CURRENT AND FUTURE APPLICATION OF POWDER METALLURGICAL MATERIALS IN THE AUTOMOTIVE INDUSTRY
OLIVER SCHAUERTE
MATERIALS RESEARCH AND MANUFACTURING PROCESSES, VOLKSWAGEN AG, GERMANY
자동차 구성품의 95%는 Steel, 중점적으로 new steel 개발.
경량화를 위하여 Mg Sheet 및 Al 소재 적용 확대, Ti 소재도 VW에서 연구 개발중.
PM 부품은 Tear-3 또는 Tear-2 업체에서 생산하여 Tear-1 업체를 통하여 조립 제품의 부품 형태로 자동차에 납품 되기 때문에 직접 연구는 하지 않음.
과거에는 경험을 바탕으로 하여 소재 개발, 현재는 Data base를 이용한 소재 개발.
Simulation 기법을 소재 개발 뿐만 아니라 Process 및 Performance 분석에 적용하여 소재 성능 예측 및 적용 기간 단축
신소재 개발에 양자 역학을 이용하여 원자에서 전자와 핵의 상호 작용에 따른 소재의 특성을 예측하여 소재 개발 기간을 단축
VW 자동차에 적용 중인 PM 부품의 범위
전통적인 PM 성형 제품은 현재 Gear box 부품과 Engine 및 Brake 부품이 대부분이지만 향후에는 전기 자동차 Motor의 영구자석, Fuel cell 및 battery 의 전극 제조에 사용될 것입니다
PM 제품의 71%는 자동차 부품이 차지하고, 9%가 Industrial Engine 부품에 사용되고 있습니다.
PM 제품의 장점은 Cost 경쟁력과 균일한 품질 그리고 최종 형상에 근접한 Net-shape 성형에 있습니다.
Metal Injection 제품은 비교적 크기가 크고 형상이 복잡한 고밀도의 정밀 제품에 적용되고, 제품 표면이 미려하고 복잡한 형상을 구현할 수 있으나, 금형에서 취출이라는 한계가 있습니다
Hybrid Manufacturing : 3D printing과 Forging 또는 Casting 또는 Base component와 3D Printing을 접목한 제조방식.
재고가 없는 Spare part나 수리 부품을 금형을 사용하지 않고 제조하거나, 생산량이 적은 Sport car 등을 3D printer를 사용하여 생산.
전자 부품에 Sensor를 결합한 부품을 3D Printer로 생산하여 공정 단축
현재 3D Printing의 문제점:
3D Printing에 사용되는 Powder의 크기가 10um 정도로 제조상 Loss가 많기 때문에, 20~60um으로 크게하여 수율을 높이고, Atomizing 공정에서 구형 형상으로 개선하여 작업성 개선 필요.
3D printing용 Powder 가격(EUR 80~120/Kg)으로 Steel Powder가격(EUR 1.27/Kg)에 비하여 고가임.
Additive manufacturing powder의 개선 방향
Powder를 구형화하여 미세 분말로 인한 수율 저하 방지
합금 Powder 개발
Printer내에서 이종 Powder를 혼용하여 사용 가능토록 개발
2020년까지 전세계 시장의 Co2 규제 및 2025년보다 강화된 규제로 인하여 Fuel을 사용한 내연기관 자동차로는 이 규제를 만족시킬 수 없음.
Fuel 사용량변화추정: FCEV (Fuel cell Electric Vehicle), BEV (Battery Electric Vehicle) REEV (Range Expanded Electric Vehicle), ICE (Internal Combustion Engine)
2020년까지 전 세계 시장의 Co2 규제 현황 및 2025년보다 강화된 규제