신소재와 새로운 아이디어가 미래의 항공 우주 제조 산업을 형성하는 방법
탄소 섬유 복합 재료 및 니켈 기반 초합금, 3D 프린팅의 부상, 지속 가능성의 중요성과 같은 고급 소재에 대한 통찰력을 통해 항공우주 제조의 미래를 살펴보세요. 혁신을 주도하는 데 있어 지속적인 교육과 R&D의 중요성에 대해 알아보세요.새로운 소재들이 앞으로 몇 년 안에 항공기 제조의 판도를 바꿀 것입니다. 그러나 기계 가공 및 툴링 부문에서는 어떤 의미가 있으며, 변화의 속도를 따라잡기 위해 어떤 조치를 취해야 할까요?
글로벌 항공 산업은 전염병이 둔화되면서 강하게 반등했습니다. 수요는 매년 약 4-5 % 증가하고 있으며 향후 20 년 동안 계속 될 것으로 예상됩니다. 이러한 수요를 충족하고 2050년까지 순 제로 배출 목표에 부합하기 위해 제조업체와 공급업체는 새로운 소재, 폭넓은 협업 및 보다 효과적인 작업 방식을 검토해야 한다고 세코툴스 영국 지사의 학술 책임자인 Mark Walsh는 말합니다.
“저는 오랫동안 항공우주 제조업에 관여해 왔으며, 앞으로는 30~40년 후의 기술 발전이 어떻게 될지 항상 생각해야 한다고 말했었습니다. 하지만 확신할 수는 없습니다. 현재 소재에는 다양한 기회가 있으며 이전에는 고려하지 않았던 소재가 항공기 엔진 부품에 도입되는 것을 목격하고 있습니다."
복합재료의 역할
탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP)과 같은 고급 복합재료가 그 예입니다. 복합재료는 중량 대비 강도가 높아 항공 우주에서 더 널리 보급되고 있으며, 에어버스 A350 및 보잉 787 Dreamliner와 같은 최신 항공기 구조의 약 50 %는 CFRP로 제작됩니다.
"나는 탄소섬유 복합재료가 특히 초음속 비행의 미래라고 생각합니다."라고 세코의 글로벌 엔지니어링 교육을 담당하는 David Morr는 말합니다. "이 기술은 놀랍습니다. 이에 대한 유일한 단점은 지속 가능성입니다. 쉽게 재활용이 불가능하고 일단 부품이 사용되고 나면 매립지에 묻어버리는 경향이 있기 때문입니다. 하지만 우리는 이미 재활용에 투자하고 있으며 대규모로 재활용할 수 있는 비용 효율적인 방법을 찾는 것이 최우선 과제입니다."라고 그는 말합니다.
이는 항공우주 산업의 많은 새로운 복합재료에 대한 문제를 강조합니다. 각각의 장점이 있지만 소싱, 비용, 기계 가공 또는 재활용 측면에서 극복해야 할 과제들이 있습니다.
경량화가 업계의 주요 관심사인 상황에서, 7178-T6 및 7079-T6과 같은 알루미늄 합금은 강하고 가벼우며 상대적으로 저렴하고 가공 속도가 빠릅니다. 그러나 다른 많은 구조용 금속보다 융점이 낮기 때문에 고온 응용 분야에 적합하지 않을 수 있으며 알루미늄은 상대적으로 무르기 때문에 많은 마모를 견딜 수 없다는 것을 의미합니다.
고강도 강은 뛰어난 강도와 충격 저항성을 제공하지만 가공하기가 어려울 수 있습니다. 항공 우주 응용 분야에서 덜 사용되는 스테인리스강도 마찬가지입니다.
티타늄 합금은 Ti-6Al-4V와 같은 중량 대비 강도 및 내식성에 매우 중요하지만 공급은 지속적인 지정학적 문제에 의해 심각하게 영향을 받았습니다.
지속 가능성이 업계의 주요 의제로 떠오른 가운데 항공기 엔진의 터빈 부분에 주로 사용되는 니켈 기반 초합금은 연료 효율과 전반적인 엔진 성능을 개선할 수 있으며 지속가능한 항공 연료를 향한 추진에 있어 매우 중요합니다.
새로운 방식
항공 우주 산업에서 새로운 복합재료가 확산됨에 따라 가공 및 툴링에 대한 접근 방식도 발전해야 합니다. David Morr는 3D 프린팅(적층 가공, AM)의 도입이 걱정하던 것보다 더 원활한 것으로 입증되었다는 점을 감안할 때 3D 프린팅의 역할이 증가할 것이라고 확신합니다.
