한눈에 보기: 3D 프린팅은 드론과 무인항공기(UAV)의 설계 및 제조 방식을 혁신하고 있습니다. 이를 통해 생산 속도를 높이고, 가볍고 내구성이 뛰어난 부품을 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 민첩성과 빈번한 설계 변경이 요구되는 산업 분야에서 핵심적인 요소인 주문형 맞춤 제작도 가능해집니다. 프로펠러 가드부터 완전한 고정익 기체에 이르기까지, 적층 제조는 상업, 군사, 민간 분야를 아우르는 현대적인 드론 생산에 유연하고 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.
드론용 3D 프린팅이란, 기존의 금형 공정을 거치지 않고 적층 제조 기술을 활용하여 프레임과 모터 마운트부터 공기역학적 페어링 및 센서 하우징에 이르기까지 가볍고 내구성이 뛰어난 UAV 부품을 생산하는 것을 말합니다. 이를 통해 엔지니어링 등급의 열가소성 수지, 복합 재료 및 광경화성 수지를 사용하여 맞춤형 드론 부품의 신속한 시제품 제작, 설계 반복 개선 및 소량 생산이 가능해집니다.
그 기원은 17세기의 열기구에까지 거슬러 올라가지만, 일반적으로 드론으로 알려진 무인 항공기(UAV)는 최근 수십 년 동안 급속히 발전해 왔습니다. 드론의 용도는 상업, 군사, 민간 분야에 걸쳐 있으며, 항공 촬영에 사용되는 민첩한 쿼드콥터부터 장거리 감시, 지도 제작 및 환경 모니터링에 투입되는 고정익 항공기에 이르기까지 다양한 형태로 존재합니다. 그러나 이러한 차이점에도 불구하고, 드론은 모두 중력이라는 공통된 법칙의 영향을 받으며, 최적의 작동을 위해서는 가볍고 내구성이 뛰어나며 공기역학적으로 효율적이어야 합니다.
가공, 탄소섬유 적층, 사출 성형과 같은 기존의 드론 제조 방식으로도 물론 작업을 수행할 수 있습니다. 하지만 이러한 방법들은 비효율성을 초래하기 쉬워 비용을 증가시키고, 리드 타임을 연장하며, 설계 유연성을 제한합니다. 특히 맞춤 제작, 빈번한 설계 업데이트, 소량 생산이 더해지면 이러한 단점은 더욱 두드러집니다.
바로 이 점에서 적층 제조(AM), 즉 흔히 3D 프린팅이라 불리는 기술이 기존 방식에 대한 매력적인 대안을 제시합니다. 3D 프린팅은 일반적인 제조 방식에 비해 더 빠른 부품 생산과 더 큰 설계 자유도를 포함한 장점을 제공합니다. AM은 가상 재고를 가능하게 하여 물리적 보관과 관련된 비용을 없애줍니다. 부품은 급변하는 설계를 수용하고 비효율적인 공급망을 우회하기 위해 주문형으로 생산될 수 있습니다. 또한 3D 프린터를 필요한 장소, 심지어 현장에도 배치할 수 있어 필요에 따라 드론 예비 부품을 신속하게 생산하고 배치할 수 있습니다.
그 결과, 3D 프린팅은 드론 프로펠러 가드부터 공기역학적 페어링, 내부 브래킷은 물론, 3D 프린팅으로 제작된 완전한 고정익 드론에 이르기까지 모든 것을 제작하는 데 점점 더 많이 활용되고 있습니다. 드론의 응용 분야가 계속 확대되고 수요가 증가함에 따라, 3D 프린팅은 현대 무인항공기(UAV) 제조 분야에서 매우 효과적인 도구로 자리 잡고 있습니다.
적층 제조는 드론과 무인항공기(UAV)의 설계, 제작 및 배치 방식을 혁신하고 있습니다. 기존 제조 방식에 비해 적층 제조는 타의 추종을 불허하는 속도, 유연성 및 비용 효율성을 제공하므로, 다양한 모델이 소량으로 생산되는 드론 제조의 특성에 특히 적합합니다. 더 가벼운 소재, 더 효율적인 제조 공정, 간소화된 워크플로우 및 기타 장점들이 결합되어 적층 제조 기술은 기존 생산 방식을 대체할 매우 적합한 대안이 되고 있습니다.
무게는 비행 시간, 탑재 하중, 에너지 효율에 영향을 미치는 드론 성능의 핵심 요소입니다. 적층 제조는 기존 제조 방식으로는 구현하기 어려운 복잡한 내부 격자 구조를 활용하여 첨단 경량화를 지원합니다. 또한, 적층 제조의 특성상 토폴로지 최적화된 형상을 구현할 수 있으며, 고성능 폴리머를 활용함으로써 기존 제조 방식의 부품보다 더 가볍고 강도가 높은 부품을 제작할 수 있습니다. 이러한 장점들이 결합되어 비행 시간을 연장하고 에너지 소비를 줄일 수 있는 경량 고성능 드론을 탄생시킵니다. 또한 AM을 통해 여러 구성 요소를 더 적은 수의 부품으로 통합할 수 있어, 조립 시간을 단축하고 잠재적인 고장 지점을 최소화하는 동시에 무게를 줄이고 비용을 절감할 수 있습니다.
