자 papersong@kidd.co.kr

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