항공우주 분야의 세계적인 선도 기업인 Airbus에서 적층제조 기술을 통해 연료 공기 분리기(Fuel Air Separator)의 생산방식을 혁신한 사례에 대해 알아보겠습니다.
Airbus: 항공 혁신을 선도하는 기업
Airbus(에어버스)는 항공우주 분야에서 세계적인 선도 기업으로, 첨단 기술과 혁신적인 디자인을 통해 상업용 항공기에서 우주 시스템에 이르기까지 다양한 제품군을 제공하며 성능 개선, 비용 절감, 지속 가능성 향상을 위해 끊임없이 혁신합니다.
이번 사례는 Airbus A330 항공기의 보조 동력 장치(APU) 연료 공급 시스템에 사용되는 연료 공기 분리기(Fuel Air Separator)의 변화를 다룹니다. Nikon SLM Solutions의 적층 제조 기술과 Hexagon의 AM 소프트웨어 도구를 활용해 이 부품의 설계와 생산 방식이 혁신되었습니다.
전통적 제조의 한계
A330 연료 공기 분리기의 전통적인 제조 방식은 30개 이상의 개별 부품을 수작업으로 용접 및 조립해야 하는 복잡한 과정을 포함합니다. 이러한 전통적인 방식은 다음과 같은 문제를 야기합니다:
노동 집약적: 숙련된 인력이 많은 작업 단계를 수행해야 합니다.
긴 리드 타임: 부품 제작과 조립 모두 시간이 많이 소요됩니다.
설계 개선의 한계: 기존 제조 방식은 설계 변경을 어렵게 만들어 성능 최적화에 제약을 가합니다.
Airbus는 이 부품의 생산 공정을 단순화하고 부품 성능을 최적화하는 동시에, 부품 제조와 APU 연료 공급 시스템 설치 과정에서의 리드 타임을 단축하는 것을 목표로 했습니다.
이번 사례는 Airbus A330 항공기의 보조 동력 장치(APU) 연료 공급 시스템에 사용되는 연료 공기 분리기(Fuel Air Separator)의 변화를 다룹니다. Nikon SLM Solutions의 적층 제조 기술과 Hexagon의 AM 소프트웨어 도구를 활용해 이 부품의 설계와 생산 방식이 혁신되었습니다.
Nikon SLM Solutions 및 Hexagon과의 협업
Airbus는 Nikon SLM Solutions(니콘 에스엘엠 솔루션즈) 및 Hexagon(헥사곤)과 협력하여 연료 공기 분리기 부품의 설계 및 생산 방식을 재구상하고자 했습니다.
이 과정에서 Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600은 생산에 필요한 첨단 멀티 레이저 파우더 베드 융합(LPBF) AM 기술을 제공하였고, 헥사곤은 고도화된 AM 생성 설계(Generative Design), NXG XII 600 작업 준비 최적화, 사전 시뮬레이션 및 최적화를 통해 최초 제작 성공을 보장하는 데 중요한 역할을 했습니다.
이러한 협업을 통해 Airbus는 항공우주 산업의 엄격한 요구 사항을 충족하는 동시에 상당한 중량 감소를 달성하여 지속 가능성 향상이라는 의미 있는 성과를 이끌어냈습니다.
설계 및 제조 과정
1. 생성 설계 및 통합
Hexagon Apex GD의 생성 설계 기술을 활용하여 30개 이상의 개별 부품을 하나의 경량화된 단일 부품으로 통합했습니다.
*생성 설계란?
Generative Design(생성 설계)는 인공지능(AI)과 알고리즘을 활용해 자동으로 다양한 설계 옵션을 생성하는 최첨단 설계 방식입니다. 기존의 설계 방식에서는 엔지니어가 직접 형태와 구조를 정의하는 반면, 생성 설계에서는 엔지니어가 목표와 제약 조건을 설정하면 소프트웨어가 수천 가지 설계 대안을 자동으로 생성, 분석, 최적화합니다.
이 기술은 특히 항공우주, 자동차, 건축, 의료 등 고성능 설계가 필요한 산업에서 널리 활용되고 있습니다.
주로 경량화, 내구성 향상, 소재 절감, 제조 공정 최적화 등의 문제를 해결하는 데 큰 도움이 됩니다.
2. 구조적 기준 충족
Hexagon Simufact Additive 시뮬레이션 소프트웨어를 활용해 설계가 모든 필수 구조적 및 성능 기준을 충족하도록 보장했습니다.
3. 데이터 준비
이후, Hexagon AM STUDIO에서 Titan.Core 빌드 프로세서를 사용해 Nikon SLM Solutions 장비에 적합한 출력 데이터를 생성했습니다.
4. 정밀 제작
Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600은 600 x 600 x 600mm³ 크기의 대형 빌드 볼륨과 멀티 레이저 시스템을 갖추고 있어 복잡한 부품도 정밀하고 효율적으로 제작할 수 있었습니다.
