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제목 자동차 조명장치에서 플라스틱의 역할
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2018/10/31 09:58

기능성, 안정성, 시각적 브랜딩을 강화해주는 폴리머 소재

 

 

고장이 나거나 맞은편 차의 하이빔 때문에 눈이 부시지 않는 이상 사람들은 자동차 조명에 대해 별로 생각하지 않는다. 조명장치가 맘에 든다고 차를 사지는 않지만, 조명장치는 개인용 및 상용 차량에서 안전과 관련된 중요한 역할을 한다. 자동차의 조명은 사람이나 동물에게 차량이 더욱 잘 보이도록 해주는 것뿐 아니라 차량의 운행경로 앞에 언제라도 나타날 수 있는 장애물을 볼 수 있는 운전자의 능력을 향상시켜주기 때문이다.

 
플라스틱이 차량 조명장치에서 중요한 역할을 한다는 사실은 놀랍지 않을 뿐 아니라, 실은 다양한 승용차에 독특한 이미지를 부여하는 시각적 브랜딩에 활용되고 있다.

 
미국 플라스틱엔지니어협회 자동차부서가 주관하는 SPE Automotive Innovation Awards 경쟁후보작들은 승객의 편안함과 안전을 높여주고, 기능성을 더해주는 동시에 소비자들에게 차량이 더욱 잘 기억되도록 만드는 다양한 역할을 위해 조명장치 분야에서 이루어지고 있는 혁신의 현주소를 잘 보여주고 있다.

 

Magna Autosystems Division사가 새로 개발한 혁신 헤드램프 시스템은 높은 설계 유연성과 더욱 효율적인 광출력, 운전자의 가시성을 강화를 통한 안전성 향상 등을 부여해 주면서도 LED 램프의 복잡성을 줄이고 스타일과 성능을 최적화할 새로운 기회를 제공한다. D Optic 시스템은 Arkema사의 Plexiglas HT-121 PMMA로 정밀성형된 고온용 렌즈들(HDT=109℃/228oF)을 결합해 만들어진다. 헤드램프 둘레의 라이트 파이프에도 동일한 그레이드의 소재가 사용된다.

Magna Autosystems Division사가 새로 개발한 혁신 헤드램프 시스템은 높은 설계 유연성과 더욱 효율적인 광출력, 운전자의 가시성을 강화를 통한 안전성 향상 등을 부여해 주면서도 LED 램프의 복잡성을 줄이고 스타일과 성능을 최적화할 새로운 기회를 제공한다. D Optic 시스템은 Arkema사의 Plexiglas HT-121 PMMA로 정밀성형된 고온용 렌즈들(HDT=109℃/228oF)을 결합해 만들어진다. 헤드램프 둘레의 라이트 파이프에도 동일한 그레이드의 소재가 사용된다.

 

 
전방조명 분야의 앞선 사고
General Motors사의 2018년 모델 Chevrolet Traverse SUV는 미국의 자동차 시스템 공급 전문기업 Magna Autosystems Division의 D Optic LED헤드램프 시스템을 채용한 최초의 차량이다.

 
이 기술은 자동차 메이커가 램프의 성능 및 스타일을 해당 모델이 목표로 하는 시장에 맞춰 최적화할 수 있는 확장가능한 빌딩블록식 접근법을 제공해준다(예컨대, 프리미엄 모델에는 더 많은 구성요소를 사용하고, 저가 모델에는 적은 구성요소를 사용하는 방식). 그러면서도 동시에 램프의 복잡성을 크게 낮추는 한편, 운전자의 가시성을 강화함으로써 안전성을 높일 수 있다.

 
리플렉터와 쉴드, 렌즈가 각각 분리돼 있어 조립시 정확한 위치를 잡아줘야 하는 기존의 LED 광학시스템과 달리, 새로운 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 렌즈는 1x1 LED 광원과 짝을 이루고 있어 기존의 부품을 쌓는 조립과정과 그로 인한 추가공간 소요를 없애면서도 조명출력 효율성을 높여준다.

 
렌즈는 고도로 연마된 툴과 레이저 디게이팅(degating)을 통해 높은 광학적 명료성을 구현해주는 극히 미세한 공차를 유지하는 싱글숏 두꺼운 단면 사출성형을 통해 제작된다. Magna사에 따르면, 렌즈 각각의 면은 플래시(flash) 없이 완벽하게 맞춰질 수 있도록 인서트를 통해 조각그림 퍼즐처럼 결합될 수 있도록 만들어진다. 렌즈 두께는 1.5~12mm/0.06~0.47인치 범위를 지닌다.

 
기존의 PC 렌즈 소재보다 빛 투과율이 높고(3.2mm/0.13인치에서 PC는 89%인 반면 92%), 우수한 응력 내성을 지니고 있어서 왜곡 없이 광포획(light capture)을 극대화하기 위해 광원에 매우 근접한 거리(300~500mm)에 렌즈의 위치를 둘 수 있는 Arkema사 고온내성 Plexiglas HT-121 PMMA가 채택됐다.

