사우스캐롤라이나주 ROCK HILL, 2025년 6월 3일 – 오늘, 3D Systems (NYSE: DDD)는 펜실베이니아 주립대와 애리조나 주립대 연구진과 함께, NASA(미국 항공 우주국)의 후원을 받는 두 개의 공동 프로젝트를 진행 중이라고 발표했습니다. 이번 프로젝트는 기존의 열 제어 방식에 대한 획기적인 대안을 개발하기 위한 것으로, 우주 공간에서 발생하는 극심한 온도 변화로 인해 민감한 우주선 부품이 손상되어 임무 실패로 이어지는 문제를 해결하고자 합니다. 3D Systems는 자사의 전문적인 응용 기술력과 DMP(Direct Metal Printing) 기반 적층 제조(AM) 기술,맞춤형 소재,그리고 Oqton의 3DXpert® 소프트웨어를 결합하여, 차세대 인공위성과 우주 탐사에 요구되는 고급 열 제어 솔루션을 공동 개발 중입니다. 이 가운데, 펜실베이니아 주립대, 애리조나 주립대, NASA Glenn 연구센터가 3D Systems의 AIG(Application Innovation Group)와 협력하여 진행 중인 첫 번째 프로젝트는, 고온 수동 열파이프를 적층 방식으로 제조한 티타늄 기반의 방열 라디에이터를 개발하는 데 성공했습니다. 이 열 파이프 라디에이터는 기존 대비 면적당 무게가 50% 가볍고, 작동 온도는 더 높아, 고출력 시스템에서 보다 효율적인 열 방출이 가능합니다. 또한, 펜실베이니아 주립대와 NASA Glenn 연구센터가 3D Systems AIG와 함께 수행한 두 번째 프로젝트에서는, 니켈-티타늄(니티놀) 형상기억합금(SMA)을 활용한 최초 수준의 적층 제조 부품을 제조했습니다. 이 수동 형상기억합금 라디에이터는 열에 의해 자동으로 전개되는 구조를 가지고 있으며, 기존 대비 전개/수납 면적 비율이 6배 높아, 좁은 공간의 CubeSat에서도 향후 고출력 통신 및 과학 임무 수행이 가능합니다. 해당 라디에이터는 우주선에 장착할 경우, 작동 레벨을 높이고 민감한 구성 요소의 열응력을 줄여 고장 위험을 낮추며 위성의 수명을 연장할 수 있다.
그림 1: a. 분기형 열파이프 네트워크가 내장된 적층 제조 방식의 고온용 티타늄 라디에이터 원형 제작품(패널 크기: 75×125 및 200×260mm), b. 수동 유체 순환을 위한 내부 다공성 심지 레이어가 보이는 라디에이터의 X선 CT 스캔 이미지, c. 펜실베이니아 주립대 박사과정 연구원 Tatiana El Dannaoui가 우주 환경 시뮬레이션을 위한 열진공 시험 설비에 라디에이터 원형 제작품을 설치하는 모습, d. 진공 챔버 내에서 작동 중인 열파이프 라디에이터의 열화상 이미지(이미지 제공: 펜실베이니아 주립대)
기존의 열파이프는 유체를 수동적으로 순환시키는 다공성 심지 구조를 내부에 형성하기 위해 복잡한 제조 공정이 필요했습니다. 펜실베이니아 주립대, 애리조나 주립대, NASA Glenn 그리고 3D Systems 공동 연구 팀은 Oqton의 3DXpert®소프트웨어를 활용하여, 열파이프 벽 내부에 일체형 다공성 네트워크를 삽입함으로써, 후속 제조 공정 및 그로 인한 변동성을 제거했습니다. 이러한 모놀리식 열 파이프 라디에이터는 3D Systems의 DMP 기술을 통해 티타늄과 니티놀 소재로 제작되었으며, 티타늄-물 기반열파이프라디에이터원형제작품은 230°C의고온환경에서성공적으로작동했으며, 기존제품대비무게가 50%(3kg/m2 vs 기존 6kg/m 이상2이상)로줄어 NASA의열전달효율목표와우주발사비용절감기준을만족시켰습니다.
