3D Systems Application Innovation Group은 소형 위성 응용 분야를 위해 적층 제조된 무선 주파수(RF) 패치 안테나의 공정 개발, 브릿지 생산, 기술 이전을 지원했습니다.

DMP Flex 350의 제공으로 Fleet Space Technologies는 140 Alpha 위성 관측을 위한 안테나를 자체적으로 생산이 가능해졌습니다.

ROCK HILL, 사우스캐롤라이나, 2022년 7월 21일 – 오늘 3D Systems(NYSE:DDD)는 Alpha 위성 관측에 사용하기 위한 혁신적인 RF 패치 안테나의 생산으로 이끈 Fleet Space Technologies와의 새로운 협업을 발표했습니다. 3D Systems의 Application Innovation Group(AIG) 전문성과 함께 Fleet Space Technologies 고유한 설계가 결합된 것으로서, DMP Flex 350를 통해 단 3주만에 Fleet Space의 기존 RF 패치 설계를 소형 배치 생산으로 이동하여 공정 개발과 브릿지 생산을 포함하는 완벽한 적층 제조 솔루션을 설계합니다. Fleet Space Technologies는 DMP Flex 350 프린터를 Beverley, Adelaide 본사에서 운영하고 있으므로 이제 회사가 자체적으로 패치 안테나를 생산할 수 있습니다. 이프린터는 환경에 최소한의 영향을 미치는 채굴 탐사를 위한 Fleet Space Technologies ExoSphere 이니셔티브의 일환으로 저지구 궤도의 별자리에서 작동하는 각 Alpha 위성의 RF 패치 안테나를 만드는 데 사용될 것입니다.

무선 주파수(RF) 패치 안테나는 Fleet Space Technologies Alpha 위성용 LaserForm AlSi10Mg 및 A6061-RAM2 소재로 3D Systems의 Application Innovation Group에서 프린트했습니다.

Fleet Space Technologies 엔지니어링 팀은 크기, 무게 및 성능 요건을 충족하면서 후처리의 필요성을 최소화하도록 안테나를 설계했습니다. 팀은 이 패치 안테나 설계의 기하형상이 실현될 수 있는 유일한 방법은 적층 제조를 통하는 방법임을 알고 있었습니다. 3D Systems AIG는 두 가지 소재, LaserForm AlSi10Mg와 Al6061-RAM2로 DMP Flex 350 프린터에서 안테나를 생산하는 프린트 공정을 개발했습니다. 저산소 환경(<25 ppm)을 유지하는 DMP Flex 350의 고유한 진공 챔버 아키텍처가 중요했습니다. 진공 챔버 아키텍처는 아르곤 가스 소비가 크게 감소할 뿐만 아니라, 신호 손실을 최소화하는 미세 피처 세부 구조와 함께 우수한 표면 마감 처리를 제공합니다. 게다가, DMP Flex 350에는 3D 모델에서 성공적으로 프린트된 부품으로 신속하고 효율적으로 전환하기 위해 설계에서 후처리에 이르기까지 적층 제조 워크플로의 모든 단계를 지원하는 3DXpert® 소프트웨어가 포함되어 있습니다. 팀은 DMP Flex 350에서 빌드당 55개의 RF 패치 안테나를 빠르고 비용 효율적으로 생산할 수 있습니다. DMP Flex 350 솔루션이 현장에 있다면 Fleet Space Technologies가 이전에는 사용할 수 없었던 구조 구성품을 적층 제조할 수 있게 될 것입니다.

Fleet Space Technologies는 Alpha 별자리에 140개 이상의 위성을 위한 RF 패치 안테나를 생산하기 위해 DMP Flex 350 프린터를 의뢰하고 있습니다.

3D Systems의 항공우주 및 방위 부문 부사장인 Dr. Michael Shepard는 "Fleet Space Technologies와의 협력은 3D Systems가 항공우주 고객이 혁신을 가속화하고 적층 제조 응용 분야 개발의 위험을 제거하는 데 어떠한 도움이 되는지에 대한 또 다른 예입니다."라고 말합니다. "우리는 고객과 협력하여 고객의 요구에 적합한 하드웨어, 소재, 소프트웨어 및 서비스를 갖춘 응용 분야 솔루션을 제공함으로써 이를 수행합니다. 이번 사례에서는 Fleet Space Technologies가 매우 짧은 시간 안에 위성 하드웨어를 위한 적격한 생산 공정을 사내에 도입하도록 지원할 수 있었습니다."

