RUAG의 Sentinel 인공위성용 안테나 브라켓

EOS, 인공위성 부품의 적층제조…②

[Industry News 박규찬 기자] 우주의 무한한 광대함에 대해서 이야기 할 때, 많은 사람들은 보통 할리우드 영화 스튜디오에서 들려주는 공상과학 소설 이야기를 떠올린다. 그러나 실제로 다른 어떤 분야보다 우주탐사 분야에서 강력하고 명확한 비전이 우주 배치를 위한 기술과 준비에 필수적이다. 이는 높은 곳에서 행성들을 관찰하기 위한 Sentinel 인공위성의 건설에서 스위스 기술 그룹 RUAG이 직면한 도전이었으며 지구의 대기권 밖에서도 적층제조는 매우 중요한 역할을 하고 있다.

부품을 제작하는데 사용된 EOS의 Aluminium AlSi10Mg 소재는 고강도, 강한 동적 응력의 특성을 갖고 있어 강한 응력을 버텨야하는 안테나 브라켓에 매우 적합한 소재다. [사진=EOS]

우주항공분야에서 전체 생산체인은 매우 중요한 역할을 한다. RUAG의 프랑크 모리어스(Frank Mouriaux) 구조 총책임자는 “우리는 적층제조를 통해 적층 제조로 디자인의 자유와 복잡한 구조를 통해 부품의 무게를 줄이는 등 부품을 생산해 내는 큰 장점에 큰 관심을 갖고 있었다”, “그러나 결국은 이점에 대한 잠재가능성 확인과 이상적인 방법으로 실현, 필요 승인을 얻는 과정이 필요했고 이 과정을 충족시키지 못한다면 부품은 사용될 수 없다”고 설명했다.

기본 적합성 및 강성 테스트는 안테나 브라켓 디자인의 시작이 됐다. 다음단계는 재료의 선택, 공정의 정의, 재료특성에 대한 초기 기본 테스트로 구성된다. 그 후 파트의 위상최적화를 위한 스타트 포인트로서 초기 테스트가 실행된다. RUAG은 궁극적으로 Altair의 CAD와 FED 시스템을 통한 집중적 협업과 EOS의 적층제조를 이용한 설계 및 제조에 대한 지침을 결합해 이론적으로 완벽한 안테나 브라켓 형태를 구현했다.

약 40cm길이의 안테나 브라켓은 EOS M400 시스템을 사용해 독일 Barleben 지역의 citim GmbH에서 생산됐다. EOS M400의 400×400×400mm의 제작 공간에서 2개의 안테나, 30개의 인장바를 한 번에 생산해냈다. 빌딩 시간은 약 80시간 소요됐으며 표면 품질과 생산성에 최적화 된 Layer thickness 60μm 파라메터가 사용됐다.

부품을 제작하는데 사용된 EOS의 Aluminium AlSi10Mg 소재는 고강도, 강한 동적 응력의 특성을 갖고 있어 강한 응력을 버텨야하는 안테나 브라켓에 매우 적합한 소재다. 또한, 전체 프로젝트의 80%를 차지하는 우주항공 분야에서 요구되는 포괄적 테스트를 시행했다. 이는 특별 제작된 테스트 구조로 무엇보다 엔지니어들은 CT(기계단층촬영)뿐 아니라 여러 기계 및 물리적 테스트를 통해 브라켓을 시험했다. 때로는 파트를 파괴하기 위해 의도적으로 부하 한계를 초과하는 스트레스를 가하기도 했다.

이러한 모든 노력의 결과로 Sentinel 위성을 위한 안테나 브라켓은 모든 요구사항을 초과 달성하는 결과를 낳았다. 이 부품은 인증과 우주공간에서의 사용 승인을 받았으며 우주항공 산업을 위해 적층제조의 도입이 아직 초기 단계인 것을 고려할 때, 이 성과는 매우 주목할 만하다.

일례로 부품의 최소 강성 요구사항을 30% 이상 초과 달성한 것은 난류 비행 후 이상적 안테나 위치를 확보하고, 지구와의 무선 통신 보장이 가능해졌다는 것이다. 또한, 부분적으로 매우 균일한 응력 분포로 요구 안정성 수준을 달성했다. 적층제조를 통해 최종 구성 요소의 무게를 1.6kg에서 940g으로 대폭 약 40% 감소시켰으며 이 혁신적 기술의 도입으로 부품의 특징은 개선되고 비용은 절감되는 예상 밖의 조합을 성공시켰다.

모리어스 Aerospace Engineer는 “우리는 이 프로젝트 결과에 매우 만족하고 미지의 영역에 들어와 안정적이고 경량화 된 부품으로 보상을 받았다”며, “적층제조는 우주산업 분야의 기본적 절차상의 요구사항을 충족시킴과 동시에 여러 디자인적 이점과 구성요소 자체의 특성 그 자체가 이를 증명하고 앞으로 이 기술에 대한 커다란 잠재력을 기대합니다”고 밝혔다.

이어 그는 “할리우드 영화는 단지 흥미진진한 이야기일 뿐이지만 혁신적인 기술은 일상에 함께하며 디자인과 생산의 영역을 넓혀준다”고 덧붙였다.