Nextech가 맞춤형 드론 유상하중 최적화에 3D 프린팅을 사용한 방법

자연재해, 군사적 침략, 침몰한 선박, 추락한 비행기... 이러한 사건을 촬영한 이미지는 전 세계의 시선을 사로잡습니다. 아마도 이러한 이미지가 시선을 고정시킬 수 있었던 이유는 드론 또는 무인항공기(UAV) 같이 상대적으로 새로운 기술 덕분이었을 것입니다. 드론 기술이 발전함에 따라 제조업체들이 드론의 비행 거리, 속도, 무게에 대한 한계를 끊임없이 도전하고 있습니다. 

남아공에 본사를 둔 드론 제조업체인 Nextech는 다양한 산업 분야의 고객을 위한 고성능 맞춤형 UAV를 제작하는 데 Formlabs의 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 3D 프린터를 사용하고 있습니다. Nextech은 SLS 부품의 견고한 최종 품질 덕분에 하나의 간소화된 워크플로로 설계, 프로토타입 제작, 제조를 모두 수행할 수 있습니다. 

기계 설계 엔지니어인 리암 크루네(Liam Kroone) 씨가 하이브리드 워크플로우의 강점과 경쟁이 치열한 업계에서 자리를 잡는 데는 인하우스 SLS 3D 프린팅의 도움이 컸다는 이야기를 전해 주었습니다.크루네 씨는"3D 프린팅 워크플로를 채택하자 고객의 까다로운 요구 사항 해결, 신제품 개발, 설계 개선 등의 작업이 무척 빨라졌습니다."라고 설명합니다.

이 글에서는 Nextech가 다음과 같은 작업에 SLS 3D 프린팅을 사용한 방법을 알아보겠습니다.

• 수백만 달러의 CNC 가공을 단일 Fuse 1+ 30W로 대체.

• 3D 프린팅 몰드로 탄소 섬유 드론 윙팁 제작 .

• 기계 가공, 탄소 섬유, SLS 3D 프린팅을 결합하여 최적의 무게와 강도 실현.

인류는 수십 년 동안 주로 군사 기관의 감시 및 전술 임무에 무인 항공기를 사용해 왔습니다. 농업, 야생동물 관리 또는 기후 과학과 같은 산업에서는 고가의 비용으로 인해 드론을 광범위하게는 사용할 수 없었습니다. 고객마다 특정한 요구 사항이 있고 그 중에는 예상 기온 및 기상 조건, 카메라 또는 기타 유상하중의 유형, 연료 공급원과 최종 목표 범위 사이의 거리 등이 있을 수 있습니다. 드론 모델의 부품에는 대부분 대량 생산된 부품이 사용되지만, 다양한 세부 사항으로 인해 필연적으로 어느 정도의 커스터마이징이 이루어집니다.

전통적인 제조 기술로는 맞춤화가 어렵습니다. 금형 제작, 기계 가공, 워터젯 및 레이저 절단법은 비용이 많이 들고 특히 드론 제작에 필요한 복잡한 형상의 경우 더 그렇습니다. 3D 프린팅은 드론 제조업체가 복잡한 형상과 맞춤형 제품을 저렴하게 제작할 수 있는 기회를 열어주었지만 올바른 기술과 재료를 찾는 데에는 한계가 있었습니다. Fuse 1+ 30W SLS 워크플로를 도입한 Nextech는 신속하게 프로토타입을 제작하고, 고객 피드백에 따라 반복할 수 있는 역량을 강화하며, 맞춤형 부품을 경제적으로 일괄 생산할 수 있습니다. 

Fuse 1+ 30W SLS 프린터를 제조 역량에 추가하기 전, Nextech는 프로토타입 제작 단계의 3D 프린팅이나 부품 가공을 아웃소싱하고 있었습니다. 크루네 씨는 "지역 대학에서 대형 산업용 EOS 장비로 3D 프린팅한 소형 부품을 대량으로 프린팅했는데, 이를 회수하기까지 몇 주가 걸렸습니다."라며 회상합니다.

