1. 더 얇고 더 크게
경량화는 자동차에서 공통적으로 요구되는 과제 가운데 하나입니다. 하지만 그중에서도 절실한 것이 Electric Vehicle입니다. 근래에 Li-ion-Battery 기술이 발전하면서 Electric Vehicle은 내연 엔진을 탑재하는 일반 자동차와 비슷한 이동거리를 얻었지만, 거기에 필요한 Battery는 여전히 크고 무거운 상태입니다. 이 배경에는 이동거리 확보에 필요하다고 해서 더 많은 전력량을 충전할 수 있도록 Battery를 대형화하면, 결과적으로 그 무게를 "운반"하기 위해서 더 많은 전력이 소비되는, 즉 "전력소비율"이 나빠진다는 딜레마입니다. 거기서 탈피하기 위한 대책으로 현재 가장 현실적인 수단은 차량을 가볍게 하는 것입니다. 하지만 모두에서 언급했듯이 그 경량화는 Electric Vehicle뿐만 아니라 자동차가 오랫동안 추구해 온 기술로서, 현재도 Electric Vehicle도 그런 기술이나 노하우를 바탕으로 개발되었습니다. 그렇기 때문에 여기에서 더 가볍게 한다는 것은 쉽지 않습니다. 그런 가운데 Aluminum 다이캐스트 부품을 제조하는 RYOBI에서는 제품을 더 얇게 만드는 방식으로 경량화를 추진해 왔습니다. Engine이나 Transmission의 Case 그리고 Suspension Part 등 두께를 줄임으로써 무게를 떨어뜨릴 수 있는 방법이 있지만, 나아가 다이퀘스트의 적용 영역을 넓히기 위해서 개발한 것이 "고진공 다이캐스트 기술"과 "레이저 용접기술"입니다. 말하자면 성형기술인 전자와 달리 후자는 접합기술이라 다른 기술처럼 보이지만, 양쪽을 조합하면 다이캐스트 부품의 가능성은 훨씬 더 넓어집니다. 이미 RYOBI에서 실용화한 고진공 다이캐스트는 지금까지의 공법보다도 감압할 때의 진공도를 크게 높여 용해한 알루미늄의 흐름을 빠르게 함으로써 기하학적 형상을 성형합니다. 그래서 금형 안이 좁아지는 부분에서도 용해한 알루미늄이 균일하게 퍼지도록 할 수 있습니다. 기본적으로는 더 얇고 대형 제품을 안정된 품질로 주조하기 위한 기술이지만, 고진공시 주조할 때 들어오는 가스를 최소화하는 데도 기여합니다. 사실 주물 용접은 까다로운 것으로 알고 있는 과거의 관념에는 성형품 내에 잔류하는 가스라는 존재가 크게 영향을 끼친 것입니다. 이 가스가 용접할 때 가해지는 열보다 팽창하면서 'Blow Hole이라고 하는 내부결함이나 용융한 Aluminum을 불어내는 결손 부분을 만들어 냅니다. 고진공 다이캐스트를 통한 성형품은 기존 공법의 성형품과 비교해 이 가스가 크게 줄어들었습니다.
이렇게 "용접이 가능"하게 된 것인데, RYOBI에서는 용접 부분의 품질을 더 높이기 위해서 전용 접합기술을 개발하였습니다. 그것이 레이저 용접 기술입니다. 원래 레이저를 이용한 용접은 최소한의 용접할 때 가해지는 열량이 장점으로, 강판끼리 선으로 잇는 부분에서도 이용됩니다. 그것을 RYOBI에서는 용접할 때 용융 부분을 교반해 얼마 남지 않은 가스를 없앰으로써 용접 후 내부에 남는 "기포상태"의 Blow Hole도 억제합니다. 이 교반동작은 Aluminum 압출재료와 용접할 때 발생하는 고온 균열이라고 하는 균열의 억제를 가능하게 해서, 이를 통해 용접의 다양화를 대폭 확대하고 있습니다. 이런 기술들의 가능성을 보여주는 한 가지 사례가 위에 나타낸 Electric Vehicle용 Battery Case입니다. RYOBI에서는 이 공법을 Body에도 적용할 계획입니다. 다이캐스트 Body 부재는 이미 일부에서 적용하고 있기는 하지만 현재 상태에서는 한정된 면적에 그치고 있습니다. 고진공 다이캐스트와 레이저 용접기술을 이용하면 적용면적과 부위 확대를 물론이고, 다이캐스트 고유의 성형성이라는 이점을 살리면서 현재 비싼 가격의 Aluminum Body에도 영향을 줄 가능성이 충분합니다. 그것이 Electric Vehicle에 적용된다면 현재 상태와는 반대로 경량화가 긍정적인 방향으로 움직이기 시작할 것으로 예상합니다.
2. 주조 시 고진공화를 통한 용접 가능
고진공 다이캐스트 장치의 개략도와 Aluminum 다이캐스트 Battery Case에 Aluminum 압출재료의 덮개 부분을 레이저 용접으로 만든 시제품, 배기장치 입구 부분에 난 RSV는 용탕이 배기장치로 흘러들어 가지 않도록, 감지 핀에 용탕이 닿으면 용탕을 통해 전류가 흐르면서 전자 솔레노이드 방식의 배기밸브가 닫히는 구조입니다. 고 응답 솔레노이드가 핵심 가운데 하나인데, 그래프는 E-Axel Case Model을 조립했을 경우의 접합방법과 비용관계를 나타낸 것입니다. 레이저 용접은 초기투자가 많이 들긴 하지만 월 생산 1만 개를 넘는 시점부터는 가격적 이점을 가장 많이 기대할 수 있는 방식이 되었습니다.
3. 다이캐스트 공법과 레이저 용접의 문제점
고진공 다이캐스트를 통해 Aluminum 성형 부재와 Aluminum 팽창재료를 조합해서 레이저 용접으로 접합했을 때의 단면을 나타낸 것입니다. 레이저로 교반 하는 전형적인 모습을 나타낸 것입니다. 레이저 조사 위치를 용접 부분에서 회전시키는 형태로 이루어집니다. 다른 그림은 일반적인 레이저 용접에 의해 생성된 것으로, 미세하게 남은 가스와 팽창해 포말 상태의 공동 부분이 여러 개 생긴 것을 알 수 있습니다. 그 아래는 일반적인 다이캐스트 부재와의 조합으로 Blow Hole로 인해 용접부 대부분이 날아간 모습입니다. 마지막 그림은 고온 균열이라고 하는 균열이 발생하였으며, 고온 균열에 대해서는 주로 다이캐스트 재료에 포함된 Si를 압출재료 쪽으로 확산시킴으로써 발생하지 않도록 하고 있습니다.
댓글