 

GM의 2016년식 Cadillac CT6 럭셔리 세단은 독일의 시스템 공급사 Hella KGaA Hueck & Co.가 생산한 헤드램프 라이트 커튼을 장착하고 있다. 이 장치는 헤드램프가 꺼진 상태에서 완전히 투명하게 보이지만, 점등되면 새로 개발된 사출성형용 PMMA 그레이드(EvonikCyro)사의 Acrylite LED LD96)에 들어간 특수 광산란 첨가제의 작용으로 부품 전체에 균일한 발광을 보인다. 폴리머에 함유된 특수 광산란 입자가 광선을 굴절시키는 한편, 전체 내부 반사를 억제해 빛이 부품 표면을 통과해 빠져나간다.

GM의 2016년식 Cadillac CT6 럭셔리 세단은 독일의 시스템 공급사 Hella KGaA Hueck & Co.가 생산한 헤드램프 라이트 커튼을 장착하고 있다. 이 장치는 헤드램프가 꺼진 상태에서 완전히 투명하게 보이지만, 점등되면 새로 개발된 사출성형용 PMMA 그레이드(EvonikCyro)사의 Acrylite LED LD96)에 들어간 특수 광산란 첨가제의 작용으로 부품 전체에 균일한 발광을 보인다. 폴리머에 함유된 특수 광산란 입자가 광선을 굴절시키는 한편, 전체 내부 반사를 억제해 빛이 부품 표면을 통과해 빠져나간다.

 

 
General Motors사 Traverse 모델은 9개의 개별 렌즈 및 9개 1x1 LED를 사용해 각 헤드램프에 약 720루멘 빛을 낼 수 있다. 램프 설계팀의 목표를 구현하기 위해 대형 수직통합 렌즈 3개와 컴팩트 렌즈 6개 그리고 1x1 LED 9개가 사용됐다.

 
GM의 2016년식 Cadillac CT6 럭셔리 세단에 장착된 균일한 발광성능의 헤드램프 라이트커튼(light curtain)은 독일의 시스템 공급사 Hella KGaA Hueck & Co가 생산한 것으로 크고 더욱 환하게 잘 보이는 표면 덕분에 안전성을 향상된다는 평가를 받고 있다.

 
헤드램프가 꺼진 상태에서 램프는 완전히 투명하게 보이지만, 불이 들어오면 새로 개발된 사출성형용 PMMA 그레이드(EvonikCyro사의 AcryliteLED LD96)에 사용된 광산란 첨가제 작용으로 라이트 가이드가 빛을 내며 나타나게 된다. 

 
광산란 첨가제(Evonik의 Acrylite 8N)가 들어가지 않은 이전 버전의 투명 PMMA 램프는 같은 효과를 얻기 위해서 라이트커튼 위에 특수성형 구조(마이크로옵틱스)를 만들어주고 부품 뒷면으로는 여러 개의 LED가 필요했었다. 하지만 이 같은 공법에는 전력이 들어가면 밝은 점들이 나타나고 꺼진 상태에는 희뿌연 상태가 되는 문제가 있었다.

 
새로운 기술은 단 4개의 LED를 사용해 가장자리만 조명해주는 방식으로 보기에 좋은 외관을 지니고 있을 뿐 아니라 균일한 조명효과를 얻을 수 있는 설계가 가능하도록 해준다. 이 기술에는 어떤 색상의 LED에도 사용할 수 있으며, 기업의 로고 같은 3D 효과를 성형할 수도 있어 디자인상의 유연성을 크게 확대해주고 소비자들에게는 프리미엄 헤드램프 스타일을 제공한다. 첨가제를 사용함으로써 라이트 커튼 표면에 성형구조를 만들 필요가 없기 때문에 툴링 비용도 10~15% 줄어들었다.

 
여러 개의 유리렌즈 대신, 로우빔 및 하이빔 LED 헤드램프 장치를 위한 플라스틱 소재만을 사용한 단일 분광기 렌즈가 Ford Motor사의 2015년식 Ford F-150 픽업을 통해 처음 선보인 뒤 2017년식 Ford Fusion 세단으로 옮겨 소비자들과 만났다.

 
넓은 다면체로 세공한 보석처럼 보여서 크리스털 다이아몬드 라이트(Crystal Diamond Light)라는 이름을 갖고 있는 이 싱글렌즈 디자인은 이전 유리 시스템과 같은 수준의 광출력을 구현하면서도 설계상의 유연성을 확장하고 헤드램프 패키징 공간을 자유롭게 만들고, 탄소발자국을 낮추고 차량당 5달러 상당의 생산비용을 절감시켜준다. 이는 F-150 같은 대량생산 모델 플랫폼에서는 엄청난 규모의 생산비 절감을 가져다준다.

 
캐나다의 성형업체이자 툴 메이커인 DBM Reflex사는 복잡한 광학적 형태·맞춤형 요구를 정확하게 재현하기 위해 표면 공차를 40mm 내로 유지하는 고정밀 멀티레이어 툴을 개발했다. 성형 사이클은 150초로 이 같은 두꺼운 렌즈(45mm/1.8인치) 제작공정으로서는 매우 빠른 편이다. 광확 효율 극대화를 위해 Covestro사(구 Bayer MaterialScience)의MakrolonLED 22.4.5 폴리카보네이트(PC) 수지를 원료로 사용했다.

