한국생산기술연구원(생기원)은 우주발사체용 3D프린팅 부품을 만들어 극저온에서 내압 실험에 성공했다고 밝혔다. 우주발사체의 실제 운용 조건에서 3D프린팅 부품의 신뢰성을 입증한 것이다.
생기원은 한국항공우주연구원, 케이피항공산업㈜, ㈜에이엠솔루션즈, 한양대학교와의 공동 연구를 통해 개발한 대형 금속 압력용기가 극저온 환경에서 고압 조건의 내압 시험을 세계 최초로 통과했다고 12일 밝혔다.
우주발사체나 위성에 탑재되는 고압용기는 액체연료와 추진제의 저장, 공급, 자세제어용 가스의 고압 상태를 유지하기 위한 핵심 부품이다. 강도가 높으면서도 가볍고, 추진제 탱크의 극저온 환경에서도 안정적 성능을 유지할 수 있어야 해 티타늄 합금이 주요 소재로 활용된다. 그런데 티타늄 합금 용기를 기존 주조나 단조 방식으로 제작할 경우 대형 제품 제작 시 소재 수급이 어렵고, 설계상 제약 때문에 비용과 납기가 늘어나는 문제가 있다.
연구팀은 형상과 크기에 제약 없는 맞춤형 생산체계를 구현해 소재 효율성을 높이고, 후처리 공정과 제작비용을 줄이고자 적층제조 공정을 도입했다. 먼저 생기원 3D프린팅제조혁신센터 이협 수석연구원 연구팀이 레이저와 금속 와이어를 사용하는 ‘DED’ 방식으로 직경 640㎜, 크기 130L급 티타늄 합금 고압용기를 제작했다.
항우연은 극저온 시험을 주관했다. 용기 내부를 섭씨 영하 196도의 액체질소로 냉각한 뒤 330bar의 입증 압력까지 단계적으로 가압하는 방식으로 내압 성능을 평가했다.
이협 수석연구원은 “실증을 통해 실제 운용 조건을 모사한 극저온 및 고압 조건에서도 대형 적층제조 구조물의 신뢰성을 확보할 수 있음을 입증했다”며 “다양한 우주항공 응용 분야에 적층제조 기술을 적극 활용할 수 있는 기반을 구축했다는 데 의미가 있다”고 밝혔다.