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2013년 9월 1일 일요일

3D 프린터로 로켓 부품도 만든다 ?




 3D 프린터는 21 세기의 새로운 신기술로 매우 각광을 받고 있습니다. 나사가 이에 매우 관심이 많다는 사실은 이미 몇 차례 전해드린 바 있는데 최근에는 보통 3D 프린팅과는 거리가 있어 보이는 분야인 로켓 엔진 개발에 있어 3D 프린팅 부품을 고려하고 있습니다. 그리고 최근 이를 테스트 한 내용을 공개했습니다. 



(3D 프린터로 만든 로켓 연료 분사 노즐 (좌측) 과 이를 연마하고 검사를 마친 후 모습 (우측)  Left: 3-D printed rocket injector as it looked immediately after it was removed from the selected laser melting printer. Right: Injector after inspection and polishing. Credit: NASA/MSFC ) 


 대개는 금속 부품이 많이 사용되는 로켓 엔진의 특성상 사실 특수 합성 수지나 플라스틱을 주로 사용하는 3D 프린터와 맞지 않을 수 있다고 생각할 수도 있지만 최근에는 금속 소재를 가공하는 3D 프린팅 기술도 발전하고 있습니다. 나사의 마셜 우주 비행 센터 (Marshall Space Flight Center in Huntsville, Ala) 의 엔지니어들이 선택한 것은 엔진 전체가 아니라 각 부품을 레이저를 이용한 3D 프린터로 출력한 후 이를 다시 연마와 가공을 해서 부품으로 사용하는 것입니다. 이를 통해 얻을 수 있는 가장 큰 이점은 비용을 줄이는 것과 더불어 시간을 단축하는 것입니다. 


 현재 나사는 우주 왕복선을 대체할 차세대 발세체로 SLS (Space Launch System.  http://jjy0501.blogspot.kr/2012/09/sls-space-launch-system.html   참조) 를 개발하는 중인데 여기에 쓰일 엔진을 기존의 방식대로 (예를 들어 CAD 로 설계하고 다시 주형을 만들어서 주물 방식으로 제조하는 것) 제조하는 것에 비해 3D 프린터를 도입했을 때 비용과 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다고 합니다. 예를 들어 6 개월의 시간과 각 10000 달러의 비용 드는 부품 개발에 새로운 3D 프린터 기술을 적용한 결과 개발 기간도 3 주로 줄어들고 비용도 5000 달러 정도로 감소했다는 것이 나사 마셜 비행 센터 엔진니어들의 설명입니다.


 마셜 우주 비행 센터의 엔지니어 산드라 그린 (Sandra Elam Greene) 은 테스트에 사용된 3D 프린팅 연료 분사 노즐이 매우 잘 작동했을 뿐 아니라 기존의 방식으로 제조한 것과 차이가 없었다고 설명했습니다. 같은 마셜 우주 비행 센터 엔지니어인 켄 쿠퍼 (Ken Cooper) 는 "각각의 인젝터 (injector) 를 selective laser melting 방식으로 3D 프린팅 하는데 걸리는 시간은 40 시간 정도면 충분하며 나머지 수주는 연마 및 검사에 걸리는 시간이다" 라고 설명했습니다.


 아무튼 이 부품을 이용해서 만들어진 테스트 로켓 엔진은 첫번째 연소 테스트를 매우 성공적으로 통과했다고 합니다. 이 테스트 엔진은 최대 화씨 6000 도 (섭씨 3300 도 정도) 의 온도를 견뎠을 뿐 아니라 20000  파운드의 추력을 낼 수 있었습니다. (아래 동영상 참조)



(로켓 엔진 연소 테스트 ) 




(3D 프린터를 이용한 로켓 부품 제조 ) 


 3D 프린터는 아주 다양한 부품을 소량 생산하는데 유리하므로 특히 대형 우주 로켓 처럼 대량 생산이 어려운 분야에서 사용하면 적합한 부분이 많을 것입니다. 굳이 엔진 전체나 로켓 전체를 3D 프린터를 이용해 제조할 필요가 없으며 비용과 시간을 단축시킬 수 있는 부분에 투입한다면 기존의 기술과 융합해서 큰 시너지 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다. 


 물론 안전성 및 성능에 대한 담보가 필요하기 때문에 아직은 좀더 테스트가 필요할 것으로 보입니다. 특히 우주 항공 분야는 한개의 부품의 이상으로도 큰 참사로 이어지는 분야이니 만큼 신중하게 다가설 필요는 있겠죠. 하지만 결국 미래에는 3D 프린터가 우주 개발 부분에서 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다. 



 참고 






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