한국타이어 & 테크놀로지는 단순한 타이어 제조업체 그 이상입니다. "미래 운전 혁신가"를 가능하게 할 자동화 및 기술에 중점을 둔 서울에 본사를 둔 이 회사는 전기 자동차를 하는 일의 중심에 두었습니다. 

최근 한국타이어는 i-Flex 비공압 타이어(NPT)를 위해 복잡한 형상의 여러 플라스틱 및 엘라스토머 설계를 반복하여 혁신을 빠르고 비용 효율적으로 추진할 수 있는 방법이 필요했으며, 이는 결국 수상 경력에 빛나는 HPS-Cell 자율 이동성 플랫폼의 핵심 구성 요소가 되었습니다. 

한국타이어의 Design Studio는 3D Systems의 플라스틱 및 엘라스토머 적층 제조 기술을 활용하여 설계를 신속하게 반복하고 설계 및 테스트 팀 간에 생산 등급 부품을 공유하는 동시에 비용을 절감할 수 있었습니다.

"3D 프린팅을 사용하는 주된 목적은 타이어를 생산하기 위해 실제 금형을 만들기 전에 R & D와 더 잘 의사 소통하는 것입니다. 전통적인 금형은 가공되어 개발에 많은 돈과 시간이 소요되지만 새로운 디자인, 모양 및 부피를 파악하는 기존의 방법이기도 합니다. 이제 3D Systems의 적층 제조 기술을 사용하여 R&D와 더 빠르게 작업하여 구조의 작은 부분을 사용하여 모양이나 구조를 파악한 다음 프로토타입의 안전성, 소음 및 기타 매개변수를 테스트할 수 있습니다."

- Rosa Yon, 디자인 이노베이션 스튜디오 매니저, 한국타이어 & 테크놀로지-

다양한 소재의 복잡한 타이어 및 휠 설계 및 테스트를 신속하게 처리하면서 비용 절감

한국타이어앤테크놀로지는 미래의 자율주행 모빌리티 솔루션에는 최소한의 유지보수와 최대의 안전성 및 편안함을 결합한 차세대 타이어가 필요하다는 것을 잘 알고 있습니다. 유지 보수가 적고 안전성이 향상되는 NPT는 이 응용 분야에 적합하지만 이러한 모든 확인란을 선택하는 NPT를 개발하는 것은 복잡하고 비용이 많이 드는 설계 과제를 제시했습니다. 한국 설계자들은 생체 조직을 모방한 생체 모방 설계가 NPT에 대한 내부 지원을 제공할 것이라고 믿었지만 가능한 세포 구조 설계의 수가 거의 무한하기 때문에 한국 설계 스튜디오는 부분 부품을 신속하게 평가하고 완전한 모델을 확장할 수 있는 방법이 필요했습니다.

새 타이어에 대한 기존의 프로토타이핑 방법은 종종 2D 스케치로 시작하여 숙련된 인간 기계공을 통해 알루미늄 몰드로 변환되는 3D CAD 설계로 전환되었습니다. 전체 프로세스는 비용이 너무 많이 들고 속도가 너무 느려서 각 반복에 잠재적으로 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있습니다.

또한 NPT의 생체 모방 지원 "스포크" 매트릭스는 복잡한 중공의 상호 연결된 구조로 인해 가장 유능한 가공 스테이션에도 어려움을 겪었습니다. 신속한 원형 제작 및 소량 생산을 위한 여러 적층 시스템을 탐색한 후 한국타이어는 플라스틱 지지 구조물 및 고무 트레드를 위해 3D Systems의 Figure 4 기술 플랫폼을 선택했습니다. 한국타이어는 또한 3D Systems의 파트너인 CEP Tech에 금속 타이어 구조와 경첩을 형상화하기 위한 선택적 레이저 소결(SLS)을 의뢰하여 i-Flex NPT 프로토타입 개발에 박차를 가했습니다. 한국타이어 디자이너들이 말하듯이 그 결과는 모빌리티의 미래입니다.

1. 무공압 타이어 i-Flex용 스포크 구조

한국타이어의 NPT 타이어에는 내부 지지를 위한 복잡한 생체 모방 플라스틱 매트릭스, 엘라스토머 외부 타이어 트레드, 타이어 림의 일부 지지 기능과 자율 주행 차량에 필요한 추가 기능을 수행하는 금속 부품이 포함되어 있습니다. 이러한 중공 구조물을 플라스틱으로 가공하는 것은 거의 불가능합니다.