 

로우빔 및 하이빔 LED 헤드램프 장치를 위해 플라스틱 소재만을 사용해 사출성형한 혁신적 단일 분광기 렌즈가 Ford Motor사의 Ford F-150 픽업에서 여러 개의 유리렌즈 대신 사용됐다. 도로 위에 균일한 패턴으로 비추어지는 빛과 주광을 재현한 빛 색깔이 자동차 사용자가 누릴 수 있는 장점이다. LED 램프와 렌즈의 수명이 길어 차량 사용기간 내내 사용할 수 있도록 설계돼 있다.

로우빔 및 하이빔 LED 헤드램프 장치를 위해 플라스틱 소재만을 사용해 사출성형한 혁신적 단일 분광기 렌즈가 Ford Motor사의 Ford F-150 픽업에서 여러 개의 유리렌즈 대신 사용됐다. 도로 위에 균일한 패턴으로 비추어지는 빛과 주광을 재현한 빛 색깔이 자동차 사용자가 누릴 수 있는 장점이다. LED 램프와 렌즈의 수명이 길어 차량 사용기간 내내 사용할 수 있도록 설계돼 있다.

 

 
DBM Reflex사가 독일의 시스템 공급사 OSRAM Licht AG와 완전한 헤드램프 시스템을 제조하는 미국의 Flex-N-Gate Corp에 렌즈를 공급하고 있다. 유리 소재 렌즈보다 투자 및 자본비용 절감액이 150만 달러에 달했다고 Ford사는 밝히고 있다.

 
백라이팅 링(backlighting ring)이 통합된 헤드램프 셔터는 BMW사의 2014년식 BMW4시리즈 고급 쿠페를 통해 처음 선보이며 기존의 고온용 코폴리카보네이트 소재를 액정폴리머(Celanese사의 Vectra E531i-D3)로 대체했다.

 
성능이 더 뛰어난 액정폴리머(LCP) 소재를 선택한 것은 태양광이 초래하는 ‘썬로드 효과(sunload effect)’ 때문에 발생하는 열문제, 즉 투사렌즈가 돋보기 작용을 해서 셔터·트림 링 표면에 형성되는 과열지점 해소를 위해서였다.

 

BMW사의 2014년식 BMW 4시리즈 고급 쿠페는 백라이팅 링(backlighting ring)이 통합된 헤드램프 셔터를 통해 처음으로 기존의 고온용 코폴리카보네이트 소재 대신 액정폴리머(Celanese사의 Vectra E531i-D3)로 제작한 차량이었다. 이를 통해 제조한 고성능 부품은 필요한 온도조건을 모두 만족시키면서도 도금이나 코팅, 특수처리가 필요 없으며, 얇은 벽 설계제품에서도 탁월한 크리프 강도 및 고온에서도 장기간 유지되는 특성을 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 비정질 고온 PC와 달리, 반(半)결정질 LCP는 유동이 빠르고 얇은 벽 구간의 복잡한 구조에서도 유동이 수월하며, 저온의 툴에서 전단력이 높은 압력이 작용하지 않는 이상 곧바로 동결되기 때문에 설계상의 제한이 없는 편이다.

BMW사의 2014년식 BMW 4시리즈 고급 쿠페는 백라이팅 링(backlighting ring)이 통합된 헤드램프 셔터를 통해 처음으로 기존의 고온용 코폴리카보네이트 소재 대신 액정폴리머(Celanese사의 Vectra E531i-D3)로 제작한 차량이었다. 이를 통해 제조한 고성능 부품은 필요한 온도조건을 모두 만족시키면서도 도금이나 코팅, 특수처리가 필요 없으며, 얇은 벽 설계제품에서도 탁월한 크리프 강도 및 고온에서도 장기간 유지되는 특성을 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 비정질 고온 PC와 달리, 반(半)결정질 LCP는 유동이 빠르고 얇은 벽 구간의 복잡한 구조에서도 유동이 수월하며, 저온의 툴에서 전단력이 높은 압력이 작용하지 않는 이상 곧바로 동결되기 때문에 설계상의 제한이 없는 편이다.

 

 
어떤 경우에는 부품 표면온도가 200℃ 또는 그 이상까지 올라가게 된다. 소재 변경으로 인한 원가 변화는 없었으나 기계적 물성 향상(매우 높은 인장강도, 탄성계수, 1만 시간 테스트에서 30% 높은 크리프 내성), 매우 낮은 흡습성(0.03~0.10%), 고온에서 더욱 우수한 치수 안정성, 더 높은 열성능(연속사용온도(CUT)=225℃/437℉@1.8MPa/261psi에 피크 작동온도 335℃/635℉) 등을 포함한 여러 가지 장점을 얻을 수 있었다.

 
그 밖에도 더욱 우수한 내화학성 및 내산화성, 고유의 뛰어난 난연성(0.15mm/0.01인치에 UL 94 V-0), 매우 낮은 포깅(fogging)·아웃개싱(outgasing), 우수한 부품품질, 사이클타임 단축, 스크랩(스프루 폐기물) 30% 절감 등 여러 개선사항을 들 수 있다.

