3D프린팅으로 만드는 K-우주 로켓 부품

 3D 프린터로 유명한 4차 산업혁명의 핵심 기술로 알려진 인공지능, 드론, 빅데이터, 자율주행 등은 날이 갈수록 우리 생활 속에서의 문명의 편의성과 삶의 질을 높이고 있습니다. 그 중 3 D프린터는 「도깨비방망이」와 같이 컴퓨터로 그린 도면을 세웁니다. 최근 수년간 산업현장에서 활약한 3D프린터가 보급되면서 일반인들도 쉽게 만날 수 있게 되었습니다.

한국 연구진은 최근 3D 프린팅 레이더 기술을 이용해 우주발사체의 주요 부품 제작에 성공했다. 진입장벽이 높다던 항공우주부품 분야에서도 3D프린팅과 같은 첨단 제조기술을 적용할 수 있게 된 것입니다. 3D프린트는 부품 제작비용과 시간을 절약할 뿐만 아니라 복잡한 형상 제작에도 뛰어납니다.


3D프린터로 우주에 닿을 수 있도록

3D프린팅을 이용해 새로운 방식으로 결합한 우주발사체용 추진체 탱크(오른쪽). 한국생산기술연구원 제공

한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신센터 송영 박사 연구팀이 금속 3D프린팅 기술로 우주발사체용 추진제 탱크 시제품 제작에 성공했습니다. 이연구결과는2020년10월16일한국생산기술연구원-한국항공우주연구원간체결된항공우주부품제조자립업무협약의성과로두각을나타낸것입니다.

이 제품은 2개의 탱크를 합친 공통 격벽*(2개의 구형이 위아래로 겹쳐진 형상)형, 마치 눈사람 모양인데요. 기존의 런처용 추진제 탱크는 '산화제'와 '연료' 탱크를 따로 제작하여 연결한 '숫자8' 형태로 불필요한 여백이 생겨 공간 효율이 낮았던 반면 공간 효율이 12% 높아지고 부품 무게가 27% 저하되어 경량화에 크게 기여하였습니다.


DED 방식 * 의 금속 3D 프린팅 기술 * DED (Directed Energy Depositio DEn, 직접 에너지 적층) : 금속 분말이나 와이어를 공급하고 레이저를 이용해 급속 응고시켜 적층하는 방법 연구팀은 우주 발사체 부품의 복잡한 형상을 실현하기 위해 DED (Directed Energy Deposition, 우주 발사체 부품의 복잡한 형상을 구현하였습니다) 금속 3 DED 방식은 공정시간이 길어질수록 열이 누적되어 제작품의 변형을 일으킬 수 있으므로 주로 소요시간이 짧은 파손부품 보수 등에 사용되어 왔습니다. 이번에는 DED 방식에 실시간으로 공정 모니터링을 진행한 것이 제작 시간이 긴 추진제 탱크 부품을 고품질로 제작하는 데 성공하는 열쇠가 되었습니다.

금속 3D프린팅 기술로 제작중인 공통 격벽 형태의 발사체용 추진제 탱크. 한국생산기술연구원 제공

생기원이 개발한 추진제 탱크는 한국항공우주연구원 미래발사체연구단의 30bar 내압성능 평가에서 합격점을 획득하여 길이 1m의 1t급 소형발사체에는 바로 사용이 가능하기 때문에 실제 현장에서 적용할 수 있는 단계까지 도달하였습니다.

송영 박사는 "국외에서는 이미 다품종 소량생산 맞춤형 항공우주부품 제작에 3D 프린팅 기술이 적극 활용되고 있는 만큼 점차 고성능 엔진, 대형 구조부품 등으로 적용범위가 확대되는 가운데 생기원과 항우연의 지속적 협력으로 3D 프린팅 기술을 적용한 항공우주부품 개발과 제조산업의 혁신을 앞당길 것"이라고 밝혔다.

앞으로 3D 프린팅 기술을 활용하면 용접이나 절삭 같은 전통적인 우주발사체 탱크 생산 방식을 대신해 자유로운 구조 설계가 가능할 것으로 기대됩니다. 기술의 발전이 우주로 뻗어나가는 인간의 욕망을 해결하는 열쇠입니다.


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