금속 3D 프린팅으로 제작한 경량 위성 브래킷
항공우주 및 국방 산업에서 속도는 언제나 중요한 경쟁 요소였습니다. 그리고 이제 3D 프린팅이 그 속도를 한 단계 끌어올리고 있습니다.
차세대 항공기와 우주 시스템 개발이 가속화되면서 엔지니어링 실행 속도의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 새로운 추진 시스템과 경량 구조, 열 관리 기술, 자율 플랫폼이 잇달아 등장하는 가운데 기존 제조 방식만으로는 빠른 설계 검증과 반복 개발에 한계가 있습니다. 이제 경쟁력은 단순한 생산 속도가 아니라 새로운 아이디어를 얼마나 빠르게 시험하고 개선할 수 있는지에 의해 결정됩니다.
경쟁력을 갖춘 엔지니어 조직은 신속한 시제품 제작을 통해 다음과 같은 이점을 확보하고 있습니다.
- 설계 검증 기간 단축
- 문제점 조기 발견
- 설계 반복 횟수 확대
- 성능 최적화 및 가속화
- 개념 설계에서 테스트 단계까지의 개발 기간 단축
3D 프린팅은 이러한 개발 프로세스를 효과적으로 지원하는 기술입니다.
항공우주 개발은 더욱 촉박해지고 있습니다.
오늘날 항공우주 산업은 기술 혁신과 사업성 확보라는 두 가지 과제를 동시에 해결해야 하고 있습니다. 차세대 항공기와 우주 시스템은 경량화와 고효율, 고성능을 동시에 요구받고 있으며, 개발 기간 단축과 비용 절감, 공급망 안정성 확보 역시 중요한 과제로 떠오르고 있습니다.
민간 항공 분야의 주요 과제는 다음과 같습니다.
- 연료 효율 향상
- 기체 경량화
- 인증 기간 단축
- 지속가능한 항공 기술 개발
- 안정적인 공급망 구축
- 생산성 향상
특히 항공기 제조사는 환경 규제 강화와 운영 비용 절감 요구에 대응하기 위해 연료 소비를 줄이고 탄소 배출을 낮출 수 있는 새로운 설계와 제조 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다. 그러나 새로운 기술이 적용될수록 검증과 인증 과정은 더욱 복잡해지며, 개발 일정에 대한 부담도 함께 증가하고 있습니다.
국방 분야도 여러 측면에서 비슷한 고민을 안고 있습니다.
- 플랫폼 현대화 가속
- 전력화 일정 단축
- 변화하는 임무 요구 대응
- 시스템 복잡도 증가
- 물류 부담 최소화
- 국가 안보를 고려한 제조 역량 확보
최근 방산 분야에서는 기술 변화 속도가 빨라지면서 신형 플랫폼 개발뿐 아니라 기존 장비의 성능 개량과 부품 조달 역량도 중요해지고 있습니다. 또한 글로벌 공급망 리스크와 지정학적 불확실성이 커짐에 따라 필요한 시점에 필요한 부품을 확보할 수 있는 제조 유연성 역시 중요한 경쟁력으로 떠오르고 있습니다.
특히 다음과 같은 분야에서는 기존 제조 방식으로는 구현하기 어려운 복잡한 형상과 까다로운 기술 요구 존재합니다.
- 열 관리 시스템
- 초경량 구조물
- 복잡한 유체 유로
- 연료 공급 시스템
- 고효율 냉각 구조
- 부품 수 감소를 통한 구조 단순화
- 고효율 추진 시스템
그러나 기존 제조 공정은 가공 한계와 긴 리드타임, 금형 제작 등의 제약으로 인해 이러한 요구를 빠르게 반영하기 어려운 경우가 많습니다.
3D 프린팅 티타늄 엔진 노즐 시제품
항공우주 산업이 3D 프린팅에 주목하는 이유
항공우주는 적층제조의 장점이 가장 잘 드러나는 산업 분야 가운데 하나입니다.
반면 3D 프린팅은 제조상의 제약을 크게 줄여줍니다.
복잡한 내부 구조와 유로, 경량화 형상을 자유롭게 구현할 수 있어 설계자는 제조 제약보다 성능 최적화에 집중할 수 있습니다.
특히 다음과 같은 분야에서 적층제조의 강점이 두드러집니다.
- 열교환기
- 연료 시스템
- 덕트
- 터빈 관련 부품
- 유체 제어 시스템
- 경량 브래킷
- 통합형 어셈블리
예를 들어 과거에는 여러 개의 부품을 개별적으로 가공한 뒤 조립해야 했던 복잡한 내부 유로 구조를 이제는 하나의 부품으로 제작할 수 있습니다. 이를 통해 무게를 낮추는 동시에 냉각 성능과 유체 흐름을 개선하고, 조립 공정과 유지보수 부담까지 줄일 수 있습니다.
또한 부품 통합은 체결부와 용접부를 줄여 신뢰성 향상에도 기여합니다.
