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현대차그룹이 남양기술연구소에 신설한 적층 제조 솔루션 센터(AMSC)는 설계부터 출력·후처리·검사까지 전 과정을 내부에서 수행하는 통합 체계를 구축했다. 금형 없이 설계 데이터만으로 부품을 제작하는 적층 제조 기술을 활용해 차량 개발 기간을 단축하고 경량화와 맞춤형 생산을 실현하며, 단종 차량의 부품 복원과 모터스포츠 부품 공급까지 다양한 영역에서 제조 유연성을 확대하고 있다. 현대차그룹은 AMSC를 거점으로 그룹사 간 협업을 강화하고 적층 제조 생태계와의 협력을 확대해 미래 모빌리티 시대의 제조 경쟁력을 확보할 계획이다.
설계 데이터만으로 어떤 형상이든 구현해내는 적층 제조 기술이 자동차 산업의 새로운 가능성을 제시한다. 현대자동차그룹이 남양기술연구소에 신설한 적층 제조 솔루션 센터(AMSC)는 차량 개발 프로세스의 효율성 향상에 더해 헤리티지 차량 복원에 이르기까지, 적층 제조 기술의 가능성을 현장에서 직접 구현하는 곳이다.
금형 기반의 제조 기술은 오랜 시간 제조업의 근간을 이루어왔다. 대량 생산 구조의 장점인 효율성과 일관된 품질로 자동차 산업을 포함한 제조업 전반의 성장을 뒷받침한 핵심 동력이었다. 그러나 여기에는 결국 극복하지 못한 태생적인 한계가 있다. 다품종 소량 생산이나 빠른 설계 변경처럼, 유연한 대응이 필요한 상황에서는 금형이라는 물리적 제약이 걸림돌이 되어왔기 때문이다.
3D 프린팅으로 대중들에게 잘 알려진 ‘적층 제조(Additive Manufacturing)’ 기술은 바로 그 영역에서 설계 자유도와 생산 유연성을 확장하는 혁신 기술로 조명받고 있다. 하드웨어 산업 전반에 걸쳐 도입이 가속화되고 있는 적층 제조 기술은 글로벌 시장이 2030년대 초반까지 두 자릿수의 성장세를 이어갈 것으로 전망될 만큼 빠르게 성장 중인 분야다.
특히 해당 기술은 자동차 산업뿐만 아니라 항공우주, 로보틱스, 미래 모빌리티 등 고부가가치 산업을 중심으로 활용 범위를 빠르게 넓혀가고 있다. 복잡한 형상의 부품을 별도의 금형 없이 제작하는 특성을 기반으로, 개발 기간 단축과 경량화, 맞춤형 생산이 중요한 첨단 산업에서 핵심 제조 기술로 자리 잡고 있기 때문이다. 미래 모빌리티와 로보틱스, AAM(Advanced Air Mobility) 등 새로운 영역으로의 확장을 추진하고 있는 현대차그룹 역시 적층 제조 기술을 제조 경쟁력 확보의 차세대 기술로 주목하는 이유다.
AMSC, 적층 제조 기술의 전 주기를 아우르다
2026년 6월, 남양기술연구소 내 모빌리티 선행 기술 연구 그룹을 집약하는 AMS(Advanced Mobility Solution)동이 완공되며 적층 제조 솔루션 센터(Additive Manufacturing Solution Center, 이하 AMSC)도 함께 문을 열었다. 현대차그룹에 최초의 3D 프린터가 도입된 1996년 이후 30년 만에 설립된 AMSC는 개발 전 과정으로 활용 범위가 확대된 적층 제조 기술 연구를 수행하는 한편, 관련 인프라와 협업 체계를 구축해 그룹사 간 연계 비즈니스를 확대하기 위해 마련됐다.
적층 제조 부품의 생산은 설계 단계부터 출고까지 크게 7가지의 프로세스를 거친다. 먼저 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 과정을 통해 적층 제조에 최적화된 구조를 설계한다. 이후 데이터 보정과 배치, 지지대 설계 등 출력에 필요한 데이터를 준비하고, 재료와 공정 조건을 설정한 뒤 적층 제조 장비를 통해 부품을 제작한다. 출력이 완료된 부품은 지지대 제거와 열처리, 표면 처리, CNC 가공 등의 후처리 과정을 거친다. 마지막으로 치수 검사와 기능 테스트, 재료 품질 평가를 통해 요구 성능을 충족하는지 검증한다.