 
소재를 툴로 사출하는 데는 체코의 성형업체이자 툴 메이커인FormplastPurkert가 제작한 아주 얇은 콜드러너를 사용했다. 사이클타임은 기존의 고온용 PC 소재 가공에 필요했던 35~45초에서 15초 수준으로 단축됐다. 완제품 헤드램프는 독일의 시스템 공급사 Automotive Lighting Reutlingen이 생산한다.

 

FCA US의 Dodge Challenger 스포츠카에 장착된 테일램프 리플렉터는 반사성의 백색 PC수지(SABIC사의 Lexan Lux 2298)에 혼합된 특수수지첨가제 덕분에 여러 개의 LED로 빛을 비추면 균일한 발광효과를 낸다. 기존 테일램프 리플렉터가 일반적으로 안고 있던 도장 또는 도금 공정을 제거해줘 직접비용의 40%를 낮출 수 있을 뿐 아니라 메탈처리 또는 도장에서 발생하는 스크랩으로 인한 추가의 간접비용 절감기회도 제공한다. 그 결과, 부품 사용기간  후 리사이클링이 손쉬워질 뿐 아니라 도장 및 도금 등에서 오는 환경상의 부담도 없애준다. Varroc Lighting Systems가 공급한 사출성형 부품에는 LED 회로판이 하우징되는 위치에 가까이 자리한 통합 성형된 클립 등과 같은 설계상의 특징을 부여해 성형 후 조립과정 간략화해 하드웨어는 줄이고 기능성은 늘렸다.

FCA US의 Dodge Challenger 스포츠카에 장착된 테일램프 리플렉터는 반사성의 백색 PC수지(SABIC사의 Lexan Lux 2298)에 혼합된 특수수지첨가제 덕분에 여러 개의 LED로 빛을 비추면 균일한 발광효과를 낸다. 기존 테일램프 리플렉터가 일반적으로 안고 있던 도장 또는 도금 공정을 제거해줘 직접비용의 40%를 낮출 수 있을 뿐 아니라 메탈처리 또는 도장에서 발생하는 스크랩으로 인한 추가의 간접비용 절감기회도 제공한다. 그 결과, 부품 사용기간 후 리사이클링이 손쉬워질 뿐 아니라 도장 및 도금 등에서 오는 환경상의 부담도 없애준다. Varroc Lighting Systems가 공급한 사출성형 부품에는 LED 회로판이 하우징되는 위치에 가까이 자리한 통합 성형된 클립 등과 같은 설계상의 특징을 부여해 성형 후 조립과정 간략화해 하드웨어는 줄이고 기능성은 늘렸다.

 

 
후퇴 없는 후방조명
반사성 특수첨가제의 혜택을 보는 차량 조명장치는 헤드램프 라이트 커튼만이 아니다. FCA US의 2015년식 Dodge Challenger 스포츠카에 장착된 리어램프 리플렉터가 또 하나의 좋은 예다.

 
시스템 공급사이자 성형업체인 Varroc Lighting Systems사 생산한 후방 테일램프(taillamp)는 여러 개의 LED와 결합한 특수 수지 첨가제 덕분에 점등시 균일한 발광효과를 낸다. 반사성의 백색 PC 수지(SABIC사의 Lexan Lux 2298)는 반사성과 확산성이 모두 높은 반사율(가시광 스펙트럼 전체에서 95% 이상)과 동시에 타 소재보다 훨씬 우수한 광학효율을 제공한다.

 
폴리머 소재는 황변도(yellowness index)가 낮기 때문에 색 변화를 최소화할 수 있고, 열노화(heat aging) 후에도 높은 반사도를 유지할 수 있을 뿐 아니라 기존 테일램프, 즉 미등 리플렉터가 일반적으로 안고 있던 도장 또는 도금공정에 오는 비용, 스크랩 및 환경상의 부담을 제거해준다.

 

Ford사는 시스템공급사와 소재가공업체인 Flex-N-Gate사와 Flex-N-Gate의 툴링·장비사업부 Ventra Sandusky가 함께 사각지대 정보시스템(blind-spot information system, BLIS) 모듈.차량 충돌방지시스템의 일부.을 2015년식 F-150 픽업의 후방 테일라이트에 내장했다. 렌즈 커버는 보통의 주행 중에 모듈을 물, 눈, 진흙, 돌의 충격 등으로부터 보호해준다. BLIS 시스템은 차량 측면벽의 상부에 위치하기 때문에, 충돌이 발생해도 직접적인 충격으로부터 더욱 잘 보호 받을 수 있다.

Ford사는 시스템공급사와 소재가공업체인 Flex-N-Gate사와 Flex-N-Gate의 툴링·장비사업부 Ventra Sandusky가 함께 사각지대 정보시스템(blind-spot information system, BLIS) 모듈.차량 충돌방지시스템의 일부.을 2015년식 F-150 픽업의 후방 테일라이트에 내장했다. 렌즈 커버는 보통의 주행 중에 모듈을 물, 눈, 진흙, 돌의 충격 등으로부터 보호해준다. BLIS 시스템은 차량 측면벽의 상부에 위치하기 때문에, 충돌이 발생해도 직접적인 충격으로부터 더욱 잘 보호 받을 수 있다. 

