시제품을 넘어 양산으로: 드론 제조에서 SLS 3D프린팅이 선택되는 이유

무인 항공기(UAV)와 드론 시장은 빠르게 진화하고 있습니다.
개발 일정은 점점 짧아지고, 적용 분야는 다양해지며, 드론 부품에는 더 높은 신뢰성과 반복 생산 가능성이 요구되고 있습니다.

이러한 흐름 속에서 3D프린팅은 단순한 개발 도구를 넘어 드론 시제품 제작부터 양산까지 연결하는 핵심 제조 수단으로 활용되고 있습니다. FDM, SLA등 다양한 3D프린팅 공정이 존재하지만 특히 SLS(선택적 레이저 소결 방식) 3D프린팅이 드론 제작의 주요 선택지로 자리잡고 있습니다.

이번 글에서는 드론 양산을 염두에 둔 시제품·기능 부품 제작 관점에서, 왜 SLS 3D프린팅이 주목받고 있는지를 살펴보겠습니다.

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드론 제작 시 고려해야 할 요소

드론 부품은 일반적인 시제품과 전혀 다른 조건에서 설계·제작됩니다. 실제 운용 환경에서는 다음과 같은 요소들이 동시에 작용합니다.

• 비행 중 지속적으로 발생하는 진동과 반복 하중
• 외부 온도 변화 및 자외선 노출
• 미션 및 페이로드 구성에 따른 부품 형상과 배치 변화

이러한 환경에서는 단순히 형상이 출력되는 것만으로는 충분하지 않습니다.

드론 부품은 기계적 강도, 치수 안정성, 반복 사용에 대한 신뢰성을 동시에 만족해야 하며, 양산 단계에서도 동일한 품질을 유지할 수 있는가가 공정 선택의 중요한 기준이 됩니다.

드론 제작에서 FDM·SLA와 SLS 3D프린팅 활용

드론 개발 초기에는 다양한 3D프린팅 공정이 활용됩니다. 다만, 실제 제조 현장에서는 공정별 역할이 비교적 현실적으로 구분됩니다.

• FDM은 사내에서 간단한 형상 확인이나 테스트용 부품 제작에 활용되는 경우가 많습니다.
• SLA는 드론 분야에서는 활용 범위가 제한적이며, 실제 양산을 전제로 한 부품 제작에서는 선택되는 경우가 많지 않습니다.
• 반면 SLS 3D프린팅은 시제품 제작은 물론, 양산 단계까지 이어지는 공정으로 활용됩니다.

특히 “소량 생산 = 비용 효율이 떨어진다”는 인식과 달리, SLS는 소량 제작에서도 품질·재현성·리드타임 측면에서 충분한 경쟁력을 가지는 경우가 많습니다.

드론 제작을 위한 3D프린팅 공정 비교 (출처: EOS)

SLS 3D 프린팅의 등방성 구조가 만드는 반복 생산 안정성

SLS 3D프린팅은 레이어 방향에 따른 성능 편차가 적은 등방성 구조를 형성합니다. 그 결과, 비행 중 반복적인 진동과 하중이 가해지는 환경에서도 부품의 강도와 변형 거동을 비교적 안정적으로 예측할 수 있습니다.

이러한 특성은 단발성 시제품이 아니라, 반복 생산과 실사용을 전제로 한 드론 양산 환경에서 특히 중요한 요소입니다.

경량화와 구조 강도를 동시에 만족시키는 SLS 3D프린팅

드론 설계에서 무게는 비행 시간, 반응성, 에너지 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.
그러나 일반적인 3D프린팅 방식에서는 경량화를 시도할수록 구조 강도가 급격히 저하되는 경우가 많습니다.

SLS는 얇고 균일한 벽 두께와 정밀한 형상을 구현할 수 있어, 불필요한 보강 없이도 가볍고 기계적으로 안정적인 부품 설계가 가능합니다. 이는 시제품 단계뿐 아니라, 양산에서도 일관된 품질을 유지하는데 중요한 장점입니다.

서포트 없는 공정이 만드는 설계 자유도

SLS는 서포트 구조가 필요 없는 공정으로, 드론 부품 제작에서 다음과 같은 실질적인 이점을 제공합니다.

• 내부 채널 및 복잡한 형상 설계 자유도 확대
• 곡면 중심의 공기역학적 설계 구현
• 출력 가능 여부가 설계 제약으로 작용하지 않음
• 후가공 비용 및 리드타임 절감

이에 따라 설계자는 제조 공정을 고려해 형상을 단순화하기보다, 기능과 성능을 우선한 설계 접근이 가능해집니다.

또한, SLS는 복잡한 형상을 단일 빌드에서 구현할 수 있어, 여러 부품으로 나뉘어야 했던 구조를 하나로 통합할 수 있습니다. 이는 조립 공정 감소와 함께, 양산 시 품질 편차와 고장 가능성을 줄이는 효과로 이어집니다.

드론 제작 관점에서 본 SLS 3D프린팅의 특징

혼합 생산 환경에서의 SLS 3D프린팅의 역할

많은 드론 플랫폼은 반복 생산이 필요한 기본 구조 부품을 사출 성형 방식으로 제작합니다. 이 방식은 일정한 형상의 부품을 안정적으로 공급하는 데 적합합니다.