“저는 호주 국방 재료 기술 센터(DMTC)와 협력하여 미래의 소재를 조사하는 협업 팀의 일원이었습니다. 당시에는 3D 프린팅에 대한 이야기가 많았는데, 우리는 이것이 도전이 될 것이라고 생각했습니다. 그러나 그것은 기계로 가공하기 조금 더 쉬웠습니다, 왜냐하면 그것은 모든 PM (분말 야금) 소재이기 때문입니다. 공작물 소재의 품질은 구조 내의 모든 변형을 제거하여 변형 없이 일관된 가공 공정을 이끌어 냈습니다."라고 그는 회상합니다. "우리가 생각해야 할 개념은 이러한 재료가 어떻게 가공 될 것인지, 어떤 특징을 갖게 될 것인지, 그리고 이러한 목표를 달성하기 위해 어떤 유형의 독창적인 사고가 필요할 것인지에 관한 것입니다."
Mark Walsh는 항공 우주 산업의 적층 제조가 계속 성장할 것이라는 데 동의하지만, 항공 우주 제조 분야에서 민감한 부품에 대한 제조는 어느 정도 벗어날 수 있다고 믿습니다. "제 생각에는 앞으로 10~15년은 더 걸릴 것 같습니다."라고 Walsh는 말합니다.
Morr는 앞으로 항공 우주 제조 산업이 크게 두 가지 형태로 나뉘어 발전할 수 있다고 예측합니다.
"전 세계적으로 항공 산업이 잠재적으로 성장함에 따라 미래의 비행기 제작 방식에 대한 개념이 완전히 바뀔 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "예를 들어 퍼스트클래스나 최대한 빠른 이동을 원하는 기업의 경우 초음속 항공기에 초점을 맞출 수 있습니다. 이와 함께 현재 우리가 이미 가지고 있는 것을 사용하되 연료 효율이 더 좋은 엔진, 재활용 가능한 소재, 더 많은 3D 프린팅 품목을 추가할 수 있습니다."
하지만 산업이 발전하더라도 항공우주 제조의 미래를 개척하는 데 필요한 기술을 갖춘 인력을 양성하기 위해서는 지속적인 교육과 훈련이 필수적입니다.
"우리는 일반적으로 교육을 늘려야 하며, 이는 숙련도 향상에도 영향을 미칠 것입니다. 우리 모두가 서로에게 가르침을 주는 '상호 악수'가 있어야 한다고 생각합니다. 우리는 대학에 투자하여 '우리는 이 분야에서 미래 기술을 보고 있으며, 여러분의 R&D에 참여하고 싶고, R&D 단계에서 후원하겠다'고 말해야 합니다. 그 대가로 최첨단에서 무슨 일이 일어나고 있는지 들여다볼 수 있습니다."라고 Morr는 말합니다.
기계 엔지니어와 로봇 엔지니어가 차세대 기계 기술자가 되는 미래를 보고 있는 Morr는 산업에서 AI의 영향력이 커지면서 기계 기술자의 역할도 변화할 것으로 예상합니다. 이것은 장기적으로 전반적인 비용을 줄일 것이라고 그는 주장한다.
세 갈래의 전망
Mark Walsh에 따르면 오늘날에도 여전히 비즈니스의 많은 부분을 주도하고 있는 재무적 수익은 미래의 항공우주 제조에서 점점 더 세 가지 주요 고려 사항 중 하나에 불과해질 것입니다.
"여러분이 하는 일이 경제에 미치는 영향, 환경에 미치는 영향, 사회에 미치는 영향이 있습니다. 이는 제조 측면에서 비교적 새로운 사고 방식이지만, 공정과 소재를 설계하는 데 있어 초석이 될 것이라고 생각합니다. 새로운 재료의 순환 설계에 대한 고려가 표준이 되어 가능한 한 많은 재료를 회수, 재사용 및 재활용하여 공정에서 낭비를 줄일 수 있게 될 것입니다."
새로운 시대
수요는 호조를 보이고 있으며 항공 업계는 미래를 낙관적으로 전망하고 있습니다. 재료와 R&D에서 투자 및 교육에 이르기까지 OEM과 항공우주 제조 업계는 공급망이 여전히 도전 과제이기는 하지만, 이러한 자신감을 반영할 수 있는 올바른 구성 요소가 마련되어 있다는 사실을 알고 자신 있게 나아갈 수 있습니다.
기술백서를 다운로드하여 미래의 소재에 대해 자세히 알아보기
