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3D 프린팅을 이용한 드론 제작법

드론 산업은 빠르게 성장하고 있으며 빠르게 변화하고 있습니다. 제너레이티브 설계 소프트웨어의 발전, 카메라, 센서 기술, 배터리, 마이크로칩 및 프로세서 크기와 속도, 새로운 데이터 전송 방법의 발전은 무인 시스템의 패러다임을 끊임없이 진화시키는 데 기여했습니다.

다음 가이드에서 드론으로 통칭되는 이러한 시스템에는 무인 수중 차량(UUV), 무인 항공 시스템(UAS) 및 소형 무인 항공 시스템(sUAS)이 포함됩니다. 이러한 복잡하고 정교한 시스템을 설계하고 제조하기 위해 업계에서는 3D 프린팅의 민첩성, 유연성, 비용 효율성을 활용하고 있습니다.

다음 가이드에서는 드론 전문가이자 전술 교육 제공업체인 Formlabs와 Building Momentum이 오늘날 3D 프린팅이 어떻게 사용되는지 살펴보고 3D 프린팅을 사용하여 전술적으로 사용할 수 있는 고급 드론을 제작하는 단계별 지침을 제공합니다.

3D 프린팅을 이용한 드론 제작법

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드론 산업은 빠르게 성장하고 있으며 빠르게 변화하고 있습니다. 제너레이티브 설계 소프트웨어의 발전, 카메라, 센서 기술, 배터리, 마이크로칩 및 프로세서 크기와 속도, 새로운 데이터 전송 방법의 발전은 무인 시스템의 패러다임을 끊임없이 진화시키는 데 기여했습니다.

다음 가이드에서 드론으로 통칭되는 이러한 시스템에는 무인 수중 차량(UUV), 무인 항공 시스템(UAS) 및 소형 무인 항공 시스템(sUAS)이 포함됩니다. 이러한 복잡하고 정교한 시스템을 설계하고 제조하기 위해 업계에서는 3D 프린팅의 민첩성, 유연성, 비용 효율성을 활용하고 있습니다.

다음 가이드에서는 드론 전문가이자 전술 교육 제공업체인 Formlabs와 Building Momentum이 오늘날 3D 프린팅이 어떻게 사용되는지 살펴보고 3D 프린팅을 사용하여 전술적으로 사용할 수 있는 고급 드론을 제작하는 단계별 지침을 제공합니다.

서론

불길 위를 비행하는 Skydio의 드론

Skydio는 미국의 선도 드론 제조 기업이자 자율 비행 분야에서 세계를 이끄는 지도자 반열에 오른 제조사입니다. 이들의 무인 항공 시스템(UASs) 라인과 신규 Dock 제품은

에너지 공급 처리 시설, 운송, 공공 안전, 환경 연구, 등 다양한 업계에 새로운 기회를 열어 주었습니다.

드론은 처음에 무선 조종 미사일 운반체와 공중 훈련 표적으로 고안되었으며, 최초의 초기 버전은 20세기 전간기에 개발되었습니다. 통신 기술과 센서 기능이 발전함에 따라 드론 애플리케이션도 발전하여 군사용을 넘어 다양한 산업 분야로 확장되었습니다. 오늘날 드론은 군사 작전 및 방위, 농업 측량, 연구 및 데이터 수집, 보안 및 감독, 레크리에이션, 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 전 세계적으로 활용되고 있습니다.

전 세계적으로 수백 개의 드론 제조업체가 있지만, 일부 대형 업체들이 통합을 위한 노력을 기울이고 있습니다. 일부 제조업체는 특정 유형의 드론을 전문으로 취급합니다. 캘리포니아에 본사를 둔 제조업체인 Skydio는 드론이 자율적으로 비행하고 어려운 지형에서도 목표물을 따라갈 수 있도록 하는 제품 적응 지원에 중점을 두고 있습니다.

세계 최대 드론 제조업체인 DJI와 같은 다른 제조업체는 소비자가 기성품으로 구입하는 대량 생산의 저렴한 1인칭 시점(FPV) 드론을 전문으로 합니다. 그다음으로는 보잉, 록히드 마틴과 같은 대형 군수 계약업체와 국방용 첨단 전술 드론을 소량으로 설계하고 제조하는 COLSA 및 Anduril과 같은 신생 업체들이 있습니다.

이러한 대형 제조업체의 성장과 시장 점유율에도 불구하고 드론의 활용 분야는 매우 다양하여 업계는 수백 개의 중소 제조업체를 지원할 수 있습니다. Nakai Robotics, Boresight, Nextech, Skydio 등과 같은 제조업체는 3D 프린팅 드론이 제공하는 민첩성과 혁신에 집중함으로써 경쟁이 치열한 분야에서 경쟁할 수 있습니다.

드론 산업에서의 3D 프린팅

3D 프린트 드론
Nextech 3D 프린팅 드론 컴포넌트

Nextech는 Atlas T 쿼드콥터 모델에 SLS 3D 프린팅(짐벌 및 메탄 센서의 안테나 블레이드와 커버), 기계 가공으로 제작된 금속 파트, 탄소 섬유 파트을 조합하여 츄상하중을 최적화하고 고유한 기하학적 구조를 구현하여 최고의 성능을 얻었습니다. Atlas T 쿼드콥터의 최종 사용 배터리 로케이터는 Nylon 12 Powder를 Fuse 1+ 30W SLS 프린터로 3D 프린팅하여 제작했습니다.

드론 제조업체의 확산과 경쟁 분야에서 발판을 마련하는 데 성공한 것은 부분적으로는 최신 제조 방법, 즉 3D 프린팅의 접근성과 강력함에 기인할 수 있습니다.

