안녕하세요, HDC입니다.
오늘은 프랑스 보르도 기계공학연구소(I2M)와 보르도 대학교 BUT 과정의 연구진들이 진행한 금속 적층 제조(3D 프린팅) 프로젝트를 소개해드리려 합니다. 이들은 금속 3D 프린팅 공정을 중심으로 혁신적인 제조 기술을 연구하며, 산업 현장에서의 효율성과 신뢰성을 높이기 위해 꾸준히 노력하고 있습니다.
이번 프로젝트의 핵심 목표는 바로 더 적은 소재로 동일한 성능을 구현하는 것이었는데요. 항공우주 분야에 적합한 경량 삼각대(tripod)를 설계하고 제작하는 과제를 통해, 최소한의 자원으로 최대한의 성능을 끌어내는 방법을 모색했습니다.
“가볍지만 강하게” — 위상 최적화의 힘
프로젝트의 첫 번째 접근은 위상 최적화(topology optimization) 였습니다.
불필요한 부분의 소재를 과감히 덜어내면서도 부품의 강도와 필수 기계적 성능은 그대로 유지하는 것이 핵심이었죠.
이러한 방법은 항공우주 분야에서 특히 효과적인데, 무게를 줄이면 연료 효율과 전체 성능이 자연스럽게 개선되기 때문입니다.
복잡한 형상을 자유롭게 구현할 수 있는 적층 제조 기술 덕분에, 기존에는 어렵던 최적화 설계가 가능해졌습니다.
보르도 기계공학연구소(I2M)의 연구진은 적층 제조(AM), 특히 금속 3D 프린팅 공정 분야를 전문으로 하고 있습니다. 보르도 대학교 BUT 과정의 교수진은 설계 및 제조 공정을 중점적으로 연구하고 있습니다.
이들의 핵심 목표는 견고한 공정 제어를 구현하고, 학습과 제조를 위한 혁신적인 접근 방식을 발전시키는 데 있습니다. 금속 적층 제조 시스템을 중심으로 활발히 연구를 진행하며, 다양한 산업 분야에서 효율성과 신뢰성을 높이기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다.
더 적은 소재로 동일한 성능 구현
이번 프로젝트의 목표는 항공우주 분야에 적합한 경량화된 삼각대(tripod)를 설계 및 제작하는 것이었습니다.
이는 필수 기계적 성능을 유지하면서도 소재 사용량을 획기적으로 줄이는 것을 목표로 했습니다.
이를 위해 위상 최적화 알고리즘(topology optimization)을 활용하여 복잡한 형상을 설계하고,
비중요 영역의 불필요한 소재를 제거하면서도 부품의 강도를 유지할 수 있도록 최적화했습니다.
이러한 접근 방식은 무게 절감이 곧 연료 효율성과 성능 향상으로 직결되는 항공우주 분야에서 매우 효과적입니다.
Meltio의 W-LMD는 어떻게 기여했을까?
프로젝트에서 Meltio의 와이어-레이저 금속 3D 프린팅 기술(W-LMD) 이 큰 역할을 했습니다.
특히 새롭게 도입된 Meltio M600 장비는 고품질 금속 부품을 경제적으로 생산할 수 있다는 점에서 주목받았는데요.
- 와이어 원재료를 사용해 소재 활용률을 높이고 비용을 절감
- 분말 방식 대비 작업 환경이 더 안전하고 깨끗
- 높은 적층 속도와 우수한 기계적 특성 제공
뿐만 아니라, 공정 중 표면 가공 상태를 실시간으로 모니터링하고, 출력 후 미세조직 품질 분석까지 꼼꼼히 진행하며 완성도를 높였습니다.
또한 하이브리드 방식의 와이어-레이저 공법은 우수한 기계적 특성과 높은 적층 속도를 제공하여 산업용 응용 분야에 특히 적합합니다.
연구팀은 표면 가공의 인-서튜(in-situ) 모니터링과 후속 미세조직 품질 분석(post-mortem analysis)도 함께 수행하며 기술적 완성도를 높이고 있습니다.
최적화된 부품 형상(Topology)
프로젝트 성과는?
소재 사용량 35% 절감 / 생산 시간 10.5배 단축
시스템: Meltio M600
Meltio M600은 견고한 소재 성능을 바탕으로 복잡한 형상의 부품을 효과적으로 제작할 수 있도록 지원합니다.
적용 분야: 연구개발 & 항공우주
Meltio는 Class 1 레이저 안전 기준을 충족하여 작업자가 레이저에 노출되지 않도록 안전성을 보장합니다.
소재: 스테인리스 스틸
와이어 원재료는 분말 기반 방식에 비해 비용이 저렴하고 작업 환경에서도 더 안전한 대안으로 입증되었습니다.
프린팅 시간:
와이어 적층 방식은 연기와 오염물 발생을 줄여주며, 복잡한 필터링 장치 없이도 작업 공간을 더욱 깨끗하고 안전하게 유지할 수 있습니다.
연구개발 분야에서 Meltio의 도입, 그 이상의 의미
이번 프로젝트를 통해 Meltio 플랫폼은 단순히 제조 공정 개선을 넘어, 새로운 형상과 소재 조합에 대한 연구까지 확장할 수 있었습니다.
기능성 구배재료(Functional Gradient Materials)와 경량 구조물 개발이 대표적인 예입니다.
결국, 적층 제조와 위상 최적화의 결합은 항공우주 분야에서 새로운 가능성을 열어주었고,
더 효율적이고 고성능의 부품 개발로 이어질 수 있는 잠재력을 보여주었습니다.
앞으로도 이러한 혁신적인 사례들을 통해 적층 제조 기술의 가치가 더욱 빛날 것으로 기대됩니다.
