태양계 이야기 1047 - 3D 프린터로 출력한 달 탐사 로버 바퀴

 

(NASA mechanical design engineer Richard Hagen and ORNL researcher Michael Borish inspect a lunar rover wheel prototype that was 3D-printed at the Manufacturing Demonstration Facility. Credit: Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy)

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(Despite enabling a more complex spoke pattern and spoke locking features to the wheel, 3D-printing simplified and reduced the cost of the wheel design and made final assembly easier. Credit: Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy)

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(Additive manufacturing allows fine design details, such as wavy tread on a domed shape, to be incorporated into the prototype lunar wheel. Credit: Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy)

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(In just a few days, ORNL researchers used powder bed printing to create this lunar rover wheel based on a NASA design. Credit: Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy)

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나사와 미 에너지부 산하의 오크 리지 국립 연구소 Oak Ridge National Laboratory가 금속 3D 프린터를 우주 탐사에 활용하기 위해 서로 힘을 합쳤다는 소식입니다.

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오크 리지 연구소의 MDF (Manufacturing Demonstration Facility)가 금속 3D 프린터를 이용해서 출력한 것은 나사의 달 극지방 탐사 로버인 바이퍼 (VIPER, Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)의 바퀴로 달의 거친 지형에서 이동할 수 있도록 튼튼한 금속 몸통에 여러 개의 주름 같은 홈을 지니고 있습니다.

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바이퍼 : https://blog.naver.com/jjy0501/221691401707

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https://blog.naver.com/jjy0501/222512685310

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내년 발사 예정인 바이퍼의 바퀴는 3D 프린터가 아니라 전통적인 방식으로 50개의 바퀴 부품을 360개의 리벳 조인트로 연결한 복잡한 구조를 지니고 있습니다. 반면 레이저를 이용한 3D 프린팅 기술은 40시간 동안 복잡한 20인치 지름의 금속 바퀴를 한 번에 출력할 수 있습니다. 제조 시간과 비용을 대폭 단축할 수 있는 것입니다.

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다만 이 3D 프린터 바퀴는 아직은 신뢰성을 확보하지 않은 상태이기 때문에 당장 바이퍼에 실리지는 않고 지상에서 테스트하는 용도로 사용됩니다. MDF의 3D 프린터 바퀴는 복잡한 형태의 금속 부품도 3D 프린터로 쉽게 출력할 수 있다는 점을 보여주긴 했지만, 니켈 기반 합금으로 출력해 알루미늄을 사용한 바이퍼의 실제 바퀴보다 50% 정도 더 무겁다는 단점도 있습니다. 앞으로 연구를 통해 다른 금속도 다뤄야 할 필요가 있는 것입니다.

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연구팀은 금속 3D 프린팅 기술이 앞으로 우주 개발에서 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있습니다. 우주 기지에서 손상된 부품을 모두 제때 공급받아 수리하기는 어렵기 때문에 3D 프린터로 출력해 그때마다 바로 보급하는 방식을 선호할 수밖에 없습니다. 그리고 더 나아가 지구처럼 대규모 공장을 건설하기 어려운 환경에서 상당히 많은 필수 부품과 여러 가지 물건을 3D 프린터로 출력해서 사용해야 할 수 있습니다.

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현재는 연구 단계이지만, 결국 미래에 3D 프린터가 지구 밖에서 요긴하게 쓰일 날이 올 것으로 생각합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-10-3d-moon-rover-wheel-prototype.html

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Peter Wang et al, Improved Productivity with Multilaser Rotary Powder Bed Fusion Additive Manufacturing, 3D Printing and Additive Manufacturing (2023). DOI: 10.1089/3dp.2022.0288