이처럼 전 과정의 유기적인 연결이 이뤄졌을 때 비로소 완성도 높은 부품을 생산할 수 있다. 하지만 업계에서는 인프라 확보 등의 문제로 현실적으로 실현하기 쉽지 않은 구조이기에, 특정 공정을 외부 전문 업체에 일임하는 게 일반적이었다. 하지만 현대차그룹은 품질 강화를 목표로 AMSC를 설립, 적층 제조 전 주기를 아우르는 통합 체계를 구축했다. 설계부터 출력, 후처리, 검사에 이르는 모든 과정을 내부에서 수행하며, 적층 제조 장비와 함께 소재 분석 및 물성 평가 설비까지 갖춰 개발과 검증을 일원화했다.
최적의 인프라와 연구 체제로 완성한 제조 기술의 혁신
적층 제조는 사용 목적에 따라 사용하는 소재와 장비가 달라진다. 이에 AMSC는 다양한 제조 장비를 갖추고 다각도의 요구에 대응할 수 있는 환경을 구축했다. 예컨대 부품의 기능성이나 적합성의 신속한 검증에는 액상 소재 광경화(Vat Photopolymerization, VPP) 장비를 사용한다. AMSC는 대형 출력과 고속 성형이 가능한 VPP 계열 장비를 통해 폴리머 소재의 부품을 생산하며, 이를 활용해 시험 검증용 부품부터 헤리티지 모델 복원용 대형 부품까지 다양한 영역에 활용 중이다.
AMS동 4층에 위치한 분말 소결(Powder Bed Fusion, PBF) 방식 장비는 액화 과정 없이 분말 형태의 재료를 쌓아 올려 융합하는 열처리 성형 기술을 사용한다. 해당 방식은 정확도와 해상도가 높아 양산 제품 수준의 물성과 정밀도가 필요한 로보틱스 분야나 애프터 서비스용 부품 제작에 주로 쓰인다. 분말 소결 방식 장비는 적외선으로 폴리머 분말을 소결하는데, 이와 유사하게 레이저 및 전자빔을 이용해 금속 분말을 용융하는 분말 용융 방식 장비들로 다양한 차량 부품과 설비·지그류 부품도 생산 할 수 있다.
DED-WAAM 장비는 부스 내부의 카메라로 작업 상황을 모니터링 할 수 있다
최근 많은 투자가 이뤄지고 있는 항공우주 등의 신사업 부문에서는 대형 부품 제작과 티타늄 등의 특화 재료 활용이 가능한 고에너지 직접적층방식(Directed Energy Deposition, DED)이나 금속 분말용융기술(Metal Powder Bed Fusion, Metal PBF) 장비를 갖춰 관련 프로젝트를 진행 중이다. 일례로 DED-WAAM(DED-Wire Arc Additive Manufacturing) 장비는 흔히 금속 용접에 쓰이는 와이어 아크 기술로 금속을 층층이 쌓아 부품 형태를 만든다. 이후 CNC 가공 등의 후처리 과정을 통해 부품을 완성한다. 해당 장비는 설비 구조 특성상 비교적 대형 금속 부품 생산이 가능해 향후 활용 범위가 더 넓어질 것으로 전망된다.
이와 같이 AMSC는 장비 구성 원칙에 기반하여 활용 목적뿐만 아니라 요구 물성에 따른 최적의 기술 방식을 선택해 운영하고 있다. 하지만 수많은 최신 장비를 갖추고 있다고 해서 반드시 고품질 부품을 만들 수 있는 것은 아니다. 소재를 층층이 쌓는 공정 특성상 기존 제조 방식과는 다른 설계 방법론이 필요하기 때문이다.
