적층 가공에 대한 5가지 오해
3D 프린팅이 정말 제조업의 문제를 해결하는 만병통치약일까요, 아니면 우리가 놓치고 있는 중요한 것이 있을까요? 이 글에서는 적층 가공에 대해 널리 퍼져 있는 5가지 오해를 살펴보겠습니다. 보편적인 것으로 인식되는 것부터...
재료를 한 층씩 쌓아 올리는 기술이 어떻게 방위 산업에 혁신을 가져올 수 있을까요? 적층 제조 또는 3D 프린팅은 필수 부품의 신속한 생산, 더 가볍고 내구성이 뛰어난 소재, 혁신적인 디자인을 가능하게 함으로써 군의 역량을 재편하고 있습니다. 이 글에서는 활주로와 도구 제작부터 첨단 헬멧과 잠수함 선체 제작에 이르기까지 국방 분야에서 3D 프린팅의 획기적인 응용 분야 15가지를 살펴봅니다. 이 기술이 어떻게 효율성을 높이고 비용을 절감하며 현대 국방력의 중요한 요구 사항을 충족하는지 알아보세요.
적층 제조 기술은 오랫동안 그 강력한 기능을 인정받아 해양, 항공우주, 자동차 등 다양한 분야에서 널리 활용되어 왔습니다.
특히 전 세계 국방부에서도 3D 프린팅을 점점 더 많이 채택하고 있습니다. 실제로 2027년까지 군용 3D 프린팅 산업은 1조 4천억 달러의 가치가 있을 것으로 예상됩니다.
더 빠른 속도, 더 가벼운 무게, 더 낮은 비용에 대한 군의 요구를 고려할 때 이러한 기능을 달성하기 위한 적층 제조 기술의 선택은 의심할 여지없이 가장 적절한 선택입니다.
이 기사에서는 다양한 국가의 국방 분야에서 3D 프린팅 기술이 활용되고 있는 몇 가지 사례를 소개합니다. 이러한 실제 사례를 통해 국방 분야에서 이 기술의 중요성을 더욱 잘 이해할 수 있습니다.
미군은 적층 제조의 이점을 충분히 확신하고 있습니다. 2021년에는 세계 최대 규모의 금속 3D 프린터를 구축할 계획을 발표했습니다. DEVCOM 육군 지상 차량 시스템 센터는 ASTRO America, Ingersoll Machine Tools, Siemens, 록 아일랜드 아스날의 MELD 제조 협력업체의 도움을 받아 이 거대한 프린터를 제작하고 있습니다. 이 프린터는 전투 차량용 통합 선체를 인쇄하는 것을 궁극적인 목표로 하는 심리스 헐 프로젝트의 일부가 될 것입니다.
이 프로젝트는 완료까지 약 14개월이 소요될 것으로 알려졌습니다. 이 프린터가 완성되면 길이 30피트, 너비 20피트, 높이 12피트(약 9미터×6미터×3.6미터)의 금속 부품을 인쇄할 수 있게 됩니다.
군사 및 방위 분야의 또 다른 응용 분야는 군용 원정 비행장용 활주로를 개발하기 위해 적층 가공을 사용하는 ITAMCO(인디애나 기술 및 제조 회사)입니다. 이 활주로 매트는 원정 비행장(EAF)의 중추적인 구성 요소입니다.
이 활주로의 목적은 군용 항공기가 이착륙할 수 있도록 지반이 약한 지형에 설치하는 것입니다. 이전에는 알루미늄 시트로 만든 이동식 활주로를 사용했지만, 이것이 구식이 되면서 군에서는 혁신적인 솔루션을 찾아야 했습니다.
독일 EOS의 M290 3D 프린터는 미 공군의 군용 장비에 더 가볍고 내구성이 뛰어난 모델을 제작하는 데 사용되었습니다.
견고한 3D 프린팅 공장용 캐니스터를 신속하게 개발하기 위해 엑스원은 여러 파트너와 협력하여 이러한 노력에 참여했습니다. 특히 국방 물류국(DLA)과의 $ 160만 달러 규모의 계약이 여기에 포함됩니다.
이 과정에서 속도, 재료 유연성 및 작동 용이성으로 유명한 ExOne의 바인더젯 기술이 군용으로 채택되어 군의 중요한 요구 사항을 효과적으로 해결했습니다.
군사용으로 특별히 설계된 이 3D 프린터는 접착제를 분사할 수 있고, 20개 이상의 금속의 종류, 세라믹 및 기타 분말 재료에 사용할 수 있습니다. 또한 독특한 케이스와 기타 기능으로 인해 군용 제품에 매우 적합하다고 합니다.
미 해군도 적층 가공의 힘을 활용하고 있습니다. 미 해병대는 새로운 차량 정비 도구를 개발하는 데 있어 3D 프린팅의 잠재력을 발견했습니다.