 

 
이상적으로 균형을 이룬 소재 특성 덕분에 성형성 및 디자인의 편리성이 크게 확대된다. 그 결과, 램프의 점등/소등시 모두 차별화된 아름답고 스타일리쉬한 외관은 안전성 향상뿐 아니라 Dodge 차량의 후방 특징을 규정짓는 브랜딩에도 도움이 되고 있다.

 
사각지대 정보시스템(blind-spot information system, BLIS)을 내장함으로써 안정성을 위한 장치를 추가한 후방조명 시스템의 또 한 가지 사례가 Ford사의 F-150 픽업에 장착된 테일램프다. 레이더 기반 충돌방지 안전장치인 BLIS 모듈은 후방미러의 후방 시야 범위를 트럭의 리어범퍼에서 0.91m/3피트까지 확장해줘 운전자가 센서의 시야장(field of view, FOV)에 물체가 들어왔는지를 손쉽게 확인할 수 있도록 도와준다.

 
BLIS 모듈은 레이더가 통과할 수 있는 열가소성플라스틱 후방 범퍼 덮개 뒤에 장치하는 것이 보통이지만, 이 차량은 레이더가 통과할 수 없는 알루미늄 범퍼를 지니고 있다. 이 트럭의 미등에는 센서와 렌즈 사이에 3cm/1.2인치의 최소거리를 유지하기 위해 센서 전면에 돌기가 장착돼 있고, BLIS는 Arkema사 Plexiglas V826 PMMA 소재로 이중으로 하우징된다.

 
테일램프 렌즈는 무색투명, 투명적색, 특수 배합된 불투명적색의 3색·3숏 사출성형 가공을 통해 제작됐다. 주조 알루미늄으로 제작한 서비스 도어는 BLIS 장치수리 및 관리목적뿐 아니라 방열을 위한 힛싱크(heat sink) 역할도 한다. 이같이 복합기능을 하는 장치로 차 한 대당 10달러의 원가절감뿐 아니라 하드웨어 및 커버를 없애고, BLIS 모듈을 범퍼 안에 넣기 위한 D필라의 개조 필요를 없앰으로써 추가로 1500만 달러의 비용을 줄일 수 있었다고 Ford사는 밝히고 있다.

 

색상이 변화하는 LED를 사용한 앰비언트 조명(왼쪽)은 2009년식 Ford Flex 크로스오버 유틸리티 차량(CUV)의 좌석 발밑 공간, 컵홀더, 난방·통기·공조(HVAC) 제어장치 등에 처음 도입됐다. 시스템공급사이자 원료가공업체인 CML Innovative Technologies사가 Ford사를 위해 PMMA로 부품을 제조해 공급했다. 통합 듀얼렌즈 설계를 가진 Ford사의 2세대 듀얼렌즈 컵홀더 조명(가운데)은 2011년식 Ford Explorer SUV를 통해 선을 보이며 중량을 10%, 비용도 자동차 한 대당 0.35달러 감소시키는 효과를 낳았다. 3세대 컵홀더 조명(오른쪽)은 Ford사의 2015년식 Lincoln MKC 및 MKX 럭셔리 CUV에 처음 사용됐다. Blue Star사가 PMMA 수지 및 툴링을 공급했으며, 캐나다의 Pacific Insight Electronics사가 어셈블리를 만들었다.

색상이 변화하는 LED를 사용한 앰비언트 조명(왼쪽)은 2009년식 Ford Flex 크로스오버 유틸리티 차량(CUV)의 좌석 발밑 공간, 컵홀더, 난방·통기·공조(HVAC) 제어장치 등에 처음 도입됐다. 시스템공급사이자 원료가공업체인 CML Innovative Technologies사가 Ford사를 위해 PMMA로 부품을 제조해 공급했다. 통합 듀얼렌즈 설계를 가진 Ford사의 2세대 듀얼렌즈 컵홀더 조명(가운데)은 2011년식 Ford Explorer SUV를 통해 선을 보이며 중량을 10%, 비용도 자동차 한 대당 0.35달러 감소시키는 효과를 낳았다. 3세대 컵홀더 조명(오른쪽)은 Ford사의 2015년식 Lincoln MKC 및 MKX 럭셔리 CUV에 처음 사용됐다. Blue Star사가 PMMA 수지 및 툴링을 공급했으며, 캐나다의 Pacific Insight Electronics사가 어셈블리를 만들었다.

 

 
시각적 브랜딩으로서의 조명
지난 10년간 기능성과 고객의 안락함 및 안전의 향상뿐만 아니라 차량의 내부 및 외부 모두에서 시각적 브랜딩을 강화하기 위한 혁신적인 플라스틱 소재 중심의 조명 활용이 많이 증가했다. 이 영역에서 Ford사가 누구보다 활발한 노력을 기울여왔다.

 
Ford사는 2009년식 Ford Flex 크로스오버 유틸리티 차량(CUV)의 좌석 발밑 공간, 프런트 및 리어컵홀더, 난방·통기·공조(HVAC) 제어장치에 색상이 변화하는 LED 앰비언트 조명(ambient lighting)을 도입했다.