3D 프린팅, 특히 지난 5년 동안 개발된 프린터와 소재를 통해 소규모 기업들은 시장 출시 기간을 단축하고 수요 변화에 빠르게 대응하며 소량의 전문 제품을 비용 효율적으로 제조할 수 있게 되었습니다. 용융 적층 모델링(FDM), 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 및 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 기술은 드론(수중, 공중 또는 지하)의 설계 및 제조에 이상적입니다.

흔히 FPV 드론이라고 불리는 소비자 수준의 드론을 수천 대 판매하는 대기업은 기존의 대량 생산 방식을 통해 '드론 키트'를 매우 저렴하게 만들 수 있지만, 이러한 드론의 활용 분야는 제한적입니다. 더 정교한 작업은 유상하중이 더 무거워지기 때문에 불가능합니다. 따라서 거의 모든 전문 제조업체는 서로 다른 유형의 워크플로를 필요로 합니다. 3D 프린팅 드론 컴포넌트는 빠르게 이동하고, 신속하게 생산하고, 즉시 변경하고, 경쟁사보다 먼저 솔루션을 제공해야 하는 요구를 충족합니다.

이러한 제조업체는 초기 콘셉트 및 고객 피드백 라운드부터 기능 테스트, 대량 생산에 이르는 모든 단계에서 3D 프린팅을 활용하고 있습니다. 군사 및 공급망의 제약이 있는 환경에서 적층 제조는 기존의 조달 병목 현상을 우회하여 긴 리드 타임 없이 현장에서 즉시 적용 가능한 온디맨드 생산을 가능하게 합니다. 외딴 지역이나 분쟁 지역에 배치된 3D 프린팅 드론 장치는 교체 파트나 맞춤형 수정을 현장에서 제조할 수 있어 중앙 공급망의 컴포넌트 배송을 기다릴 필요 없이 지속적인 임무 준비를 보장할 수 있습니다.

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드론용 3D 프린팅의 응용 분야

드론은 산업이나 기능에 관계없이 정교한 통신 기능과 민첩한 제어, 하중을 견디는 비행이 필요한 복잡한 조립품으로, 결코 쉬운 일이 아닙니다.

신속 프로토타입 제작

3D 프린팅 드론 프로토타입을 사용하면 아이디어를 즉시 저렴하게 프린팅하여 테스트할 수 있습니다. 툴링을 기다리거나 100% 확신하기 전에 디자인을 확정하는 대신 3D 프린트로 제작하고 공중에 띄워 그 효과를 테스트할 수 있습니다. Fuse 시리즈와 같은 프린터와 Nylon 12 Tough Powder와 같은 재료를 사용하면 개발 수명 주기 내내 동일한 재료로 시제품을 제작하고 생산할 수 있습니다.

Skydio의 3D 프린팅 드론

자율 비행 드론 분야의 글로벌 리더인 Skydio는 Formlabs의 광경화성 수지 조형 방식 3D 프린터를 사용하여 드론 프레임 컴포넌트, 전자 인클로저 등의 프로토타입을 제작하고 있습니다. Form 4와 같은 프린터의 엄격한 허용 오차와 빠른 프린팅 시간은 디자이너 팀이 하루에 여러 번 테스트하고 반복하는 데 도움이 될 수 있습니다.

테라노바 3D 프린팅 드론

한국 인천에 본사를 둔 테라노바는 도심 항공 모빌리티(도심 환경에서의 물류 배송)를 위한 드론을 개발 및 서비스하는 기업으로, 기능 테스트와 반복 설계를 위해 Formlabs의 SLA 3D 프린팅 드론 프로토타입을 활용하고 있습니다.

PMR Robotics 3D 프린팅 드론

PMR Robotics는 Fuse 1 SLS 3D 프린터를 활용하여 대형 고정익 감시 드론의 기능 컴포넌트를 프로토타이핑하고 테스트합니다.

신속 툴링

금형과 형태를 기계 공장에 아웃소싱하는 대신 인하우스에서 3D 프린팅으로 공구를 제작하여 탄소 섬유 쉘이나 실리콘 개스킷과 같은 최종 사용 파트를 만들 수 있습니다. 3D 프린팅 재료의 발전으로 사출 성형이 가능해졌기 때문에 제3자의 도움을 받거나 툴링에 수천 달러를 들이지 않고도 아이디어를 반복할 수 있습니다. 최소 주문 금액을 약정하기 전에 완벽한 도구를 설계하고 테스트하여 디자인이 최상의 상태인지 확인하세요.

Nakai Robotics 3D 프린트 드론 자율 청소 로봇

Nakai Robotics는 선박의 바이오 오염을 청소하는 자율 로봇에 1,500개 이상의 컴포넌트를 탑재하고 있습니다. 이 UUV에는 Fuse 시리즈의 3D 프린트 컴포넌트가 300개 이상 포함되어 있습니다. 또한 로봇의 내구성 있는 외피를 위한 탄소 섬유 금형을 만들기 위해 Formlabs의 SLA 프린터를 사용합니다. 나카이는 금형을 프린팅하고 프리프레그 공정 후 탄소 섬유 파트를 테스트한 후 다음 날 설계를 반복할 수 있습니다.