이 3D 프린팅 드론 쿼드콥터는 학생 디자인 경진대회를 통해 탄생했습니다.
AM은 금형 제작이나 기계 가공의 필요성을 없애 개발 기간을 대폭 단축합니다. 드론 제조업체는 가동 중단 시간을 최소화하면서 프로토타입을 제작하고, 테스트하며, 설계를 수정할 수 있습니다. 설계 수정 사항은 몇 주가 아닌 며칠 내에 출력 및 테스트가 가능하여 반복 과정을 가속화하고 시장 출시 기간을 단축합니다. 이러한 시간 절약 효과는 금형, 고정구 및 최종 사용 부품의 제작 속도를 높여 생산 단계까지 확대됩니다. 이러한 민첩성은 시간이 종종 경쟁 우위가 되는 감시, 배송 물류 또는 전술용 무인항공기(UAV) 시스템과 같이 빠르게 진화하는 시장에서 특히 가치가 큽니다.
개념 단계부터 최종 부품에 이르기까지 AM 공정은 전적으로 디지털 방식으로 진행되어 설계, 시뮬레이션, 제작 간의 긴밀한 통합을 가능하게 합니다. 이를 통해 팀은 더 쉽게 협업할 수 있으며, 분산된 위치에서도 실시간으로 설계를 업데이트할 수 있습니다. 공급망 효율성도 향상되어, 드론과 예비 부품을 수요가 발생하는 지점 근처에서 생산할 수 있게 되어, 외딴 지역의 전방 배치 작전을 지원합니다. 이는 예비 부품을 신속하고 안정적으로 확보해야 하는 국방, 긴급 대응 또는 외딴 지역 응용 분야에서 특히 가치가 큽니다. 또한 사내 및 현지 생산을 통해 경제 관세로 인한 위험을 줄이고 지적 재산을 보호할 수 있습니다.
기존 제조 방식은 대개 고가의 금형이나 높은 최소 주문 수량을 요구하기 때문에, 생산량이 많지 않은 경우 이를 정당화하기 어려울 수 있습니다. AM은 금형이 필요 없고 자재 낭비를 최소화함으로써 비용을 절감하여, 소량 및 단품 생산을 경제적으로 실현 가능하게 합니다. 이는 유연성과 경제성이 핵심인 맞춤형 무인기나 시제품에 이상적입니다. 또한 조립 부품을 더 적은 수의 부품으로 통합할 수 있어 생산 및 조립 비용을 절감할 수 있습니다.
재료 성능 측면에서 선택의 폭은 넓으며 지속적으로 확대되고 있습니다. 엔지니어들은 내열성 폴리머, 탄소 섬유 복합재, 유연한 엘라스토머, 내화학성 수지 중에서 선택할 수 있습니다. 또한 ESD 스프레이, 염료, 페인트, 화학 코팅, 도금 등 후가공 옵션을 통해 재료의 성능을 강화할 수도 있습니다. 각 소재는 고속 레이싱부터 현장 투입이 가능한 군용 드론 응용 분야에 이르기까지 다양한 기능에 대해 뚜렷한 장점을 제공합니다.
상당한 양의 폐기물을 발생시키는 절삭 가공 방식과 달리, 3D 프린팅은 필요한 재료만을 사용하여 부품을 층층이 쌓아 올립니다. 반면, 적층 제조(AM)는 폐기물을 덜 발생시키고, 원자재 사용량을 줄이며, 종종 에너지 소비도 적습니다. 제조업체는 또한 바이오 기반 및 재생 가능한 소재 중에서 선택할 수 있습니다. 이는 환경적 발자국을 줄이려는 기업들에게 의미 있는 차별화 요소가 될 수 있습니다.
이 드론에는 3D 프린팅으로 제작된 코쿤 하우징, 모터 하우징 및 속도 제어기가 적용되어 있습니다.
드론 개발에서 3D 프린팅이 수행하는 역할은 단순한 시제품 제작을 훨씬 뛰어넘습니다. 군사, 상업, 레저, 연구 분야에 걸쳐 적층 제조 기술은 성능, 적응성, 혁신을 가능하게 하는 강력한 원동력이 되었으며, 이를 통해 3D 프린팅이 가능한 드론이라는 개념이 오늘날 시장에서 실질적인 현실로 자리 잡았습니다. 다음은 다양한 산업 분야에서 3D 프린팅을 어떻게 활용하고 있는지 살펴본 내용입니다:
또한, ULTEM™ 9085 수지와 같은 첨단 열가소성 플라스틱 및 복합 소재는 난연성, 내열성, 강도, 강성, 경량성 등 까다로운 무인항공기(UAV) 용도에 적합한 특성을 제공합니다. ULTEM™ 9085 수지는 무선 주파수 투과 특성 덕분에 레이돔(radome) 적용 가능성에 대해서도 연구되어 왔습니다. 이러한 소재들은 열과 진동을 포함한 가혹한 조건에서 운용되는 드론을 지원할 수 있습니다.
