3D 프린팅이 항공기 산업을 변화시키는 8가지 방법

항공기 산업은 안전성, 효율성 및 성능을 향상시키기 위해 새로운 기술이 도입되면서 끊임없이 진화하고 있습니다. 항공기 제조 및 유지 관리에 혁명을 일으킨 기술 중 하나는 3D 프린팅입니다. 적층 제조라고도 알려진 3D 프린팅을 사용하면 기존 제조 방법으로는 생산할 수 없는 복잡한 형상의 복잡한 부품을 만들 수 있습니다. 

항공우주산업은 3D 프린팅의 초기 채택자였으며 여전히 3D 프린팅의 발전에 중요한 기여를 하고 있습니다. 1989년부터 이 업계의 기업들은 3D 프린팅 기술을 활용해 왔습니다. 3D 프린팅은 항공기 부품의 프로토타입 제작 및 생산부터 유지보수 및 수리, 툴링, 인테리어 디자인에 이르기까지 이 업계에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 이 기사에서는 항공기 산업에서 3D 프린팅을 활용하는 8가지 방법에 대해 논의하고 이 기술이 어떻게 안전 강화, 비용 절감, 생산 효율성 향상에 사용되는지 강조할 것입니다.

3D 프린팅을 사용하면 지그, 고정 장치 및 기타 툴링 장비를 생산할 수 있어 생산 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있습니다. 항공기 회사에는 각 비행기에 대한 수많은 고정 장치, 템플릿, 가이드 및 게이지가 필요하며 3D 프린팅을 통해 비용 효율적이고 효율적인 생산이 가능합니다. 일반적으로 이 프로세스를 사용하면 다른 제조 방법에 비해 비용과 리드타임이 60~90% 절감됩니다.

2. 혁신

3D 프린팅을 사용하면 전통적인 방법으로는 제조할 수 없는 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다. 여기에는 브래킷, 하우징 및 터빈 블레이드와 같이 복잡한 형상을 가진 경량 부품이 포함됩니다. 3D 프린팅을 사용하면 항공기 부품을 맞춤 제작할 수도 있습니다. 엔지니어는 특정 항공기의 요구 사항에 맞는 부품을 설계하고 인쇄할 수 있습니다. 이러한 맞춤화를 통해 각 항공기는 용도에 맞게 최적화되어 성능과 안전성이 향상됩니다.

3. 프로토타이핑

3D 프린팅의 가장 큰 장점 중 하나는 기능성 프로토타입을 신속하게 제작할 수 있다는 것입니다. 3D 프린팅을 사용하면 며칠 또는 몇 주가 아닌 몇 시간 내에 부품 또는 구성 요소의 프로토타입을 제작할 수 있습니다. 이는 디자이너가 디자인을 신속하게 반복하고, 새로운 아이디어를 테스트하고, 형태와 적합성을 확인할 수 있음을 의미합니다. 이를 통해 CNC 가공이나 사출 성형과 같은 기존 프로토타입 제작 방법과 관련된 시간과 비용을 줄일 수 있습니다.

4. 대리자

대체품은 최종 조립품에 최종적으로 설치될 구성요소를 나타내기 위해 생산 중에 사용되는 임시 부품입니다. 이러한 대용 부품은 주로 교육 보조 도구로 사용됩니다. NASA와 많은 공군 기지의 생산 현장에서 항공기 부품을 제조할 때 자주 사용됩니다.

5. 교체 부품

교체 부품은 항공기의 손상되거나 마모된 부품을 교체하기 위해 생산 및 설치되는 부품입니다. 교체 부품에 3D 프린팅을 사용하면 생산 시간이 단축되고 비용이 절감되며 기존 방법으로는 제조하기 어렵거나 불가능할 수 있는 부품을 생산할 수 있다는 장점이 있습니다.

3D 프린팅된 통풍관 그림

6. 맞춤설정

3D 프린팅의 유연성 덕분에 기존 제조 방법으로는 불가능했던 수준의 맞춤화가 가능합니다. 이는 모든 항공기가 고유하고 특정 고객 요구 사항을 충족하기 위해 종종 수정이 필요한 항공 우주 산업에서 특히 유용합니다. 3D 프린팅을 사용하면 설계자는 개별 항공기 및 고객 요구에 맞는 맞춤형 부품을 쉽게 만들 수 있습니다.