최종 사용 제조

3D 프린트 드론 및 3D 프린트 드론 컴포넌트

수십 년 동안 3D 프린팅은 시제품 제작, 특히 접근성이 좋고 저렴한 모델의 영역에 머물러 있었습니다. 이제 Fuse 시리즈 또는 Form 4 및 Form 4L과 같은 3D 프린터를 사용하면 기존 방식보다 훨씬 적은 비용과 아웃소싱에 비해 훨씬 짧은 시간 내에 최종 사용 품질의 파트를 프린트할 수 있습니다.

Building Momentum이 설계한 3D 프린트 드론은 Formlabs의 Fuse 시리즈 SLS 에코시스템과 나일론 12 터프 파우더를 활용하여 프레임, 인클로저, 윙 암, 브라켓을 제작했습니다.

Boresight SLS 3D 프린트 드론

호주의 방위 계약업체인 Boresight는 FDM 프린터를 사용하여 대드론 표적 훈련 중에 파괴할 수 있는 저렴하고 빠른 표적 드론 수천 대를 제작했습니다. 대량 생산 경험을 바탕으로 기능성 최종 사용 드론을 3D 프린트하는 계약을 체결한 후 SLS와 Fuse 시리즈를 선택했습니다.

Nextech 3D 프린트 고정익 드론

남아프리카의 드론 제조업체인 Nextech는 Formlabs Fuse 시리즈 SLS 에코시스템을 사용하여 고정익 및 쿼드콥터 스타일 드론의 최종 사용 컴포넌트를 프린팅합니다.

수중용 드론 컴포넌트를 3D 프린트로 제작하는 SOSUB

SoSub은 Formlabs의 SLA 3D 프린터를 사용하여 어선의 위험하고 복잡한 수리 작업을 수행하는 수중 원격 조종 드론의 최종 사용 컴포넌트를 생산합니다. '스퀴드락' 매커니즘과 같은 방수 3D 프린트 컴포넌트는 수중과 극한의 환경에서도 완벽하게 작동합니다.

 

ION Mobility SLS 3D 프린트 드론

ION Mobility는 공공 안전, 방위, 물류 및 산업용으로 맞춤화된 고급 UAV 시스템을 설계 및 제작합니다. 이 드론은 HD 카메라, 열화상 카메라, 보안 통신 시스템을 갖추고 감시부터 긴급 대응까지 다양한 실제 임무에 투입되고 있습니다.

 

3D 프린팅 드론 제작 방법

다음 요소를 고려하면 드론에 적합한 제조 방법을 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이상적인 방법은 다음 요소의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다:

  • 무게 및 탑재 용량: 드론은 최소한의 무게와 구조적 강도의 균형을 유지해야 합니다. 드론의 무게가 가벼워지면 작동 범위와 내구성이 늘어나지만, 무게를 줄이면 내구성도 떨어질 수 있습니다. 나일론과 TPU와 같은 SLS 소재로 3D 프린트된 드론은 부피가 커지지 않으면서도 강도를 높일 수 있습니다.

  • 내구성 및 구조적 무결성: 드론 프레임은 카메라, 전원 및 기타 무게를 지탱하면서 비행 중 충격과 지속적인 하중을 견뎌내야 합니다. 전원 주변의 공기 흐름은 전자 장치와 주파수 전송을 시원하게 유지하고 기능을 유지하는 데 필수적입니다. 드론용 SLS 3D 프린트를 사용하면 구조적 무결성을 유지하면서 최적의 공기 흐름을 위한 복잡한 형상을 구현할 수 있습니다. 

  • 환경 저항성(내후성 및 방수성): 드론은 실외에서 작동하고 혹독한 기후에 노출될 수 있으므로 전자 장치를 방수 처리하고 부식, 극한의 추위 등으로부터 구조물을 보호해야 합니다. 세라코트 또는 증기 스무딩과 같은 SLS 후처리는 SLS 3D 프린트 드론의 수명과 내후성을 연장할 수 있습니다.

  • 비용 및 확장성: 다양한 생산량에 맞게 최적화하면 재료 선택부터 조립 방법에 이르기까지 설계 프로세스의 모든 부분에 영향을 미칩니다. 3D 프린팅은 프로토타입 제작부터 생산까지 모든 과정에 이상적입니다. 

  • 전자파 간섭(EMI) 차폐 및 RF 투명성: 차폐가 필요한 컴포넌트와 수신기 간 개방형 통신 회선이 필요한 컴포넌트를 고려한 다음 제조 재료와 방법을 적절히 선택합니다. Nylon 11 CF Powder는 EMI 차폐 컴포넌트에 적합한 선택입니다. 

  • 조립의 용이성, 현장 수리성: 드론은 본질적으로 현장에서 작동하는 기기입니다. 운영자는 상황에 따라 파트 교체, 기록된 정보 액세스, 분해, 수리 및 수정이 가능해야 하며, 3D 프린트를 사용하면 온디맨드 공급이 훨씬 쉬워집니다. 

  • 맞춤형 제작: 기존 FPV 드론은 프레임에 적층된 탄소 섬유 시트를 사용하므로 무게 대비 강도는 뛰어나지만 제작 제약으로 인해 설계 복잡성과 민첩성이 제한될 수 있습니다. 드론을 비용 효율적으로 맞춤형으로 제작하는 유일한 방법은 대부분의 주요 컴포넌트를 3D 프린트로 제작하는 것입니다. 

이러한 각 고려 사항은 SLS 3D 프린팅 드론의 적합성을 나타냅니다. 강력한 프린팅 기술에 대한 접근성이 높아지면서 중소 제조업체도 경쟁할 수 있는 기회가 열렸습니다.