감시용으로 사용되는 군용 드론의 예.
감시나 정찰에 사용되는 전술용 드론은 임무 요구 사항에 맞게 쉽게 구성할 수 있어야 합니다. 3D 프린팅을 통해 팀은 다양한 센서 패키지, 통신 장비 또는 탑재체를 위한 맞춤형 프레임이나 인클로저를 신속하게 제작할 수 있습니다. 고위험 환경에서 단기간 사용을 목적으로 설계된 소모형 드론은 3D 프린팅 부품의 비용 효율성과 기존 공급망을 기다릴 필요 없이 신속하게 배치할 수 있는 이점을 누립니다. 일부 전술 작전에서는 군용 FPV(1인칭 시점) 드론을 활용하여 임무 수행 중 운영자에게 실시간 시각적 제어 기능을 제공함으로써, 몰입감 있는 조종과 상황 인지의 이점을 결합하기도 합니다.
‘최초 대응자용 드론(DFR)’ 애플리케이션은 경찰, 소방서, 응급 의료 서비스와 같은 공공 안전 기관에서 긴급 신고 및 사고에 신속하게 대응하는 데 사용됩니다. 이러한 드론은 대개 인력이 도착하기 전에 현장에 도착하여 실시간 영상, 데이터 및 상황 인식을 제공함으로써 지상 팀의 대응을 지원하고 최적화합니다.
또한, ULTEM™ 9085 수지와 같은 첨단 열가소성 플라스틱 및 복합 재료는 난연성 및 레이더 흡수성과 같은 특성을 제공하여 국방 등급 기체에 이상적입니다. 이러한 재료는 열, 진동, 전자기 노출을 포함한 극한 조건에서 작동해야 하는 드론에 사용됩니다.
이제 전방 작전 기지에 이동식 3D 프린터를 배치하여 중앙 집중식 물류 시스템 없이도 필요에 따라 드론 부품을 즉시 제작할 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 필요 지점으로 운반할 수 있는 선적 컨테이너 내부에 설치된 3D 프린팅 센터가 있습니다. 이러한 수준의 기동성은 가동 중단 시간을 줄이고 작전 자율성을 높여주며, 이는 군사 환경에서 매우 귀중한 자산입니다.
드론은 농업, 에너지, 건설, 물류와 같은 산업의 운영 방식을 혁신적으로 변화시켰습니다. 작물 상태 모니터링, 외딴 지역의 인프라 점검, 의료 물자 배송 등 어떤 용도에서든 무인항공기(UAV)는 필수적인 도구가 되었으며, 3D 프린팅은 이러한 드론의 신속한 배치와 지속적인 발전을 뒷받침합니다.
예를 들어 농업 분야에서 드론은 다양한 센서나 살포 노즐을 장착하기 위해 맞춤형 탑재체(payload carrier)가 필요할 수 있습니다. 3D 프린팅을 통해 엔지니어들은 이러한 부착물을 단 며칠 만에 설계, 테스트 및 적용할 수 있습니다. 마찬가지로, 인프라 점검용 드론은 열화상 카메라나 라이다(LiDAR, 광학 탐지 및 거리 측정) 장비를 장착하기 위해 모듈식 하우징이 필요한 경우가 많습니다. 적층 제조는 공구 교체나 외주 의뢰의 부담 없이 이러한 제품 유연성을 가능하게 합니다.
현장에서 착륙 장치가 금이 가거나 로터 가드가 손상되는 등 부품이 파손될 경우, 대개 현장에서 바로 재인쇄하여 교체할 수 있습니다. 이러한 주문형 생산은 가동 중단 시간을 줄이고 운영 차질을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
드론 레이싱과 프리 스타일 FPV 비행에서는 속도와 기동성이 매우 중요합니다. 이때 3D 프린팅을 활용하면 조종사가 드론을 맞춤 제작하고 미세 조정하여 최적의 성능을 이끌어낼 수 있어 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다. 레이서들은 특히 최고 성능을 위해 튜닝된 3D 프린팅 쿼드콥터를 개발할 때, 기류를 개선하고 항력을 줄이며 민첩성과 안정성의 균형을 맞추기 위해 다양한 프레임 형상을 실험하곤 합니다. 이러한 변경 사항은 신속하게 시제품을 제작하고 프린팅할 수 있어, 대회 사이에도 반복적인 개선을 거칠 수 있습니다. TPU(유연한 고무와 유사한 열가소성 플라스틱)와 같은 소재는 범퍼나 마운트와 같은 내충격성 FPV 드론 부품을 프린팅하는 데 자주 사용되며, 드론이 충돌을 견디고 더 빨리 다시 비행할 수 있도록 돕습니다.
