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산업의 뿌리

작업자가 조작이 편리해야 최고의 로봇자동화

전 세계적으로 환경 및 안전규제가 강화됨에 따라 친환경자동차 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 과거에는 자동차의 속도, 안정성 등 성능이 중시되었다면, 최근에는 배출가스를 줄이고 연료 효율성을 높이는 등의 친환경성이 중요 요소로 대두되고 있다.


대표적인 배출가스 규제는 1992년부터 유럽연합이 채택한 '유로X'다. 질소산화물(NOx)과 분진 등으로 매연의 배출 기준을 정하고 있는데, 현재는 2014년 9월부터 시행된 '유로6'가 적용되고 있다. 유로6는 3.5t 미만의 차량에 대해 질소산화물(NOx) 허용치를 0.18g/㎞(유로5·2009~2014년 시행)에서 0.08g/㎞로 50% 이상 강화하는 게 골자였다. 입자상 물질도 ㎞당 0.0045g 이하로 낮췄다. 현재 국내에도 유로6 기준을 충족하는 다양한 친환경 디젤차들이 출시되어 있는 상황이다.


그린카 시장은 점점 세를 넓히고 있다. 엔진과 모터를 함께 사용하는 하이브리드카가 우리가 국내에서도 쉽게 볼 수 있는 그린카 중 하나이며, 상용화를 앞두고 있는 전기차·수소차 등 개발을 위한 경쟁이 치열하다.


무엇보다 연료 효율성에 대한 요구가 높아짐에 따라, 자동차산업계에서는 '자동차 소재와 부품의 경량화'에 대한 연구개발이 활발히 진행 중이다. 자동차 소재·부품의 경량화는 연비 개선의 여지가 큰 가장 현실적 대안으로 꼽힌다.


대표적 경량소재로는 기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재의 강판, 박육철계(아주 얇은 철계) 소재, 알루미늄·마그네슘·티타늄 등 경량 복합소재, 섬유강화복합소재 등이 있다. 스마트카와 함께 미래 자동차산업의 주요한 트렌드인 친환경자동차 제작에 필수적인 뿌리산업의 첨단기술들을 소개한다.


?고강도 저합금 내열주철 박육 주물 제조기술

고강도 박육주조 기술은 자동차 엔진의 주요부품인 터보차저 터빈하우징, 배기 매니폴드(엔진의 고온가스를 배출하는 내열합금 부품) 등의 두께를 아주 얇게 만드는 것이 핵심이다. 최근 자동차 경량화를 위해 많은 부품들이 알루미늄이나 마그네슘 등 경량재료로 재료 자체를 대체하고 있는데, 이 기술은 재료는 그대로 철계 주물을 이용해 강도, 950℃급 내열성 등을 유지하는 동시에 신소재에 소요되는 비용을 줄여 가격경쟁력도 확보할 수 있는 것으로 평가된다. 또한 배기온도 증가에 의한 완전 연소를 통해 연비 효율을 향상시키고 이산화탄소, 질소화합물 등 오염물질 배출을 줄일 수 있어 환경친화적 차세대 자동차 엔진제조에 중요한 뿌리기술로 여겨지고 있다.


?가솔린 엔진 대응 일체형 터보차저 터빈하우징 제조 기술

자동차 내연기관의 다운사이징 추세에 맞춰, 가솔린 엔진의 주요 부품인 터보차저 터빈하우징과 배기 매니폴드를 하나의 주물로 생산하는 기술이다. 터빈하우징과 배기 매니폴드를 일체화함에 따라 부품의 크기는 작아지지만, 내부 형상의 복잡도가 커져 정밀한 주조기술이 필요하다. 여기에 900~1050℃ 온도에서 반복되는 열충격에 견딜 수 있는 내열성을 만족하는 스테인리스 주강을 얇은 두께로 주조하는 기술 역시 필요하다.