 
광산란 성능을 지닌 EvonikCyro사의 Acrylite PMMA를 사출성형해 적색·녹색·청색(RGB) LED 광원이 혼합된 색상을 사용해 과열지점이 없이 차량 전체에 균일하게 비추는 조명장치를 만들어냈다. LED 기반 앰비언트 조명은 비용과 전력소비를 줄이면서도 자동차 내부조명의 사용수명을 늘려준다.

 
Ford사 2세대 듀얼렌즈 컵홀더 조명은 2011년식 Ford Explorer SUV를 통해 선보였다. 이전의 2피스 설계에 비교해 정교함을 개선하고 조립 및 품질보증비용을 낮추기 위해 1차 발광면과 표시면 렌즈를 하나로 통합한 일체형 설계가 도입됐다. 미국의 시스템 공급사 Chicago Miniature Lighting이 EvonikCyro사의 Acrylite 8N-123-000 PMMA 원료로 사출성형했다.

 

다색상 LED 기반 발광 도어실(맨 위쪽)은 2010년식 Ford Mustang 스포츠카, Lincoln MKZ 세단, Ford MKT 차량 등에 처음 도입됐다. 이 장치는 자동차산업 최초로 하나의 LED 라이트 엔진에서 다색상 발광을 제공하는 제품이다. 차세대 발광 도어실(위쪽)은 2013년식 Lincoln MKZ 및 MKS 세단과 Ford MKT CUV 등에서 처음 선보였다. 패키징 공간의 높이를 줄였고 발광실 패널을 수용하기 위해 락커패널(rocker panel)을 움푹 들어가게 만들거나 도어의 시트 메탈에 큰 비용을 들여 변경을 가할 필요를 없애주었다.

다색상 LED 기반 발광 도어실(맨 위쪽)은 2010년식 Ford Mustang 스포츠카, Lincoln MKZ 세단, Ford MKT 차량 등에 처음 도입됐다. 이 장치는 자동차산업 최초로 하나의 LED 라이트 엔진에서 다색상 발광을 제공하는 제품이다. 차세대 발광 도어실(위쪽)은 2013년식 Lincoln MKZ 및 MKS 세단과 Ford MKT CUV 등에서 처음 선보였다. 패키징 공간의 높이를 줄였고 발광실 패널을 수용하기 위해 락커패널(rocker panel)을 움푹 들어가게 만들거나 도어의 시트 메탈에 큰 비용을 들여 변경을 가할 필요를 없애주었다.

 

 
Ford사의 2015년식 Lincoln MKC 및 MKX 럭셔리 CUV에는 3세대 발광 음료컵 홀더 어셈블리가 사용됐다. 특허받은 이 패키징 친화적 장치는 PMMA 소재로 광학적 투명성에 기하학적 부품의 거울 표면을 결합해 단일 컵·플레이트 부품을 통해 컵홀더 밑바닥에서 빛을 효과적으로 위쪽을 향해 이동시켜준다.

 
이 장치는 홀더에 컵이 없을 때는 눈부심을 줄여주고, 가공에서는 스크랩이 적고 특수 프레스 및 툴링이 필요 없어 비용을 낮춰준다. 이와 비슷하게 Ford사는 2010년식Ford Mustang 스포츠카, Lincoln MKZ 세단, Ford MKT CUV 등을 시작으로 LED 기반 조명을 사용한 발광 도어실에 차량·모델 로고로 브랜딩 작업을 해오고 있다.

 
미국 Innotec Group사 역시 미국 Serigraph사의 PMMA 그리고 SABIC사의 PC 및 ABS로 생산한 실 플레이트에 레이저를 사용해 고충격내성 발광 광학장치를 새겨 넣었다. 덕분에 개발기간이 수 개월에서 수 주일로 단축됐을 뿐 아니라 비용 또한 크게 낮출 수 있었다.

 
Ford사는 2013년식 Lincoln MKZ 및 MKS 세단과 Ford MKT CUV에서는 또 다른 제조공정을 시도했다. SABIC사 Lexan PC 원료로 Innotec사가 생산했고, 이번에는 전자장치를 정전기 방전(electrostatic dissipation, ESD)과 기계적 충격 및 기타 외부손상으로부터 보호하기 위해 PC 수지 피막을 씌웠다. 인서트 몰딩을 사용해 기존의 보호막 코팅 또는 별도의 하우징 어셈블리가 필요 없기 때문에 ESD 테스트가 간편해졌고, 기존 조명엔진 설계보다 신뢰성이 개선됐다.