이 시장에서는 소비자용 프린터가 일반적으로 사용되지만, Stratasys는 더 높은 수준의 재현성, 소재 성능 및 처리량이 요구되는 산업용 및 국방용 무인항공기(UAV) 응용 분야에 주력하고 있습니다.
대학, 연구 기관 및 항공우주 스타트업은 드론 혁신을 위한 기초 도구로 3D 프린팅을 활용합니다. 속도와 실험이 핵심인 연구실 환경에서 적층 제조를 통해 엔지니어와 학생들은 아이디어를 테스트하고, 설계를 검증하며, 개념을 신속하게 발전시킬 수 있습니다.
이러한 신속한 개발 주기를 바탕으로, 드론은 자율 항법 시스템부터 하이브리드 추진 구성에 이르기까지 다양한 공학 연구 프로젝트의 핵심이 되었습니다. 3D 프린팅을 통해 연구자들은 외주 제작에 의존하지 않고도 센서 및 테스트 장비에 맞춤화된 기체, 맞춤형 마운트, 내부 하우징을 제작할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 3D 프린팅 드론 키트의 개발을 지원하여, 학생과 엔지니어들이 최소한의 자원으로 완전한 무인항공기 시스템을 조립하고 테스트할 수 있게 해줍니다.
드론 기술과 그 응용 분야가 진화함에 따라, 적층 제조 기술도 시장의 요구를 충족하기 위해 지속적으로 발전하고 있습니다. 예를 들어, 재료 과학 분야에서는 이미 고성능 열가소성 플라스틱과 탄소섬유 혼합 소재가 개발되었습니다. 이러한 소재는 강도 면에서 기존 소재에 뒤지지 않으면서 내화학성, 난연성, 심지어 레이더 흡수성과 같은 독특한 이점을 제공합니다. 그리고 더욱 까다로운 소재 요구 사항을 충족하기 위한 연구도 계속되고 있습니다.
인공지능 또한 미래를 형성하고 있습니다. 생성형 설계 및 시뮬레이션 도구를 통해 엔지니어들은 하중 지지 효율과 경량화에 최적화된 부품 형상을 자동으로 생성할 수 있습니다. 이러한 유기적이고 격자 모양의 구조물은 기존 방식으로는 제조가 불가능하지만, 3D 프린팅에는 이상적으로 적합합니다.
또 다른 흥미로운 트렌드는 다중 소재 프린팅과 내장 기능입니다. 미래에는 무인항공기(UAV)를 단일 제작 과정에서 경질 및 연질 소재로 프린팅하거나, 심지어 구조물 내에 센서, 배선 채널, 안테나 요소를 직접 내장하여 무게를 줄이고 신뢰성을 높일 수 있을 것입니다.
하이브리드 제조도 증가 추세에 있습니다. 많은 제조업체들이 3D 프린팅과 CNC 가공, 성형, 주조를 결합하여 형상 설계의 자유도와 고정밀 인터페이스라는 두 가지 장점을 모두 확보하고 있습니다.
마지막으로, 디지털 재고 관리와 분산 생산으로의 전환은 드론 부품의 보관 및 배송 방식을 재편하고 있습니다. 기업들은 물리적 재고를 비축하는 대신, 필요에 따라 현지에서 바로 프린팅할 수 있는 부품의 디지털 카탈로그를 관리할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 특히 현장 유지보수, 원격 배치 또는 국방 분야 응용 사례에서 물류 과정을 간소화하고 대응력을 높여줍니다.
드론 및 무인항공기(UAV) 부품을 성공적으로 3D 프린팅하는 것은 단순히 올바른 프린터를 사용하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 신중한 설계, 소재 전략, 공정 통합이 적절히 조화를 이루어야 합니다. 적층 제조가 제공하는 이점을 진정으로 활용하려면, 드론 개발자들은 이를 하나의 완전한 엔지니어링 생태계로 접근해야 합니다.
모든 것은 설계에서 시작됩니다. 적층 제조를 위한 설계(DfAM) 원칙을 활용하는 것이 매우 중요합니다. 엔지니어들은 원래 기계 가공이나 성형을 목적으로 설계된 부품을 단순히 복제하는 대신, 적층 제조의 고유한 장점을 최대한 활용하는 최적화된 3D 프린팅 드론 설계를 만들 수 있습니다. 즉, 토폴로지 최적화를 통해 불필요한 질량을 제거하고, 내부 격자 구조를 통합하여 강도를 유지하면서도 하중을 지탱하는 부품의 무게를 줄이며, 여러 부품을 하나의 3D 프린팅 부품으로 결합하여 전체 부품 수를 줄이는 것을 의미합니다. 그 결과, 더 강하고 가벼운 3D 프린팅 가능한 드론 설계가 탄생합니다.
