초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
ㅇ 2리터급 가솔린 엔진의 웨이스트게이트 터보차저(WGT) 모듈을 대상으로 3D프린팅 기술을 활용하여 기존부품 대비 5%범위 이내의 성능을 만족하는 동등수준의 터보차저 부품 개발
- 3D프린팅 기술을 활용한 콤프레셔 하우징 알루미늄합금 부품 개발
- 3D프린팅 기술을 활용한 터빈 하우징 내열합금 부품 개발
- 3D프린팅 Wax pattern 기술을 활용한 터빈 휠 부품 개발

□ 개발내용 및 결과
ㅇ 3D프린팅 기술을 개발 및 검증을 위한 개발대상 부품 선정

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
ㅇ 2리터급 가솔린 엔진의 웨이스트게이트 터보차저(WGT) 모듈을 대상으로 3D프린팅 기술을 활용하여 기존부품 대비 5%범위 이내의 성능을 만족하는 동등수준의 터보차저 부품 개발
- 3D프린팅 기술을 활용한 콤프레셔 하우징 알루미늄합금 부품 개발
- 3D프린팅 기술을 활용한 터빈 하우징 내열합금 부품 개발
- 3D프린팅 Wax pattern 기술을 활용한 터빈 휠 부품 개발

□ 개발내용 및 결과
ㅇ 3D프린팅 기술을 개발 및 검증을 위한 개발대상 부품 선정
- 국내 완성차 및 터보차저 제조사의 의견 청취를 통한 신기술 도입시 개발기술 검증에 유용한 제품선정(제네시스 G70/세타2 T-GDI)
ㅇ 개발 대상제품(터보차저)의 분해분석 및 시험평가를 통하여 연구개발에 요구되는 데이터 베이스 구축
- 연차 별 개발부품(2차년도:콤프레셔 하우징, 3차년도:터빈 하우징, 4차년도:터빈 휠)의 역설계 데이터 확보
- 개발품과의 성능 편차 비교분석을 위한 터보차저 단품 내구시험 및 엔진 성능시험 데이터 확보
ㅇ Sand 材3D프린팅 소재 및 공정기술 분석을 통한 연구기반 마련
- 3D프린팅 用 Binder 및 Activator의 반응 알고리즘 분석을 통한 연구방향 설정
- 3D프린팅 주형 활용 알루미늄·내열합금강 주조 실험을 통한 강도·통기성·계면간 반응 등 요구조건 분석
ㅇ Sand 材 3D프린팅 기술을 활용하여 알루미늄합금 부품 제조에 최적화된 소재 및 공정기술 연구개발
- 3D프린팅 기술 활용 최적의 모래주형 설계 및 유동·응고 시뮬레이션 기반 알루미늄합금 부품 제조 프로세스 확립
- 3D프린팅 전용 소재(Binder·Activator) 특성 연구를 통한 최적의 재료배합조건 및 모래주형 열경화 공정기술 개발. 강도 300N/㎠을 만족하는 모래주형 개발 완료
- 3D프린팅 모래주형의 그라파이트 도형제 코팅기술 연구를 통한 최적의 공정기술 개발 및 표면거칠기(Rz) 80㎛이하를 만족하는 알루미늄합금 부품 개발 완료
- 개발된 기술 검증용 콤프레셔 하우징 성능평가 결과, 양산품과 동등성능(±2%)의 부품 개발 완료 및 가혹조건 내구성능(1Cycle) 확보 완료
ㅇ Sand 材 3D프린팅 기술을 활용하여 내열합금 부품 제조에 최적화된 소재 및 공정기술 연구개발
- 3D프린팅 기술 활용 최적의 모래주형 설계 및 유동·응고 시뮬레이션 기반 내열합금 부품 제조 프로세스 확립. 기존 목형 공법으로 제조가 불가능한 부품의 한계 극복(국내 S 社 설계기술 독점)
- 주형강도 향상을 위한 Hybrid Binder 소재기술 연구 및 최적의 2차 바인딩 공정기술 개발을 통한 강도 380N/㎠을 만족하는 모래주형 개발완료
- 3D프린팅 모래주형의 지르콘 도형제 코팅기술 연구를 통한 최적의 공정기술 개발 및 표면거칠기(Rz) 80㎛이하를 만족하는 내열합금 부품개발 완료
- 개발된 기술 검증용 터빈 하우징 성능평가 결과, 양산품과 동등성능 (±1%)의 부품 개발 완료 및 가혹조건 내구성능(1Cycle) 확보 완료
ㅇ PMMA 3D프린팅 Wax pattern 기술을 활용하여 정밀주조에 최적화된 소재 및 공정기술 연구개발
- 3D프린팅 기술 활용 최적의 Wax pattern 설계 및 유동·응고 시뮬레이션 기반 정밀주조 프로세스 확립
- PMMA 3D프린팅 Pattern의 열적 안정성 분석 및 Wax 함침 최적화 소재·공정기술 연구를 통하여 Pattern의 변형 제어 및 표면품질 향상기술 개발(3D프린팅 Pattern의 Wax 함침 공정기술의 표준 마련)
- 개발된 3D프린팅 Pattern 소재 공정기술 적용, 표면거칠기(Rz) 80㎛이하를 만족하는 성능평가용 터빈 휠 부품 제작 (정밀도 ±0.2mm이내)
ㅇ 최종 연차 별 개발된 기술 검증용 콤프레서 하우징 및 터빈 하우징, 터빈 휠 적용 엔진 성능평가 결과, 양산품과 동등성능(±1%)의 부품개발 완료 및 가혹조건 내구성능(1Cycle) 확보 완료
ㅇ 연차 별 개발된 3D프린팅 공정기술 활용 산업체 적용 8건 지원
- 2차년도 : 알루미늄합금 및 주철 부품 제조기술 3건
- 3차년도 : 내열합금강 제조기술 3건
- 4차년도 : Wax pattern 활용 정밀주조 적용 기술 2건