"Fleet의 Alpha 별자리는 진정한 전세계 연결성의 잠재력을 실현하려는 우리의 사명에서 중요한 도약을 나타내며, 그렇게 하면서 '중요 광물의 탐색을 보다 지속 가능하고 실행 가능하게 실천'과 같은 응용 분야를 위한 전역적 이점을 창출하고 있습니다."라고 Fleet Space Technologies 설립자 겸 CEO인 Flavia Tata Nardini는 말합니다. "이를 달성하기 위해 우리는 경제적으로 실행 가능한 방식으로 규모에 맞게 뛰어난 품질을 제공하기 위한 기술을 제조하는 더 많은 방법을 찾기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 3D Systems의 AIG와 함께 당사는 사우스 오스트레일리아, 애들레이드에 있는 세계적 수준의 시설에서 적층 제조의 주목할 만한 잠재력을 실현하고 있습니다. 이 기술을 통해 당사의 직원들은 Alpha 별자리에 140개 이상의 저궤도 위성을 발사하려는 Fleet의 야망을 이행할 생산 공정을 만들 수 있습니다."

3D Systems의 발전된 소재에 대한 접근 가속화 - 새로운 응용 분야 개척

- Direct Metal Printing 플랫폼에서 인증된 scalmalloy (A) 및 인증된 M789 (A)의 고강도 내식성 부품의 적층 제조 용이하게 함

- Application Innovation Group 은 고객이 소재를 인증할 수 있도록 지원하는 서비스를 제공하여 혁신 가속화와 출시 기간 단축 실현

록힐, 사우스캐롤라이나, 2021년 9월 2일 - 3D Systems (NYSE : DDD) 오늘 업계를 선도할 재료 포트폴리오에 Certified Scalmalloy (A) 및 Certified M789 (A) 를 추가하였습니다. 이 두 가지는 항공 우주, 모터스포츠 및 자동차, 반도체, 에너지 및 금형 제작과 같은 시장에서 추가 응용 분야를 위한 까다로운 산업용 고강도 내식성 부품의 제작을 용이하게 합니다. 이번 새로운 재료의 출시를 통해 고객은 DMP (Direct Metal Printing) 플랫폼에서 금속 적층 제조에 최적화된 고성능 재료를 사용할 수 있습니다. 또한, 3D Systems 는 소재 제조업체인 APWORKS 및 voestalpine BOHLER Edelstahl 과 협력하여 금속 3D 프린팅 기술과 함께 사용할 수 있도록 이러한 소재를 인증했습니다. 이제 고객은 회사의 AIG (Application Innovation Group) 와 협력하여 DMP Flex 350 및 DMP Factory 350 프린터와 함께 사용하기 위해 이러한 소재를 효율적으로 인증할 수 있으며, 그로인해 출시 기간이 단축되어 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

Scalmalloy^®

Scalmalloy 는 520MPa 의 인장 강도와 480MPa 의 항복 강도를 가진 고강도 알루미늄 합금으로 기준 소재인 AlSi 10Mg 보다 훨씬 더 강력합니다. Scalmalloy 의 고강도는 중량 효율적인 하중 지지 부품을 적층 제조하는 데 이상적입니다. 제조업체는 이 소재를 사용하여 회사의 DMP Flex 350 및 DMP Factory 350 금속 3D 프린터용 3DXpert  소프트웨어에서 사욜할 수 있는 완전히 개발된 빌드 스타일을 통해, 고강도 부식 방지 알루미늄 부품을 생산할 수 있습니다. 또한, Scalmalloy를 사용하여 생산된 부품은 최적의 표면 품질을 가지는 최종 부품을 만들기 위해, 후처리공정 중에 표면 잔여물을 제거하여 화학적으로 세척될 수 있습니다.

