3D 인쇄의 장점은 잘 문서화되어 있습니다. 이 기술을 통해 필요한 위치에서 제품을 만들 수 있습니다. 효율성 문제를 처리하여 공급망을 원활하게 진행할 수 있습니다. 이것은 제품 제조에 필요한 자원과 시간을 줄이는 데 막대한 영향을 줄 수 있습니다.
로켓 기업들은 지난 십 년의 대부분 동안 적층 제조라고도 하는 3D 프린팅을 사용해 왔습니다. 그 시작은 SpaceX가 2013년에 SuperDraco 로켓 엔진용 3D 프린팅 부품을 개발한 일이었습니다.
이 기사는 새로운 우주 회사에서 3D 인쇄를 사용한 역사를 따릅니다. 이 기사의 끝에서 우리는이 회사가 사용하는 또 다른 고급 제조 기술 인 고압 다이 캐스팅을 살펴볼 것입니다.
3D 프린팅 정의
3D 프린팅 기술이 무엇을 의미하는지 상기시켜 드리겠습니다. 3D 프린팅의 주인인 Autodesk보다 3D 프린팅의 정의를 찾기에 더 좋은 곳은 없습니다.
Autodesk는 3D 프린팅을 “디지털 모델을 기반으로 층에 재료를 증착하여 물리적 물체를 생성하는 프로세스”라고 정의합니다. 같은 소식통은 “3D 프린팅 기술을 사용하여 프로토타입과 간단한 부품부터 비행기 부품, 친환경 건물, 생명을 구하는 의료 임플란트, 심지어 인간 세포 층을 사용하는 인공 장기와 같은 고도의 기술적 최종 제품에 이르기까지 모든 것을 만들 수 있습니다.”라고 덧붙입니다.
Autodesk는 3D를 사용하여 제품을 제조할 때 사용되는 세 가지 주요 방법을 식별합니다.
용융 필라멘트 제조(FFF): 주로 소비재 제조에 사용되는 이 방법은 플라스틱 재료를 가열하고 압출해 필요한 제품을 이루는 층을 쌓습니다. 용융 적층 모델링(FDM)이라고도 합니다.
스테레오 리소그래피 (SLA) : 자외선을 사용하여 한 층씩 올리거나 경화시킵니다.
선택적 레이저 소결 (SLS) : 레이저를 사용하여 분말 재료를 층별로 융합합니다.
우주 제조업체들이 3D 프린팅으로 전환하는 이유
AMFG는 우주 여행 분야에서 3D 제조가 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공합니다. 이 회사는 “우주 제조 업체는 로켓 개발 및 생산을 가속화하는 동시에 비용을 절감하고 효율성을 높이는 문제에 직면 해있다”고 지적합니다.
AMFG는 전통적인 로켓 제조 공정에는 여러 프로토타이핑 사이클과 생산 단계가 포함되어 있어 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸린다고 말합니다. 같은 소식통은 3D 제조 공정을 통해 전통적인 14주에서 불과 몇 주까지 부품 제조 시간을 단축할 수 있으며 제조업체는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다고 말합니다.
3D 제조는 또한 부품의 정밀도를 보장하며, 이는 전통적인 제조 방법을 사용할 때 어려운 작업입니다.
우주에서의 첫 번째 3D 프린팅 부품
Elon Musk는 2002년에 SpaceX를 설립했습니다. 그의 목표는 우주여행 비용을 낮춰 인류가 궁극적으로 화성에 정착할 수 있도록 하는 것이었습니다. SpaceX에 따르면 이를 위해서는 “지금껏 제작된 발사체 중 가장 강력하며, 완전히 재사용할 수 있고, 사람을 화성과 태양계의 다른 목적지로 운송할 수 있는 발사체”를 사용해야 합니다.
구월 5일, 2013년, Musk는 트윗을 통해 ‘재생 냉각 재킷이 달린 SpaceX SuperDraco 인코넬 로켓 챔버가 EOS 3D 금속 프린터에서 나왔다’고 발표했습니다.