드론 설계 및 제조를 위한 3D 프린팅 기술 비교

  FDM SLA SLS
이상적인 응용 분야 신속 프로토타이핑, 국방 연습용 표적 드론(소모품), 피팅 점검 모델

탄소 섬유 요소, 신속 프로토타이핑, 비구조 최종 사용 컴포넌트, 방수 씰 및 개스킷을 위한 신속 툴링

소량 제조, 최종 사용 작동, 브래킷, 인클로저, 로터 암

장점

최저 비용, 접근성 높은 워크플로, 빠른 속도

재료의 다양성, 최고의 정확성, 빠른 속도

견고한 파트, 기계 가공 가능, 높은 정확도, 자동 후처리, 대량 프린트 능력

단점

이방성 부품, 매우 낮은 충격 강도, 비기능성 부품, 낮은 사이클 시간

충격 강도가 낮고 세척 및 경화가 필요함 높은 진입 장벽(시작 가격 $30,000)
이상적인 재료

ABS, PLA

Tough 1500 Resin, Tough 2000 Resin, Silicone 40A Resin(씰용)

Nylon 12 Tough Powder, Nylon 11 CF Powder, TPU 90A Powder(댐퍼, 스페이서용)

 

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FDM

FDM 3D 프린팅은 방어용 표적 훈련에 사용할 때 폭파되도록 설계된 드론과 같은 특정 유형의 드론에 적합하지만, 탑재물을 운반하고 작업을 수행하도록 만들어진 기능적인 최종 사용 드론을 설계할 때는 일반적으로 FDM 부품이 적합하지 않습니다. 비용과 접근성 측면에서 FDM 프린터는 가장 쉽게 시작할 수 있는 방법입니다. 그러나 FDM 기술은 엄격한 공차와 일관된 치수 정확도가 필요하고 내충격성, 내구성, 방수성을 갖춘 파트를 제작하는 데 어려움을 겪습니다. FDM 파트는 이방성이며 응력을 받으면 레이어 라인을 따라 분할됩니다.

3D 프린트 드론 컴포넌트를 위한 최고의 용융 적층 모델링 방식 재료

  품질 응용 분야
ABS

내충격성 & 내구성

인클로저, 지그, 픽스처, 하우징

 

광경화성 레진 조형 방식(SLA)

Formlabs Form 4 및 Form 4L과 같은 광경화성 수지 조형 방식 3D 프린터는 1만 달러 미만의 데스크톱 또는 벤치톱 프린터로 전통적으로 만들어진 플라스틱을 대부분 재현할 수 있는 다양한 재료로 매우 정확한 파트를 제작할 수 있어 인기가 높습니다. SLA 방식은 응력이 가해지는 방향에 관계없이 동일한 기계적 물성을 나타내는 등방성 부품을 만들기 때문에 SLA 파트는 방수 및 기밀성이 뛰어납니다. Formlabs의 Silicone 40A Resin과 같은 진정한 실리콘부터 파단 시 연신율이 155%에 달해 연성이 뛰어나고 오래 지속되는 파트(사출 성형 ABS와 비슷한 수준)를 위한 Tough 1500 레진까지 다양한 소재를 사용할 수 있습니다.

3D 프린트 드론 컴포넌트를 위한 최고의 SLA 재료

  품질 응용 분야
Silicone 40A Resin 순정 실리콘, 부드러운 탄성 중합체 스페이서, 개스킷, 씰
Tough 1500 Resin V2 폴리프로필렌(PP)과 유사한 강도, 강성 및 인성 인클로저, 스냅 맞춤 기능, 셀프 태핑 나사, 조립품
Tough 2000 Resin ABS와 유사한 강성 및 강도 지그, 픽스처, 하우징
Grey Resin 범용 강도 및 내구성, 높은 정확도 및 일관성 빠르고 정확한 프로토타이핑

 

3D 프린팅 ROI 계산기

시간과 비용 절감 효과 계산

Formlabs 3D 프린터와 인터랙티브 ROI 도구로 얼마나 많은 시간과 비용을 절감할 수 있을지 확인해 보세요.

선택적 레이저 소결 방식(SLS)

SLS 3D 프린팅은 드론 프레임 및 기타 컴포넌트의 최종 사용 생산에 가장 적합한 옵션입니다. SLS 3D 프린팅 기술은 나일론 및 TPU와 같이 이미 산업 고객에게 익숙한 소재로 내구성 있고 견고하며 매우 정확한 파트를 제작합니다. Fuse 1+ 30W와 같은 SLS 프린터는 0.2mm의 최소 피처 크기를 일관되게 제공하고 지지대 없이 복잡하고 유기적인 형상을 만들 수 있어 후처리가 쉬우면서도 새로운 형상을 구현할 수 있습니다. 마지막으로 SLS 3D 프린터 조형 공간은 자립형이기 때문에 드론 제조업체는 한 번에 여러 개의 빌드를 프린팅할 수 있으며, 컴포넌트를 서로 쌓아 올릴 수 있으므로 프린팅과 분말 사용이 효율적입니다.

3D 프린트 드론 컴포넌트를 위한 최고의 SLS 재료

  품질 응용 분야
Nylon 12 Tough Powder

내충격성 & 내구성

견고한 프레임, 로터 암, 인클로저, 지그, 픽스처, 하우징

Nylon 11 CF Powder

강성, 뒤틀림 없는 강성, 강도

로터 암

TPU 90A Powder 부드러운 탄성 중합체

진동 감쇠, 충격 흡수, 스페이서

Nylon 12 Powder

범용, 내충격성

프레임, 인클로저, 지그, 픽스처, 하우징

 

Building Momentum의 접근 방식: 프린터 및 재료

Building Momentum은 해외 미군과의 다년간의 전술적 경험을 바탕으로 탄생한 교육 컨설팅 회사입니다. 드론이 전 세계 방위 활동의 성공과 경험에 더욱 중요해짐에 따라, Building Momentum은 드론 설계 및 제작 교육 과정뿐만 아니라 다양한 드론을 개발했습니다.