□ 기술개발 배경
ㅇ 해외 자동차산업에 3D프린팅 적용 현황으로는 다양한 제조기술 간 배합역량이 강화되고 혁신적인 활용사례가 속출되는 반면 국내 자동차산업은 노후된 기술에 국한되어 성장 한계에 직면. 이에, 국내 자동차부품 제조기업들은 기술 경쟁력 유지를 위하여 선진국의 3D프린팅 대행 서비스를 이용하는 추세
ㅇ 선진국과의 기술 격차, 주력 산업분야에서의 활용수요 부족 등으로 인해 3D프린팅 산업 경쟁력은 여전히 미흡한 실정으로 국내 자동차부품 제조산업에 3D프린팅 공정기술을 도입하고 생태계를 조성할 수 있도록 3D프린팅 응용기술 개발 및 지원이 절실한 상황
ㅇ 따라서, 본 과제를 발굴하고 자동차 부품 시작개발(Proto) 및 초도양산 (Pilot Production) 일정을 단축하기 위한 3D프린팅 제조혁신 기술 연구개발을 추진

□ 핵심개발 기술의 의의
ㅇ 본 과제수행을 통해 개발된 3D프린팅 응용기술은 근래 선진국(독일·미국·일본 등)에서 보급되는 3D프린팅 인프라 활용에 핵심이 되는 소재·공정 기술로써, 자동차부품 제조산업의 기술 활용 활성화 및 경쟁력 제고를 위한 연구내용임
ㅇ 선진국의 경우, 소재 장비를 자체 개발하고 공정기술 노하우 축적을 통한 3D프린팅 활용 기술을 기 보유하고 있으며, 본 연구를 통해 기술격차를 단축할 수 있는 계기를 마련

□ 적용 분야
ㅇ 친환경 자동차(EV, HEV, FCEV 등)의 연비효율 향상을 위한 경량화 부품 제조 대응이 가능
ㅇ 미래형 자동차 개발기간 단축을 위한 기존 제조공정의 기술적 보완이 가능

(출처 : 초록-3. 개발결과 요약 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 8
• 목차 ... 12
• 제1장 서론 ... 13
• 제1절 추진배경 및 필요성 ... 13
• 제2절 개발대상 기술·제품의 개요 ... 15
• 제2장 과제수행 내용 및 결과 ... 21
• 제1절 최종목표 및 평가방법 ... 21
• 제2절 연차별 개발내용 및 범위 ... 26
• 제3절 수행 결과의 보안등급 ... 154
• 제4절 유형적 발생품 구입 및 관리 현황 ... 155
• 제3장 결과 ... 156
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 156
• 제2절 연구개발 추진체계 ... 165
• 제3절 R&D 도전과 배움 ... 169
• 제4절 고용 창출 효과 ... 171
• 제5절 자체보안관리진단표 ... 172
• 제6절 안전관리 이행 현황 ... 173
• 제4장 사업화 계획 ... 174
• 제1절 시장 현황 및 전망 ... 174
• 제2절 사업화 계획 ... 175
• 제3절 향후 추가 기술개발 계획 ... 178
• 붙임 ... 180
• 붙임1. 터보차저 단품 내구 성능평가 결과보고서 ... 181
• 붙임2. 터보차저 모듈 적용 엔진성능 시험성적서 ... 236
• 붙임3. 주조품 3차원 측정 시험성적서 ... 272
• 붙임4. 주조품 표면거칠기 측정 시험성적서 ... 298
• 붙임5. 주형 강도 시험성적서 ... 309
• 붙임6. 3D프린팅 원천기술 산업체 적용 확인서 ... 317
• 붙임7. 논문 게재(발표) 실적 ... 327
• 붙임8. 특허 출원(등록) 실적 ... 374
• 붙임9. 3D프린팅 공정 자료구축 ... 506
• 끝페이지 ... 703