항공우주 산업은 항공기의 향상된 성능이 복잡하고 독특한 구성 요소의 비용을 정당화할 때 3D 프린팅 기술로부터 상당한 영향을 경험합니다. 예를 들어, 특별히 설계 및 제조된 단일 3D 프린팅 구성 요소는 공기 저항을 2.1% 줄여 연료 비용을 5.41% 절감할 수 있습니다. 이 기술을 사용하면 화물, 승객 또는 헬리콥터와 같은 특정 항공기 또는 항공기 유형에 적합한 맞춤형 경량 브래킷을 사용할 수 있습니다. 또한 3D 프린팅은 다양한 맞춤형 항공우주 부품에 대한 부품 통합 및 토폴로지 최적화를 제공합니다.

7. 경량화

항공우주 산업은 연료 효율과 성능을 향상시키기 위해 항공기 부품의 무게를 줄이는 방법을 항상 모색하고 있습니다. 항공기 무게를 줄이는 것은 비행이 환경에 미치는 영향을 최소화하는 데 중요한 요소입니다. 3D 프린팅 부품은 공기 저항을 줄여 무게를 줄이는 데 도움이 되며, 결과적으로 연료 소비도 줄어듭니다.

주어진 속도에서는 날개가 충분한 양력을 생성해야 하므로 항공기의 무게로 인해 항력이 증가합니다. 그러나 무게는 순항 고도에 가장 큰 영향을 미칩니다. 무거운 항공기는 양력에 필요한 공기 밀도 때문에 순항 고도가 더 낮습니다. 공기 밀도가 높을수록 항력이 증가하여 연료 소비가 높아집니다. 탄소섬유 소재와 형상기억합금을 사용하면 항공기 중량을 줄이는 동시에 건설 효율성을 높일 수 있습니다.

8. 장착 브래킷

3D 프린팅 기술은 구조적으로 견고하고 복잡한 인명 구조 시스템을 항공기 내부 벽에 장착할 수 있는 소량 금속 브래킷 생산에 널리 사용됩니다. 제조 공정에는 일반적으로 항공우주 산업에 요구되는 안전 표준을 충족하는 고품질 브래킷을 만들기 위한 DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 또는 SLM(Selective Laser Melting) 기술이 포함됩니다.

항공우주 산업에서 3D 프린팅이 중요한 이유는 무엇인가요?

항공우주 산업에서 3D 프린팅의 중요성은 주로 항공기 설계 및 부품 생산의 개선으로 귀결됩니다. 3D 프린팅은 기존 제조 방법으로는 만들 수 없는 복잡하고 가벼우며 내구성이 뛰어난 부품을 생산할 수 있습니다. 이를 통해 항공우주 산업에 중요한 브래킷, 하우징, 터빈 블레이드 등 복잡한 형상의 부품 생산이 가능해졌습니다. 

더욱이, 더 낮은 비용으로 주문형 부품을 생산할 수 있는 능력 덕분에 항공기 제조업체는 재고와 리드 타임을 줄이는 동시에 특정 용도에 맞게 맞춤형 부품을 설계하고 생산할 수 있게 되었습니다. 또한 툴링, 지그 및 고정 장치에 3D 프린팅을 사용하면 상당한 비용 절감과 생산 효율성 향상이 가능해졌습니다. 

3D 프린팅이 항공우주 산업에 어떤 영향을 미쳤나요?

3D 프린팅은 다음을 포함한 다양한 분야에서 항공우주 산업에 혁명을 일으키고 있습니다.

1. 픽스처, 지그, 게이지, 템플릿 제작으로 인한 비용 절감
2. 교육 목적으로 자리표시자 부분을 생성합니다.
3. 항공기 내에서 구조적 기능을 수행하는 금속 브래킷 제조
4. 3D 프린팅 프로토타입을 활용하여 완성된 부품의 형태와 핏을 개선합니다.
5. 도어 핸들, 조종석 대시보드 등 항공기 내부 부품 생산
6. 더 가볍고 효율적인 엔진과 터빈 부품의 제조는 3D 프린팅 기술의 발전 덕분이라고 할 수 있습니다.
7. 전통적인 방법으로는 제조하기 어렵거나 불가능한 복잡하고 가벼운 부품을 생산할 수 있어 더욱 강력하고 효율적이며 안전한 항공기가 탄생합니다.
8. 값비싼 툴링 및 금형의 필요성을 제거하여 부품 및 부품 생산과 관련된 시간과 비용을 줄여 재고를 줄이고 공급망 효율성을 향상시킵니다.
9. 우주에서의 적층 제조 사용과 같은 항공우주 제조 분야의 혁신을 통해 주문형 부품 생산이 가능해졌으며 비용과 시간이 많이 소요되는 공급 임무의 필요성이 감소했습니다.

3D 모델링은 항공우주 분야에서 어떻게 사용되나요?