우주 탐사, 혁신 및 천문학 소식을 전하는 Space.com은 ‘SpaceX가 올해 초 3D 프린팅 부품을 우주로 보냈다[2014년]’고 보도합니다. 같은 매체는 ‘로켓 엔진의 주 산화제 밸브인 이 부품은 상업용 Thaicom 6 통신 위성을 궤도에 올린 Falcon 9 로켓의 일월 6일 발사에 실렸다’고 덧붙입니다.
3D 프린팅을 사용하여 로켓 부품을 만드는 실용성은 밸브가 매우 낮은 온도를 포함하여 격렬한 조건에서 필요에 따라 작동한다는 사실에 의해 입증되었습니다.
SpaceX는 또한 3D 프린팅 기술을 사용하여 헬멧과 같은 다른 액세서리를 생산합니다. 3Dnatives.com에 따르면 “각 헬멧에는 바이저, 밸브, 잠금 장치 및 마이크가 있습니다.”
Blue Origin: 3D 프린팅에 상당한 투자
Blue Origin은 Amazon의 설립자 인 Jeff Bezos가 설립 한 항공 우주 제조업체입니다. 이 회사는 2000에서 워싱턴 켄트에서 시작되었습니다. “우리는 아이들이 미래를 건설 할 수 있도록 우주로가는 길을 만들기 위해 최선을 다하고 있습니다.”
Blue Origin은 또한 “부분적이고 완전히 재사용 가능한 발사체는 안전하고 저렴한 비용으로 모든 민간, 상업 및 방위 고객의 요구에 부응한다”고 밝혔다.
저렴하고 안전한 Blue Origin의 우주 여행 제품이 표준이되도록하는 중요한 부분은 3D 인쇄 기술입니다. 3DPrintingIndustry.com은 Blue Origin의 사장 인 Rob Meyerson을 인용합니다. Rob Meyerson은 자신의 회사가 “3D 인쇄에 상당한 투자를 해왔다”고 말합니다. 그는 “우리는 모두 새로운 기술을 채택하고 가능성을 최대한 활용하는 데 주력하고 있습니다.”라고 덧붙입니다.
3DPrintingIndustry.com은 또한 Meyerson이 발표 자료에서 3D 프린팅이 기존 주조 방식과 비교해 제공하는 시간 및 비용 절감 효과를 설명했다고 보도합니다. 발표 자료에서 Meyerson은 3D 프린팅으로 제작하는 데 세 달이 걸린 부품을 소개합니다. 같은 부품을 기존 주조 방식으로 만들면 12개월이 넘게 걸립니다.
최초의 여성을 달 표면으로 데려가는 3D 인쇄 엔진
2020년 십이월, 3Dprint.com은 ‘Blue Origin이 2024년까지 최초의 여성과 다음 남성을 달 표면으로 보낼 수 있는 세 단계 착륙선을 만들었다’고 보도했습니다.
흥미로운 부분은 달 착륙선 시스템에 동력을 공급하는 BE-7 엔진이 3D 기술을 사용하여 제조되었다는 것입니다. 이것은 Bezos에 의해 확인되었습니다. “BE-7은 10,000 lbf의 추력으로 고성능, 부가적으로 제조 된 액체 수소 / 액체 산소 달 착륙 엔진입니다. 달에 정확한 착륙을 위해 2,000 lbf까지 깊은 스로틀 다운. ”
그러나 그게 전부는 아닙니다. 베조스는 Instagram 비디오를 사용하여 “이것은 첫 번째 여성을 달 표면으로 데려 갈 엔진”이라고 발표했습니다. 워싱턴 포스트에 따르면, 그 여성은 1961 년에 우주로 갈 기회를 잃은 월리 펑크 (Wally Funk)였습니다. “NASA는 여성 우주 비행사를위한 프로그램이 없었습니다.”
Funk는 달 표면에 착륙하지는 못했지만, 마침내 칠월 20일, 2021년 우주를 여행할 기회를 얻었습니다. 당시 그녀의 나이는 82세였습니다. Funk는 Blue Origin이 ‘첫 유인 비행’이라고 이름 붙인 비행에서 Bezos와 함께 여행한 세 명의 승객 중 한 명이었습니다.
완전 3D 인쇄 로켓을 궤도에 진입
Relativity Space는 2015 년에 설립 된 우주 회사입니다.이 회사는 “완전히 3D 인쇄 된 로켓을 궤도에 성공적으로 발사하는 최초의 우주 회사”라는 목표를 밝혔습니다.
