캐드앤그래픽스 C&G TV에서 7월 12일‘플라스틱 및 복합재를 활용한 자동차 경량화’에 대한 세미나 방송을 진행했다. 발표자로 참여한 오토데스크코리아의 최재현 이사와 이원기 과장은 자동차 경량화에 대한 개념을 설명하고 오토데스크의 시뮬레이션 프로그램인 몰드플로우(Moldfolw)와 헬리우스 PFA(Helius PFA Platform)를 통해 플라스틱 소재의 사출 시뮬레이션을 보였다. 상세한 내용은 다시 보기를 통해 볼 수 있다. http://www.cngtv.co.kr

오토데스크코리아 최재현 이사는 최근 자동차 시장의 트렌드를 소개하며 강의를 열었다. 국가마다 대기 환경을 고려하여 자동차의 수출입에 여러 가지 배출 규제를 강화하는 실정이라고 한다. 우리나라도 다르지 않다. 한 예로 모 자동차 기업에서 수입해 오는 차 중 서른 종 정도가 규제에 걸려서 수입 불가 판정을 받았다. 이렇듯 자동차 기업에서는 국제 시장의 동향에 맞춰 신제품과 기술을 개발하는 노력이 필요하게 되었다.

자동차 업계에서 배출 규제 기준을 충족하기 위한 세 가지 노력으로 '동력계 효율 증대’,‘ 대체 에너지 사용’,‘ 차체 경량화’가 있다. 동력계 효율을 올리고 배기가스에 산화물을 덜 내보내는 방법으로 SCR(Selective Catalytic Reduction) 전략과 EGR(Exhaust Gas Recircutation) 전략이 있다. 둘 다 산화물을 물과 질소로 분해시켜 배출한다는 점에서 규제 기준을 맞추는 방법이다. 하지만 두 전략은 연소 온도에 있어서 차이를 보인다. 대체 에너지를 사용하는 것으로는 아직까지는 가솔린 하이브리드 자동차가 연료 대비 주행까지 효율이 좋은 것으로 조사된다.

앞의 두 가지 방법과 더불어 연비를 줄이고 규제를 피하는데 가장 좋은 방법은 차량 경량화이다. 차량의 중량이 10% 감소하면 연료 효율은 6~7% 증대가 예상된다. 스틸을 대체할만한 가벼운 재료로는 내구도가 높으면서 유연한 플라스틱이 있다. 특히 자동차에서의 플라스틱 부품들은 보통 차량 부피의 50%를 차지하나 중량은 10%만 차지하게 될 정도로 중량을 줄이는데 적합하다. 자동차를 설계할 때 외형에 관련된 부품들을 플라스틱으로 대체하고 다음은 동력계의 크기를 줄인다. 연결부품의 중량을 줄이기 위해 각 기관을 조립식이 아니라 하나의 연결된 완성품으로 제작하기도 한다. 이렇게 조금씩 무게를 줄이는 방향으로 자동차를 설계함으로써 연비를 늘릴 수 있다.

플라스틱 재료로 자동차를 만들었을 때는 중량을 줄이는 것 외에도 디자인 면에서 더욱 자유로우면서 내구성과 안전함을 보장하고, 생산 효율성이 높다는 장점이 있다. 이원기 과장은 “플라스틱의 종류에는 PP, 폴리프로필렌 폴리우레탄, PVC 등 다양한 종류가 있고 그 종류만큼이나 제조 방법도 다양하다”고 말했다. 플라스틱 계열의 소재는 자동차의 기존 소재와는 다른 특성을 띠고 있기 때문에 제작하기 전에 디지털로 소재에 대한 시뮬레이션을 하는 단계를 꼭 거쳐야 한다. 신소재의 부품 파손에 대한 검증은 물론이고, 더욱 효율적인 제조 공법을 연구하는 데에도 필요하다.

최재현 이사는 플라스틱 제품의 설계 및 금형 설계를 최적화하기 위한 사출성형 해석 소프트웨어인 몰드플로우와 헬리우스 PFA를 소개했다. 몰드플로우는 고급 성형 공정 해석을 지원하며 스틸 소재뿐만이 아니라 플라스틱, 복합재 역시 다룰 수 있다. 플라스틱 재료는 일반 금형 소재의 사출 성형과는 다른 양상을 보여주는데 몰드플로우는 9000개 이상의 재료 데이터베이스를 보유하고 있기 때문에 해석의 결과 역시 높은 편이다. 헬리우스 PFA는 단독 소프트웨어가 아니라 아바쿠스, 앤시스, 나스트란 등 기존 CAE 솔루션의 보조 프로그램이다. 헬리오스 PFA는 더 사실적인 데미지를 고려한 비선형 복합재 해석 소프트웨어으로 기존의 CAE 솔루션과 같은 방식으로 사용하기 때문에 손쉽게 익힐 수 있는 구성이다. “특히 헬리우스 PFA는 복합재의 해석에 초점이 맞춰져 있어서 복합재를 소재로 한 시뮬레이션에 적합하다”고 이 과장은 말했다. 

최 이사는 “자동차 산업뿐만 아니라 다른 제조산업에서도 비용과 효율적인 면을 생각해 플라스틱과 복합재를 이용하는 노력을 하고 있다. 하지만 스틸과 전혀 다른 특성을 가진 소재로 바로 제조해본다면 실패를 거듭하며 비용이 많이 들 것”이라며 사출성형 해석 소프트웨어를 통해 가상으로 어느 정도 검증을 거친 후 실제 제조를 해야 한다고 조언했다.