이들은 프린터를 인하우스로 도입한 덕분에 개발 일정이 단축되어 고객과 더욱 긴밀하게 협업할 수 있었습니다. 크루네 씨는 "고객을 위해 독특한 프로젝트를 수행하기 때문에 프로토타입을 빠르게 제작하되 정교하고 복잡한 부품이라면 고품질로 마감해야 합니다."라며 "브래킷을 추가하고 강도, 촉감, 무게를 테스트하거나 개스킷을 추가하여 단열성을 높이고 적합성과 사용성을 테스트하여 고객에게 보내는 최종 솔루션이 고품질인지 확인합니다."라고 덧붙입니다.

부품을 외주로 제작할 때는 이러한 반복 주기를 유지하기가 불가능했습니다. 반복 작업을 위해 며칠 또는 몇 주를 기다리면 마감일이 가까워지고 할 수 있는 기능 테스트의 분량이 제한됩니다. 크루네 씨는 “자체 인하우스 프린터를 갖추면 생산 물량은 늘리고 재료 사용은 최적화할 수 있습니다. 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸리는 사출 금형을 제작할 필요 없이 플라스틱 부품을 생산할 수 있는 것입니다."라고 설명합니다.

농업, 환경 또는 야생동물 관찰용으로 사용되는 카메라 또는 센서는 유형이 다양하고, 따라서 유상하중도 고객마다 전부 다릅니다. 그 결과 카메라를 드론에 탑재하려면 드론 프레임에 부착할 맞춤형 브래킷이 필요합니다. 이러한 브래킷은 프로젝트마다 변경되어 유상하중을 장거리에서 가열될 수 있는 연료 공급원으로부터 멀리 떨어뜨려 놓거나 다른 각도로 고정하는 경우도 있습니다. 강도와 내구성을 모두 갖춰야 하는 이러한 브래킷을 설계하고 제조하는 작업에 Nextech은 SLS 3D 프린팅, 복합재, 기계 가공을 결합하여 사용합니다. 대체재가 아닌 보완재로서 기술을 최적화하는 것이 강점입니다.

Nextech의 모델 중에는 날개 길이가 3.2m, 항속 거리가 100km인 고정익 드론이 있습니다. 프랑스 정부와의 공동 프로젝트에서 이 드론은 북극의 악화된 빙하를 스캔하고 조사하기 위해 비행했습니다. 드론에 다중 분광 이미징 장치와 맞춤형 열화상 장치를 탑재하여 바다가 만년설이 녹는 속도에 미치는 영향을 측정했습니다. Nextech 팀은 민감한 유상하중을 운반할 수 있는 맞춤형 브래킷과 기체 부품, 극한 조건에서 작동하는 윙팁을 설계해야 했습니다.

크루네 씨는 “드론의 질량이나 환경이 변하면 윙팁의 프로파일도 바뀌어야 합니다. 따라서 프로토타입을 제작하고 이러한 변수가 변경되는 동안 작동 방식을 정확히 파악하기도 전에 기계를 가공해야 해서 비용이 매우 많이 듭니다."라며 어려움을 토로합니다.

최종 윙팁은 탄소 섬유 복합재로 제작할 예정이지만 복합재 금형을 제작하는 데 시간이 많이 걸리고 가공 비용이 너무 비쌉니다. Fuse 1+ 30W에서 Nylon 12 Powder를 프린팅하면 최종 탄소 섬유 부품과 무게가 비슷하지만 복잡한 형태를 만들어낼 수 있습니다. 

크루네 씨는 “알루미늄이나 탄소 섬유로 만들려면 프로젝트 초기 단계에서 금형을 제대로 만들어야 해서 상당히 복잡한 작업이 될 것입니다. Fuse 1+ 30W를 사용하면 복잡한 모양을 프린팅할 수 있기 때문에 여러 가지 버전을 시도하거나 프로젝트가 변경될 때 새로운 디자인을 적은 노력으로 얻을 수 있습니다.”라고 설명합니다. 
 