또한, 헥사곤의 사전 변형 및 공정 시뮬레이션 도구를 통해 부품이 정확한 기하학적 공차를 유지할 수 있도록 하여 글로벌 공차는 +/- 5mm로 유지했으며, 주요 기능 표면은 +/- 0.5mm로 최적화되어 항공기의 연료 시스템과의 호환성을 보장했습니다.
성과 및 영향
이번 프로젝트를 통해 Airbus는 다음과 같은 주요 성과를 달성했습니다.
1. 경량화(Weight Reduction)
2. 부품 통합(Part Consolidation)
3. 시뮬레이션 기반 설계(Simulation-Driven Design)
4. 생산 시간 단축(Production Time)
5. 비용 절감(Cost Savings)
6. 환경적 영향 감소(Environmental Impact)
결론 및 향후 전망
Nikon SLM Solutions의 적층 제조 기술과 Hexagon의 시뮬레이션 소프트웨어를 활용해 A330 연료 공기 분리기 적층 제조 프로토타입을 성공적으로 제작한 Airbus의 사례는 항공우주 산업에서 생산성을 혁신적으로 향상시킬 수 있음을 입증합니다.
이번 협업을 통해 제조 공정이 단순화되고, 부품 성능이 향상되었으며, 효율성의 새로운 기준이 설정되었습니다.
이번 프로젝트는 적층 제조와 시뮬레이션 기반 설계의 결합이 가져오는 강력한 효과를 증명했으며, 이를 통해 Airbus는 향후 항공기 설계에 이러한 혁신 기술을 더욱 확장 적용할 수 있는 탄탄한 기반을 마련했습니다. 특히, 부품 중량 감소로 연료 소비와 탄소 배출이 줄어들어 환경적 지속 가능성도 한층 강화되었습니다.
Airbus는 이러한 성과를 바탕으로 지속 가능한 항공우주 기술 개발과 제조 혁신을 더욱 가속화할 계획입니다. 이번 사례는 적층 제조와 시뮬레이션 설계가 항공우주 제조의 새로운 기준을 제시하는 데 기여합니다.
항공우주 분야의 세계적인 선도 기업인 Airbus에서 적층제조 기술을 통해 연료 공기 분리기(Fuel Air Separator)의 생산방식을 혁신한 사례에 대해 알아보겠습니다.
Airbus(에어버스)는 항공우주 분야에서 세계적인 선도 기업으로, 첨단 기술과 혁신적인 디자인을 통해 상업용 항공기에서 우주 시스템에 이르기까지 다양한 제품군을 제공하며 성능 개선, 비용 절감, 지속 가능성 향상을 위해 끊임없이 혁신합니다.
이번 사례는 Airbus A330 항공기의 보조 동력 장치(APU) 연료 공급 시스템에 사용되는 연료 공기 분리기(Fuel Air Separator)의 변화를 다룹니다. Nikon SLM Solutions의 적층 제조 기술과 Hexagon의 AM 소프트웨어 도구를 활용해 이 부품의 설계와 생산 방식이 혁신되었습니다.
A330 연료 공기 분리기의 전통적인 제조 방식은 30개 이상의 개별 부품을 수작업으로 용접 및 조립해야 하는 복잡한 과정을 포함합니다. 이러한 전통적인 방식은 다음과 같은 문제를 야기합니다:
노동 집약적: 숙련된 인력이 많은 작업 단계를 수행해야 합니다.
긴 리드 타임: 부품 제작과 조립 모두 시간이 많이 소요됩니다.
설계 개선의 한계: 기존 제조 방식은 설계 변경을 어렵게 만들어 성능 최적화에 제약을 가합니다.
Airbus는 이 부품의 생산 공정을 단순화하고 부품 성능을 최적화하는 동시에, 부품 제조와 APU 연료 공급 시스템 설치 과정에서의 리드 타임을 단축하는 것을 목표로 했습니다.
이번 사례는 Airbus A330 항공기의 보조 동력 장치(APU) 연료 공급 시스템에 사용되는 연료 공기 분리기(Fuel Air Separator)의 변화를 다룹니다. Nikon SLM Solutions의 적층 제조 기술과 Hexagon의 AM 소프트웨어 도구를 활용해 이 부품의 설계와 생산 방식이 혁신되었습니다.
Airbus는 Nikon SLM Solutions(니콘 에스엘엠 솔루션즈) 및 Hexagon(헥사곤)과 협력하여 연료 공기 분리기 부품의 설계 및 생산 방식을 재구상하고자 했습니다.
이 과정에서 Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600은 생산에 필요한 첨단 멀티 레이저 파우더 베드 융합(LPBF) AM 기술을 제공하였고, 헥사곤은 고도화된 AM 생성 설계(Generative Design), NXG XII 600 작업 준비 최적화, 사전 시뮬레이션 및 최적화를 통해 최초 제작 성공을 보장하는 데 중요한 역할을 했습니다.