이 재료의 이상적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 항공우주 : 수동 RF 부품 (예 : 필터, 도파관 등), 경량 구조 부품
• 모터스포츠 및 자동차 : 금속 구조 부품 (예 : 서스펜션 브래킷, 변속기 케이스), 에너지 및 유페 관리
• 반도체 : 유체 흐름 (예 : 매니폴드), 열 관리 (예 : 냉각 노즐, 웨이퍼 테이블) 

3D Systems DMP Flex 350 금속 프린터의 Certified Scalmalloy (A) 로 제작된 서스펜션 로커.

강도가 높은 이 알루미늄 소재 (금속 적층 제조용으로 특별히 개발됨) 는 고객이 금속 구조 부품의 질량을 더욱 줄일 수 있도록 합니다. 

"Scalmalloy의 부품을 적층 제조하는 기능을 당사 포트폴리오에 추가하는 것은 중요한 발전이며, 특히 항공우주 분야에 매우 적합한 것입니다."라고 3D Systems 의 항공우주 및 방위 부문 부사장인 Dr. Michael Shepard 가 말했습니다.  

"Scalmalloy 는 매우 매력적인 강도 대 중량 비율을 가지며 기존의 많은 고강도 알루미늄 합금보다 3D 프린팅에 더 적합합니다. 

이러한 성능 특성은 항공우주 응용 분야에 이상적이며 고객이 3D 프린팅된 Scalmalloy 구성 요소를 사용하여 한계를 혁신으로 계속해서 확장하는 방법을 보게 되어 기쁩니다."

M789 (BÖHLER M789 AMPO)

M789를 사용하면 최대 52HRC 까지 경화될 수 있을 뿐만 아니라, 코발트가 포함되지 않은 고강도 금형 및 툴링을 생산할 수 있습니다. 

3D Systems 는 파트너인 GF Maching Solutions 와의 협력을 통해 DMP 플랫폼에 대한 M789 인증을 획득하여 확장된 적용 분야를 조성하기 위해 단단하고 내부식성인 공구 강철에 대한 고객의 요구를 받아들였습니다. 

출력된 부품은 반복적인 제조 공정의 혹독함과 습도가 높은 지역에서의 사용 모두를 견딜 수 있는 장기적인 사용에 최적입니다.

이 소재의 이상적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 금형 제작 : 등각 냉각 기능이 있는 금형 인서트
• 에너지 : 드릴 비트, 절삭 공구
• 자동차 : 타이어 금형, 구동 트레인 부품, 차축 부품

M789(A) 무코발트 공구강에서 금속 적층 제조로 생산된 통풍구용 고강도 몰드 인서트

통합된 등각 냉각 채널은 열 방출을 관리하고 균일한 냉각을 달성하며 뒤틀림 및 변형을 줄이면서 전반적인 사출 성형 경제성을 향상시킴

3D Systems 의 운송 및 모터 스포츠 부문 리더인 Kevin Baughey 는 "자동차 업계의 고객들은 혁신을 앞당기고 가속화하기 위해 적층 제조에 점점 더 의존하고 있습니다. 

M789 를 금속 3D 프린팅의 솔루션의 일부로 포함시키면 자동차 고객에게 더 높은 정확도를 제공할 수 있습니다. 

이를 통해 등형 냉각 및 타이어 접지면 금형이 장착된 금형 인서트와 같이 더 높은 정확도와 더 얅은 벽체가 필요한 응용 분야에 기술을 사용할 수 있으며, 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다." 라고 말했습니다.

9월 13일부터 15일까지 시카고의 McCormick Place 에서 개최되는 RAPID+TCT 2021 에서 참석자들은 부스 E7601 의 3D Systems 를 방문하여 이러한 소재의 장점을 더 자세히 알아볼 수 있습니다. 

방문객들은 이러한 새로운 소재를 사용하여 생산된 부품을 볼 수 있을 뿐만 아니라, 3D Systems 의 응용 분야 전문가와 이야기하여 Scalmalloy 및 M789 를 사용한 고유의 응용 분야 문제들을 해결할 수 있는 방법을 알아볼 수 있습니다.