실제로 현대차그룹은 이러한 설계 패러다임의 변화에 대응하기 위해 적층 제조에 적합한 설계 프로세스를 정립해 왔으며, 지속적으로 DfAM 역량 강화에 힘쓰고 있다. 가령 장비별 적층 방식에 맞춰 설계, 해석, 전처리 과정을 고도화하는 한편, 소프트웨어 통합 환경을 구축해 다양한 적층 제조 공정을 일관된 작업 흐름 안에서 운영할 수 있는 기반을 마련했다.
AMSC는 제조 과정 이전의 원소재부터 생산이 끝난 부품까지 다양한 검사 과정을 거치며 품질을 검증한다. 이를 위해 AMS동 3층의 검사실에서는 제품 제조 이전, 분말의 입도 분포와 산소 함량을 측정해 원소재의 품질을 관리하고 있다. 동시에 경도계와 밀도계, 인장 시험기, 충격시험기 등 다양한 시험 기구를 활용해 재료의 물성을 파악하고 품질을 평가한다. 또한 적층 제조 공정 중 함께 제작한 시편 검증으로 공정 상태를 지속적으로 관리하고, 생산 조건에 따른 재료 특성 변화까지 철저히 확인하고 있다.
전처리실에서는 절단, 마운팅, 연마 등의 과정을 거친 시편을 광학 현미경으로 분석해 미세 조직과 기공도*를 확인한다. 이를 통해 적층 제조 공정에서 발생할 수 있는 내부 기공과 재료 상태를 파악하고, 표면 거칠기 및 밀도 측정 결과와 함께 부품의 품질을 종합적으로 평가한다. 이처럼 검사실은 원소재 분석과 물성 평가, 미세 조직 분석에 이르는 전 과정을 통해 AMSC의 제품에 대한 신뢰도를 확보한다.
*기공도 : 적층 부품 내에 미세한 빈 공간이 전체 부피에서 차지하는 비율
4층에 위치한 적층 제조 관제실에서는 해당 장비들의 가동 현황을 비롯해 AMSC 내부 환경을 통합 모니터링한다. 각 장비에 내장된 센서와 카메라를 통해 출력 진행 상황과 이상 발생 여부를 확인할 수 있다. 또한 워크샵 내 환경 센서는 제조 과정에서 발생하는 유해 가스 등의 위험 인자를 감지해 작업자의 안전을 확보하며, 온습도 관리를 통해 부품 품질을 안정적으로 유지한다.
AMSC는 적층 제조 역량을 연구소 전반으로 확산하기 위한 교육 체계 구축에도 힘쓰고 있다. 현재는 연구소 내 관련 담당자를 대상으로 기초 교육과 내부 교육 자료를 제공하고 있으며, 향후에는 업무 영역과 숙련도에 따른 단계별 맞춤형 교육 과정을 운영할 계획이다. 또한 적층 제조의 기본 원리와 공정 이해를 다루는 입문 과정부터 장비 운용, 설계, 품질 검사 등 직무별 전문 교육과 재료 특성, 고급 시뮬레이션을 다루는 심화 교육까지, 체계적인 프로그램을 마련해 전문 인력을 육성한다는 방침이다. 아울러 교육 이수자를 대상으로 한 자체 인증 제도 도입도 검토 중이다.
유연한 제조 특성으로 개발 프로세스를 가속하다
자동차 한 대가 완성되기까지는 차체를 찍어내고 파워트레인을 장착하는 단순한 제조 공정 이상의 과정이 필요하다. 예컨대 개발 초기 단계에서 수많은 부품의 구조와 형상을 설계하고, 이를 시험 차량에 장착해 성능과 내구성을 검증하는 과정이 반복된다. 이후에도 부품별 최적화와 개선 작업이 이어져야 비로소 양산 단계에 도달할 수 있다.
하지만 프로토타이핑과 기획 과정에서 시제품이나 시험용 부품이 필요한 상황에서 금형을 별도로 제작하는 과정은 다소 비효율적이었다. 금형 제작 비용이 높을 뿐 아니라 설계 이후 단품 제작과 성능 검증에 걸리는 시간 역시 무시할 수 없었다. 여기서 적층 제조 기술을 도입하면 소수의 부품으로 검증이 필요한 과정을 더욱 빠르고 유연하게 수행할 수 있다. 이같이 자동차 개발 프로세스 전반에 걸쳐 해당 기술이 적극적으로 활용되고 있는 것은 자연스러운 변화다. 부품 제작과 성능 검증에 드는 시간을 단축하는 만큼, 다른 영역의 성능 최적화에 더 많은 노력을 쏟을 수 있기 때문이다.
