바이오닉 비의 폴리머 3D프린팅 프레임은 어떻게 가벼워졌나
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작은 비행체라도 날개를 움직이는 장치와 배터리가 들어갈 공간은 필요하다. 페스토는 바이오닉 비의 프레임에서 불필요한 재료를 덜어 격자로 설계했고, 1zu1은 정밀 폴리머 3D프린팅 장비로 그 형상을 만들었다. 이 글은 장비 제조사 EOS의 협업 사례 설명을 바탕으로 한다.
AI 개념 이미지: 미세한 폴리머 격자 프레임과 내부 구동 부품을 갖춘 바이오닉 비를 그렸다. 실제 제품을 촬영한 사진은 아니다.
바이오닉 비의 격자 프레임이 맡은 일
페스토의 바이오닉 비는 날개폭 240mm, 전체 무게 34g인 초소형 항공기다. EOS가 소개한 설계 목표는 무게를 낮추면서 내구성과 기능을 함께 확보하는 것이었다. 몸체에는 브러시리스 모터, 서보모터 3개, 배터리, 기어박스와 여러 회로기판이 들어가야 했다.
페스토는 알고리즘을 활용해 프레임의 불필요한 재료를 찾아 덜어냈다. 남은 부분이 서로 이어지는 격자는 적은 재료로 구조를 만드는 설계다. 그러나 초기 시제품에는 견고함이나 유연성의 한계가 있었고, 설계한 가는 형상을 실제로 출력하는 일도 과제였다.
FDR 폴리머 3D프린팅과 PA 1101의 역할
선택적 레이저 소결(SLS)은 폴리머 분말의 필요한 부분을 레이저로 굳혀 층층이 쌓는다. EOS에 따르면 일반적인 SLS 장비로는 바이오닉 비 프레임의 미세하고 복잡한 형상을 실제 사용 조건에 맞게 만들기 어려웠다. 생산을 맡은 1zu1은 EOS FORMIGA P 110 FDR을 선택했다.
FDR은 가는 세부 형상을 만드는 기술이다. 1zu1의 생산 담당자는 여기에 쓰인 CO 레이저 빔이 일반 SLS 장비의 절반 크기라고 설명했다. 팀은 페스토의 설계와 장비의 고해상도 제작 능력을 결합해 격자를 다듬고 설계를 반복했다.
격자를 이루는 소재는 질기고 유연한 폴리머 PA 1101이었다. EOS는 이 소재가 가벼운 구조의 내구성을 확보하는 데 쓰였다고 설명한다. 가는 줄기로 이루어진 프레임에서는 형상을 얼마나 세밀하게 만들 수 있는지뿐 아니라, 그 줄기가 어떤 소재로 만들어지는지도 중요하다.
줄어든 무게와 비행 시연은 무엇을 보여주나
페스토의 시제품 제작 책임자는 프레임 무게를 12g에서 3g으로 줄였고 안정성을 해치지 않았다고 밝혔다. 이는 같은 사례에서 프레임 무게가 4분의 1이 됐다는 뜻이다. 완성 뒤에는 짧은 시험 비행을 거쳐 기체마다 제어기 설정값을 자동으로 조정했다.
바이오닉 비 20대의 동기화 군집 비행도 시연됐다. EOS는 이를 위치 파악, 통신, 제어 시스템의 성능을 보여주는 사례로 소개한다. 시연은 완성한 비행체의 결과이므로, 프레임 경량화만의 비행 시간 증가량으로 읽을 수는 없다.
아이컨택은 내부 구동 부품을 담아야 하는 소형 비행체를 설계할 때, 격자의 무게 목표와 출력 가능한 세부 형상, 소재의 특성, 기체별 비행 후 보정을 함께 검토할 만하다고 본다.
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