3D프린터를 드론에 활용할 때
3D프린터를 활용해봅시다
저는 현직 경찰로서, 실종자 수색업무와 중앙경찰학교에서 직무강의 보조 역할 등을 맡으며 꾸준하게 활동하고 있습니다. 얼마 전에는 3D프린터 교육 희망자를 모집하고 있다는 소식을 듣고 바로~ 폴-드론 팀 멤버들과 함께 교육을 신청하게 되었습니다. 멤버들과 함께 3D프린터 관련 공부를 하면서 받았던 느낌은 이제 드론분야에서도 3D프린터의 활용도가 늘어나게 될 것이라는 기대감이었습니다. 그래서 이번에는 ‘3D프린터는 무엇이고 드론에서 어떻게 활용할 수 있을까?’라는 주제를 통해 3D프린터에 대해 알아보겠습니다.
3D프린터란?
3D프린터란 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 기계입니다.
3D프린터로 제작한 라이언 피큐어
2010년 초 “3D프린터는 세상의 모든 제조방식에 혁명을 가져올 것.”이라는 말이 있었습니다. 그리고 불과 10년이 채 되지 않는 시간동안 엄청난 발전이 이루어졌는데요. 3D프린터가 현재 실생활에 어떻게 적용되고 있는지 간단히 사진으로 함께 알아볼까요.
3D프린터로 제작한 임플란트가이드 & 의수
실제로 치과에서는 의치를 만드는데 널리 사용되고 있으며, 해외에서는 의수/의족 등 신체의 일부분을 만들어 적용하는 사례가 많아지고 있습니다. 그리고 가정에도 소형 3D프린터가 도입되면서 개인이 핸드폰케이스/피규어 등 다양한 물건을 만들고 있는 것을 볼 수 있습니다.
이외에도 자동차와 인공가슴뼈 등을 제작하며 실제 산업에 접목하기 위해 노력하고 있으며,
3D프린터로 제작한 자동차와 인공가슴뼈
앞으로 항공기, 자동차, 우주선을 비롯한 굉장히 다양한 분야에서 3D프린터의 발전이 비약적으로 발전하리라 기대가 되고 있습니다.
Thingiverse 사이트 내 도면 공유
추가적으로 말씀드리자면 Thingiverse/3DAGOGO 등 여러 사이트에서 3D프린터 사용자들이 도면을 공유하고 있고, 도면을 직접 다운받아 물건을 만들 수 있습니다.
3D프린터의 종류에 대해서
3D프린터에는 FDM/DLP/SLS/SLA 등 종류가 다양한데요. 그 중 가장 보편적으로 많이 사용되는 FDM/DLP 2가지 방식에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
FDM(Fused Deposition Modeling) 장비
FDM을 해석하면 ‘녹여서 쌓는 모델링’이라고 할 수 있습니다.
아래 사진에서 보이는 것처럼 PLA, ABS라고 불리는 딱딱한 플라스틱 재료(파란색상의 필라멘트)를 노즐에 연결하고, 열에 의하여 녹은 재료를 X/Y축 방향으로 노즐이 이동하면서 아래 판에 분사하여 한 층씩 제품이 쌓아올리게 됩니다.
FDM 적출 방식
FDM 방식을 이용한 3D프린터
FDM 장비가 가장 보편적인 이유는 다른 3D프린터의 장비에 비하여 가격이 저렴하고 작업 방식이 단순하여 누구나 쉽게 사용 및 유지 보수가 가능하기 때문인데요.
하지만 약 0.4mm 직경 노즐을 통해 0.2~0.3mm 층으로 쌓아서 입체물을 만들기 때문에 층간 표면이 거칠다는 단점으로 인하여 정밀도가 필요한 제품에는 적용이 어렵고, 시제품과 같은 단순한 제품에 많이 사용되고 있습니다.
DLP(Digital Light Processing) 장비
DLP를 해석하면 ‘빛을 쏘는 공정’이라고 할 수 있습니다.
아래 사진에서 보이는 것처럼 레진이라고 불리는 광경화성 액상(액체) 수지를 아래 방향에서 빔프로젝트로 빛을 쏘면 액상 수지가 딱딱하게 굳게 되는데 이러한 방법으로 한 층씩 제품을 쌓아올리게 됩니다.
DLP 적출 방식
DLP장비의 장점은 FDM처럼 노즐을 이용하여 쌓아가는 방식이 아니라 사진을 찍듯이 한 면을 통째로 빛을 쏘아 액상 수지를 경화시키는 방법이기 때문에 속도가 빠릅니다.
즉, X/Y축 방향으로 노즐이 이동할 필요성이 없어 X/Y축 사이즈는 출력물에 영향을 주지 않고, 한 면에 출력물을 1개를 만드는 시간과 여러 개를 만드는 시간이 동일하여 대량 생산이 가능합니다. 또한, 적층이 없어 표면이 매끄럽고 정교한 출력물을 만들 수 있습니다.
