새로운 차원의 청소: 적층 가공으로 고성능 드론 솔루션을 구현하는 방법
산업용 청소용 드론
건물 외벽, 넓은 유리 표면, 대규모 태양광 설비의 깨끗한 상태를 유지하는 것은 지속적인 운영상의 과제입니다. 비계, 유압 리프트 또는 로프 접근에 의존하는 기존 방식은 노동 집약적이고 시간이 많이 소요되며 작업자에게 심각한 안전 위험을 초래합니다. 보다 안전하고 효율적이며 비용 효율적인 대안을 찾기 위해 Swiss Drone Services AG는 이러한 기존의 제약을 뛰어넘을 수 있는 솔루션, 즉 고압 청소 시스템이 장착된 특수 드론을 구상했습니다.
하지만 이 비전을 현실로 바꾸는 데는 복잡한 엔지니어링 장애물이 있었습니다. 드론과 청소 장치 사이의 중요한 연결 고리인 노즐과 랜스는 기존 제조 방법의 한계를 뛰어넘는 독특한 특성 조합이 필요했습니다. 이를 해결하기 위해 Swiss Drone Services AG는 적층 제조 전문업체인 Ecoparts AG와 협력하여 EOS 기술의 성능과 정밀도를 활용하여 기능뿐만 아니라 모든 기술적 요구 사항을 충족하는 부품을 생산함으로써 자동화된 고고도 청소의 새로운 시대를 열었습니다.
도전 과제
Swiss Drone Services AG의 핵심 과제는 고압 워터 제트의 가혹함을 견딜 수 있으면서도 드론 기반 작업에 적합할 만큼 가벼운 청소용 랜스와 노즐 어셈블리를 개발하는 것이었습니다. 무게가 너무 무거우면 비행 시간과 기동성이 크게 줄어들어 전체 비즈니스 사례가 손상될 수 있습니다. 드론의 강력한 로터와 고압 클리너의 진동이 결합되어 드론을 제어할 수 없게 만드는 것부터 민감한 프레임과 전자 장치에 장기적인 구조적 손상을 일으키는 것까지 다양한 문제가 발생할 수 있으므로 부품의 안정성이 매우 뛰어나야 했습니다.
또한 이 프로젝트는 다양한 표면과 조건에 맞게 세척 공정을 최적화하기 위해 고도의 맞춤화가 필요했고, 촉박한 마감 기한은 개발팀을 압박했습니다. 기존 방식으로 제조된 솔루션을 사용했다면 밀링 및 용접된 여러 부품으로 구성된 어셈블리를 사용했을 가능성이 높습니다. 이러한 접근 방식은 더 무겁고, 접합부에 잠재적인 고장 지점이 발생하며, 진동 감쇠 용량이 거의 없었을 것입니다. 설계 및 제작 프로세스가 너무 느리고 경직되어 프로젝트의 야심찬 일정과 성능 목표를 달성하기 어려웠을 것입니다. 스위스 드론 서비스는 가볍고 견고하며 고도로 맞춤화된 부품을 신속하게 제공할 수 있는 제조 방식이 필요했는데, 이는 기존 방식으로는 충족할 수 없는 요구 사항의 조합이었습니다.
사용자 지정
맞춤형 페이로드를 갖춘 상업용 드론은 청소 효율성을 최적화합니다.
경량
고압 청소용 랜스를 고정할 수 있는 무게 절약형 브래킷으로 조명 시간을 극대화합니다.
안정적
브라켓은 비행 안정성을 유지하기 위해 진동이 전달되지 않도록 랜스를 고정해야 합니다.
솔루션
고품질 금속 3D 프린팅 부품 생산의 선두 주자인 Ecoparts AG는 자사의 EOS M 290 시스템을 사용하여 맞춤형 랜스와 노즐을 제작했습니다. 선택한 소재는 무게 대비 강도와 열 특성이 뛰어나 까다로운 항공우주 및 산업 분야에 이상적인 합금인 EOS 알루미늄 AlSi10Mg였습니다.
에코파츠의 엔지니어들은 DMLS의 기능을 활용하여 토폴로지적으로 최적화된 모놀리식 부품을 설계할 수 있었습니다. 이 프로세스를 통해 복잡한 어셈블리를 하나의 매끄러운 부품으로 통합할 수 있었습니다. 내부 채널과 복잡한 형상을 설계에 직접 통합하여 구조적으로 필요한 곳에만 재료를 사용하면서 고압수를 위한 유체 경로를 만들었습니다.