그러나 “완전한 3D 인쇄 로켓”은 실제로 무엇을 의미합니까? Engineering.com에 기고 한 Denrie Perez는 “엔진에서 동체에 이르기까지 Relativity는 거의 모든 제조 공정을 자동화하고 있습니다.”라고 대답합니다.
Perez는 3D 인쇄를 통해 Relativity가 설계를 신속하게 수정할 수 있다고 덧붙였습니다. 그녀는 SpaceX와 같은 경쟁 업체를 이기기 위해 맞춤 설정을 판매하고 있다고 말합니다. “3D 인쇄를 사용하면 모든 종류의 위성에 맞게 캡슐을 반복적으로 수정할 수 있습니다.”라고 그녀는 씁니다.
Forbes.com은 Relativity의 CEO인 Tim Ellis의 말을 인용하여 “3D 프린팅을 통해 로켓을 더 빠르고, 더 작고, 더 가벼운 공장과 더 적은 공정으로 만들 수 있습니다.”라고 말했습니다.
유월 8일, 2021년, Forbes.com의 Alex Knapp은 Relativity가 시리즈 E 벤처 투자 라운드에서 650 million 달러를 유치했다고 보도했습니다. 그는 ‘이 자금은 회사의 Terran R 로켓 개발을 가속하는 데 쓰일 예정이며, 이 로켓은 완전히 3D 프린팅 방식으로 제작되고 Elon Musk의 Falcon 9 로켓보다 더 큰 탑재체를 발사할 수 있다’고 전했습니다.
3D 프린팅을 사용하는 다른 우주 기업
우주 분야에서 3D 인쇄의 장점으로 인해 모든 심각한 우주 회사가이 기술을 사용하여 부품을 제조하는 것처럼 보이는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
3DPrintingIndustry.com에 기고 한 Michael Petch는 Virgin Galactic의 사장 겸 CEO 인 George Whitesides가 인터뷰에서 회사의 “목표는 엔진을 생산하는 데 걸리는 시간을 몇 달에서 몇 주로 줄이는 것입니다.”라고 말했습니다. Petch는 3D가이 목표를 달성하는 데 큰 역할을 할 것이라고 지적했습니다.
Rocket Lab은 우주여행 기업으로, MIT Technology Review는 이 회사를 “3D 프린팅 우주 혁명을 일으킨 작은 기업”이라고 소개했습니다. Peter Beck은 2006년에 이 회사를 설립했습니다.
MIT Technology Review는 ‘[Rocket Lab] 로켓 여섯 대가 지금까지 성공적으로 발사되었으며, 각 로켓에는 주로 금속 3D 프린팅으로 제작된 Rutherford 엔진 아홉 대가 탑재되어 있고, 기체의 다른 여러 구성 요소도 같은 방식으로 제작되었다’고 보도합니다.
다른 방법 을 위한 공간 이 있는가?
새로운 우주 기업들이 3D 기술을 앞질러 가고 있지만, 오랜 세월 동안 사용 된 다른 방법에는 여전히 업계가 있습니다.
수년 동안 사용되어 왔지만 오늘날에도 여전히 관련이있는 기술의 예는 플라스틱 사출 성형입니다.
이러한 방법이 여전히 미래를 가지고 있다는 증거는 회사가 관련 기술에 정통한 엔지니어와 기술자를 고용하고 있음을 나타내는 SpaceX의 최근 직무에서 볼 수 있습니다.
이 광고는 이러한 엔지니어와 기술자가 “고압 다이 캐스팅 공정 개발 및 장비 커미셔닝의 초기 단계에서 엔지니어링 팀과 긴밀히 협력하여 회사에서 알루미늄 다이 캐스팅의 개발을 추진 할 것”이라고 말합니다.
새로운 우주 기업들의 노력과 투자를 통해 3D 인쇄가 미래의 중요한 부분이 될 것이라는 것은 분명합니다. NASA와 같은 조직의 경우 3D 인쇄는 예비 부품을 3D 인쇄를 사용하여 ISS에서 바로 제조 할 수있게함으로써 국제 우주 정거장에 예비 부품을 보내는 문제를 해결할 수 있습니다.