이들이 선호하는 제작 방식은 Formlabs Fuse 시리즈 SLS 에코시스템입니다.

  • 재료 적합성: 안정적인 통신, 내비게이션 및 센서 성능을 보장하기 위한 EMI(전자기 간섭) 및 RF(무선 주파수) 관리용.

    • Nylon 11 CF Powder는 EMI 차폐 효과가 검증되었으며 현재 미국의 주요 방위 계약업체에서 대규모 전술 드론 생산에 사용하고 있습니다. 

    • Open Material License: RF 투명도와 같은 특수 응용 분야를 위한 다양한 소결 분말을 실험할 수 있습니다.

    • 기계적 물성 및 기계 가공성: GPS 하우징, 무선 투명 돔, 센서 커버 등 신호 투과성이 필요한 인클로저 및 컴포넌트에 이상적입니다.

    • 유연한 소재 옵션: 유연한 특성을 지닌 TPU 90A Powder는 RF에 민감한 전자기기를 부드럽게 장착하고 진동을 줄이며 선명한 신호 수신을 보장하는 데 특히 유용합니다.

  • 접근 가능한 비용 및 설치: 전체 Fuse 시리즈 에코시스템에 6만 달러 미만의 비용이 드는 이 기술은 기존 SLS 옵션보다 더 경제적이면서도 냉장고 2대 이상의 에너지와 3대 이상의 공간을 필요로 하지 않습니다. 

  • 높은 치수 정확도: Fuse 1+ 30W는 +/- 0.1mm의 공차를 가진 파트를 일관되게 제공하므로 복잡한 조립 작업을 쉽고 빠르게 수행할 수 있습니다. 

드론 사전 설계 계획

미션 세트 파악하기

  • 자율 비행이 필요하신가요?
  • 환경은 어떤 모습일까요? 실내에서? 장애물을 옮기시나요? 고도?
  • 하중이 있는 물체를 운반해야 하나요? 무게는 얼마나 되나요?
  • 사진, 동영상 또는 기타 특정 데이터를 수집해야 하나요? 
  • 얼마나 오래 비행해야 하나요? 
  • 드론의 속도/기동성/민첩성은 어느 정도여야 하나요? 

컴포넌트 결정: 미션별

  • 장거리
    • 장거리 무전기, 데이터 전송 제한
  • 실내
    • GPS 및 기압계를 통한 라이다 및 광학 흐름과 같은 단거리 센서
  • 아웃도어
    • GPS, 기압계
  • 데이터 수집
    • 카메라 짐벌
    • 적외선/열화상 카메라
    • 온보드 비디오 레코더 제품 적응 지원
    • 맞춤형 센서 패키지
    • 매핑 및 데이터 캡처용 LiDAR
  • 자율 비행
    • 원격 측정 라디오
    • GPS(GNSS)/광학 흐름
    • 내비게이션용 기압계/LiDAR(1D, 2D, 3D)
  • FPV 비행
    • FPV 카메라 및 비디오 송신기
  • 유상하중
    • 드로퍼 하드웨어
    • 유상하중 고정 메커니즘

컴포넌트 결정: 항공편별

  • 비행 컴포넌트 외에 모든 임무별 컴포넌트를 수용할 수 있는 프레임 크기를 파악합니다.
  • 원하는 모터의 개수를 선택하고 성능/리프트 요구 사항을 충족하는 모터/소품 조합을 식별합니다.
  • 임무와 복잡성 수준에 가장 적합한 비행 컨트롤러 및 구성자를 식별합니다.
  • 최대 스로틀에서 모터 및 프로펠러 전류 소모 요구 사항을 충족하고 비행 컨트롤러와 함께 작동하는 ESC를 식별합니다.
  • 원격 ID 모듈 식별(비행 지역에서 필요한 경우)