?복잡형상 이종재질 부품 일체화를 위한 융합공정기술

보통 자동차 부품을 주조할 때 단일소재를 사용해 개별 부품을 제작하고, 가공·용접 등의 공정을 거쳐 이를 다시 조립하는 경우가 많다. 이 기술은 부품을 제작함에 있어 고강도의 철계소재와 특수기능의 경량소재 등 서로 다른 재질의 소재를 일체화해 한번에 주조하는 융합공정이다. 성능 개선과 무게 감소 두 가지를 동시에 만족시킬 수 있는 기술로, 스틸 프리폼(free-form)과 알루미늄 다이캐스팅 결합 기술, 스틸 프리폼 표면 활성화 기술 등에는 세계 최고 수준의 기술난이도가 요구된다.


?차량용 유리대체 플라스틱 ICM 금형·성형 기술

자동차 구매 결정 과정에서 디자인이 점점 높은 비중을 차지하는데 유리의 가공성 한계는 디자이너들의 창의성을 제한하는 요인이 되고 있어 주목되는 기술이다. 플라스틱의 경우 중량이 유리에 비해 1/3에 불과해 자동차 경량화에도 큰 도움이 된다. 기존의 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수 있는 ICM(Injection Compression Molding·사출압축성형) 금형설계/제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수 있는 성형기술로 이루어진다.


?장(長)섬유를 포함한 이종 복합재 금형·성형 기술

장섬유(가늘고 길게 연속된 긴 섬유·필라멘트)를 포함한 이종소재(금속, 플라스틱, 섬유재, 기타 보강재 등)를 이용해 고성능·초경량의 부품을 양산할 수 있는 고속성형 공정기술이다. 금형 설계 및 정밀가공 기술, 정확한 형상 및 잔류 응력을 최소화 하는 성형 기술, 표면의 특성을 향상시키기 위한 표면처리기술 등의 융복합화가 이뤄진 기술이다.


?고온/고신뢰성 전력반도체 접합 기술

미래 친환경 자동차인 전기/하이브리드 자동차의 핵심부품인, 실리콘(Si) 기반의 전력반도체 및 발광부품용 반도체 모듈을 만들기 위한 핵심기술이다. 자동차 전장(전자장비)부품은 용접시 보통 납이 함유된 주석-납(Sn-Pb) 합금 접합소재를 사용하지만, 최근에는 '유럽연합 폐차처리지침(ELV)' 등 납과 수은, 카드뮴, 6가크롬 등 중금속 사용을 규제하는 환경규제가 강화되는 추세다. 이 기술은 친환경 '무연(Pb-free)' 용접 소재를 사용하는 고온 접합공정 기술이다. 전기/하이브리드 자동차의 국산화 개발을 위해서는 반드시 확보되어야 하는 핵심 기술이라고 볼 수 있다.


?경량소재(마그네슘) 기능성 표면처리 기술

마그네슘은 에너지 절감을 위한 초경량 부품인 동시에 친환경적인 금속이다. 특히 자동차 부품 소재로 기존의 철이나 알루미늄 소재를 대체할 수 있어 이 소재의 표면처리 기술은 중요하다. 마그네슘 합금의 내마모성·내식성을 알루미늄 소재 이상으로 개선하기 위해서는 양극산화피막의 기공을 1㎛이하, 결정구조 80%이상, 두께 20~60㎛, 표면거칠기 1㎛ 이하 등으로 획기적으로 향상시킬 수 있는 마그네슘 플라즈마전해산화처리용 용액을 설계할 수 있는 기술이 필요하다.


미래 친환경차 시장에서 우위를 점하려면 첨단 뿌리기술들의 확보가 시급하다. 앞으로 자동차 경량화, 엔진 효율화, 전기차·수소차와 같은 대체에너지 차량 등과 관련한 뿌리기술의 국내 개발이 더 활발히 이뤄질 수 있도록, 창조적 정책마련이 필요할 것이다.



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