이 3D 프린팅된 무인기 동체 부분의 형태는 토폴로지 최적화를 통해 구현되었습니다.
소재 선택 또한 마찬가지로 중요합니다. 드론은 뜨거운 사막부터 비가 내리는 들판, 고고도 지역에 이르기까지 다양한 환경에서 운용되므로, 이에 따라 필요한 소재도 달라집니다. 구조용 부품의 경우, ULTEM™ 9085 수지나 탄소섬유 강화 나일론과 같은 고성능 열가소성 플라스틱이 까다로운 사용 사례에 필요한 강도와 내열성을 제공합니다. 레이싱 드론의 범퍼, 댐퍼 또는 충돌에 강한 마운트의 경우, 열가소성 폴리우레탄과 같은 유연한 소재가 충격 흡수 기능을 제공합니다. 또한 공기역학적 외피를 테스트하거나 정밀한 디테일의 하우징을 제작할 때는 광경화성 수지가 매끄러운 표면 마감과 엄격한 공차를 보장합니다.
적절한 3D 프린팅 기술을 선택하는 것 또한 매우 중요합니다. 각 공정마다 고유한 장점이 있습니다. 압출 방식의 프린팅은 견고하고 기능적인 프로토타입 및 비행 준비가 완료된 구조물에 이상적입니다. SLA는 공기역학 연구에 탁월한 매끄러운 표면을 제공합니다. 다른 기술들은 기능성 부품의 반복 가능한 일괄 생산을 지원합니다.
3D 프린팅이 신속한 반복 설계에 있어 상당한 이점을 제공하므로, 여러 설계 버전을 출력하고 비행 조건에서 테스트한 후, 그 결과를 바탕으로 각 세대를 개선하는 것을 목표로 삼아야 합니다. 적합성 점검부터 풍동 시험, 응력 분석에 이르기까지, 적층 제조(AM)를 통해 빠르게 실패를 경험하고 더 빠르게 배울 수 있습니다.
양산 부품의 경우, 적층 기술을 기존 제조 방식과 통합하면 두 방식의 장점을 모두 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 금속 나사산이나 고정밀도 결합면은 가공이나 인서트를 사용하여 프린팅 후 추가할 수 있습니다. 증기 평활화, 밀봉, 도장 등의 후처리 기법을 활용하여 표면 품질, 내구성 또는 미관을 향상시킬 수도 있습니다.
마지막으로, 모든 과정을 혼자서 진행할 필요는 없다는 점을 명심하십시오. 적층 제조 전문가와 협력하면 드론 개발 프로그램의 성공을 보장하는 데 도움이 됩니다. 소재 적합성 평가부터 인쇄 가능성을 위한 CAD 파일 검토에 이르기까지, 전문가의 자문을 통해 워크플로우를 간소화하고 비용이 많이 드는 실수를 방지할 수 있습니다. 또한, 인쇄된 부품이 비행에 적합하고 성능 목표에 부합하도록 보장한다는 점도 마찬가지로 중요합니다.
3D 프린팅은 모든 상황에 적용되는 만능 솔루션이 아닙니다. 올바른 결과를 얻으려면 용도에 맞는 적절한 프린팅 기술을 선택해야 합니다. 다행히도 Stratasys는 제조업체가 드론 및 무인항공기(UAV) 부품을 설계하고 제조할 수 있는 다양한 도구를 제공하는 5가지 독보적인 폴리머 기술을 보유하고 있습니다. 각 기술은 고유한 강점을 지니고 있으므로, 부품의 특정 목적에 따라 요구 사항을 충족하는 3D 프린팅 공정을 선택할 수 있습니다.
PolyJet™ 기술은 정밀한 해상도, 매끄러운 표면, 다중 소재 기능을 갖춘 초정밀 프로토타입 제작을 가능하게 하여, 형태와 기능이 모두 중요한 드론 부품 개발에 이상적입니다. 엔지니어들은 센서 하우징, 공기역학적 페어링 또는 내부 마운트에 대해 정밀한 시각적 및 촉각적 사실감을 유지한 채 신속하게 반복 설계할 수 있습니다.
PolyJet ToughONE™ 소재는 내충격성과 치수 안정성을 제공하여 보다 기능적인 프로토타이핑을 지원합니다. 따라서 스냅 피팅 및 얇은 벽면 구조가 있는 부품은 물론, 가벼운 기계적 테스트나 피팅 검사를 거칠 수 있는 부품에도 적합합니다.
단일 제작 과정에서 여러 소재를 결합할 수 있는 PolyJet 기술의 능력은 높은 미적 정확도를 유지하면서 최종 부품의 성능을 시뮬레이션하는 데 도움이 됩니다. 복잡한 형상을 검증하거나 이해관계자에게 최종 단계에 가까운 프로토타입을 제시하고자 하는 드론 팀에게 PolyJet은 사실성과 실제 사용 준비도 사이의 균형을 잘 맞춥니다.