 

GM의 2017년식 Camaro 스포츠카와 Silverado 및 Colorado 픽업에 장착되는 백라이트 조명이 가해지는 크롬도금 외양을 지닌 엠블렘에 사용하기 위해 레이저 융착을 통해 단일부품으로 만들어지는 선택된 투명영역과 산란영역을 지닌 투숏 오버몰딩으로 사출성형한 렌즈와 라이트 가이드(위쪽). 미국의 Windsor Mold Group이 툴링 공급과 어셈블리 완성을 맡았다. Emrick Plastics Division사는 Arkema사의 PMMA와 SABIC사의 두 가지 그레이드 PC를 사용해 제품을 성형했다. 발광 펼침형 보조발판장치(삽입)는 유연 캐스트 우레탄 라이트 바(flexible cast urethane light bar)를 압출해 하드코팅한 PC렌즈 프로파일과 결합해 2015년식 Cadillac Escalade SUV 승객이 차에서 타고 내리면서 필요할 때 점등된다. 조명 파이프는 밀폐돼 열과 물의 침입, 돌조각, 신발이 가하는 충격 등으로부터 보호된다. 이 시스템은 3M사가 공급하고 가공한 소재를 사용했다. 차량의 도어가 열리면 로고를 도로 바닥에 투사해주는 기능은 Ford사와 시스템공급사Innotec이 2013년식 Lincoln MKT Town Car력셔리 세단 및 리무진에 채용된 또 하나의 시각적 브랜딩 장치이다. 이 장치는 승객이 어두운 곳에서 차량에 탑승하거나 하차할 때 안전성 향상에 도움이 된다. 시스템 제작에는 PP, ABS, PVC, PC 등이 사용됐다.

GM의 2017년식 Camaro 스포츠카와 Silverado 및 Colorado 픽업에 장착되는 백라이트 조명이 가해지는 크롬도금 외양을 지닌 엠블렘에 사용하기 위해 레이저 융착을 통해 단일부품으로 만들어지는 선택된 투명영역과 산란영역을 지닌 투숏 오버몰딩으로 사출성형한 렌즈와 라이트 가이드(위쪽). 미국의 Windsor Mold Group이 툴링 공급과 어셈블리 완성을 맡았다. Emrick Plastics Division사는 Arkema사의 PMMA와 SABIC사의 두 가지 그레이드 PC를 사용해 제품을 성형했다. 발광 펼침형 보조발판장치(삽입)는 유연 캐스트 우레탄 라이트 바(flexible cast urethane light bar)를 압출해 하드코팅한 PC렌즈 프로파일과 결합해 2015년식 Cadillac Escalade SUV 승객이 차에서 타고 내리면서 필요할 때 점등된다. 조명 파이프는 밀폐돼 열과 물의 침입, 돌조각, 신발이 가하는 충격 등으로부터 보호된다. 이 시스템은 3M사가 공급하고 가공한 소재를 사용했다.

차량의 도어가 열리면 로고를 도로 바닥에 투사해주는 기능은 Ford사와 시스템공급사Innotec이 2013년식 Lincoln MKT Town Car력셔리 세단 및 리무진에 채용된 또 하나의 시각적 브랜딩 장치이다. 이 장치는 승객이 어두운 곳에서 차량에 탑승하거나 하차할 때 안전성 향상에 도움이 된다. 시스템 제작에는 PP, ABS, PVC, PC 등이 사용됐다. 

 

 
Ford사가 내놓은 또 하나의 브랜드 조명장치로 2013년식 Lincoln MKT Town Car 세단 및 리무진의 도어패널 하단에 장착한 로고보호용 램프를 들 수 있다. 기존의 도어패널 라이트는 패키징 공간이 많이 필요한 백열전구를 사용함으로써 공간의 제약 때문에 도어와 라이트 설계를 동시에 진행해야 했다.

 
이 라이트의 위치는 전구가 손상될 위험이 컸다. 사람들이 차에서 타고 내리면서 라이트가 들어간 패널 하우징을 차거나 충격을 줄 수도 있었기 때문이다. 새로 개발된 LED 기반 시스템은(점광원을 사용하는 대신) 로고를 도어를 열 때마다 우측 및 좌측 도어 아래쪽 바닥에 투사해준다.

 
이 시스템은 이전 디자인보다 훨씬 적은 패키징 공간이 소요되고, 금속제 고정장치도 필요가 없다. 뿐만 아니라, 도어 개방시 LED 조명이 더는 노출되지 않기 때문에 승하차시에 발생하는 손상 또한 매우 감소했다. 차량의 외부공간 또한 브랜드 조명을 위한 작업공간으로 활용하는 것이다.

 
Ford사는 2013년식 Ford C-Max와 Fusion 플러그인 하이브리드전기차(PHEV) 그리고 Focus 배터리전차(BEV)에서 배터리 충전상태 표시를 위해 충전포트 주위의 라이트 가이드로 광산란 PMMA를 최초로 사용했다. 프랑스의 시스템 공급사 Valeo사가 소재 가공을 맡았다.

 
Ford사는 2013년식 Mustang 스포츠카의 엔진커버와 그릴뱃지 양쪽에 발광패널을 도입함으로써 시각적 브랜딩을 더욱 확장했다. 사출성형된 PMMA와 PC, 고온용 PA 등을 특수 결합해 온도 및 화학 내성이 우수한 엔진커버를 제작했다. 커버는 선택적 부위에 주광 아래서는 크롬 외양을 보이다가 빛이 약한 어두운 조건에서는 발광한다.

 
이와 비슷하게 낮 동안에는 프런트 그릴 위에 부착된 ‘조랑말’엠블렘은 3D 크롬도금 형상을 보이지만, 빛이 어두워지면 부드러운 빛을 발한다. 잘게 부순 유리입자를 섞어 사출성형한 PMMA 소재가 로고를 반짝이게 해준다. 뱃지는 그릴을 제거하지 않고도 사용 가능하도록 설계돼 있으며, 2013년뿐 아니라 그 이전 모델들에도 장착할 수 있다.

