트랙터 풀링(Tractor Pulling)은 개조된 트랙터가 무거운 썰매(Sled)를 끌고 최대한 멀리 이동하는 모터스포츠입니다. 극한의 출력을 요구하는 만큼 엔진은 일반 농업용 트랙터와는 비교할 수 없을 정도의 성능과 내구성이 요구됩니다.
네덜란드의 트랙터 풀링 팀 Incredible Deere 역시 지속적인 엔진 개조와 성능 튜닝을 수행하고 있습니다.
이번 시즌에는 새로운 터보차저를 장착하면서 출력은 향상되었지만, 예상치 못한 문제가 발생했습니다. 새로운 터보는 기존 배기 및 흡기 배관과 호환되지 않았습니다.
기존의 터보 분배 파이프는 이전 터보 시스템에 맞춰 수작업으로 제작된 부품이었기 때문에 새로운 구성에 맞게 수정하는 것이 쉽지 않았습니다.
Meltio의 공식 파트너인 K3D는 Incredible Deere와 협력하여 기존 부품을 3D 스캐닝하고 새롭게 설계한 뒤, Meltio Engine Integration Kit for Industrial Robots를 활용하여 새로운 터보 분배 파이프를 제작했습니다.
그동안 Incredible Deere는 다른 차량 작업을 계속 진행할 수 있었습니다.
“팀이 원했던 것은 단순했습니다. 용접은 줄이고, 수작업 성형은 없애며, 필요할 때 언제든 동일한 부품을 다시 제작할 수 있는 구조였습니다.”
1. 수작업으로 제작된, 재현이 어려운 부품
기존의 주황색 터보 파이프는 완전히 수작업으로 제작된 부품이었습니다. 파이프를 망치로 성형하고, 용접한 뒤, 다시 망치로 수정하는 작업을 반복하여 원하는 형상을 만들었습니다.
특히 하나의 파이프가 두 개의 터보로 분기되는 Y 형상은 제작 난이도가 매우 높았습니다.
약 10개의 부품을 용접해 만든 구조
기존 부품은
- 원추형 부품
- 서로 다른 직경의 파이프
- 특수 제작된 Y 분기관
등 약 10개의 개별 부품을 용접하여 제작되었습니다.
즉, 모든 접합부마다
- 정렬
- 용접
- 변형 보정
과정을 반복해야 했으며, 각 용접부는 잠재적인 품질 문제의 원인이 될 수 있었습니다.
팀이 원했던 것은 보다 적은 용접, 보다 단순한 제작, 그리고 언제든 동일한 품질로 다시 제작할 수 있는 부품이었습니다.
소재의 한계
기존 부품은 탄소강(Carbon Steel) 으로 제작되었습니다.
하지만 트랙터 풀링과 같은 극한 환경에서는 부식에 취약하며, 외관을 위해 표면을 그대로 노출하기에도 적합하지 않았습니다.
2. 디지털 설계가 존재하지 않는 부품의 재설계
새로운 터보 시스템에 맞게 부품을 제작하기 위해서는 여러 가지 과제를 해결해야 했습니다.
CAD 데이터가 존재하지 않는 부품
기존 부품은 처음부터 손으로 제작된 제품이었습니다.
따라서 CAD 모델도 없었고 수정 가능한 설계 데이터도 존재하지 않았습니다. 새로운 부품 제작은 기존 부품을 디지털화하는 것부터 시작해야 했습니다.
복잡한 형상
이 부품은
- 원추형 연결부
- 직경 변화
- Y 형상 분기관
등 매우 복잡한 구조를 가지고 있습니다.
또한 Meltio 적층 시스템은 약 15° 이상의 오버행에서는 별도의 설계 최적화가 필요하기 때문에, 단순히 기존 형상을 그대로 출력할 수는 없었습니다.
출력 전에 형상을 분석하고, 분할 및 적층 방향을 최적화하는 과정이 필수적이었습니다.
소재 변경
새로운 부품은 기존 탄소강 대신 316 스테인리스강으로 제작되었습니다.
이를 통해
- 내식성을 향상시키고
- 극한 환경에서도 안정적인 성능을 확보하며
- 기존 엔진의 입·출구 위치와 정확히 일치하도록 설계했습니다.
3. Scan → Redesign → Print
프로젝트는 3D 스캐닝 → CAD 재설계 → 금속 적층제조 순서로 진행되었습니다.
먼저 기존 부품을 정밀 스캐닝하여 형상을 디지털 데이터로 변환했습니다. 이후 새로운 터보 시스템에 맞게 CAD 모델을 재설계한 뒤, Meltio의 Wire-Laser Metal Deposition(LMD) 기술을 이용하여 최종 부품을 제작했습니다.
Wire-Laser Metal Deposition은 일반 용접 와이어를 소재로 사용하여 Near-Net Shape 형태로 직접 금속 부품을 제작할 수 있습니다.
금속 분말이 필요하지 않기 때문에 이번과 같은 맞춤형 단품 제작에도 매우 효율적인 공정입니다.
4. 적층제조가 가져온 변화
5. 단 하나의 수제품에서 반복 생산 가능한 부품으로
Incredible Deere에게 이번 프로젝트는 단순히 새로운 터보 파이프를 제작한 것이 아닙니다.
이제는 필요할 때마다 동일한 품질로 반복 생산할 수 있는 디지털 제조 자산을 확보하게 되었습니다.
Meltio에게도 이번 사례는 Wire-Laser Metal Deposition이 자동차나 항공우주뿐 아니라
모터스포츠와 맞춤형 제작 분야에서도 높은 활용 가능성을 갖고 있음을 보여주는 대표적인 사례입니다.
기존에는 수작업으로만 제작 가능했던 복잡한 비표준 부품도 디지털 설계와 적층제조를 통해 반복 생산이 가능한 제조 공정으로 전환할 수 있습니다.
Incredible Deere의 터보 파이프는 작은 부품이지만,
“손으로 만들던 부품을 디지털 제조로 전환하는 것”
이야말로 Meltio가 다양한 산업에서 만들어가고 있는 제조 혁신의 방향을 잘 보여주는 사례입니다.