이 드론의 한 안전 기능은 최종 최적의 구성을 달성하기 위해 PolyJet 기술을 활용해 여러 차례 시제품 제작 과정을 거쳤습니다.
FDM® 기술은 드론 제조 분야에서 가장 널리 채택된 3D 프린팅 방식 중 하나입니다. 이 기술은 열가소성 필라멘트를 층층이 압출하여 기능성 시제품이든 실제 비행 드론에 사용되는 최종 부품이든 상관없이 내구성이 뛰어나고 견고한 부품을 제작합니다.
무인 항공기(UAV) 응용 분야에서 FDM은 3D 프린팅 드론 프레임, 모터 마운트, 랜딩 기어 또는 탑재물 인클로저와 같은 구조적 요소를 제작할 때 특히 뛰어난 성능을 발휘합니다. 다양한 소재가 제공되므로 용도에 맞는 적절한 소재를 쉽게 선택할 수 있습니다. ABS 및 ASA와 같은 범용 소재는 비용 효율이 높으면서도 우수한 출력 결과를 제공합니다. PC-ESD(정전기 소산 폴리카보네이트)와 같은 다른 소재는 드론 전자 부품 조립 시 정전기 축적을 방지하는 데 효과적인 제조 보조 수단이 됩니다. 더 까다로운 용도의 경우, ULTEM™ 수지, 탄소 섬유 폴리머, Antero® PEKK 기반 소재와 같은 고성능 열가소성 수지는 높은 강도, 내화학성, 내열성 및 기타 유익한 특성을 제공합니다.
이 군용 드론에 사용된 3D 프린팅 카메라 하우징에는 ASA 열가소성 수지가 사용되었습니다.
FDM 프린터는 설치 공간이 작고 다용도로 활용 가능한 사무실용 시스템부터 Fortus 450mc™, F900®, F3300®과 같은 산업용 생산 시스템에 이르기까지 다양합니다. F3300은 차세대 FDM 기술을 구현하여 기존 프린터보다 최대 3배 빠른 인쇄 속도를 자랑하며, 이를 통해 더 높은 처리량과 부품당 비용 절감을 실현합니다.
높은 정밀도와 뛰어난 표면 마감이 동시에 요구되는 부품을 시제품으로 제작할 때, 스테레오리소그래피(SLA)는 최상의 선택입니다. SLA는 레이저를 사용하여 광경화성 수지를 경화시켜, 매우 정교한 디테일을 가진 부품을 만들어 냅니다. 따라서 엄격한 공차나 매끄러운 공기역학적 표면이 필요한 부품에 이상적입니다.
이 기술은 엔지니어들이 최종 제품과 외관 및 촉감이 유사한 시제품을 필요로 하는 초기 개발 단계에 큰 이점을 제공합니다. 예를 들어, 기류 최적화 커버나 테스트 케이싱을 사출 성형에 가까운 품질로 제작할 수 있어, 풍동 시험이나 시각적 모형 제작에 안성맞춤입니다.
Stratasys의 SLA 기술은 Neo® SLA 프린터 제품군을 통해 제공됩니다. Neo800+ 3D 프린터는 업계 최고 수준의 인쇄 속도와 매우 넉넉한 제작 챔버를 자랑하며, 대형 무인항공기(UAV) 부품 인쇄에 안성맞춤입니다. 개방형 소재 시스템과 결합된 Neo SLA 기술은 고정밀 무인항공기(UAV) 프로토타입 및 소량 생산용 최종 사용 부품을 위한 다목적 솔루션을 제공합니다.
SAF®(Selective Absorption Fusion®) 기술은 드론 생산 규모 확대에 필요한 반복성과 처리량을 제공합니다. 분말 기반 공정을 사용하는 SAF 기술은 정밀한 디테일과 등방성 기계적 특성을 지닌 견고한 열가소성 부품을 제작합니다. 이 기술의 주요 장점 중 하나는 생산 능력으로, 다른 3D 프린팅 기술에 비해 훨씬 더 많은 양의 프린팅 부품을 경쟁력 있는 비용으로 생산할 수 있습니다. 또한 주목할 만한 이점으로는 SAF™ Relife가 있는데, 이를 통해 SLS나 MJF와 같은 기술에서 사용된 PA12 분말(이전에는 폐기물로 간주되던 것)을 최종 사용 부품으로 재활용할 수 있습니다. 이는 지속 가능한 프린팅 옵션을 찾는 고객에게 중요한 이점입니다. 또한 SAF 기술은 SLS 공정과 달리 작동 시 불활성 가스가 필요하지 않아 지속 가능성 측면에서 더욱 큰 이점을 제공합니다.