이처럼 적층제조는 단순히 복잡한 형상을 구현하는 기술을 넘어 성능 향상, 경량화, 부품 통합, 제조 효율 개선을 가능하게 합니다.
금속 적층제조가 항공우주 설계를 바꾸고 있다
항공우주 분야에서 적층제조 기술이 빠르게 확산되면서 금속 3D 프린팅 역시 시제품 제작을 넘어 실제 생산 부품 제조에 활용되고 있습니다.
DMP Flex 350 Triple과 같은 금속 3D 프린터는 항공우주 제조업체가 복잡한 형상의 금속 부품을 보다 빠르게 제작할 수 있도록 지원합니다. 특히 티타늄, 알루미늄, 내화금속, 스테인리스강, 니켈 초내열합금, 구리 등 다양한 항공우주용 소재를 활용할 수 있습니다.
이러한 소재는 항공우주 부품에 요구되는 까다로운 성능 기준을 충족해야 합니다.
- 극한의 온도 변화
- 높은 기계적 하중
- 부식 환경
- 반복 피로 하중
- 진동
- 엄격한 경량화 요구
예를 들어 항공기 엔진 주변 부품은 고온 환경에서도 성능을 유지해야 하며, 구조 부품은 가벼우면서도 높은 강도를 확보해야 합니다. 또한 우주항공 부품은 무게 증가가 곧 연료 소모와 발사 비용 증가로 이어질 수 있기 때문에 경량화가 매우 중요합니다.
이러한 환경에서 금속 3D 프린팅은 무게 감소와 기능 향상을 동시에 추구할 수 있는 대안으로 주목받고 있습니다.
특히 다음과 같은 설계 최적화가 가능합니다.
- 토폴로지 최적화
- 격자 구조
- 내부 냉각 채널
- 통합 유체 유로
- 부품 통합
그중에서도 부품 통합은 항공우주 분야에서 큰 장점을 제공합니다. 여러 개의 부품을 하나로 제작할 수 있어 볼트, 용접부, 체결부 등의 사용을 줄일 수 있으며, 조립 공정을 단순화해 신뢰성과 생산 효율 향상에 기여합니다.
또한 기존 가공 공정으로는 제작이 어려운 복잡한 내부 구조까지 구현할 수 있어, 설계자는 제조상의 제약보다 성능 최적화에 더욱 집중할 수 있습니다.
다양한 적층제조 기술 포트폴리오가 중요한 이유
항공우주 산업에서 요구되는 애플리케이션과 적용 분야는 매우 다양하기 때문에, 하나의 적층제조 기술만으로 모든 요구사항을 충족하기는 어렵습니다.
따라서 다양한 제조 방식과 소재를 지원할 수 있는 역량이 중요한 차별 요소가 됩니다.
3D Systems는 다양한 적층제조 솔루션을 통해 항공우주 및 국방 분야 고객을 지원하고 있습니다.
- 대형 정밀 시제품 및 주조 패턴 제작에 적합한 SLA
- 고속·고정밀 생산을 위한 Figure 4
- 내구성이 요구되는 기능성 시제품 제작용 SLS
- 고성능 금속 부품 생산을 위한 DMP 금속 3D 프린팅
- 3D 프린팅 기반 정밀주조 솔루션
- 엔지니어링 컨설팅
이를 통해 항공우주 기업은 각 부품의 용도와 생산 요구사항에 맞는 적층제조 공정을 선택할 수 있으며, 하나의 기술에 모든 적용 사례를 맞출 필요 없이 보다 유연한 제조 전략을 수립할 수 있습니다.
장비와 소재 못지않게 중요한 것은 실제 적용 경험입니다.
3D Systems의 Application Innovation Group은 고객이 적층제조를 보다 효과적으로 도입할 수 있도록 다음과 같은 지원을 제공합니다.
- 적합한 애플리케이션 발굴
- 설계 최적화
- 생산 프로세스 구축
- 기술 이전 및 양산 전환 가이드
- 도입 리스크 최소화
특히 인증, 검증, 양산 확대 등 복잡한 과제를 안고 있는 항공우주 기업에게 이러한 적용 검토는 적층제조 도입 기간을 단축하고 성공 가능성을 높이는 데 도움이 됩니다.
3D 프린팅은 더 빠른 혁신을 위한 기반 기술입니다.
항공우주·국방 산업의 경쟁력은 더 이상 제조 역량만으로 결정되지 않습니다. 얼마나 빠르게 설계를 검증하고, 개선하며, 실제 제품으로 구현할 수 있는지가 더욱 중요해지고 있습니다.
적층제조는 이러한 변화에 대응할 수 있는 강력한 도구로서, 설계 자유도와 생산 유연성을 제공하는 동시에 개발 기간 단축과 공급망 안정성 향상에도 기여합니다. 적층제조는 이미 항공우주·국방 분야의 제품 개발 방식을 변화시키고 있으며, 앞으로도 혁신 속도와 제조 경쟁력을 높이는 핵심 기술로 활용 범위를 넓혀갈 것으로 보입니다.
