초음속 기술용 적층 제조

2026년 5월 21일 | 읽는 데 걸리는 시간: 10분

초음속 분야에서의 성공은 과거에는 물리학적 문제였지만, 오늘날에는 산업화라는 과제로 자리 잡았다. 국방 프로그램들이 마하 5 이상의 속도를 낼 수 있는 비행체 개발을 가속화함에 따라, 전략적 우선순위는 경량화되고 내구성이 뛰어난 핵심 부품을 대량으로 생산하는 쪽으로 옮겨갔다. 초음속 시스템의 기동성과 사정거리는 현대 전장에서 확실한 우위를 제공하지만, 초고속 비행이라는 극한 환경은 제조 과정의 병목 현상을 드러내고 있다.

기존의 제조 방식으로는 이러한 프로그램이 요구하는 기하학적 복잡성과 빠른 개발 주기를 따라잡기 점점 더 어려워지고 있습니다. 차세대 국방 혁신을 위해서는 금속 적층 제조(AM), 특히 레이저 파우더 베드 융합(LPBF) 기술이 필수적입니다. AM과 LPBF는 제조 격차를 해소하고, 구상 단계의 개념을 실제 비행에 투입 가능한 하드웨어로 구현하는 데 필요한 핵심 기술입니다.

초음속 비행의 공학적 과제

초음속 비행은 항공우주 공학 분야에서 가장 혹독한 환경 중 하나를 대표합니다. 기체와 추진 시스템은 종종 2,000°C를 넘는 정점 온도와 같은 극한의 열 부하를 견뎌내야 합니다. “열 장벽”을 넘어선 후에도, 부품들은 기존의 조립체를 손상시킬 수 있는 충격파를 비롯한 극심한 공기역학적 및 압력 하중 속에서도 구조적 무결성을 유지해야 합니다.

고성능 초음속 시스템에는 정교한 내부 냉각 채널과 경량 격자 구조를 포함한, 수학적으로 최적화된 형상이 필요합니다. 기존의 공구로는 초음속 작동 환경을 견딜 수 있는 이러한 부품을 제작하는 것이 사실상 불가능합니다. 게다가 이러한 프로그램이 지닌 지정학적 시급성 때문에, 기존 워크플로우가 허용하는 것보다 훨씬 더 빠른 “설계-시험-반복” 사이클이 요구됩니다.

EOS의 방산용 금속 사업부(BD) 매니저인 라이언 스미스는 기존 시험 대상물에서 발견된 결함 원인에 대한 질문에, 구체적인 결함 데이터는 대개 기밀로 분류되지만 가장 큰 위험은 문제를 너무 늦게 발견하는 것이라고 지적했다. 스미스는 “초음속 시험을 위한 사격장 사용 시간을 확보하기가 어렵기 때문에, 그 단계에 이르기 전에 문제를 찾아내는 것이 중요하다”고 설명했다.

LPBF: 초음속 제조를 위한 금속 3D 프린팅 솔루션

EOS의 금속 LPBF 기술은 타의 추종을 불허하는 일관성을 갖춘 고밀도, 비행용 부품을 생산할 수 있게 함으로써 산업화의 길을 열어줍니다. 금속 3D 프린팅을 활용함으로써 엔지니어들은 다음과 같은 세 가지 핵심 기술적 이점을 누릴 수 있습니다:

1. 고급 열 관리: 부품의 정확한 윤곽을 따라 형성된 밀착형 냉각 채널을 만들어 열을 보다 효율적으로 방출합니다.
2. 부품 통합: 50개 부품으로 구성된 조립체를 단일 일체형 부품으로 축소하여 무게를 최소화하고 고장 요인을 제거합니다.
3. 경량화: 토폴로지 최적화를 활용하여 고압 환경에 필요한 강도를 유지하면서 불필요한 질량을 제거합니다.

EOS는 생산 품질을 보장하기 위해 첨단 모니터링 시스템인 EOSTATE 사용합니다. EOSTATE 같은 도구는 공정 안정성을 EOSTATE 제작 과정에 대한 실시간 통찰력을 EOSTATE . 스미스가 지적했듯이, “적층 제조는 기존 제조 방식으로는 달성할 수 없는 복잡한 형상을 구현함으로써 새로운 가능성을 열어줍니다.” 소규모 반복 제작은 흔하지만, 수 미터 높이에 달하는 대규모 제작물의 경우, 모니터링 및 사전 변형 보정 소프트웨어가 이러한 고부가가치 출력물의 성공을 보장하는 데 필수적입니다.

AM과 기류가 만나는 곳

재료, 시스템, 소프트웨어로 구성된 EOS 생태계는 이미 가장 중요한 초음속 응용 분야를 지원하고 있습니다:

• 추진 시스템 부품: 스크램젯 연소실 및 연료 분사기에 필요한 특수 형상 제작
• 열 관리 시스템: 적층 제조 기술을 통해서만 구현 가능한 초고효율의 소형 열교환기 설계.
• 최신 기술: 노즈 콘과 날개에서 열적 부하가 가장 심한 부위에 냉각 시스템을 직접 통합합니다.

스미스에 따르면 그 장점은 분명하다. “우리가 3D 프린팅으로 제작하는 모든 부품은 적층 제조 방식으로만 만들 수 있습니다.” 브레이징과 같은 전통적인 공법은 스콰르젯 엔진의 목 부분에서 온도 차가 6,000도를 넘을 수 있는 현대식 엔진에는 현실적으로 적용하기 어렵기 때문이다.

방위 산업 분야의 전략적 이점

‘적층 제조 우선’ 접근 방식으로의 전환은 개별 부품 차원을 넘어서는 전략적 이점을 제공합니다. 이는 필요 시점에 맞춰 제조할 수 있게 함으로써 공급망의 회복탄력성을 높이고, 글로벌 주조 업체에 대한 의존도를 줄여줍니다. 또한 디지털 재고 시스템을 통해 국방 기관은 물리적 부품 대신 CAD 파일을 보관할 수 있어 신속한 교체가 가능해집니다.

무엇보다 중요한 점은 EOS 시스템을 통해 시제품 제작 단계에서 양산 단계로의 원활한 전환이 가능하다는 것입니다. 초기 연구개발 단계와 최종 양산 단계 모두 동일한 기술이 사용되므로, 화이트보드상의 구상 단계에서 풍동 시험 단계에 이르는 과정이 상당히 단축됩니다.

초음속 분야의 요구 사항 충족

신뢰할 수 있는 초음속 성능을 확보하기 위한 경쟁에서 금속 적층 제조(AM)는 성공의 핵심 요소입니다. EOS는 적층 제조 분야의 선두주자이지만, 단순한 기술 제공업체 그 이상으로 고객의 생산 파트너로서 자리매김하고 있습니다. 당사는 계약업체와 국방 프로그램이 혁신을 확대해 나갈 수 있도록 전폭적으로 지원하고 있습니다.

초음속 비행의 미래는 바로 지금 만들어지고 있습니다. 귀사의 초음속 응용 분야에 대한 요구 사항에 대해 EOS 전문가와 상담해 보십시오.