3D 프린트 드론 프레임 설계하기

프레임 유형 및 휠베이스 선택

  • 확인된 모터와 프로펠러에 따라 적절한 프로펠러 간격을 확보할 수 있도록 휠베이스를 선택합니다.
  • 프레임 유형
    • X 프레임 - 모터 4개. FPV 쿼드콥터와 같이 컴포넌트가 제한된 컴팩트한 빌드에 이상적입니다. 또한 안정적이고 예측 가능한 비행 특성을 제공합니다. 
    • H 프레임 - 모터 4개. X 프레임과 유사하지만 컴포넌트를 위한 공간이 더 넓고 비행 특성이 덜 안정적입니다.
    • 수정된 X - 4개의 모터. X 프레임의 안정성과 더 많은 컴포넌트 배치 옵션을 제공합니다. 
    • 데드캣 - 4개의 모터. 수정된 X와 비슷하지만 팔을 약간 뒤로 젖혀서 FPV 카메라의 시야에서 프로펠러를 제거합니다.
    • 덕트형 - 4개의 모터(더 많을 수도 있지만), 실내 또는 사람 주변에서 비행하는 동안 날개를 보호하기 위해 프레임이 프로펠러 주변으로 확장됩니다. 
    • 박스/사각형 - 모터 4개. 일반적으로 X 프레임과 비슷하지만 뒤틀림이 없고 더 강한 소형 쿼드콥터에 사용되며, 추가 항력이 발생하는 대신 더 튼튼합니다. 
    • 헥사콥터/옥토콥터 - 6개 또는 8개의 모터로 잠재적 리프팅 파워를 높이고 ESC/모터/소품 고장에 대비해 이중화를 추가합니다. 
  • 일반 컴포넌트 레이아웃을 선택합니다. 미션 설정, 무게 중심, 컴포넌트 상호 작용을 염두에 두세요. 
    • 프린터 수평 조절 센서나 카메라를 어딘가에 장착하고 싶거나 장착해야 하나요? 
    • 특정 위치에 장착해야 하는 유상하중이 있나요? 
    • 배터리 위치를 선택하여 보정하고 무게 중심을 드론의 중앙에 더 가깝게 가져올 수 있습니다. 
    • 드론에는 여러 개의 안테나가 있는 경우가 많으며, 각각의 안테나를 신중하게 배치해야 합니다.  
      • 모든 안테나는 RF 간섭을 많이 발생시키는 컴포넌트, 라이트 모터, 전원선, ESC로부터 최대한 멀리 떨어져 있어야 합니다. 
      • GPS 안테나는 방해받지 않고 하늘을 선명하게 볼 수 있어야 하며, 간섭원(다른 RF 소스 또는 고전류가 흐르는 전선)으로부터 멀리 떨어진 곳에 배치하는 것이 가장 좋습니다.
      • 비디오, 원격 측정 및 RC 안테나는 기지국의 시야가 방해받지 않아야 하며 안테나 범위/패턴이 기지국에 도달하도록 장착해야 합니다. 

사용하려는 소재 선택

  • Formlabs Nylon 12 Tough Powder는 최고의 충격 강도와 내마모성을, Nylon 11 CF Powder는 뒤틀림 없는 강성을, TPU 90A 파우더는 진동 감쇠 및 충격 흡수 기능에 이상적입니다. 
  • 프레임을 제작할 때는 적층 제조 공정의 장단점을 고려하여 디자인하세요. SLS 파트는 속이 빈 구멍을 쉽게 포함할 수 없으며 좁고 깊은 구멍에서 파우더를 제거하기 어렵습니다. 따라서 이 프로세스는 골격 디자인에 적합할 때가 많습니다. 
  • 한 번에 모든 것을 디자인하려고 하지 마세요! 기본 비행 하드웨어부터 시작하여 수정하세요. 드론을 조립하고 비행시켜 보면서 어떤 부분을 변경해야 하는지(컴포넌트 배치, 디자인/소재 개선, 와이어 라우팅, 교체 용이성 등) 자연스럽게 배울 수 있습니다. 설계를 빠르게 반복하여 3D 프린팅이 제공하는 유연성을 활용하세요.  

단계별 조립

1단계: 모터 암을 베이스에 연결하기

단계별 드론 조립
2단계 드론 암 부착하기

양산형 FPV든 맞춤형이든 거의 모든 드론 제작은 스택을 부착할 수 있도록 모터 암을 베이스에 연결하는 것으로 시작됩니다. 3D 프린팅 프레임을 사용하면 이질적인 부품을 끼워맞추는 대신 기존의 기성 부품을 중심으로 드론을 설계할 수 있습니다.

록타이트는 나사산에 직접 바르지 말고 M3 나사를 소량의 록타이트에 담그세요. 정렬이 올바른지 확인하는 동안 나사를 약간 느슨하게 둔 다음 모든 나사를 조여 단단히 끼워맞춥니다.

여기에서는 쉽게 조립할 수 있도록 몇 가지 사항을 설계했습니다. 드론 베이스에는 사각 너트를 고정할 수 있는 슬롯이 있어 너트를 제자리에 고정하지 않고도 암을 고정할 수 있습니다. 드론 디자인도 완전한 파라메트릭 방식이므로 한 피처의 크기나 모양을 변경하면 나머지 드론도 그에 따라 변경됩니다.

2단계: 마운팅 보드에 스택 장착하기

단계별 드론 조립 2단계
2단계

베이스, 마운팅 보드, 암이 분리된 모듈식 설계의 장점은 유연성입니다. 특정 유형의 하드웨어/펌웨어를 실행하도록 스택을 변경하거나 다른 모터 세트를 수용하도록 ESC를 변경하려는 경우 드론 설계를 완전히 재구성하지 않고도 마운팅 보드를 쉽게 교체할 수 있습니다.

스페이서는 전기 속도 컨트롤러 주변과 아래에 적절한 공기 흐름을 보장하여 과열 및 컴포넌트 손상을 방지하는 데 사용됩니다.

사전 설계된 카운터싱크 구멍이 있는 플러시 마운트 나사를 사용하여 나사가 마운팅 보드 바닥에 평평하게 놓이고 조립된 모든 컴포넌트를 정확하게 끼워맞춤할 수 있도록 했습니다.

3단계: VTX 설치

단계별 드론 조립 3단계
3단계

SMA 커넥터 주위에 황동 너트를 놓고 조여 안테나 커넥터를 프레임에 장착합니다. 비디오 송신기(VTX)를 프레임에 배치하기 전에 장착 패턴과 일치하는 마운팅 보드 구멍의 하단에 나사를 밀어 넣습니다. 나사에 스페이서를 놓고 VTX를 마운팅 보드에 고정합니다. 나사를 약간 느슨하게 해서 제대로 정렬할 수 있을 때까지 조인 다음 완전히 조입니다.