SAF 기술은 H350® 3D 프린터를 통해 구현되며, 한 번의 프린팅으로 브래킷, 프레임, 하우징 패널, 배터리 거치대 등 수십 개에서 수백 개의 무인항공기(UAV) 부품을 생산할 수 있습니다. 이 기술의 일관성 덕분에 금형에 투자하거나 해외 공급업체로부터 부품을 기다릴 필요 없이 시제품 제작과 본격적인 양산 간의 격차를 해소하고자 하는 제조업체에 이상적입니다. 무엇보다도 SAF 기술은 기존의 다른 PBF 기술보다 부품당 비용을 낮게 유지하며 부품을 생산합니다.
비용 효율적인 부품 복제 및 대량 생산이 필요한 드론 프로그램의 경우, SAF 기술은 이를 실현할 수 있는 성능과 신뢰성을 제공합니다.
프로그래머블 광중합(P3™) DLP 기술은 고성능 수지를 사용하여 작고 정밀도가 높은 부품을 생산할 수 있게 해줍니다. Origin® P3 DLP 프린터는 엄격한 공차와 기계적 성능이 필수적인 센서 마운트, 짐벌 브래킷, 커넥터 하우징과 같은 무인항공기(UAV) 부품을 제작할 수 있습니다. 또한, Origin 프린터로 제작된 부품은 사출 성형으로 얻은 결과와 유사한 매우 매끄러운 표면 마감을 보여줍니다.
인쇄 성능 외에도 P3 DLP 기술은 소재의 다양성 면에서 두각을 나타냅니다. 엔지니어는 필요에 따라 고강도, 내열성, 정전기 방전(ESD) 안전, 엘라스토머 소재 중에서 선택할 수 있습니다. 따라서 모듈형 드론 액세서리나 충격 흡수 마운트와 같이 복잡한 설계와 까다로운 조건이 동시에 요구되는 응용 분야에 이상적입니다.
드론 설계에서 흔히 그렇듯, 강도 대 중량 비율이 중요한 요소일 때 복합재 3D 프린팅은 타의 추종을 불허하는 이점을 제공합니다. 기본 열가소성 수지에 잘게 자른 탄소 섬유를 혼합함으로써, 결과적으로 얻어진 소재는 폴리머의 경량 특성을 유지하면서도 부품에 탁월한 강도, 강성 및 내구성을 부여합니다.
복합재 전용 FDM 프린터는 드론 암, 붐, 내부 크로스 브레이싱 등 뛰어난 강도가 요구되는 부품을 제작할 수 있습니다. FDM® Nylon-CF10이나 FDM® Nylon 12CF와 같은 소재는 3D 프린팅 폴리머의 장점과 기존 복합재의 구조적 성능을 결합하면서도, 노동 집약적인 적층 공정을 거치지 않아도 됩니다.
국방, 항공우주 또는 기타 고부하 용도로 사용되는 무인항공기(UAV)의 경우, 복합재 3D 프린팅은 하중을 받아도 성능이 저하되지 않는 경량 설계를 구현하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
드론 제조업체와 생산 파트너들은 이미 스트라타시스 기술을 활용하여 적층 제조를 시제품 제작 단계에서 본격적인 양산 단계로 발전시키고 있습니다. 다음 사례들은 이러한 변화가 실제로 어떤 의미를 갖는지 보여줍니다: 바로 비행에 투입 가능한 부품, 더 높은 생산량, 그리고 더 낮은 생산 비용.
제너럴 아토믹스 에어로노티컬 시스템즈는 현재 여러 무인 항공기 플랫폼에서 운용되는 수천 개의 부품을 지원하는 적층 제조 생태계를 구축했습니다. 2022년 당시, 이 회사는 MQ-9B 스카이가디언(SkyGuardian) 모델에만 약 240개의 적층 제조 부품을 적용하여 금형 비용 200만 달러를 절감했을 뿐만 아니라, 그 외에도 30만 달러 이상의 반복적 비용 절감 효과를 거두었다고 보고했습니다.
오로라 플라이트 사이언스는 스트라타시스와 협력하여 제트 추진 방식의 추력 벡터링 기능을 갖춘 원격 조종 항공기를 제작했습니다. 총 34개의 부품 중 26개가 3D 프린팅으로 제작되었으며, 이는 기체 중량의 약 80%를 차지합니다. 완성된 항공기의 날개 길이는 9.5피트(2.9m)였으나 기체 중량은 불과 14파운드(6.4kg)에 불과했으며, 적층 제조 기술을 통해 금형 제작 과정을 완전히 생략함으로써 제작 시간을 절반으로 단축할 수 있었습니다.
이 프로젝트에서는 Stratasys Fortus® 3D 프린터를 사용했으며, 날개와 동체에는 ASA 열가소성 플라스틱을 적용했습니다. 그 밖의 3D 프린팅 부품으로는 나일론 연료 탱크, ULTEM™ 1010 수지로 제작된 배기 덕트 커버, INCONEL® 718로 제작된 금속 추력 방향 전환 덕트 등이 있습니다.