한편, 적층 제조 기술은 높은 설계 자유도로 기존 금형 생산 방식으로는 구현하기 어려웠던 형상의 부품도 최적의 구조로 만들어낼 수 있다. DfAM 기반의 위상 최적화를 통해 복잡한 형상을 구현하면서도 경량화가 가능하며, 래티스*나 TPMS* 등의 설계 기법을 통해 우수한 성능의 냉각 채널과 같이 복잡한 구조의 부품도 제작할 수 있다.
*래티스(Lattice) : 노드와 스트럿의 셀 패턴이 3차원으로 반복되는 구조
*TPMS(Triply Periodic Minimal Surface) : 삼중 주기 최소 표면 구조
또한 기존에는 여러 부품을 따로 만들어 조립해야 했던 복잡한 형상을 한 번에 제작할 수 있다는 점도 해당 기술의 장점이다. 조립이 필요한 구조는 필연적으로 추가적인 공정과 접합부 결함의 가능성을 동반한다. 그러나 적층 제조 기술을 사용해 이를 단일 부품으로 제작하면 결함 가능성을 최소화하면서 부품 수 감소에 따른 경량화와 구조적 신뢰성까지 갖춰 기존 설계 기법의 한계를 효과적으로 보완한다.
가령 현대모터스포츠 법인(HMSG)과의 협업 사례도 AMSC 기술의 활용 범위를 잘 보여준다. 현대차그룹은 레이싱 부품 제작을 자체 설계·생산 체계로 전환하여 공급 속도를 높이고, 이에 맞춰 경량화와 고강성이 동시에 요구되는 안티 롤 바 블레이드, 댐퍼 브래킷, 브레이크 덕트 레일 등의 부품에 적층 제조 기술을 적용해 경량화 개발했다. HMSG는 이외에도 오일 세퍼레이터, 샤시 레그, 콘솔 브래킷 등의 부품을 적층 제조로 제작 중이다.
마찬가지로 고성능 모델 개발 과정에서도 간단한 드레스업 파츠부터 섀시 단일 부품에 이르기까지, 넓은 영역에서 적층 제조 기술을 적용하고 있다. 특히 높은 강성을 유지하면서도 경량화를 구현할 수 있어 한계 주행 성능 개발 분야에서도 활발히 쓰이는 중이다.
단종 차량의 부품 복원 작업 역시 AMSC의 주요 업무 중 하나다. 특히 오래된 모델을 되살리는 헤리티지 차량 복원 과정에서는 적층 제조 기술 적용으로 기존 방식의 한계를 극복했다. 보통 부품 복원 작업에는 ‘진공 주형(Vacuum Casting)’이라는 기술을 주로 활용하는데, 이 기술은 원본 부품의 형상을 그대로 복제하는 방식으로 기존 부품이 파손됐거나 상태가 좋지 않을 경우 복원 품질 역시 떨어질 수밖에 없었다.
AMSC는 보다 정교한 복원을 위해 대상 부품을 3D 스캐닝해 형상 정보를 데이터화하고, 역설계(Reverse Engineering)를 거쳐 도면을 복원한다. 이 과정에서 손상된 부분까지 보완해 설계 데이터를 완성하기 때문에 부품의 완성도를 한층 높일 수 있었다. 또한 부품 표면의 텍스처링 작업을 통해 외관 품질과 내구성을 개선하는 것도 가능하다. 이와 같은 기술력을 바탕으로 AMSC는 포니와 스텔라88 복원 프로젝트에서 적층 제조 공법의 가능성을 증명했으며, 올해부터 헤리티지 차량 복원에 본격적으로 합류해 관련 프로젝트를 이어가고 있다.
