3D 프린팅으로 완성하는 복합재료 공법 - 드론 제작 사례

안녕하세요 3D 시스템즈입니다.

​항공우주나 모터스포츠 분야에서 가볍고 튼튼한 복합재료는 꿈의 소재로 불립니다.

하지만 복잡한 구조를 가진 부품을 만들 때마다 뒤따르는 까다로운 성형 공정과 높은 비용은 늘 큰 숙제였습니다.

​오늘은 1m급 대형 드론 제작 사례를 통해, 복합재료 공정의 새로운 패러다임을 제시하는 3D 시스템즈의 독보적인 적층 제조 기술력을 살펴보겠습니다.

1. 드론 내부 맨드릴 공정

​드론의 구불구불한 튜브나 복잡한 덕트 내부를 정밀하게 성형하기 위해서는 형태를 지지해 줄 뼈대인 맨드릴(내부 성형 틀)이 필수적입니다.

​기존에는 성형 후 이 틀을 제거하는 과정이 매우 까다로웠으나, 3D Systems는 SLA 750 프린터와 Accura AMX Durable Natural 소재를 통해 이 난제를 해결했습니다.

Accura AMX Durable Natural 소재는 실온에서 탄소 섬유를 단단히 지지할 만큼 견고하지만, 약 60°C의 열을 가하면 고무처럼 유연해지는 마법 같은 특성을 가집니다.

​덕분에 복잡한 곡선 구조라도 내부 틀을 부수지 않고 단 한 번에 쑥 뽑아낼 수 있어 전체 공정 시간을 획기적으로 단축합니다.

2. 대형 드론 몰드 제작

​드론의 본체나 날개처럼 부피가 큰 외장 부품용 몰드를 제작할 때는 시간과 비용이 가장 큰 걸림돌이 됩니다.

​3D Systems는 Titan EXT 장비의 하이브리드 방식을 투입하여 이 문제를 경제적으로 풀었습니다.

값비싼 필라멘트 대신 산업용 펠릿 재료를 사용하여 재료비를 기존 대비 최대 10배까지 절감했으며, 탄소 섬유로 보강된 고내열성 울템(PEI) 소재를 빠르게 쌓아 올린 뒤 동일 장비에서 즉시 정밀 가공(CNC)을 진행했습니다.

​이러한 적층과 감산 방식의 결합은 몇 주가 소요되던 대형 몰드 제작 기간을 단 며칠로 줄이는 동시에 수준 높은 표면 품질과 치수 정밀도를 확보합니다. 

3. 탄소섬유 성형 및 탈거 공정

​준비된 맨드릴과 외장 몰드는 실제 탄소섬유 부품을 만드는 성형 공정에 투입됩니다.

프리프레그(Prepreg)를 금형 위에 적층한 뒤, 진공 백킹과 고압 가열 과정을 거쳐 고강도 부품을 제작합니다.

​이때 앞서 제작된 맨드릴을 기반으로 탄소섬유를 적층하고, Titan EXT로 출력된 외장 몰드를 활용해 프레스 및 경화 과정을 거칩니다.

성형 완료 후 내부 맨드릴을 60°C로 가열하면 소재가 유연해지며 복잡한 드론 구조물 내부에서 성형틀만 손쉽게 분리됩니다. 이는 수작업으로 가공하기 어려운 형상을 가장 효율적으로 완성하는 핵심 공정입니다.

4. 드론 정밀 기능 부품 제작

​1m급 대형 드론이 안정적으로 비행하기 위해서는 모터 마운트나 프로펠러, 카메라 장착부와 같이 높은 정밀도가 요구되는 핵심 부품들이 완벽하게 맞물려야 합니다.

​3D Systems는 Figure 4와 SLA 750 솔루션을 활용하여 14인치 프로펠러와 정밀 인서트 부품들을 구현했습니다.

​각 파트의 특성에 최적화된 고성능 소재를 선택함으로써 부품 간의 결합력을 극대화했으며, 이는 단순히 성능 향상을 넘어 불필요한 공정 단계를 제거하여 전체 제작 비용을 낮추는 실질적인 결과로 이어졌습니다.​

이번 드론 제작 제작을 통해 3D 프린팅의 적층 제조 방식으로 실제 산업용 복합재료 공정에 직접 투입될 수 있음을 증명하였습니다.

​복잡한 설계를 현실로 구현하면서도 더 빠르고 경제적인 제조 환경을 고민하고 계신다면, 3D Systems의 통합 적층 제조 솔루션이 그 완벽한 해답입니다!