유럽우주국(ESA -European Space Agency-)은 3D Systems와 협력하여 주문형 부품제 제조 서비스 팀과 함께 DMP(Direct Metal Printing)를 사용해 이중 추진 통신 위성 엔진에 중요한 인젝터, 연소 챔버, 팽창 노즐을 생산했습니다.

이러한 부품을 통해 ESA는 현재 설계의 제조를 추가로 개선할 잠재력을 평가할 수 있습니다. 또한 ESA와 3D Systems 전문가들은 DMP 설계를 활용하여 앞서 언급한 위성 엔진 부품과 기능적으로 구별되는 설계 대안을 제작했습니다. 

예를 들어, 지지 외부 구조 스캐폴드가 적용된 얇은 벽 압력 용기를 통합한 모놀리식 연소 챔버 설계가 있습니다. DMP는 중량을 줄이고 어셈블리를 간소화하며 제조 속도를 높이고 후기 단계 설계 조정을 지원합니다. 

ESA와의 협력은 3D Systems가 우주 및 항공우주 제조 우수성을 지원하여 자사의 고유한 노하우를 제공하는 전략에 부합합니다.

혁신적인 DMP 매니폴드를 통해 밸브에서 연소 챔버까지 추진제의 흐름을 최적화할 수 있습니다.

DMP의 현재 상태

 통신 위성은 모바일 인터넷과 은행 간 보안 금융 통신, 직접 TV 방송, 일기 예보를 위한 지구 관측에 필수입니다. ESA의 역할 중 하나는 우주 위성 엔진 기술 개발을 감독하는 것입니다. 

내부 자금 지원 프로그램의 일부로 ESA는 금속 적층 제조/DMP(Direct Metal Printing)의 현재 상태를 조사하면서 향후 엔진 개발에 있어 그 잠재력과 성숙도를 평가하고 있습니다.

연구 프로그램의 일환으로 ESA는 3D Systems를 선택했습니다. 그 이유는 이 회사가 제공하는 기술 전문성과 고객 서비스 때문입니다. 

3D Systems는 세 개의 중요 엔진 부품의 현재 설계와 DMP 지원 기능 설계 변형 대안을 제작했습니다. 

위성 엔진의 인젝터 부품은 두 개의 추진제를 제어된 방식으로 모아서 자연 발화시키고 지속적으로 연소시킵니다. 

벤튜리 형상의 연소 챔버는 화학적 배기 가스를 가속하여 위성이 올바른 궤도를 돌도록 합니다.

팽창 노즐은 다운스트림의 가스 흐름에 영향을 줌으로써 모션 특성에 영향을 미칩니다.

"DMP는 혁신적인 매니폴드를 제공하여 추진제 밸브에서 연소 챔버까지 흐름을 최적화합니다."

130마이크론 해상도의 x-레이 이미지로 판단할 때 DMP는 인젝터 제조에 실용적인 방법입니다.

혁신적인 인젝터 매니폴드

 "DMP는 혁신적인 매니폴드를 제공하여 추진제 밸브에서 연소 챔버까지 흐름을 최적화합니다"라고 Simon Hyde 씨는 말합니다. 

자유로운 설계 덕분에 ESA는 인젝터 어셈블리 부품 수를 기존 제조의 5개 이상에서 1개로 줄였고 안정적인 유압 분사 작동을 달성하는 데 필요한 위험한 실링 용접 작업을 많이 없애 비용과 위험을 크게 감소시켰습니다. 

AM 생산 공정을 완전히 제어함으로써, 3D Systems는 티타늄을 비롯한 점차 증가하는 금속과 합금에서 균일한 미세 구조와 최대 99.98%의 상대 밀도를 달성하고 있습니다.

DMP는 민감한 추진제 밸브 시트와 우주선 자체에 열이 다시 흡수되는 것을 방지하는 인젝터 열 설계를 확립하는 데도 적합합니다. 

공구 세공 액세스 제약이 없으므로 금속 스캐폴드를 대신 사용해 전도율을 제어하여 열 스탠드오프를 재설계할 수 있습니다. 