해병대 시스템 사령부는 보급 캠프 및 업계 파트너와 협력하여 3D 프린팅 기술을 통해 적층 제조 클램프를 제작했습니다. 이 클램프는 해군 차량 유지보수에서 흔히 발생하는 문제인 금속에서 스티어링 휠을 분리하기 위해 설계되었습니다.
적층 가공은 유지 보수 및 공구 준비 시간을 단축하여 이러한 부품의 실제 대기 시간을 약 25일로 단축하는 데 성공했습니다.
3D 프린팅 기술 분야에서 미 육군은 관련 기업뿐만 아니라 다양한 대학과도 정기적으로 협력하고 있습니다. 최근 사우스 플로리다 대학교의 과학자들은 3D 프린팅으로 마그네슘 합금 WE43으로 알려져 있습니다.
이 소재의 개발은 우연이 아니라 군사적 필요에 의해 추진되었습니다. 미군 병사들은 종종 매우 무거운 배낭과 장비를 짊어지고 다니는 경우가 많기 때문에 짐을 줄이기 위한 연구가 무엇보다도 중요합니다.
그러나 WE43과 파우더 베드 융합 프로세스의 도움으로 미 육군과 사우스 플로리다 대학교는 해결책을 발견했을 수 있습니다.
최근 몇 년 동안 프랑스의 유명한 기업인 Naval Group은 다양한 요구를 충족하기 위해 3D 프린팅 기술을 도입하고 있습니다. 2021년 1월 현재, 나발 그룹은 와이어 아크 적층 제조(WAAM) 공정을 통해 프로펠러를 3D 프린팅하는 데 성공했습니다.
각 무게가 200kg인 5개의 날개로 구성된 프로펠러는 기뢰 제거선인 페르세우스 호에 설치되었습니다. 이 프로젝트를 진행한 팀은 3D 프린팅 기술을 사용하여 제작 시간을 크게 단축하고 재료 사용량을 최소화할 수 있었다고 밝혔습니다.
적층 제조는 부품이 높은 경도, 강도 및 기타 탁월한 특성을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구원들은 내부 섬유 보강을 통해 부품에 큰 응력이 가해지는 상황에서 요구되는 엄격한 성능 조건을 오차 범위 없이 견딜 수 있는 다양한 도구와 최종 부품을 개발했습니다.
스페인 공군의 헬리콥터 작업장 책임자는 마드리드에서 전통적인 생산 방식에서 벗어나 적층 가공을 통해 각 부품을 제조하려고 시도하고 있다고 말했습니다. 이러한 부품에는 헬기 랜딩 기어용 누출 제어 측정 도구와 헬기 메인 로터용 맞춤형 키가 포함됩니다.
3D 설계 소프트웨어 회사인 General Lattice는 3D 프린팅과 고급 격자 형상을 통해 전투 헬멧의 충격 흡수 기능을 향상시키기 위해 미 육군과 계약을 체결했습니다. 이 프로젝트를 위해 이 회사는 헬멧 소재를 설계하고 생성하는 예측 모델링 툴 세트를 고안했습니다.
전장에서 병사 보호를 강화하고 머리 충격 후 생존 가능성을 높이기 위해 3D 프린팅된 재료는 실제 조건에서 테스트하여 사령부 병사 센터에서 설정한 성능 요구 사항을 검증할 예정입니다.
호주 육군은 SPEE3D가 개발한 콜드 스프레이 3D 프린팅 솔루션을 사용하여 장갑차 중 하나를 위한 수십 개의 예비 부품을 설계했습니다. 이러한 부품은 여러 야전 사용 테스트와 인증을 통과하여 호주 육군의 민첩성을 향상시켰습니다.
예를 들어, 프린트된 부품에는 총 100호주달러의 비용으로 단 29분 만에 제작된 휠 커버가 포함되어 있습니다. 적층 제조 기술을 도입함으로써 군에서는 장갑차의 가동 중단 시간을 줄여 긴급 상황에 보다 효과적으로 대처할 수 있게 되었습니다.
수년 동안 미 해군은 수많은 적층 제조 프로젝트를 수행해 왔습니다. 그 목표는 특히 예비 부품 제조 측면에서 대양에서 임무를 수행하는 팀의 민첩성과 효율성을 향상시키는 것입니다. 이것이 바로 해군대학원(NPS)이 제록스 ElemX 금속 기계에 투자한 이유입니다.
이 장비를 사용하여 잠수함과 선박용 예비 부품과 도구를 설계함으로써 제록스는 공급망을 단축하고 맞춤형 부품을 제조할 수 있습니다. 하지만 해양 부문에서 3D 프린팅 이니셔티브를 시작한 조직이 NPS만 있는 것은 아닙니다.