이러한 협업을 통해 Airbus는 항공우주 산업의 엄격한 요구 사항을 충족하는 동시에 상당한 중량 감소를 달성하여 지속 가능성 향상이라는 의미 있는 성과를 이끌어냈습니다.
1. 생성 설계 및 통합
Hexagon Apex GD의 생성 설계 기술을 활용하여 30개 이상의 개별 부품을 하나의 경량화된 단일 부품으로 통합했습니다.
*생성 설계란?
Generative Design(생성 설계)는 인공지능(AI)과 알고리즘을 활용해 자동으로 다양한 설계 옵션을 생성하는 최첨단 설계 방식입니다. 기존의 설계 방식에서는 엔지니어가 직접 형태와 구조를 정의하는 반면, 생성 설계에서는 엔지니어가 목표와 제약 조건을 설정하면 소프트웨어가 수천 가지 설계 대안을 자동으로 생성, 분석, 최적화합니다.
이 기술은 특히 항공우주, 자동차, 건축, 의료 등 고성능 설계가 필요한 산업에서 널리 활용되고 있습니다.
주로 경량화, 내구성 향상, 소재 절감, 제조 공정 최적화 등의 문제를 해결하는 데 큰 도움이 됩니다.
2. 구조적 기준 충족
Hexagon Simufact Additive 시뮬레이션 소프트웨어를 활용해 설계가 모든 필수 구조적 및 성능 기준을 충족하도록 보장했습니다.
3. 데이터 준비
이후, Hexagon AM STUDIO에서 Titan.Core 빌드 프로세서를 사용해 Nikon SLM Solutions 장비에 적합한 출력 데이터를 생성했습니다.
4. 정밀 제작
Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600은 600 x 600 x 600mm³ 크기의 대형 빌드 볼륨과 멀티 레이저 시스템을 갖추고 있어 복잡한 부품도 정밀하고 효율적으로 제작할 수 있었습니다.
또한, 헥사곤의 사전 변형 및 공정 시뮬레이션 도구를 통해 부품이 정확한 기하학적 공차를 유지할 수 있도록 하여 글로벌 공차는 +/- 5mm로 유지했으며, 주요 기능 표면은 +/- 0.5mm로 최적화되어 항공기의 연료 시스템과의 호환성을 보장했습니다.
이번 프로젝트를 통해 Airbus는 다음과 같은 주요 성과를 달성했습니다.
1. 경량화(Weight Reduction)
부품의 무게를 기존 35kg에서 8.8kg 미만으로 줄임.
결과적으로 75%의 중량 감소를 이루었으며, 이는 항공기 연료 소비 감소와 운항 효율성 향상에 기여.
2. 부품 통합(Part Consolidation)
30개의 개별 부품을 하나의 단일 부품으로 통합되어 조립 작업이 크게 단순화됨.
3. 시뮬레이션 기반 설계(Simulation-Driven Design)
헥사곤의 시뮬레이션 도구를 통해 최적의 성능을 확보하고, 항공우주 산업의 엄격한 요구 사항을 충족하는 최종 부품을 제작함.
4. 생산 시간 단축(Production Time)
적층 제조 기술을 통해 기존 방식 대비 제조 시간을 68시간으로 단축.
5. 비용 절감(Cost Savings)
생산 공정이 간소화되면서 용접과 같은 노동 집약적인 작업이 필요 없어져, 기존 설계 대비 경제적 이점 확보.
6. 환경적 영향 감소(Environmental Impact)
부품의 경량화와 효율성 향상으로 인해 항공기의 연료 소비가 감소하고 수명 주기 동안 최대 246톤의 CO2 배출 감소 가능성을 확인.
Nikon SLM Solutions의 적층 제조 기술과 Hexagon의 시뮬레이션 소프트웨어를 활용해 A330 연료 공기 분리기 적층 제조 프로토타입을 성공적으로 제작한 Airbus의 사례는 항공우주 산업에서 생산성을 혁신적으로 향상시킬 수 있음을 입증합니다.
이번 협업을 통해 제조 공정이 단순화되고, 부품 성능이 향상되었으며, 효율성의 새로운 기준이 설정되었습니다.
이번 프로젝트는 적층 제조와 시뮬레이션 기반 설계의 결합이 가져오는 강력한 효과를 증명했으며, 이를 통해 Airbus는 향후 항공기 설계에 이러한 혁신 기술을 더욱 확장 적용할 수 있는 탄탄한 기반을 마련했습니다. 특히, 부품 중량 감소로 연료 소비와 탄소 배출이 줄어들어 환경적 지속 가능성도 한층 강화되었습니다.
Airbus는 이러한 성과를 바탕으로 지속 가능한 항공우주 기술 개발과 제조 혁신을 더욱 가속화할 계획입니다. 이번 사례는 적층 제조와 시뮬레이션 설계가 항공우주 제조의 새로운 기준을 제시하는 데 기여합니다.