비행 가능한 티타늄 소재((Ti6Al4V)로 제작된 인젝터 부품은 우주 부문의 제품 보증 요건과 로켓 모터 디자이너의 설계 요구에 접근하고 있습니다.

분리된 챔버 기능

소형 우주 위성 엔진의 연소 챔버는 일반적으로 노즐 출구가 지지되지 않는 수렴 발산 노즐로 구성됩니다. 

추진제 반응은 배기 가스가 목 수축을 통과해 발산 영역으로 흘러 들어가 초음속으로 팽창하기 전에 수렴 영역에서 완료됩니다. 

기존 챔버는 이러한 일시적 부하에 반응하는 두꺼워진 벽으로 발사와 관련된 비작동 부하를 견디도록 설계되었습니다. 

일단 안정 궤도에 들어가고 작동이 가능해지면 챔버에는 이와 같은 두꺼운 벽이 필요하지 않습니다.

Simon Hyde 씨는 DMP로 챔버 기능을 작동 및 비작동 로드 케이스 간에 분리할 수 있었다고 말합니다. 

직관적으로 이것은 팽창 노즐의 부착을 위해 얇은 연소기 벽과 용접 플랜지를 지지하는 스트러트 작업 리브로 변환됩니다. 

거친 스트러트 작업 대신 3D Systems는 지지 구조를 저밀도 메시로 제작했습니다. 

부피 밀도가 최저 12%까지 낮기 때문에 DMP는 연소 챔버 중량을 크게 줄이거나 구조적 안전 허용 범위를 개선할 수 있습니다.

Ti6Al4V 소재로 제작된 실제 챔버 소재는 극한의 연소열을 견디기 위해 내화성 소재 합금(예: 니오븀, 몰리브덴, 탄탈룸, 텅스텐 및/또는 레늄에 기반함)일 수 있습니다. 

이처럼 혁신적인 연소 챔버 설계에 관한 추가 조사에는 응력 장에서 메시의 등방성과 상세한 열 충격에 대한 연구가 포함됩니다. 

이 메시는 유효 표면 방사율을 높이므로 챔버 주위의 열 플럭스에 분명한 영향을 미칠 것입니다.

유망한 설계 기회를 통해 엔진 연소 챔버의 얇은 벽을 지지하는 방사 표면에 저밀도 메시가 만들어졌습니다.

대규모 DMP

또한 ESA 엔지니어는 출구 직경이 50cm에 가까운 팽창 노즐을 제조하기 위해 DMP를 검사했습니다. 

DMP 생산량과 관련해서 3D Systems는 275 x 275 x 450mm 상자에 맞는 모든 부품 기하형상을 생산할 수 있습니다. 

노즐의 응력이 비교적 낮아서 돌출부 질량을 최소화하는 것이 캔틸레버 엔진 설계의 여지를 늘리는 데 중요합니다. 

3D Systems는 티타늄(Ti6Al4V)으로 팽창 노즐을 제작했고 이는 팽창 노즐의 기계적 및 열적 요구 사항을 대부분 충족합니다.

Hyde에 따르면 DMP에는 설계의 유연성을 모두 제거하는 기존 회전 성형 판금에 비해 분명한 제작 이점이 있습니다. 

엔진 성능을 고객별 추력 프로파일에 맞게 조정할 수 있으므로 후기 공정까지 여러 설계 옵션이 남아 있을 수 있습니다.

DMP는 기존 회전 성형 판금에 비해 설계 유연성을 높여주므로 엔진 성능을 고객별 추력 프로파일에 맞게 조정할 수 있습니다.

출구 직경이 50cm에 가까운 팽창 노즐

영국 포츠머스의 Airbus Defence and Space 제조 팀은 3D Systems의 AM 자문 및 제조 지원과 함께 전환 어셈블리 네트워크의  적층 제조 (AM)를 위한 혁신적 설계를 개발하였습니다. 

무선 주파수(RF) 수신 하드웨어는 주요 위성 통신 서비스 공급업체인 Eutelsat의 궤도에 합류할 Eurostar Neo 우주선 2대용으로 선정되었습니다.