실제로 매터해커스는 미 해군과 5년 계약을 체결하여 필요한 모든 3D 장비와 함께 교육 과정 및 유지보수를 공급하고 있습니다.
영국의 미래 에너지 프로젝트는 연구, 폭발물 테스트, 새로운 에너지 제조, 폭발물 모델링, 화학 합성, 열 특성화 및 위험성 테스트에 종사하고 있습니다.
이 프로젝트는 새로운 에너지 물질과 이를 검증할 수 있는 진단 방법을 개발하는 것을 목표로 합니다. 적층 제조는 새로운 폭발물 배합을 개발하는 데 사용되어 보관 및 운송 비용을 절감하고 성능을 향상시키는 등 잠재적 사용자에게 다양한 이점을 제공할 것입니다.
요구 사항에 따라 비용을 정밀하게 조정하고 이전에는 상상할 수 없었던 혁신적이고 복잡한 디자인으로 제조할 수 있습니다. 제조 공정은 물리적 블레이드 대신 음향 에너지를 사용하여 재료를 혼합하는 LabRAM 공진 음향 믹서를 활용하므로 공정이 더욱 안전합니다.
미 육군이 심리스 선체 프로젝트를 위해 ASTRO America라고도 알려진 응용 과학 기술 연구 기관을 선정했습니다.
미국 국방부의 지원을 받는 제조 혁신 기관의 지원을 받는 이 계획은 3D 프린팅을 사용하여 장갑차 선체를 개발 및 납품하려는 노력의 일환입니다.
제조 시간을 단축하고 생산 비용을 낮추는 동시에 차량의 무게를 경량화하고 성능과 생존성을 향상시키는 것이 목표입니다.
군용 프로젝트에 참여하는 것으로 유명한 3D 건설 회사인 ICON은 텍사스 군부, 로건 아키텍처, 포트 스트럭처스와 협력하여 북미 최대 규모의 3D 프린팅 구조물을 제작했습니다.
텍사스주 바스트롭의 스위프트 캠프 트레이닝 센터에 위치한 이 훈련 캠프는 태블릿으로 작동하는 시멘트 기반 재료를 사용할 수 있는 로봇 프린터인 아이콘의 벌컨 건설 시스템을 사용하여 지어졌습니다.
유니티와 군의 성공적인 파트너십을 통해 군인들이 거주할 수 있는 최초의 3D 프린팅 군 막사가 탄생했습니다. 최종 구조물은 최대 72명의 군인 또는 조종사가 거주할 수 있는 3,800평방피트 규모의 건물로 구성되어 다음 임무를 준비할 수 있습니다.
수년 동안 미 국방부는 지상, 공중, 해상 등 다양한 영역에서 3D 프린팅을 적용할 수 있는 방법을 모색해 왔습니다. 실제로 미군의 최신 프로젝트 중 하나는 3D 프린팅의 비교적 미지의 영역인 수중을 탐구하는 것입니다.
2017년 오크리지 국립연구소(ORNL)는 미 해군의 파괴적 기술 연구소와 협력하여 군 역사상 최초로 3D 프린팅 잠수함 선체를 개발하는 선구적인 노력을 기울였습니다.
연구팀은 ORNL의 용융 증착 모델링 대면적 적층 제조(FDM BAAM) 기술을 활용하여 6개의 탄소 섬유 복합재 섹션으로 구성된 30피트의 개념 선체를 제작하여 기존 제조 방식에 비해 더 빠른 생산과 낮은 비용을 입증했습니다.
아직 테스트 중이지만, 지표에 따르면 곧 더 많은 3D 프린팅 잠수함이 바다로 잠수하는 것을 목격할 수 있을 것으로 보입니다.
올해 3월, 메인 대학교(UMaine)는 오로노에 위치한 첨단 구조 및 복합재료 센터에서 대형 선박 두 척을 3D 프린팅했는데, 그 중 하나는 역사상 가장 큰 적층 제조 선박으로 알려져 있습니다.
이 프로토타입 선박은 미 해병대를 위해 개발되었으며, 군수 지원선으로 설계되어 실제 군사용으로 사용하기 위한 테스트를 거치게 됩니다. 두 척 중 더 큰 선박은 20피트 컨테이너 2개를 수용할 수 있으며, 다른 한 척은 소총 분대 전체에 3일분의 식량, 물, 기타 보급품을 수송할 수 있습니다.
새로운 두 선박은 모두 폴리머 섬유 강화 복합재를 기반으로 한 다중 재료 혼합물로 3D 프린팅되었습니다. UMaine에 따르면 기존 제조 방식으로는 최대 1년이 걸리는 이 선박을 단 한 달 만에 제작 및 조립할 수 있었다고 합니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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