드론 시장은 국방, 물류, 측량, 시설 점검, 재난 대응 등 다양한 분야로 확대되며 제품 개발 속도와 맞춤형 설계 역량이 중요해지고 있다. 특히 드론은 기체 형상, 무게, 내부 구조 등 다양한 요소가 성능에 영향을 미치기 때문에 개발 과정에서 반복적인 설계 변경과 검증이 빈번하게 발생한다.
이러한 이유로 3D 프린팅은 드론 개발 과정에서 설계 검증용 시제품 제작 기술로 널리 활용되고 있다. CAD 데이터를 기반으로 부품을 직접 제작할 수 있어 설계 변경 사항을 빠르게 반영할 수 있으며, 초기 개발 단계에서 형상 검토, 조립성 확인, 기능 검증 등의 과정을 효율적으로 수행할 수 있다.
이번 사례에서는 광조형 기반의 PSLA(Projector-based Stereolithography) 기술을 활용해 드론 형상의 시제품을 제작하고 생산성과 형상 구현 측면에서의 활용 가능성을 확인하였다.
PSLA를 활용한 드론 시제품 제작
드론은 곡면 위주의 외관 형상과 다수의 조립 부품으로 구성되기 때문에 시제품 제작 과정에서도 형상 정확도와 표면 품질이 중요하다.
특히 반복적인 설계 검토가 필요한 개발 단계에서는 제작 속도 또한 중요한 요소가 된다.
PSLA는 DLP(Digital Light Processing)의 생산성과 SLA(Stereolithography)의 정밀도를 결합한 광조형 기술로, 복잡한 형상을 높은 정확도로 구현할 수 있다.이번 드론 모델 역시 PSLA 기술을 활용해 제작되었으며, 외관 형상과 조립 구조를 실제 설계와 유사하게 구현할 수 있었다.
FDM과 PSLA의 생산성 비교
드론 개발에서는 목적에 따라 다양한 적층 제조 기술이 활용된다. FDM(Fused Deposition Modeling)은 장비와 소재 비용이 비교적 낮아 초기 개념 검증이나 간단한 구조 확인에 적합하다. 반면 PSLA는 정밀한 형상 구현과 우수한 표면 품질이 요구되는 경우 활용할 수 있다.
이번 사례에서는 드론 전체 부품을 PSLA 방식으로 약 9시간 만에 제작할 수 있었으며, 이를 통해 설계 변경 이후 시제품 제작과 검증을 단기간 내 수행할 수 있었다.
동일 모델을 기준으로 진행한 내부 비교에서는 FDM 방식 대비 약 5.4배 짧은 출력 시간이 확인되었다. 다만 출력 시간은 장비 사양, 적층 조건, 출력 품질 설정에 따라 달라질 수 있으며, 각 공정은 개발 목적에 따라 적합한 활용 영역이 다르다. PSLA는 특히 복잡한 곡면 형상과 외관 품질이 중요한 드론 시제품 제작 과정에서 효과적으로 활용할 수 있었다.
드론 개발에 적층 제조가 적합한 이유
드론은 외부 형상뿐 아니라 내부 구조 또한 복잡한 제품이다. 기체 내부에는 전원선, 신호선, 센서 케이블 등이 배치되며, 이를 위한 다양한 채널 구조와 체결부가 필요하다. 기존 제조 방식에서는 이러한 구조를 여러 부품으로 나누어 제작한 뒤 조립해야 하는 경우가 많지만, 적층 제조는 복잡한 형상을 하나의 부품으로 구현할 수 있어 설계 자유도를 높일 수 있다.
기존 제조 방식에서는 이러한 구조를 여러 부품으로 나누어 제작한 뒤 조립해야 하는 경우가 많지만, 적층 제조는 복잡한 형상을 하나의 부품으로 구현할 수 있어 설계 자유도를 높일 수 있다. 또한 설계 변경 시 별도의 금형 수정 과정 없이 디지털 데이터를 업데이트하여 새로운 시제품을 제작할 수 있기 때문에 개발 단계에서 빠른 반복 설계가 가능하다.
이번 사례 역시 드론 형상의 복잡한 곡면 구조와 다수의 조립 부품을 별도의 금형 없이 제작할 수 있었으며, 이를 통해 설계 검토와 시제품 제작 과정을 효율적으로 수행할 수 있었다.
이번 사례에서는 PSLA 기술을 활용해 드론 시제품을 제작했지만, 적층 제조의 활용 범위는 개발 단계에만 국한되지 않는다. 최근 드론 산업에서는 형상 검토와 설계 검증을 위한 시제품 제작뿐만 아니라 실제 운용 환경에서 사용되는 기능성 부품 생산에도 적층 제조 기술이 적용되고 있다. 그중 SLS(Selective Laser Sintering)는 나일론(PA11, PA12) 기반 소재를 활용해 우수한 기계적 특성을 확보할 수 있으며, 복잡한 형상을 서포트 없이 구현할 수 있다는 장점이 있다.
산업용 드론 분야에서는 프레임, 하우징, 브라켓, 덕트 등 다양한 기능성 부품에 SLS 기반 나일론 소재를 적용하는 사례가 늘어나고 있으며, 이를 통해 경량화와 부품 통합 설계가 가능해지고 있다. 다만 최종 사용 부품 적용 여부는 요구 강도, 사용 환경, 인증 기준, 비행 조건 등에 따라 달라질 수 있으며, 실제 적용 시에는 구조 검증과 성능 평가가 선행되어야 한다.
3D 프린팅은 드론 개발 및 제조 과정에서 설계 변경에 신속하게 대응하고 제품 개발 기간을 단축할 수 있는 효과적인 제조 기술이다. 이번 사례에서는 PSLA 기술을 활용해 드론 형상의 부품을 제작하고, 복잡한 형상 구현과 높은 생산성을 확인할 수 있었다. 또한 적층 제조 기술은 시제품 제작뿐만 아니라 다양한 기능성 부품 생산에도 활용되며, 요구 성능과 적용 목적에 따라 여러 제조 기술과 소재를 선택할 수 있는 폭을 제공한다.
드론 산업에서 적층 제조의 가치는 특정 공정을 대체하는 데 있는 것이 아니라, 설계 자유도를 높이고 개발 효율을 향상시키며 제품 개발부터 부품 생산까지 보다 유연한 제조 환경을 구현하는 데 있다고 할 수 있다.
(주)쓰리디시스템즈코리아 (T: 02-6262-9900 / E: korea.printer.sales@3dsystems.com)
