군사 작전 현장에서 차량이 고장 나면 부품 공급망이 대응할 때까지 기다릴 수만은 없습니다. 국제 연합 군사훈련 중 영국 육군의 랜드로버(Land Rover) 차량에 브레이크 페달 교체가 필요한 상황이 발생했습니다.
일반적으로 이러한 부품은 교체품을 요청하고 공급받기까지 상당한 시간이 소요되며, 그동안 차량은 운용이 중단됩니다.
그러나 교체 부품을 신속하게 제작하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 브레이크 페달은 운전자가 제동할 때마다 반복적인 하중을 받는 안전 관련 부품으로, 실제 차량에 장착하기 전에 충분한 기계적 성능 검증이 필요합니다.
이번 군사훈련에서는 금속 3D 프린팅 기술을 활용해 현장에서 교체 부품을 제작하고, 동일한 작전 시간 내에 요구되는 기계적 강도를 검증할 수 있는지 확인하는 데 초점을 맞췄습니다.
“미래 전장에서는 필요한 장소에서 직접 부품을 제조할 수 있는 군대가 보급에만 의존하는 군대보다 더 오래 작전을 지속할 수 있을 것입니다.
원정 제조(Expeditionary Manufacturing)는 필요한 현장에 제조 역량을 배치함으로써 보급망에 대한 의존도를 줄이고, 군의 회복력과 대응 능력, 작전 지속성을 높여줍니다.”
Rich Cummings 소령
영국 육군본부 전력국 장비지원 담당
(Equipment Support, Capability Directorate, British Army HQ)
1. 기존 군수 부품 공급망의 한계
군수 지원 체계에서 부품 하나의 고장은 단순한 기계적 문제가 아닙니다.
차량의 운용 중단과 정비 작업의 지연으로 이어지며, 교체 부품이 공급될 때까지 해당 부대의 기동 능력이 제한될 수 있습니다.
랜드로버 차량은 수십 년 동안 여러 동맹국 군대에서 운용되어 왔습니다. 그러나 오래된 차량에 사용되는 일부 부품은 신속하게 조달하기 어려운 경우가 있습니다.
특히 군사훈련이나 해외 파병 중에는 주요 군수 보급기지와 거리가 멀어 부품 공급에 더 많은 시간이 소요될 수 있습니다.
작전 준비태세 유지가 중요한 상황에서 기계 부품 하나를 확보하기 위해 수 주를 기다리는 것은 비효율적입니다.
이에 영국 육군은 원거리 공급망에 대한 의존도를 줄이면서 차량의 운용 상태를 신속하게 복구할 수 있는 제조 방식을 검토했습니다.
2. 현장 제조와 기계적 성능 검증의 과제
브레이크 페달은 단순해 보이지만 제조 과정에서 높은 정밀도와 기계적 성능이 요구되는 부품입니다.
차량에 정확하게 장착할 수 있도록 본체와 체결용 돌출부의 형상을 구현해야 하며, 운행 중 반복적으로 발생하는 하중을 견딜 수 있어야 합니다.
또한 군용 차량은 진흙, 습기, 지속적인 기계적 응력에 노출되기 때문에 반복 하중에 대한 피로 저항성과 내식성이 중요합니다.
이러한 성능은 단 한 번의 시험만으로 충분히 확인하기 어렵습니다.
기존 기계적 시험 방식의 한계
일반적인 인장시험은 시험편을 제작하고 전문 시험기관으로 운송한 후 결과 보고서를 받아야 하므로 상당한 시간이 소요됩니다.
경도시험은 상대적으로 빠르게 수행할 수 있지만, 경도값을 통해 강도를 간접적으로 추정하는 방식이기 때문에 실제 항복강도(Yield Strength)와 인장강도(Ultimate Tensile Strength)를 직접 확인하는 데에는 한계가 있습니다.
특히 브레이크 페달과 같은 안전 관련 부품은 현장 정비 담당자가 사용 적합성을 판단할 수 있도록 신뢰할 수 있는 기계적 성능 데이터가 필요합니다.
영국 육군에는 신속한 부품 제작뿐만 아니라 현장에서 즉시 성능을 검증할 수 있는 제조 체계가 필요했습니다.
