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[3D프린팅] 경주용 전기자동차를 전자빔 3D금속프린팅으로 프린트하는데 성공했다. Innovate UK의 지원을받는 MTC (제조기술센터)는 미래기술을 생성하고 3D프린팅과 같은 제조프로세스를 개발 및 입증하여 영국의 산업성장을 가속화하려한다.

박민제 | 기사입력 2020/10/17 [08:24]

[3D프린팅] 경주용 전기자동차를 전자빔 3D금속프린팅으로 프린트하는데 성공했다. Innovate UK의 지원을받는 MTC (제조기술센터)는 미래기술을 생성하고 3D프린팅과 같은 제조프로세스를 개발 및 입증하여 영국의 산업성장을 가속화하려한다.

박민제 | 입력 : 2020/10/17 [08:24]
경주용 전기자동차를 전자빔 3D금속프린팅으로 프린트하는데 성공했다. Innovate UK의 지원을받는 MTC (제조기술센터)는 미래기술을 생성하고 3D프린팅과 같은 제조프로세스를 개발 및 입증하여 영국의 산업성장을 가속화하려한다. 2020. 10. 16.
 
 

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Innovate UK의 지원을받는 MTC (제조기술센터)는 미래기술을 생성하고 3D프린팅과 같은 제조프로세스를 개발 및 입증하여 영국의 산업성장을 가속화하려한다. 

MTC의 일부인 NCAM (National Center for Additive Manufacturing)은 영국 산업성장에 중점을두고 있으며 지난 3년 동안 항공우주를위한 더 강력한 AM 즉 적층제조기술 공급망을 설정하는 DRAMA 연구프로젝트이다. 그러나 NCAM은 자동차 및 모터 스포츠 AM적층제조 애플리케이션도 지원한다. 이에 대한 완벽한 예는 옥스포드브룩스 대학의 공식 학생경주팀인 옥스포드 브룩스 레이싱 (OBR)이 2020년에 도달 할 수 있도록 Coventry팀이 수행한 최근 경주자동차 프린팅 작업이 그것이다.

OBR은 영국 최고의 공식 학생경주(FSUK)팀 중 하나이며 이전에 여러 프로젝트에서 MTC와 협력했었다. 그래서 팀은 NCAM이 적층제조기술을 다음 단계로 끌어 올릴 수있는 완벽한 파트너가 될 것임을 알고있었고 경주자동차 3D프린팅이었다.

 “포뮬러 학생대회에서 길고 성공적인 역사를 가진 OBR은 2020시즌을 위해 전기차로 전환하고 있다. 새로운 팀 구조와 R & D 플랫폼 역할을하는 클래스2 프로젝트를 통해 OBR은 세계 최고의 FS팀을 맡을뿐만 아니라 전기자동차 및 혁신의 테스트베드 역할을 할 수있는 플랫폼을 개발하는 것을 목표로한다. "제어 소프트웨어”라고 OBR 웹사이트는 이 기술을 부른다.

목표는 브레이크 마운트, 서스펜션 링크 및 휠을 연결하는 동시에 자동차의 전기모터 기어박스도 포함하는 복잡한 부품을 제작하는 데 적층제조기술을 사용할 수 있는지 확인하는 것이다.

OBR의 Charles Boileve는“우리 팀은 세계최고의 Formula Student팀을 이끌 플랫폼을 개발할뿐만 아니라 전기자동차 및 제어 소프트웨어의 혁신을위한 테스트베드 역할도하는 것을 목표로했다. 또한 전기자동차 작업에 대한 지식과 실무경험을 모두 습득하여 성능뿐 아니라 업계에서도 선두에 설 수있는 기회를 제공했다."

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                 Arcam EBM Q20plus에서 Ti64Al4V로 생산 된 OBR 부품.

NCAM의 최근 설치된 금속적층제조시설은 다양한 금속 AM 즉 적층제조기술의 본거지이며, 이 센터는 특히 고객이 어떤 응용분야에서든 최고의 기술을 결정하도록 돕는 데 능숙하다. 이 경우에는 가장 적합한 기술이 전자빔용융 (EBM) 시스템인 GE Additive Arcam Q20plus로 밝혀졌다.

“협업 사례연구 프로젝트를 통해 전체 AM제조 프로세스의 시연이 가능했다. 개념 아이디어에서 AM설계, 제조, 검사 및 후 처리 가공에 이르기까지 NCAM의 제품 개발 책임자 Ruaridh Mitchinson은 “가장 흥미진진한 일은 MTC Design for Additive 및 공정 엔지니어링 전문가와 긴밀히 협력하여 EBM AM공정 능력을 완전히 탐구하고 Oxford Brookes 레이싱 팀에 지식을 전파하는 것이었다.”라고 말한다.