향후에도 AMSC를 필두로 남양기술연구소 내 적층 제조 기술의 활용 범위는 더욱 넓어질 것으로 전망된다. 실제로 공급망 탄력성 측면에서도 해당 기술은 기존 금형 기반 생산 체제가 가진 구조적 한계를 보완하기 때문이다. 이를테면 협력사 생산 중단이나 금형 노후, 파손 같은 돌발 상황에서도 설계 데이터만 확보되어 있으면 신속하게 생산에 대응할 수 있으며, 금형 제작에 걸리는 기간과 보관을 위한 공간 부담도 줄어든다. 또한 동일한 생산 공정 대비 원자재 사용량이 현저히 적어 자원 효율 측면에서도 분명한 이점이 있다.
AMSC는 이러한 기술 특성을 바탕으로 단산 차종의 A/S 부품 공급이나 긴급 부품 대응과 같이 기존 생산 방식으로는 대응이 어려웠던 영역에서 제조 유연성을 높이고 있다. 나아가 현대차그룹은 적층 제조 기술의 장점을 극대화하여 다양한 사례의 연구와 양산 적용을 통해 기술 내재화를 지속하고, 국내외 적층 제조 생태계와의 협력을 확대해 나갈 계획이다. AMSC는 현대차그룹의 적층 제조 역량의 핵심 거점으로서 미래 모빌리티 시대의 제조 경쟁력을 뒷받침할 것이다.
AMSC 소속 개발자 인터뷰
이렇게 AMSC는 설계, 생산, 검증을 아우르는 통합 체계를 바탕으로 현대차그룹의 적층 제조 기술 역량을 한 단계 끌어올리고 있다. 그리고 그 변화를 현장에서 직접 만들어가는 구성원들 역시 해당 기술의 무한한 가능성에 대해 한껏 기대를 품고 있는 분위기였다. AMSC를 이끌고 있는 적층제조솔루션팀 소속 김승배, 온한우 책임매니저와 이야기를 나눴다.
Q. 타 완성차 제조사와 비교했을 때 현대차그룹의 적층 제조 역량은 어떠한가?
분명한 구조적 강점이 있다고 생각한다. 인프라 구축이 비교적 늦은 것은 사실이지만 오히려 그룹사 구조를 활용한 다양한 애플리케이션을 통해 빠르게 기술 내재화와 역량 향상을 이루고 있다. 실제로 관련 공모전에서 수차례의 수상 성과를 거뒀으며, 제품 이외에도 설비 소모품과 같이 부가가치가 높은 분야에서도 기술을 적용하고 있다. 향후 그룹사 전반으로 확대 전개하게 되면 그 효과는 훨씬 더 커질 것으로 내다보고 있다.
Q. 소재 영역에서는 어떠한 연구가 이뤄지고 있나?
적층 제조는 설계가 무척 중요하지만, 기본적인 소재 분야까지 뒷받침되어야 비로소 완성할 수 있는 기술이다. 대표적으로 SCr420이라는 합금강 소재를 적층 제조용 분말로 자체 개발했다. 이 소재는 표면 마모와 반복 하중에 강하고 피로강도가 우수한 특성이 있어 자동차·기계 부품에 널리 쓰인다. 또한 나일론 계열의 고분자 재료도 소재적 특성이 우수하여 활용성이 높을 것으로 예상하고 있다. 이 새로운 소재들은 그룹사의 다양한 제품군에 전략적으로 활용하기 위해 선행 검토 중이다.
Q. AMSC에서 진행한 작업 중 또 다른 영역의 개발 사례가 있다면 무엇인가?
도장 공정에 쓰이는 실러 노즐을 적층 제조로 자체 개발한 사례가 있다. 기존에는 외주 가공에 의존하던 소모 부품인데, 이걸 내부에서 직접 설계하고 만들어내는 데 성공했다. 현재 양산 라인 일부에 시범 적용해 성능과 내구성을 검증 중이다. 적층 제조가 시제품 제작 도구라는 인식을 넘어, 실제 생산 현장에 기여할 수 있다는 걸 보여준 사례라 팀 내에서도 의미 있는 성과로 보고 있다.
사진. 조혁수