펜실베이니아 주립대, NASA Glenn, 그리고 3D Systems의 공동 연구팀은 형상기억합금(SMA)을 활용한 수동 전개형 라디에이터의 3D 프린팅 공정을 개발하여 금속 적층 제조 기술의 가능성을 한층 더 확장했습니다. 이 소재는 열을 가하면 형태가 변하도록 조정할 수 있는 특성을 지니며, 반복적인 변형에도 피로 현상 없이 복원력을 유지하는 장점을 갖고 있습니다. 연구팀은다시한번 3DXpert를 활용해 라디에이터의전개형스포크구조를설계했고, 이를니켈-티타늄합금인니티놀(NiTi)을사용해 3D Systems의 DMP 기술로 프린팅했습니다. 이장치는위성등우주선에장착시, 내부유체의온도상승에따라별도의모터나구동장치없이수동적으로전개될수있으며, 우주환경에서의기존구동메커니즘을대체할수있는혁신적대안입니다. 이수동전개형 SMA 라디에이터는현재기준최첨단기술대비 6배높은전개-수납면적비율(12배 vs 2배)을실현하고, 무게는 70% 감소된 6kg/m2(기존 19kg/m2)으로, 열제어성능과경량화모두에서획기적인진전을보여주고있습니다.
그림 2: a. 컴팩트한 수납 상태에서 방사형 열파이프 분기를 전개하는 형상기억합금(SMA) 기반 적층 제조 라디에이터 개념도, b. 유연한 벨로우즈 타입 열파이프 암을 갖춘 SMA 시연 제품, c. 등온에 가까운 작동 상태를 보여주는 SMA 벨로우즈 열파이프의 열화상 이미지(이미지 제공: 펜실베이니아 주립대)
"3D Systems와의 오랜 연구개발 협력은 항공우주 분야에서의 3D 프린팅 활용을 위한 선도적인 연구를 가능하게 했습니다"라고 펜실베이니아 주립대학교 Alex Rattner 조교수는 말합니다. "항공우주 공학과 적층 제조 두 분야의 전문 지식이 융합됨으로써, 기존의 기술 수준을 넘어서는 혁신적인 설계 전략을 모색할 수 있게 되었습니다. 여기에 3DXpert의 강력한 소프트웨어 기능과 3D Systems의 DMP 플랫폼이 제공하는 저산소 환경을 결합하면, 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 특수 소재의 혁신적인 부품을 제작할 수 있습니다."
"3D Systems는 수십 년에 걸쳐 항공우주 산업을 혁신하기 위한 적층 제조 솔루션을 선도해 왔습니다"라고 3D Systems 항공우주/방위 부사장 Mike Shepard는 말합니다. "우주 환경에서의 열 제어 분야는 3D Systems의 DMP 기술이 최적의 성능을 발휘할 수 있는 대표적인 응용 분야입니다. 펜실베이니아 주립대, 애리조나 주립대, NASA Glenn 연구센터와의 협업을 통해 진행된 이번 최신 프로젝트들은, 3D Systems의 DMP 기술이 우주선 열 관리 분야에서 경량이면서도 고기능의 부품을 제작하여 기술 수준을 한 단계 더 끌어올릴 수 있는 가능성을 보여줍니다. 열 관리는 매우 보편적인 엔지니어링 과제이며, DMP 공정은 항공우주, 자동차, 고성능 컴퓨팅 및 AI 데이터 센터를 포함한 다양한 산업 분야에 효과적인 솔루션을 제공합니다."
Research and Markets[1]에 따르면, 항공우주 산업에서의 적층 제조 글로벌 시장 규모는 2023년 기준 약 12억 달러로 추정되며, 2030년까지 38억 달러에 이를 것으로 전망됩니다. 적층 제조 기술은 무게를 줄이고 성능을 향상시킨 항공기 부품 생산을 가능하게 하면서 업계 전반에 중대한 영향을 미치고 있습니다. 최근 10년 동안 3D Systems는 항공우주 산업의 주요 기업들과 협력하여 우주 비행용 티타늄 또는 알루미늄 합금 구조 부품 2,000개 이상과, 200개 이상의 핵심 수동 RF 비행 부품을 제작해왔습니다.현재 궤도에 진입해 운용 중인 위성 중 15기 이상에 3D Systems가 생산한 비행 하드웨어가 탑재되어 있습니다.자세한 내용은 회사 웹사이트를 참조해 주시기 바랍니다.