 

Ford사는 2013년식 Ford C-Max, Fusion 플러그인 하이브리드전기차(PHEV),Focus 배터리전차(BEV), Focus BEV 등에 PMMA와 PC를 사용해 충전포트 주변에 배터리 충전상태 표시등을 만들어 장착했다. PC 소재는 설계팀이 충전포트를 다양한 모양으로 자유로이 성형하면서 정교함을 높일 수 있도록 해주고, 광산란성 PMMA는 필요 LED 숫자를 줄여준다.

Ford사는 2013년식 Ford C-Max, Fusion 플러그인 하이브리드전기차(PHEV),Focus 배터리전차(BEV), Focus BEV 등에 PMMA와 PC를 사용해 충전포트 주변에 배터리 충전상태 표시등을 만들어 장착했다. PC 소재는 설계팀이 충전포트를 다양한 모양으로 자유로이 성형하면서 정교함을 높일 수 있도록 해주고, 광산란성 PMMA는 필요 LED 숫자를 줄여준다.

 


GM은 다른 기술을 사용해 2017년식 Camaro 스포츠카와 Silverado 및 Colorado 픽업의 Chevrolet ‘보우타이(bowtie)’엠블렘에 이와 유사한 발광효과를 만들어냈다. 투숏 오버몰딩으로 사출성형한 렌즈와 라이트 가이드로 선택된 투명영역과 산란영역의 레이저 융착을 통해 백라이트 조명이 가해지는 크롬도금 외양을 지닌 하나의 부품으로 가공된 것이다. 이 공법은 하드코팅이 필요 없으며, 작은 패키징 공간으로 넓은 면적의 표면 전체에 고른 조명효과를 낼 수 있다.

 
GM사의 또 다른 혁신적 조명장치는 2015년식 Cadillac Escalade SUV에 처음 선보인 발광 펼침형 보조발판장치(articulating step assist)를 들 수 있다. 빛 ‘분산·추출’을 위한 구조가 성형된 유연캐스트 우레탄 라이트 바(flexible cast urethane light bar)를 압출해 하드코팅한 PC렌즈 프로파일과 결합해 차량 도어가 열리고 닫힐 때마다 펼쳐지고 접히는 보조발판에 조명을 가해준다. 기존의 LED 조명 파이트와 달리 새로 개발된 이 시스템은 균일한 조명을 제공해 안전성을 높여준다.

 
1970년 이래로 미국 플라스틱엔지니어협회 자동차부서는 매년 SPE Automotive Innovation Awards 경쟁부문을 주최해 플라스틱과 복합소재로 승용차를 보다 안전하고, 가볍고, 생산비용을 줄이고, 내구성을 높이고, 기능을 풍부하게 만드는 방법들을 확대하는 일에 업계의 주의를 환기시키려는 노력을 기울여 왔다.

 
이 경쟁은 자동차산업용 플라스틱 및 복합소재부문의 동향과 신기술 예측의 훌륭한 기회임이 입증된지 이미 오래다. SPE 자동차부서 홈페이지(http://speautomotive.com/innovation-awards-gala)를 통해 접수된 올해 경쟁제품들 가운데서 다양한 카테고리별로 선정된 수상제품들은 오는 11월 7일 전 세계로부터 800여명이 참석한 가운데 디트로이트 지역에서 열리는 행사를 통해 발표될 예정이다.

 

또 다른 형태의 시각적 브랜딩으로 TECHNO(translucent electro-chromatic high-intensity novelty optics, 반투명 전기변색 고강도 노블티 광학) 특수공법을 사용해 제작한 2013년식 Mustang 스포츠카의 엔진커버와 그릴뱃지를 들 수 있다. 낮 동안에는 부품들은 크롬도금 외양을 보이다가 빛이 어두워지면 부드럽게 발광한다. 이는 비용이 많이 들고 유독성이 높은 크롬 도금을 대신 사용한 전기변색 레이어 덕분이다. 또한 독특하고 아름다운 외관은 기존 크롬 소재처럼 벗겨지거나 표면이 일어나거나 박리가 생기지 않는다. 시스템공급업체이자 소재가공업체인 Colonial Plastics사가 툴링과 제품을 공급했다. 또 다른 형태의 시각적 브랜딩으로 TECHNO(translucent electro-chromatic high-intensity novelty optics, 반투명 전기변색 고강도 노블티 광학) 특수공법을 사용해 제작한 2013년식 Mustang 스포츠카의 엔진커버와 그릴뱃지를 들 수 있다. 낮 동안에는 부품들은 크롬도금 외양을 보이다가 빛이 어두워지면 부드럽게 발광한다. 이는 비용이 많이 들고 유독성이 높은 크롬 도금을 대신 사용한 전기변색 레이어 덕분이다. 또한 독특하고 아름다운 외관은 기존 크롬 소재처럼 벗겨지거나 표면이 일어나거나 박리가 생기지 않는다. 시스템공급업체이자 소재가공업체인 Colonial Plastics사가 툴링과 제품을 공급했다. 

 

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