이 접근 방식은 부품의 최종 무게를 획기적으로 줄이면서도 강성을 극대화했습니다. 알루미늄 파우더를 60µm 층으로 정밀하게 가공하는 EOS M 290 완벽한 핏과 최적의 유체 역학을 위한 정확한 사양을 충족하면서 최종 부품의 강도를 보장했습니다. 이 신속한 툴리스 생산 방식 덕분에 빠른 설계 반복이 가능했고, 팀은 부품을 완벽하게 테스트하고 개선하여 촉박한 프로젝트 기한을 성공적으로 맞출 수 있었습니다.
"이 프로젝트는 금속 3D 프린팅이 무엇인지 보여주는 완벽한 예입니다. 저중량, 고강도, 내진동성, 복잡한 형상 등 여러 가지 상충되는 요구 사항에 직면했습니다. EOS M 290 사용하여 단일 부품으로 가공하기 거의 불가능한 기능적으로 통합된 고성능 부품을 생산할 수 있었기 때문에 고객의 핵심 제조 과제를 해결할 수 있었습니다."
다니엘 쿤디히, Ecoparts AG
결과
스위스 드론 서비스 AG와 에코파츠의 협업은 첨단 로봇 공학 개발에서 적층 제조가 지속적으로 중요한 역할을 할 수 있음을 입증했습니다. 3D 프린팅된 알루미늄 랜스와 노즐 어셈블리는 모든 성능 기준을 충족하고 초과하여 새로운 청소용 드론 서비스의 상업적 출시에 직접적으로 기여했습니다.
가장 중요한 결과는 가벼운 무게와 높은 안정성의 완벽한 균형을 달성하는 것이었습니다. 최종 구성품은 기계 가공이 가능한 어떤 대안보다 훨씬 가벼워 40%의 무게 감소를 달성했으며, 이는 드론의 비행 시간 연장과 작동 범위 확대로 직결되었습니다.
모놀리식 디자인은 고압 청소기의 힘을 쉽게 견딜 수 있는 매우 견고한 것으로 입증되었습니다.
드론 마운트의 최대 진동을 60% 이상 감소시킨 이 뛰어난 진동 감쇠 기능은 드론 본체를 보호하고 청소 작업 중에도 안정적이고 쉽게 조종할 수 있도록 해줍니다. 한편 EOS M 290 플랫폼의 빠른 개발 주기는 컨셉에서 최종 부품까지 걸리는 기간을 몇 달에서 몇 주로 단축하여 초기 설계 후 단 3주 만에 최종 부품을 납품할 수 있었습니다. 스위스 드론 서비스 AG는 이제 기존 방식보다 더 안전하고 확장 가능한 대안을 제공하는 최첨단 고효율 청소 솔루션을 갖추게 되어 시장에서 확실한 경쟁 우위를 점할 수 있게 되었습니다.
- 40% 무게 감소로 비행 시간과 민첩성 극대화
- 60%의 피크 진동 감소로 비행 안정성 향상
- 3주간의 컨셉부터 파트까지 납품으로 공격적인 프로젝트 일정에 맞추기
- 맞춤형 브래킷 설계로 청소 효율을 최적화하고 물 사용량 감소
"청소용 드론의 작동 안정성이 가장 큰 관심사였습니다. 고압 시스템에서 발생하는 진동은 매우 강렬합니다. 기존 방식으로 부품을 조립했다면 고장 지점이 너무 많고 필요한 강성을 얻지 못했을 것입니다. EOS 기술을 사용한 적층 제조는 가벼우면서도 이러한 힘을 충분히 흡수할 수 있는 강성을 갖춘 부품을 얻을 수 있는 유일한 방법이었기 때문에 우리 시스템을 상업적으로 실행할 수 있었습니다."
마르코 보르톨란, 관리 기술/개발, Swiss Drone Services AG
회사 소개
스위스 드론 서비스 AG
청소, 검사, 측량 등 산업용 애플리케이션을 위한 전문 드론 시스템의 개발 및 운영을 전문으로 하는 혁신적인 서비스 제공업체입니다. 자세히 알아보기: https://swiss-drone-services.ch/en/
Ecoparts AG
스위스의 선도적인 산업용 3D 프린팅 서비스 제공업체로 모터스포츠에서 항공우주에 이르는 다양한 산업 분야의 고품질 금속 부품 생산을 전문으로 합니다. 자세히 알아보기: https://ecoparts.ch/