"[3D Systems]의 적층 제조 기술 덕분에 우리가 원하는 것은 무엇이든 또는 상상할 수 있는 모든 것을 설계하거나 만들 수 있습니다. 이 기술은 제조의 한계를 없앨 수 있으며 이는 우리에게 정말 좋습니다. 예를 들어 건물 및 기계 가공과 같은 전통적인 제품 설계에는 많은 한계가 있습니다. 공작 기계에는 한계가 있습니다. 적층 제조에는 이러한 한계가 없습니다."라고 한국타이어 & 테크놀로지의 디자인 혁신 스튜디오 디자이너 장희성(Hee Sung Jang)은 말했습니다.

한국 설계자는 Figure 4 플랫폼을 사용하여 열가소성 수지와 유사한 기계적 특성을 가진 Figure 4 PRO-BLK 10 플라스틱을 사용하여 다양한 서포트 매트릭스를 빠르게 반복할 수 있습니다. 한국디자인 스튜디오 팀은 개발 비용을 제한하면서 다양한 생체모방 매트릭스의 3D 디자인을 다운스트림 테스트에 매우 중요한 동일한 세포 간격을 유지하는 부분 또는 스케일 프로토타입으로 신속하게 전환할 수 있었습니다. 실물 크기 셀룰러 구조를 포함하는 부분 부품을 사용하여 Design Studio 설계자는 전체 타이어 조립을 진행하기 전에 물리적 테스트를 사용하여 후보 설계 간의 상대적 강도를 빠르게 측정할 수 있습니다.

2. 타이어 세그먼트의 소음 제어 테스트

NPT 타이어를 포함한 타이어는 안전하고 내구성이 있어야 하지만 미학적으로나 음향적으로도 만족스러워야 합니다. 요컨대, 사람들은 못생긴 타이어를 사지 않을 것이고 시끄러운 타이어를 계속 사지 않을 것입니다. NPT 서포트 매트릭스를 개발한 후 한국디자인 스튜디오 설계자는 Figure 4 RUBBER-65A BLK 엘라스토머 재료를 사용하여 부분 및 스케일 트레드 설계를 개발할 수 있었습니다.

"이러한 재료와 부분 부품을 사용하여 부품의 소음과 안전성을 평가할 수 있습니다."라고 Mrs. Yun은 말했습니다. "테스트 시스템은 공기 또는 물을 채널이나 홈으로 흐르게 하고 소음을 측정하여 구조가 올바른지 여부를 이해합니다." 그녀는 앞으로 반투명 Figure 4 재료로 이러한 트레드를 제작하면 프로세스가 훨씬 쉬워져 엔지니어가 악천후 시 타이어 안전의 핵심 부분인 유체가 트레드 홈을 따라 이동하는 방식을 볼 수 있을 것이라고 덧붙였습니다.

또한 타이어 트레드를 인쇄하면 제조 엔지니어가 새로운 NPT의 안정성과 잠재적 균열 및 신뢰성 감소를 쉽게 평가할 수 있습니다.

3. 신형 타이어의 부품 이동

적층 제조는 복잡한 형상을 개발할 수 있는 능력을 통해 한국타이어 설계자는 타이어의 세 가지 주요 요소인 트레드, NPT 지지 매트릭스 및 움직이는 열가소성 림 구성 요소를 연결하는 데 도움이 되는 내부 홈과 구조를 개발할 수 있었습니다. 열가소성 부품은 CEP Tech에서 3D Systems의 SLS 기술을 사용하여 제조했습니다. 이것은 전통적인 타이어가 움직이는 부품으로 구성되어 있지 않기 때문에 한국타이어에 새로운 것이었습니다.

"우리가 경쟁사보다 3D Systems를 선택한 주된 이유 중 하나는 재료 선택이 매우 광범위하기 때문입니다."라고 한국타이어의 디자인 혁신 스튜디오 매니저인 Rosa Yon은 말했습니다. "그것은 우리가 가진 모든 재료 요구 사항을 다룹니다. 또한 그림 4는 빠릅니다. 시간 절약, 신뢰성, 서비스, 최상의 문제 해결, 시스템 가용성 및 합리적인 가격이 우리의 주요 결정 요소였습니다. 우리는 3D Systems의 그림 4의 가치를 믿습니다. 저에게는 세계 최고의 적층 제조 시스템 중 하나입니다."

4. 타이어 프로파일의 표준 시각적 프로토타입

한국디자인스튜디오는 이미 Figure 4 플랫폼의 사용을 확대하여 테스트를 위한 전통적인 타이어 트레드와 프로파일을 개발하는 데 사용하고 있습니다. 이를 통해 모든 신제품 설계의 더 빠른 반복이 가능하며, 이는 혁명적일 뿐만 아니라 진화적인 것이기도 합니다.