비디오 송신기(VTX) 안테나의 전통적인 배치는 대부분의 드론 후면에 있으며, RF 간섭에 취약하거나 간섭을 일으킬 수 있는 물건 근처에 있습니다. 3D 프린트를 사용하면 이 파트를 맞춤형으로 제작할 수 있으므로 이러한 위험에서 벗어나 VTX를 배치할 수 있지만, 카메라와 안테나 모두의 케이블 길이를 정확하게 확보하여 모든 컴포넌트 사이의 거리가 길어지는 것을 고려해야 합니다.

4단계: 카메라 마운트

단계별 드론 조립 4단계
드론 조립 4단계

TPU 90A Powder로 프린팅된 FPV 카메라 마운트를 마운팅 보드에 놓고 작은 나사로 카메라를 고정합니다. TPU 90A Powder는 탄성 중합체로 고무처럼 작동하기 때문에 이 카메라 마운트와 같은 진동 감쇠 컴포넌트에 탁월합니다.

5단계: 모터 마운트

단계별 드론 조립 5단계 모터 장착 단계
드론 조립 5단계

모터를 단단히 부착하는 것은 필수입니다. 나사 끝부분에 록타이트를 다시 바르고 와셔를 사용하여 나일론 소재를 관통하는 나사의 힘을 분산시킵니다. 나사를 약간 느슨하게 하고 네 개가 모두 끼워진 상태에서 올바르게 정렬되었는지 확인한 다음 완전히 조입니다. 모터와 함께 제공된 나일론 잠금 너트를 나중에 사용할 모터 샤프트에 추가합니다.

6단계: 와이어 관리

단계별 드론 조립 6단계 와이어 관리
드론 조립 6단계 와이어 관리

지퍼 타이핑, 전기 테이핑 또는 와이어 채널을 사용하여 모터 와이어를 드론 암에 고정하고 여유분을 제거하여 빌드를 정리하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 조립 과정에서 실수를 방지하고 소품이 끊어진 와이어에 걸릴 위험을 줄일 수 있습니다.

7단계: 전자식 속도 컨트롤러(ESC) 설치

단계별 드론 조립 7단계 ESC 부착하기
드론 조립 7단계
드론 조립 7단계

주 전원 패드가 드론의 앞쪽을 향하도록 ESC를 장착합니다.

이 드론 빌드는 현장 서비스가 가능하도록 설계되었으므로 드론 배터리가 현장 납땜 펜의 전원 공급 장치 역할을 할 수 있습니다. 납땜하기 전에 패드에 플럭스를 발라 납땜 조인트의 품질을 보장합니다. 치즐 팁이 있는 380C도를 사용합니다. 와이어를 원하는 길이로 자르고 나사를 감아 정리하기 쉽게 합니다. 원하는 패드에 납땜을 추가한 다음 주석 도금된 모터 와이어를 패드에 붙입니다. 항상 패드에 열을 가한 다음 납땜을 추가하세요.

모터 와이어 납땜을 완료한 후 ESC와 비행 컨트롤러를 연결하는 케이블을 준비합니다. 커넥터가 비행 컨트롤러의 올바른 핀을 ESC에 올바르게 연결했는지 확인합니다. 케이블의 유효성이 확인되면 ESC 커넥터에 꽂습니다.

8단계: GPS

단계별 드론 조립 8단계
드론 조립 단계 8 GPS
드론 조립 8단계 GPS 장착

제공된 케이블을 연결하기 전에 GPS 모듈을 TPU 마운트에 장착합니다. 작은 도구를 사용하여 잔여 분말을 일부 제거합니다.

RC 수신기 안테나의 UFL 커넥터 끝을 TPU 마운트 밑면에 있는 구멍에 밀어 넣으려면 작은 도구를 사용해야 합니다.

플러시 커터, 복서 커터 또는 칼을 사용하여 TPU GPS 마운트 뒷면에 있는 안테나 구멍 중 하나를 잘라 안테나를 구부리거나 부러뜨리지 않고 RC 안테나를 장착할 수 있도록 합니다. 다양한 크기의 RC 안테나에 피팅되도록 디자인했습니다.

GPS 케이블을 비틀어 프레임을 통과하기 쉽고, EMI를 줄이며, 드론에 세련된 외관을 더할 수 있습니다. 이제 꼬인 케이블을 VTX 아래의 프레임에 끼워 넣습니다.

마운팅 보드 뒷면의 구멍을 통해 UFL 커넥터를 밀어 넣어 RC 수신기를 배치할 곳에 도달하게 합니다.

RC 수신기를 안테나에 부착합니다. UFL 안테나를 설치할 때 연결이 손상되지 않도록 주의하세요. 저희는 안테나의 보안을 더욱 강화하는 잠금 UFL 커넥터와 함께 제공되는 Ghost RC 링크를 사용하고 있습니다.

9단계: 전원

단계별 드론 조립 8단계
드론 조립 9단계 전원
드론 조립 9단계

전원을 쉽게 연결하고 분리할 수 있도록 프레임에 장착된 XT60 커넥터를 사용합니다. 12 게이지 빨간색 와이어와 검은색 와이어를 길이에 맞게 자르고 끝을 적절히 벗겨 주석 도금한 다음 열 수축을 추가하여 단락 위험을 최소화하고 한쪽 끝을 XT60 커넥터에 납땜합니다(평평한 면이 양극).

그런 다음 M3 하드웨어를 사용하여 XT60 커넥터를 프레임에 직접 장착합니다. 필요한 경우 마운팅 보드 하단을 통해 커넥터를 설치하고 전원 케이블을 다시 ESC로 배선합니다. ESC의 주 전원 패드에 전선을 납땜합니다.