3D 모델링은 항공우주 산업에서 폭넓게 응용됩니다. 3D 모델링은 물체나 구조물을 3차원으로 표현하는 과정입니다. 3D 모델링이 사용되는 한 가지 방법은 항공기 격납고를 건설하는 것입니다. 엔지니어들은 격납고를 조립하는 방법과 주변 환경과 상호 작용하는 방식을 이해하는 데 도움이 되도록 격납고의 3D 모델을 만듭니다.

3D 모델링이 사용되는 또 다른 방법은 항공기 동체를 설계하는 것입니다. 엔지니어들은 3D 모델을 사용하여 다양한 디자인이 비행기의 나머지 부분 및 주변 공기와 어떻게 상호 작용하는지 테스트합니다. 또한 3D 모델을 사용하여 프로토타입을 제작하여 다른 재료가 동체의 강도와 내구성에 어떤 영향을 미치는지 테스트할 수도 있습니다. 3D 모델은 또한 프로젝트와 관련된 자재, 인건비 및 기타 비용에 대한 정보를 포함하여 항공기 또는 항공우주 프로젝트의 가격과 비용을 추정하는 데 도움이 됩니다. 

3D 모델은 프로젝트에 대한 세부 계획과 사양도 제공합니다. 3D 스캐닝은 프로젝트의 다양한 부분과 구성 요소에 대한 많은 데이터를 저장할 수 있습니다. 마지막으로 3D 모델은 엔지니어가 구조를 세부적인 분석을 위해 부품과 구성요소로 분해하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 엔지니어는 특정 기능의 작동 방식을 더 잘 이해하거나 잠재적인 설계 문제를 식별할 수 있습니다.

항공우주 기업에서는 어떤 3D 프린팅을 사용하나요?

많은 항공우주 기업은 다양한 용량으로 3D 프린팅을 사용합니다. 3D 프린팅을 사용하는 항공우주 산업의 주요 기업은 다음과 같습니다.

1. 에어버스
2. 보잉
3. 록히드 마틴
4. GE 항공
5. 롤스로이스
6. 스페이스X
7. NASA

이들 항공우주 기업은 3D 프린팅 기술을 사용해 항공기 부품을 제작해 왔습니다. 또한 그들은 생산 과정에서 3D 프린팅 활용을 모색하기 시작했습니다.

Boeing은 3D 프린팅을 어떻게 활용하나요?

보잉은 한동안 3D 프린팅 실험에 참여해 왔습니다. 몇 년 전, 이 회사는 위성 생산에 3D 프린팅을 사용하기 시작했습니다. 2019년에는 적층 가공을 통해 최초의 금속 위성 안테나를 만들었습니다. 이 안테나는 이스라엘 회사 Spacecom을 위해 제작되었으며 그해 8월 AMOS 17 위성과 함께 발사되었습니다. Boeing은 대형 조립품의 여러 부품을 단일 3D 프린팅 부품으로 교체함으로써 안테나의 무게와 생산에 소요되는 시간을 줄일 수 있었습니다.

보잉은 또한 최고급 제트기 생산에 적층 제조를 활용하고 있습니다. 새로운 보잉 777x에는 GE 항공의 세계 최대 제트 엔진인 GE9X 엔진 2개가 장착되어 있습니다. 300개 이상의 인쇄 부품을 통합하여 엔진 무게를 줄이고 보잉 777x를 세계에서 가장 효율적인 쌍발 엔진 제트기로 만드는 데 도움을 주었습니다. 연료 소비량은 12%, 운영 비용은 10% 절감되었습니다.

3D 프린팅은 우주 여행에 어떤 이점을 가져다 줄까요?

우주 응용 분야를 위한 제조에는 높은 수준의 정밀도가 필요합니다. DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 및 EBM(Electron Beam Melting)과 같은 적층 제조 공정은 공차를 최소화하는 부품 생산에 탁월합니다. 층이 20~40미크론만큼 얇을 때 높은 수준의 치수 정확도를 얻을 수 있습니다. 그러나 SLM(Selective Laser Melting)과 같은 일부 금속 3D 프린팅 기술은 부피가 크고 전력 요구 사항이 크며 가연성 분말 및 호흡기 위험과 관련되어 미세 중력 환경에 적합하지 않습니다. NASA와 파트너는 국제 우주 정거장에서 사용하기에 적합한 금속 프린팅 기술을 개발하고 있으며, 3D 프린팅 기술을 사용하여 우주 임무용 금속 부품을 생산할 수 있습니다.

우주에서 도구와 교체 부품을 인쇄하는 능력은 장기 임무에 필수적입니다. 3D 프린팅 기술은 우주비행사가 지구에서 배송될 때까지 기다리지 않고 필요한 부품을 주문형으로 생산할 수 있도록 함으로써 솔루션을 제공할 수 있습니다. 또한 3D 프린팅은 원자재만 운송하면 되므로 탑재물의 무게를 줄일 수 있어 무게와 공간 요구 사항이 크게 줄어들고 탑재물을 우주로 발사하는 데 드는 비용도 절감됩니다.