EBM이 가장 적합한 기술이 될 것이라고 결정되면 NCAM 선임연구엔지니어 Emmanuel Muzangaza는 OBR팀이 경주용전기자동차의 핵심부품을 개발하고 완성하는 것을 도왔다.

“우리는 가능한 한 도움을주려한다. 실제로 OBR팀은 이미 첨가제에 대한 강력한 개념과 설계를 염두에두고 있었으며, 이는 약 90% 정도 완성도를 가졌다. "우리 팀은 프로젝트를 시작하고 실행하기 위해 심층적인 적층제조 전문지식을 추가하고 지침을 제공하며 나머지 10%를 추가 할 수있었다."

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지원 제거 이전에 지원이있는 OBR 부품.

SmarTech Analysis에 따르면 EBM기술은 2019년의 "처음 9개월 동안 엄청난 성장 수준"을 보였으며, 대부분은 "기술의 유일한 중요한 상업적 제공업체 GE Additive와 연결되있었다."

“금속용 전자빔 용해는 레이저기술과 비교하여 수년 동안 상대적으로 틈새시장이었으며 레이저 시스템은 가까운 미래에 업계 수익의 대부분을 차지할 것이지며 EBM 부문도 성장할 것으로 보인다. SmarTech는 계속된다."

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OBR팀은 팽창없이 모든 큰 부품을 조밀하게 중첩 할 수 있고 적은 비용으로 지지대를 거의 만들지 않거나 만들 수있는 향상된 설계 자유를 포함하여 여러 가지 이유로 다른 추가 방법 대신 EBM즉 전자빔응용기술을 선택했다. 진공 상태에서 고온에서 발생하는이 공정은 고출력 전자빔을 사용하여 치수가 정확하고 응력이 완화된 부품을 신속하게 인쇄 할 수 있으며, 가공된 재료와 유사한 재료 특성을 특징으로하는 부품을 생성한다.

EBM 전자빔응용기술의 고온은 최소한의 응력으로 부품을 생산할 수있게 해주 며, Ti6Al4V (티타늄) 합금과 같은 균열이 발생하기 쉬운 반응성 재료로 인쇄 할 수 있기 때문에 비용 효율적이다. 또한 Arcam Q20plus에는 PRS (Powder Recovery Station)가 함께 제공되므로 추출된 모든 분말 즉 남은 분말을 향후 인쇄에 재사용 할 수 있다.

후 처리 전에 지지대가 제거된 OBR부품. (사진 설명 : National Center Additive Manufacturing)

팀이 만든 부품은 AMK AC 서보 모터가있는 4WD 인허브 모터구성을 기반으로했으며, 이는 휠당 300 Nm 이상의 토크를 생성 할 수있는 소형 주축기어박스와 쌍을 이룬다. 130kW 이상의 피크 출력을 특징으로하는 리튬코발트산화물 (LCO) 파우치 셀이 장착된 600V, 6.6kW-hr 배터리 팩은 구성요소에 에너지를 공급하는 데 사용되며 개방형 제어 플랫폼을 사용하여 모든 것을 관리한다. GE Additive 보도자료에 따르면 "경주용전기자동차의 잠재력을 최대한 발휘하기 위해 토크 벡터링 및 고급 차량 제어를 구현하는 데 이상적이다." 

2020년의 모든 것과 마찬가지로 코로나19는 자동차경주 행사를 못하게 하고, 아무것도할 수 없어서 OBR20팀은 FSUK 시즌에 트랙에서 새로운 경주용전기차를 과시하지 못했다. 그러나 80개 이상의 팀이 몇 달 전에 가상대회에 참가했으며 OBR20은 가상 역학에서 3위, 정적에서 5위를 차지했다. 이 두 가지가 실제 이벤트에서처럼 함께 득점했다면 OBR20은 3년 연속 2위를 기록했을 것이다.

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OBR의 복잡한 부분.

Boileve는“올해 자동차경주의 기회는 잃었지만 우리는 계속해서 앞을 내다보고 미래를 내다 봄으로써 엔지니어로서 더 발전했다. 전기차 혁명이 다가오고 있으므로 우리는 팀으로서 완벽을 위해 노력할 것이며 다년간의 유산을 구축하려는 우리의 비전에 전념 할 것이다." 3Dprint.com

 

 
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