- Meltio M600을 활용한 브레이크 페달 제작
Meltio M600은 분말 대신 일반적인 용접 와이어를 사용하는 와이어 레이저 금속 증착(W-LMD, Wire-Laser Metal Deposition) 기술을 적용합니다.
이 방식은 유해 금속 분말의 취급이나 별도의 분말 관리용 환경 제어 공간이 필요하지 않아 야전 및 원정 제조 환경에서 활용하기에 적합합니다.
장비가 설치된 장소에서 자동화된 금속 증착 공정을 수행할 수 있다는 점도 특징입니다.
이번 사례에서는 Meltio M600을 활용해 랜드로버 브레이크 페달을 17-4PH 스테인리스강 소재로 제작했습니다.
17-4PH 스테인리스강은 높은 피로 저항성, 인장강도 및 내식성을 고려해 선정되었습니다.
이러한 특성은 진흙과 습기에 노출되고 반복적인 하중을 받는 브레이크 페달에 중요한 요소입니다.
제조 과정에서는 먼저 브레이크 페달의 본체 전체를 출력한 후 서포트 구조물을 제거했습니다. 이후 차량에 페달을 장착하는 데 필요한 돌출부를 추가했습니다.
현장에서 브레이크 페달을 제작하는 데 소요된 총시간은 16시간이었습니다.
- 현장에서 기계적 성능 검증
부품 제작 이후에는 실제 운용에 필요한 기계적 성능을 검증해야 했습니다.
Meltio는 이를 위해 M600과 함께 Plastometrex의 PIP(Profilometry-based Indentation Plastometry, 표면 형상 측정 기반 압입 소성시험) 기술을 적용했습니다.
시험에는 소형 장비인 PLX-Benchtop이 사용되었습니다.
PIP 기술은 작은 압입 흔적을 분석하여 경도에 기반한 간접적인 강도 추정이 아닌 실제 기계적 물성 데이터를 도출하는 방식입니다.
이를 통해 부품을 제작한 장비 바로 옆에서 15분 만에 ASTM E3499 규격을 준수하는 기계적 물성 시험 보고서를 생성했습니다.
이번 사례는 필요한 현장에서 교체 부품을 제작하고, 같은 날 기계적 성능까지 검증할 수 있음을 보여주었습니다.
“교체 부품을 제작하는 것은 첫 번째 단계에 불과합니다. 엄격한 검증 과정을 통해 적층제조 부품이 실제 현장에서 요구되는 성능과 신뢰성을 충족하는지 확인해야 합니다.”
Giorgio Olivieri
Meltio 애플리케이션 디렉터
(Applications Director)
3. 기존 부품 대비 향상된 기계적 성능
Meltio M600을 활용한 브레이크 페달 제조 및 현장 검증 결과, 기존 부품보다 높은 기계적 강도가 확인되었습니다.
4. 군수 지원 체계에서 현장 제조 기술의 활용 가능성
이번 사례를 통해 영국 국방부는 단순히 교체 부품을 빠르게 제작하는 것을 넘어, 현장에서 제작한 부품이 실제 차량의 운용 하중을 견딜 수 있는지 정량적으로 검증할 수 있는 가능성을 확인했습니다.
이를 통해 원거리 시험기관의 검증을 거친 교체 부품이 도착할 때까지 기다리는 대신, 현장에서 부품을 제작하고 성능을 확인해 차량 운용을 재개할 수 있는 제조 체계를 제시했습니다.
원정 제조(Expeditionary Manufacturing)가 기존 군수 보급망을 완전히 대체하는 것은 아닙니다. 그러나 부품 고장 발생부터 차량의 운용 복구까지 소요되는 시간을 수 주에서 수 시간 단위로 단축할 수 있습니다.
이번 군사훈련에서 입증한 것은 브레이크 페달 하나의 제작 성과만이 아닙니다.
현장에서 부품을 제조하고 검증하는 두 가지 과정을 하나의 작업 흐름으로 연결하여, 실제 군사 작전의 속도에 맞춰 수행할 수 있다는 점을 보여주었습니다.
이러한 제조 및 검증 체계는 금속 적층제조 기술이 시제품 제작을 넘어, 국방 분야에서 신뢰할 수 있는 실제 생산 장비로 발전하는 흐름을 보여줍니다.