더욱이 3D 프린팅은 기존 제조 방법으로는 불가능했던 더욱 복잡하고 복잡한 디자인을 만들 수 있습니다. 이를 통해 로켓 엔진 부품 및 열 차폐물과 같은 우주 여행을 위한 첨단의 효율적인 구성 요소를 만들 수 있습니다. 또한 3D 프린팅 기술을 사용하여 다른 행성에 서식지와 인프라를 만들 수 있습니다. 이는 필요에 따라 구조물을 건설하고 수리할 수 있는 능력을 통해 우주에서 지속 가능한 인간 존재의 창출을 촉진할 것입니다.

항공우주 산업에서 3D 프린팅에 사용되는 가장 일반적인 재료는 무엇입니까?

항공우주 산업에서 3D 프린팅에 사용되는 가장 일반적인 재료는 티타늄, 알루미늄, 스테인리스강, 코발트-크롬을 포함한 다양한 유형의 금속 합금입니다. 이러한 소재는 중량 대비 강도가 높고 열적, 기계적 특성이 뛰어나며 내부식성이 뛰어나 가볍고 내구성이 뛰어난 항공우주 부품을 생산하는 데 이상적입니다. 그러나 일부 응용 분야에서는 폴리머 및 복합재와 같은 다른 재료도 사용됩니다. 다음은 항공우주 산업을 위한 3D 프린팅에 사용되는 재료 중 일부입니다:

1. ABS: 대시보드 인터페이스 등 베젤에 사용됩니다.
2. 캐스팅 가능한 수지 또는 왁스: 문 손잡이, 브래킷 등 주조 금속 부품에 사용됩니다.
3. 유리 충전 나일론: 활주로 노즐 베젤과 같은 엔진실에 사용됩니다.
4. 나일론 12: 공기 흐름 덕트와 같은 공기 덕트를 만드는 데 사용됩니다.
5. 표준 수지: 출입문, 좌석 등받이 등 대형 패널에 사용됩니다. 이는 콘솔 제어 부품과 같은 객실 액세서리 생산에도 사용됩니다.
6. 티타늄 또는 알루미늄: GE 제트 엔진, 서스펜션 위시본 등 금속 부품으로 사용됩니다.
7. 투명 수지: 헤드라이트 프로토타입 제조에 사용됩니다.

항공우주 산업에서 3D 프린팅에 복합재료는 어떻게 사용되나요?

복합 재료는 강도와 가벼움의 독특한 조합으로 인해 항공우주 분야의 3D 프린팅에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 일반적으로 폴리머나 금속과 같은 매트릭스 재료와 탄소나 유리와 같은 강화 섬유로 구성됩니다.

복합재료는 기체구조물, 엔진부품, 내장부품 등의 부품에 흔히 사용된다. 3D 프린팅은 기존 방법으로는 제조하기 어렵거나 불가능한 복잡한 형상과 구조를 만드는 능력을 포함하여 복합 부품 생산에 여러 가지 이점을 제공합니다.

티타늄은 항공우주 산업의 3D 프린팅에 적합한 소재인가요?

예, 티타늄은 항공우주 산업에서 3D 프린팅에 일반적으로 사용되는 재료입니다. 중량 대비 강도가 뛰어나고 내식성이 높아 항공기 부품에 사용하기에 이상적인 소재입니다. 또한 3D 프린팅을 사용하면 기존 제조 방법으로는 불가능할 수 있는 복잡한 형상을 만들 수 있습니다. 이는 항공우주 분야용 티타늄 부품 생산에 유용한 도구입니다. 그러나 티타늄은 다른 재료에 비해 가격이 더 비싸고 작업하기 어려울 수 있습니다. 일반적으로 고유한 속성이 필요한 고성능 또는 중요 구성 요소용으로 예약되어 있습니다.

요약

이 기사에서는 항공기 산업에서의 3D 프린팅 활용을 소개하고, 그것이 무엇인지 설명하고, 각 용도와 그 이점에 대해 자세히 논의했습니다. 다양한 산업 분야에서의 3D 프린팅 활용에 대해 자세히 알아보려면 Xometry 담당자에게 문의하세요.

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딘 맥클레먼츠

Dean McClements는 기계공학 학사 우등 졸업생으로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 그의 전문적인 경력에는 Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace 및 Hyster-Yale과 같은 선두 기업에서 중요한 역할이 포함되며, 그곳에서 그는 엔지니어링 프로세스 및 혁신에 대한 깊은 이해를 발전시켰습니다.

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