“문제 해결 과정에서 겪은 실패가 가장 큰 성과”

▲ (左부터) 강길양·성윤재·이현정

■ 이번에 수행한 산학 프로젝트 주제 선정 과정과 성과는
4차 산업 핵심기술인 △빅데이터 분석 △인공지능 △로봇공학 △사물인터넷 △무인 항공기(드론) △3D프린팅 △나노 기술 중 3D프린팅과 소재를 연계해 적용할 수 있는 분야가 없을까 고민을 했다.

이중 드론의 부품을 3D프린팅 소재를 이용하여 출력하면 드론 부품의 단일화, 경량화를 이루어 낼 수 있지 않을까 판단했다. 이를 목표로 실험한 결과 드론의 여러 복잡한 부품을 3D프린팅을 통해 하나의 일체화된 형태로 디자인을 하고 그 디자인을 토대로 부품을 제작을 진행할 수 있었다.

이런 일체화된 형태는 기존 드론의 여러 부품끼리 접합하는 형태와 비교했을 때 파손되기 쉬운 접합부가 적어 물리적으로 더욱 안정적이고 부품 제조 공정도 여러 개의 부품이 하나의 부품으로 단일화 되면서 줄어드는 결과를 얻었다. 또한 3D프린팅 소재는 기존 플라스틱 제품과 유사한 물성을 나타내어 드론 부품을 제작하는데 적합한 것으로 나타났다.

■산학 프로젝트를 기업들과 수행하면서 어려웠던 점은
전북대 유연인쇄전자 전문대학원 임수만 교수님의 지도로 드론을 신성장동력사업으로 추진 중인 V社와 산학 프로젝트를 진행했는데 3D프린팅을 이용해 드론 부품을 제작하는 방식이 기존 방식과 다르다 보니 자칫 효율성이 떨어져 회사에 누가 되지는 않을까 걱정했다.

다행히도 V社는 새로운 제작 방법에 대해 긍정적으로 생각했고, 새로운 제작 방법으로 일체화된 부품을 실제 드론에 적용하였을 때, 우려되는 부분이나, 추가적인 물성 테스트 등등 여러 가지 항목들에 대한 조언과 독려를 해주셔서 산학 프로젝트를 수월하게 진행할 수 있었다. 그 결과 큰 어려움 없이 드론 부품 제작 프로젝트를 진행할 수 있었고 좋은 성과를 창출할 수 있었다.

          DLP·FDM 3D프린팅 드론 부품 제작, 단일화·경량화 성과 창출
        형상·재료특성·출력방식 종합 고려 SW 필요, 타 분야 관심 높아져

▲ DLP·FDM 3D프린팅을 통해 드론의 몸체를 구성하는 구조물을 이어주는 부품을 제작·적용하고 실제 비행에 성공했다.

■ 3D프린팅을 적용하면서 느낀 개선해야할 점은
산학 프로젝트에서는 DLP(Digital Light Processing)와 FDM(Fused deposition modeling) 공정으로 드론 부품을 출력한 뒤 실제 드론에 적용하는 일련의 과정을 진행했다. 뜨거운 노즐을 통해 재료를 녹여 압출 시켜 적층하는 방식인 FDM은 출력 속도가 빨랐지만, 출력물의 해상도와 출력 시 치수 안정성이 DLP보다 좋지 않았다.

반면 DLP는 FDM 방식보다 출력속도가 느리지만, 더욱 정교한 제품을 얻을 수 있었다. 산학 프로젝트 중 DLP 방식으로 중공 구조를 갖는 드론 부품을 출력하면서 몇 번의 실패가 있었는데 이는 출력 중 제품의 자중에 의한 휘어짐과 서포터의 문제였고 출력물의 방향과 서포터를 조절함으로써 해결할 수 있었다.

최종 결과물은 드론의 몸체를 구성하는 구조물을 이어주는 이음새로 다른 부품들에 비해 높은 해상도나 복잡한 구조를 요구로 하지 않아 FDM, DLP 방식으로 만든 부품을 모두 성공적으로 실제 드론에 적용할 수 있었다.

머릿속으로 구상한 것을 3D프린터를 이용해 실제로 출력하기 위해서는 제품의 형상, 재료의 특성, 출력방식 등을 종합적으로 고려해야겠다고 생각했다. 그리고 이러한 고려사항과 문제점들을 보다 빠르고 정확하게 판단할 수 있는 소프트웨어(SW)가 나오면 좋겠다.

■다시 프로젝트를 할 수 있는 기회가 주어진다면
이번 산학 프로젝트를 통해 수업 시간과 특강을 통해 배운 이론적인 내용들을 실제로 3D프린터를 이용하여 출력물을 제작하고, 출력물을 제품에 적용하는 과정에서 발생하는 여러 문제들을 해결하고 얻은 경험은 프로젝트를 진행하지 않았더라면 얻지 못했을 아주 큰 성과라고 생각한다.

하지만 3D프린팅을 이용하여 출력한 드론 부품이 DfAM(적층제조특화디자인)에 적합한 제품인지에 대한 고민이 조금은 부족했던 것 같다. ‘첨단 신소재 기반 3D프린팅 전문 인력 양성 사업’을 진행 중인 전북대학교는 스마트 소재 분야와 연관된 산학프로젝트를 수행하였다.

인력양성 사업 동안 다양한 분야의 특강을 들으면서 다른 대학에서 진행되고 있는 금속, 바이오 등등 여러 분야에 관심이 생겼고, 이러한 분야의 산학 프로젝트를 참여해보고 싶다는 생각이 들었다. 이렇게 자신의 전공 이외에도 여러 학교의 다양한 전공을 가진 학생들과 산학 프로젝트를 진행하고 소통하게 된다면 서로의 지식을 보다 쉽게 공유하고 많은 경험을 얻을 수 있을 것 같다.