3D란?

Jun 21, 2023

3D 프린팅 로켓은 3D 프린팅 기술을 사용하여 적층 제조된 구성 요소를 갖춘 우주선입니다. 대부분의 기존 로켓에 비해 3D 프린팅된 로켓은 연료 효율이 더 높고 무게가 가벼우며 제작 시간이 훨씬 짧습니다.

3D 프린팅 로켓의 엔진과 기체는 조인트, 솔기, 용접 없이 일체형으로 제작할 수 있습니다. 또한 적층 제조 공정은 생산 파이프라인을 간소화하여 도구와 부품 수가 거의 또는 전혀 필요하지 않으며 항공우주 스타트업이 신속한 프로토타입 제작에 참여할 수 있도록 해줍니다.

3D 프린팅 로켓은 주로 적층 가공된 부품으로 구성된 기능성 우주선입니다.

현재 3D 프린팅 로켓은 주로 위성을 운반하여 특정 저궤도 궤도에 배치하는 위성 발사체로 개발됩니다. 더 많은 개발이 진행되면 결국 승객 탑승 우주 여행과 화성 탐사 임무에 사용될 수 있습니다.

민간 로켓 회사인 Relativity Space의 통합 성능 담당 수석 이사인 Ryan Kraft는 "오늘날 거의 모든 것이 3D 프린팅될 수 있으며 앞으로는 더 많은 프린팅이 가능해질 것입니다"라고 말했습니다. "과제는 무엇을 프린트할지, 그리고 프린트된 구성 요소를 전체 발사체 시스템에 가장 잘 통합하는 방법을 결정하는 것입니다."

관련 자료17 3D 프린팅 응용 사례 및 사례

우주 경쟁은 3D 프린팅을 통해 경쟁이 치열하며, 각 스타트업은 진행하면서 자신만의 새로운 접근 방식을 고안합니다. 즉, 적층 제조에는 총 7가지 유형이 있으며 그 중 두 가지 유형, 즉 분말층 융합(특히 선택적 레이저 소결)과 지향성 에너지 증착이 주도하고 있습니다.

PCMag에서 3D 프린터를 테스트하고 검토하는 수석 분석가 Tony Hoffman은 가장 일반적으로 3D 프린팅 로켓과 그 구성 요소는 선택적 레이저 소결로 알려진 분말층 융합 방법을 사용하여 제조된다고 말했습니다. 이 과정에서 레이저는 층별로 분포된 금속 분말을 녹이고 융합하여 원하는 물체를 만드는 데 사용된다고 설명했습니다.

CAD(컴퓨터 지원 설계) 소프트웨어를 사용하여 청사진을 업로드한 다음 얇은 단면으로 분할합니다. 그런 다음 해당 데이터는 창과 레벨링 롤러가 내장된 대형 박스형 기계인 제조 장비로 전송됩니다. 각 단계에서 롤러는 사무용 스캐너의 빔처럼 좌우로 지나가며 분말 재료의 얇은 층을 빌드 트레이에 펼칩니다. 그런 다음 레이저는 재료를 묶는 열을 가해 프로그래밍된 지침에 따라 디자인을 그립니다. 빌드 트레이가 한 레벨 낮아지고, 다음 레이어는 이제 굳어진 이전 레이어 위에 구축됩니다(따라서 "적층 가공"의 "추가"). 이 과정은 디자인이 완료될 때까지 반복됩니다.

그러나 상상할 수 있듯이 로켓 크기의 선박을 만드는 데 있어서 하나의 상자가 모든 것을 충족할 수는 없습니다. NASA와 Relativity가 사용하는 또 다른 기술은 지향성 에너지 증착(Directed Energy Deposition)으로 알려져 있습니다.

Rensselaer Polytechnic Institute의 기계, 항공우주 및 원자력 공학 교수인 Kurt Anderson은 "이러한 프린터는 생산하려는 구성 요소가 매우 크기 때문에 매우 커야 합니다."라고 말했습니다.

이 방법에서는 다축 로봇 팔이 CAD 모델을 따라 플라즈마 아크, 레이저 또는 전자 빔과 같은 에너지원을 지시합니다. 노즐은 알루미늄이나 티타늄을 포함한 경량 금속 합금인 필라멘트를 압출하면서 재료를 녹여 회전식 빌드 트레이에 쌓입니다.

앤더슨은 "많은 필수 로켓 구성 요소가 벽이 얇고 원통형으로 구성되어 있다는 점을 고려할 때 로켓 제작을 지향하는 3D 프린터는 매우 큰 중앙 턴테이블과 함께 작동하는 공간 로봇 조작기를 갖는 경향이 있습니다."라고 말했습니다.

이러한 방식으로 디지털 렌더링은 기반의 크기와 작품이 제작되는 챔버의 크기에 제한이 있는 물리적, 기능적 규모의 구성 요소로 전환될 수 있습니다.

산화제 탱크, 추진제 탱크, 엔진 노즐 벨, 외부 로켓 본체 및 일부 배관은 모두 3D 프린팅에 적합한 로켓의 구성 요소라고 Anderson은 말했습니다. 연소실, 인젝터, 펌프 및 밸브도 목록에 포함됩니다.