다만 실제 운용 환경에서는 미션이나 페이로드 구성에 따라 일부 부품의 형상이나 배치가 달라지는 경우가 많습니다. 이러한 요구를 모두 사출 성형으로 대응하기는 현실적으로 어렵습니다.

예를 들어, 동일한 기체를 사용하더라도 페이로드 베이, 안테나 마운트, 센서 인클로저와 같은 부품은 고객별 요구에 맞춰 SLS 3D프린팅으로 제작되는 경우가 있습니다.
 

이와 같은 하이브리드 생산 방식은 표준 부품에서는 생산 효율을 유지하면서도, 구성 변경이 필요한 영역에서는 보다 유연한 대응을 가능하게 합니다. 그 결과 다음과 같은 제작상의 이점을 확보할 수 있습니다.

• 소량·다품종 부품의 신속한 제작
• 툴링 변경 없는 설계 업데이트 대응
• 고객별 맞춤 구성에 대한 유연한 대응

SLS가 주로 적용되는 드론 부품 유형

실제 드론 제조 환경에서 SLS는 다음과 같은 부품 유형에 주로 적용됩니다.

• 페이로드 마운트 및 어댑터
• 배터리 하우징 및 인클로저
• 센서 보호 커버 및 안테나 마운트

이 부품들은 공통적으로 가벼우면서도 구조적인 강도를 확보해야 하고, 미션이나 구성 변경에 따라 형상 수정이 잦다는 특징을 갖고 있습니다.

SLS는 이러한 요구를 하나의 공정으로 충족할 수 있는 현실적인 선택지입니다.

드론 양산을 위한 실전형 제조 공정

SLS 3D 프린팅은 경량화와 강도, 설계의 자유로움과 생산 유연성 사이에서 최적의 균형을 찾아주는 실전형 제조 기술입니다. 시제품 단계를 넘어 드론 양산의 핵심 공정으로 SLS가 주목받는 결정적인 이유는 다음과 같습니다.

• 강력한 내구성: PA11 및 PA12 (나일론) 소재를 사용하여 영하의 온도와 강한 자외선 노출 등 가혹한 운용 환경에서도 변형이 적고 안정적입니다.
• 부품 통합 설계: 여러 개의 부품을 하나의 복합 형상으로 통합 출력하여 조립공정을 단축하고 조립 공차와 고장 포인트를 근본적으로 제거합니다. 이는 나사나 접착제 사용을 최소화하여 드론의 전체 무게를 줄이고 비행시간을 늘리는 결과로 이어집니다.
• 재고 관리의 유연성: 별도의 금형(Tooling) 없이 설계 파일만으로 즉시 생산이 가능합니다. 따라서 대량의 재고를 쌓아둘 필요 없이, 필요한 때 필요한 만큼 생산하는 '온디맨드(On-demand) 제조'가 실현됩니다.

<글로벌 사례> SLS 기술로 달성한 초경량·고정밀 비행의 정점: Festo의 BionicBee

Festo는 일반적인 제조 공정으로는 불가능했던 34g의 자율 비행체를 SLS 3D프린팅을 통해 성공적으로 구현했습니다. 이 프로젝트가 증명한 핵심 성과는 다음과 같습니다.

1. 75%의 파격적인 무게 절감

알고리즘 기반의 최적화 설계와 SLS 공법을 결합하여, 프레임 구조에서 불필요한 소재를 모두 제거했습니다. 그 결과, 기존 설계 대비 75%의 무게를 감량하며 비행 효율을 극대화했습니다.

2. PA 1101 소재를 통한 내구성과 유연성의 조화

단순한 시제품을 넘어 실제 비행 하중을 견디기 위해 고성능 폴리머인 PA 1101을 채택, 우수한 내충격성과 파단 신율을 확보하여 격자 구조가 파손없이 극한의 기계적 하중을 견딜 수 있도록 구현했습니다.

3. 민첩한 반복 설계를 통한 개발 기간 단축

복잡한 금형 제작 없이 즉각적인 출력이 가능한 SLS의 특성을 활용했습니다. 빠듯한 일정 속에서도 수많은 설계 업데이트와 실시간 비행 테스트를 병행하며 최종 완성도를 확보했습니다.

(출처: EOS)

SLS 3D프린팅 서비스를 통한 제작 가능성 검토

크렐로는 다양한 제조 경험을 바탕으로 드론 시제품 제작부터 양산까지 최적화된 SLS 3D 프린팅 솔루션을 통해 드론 제조를 선도하고 있습니다.

완성된 도면의 형상이나 요구되는 정밀도, 내구성을 바탕으로 SLS 3D 프린팅이 해당 부품에 가장 효율적인 제작 방식인지 전문가 전담 상담을 통해 진단해 드립니다. 나아가 부품의 특성에 따라 CNC 가공이나 사출 성형이 더 적합할 경우, 이를 포함한 최적의 제조 공정 로드맵을 함께 제안하여 귀사의 제품 완성을 지원합니다.

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