미래지향적서술문(Forward-Looking Statements)
이 자료에서역사적사실이나현재사실에관한진술이아닌특정진술은 1995년증권민사소송개혁법(Private Securities Litigation Reform Act)의 취지내에서미래지향적서술에해당됩니다. 미래지향적서술에는회사의실제결과, 성과또는실적이과거의결과나이러한미래지향적서술에서명시적또는암묵적으로표현한미래의결과또는예측과크게달라지게만들수있는알려졌거나알려지지않은위험, 불확실성및기타요인이포함됩니다. 대부분의경우미래지향적서술은 "믿음", "신뢰", "예상", "예측", "목적" 또는 "계획" 또는이들용어또는기타유사한용어의부정으로식별될수있습니다. 미래지향적서술은경영진의믿음, 가정및현재기대에기반한것이며회사의비즈니스에영향을미칠향후의사건또는추세에대한회사의믿음및기대에관련된의견을포함할수있으며필연적으로대부분이회사의통제범위외에존재하는불확실성을조건으로할수있습니다. 회사에서미국증권거래위원회(Securities and Exchange Commission)에 정기적으로제출하는문서에서 “미래지향적서술” 및 “위험요인”이라는제목하에설명된요인및기타요인은미래지향적서술에반영되거나예측된결과와크게다른실제적결과를초래할수있습니다. 3D Systems 경영진은 본 미래지향적서술에반영된예측이합리적이라고생각하나, 미래지향적서술은그렇지않을수있으며미래의성능또는결과에대한보장으로의존할수없고그러한성능또는결과를획득하는정확한시점을가리킴을증명해야할의무를갖지않습니다. 미래지향적서술에포함된내용은해당서술의작성일을기준으로합니다. 3D Systems는 법률에 따라요구되지않는한향후개발, 후속사건또는상황에따른결과이든다른원인으로인해서든경영진또는경영진을대리한자가작성한미래지향적서술을업데이트하거나개정해야할의무를가지지않습니다.
About 3D Systems
약 40년 전, 척헐(Chuck Hull)의호기심, 그리고제품의설계및생산과정을개선하고자하는욕구로부터 3D 프린팅, 그리고 3D Systems와 적층 제조산업이탄생하게되었습니다. 그리고오늘날에이르기까지, 이러한열정은여전히 3D Systems로 하여금 고객과더불어산업혁신의새로운방향을제시하는원동력이되고있습니다. 3D Systems는 업계를 선도하는 3D 프린팅 기술과 재료, 소프트웨어를 공급하는 종합 솔루션 파트너로서 의료, 치과, 항공우주, 방위 산업, 교통, 모터 스포츠, AI 인프라, 내구재 등 다양한 고부가가치 산업 분야를 고객으로 두고 있습니다. 당사가 공급하는 모든 용도별 솔루션은 당사 직원의 전문성과 열정이 바탕이 되고 있으며, 다 함께 더 나은 미래를 위해 제조를 혁신한다는 회사의 목표를 이루기 위해 이러한 열정을 원동력으로 삼아 나아가고 있습니다. 자세한 회사 정보는 www.3dsystems.com를 참고하십시오.
[1] NASA STMD 80NSSC22K0260(https://tfaws.nasa.gov/wp-content/uploads/TFAWS2024-PT-3.pdf)
[2] NASA 80NSSC23M0234(https://govtribe.com/award/federal-contract-award/cooperative-agreement-80nssc23m0234)
[3] 항공우주 산업의 혁신: 2030년까지 적층 제조 기술 주도하는 항공우주 산업의 변화와 미래 전망 (2025년 1월).