Q. 간단한 자기소개와 연구실 소개를 부탁드립니다.

안녕하세요. 저는 중앙대학교 대학원 기계공학과 그린에너지시스템연구실에서 석사 과정을 하고 있는 김재원입니다.

저희 연구실은 가스터빈, 풍력발전기, 냉각해석 등 다양한 연구를 진행하고 있습니다. 저는 그중에서도 풍력발전기 설계와 풍력발전기 비파괴 검사 드론 연구를 수행하고 있으며, 특히 강풍 환경에서 드론이 안정적으로 호버링할 수 있도록 공력 성능을 최적화하는 연구를 맡고 있습니다.

Q. 풍력발전기 비파괴 검사 드론은 어떤 목적을 가지고 개발되고 있나요?

풍력발전기는 규모가 매우 크기 때문에 직접 분해해서 점검하기 어렵습니다.

현재 국가 과제를 통해 드론을 활용한 비파괴 검사 기술을 개발하고 있습니다. 드론으로 풍력발전기 외부를 촬영하고, 내부는 X-ray를 활용해 점검하는 방식입니다.

최종적으로는 드론 촬영뿐 아니라 이미지 후처리, 디블러링(흔들림 제거), AI 기반 결함 분석까지 포함한 하나의 유지보수 프로세스를 구축하는 것이 목표입니다.

Q. 기존 상용 드론 대신 별도의 드론을 개발하게 된 이유는 무엇인가요?

상용 드론은 완성품이기 때문에 검사 장비를 추가 장착하거나 구조를 변경하는 데 한계가 있습니다.

풍력발전기 점검 드론은 카메라나 검사 장비 등을 탑재해야 하기 때문에 별도의 커스터마이징이 필요했습니다.

또 구조 강성과 공력 성능을 동시에 확보해야 했기 때문에 새로운 프레임 구조를 적용하게 되었습니다.

Q. MJF 방식을 선택한 이유는 무엇인가요?

처음부터 위상최적화 형상을 적용할 계획이었습니다.

그런 형상은 금형 제작이 복잡하고 비용도 많이 들기 때문에 3D프린팅이 사실상 필수적이었습니다.

그중에서도 MJF는 다른 출력 방식에 비해 입자가 곱고 표면 품질이 우수하다고 알고 있었습니다. 표면 거칠기에 따른 공력 성능 저하를 줄일 수 있을 것이라 생각했고 출력 속도 측면에서도 장점이 있다고 판단했습니다.

Q. 이전에도 3D프린팅을 사용해 본 경험이 있으신가요?

학부 시절 프로젝트를 하면서 PLA나 ABS 기반 FDM 방식의 3D프린터를 많이 사용했습니다.

하지만 적층 흔적이 그대로 남는 것이 늘 아쉬웠습니다. 위상최적화 형상을 적용하려 해도 표면 품질이 걸림돌이 되는 경우가 많았습니다.

반면 MJF 출력물을 처음 봤을 때는 “이게 정말 3D프린터로 만든 부품인가?”라는 생각이 들 정도로 표면이 깔끔했습니다.

Q. 드론 프레임에 적용한 위상최적화 설계의 특징은 무엇인가요?

처음에는 드론의 항력을 줄이는 것에서 아이디어가 시작됐습니다.

원래는 비행기 날개와 같은 에어포일 형상을 적용하는 방안도 고려했습니다. 하지만 드론은 비행 중 Pitch와 Roll이 계속 발생하기 때문에 특정 단면 형상이 항상 유리하다고 보기 어렵다고 판단했습니다.

그래서 방향을 바꿨습니다.

어떤 자세를 취하더라도 공기와 맞닿는 투영 단면(Projected Area) 자체를 최소화하는 방향으로 접근했습니다.

Q. 위상최적화는 어떤 방식으로 진행하셨나요?

우선 드론이 실제 비행 중 받게 되는 힘을 기준으로 경계조건을 설정했습니다.

그리고 여러 형상을 생성하면서 가장 낮은 질량으로 충분한 강성과 안전계수를 확보할 수 있는 형상을 찾는 방식으로 진행했습니다.

결국 설계 과정은 무게를 줄이는 것과 구조 안전성을 확보하는 것 사이의 균형점을 찾는 과정이었다고 볼 수 있습니다.

Q. 어떤 조건을 기준으로 최적화를 진행하셨나요?

이번 드론은 강풍 환경에서 운용되는 것이 목적이었기 때문에 풍향과 하중 조건을 고려해야 했습니다.