하지만 DLP장비의 경우 대형화가 어렵다는 단점이 있습니다. 큰 출력물을 만들기 위해서는 넓은 면에 빛을 고르게 쏘아야 하는데 빛의 밝기를 제대로 받지 못하면 품질이 저하되기 때문입니다.
그리고 주재료인 레진의 가격이 고가이고 사용가능한 원료의 색상이 제한적이라는 점과 처리하는 과정이 복잡하기 때문에 일반인들이 대중적으로 사용하기에 어렵습니다.
3D프린터 교육에 다녀온 폴-드론팀
3D프린터에 대하여 기본적인 지식을 습득하고 5.7 / 5.19일 2일 동안 3D프린터 교육 현장에 다녀왔습니다.
5/7일 DLP 교육
첫날에는 앞서 설명드린 DLP와 FDM 방식 중 가장 기본이 되는 방법 중의 하나인 DLP 방식에 대하여 배워보았습니다.
폴-드론팀은 강사님으로부터 3D프린터로 제작된 제품들을 직접 보면서 간단히 설명을 듣고 각자 가져온 노트북으로 실제 모델링(포켓몬스터 이상해씨)을 다운받아 실습해보았습니다.
그 중 제품을 출력하기 위해서는 서포트라는 지지대의 역할이 굉장히 중요한데 서포트를 해야 하는 이유와 설정 방법을 배웠습니다. 아래 그림과 같이 노란색 기둥을 서포트라고 하는데 제품 제작 시 공중에 떠있는 부분이 밑으로 흘러내려가는(떨어지는) 것을 방지하기 위한 역할이라고 생각하시면 됩니다.
이후 서포트 이외에 3D프린터 출력 설정을 모두 마친 후 DLP장비에 넣어 제품을 출력해보았습니다.
DLP - 3D프린터를 실습하는 폴-드론팀
5/19일 FDM 교육
둘째날에는 FDM에 대한 방식을 배웠습니다. 이날은 시간이 되는 폴-드론팀 멤버가 6명이나 되어 함께하는 즐거움이 배가 되었는데요.
5.7일 첫날 DLP방식을 배웠던 터라 강사님의 설명이 귀에 쏙쏙 들어오고 조금 더 능숙하게 모델링(카카오톡 라이언)을 이용하여 실습을 해보았습니다.
2일에 걸쳐 DLP / FDM 방식의 3D프린터를 배우고 난 후 드론에서도 간단한 부품은 3D프린터로 만들 수 있지 않을까하는 생각이 들었습니다. 실제로 현재 폴-드론팀에서는 FPV(레이싱드론)를 수색 등 여러 분야에 도입해보기 위하여 열심히 노력중인데요.
그중 레이싱드론에 장착하는 고프로 고정 케이스와 프롭 보호대와 같은 간단한 부품은 3D프린터로 제작하여 사용하기도 하였습니다.
드론에 3D프린터를 어떻게 적용할 수 있을까?
두 번의 교육을 받고 집에 돌아와 위에서 소개해드린 3D프린터 도면을 공유하는 사이트 중 하나인 Thingiverse에서 "drone“을 검색해보니 여러 종류의 드론 관련 도면을 찾을 수 있었습니다.
실제로 드론 유저 중에서 프레임과 프롭 보호대를 만들어 사용하고 있는 사람들이 굉장히 많다는 것을 알 수 있었습니다.
저는 대학교 때 3D 프린터 쪽에 관심이 있어서 3D모델링을 배우고 설계 자격증을 취득했습니다. 그리고 경찰로 활동하며 이번에 받은 교육을 통해 3D프린터를 드론에 활용하는 방법을 찾는 것에 흥미를 느끼게 되었습니다. 앞으로 드론이 발전함에 따라 간단한 부품뿐만 아니라 드론의 전체적인 부분까지도 3D프린터로 제작할 수 있지 않을까? 하는 기대감을 가지게 만들어준 뜻 깊은 시간이었습니다. 다음 글에서는 또 새로운 주제를 가지고 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.
WRITER 장윤성
4차 산업혁명의 가장 핵심인 드론에 대한 관심으로 시작하여 드론을 경찰업무에 활용하기 위하여 연구하는 전문적 학습공동체(폴드론아카데미) 일원으로 활동하고 있습니다. 현재 경찰 드론 실종자 수색 연구를 하고 있습니다. salom5243@naver.com
폴드론아카데미는 전원 현직경찰관들로 구성되어 활동하는 전문적학습공동체로, 드론을 활용하여 효율적인 치안업무의 도움을 주고자 연구하는 경찰 내 현장학습동아리 입니다.
