Porsche 전기차 타이칸, 적층제조로 e-Drivetrain 개발 중 

알루미늄 합금으로 PBF 방식으로 제작 - 경량화, 고강성화, 조립시간 단축

<번역 및 해설> 강민철(3D프린팅연구조합)

  전기자동차로 출시되는 타이칸에 전기 구동 시스템용 하우징을 테스트하고 있다. 기존 가솔린 엔진은 실린더에서 발생한 동력을 변속기를 통해 차축으로 전달하는 역할을 하는 것에 반해 전기 구동 시스템은 모터에서 동력을 발생하고 변속기, 제어 장치가 통합된 것을 의미한다. 이 전기차의 모터는 800V 작동하며 전압의 최대 205kW(280hp)급 영구 자석 모터와 2단 변속기가 동일한 하우징에 통합되어 있으며 최대 2,100토크로 휠을 앞 차축에 구동한다. 적층장비는 SLM Solutions의  12 레이저 시스템을 사용하여 프론트 액슬용 E-Drive 부품을 적층했다. 이 SLM사의 NXG XII 600은 600x600x600mm 적층 부피를 가지고, 양방향 recoating, Double Jump Speed를 통해 시간당  1000cm3으로 적층가능하다. 이 정도의 속도면 한 대의 기계가 연간 최대 10,000kg의 부품의 제작이 가능하다.

 21시간만에 적층된 알루미늄 E-Drive 하우징. 무게를 줄이기 위한 격자 구조로 높은 강성을 확보하였으며 냉각 채널의 기능적 통합과 부품 통합을 실현했다.  

 테스트중인 Porsche 하우징은 모터 및 2단 변속기뿐만 아니라 베어링, 열교환기 및 오일 공급과 같은 추가 주요 구성 요소에 맞게 통합 설계되었다. 이 유닛은 품질 및 스트레스 테스트도 문제없이 통과하였으며 적층제조방식으로 제작된 장점은 다음과 같다고 밝히고 있다.

 첫째, 하우징의 무게는 기존의 다이캐스팅으로 제작한 것에 비해 약 40% 가볍기 때문에 전체 전기 구동 시스템의 10%의 경량화를 실현했다.

 둘째, 모터와 변속기를 분리하는 부분의 강성이 100% 증가하여 내구성이 향상되었다. 마지막으로는 냉각기능 등 구성 요소를 통합할 수 있게 됨으로써  구동 장치의 조립 시간을 약 20분 단축이 가능하다.

 그러나 이러한 장점에도 불구하고 개발책임자는 ‘아직까지는 금속 분말 가격이 비싸고 적층시간이 오래 걸려 대량 생산이 어렵다’고 전제하고 ‘이 기술은 연간 생산량이 작은 양산 모델 또는 모터 스포츠용 특수 부품 생산에 더 적합하다’고 밝혔다.

 포르쉐는 2019년 여름에 적층제조 방식으로 TRUMPF사 장비를 사용하여 가솔린 엔진의 피스톤을 제작한 바 있으며 있다. 대상 차종은 911 GT2 RS이였으며 적층제조된 피스톤을 사용하여 출력이 30마력 증가하여 최대 730마력을 기록한 바 있다. 그 결과 기존 단조 부품보다 10% 경량화를 달성하고 피스톤 크라운(직접 압력을 받는 상단부위)에 폐쇄된 냉각 duct를 통합 할 수 있어 효율성이 증대된 바 있다.