10단계: 비행 컨트롤러

단계별 드론 조립 10단계
드론 조립 9단계 전원
드론 조립 9단계

이제 ESC 위에 비행 컨트롤러를 장착하는 과정을 시작하겠습니다. ESC는 모터 명령을 수신하기 위해 비행 제어 장치와 통신해야 합니다. 이전에 ESC에 연결했던 케이블을 사용하여 다른 쪽 끝을 비행 컨트롤러에 연결합니다.

비행 컨트롤러와 VTX의 데이터시트를 사용하여 두 기체를 올바르게 연결하는 케이블을 만드세요. VTX 케이블도 연결하세요.

비행 컨트롤러를 거꾸로 뒤집어 납땜 패드에 쉽게 접근할 수 있도록 장착 나사 위에 올려놓습니다. 납땜 패드를 세척하고 주석 도금하여 GPS 모듈을 연결할 납땜 패드를 준비합니다. 위치 정보 외에도 모듈에는 자기 나침반이 있습니다. 이 정보는 다른 채널을 통해 전달되므로 올바른 패드에 올바른 전선을 연결하고 있는지 확인해야 합니다. 올바른 연결을 위해 제조업체의 핀/배선 다이어그램을 참조하세요.

조종사 명령을 모두 수신하는 수신기도 비행 컨트롤러에 납땜해야 합니다. 전선을 주석 도금하고 올바른 핀이 올바른 패드에 연결되어 있는지 확인합니다.

이 특정 비행 컨트롤러의 경우, 비행 컨트롤러 보드에 전원을 공급하기 위해 배터리 원시 전압을 사용하기 위해 점퍼 패드 세트가 서로 연결되도록 납땜해야 합니다.

11단계: 규제 준수(원격 ID 모듈 부착)

단계별 드론 조립
2단계 드론 암 부착하기

미국 연방항공청의 규정에 따라 일정 크기 이상의 드론을 비행하는 경우 반드시 정보를 송수신할 수 있어야 합니다. 250그램 미만의 레저용으로 비행하는 경우에는 필요하지 않습니다. 많은 FPV 소비자용 드론의 무게는 249g으로 이 규제를 피할 수 있습니다. 그러나 드론 기종에 관계없이 상업적으로 비행하는 경우 반드시 원격 ID를 사용해야 합니다. FC의 사용 가능한 5V 및 GND 핀 쌍에 양극 및 음극 와이어를 납땜하여 원격 ID 모듈을 연결합니다.

12단계: 덮개 배치

단계별 드론 조립 12단계
12단계

드론 마운팅 보드 위에 SLS 3D 프린트 커버를 놓습니다. 이 디자인에는 공기 흐름과 케이블을 배선할 수 있는 슬롯이 설계되었습니다 원격 ID 전원 케이블을 이 슬롯 중 하나에 연결합니다.
 

13단계: 마무리 작업(안테나, 배터리, 소품)

안테나 드론 어셈블리
드론 조립 13단계 배터리
드론 조립 13단계 프로펠러

안테나를 부착합니다: VTX, RC 조종기, 원격 측정 라디오(사용 중인 경우)의 안테나가 부착되어 있는지 확인합니다(아직 부착하지 않은 경우).

배터리 부착: 벨크로 스트랩으로 배터리 팩을 고정하고 배터리 밸런스 리드가 프로펠러에 엉키거나 흠집이 나지 않도록 배치하여 테이프로 고정합니다.

프로펠러 부착: 프로펠러를 모터에 놓고 나일론 잠금 너트로 고정하고 렌치로 너트를 조입니다.

14단계: 비행

단계별 드론 조립
SLS 3D 프린트 드론 비행하기

미국에서 레저용으로 드론을 비행하려는 경우, 비행 전에 레저용 무인 항공기 안전 테스트(TRUST)를 통과해야 하며 비행 시 통과 증빙 자료를 휴대해야 합니다. 상업적 목적으로 비행하실 계획이라면 파트 107 인증을 받으셔야 합니다.

정확한 위치를 기반으로 영공 제한이 막판에 변경되지 않도록 미국 연방항공청(FAA)에서 승인한 모바일 앱이나 웹사이트를 통해 영공을 확인하는 것이 현명한 방법입니다.

규칙과 규정은 수시로 바뀔 수 있습니다! 따라서 항상 규정과 영공 상황을 확인하세요.

결론 SLS 3D 프린트로 드론 제작하기

드론 제조는 지난 10년간 폭발적인 성장을 거듭해 왔습니다. 3D 프린팅에 대한 관심과 수요, 자금이 급증하면서 수백 개의 소규모 비즈니스가 탄생하고 산업이 다각화되었습니다. 3D 프린팅은 그 중 한 파트로, 두 기술은 거의 뗄 수 없는 관계에 있습니다. 특히 드론과 같이 역동적이고 빠르게 변화하는 기술의 경우 Formlabs Fuse 시리즈와 같은 경제적이고 접근하기 쉬운 3D 프린터를 사용하면 독립적인 제조가 가능합니다.

최종 사용 소재를 경제적이고 빠르게 반복할 수 있는 기능은 디자이너에게 우위를 제공하고, 제조업체는 수백 개 또는 수천 개의 최종 사용 제품을 경제적으로 생산할 수 있어 경쟁사보다 더 빠르게 시장에 출시하고 고객의 요구를 충족할 수 있습니다.

Fuse 시리즈 SLS 에코시스템을 시작하는 방법을 자세히 알아보려면 담당 부서에 문의해 주세요. Building Momentum에 대해 자세히 알아보고 드론 설계 및 빌딩 교육에 대해 알아보려면 해당 페이지를 방문하세요.