이 프로그램 발표와 함께 Airbus의 HOTBIRD 페이로드 관리자인 Gareth Penlington은 다음과 같이 말했습니다. 

"[DMP]를 활용해 처음으로 대규모의 RF 제품을 공급하면서 Airbus는 RF 부품을 생산하는 기술 분야에서 업계를 선도하는 기업으로 거듭나게 되었습니다."  

Airbus와 3D Systems는 여러 해 동안 협력해 왔으며, 3D Systems는 초기부터 이 프로젝트에 참여해 애플리케이션 개발 및 프로토타입 제작을 위한 입력 및 지원을 제공하고 인증 및 산업화로 계속해서 참여하고 있습니다. 

AM은 설계의 자유, 중량 감소, 부품 성능 최적화로 인해 이 프로젝트에 선정되었습니다. 

Airbus는 AM을 선택함으로써 팀이 더 부가 가치 작업에 집중하도록 하고 필요한 개별 부품 수를 크게 줄임으로써 조립 노동력을 상당히 줄였다고 언급했습니다.

고정밀 요구 사항과 더불어 전환 어셈블리 네트워크는 얇은 벽과 큰 질량 농도를 결합했습니다. 

3D Systems 애플리케이션 혁신 그룹 (AIG) 의 전문가들은 수십 년 동안 DMP(Direct Metal Printing) 응용 분야를 위한 적층 제조 및 후처리 디자인에 대한 전문성을 제공해 왔습니다. 

AM 산업의 선구자이자 사내 항공우주 분야 전문가를 둔 AIG는 Airbus 의 설계 및 엔지니어링 전반에 걸쳐 분석 을 돕고 위험을 회피합니다. 

3D Systems는 Airbus를 도와 최초의 대규모 배포가 가능하도록 효율적이고 신뢰할 수 있는 부품 제조 흐름을 개발했습니다.

3D Systems 애플리케이션 혁신 그룹의 항공우주 분야 개발 관리자인 Koen Huybrechts는 또 다른 숨겨진 성공 원인을 다음과 같이 설명했습니다.

"Airbus는 신규 RF 프로젝트마다 생각의 규모를 키웠고 우리는 정확히 그 점이 좋았습니다. 두 회사의 협력은 자연스럽게 진정한 파트너십으로 발전했습니다. 우리는 우리의 기술이 제공하는 기회와 한계를 안내함으로써 고객에게 투자합니다. Airbus처럼 호기심 많은 고객에게 이런 방식은 지속적인 공동 개발 및 혁신으로 이어집니다."

최종 전환 어셈블리 네트워크는 벨기에 루벤의 3D Systems 고객 혁신 센터에 있는 DMP Factory 350 장비를 통해 LaserForm® AlSi10Mg 알루미늄 소재로 인쇄되었습니다. 

이 시설은 항공우주 품질 시스템 표준(AS9100D)으로 인증되었으며 이번 프로젝트와 같은 대규모 산업화 프로젝트를 지원할 수 있는 인재 및 리소스를 갖추고 있습니다.

3D Systems의 AIG 전문가는 전문성을 갖춘 생산에 단계별 접근 방식을 통해 기업이 체계적이고 검증된 절차를 통해 AM 생산 워크플로를 마련하고 제어할 수 있도록 돕습니다. 

3D Systems의 DMP 솔루션은 하드웨어, 소프트웨어, 소재를 결합해 최고의 인쇄 품질 및 신뢰성을 제공합니다. 

3D Systems의 DMP 장비가 제공하는 불활성 인쇄 대기는 동급 최고 산소 함량(<25 ppm)으로 화학적 순도가 높고 소재 품질 안정성이 오래 지속됩니다.

복합 메탈 AM 부품 산업화 실현을 위한 협력

Airbus와 3D Systems의 협력은 계속됩니다. 이 프로젝트의 핵심 내용은 다음과 같습니다.

• DfAM 자문 및 공동 엔지니어링
• 산업화 최적화 RF 부품 협력
• 복합 금속 AM 부품 다량 공급