그래서 두 가지 극한 풍속 조건을 설정한 뒤 각각의 하중 조건에 대해 위상최적화를 수행했습니다.

각 조건에서 충분한 구조 강성을 확보하면서도 가능한 가볍게 만들 수 있는 형상을 도출하는 것이 목표였습니다.

Q. 현재 프로젝트의 최종 목표는 무엇인가요?

현재 목표는 초속 13m 환경에서도 안정적으로 호버링할 수 있는 드론을 만드는 것입니다.

지금 사용하고 있는 기체는 축소형 모델이며, 최종적으로는 실험 데이터를 기반으로 대형 풍력발전기 점검용 드론까지 확장 적용하는 것이 목표입니다.

Q. 링크솔루션의 MJF 출력 서비스는 어떠셨나요?

가장 만족했던 부분은 출력 품질이었습니다.

저희는 인서트 너트를 적용해야 했는데 일반적으로는 추가 작업이 필요합니다. 그런데 링크솔루션에서는 후가공과 인서트 너트 작업까지 완료된 상태로 제공해 주셨습니다.

Q. 담당자와의 기술적인 소통 과정에서 도움을 받은 부분이 있었나요?

설계 데이터를 전달했을 때 프로펠라 블레이드 끝단이 너무 얇아 충분한 강성이 나오지 않을 수 있다는 의견을 먼저 주셨습니다.

단순히 문제가 될 수 있다고 말씀하신 것이 아니라 구체적인 수치까지 제안해 주셔서 그 값을 참고해 설계를 수정했습니다.

Q. 소통 과정에서는 어떤 점이 인상 깊었나요?

사실 회사 입장에서는 요청한 대로 제작만 해도 되는 일이라고 생각합니다.

그런데 링크솔루션에서는 단순 제작에 그치지 않고 설계상의 문제 가능성까지 먼저 검토해 주셨습니다.

연락과 대응도 매우 빨랐고 세세한 부분까지 챙겨주셔서 신뢰가 많이 갔습니다.

Q. 이번에 출력한 부품은 어떤 역할을 하나요?

이번에 출력한 가장 핵심적인 부품은 드론 프레임입니다.

모터, 제어기, 배터리, 통신장비 등을 하나로 연결하고 지지하는 구조물로, 드론의 핵심 골격 역할을 합니다.

Q. 실제 시험 결과는 어땠나요?

아직 정량적인 데이터 분석은 진행 중입니다.

다만 체감상으로는 확실히 변화가 있었습니다.

기존보다 반응 속도가 빨라졌고 바람에 대응하는 움직임도 더 민첩하게 느껴졌습니다.

정량적인 수치를 말씀드리기는 어렵지만 표현하자면 “확실히 날렵해졌다”는 느낌을 받았습니다.

Q. 제주도에서 실시한 풍동 시험 중 특별히 기억에 남는 일이 있었다고 들었습니다.

한 번은 드론이 제어를 완전히 잃고 통신까지 끊긴 적이 있었습니다.

약 50m 상공까지 올라간 상태에서 그대로 추락했기 때문에 사실상 완전히 파손됐을 것이라고 생각했습니다.

그런데 기체를 회수해 보니 프레임은 전혀 부러지지 않았고 금도 가지 않았습니다.

그 사건을 통해 프레임 강성이 기대 이상이라는 것을 직접 확인할 수 있었습니다.

Q. 향후에도 PA12와 MJF를 활용할 계획이 있으신가요?

네.

현재 프로젝트 후속 연구에도 활용 가능성이 있고, 센서 하우징, 커버, 케이스뿐 아니라 다양한 구조 부품 제작에도 충분히 활용 가치가 있다고 생각합니다.

Q. 링크솔루션 서비스 만족도를 평가한다면?

매우 만족입니다.

결과물부터 서비스, 커뮤니케이션까지 전반적으로 아쉬운 점은 없었습니다. 오히려 기대 이상으로 만족스러운 경험이었다고 말씀드릴 수 있을 것 같습니다.

아이디어를 현실로 구현해 드립니다. 설계부터 제작까지 어려움이 있으시다면 언제든 편하게 연락 주세요.
링크솔루션이 여러분의 아이디어가 실제 제품이 될 수 있도록 함께하겠습니다.

Coordination 링크솔루션 디지털제조사업부
Edit 링크솔루션 마케팅 팀