다중로터 스타일의 드론인 Atlas T의 경우, 팀은 특정 각도와 거리에서 전송 기기를 지탱하기 위해 여러 가지 설계 작업을 진행했습니다. 장치를 고정하는 방식은 성능에 영향을 미치며, GPS와 안테나가 정확한 위치에 있으면 전송 범위가 길어지고 전송 품질이 좋아집니다. 장거리 안테나 추적 기술은 전도성이 있고 부피가 큰 재료로 인해 방해받으면 안되므로 유상하중 고정 장치와 안테나를 모두 맞춤화하려면 비전도성 재료로 복잡한 형상을 만들어 반복적인 테스트 라운드를 여러 번 거쳐야 합니다.

크루네 씨는 Fuse 1+ 30W를 사용하여 스냅인(스냅으로 잠그는) 기능이 있는 스마트 배터리 로케이터를 개발했습니다. 최종 사용 드론용 외부 및 내부 부품을 모두 Nylon 12 Powder로 프린팅했습니다. 내부 부품의 크기와 부피가 커서 CNC 기계를 효율적으로 프로그래밍하기가 어려웠습니다. 크루네 씨는 “작은 부품이라 CNC 기계에 설치하는 데 시간이 많이 걸렸지만, Fuse 1+ 30W에서는 한 번에 100개를 프린팅할 수 있습니다."라고 합니다.

SLS와 CNC 기술을 결합한 Nextech는 설계 및 제조 공정에서 더 많은 유연성을 확보할 수 있습니다. Fuse 1+ 30W로 일괄 생산과 복잡한 형상을 처리하면 다른 부품을 위한 고강도 알루미늄 부품은 기계 가공으로 제작할 수 있습니다. SLS 장비를 평가할 때는 CNC 기계의 품질에 맞출 수 있는 장치를 찾는 것이 중요했습니다. Fuse 1+ 30W를 사용하며 알게 된 사실입니다. 크루네 씨는 “정말 멋진 기술입니다. 우리는 CNC 기계에 수백만 달러를 썼는데, [Fuse 1+ 30W]의 생산 물량은 그와 같지만 6만 달러가 들었죠."라고 놀라웠던 심정을 드러냈습니다.

Nextech가 드론을 성공적으로 배포할 때마다 제품 노출과 고객 수요가 증가합니다. Nextech를 일관되고 원활하게 운영하려면 Fuse 1+ 30W에 의존할 수 밖에 없습니다. 크루네 씨는 “고품질 드론을 빠른 시간 안에 제작하기 위해서는 반복성과 신뢰성이 매우 중요합니다. 많은 SLS 프린터가 프린팅 오류와 프린팅 실패가 많은 것으로 알려져 있는데, Fuse 1+ 30W는 뛰어난 지원 기능을 갖춘 고품질 장비입니다”라며 만족감을 드러냅니다. 기계 자체의 신뢰성과 전 세계 최고 수준의 지원을 제공하는 Formlabs의 노력이 결합되어 생산 가동 유지를 돕습니다. 

드론 산업은 경쟁이 치열합니다. 기업들이 정부, 연구 및 농업 부문에서 대규모 계약을 따내기 위해 고군분투하고 있기 때문입니다. 드론 제조업체는 최고의 자리를 유지하기 위해 지속적으로 기술을 업데이트하고 각 프로젝트에 걸맞은 맞춤형 옵션을 제공해야 합니다. 특히 3D 기술과 SLS, CNC 가공으로 이뤄진 자체 생산 능력은 Nextech의 차별화 요소입니다. 

Nextech는 전통적인 제조 기술과 인하우스 첨단 적층 워크플로를 결합하여 드론 업계에서 최고의 자리에 오를 수 있었습니다. Formlabs의 Fuse 시리즈 SLS 프린터의 신뢰성은 민첩성을 유지하고 공급업체의 변화와 고객의 요구에 대응하며 제품을 지속적으로 개선할 수 있다는 것을 의미합니다