드론 생산에 적층 제조 기술을 도입하기 위해 팀이 자체 산업용 3D 프린터를 보유할 필요는 없습니다. Stratasys Direct 항공우주 제조 서비스를 통해 무인항공기(UAV) 팀은 초기 투자 비용 없이도 적층 제조 기술, 항공우주용 소재, 마감 서비스, 그리고 프로토타입, 금형 및 최종 사용 부품을 위한 품질 관리된 생산 서비스를 이용할 수 있습니다. 이를 통해 주문형 부품 생산, 업무량이 증가할 때 생산 능력 확충, 또는 자체 장비를 도입하기 전에 공정을 시험해 보는 등 더 많은 선택지가 열립니다.
3D 프린팅된 프로펠러 가드, 기체, 랜딩 기어, 모터 마운트, 센서 하우징, 공기역학적 페어링, 내부 브래킷, 전자 부품이나 배터리를 위한 인클로저 등 많은 드론 부품이 적층 제조(AM)의 이점을 누릴 수 있습니다. 프린팅이 가능한 부품의 종류는 설계 요구 사항을 충족할 수 있는 적층 제조 기술의 능력에 의해서만 제한됩니다.
3D 프린팅 드론에는 일반적으로 어떤 소재가 사용됩니까?
사용되는 소재는 다음과 같습니다.
엔지니어링 등급의 열가소성 수지 또는 복합재를 사용할 경우, 3D 프린팅 부품은 사출 성형 부품의 기계적 성능을 따라잡거나 능가할 수 있으며, 일부 용도(특히 암, 프레임, 구조 지지대 등의 부품)에서는 금속 부품의 성능을 능가하기도 합니다.
네. 군용 사용자들은 소모성 드론, 맞춤형 임무 탑재체 및 현장 부품 교체에 적층 제조를 활용합니다. 난연성, 높은 강중량비, 내열성 및 내화학성과 같은 특성을 지닌 소재는 특정 부품의 자격 요건을 충족하는 경우, 까다로운 국방 용도를 지원할 수 있습니다.
3D 프린팅된 무인항공기(UAV) 부품은 강도를 유지하면서 질량을 최소화하기 위해 내부 격자 구조, 중공 구조 또는 토폴로지 최적화 형상을 포함한 설계를 적용함으로써 매우 가볍게 제작할 수 있습니다. 이는 비행 시간, 기동성 및 탑재량에 직접적인 이점을 제공합니다.
네, 특히 국방 및 현장 작전 분야의 많은 기관에서 휴대용 또는 현장용 3D 프린터를 활용해 교체 부품을 제작함으로써 가동 중단 시간을 줄이고 대량의 재고를 휴대할 필요성을 없애고 있습니다.
이는 용도와 사용된 적층 제조 기술에 따라 다릅니다. 일부 부품은 출력된 그대로 사용할 수 있지만, 다른 부품의 경우 장착성, 마감 품질 또는 성능을 개선하기 위해 표면 매끄럽게 하기, 지지대 제거, 기계 가공, 밀봉 또는 도색과 같은 후처리가 필요할 수 있습니다.
소량에서 중량 생산, 신속한 시제품 제작 또는 맞춤형 드론의 경우, 3D 프린팅은 금형 비용이 저렴하고 생산 주기가 짧아 기존 방식보다 비용 효율이 높은 경우가 많습니다. 특히 다양한 종류를 소량으로 생산해야 하는 경우에 매우 적합합니다.
적층 제조가 드론 및 UAV 생산에 얼마나 탁월한 선택인지 보여드릴 수 있었기를 바랍니다. 세 가지 중요한 요소는 다양한 임무 목표에 맞춰 설계를 쉽게 변경할 수 있는 능력, 소량 생산과 관련된 경제적 이점, 그리고 사내 생산이나 안전한 계약 제조를 통해 지적 재산을 보호할 수 있는 능력입니다.
스트라타시스는 UAV 생산에 있어 사실상 모든 특정 사용 사례를 수용할 수 있는 가장 포괄적인 공정 및 소재 기술을 보유하고 있습니다. 그러나 무엇보다 중요한 것은, 당사가 귀사가 가장 필요로 하는 시점과 장소에서 도움을 드릴 수 있는 경험, 업계에서의 오랜 경력과 지원 팀을 갖추고 있다는 점입니다. 당사는 항공우주 업계 출신의 팀원들을 바탕으로 30년 이상 항공우주 기업들의 신뢰받는 파트너로 자리매김해 왔습니다. 대형 UAV, 소형 휴대용 드론, 또는 첨단 드론 제작 등 어떤 분야에 중점을 두시든, 당사는 적층 제조 기술을 통해 귀사의 성공을 돕기 위해 항상 준비되어 있습니다.
드론 제조 공정에 3D 프린팅을 도입할 준비가 되셨다면, Stratasys 담당자에게 문의하여 저희가 어떻게 도와드릴 수 있는지 확인해 보시기 바랍니다.
