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금속  3D  프린터로  제작·검증된  통신위성용  도파관

작성 : 한국항공우주연구원 김태윤(선임연구원)

금속  3D  프린팅  기술이  RF  필터의  프로토타입  제작에  사용됨으로써  비용과  무게를 

줄일  수  있게  되어  통신위성의  성능을  제고할  수  있게  되었다. 

ESA  연구의  축적을  통하여  영국의  Airbus  D&S는  프로토타입  3D  프린팅  RF  필터

를  개발했으며  엄격한  우주환경  시험을  거쳐  우주급  부품임을  검증하였다.

<3D-printed filter>

 

<RF filter in telecom satellite>

 

<  자료출처  :  www.esa.int  >

RF  도파관  필터는  우주시대의  초창기부터  우주통신의  핵심기술에  해당한다.  RF  필

터는  무수히  많은  무선  신호들  가운데  선택된  채널을  통과시키고  그  외  주파수를  차

단하는  역할을  한다.  보통  통신위성은  수백개의  RF  필터를  가지고  있으며  이들  필터

는  다중  신호빔을  사용할  수  있도록  특정  주파수에서  동작할  수  있게  내부  통로가  복

잡하게  구성되어  있다. 

ESA의  기초기술연구  프로그램은  금속  3D  프린터가  RF  장비에  적용되는  R&D프로

젝트를  지원해왔다.  2015년에  시작된  이  프로젝트는  Airbus  D&S가  벨기에  3D 

system

社의  금속  3D  프린터를  이용하여  후속연구를  진행할  정도로  충분히  좋은  결

과를  보였다. 

기존의  금속  도파관  RF  필터는  성능보다는  제작성을  염두에  두어  두  개의  세그먼

트로  제작  및  조립되었으나  3D  프린터로는  레이어로  적층된  하나의  파트로  만들어진

다. 

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ESA(유럽우주국)의  microwave  엔지니어  César  Miquel  España  는  이  새로운  기술

은  설계  자유와  한계에  대하여  패러다임  수준의  변화를  가져왔으며  3D  프린터의  혁

신은  Airbus  D&S가  한  것처럼  설계자가  틀에  갇힌  생각에서  벗어나야  한다고  밝혔

다. 

Airbus  D&S의  RF  엔지니어  Paul  Booth는  3D  프린터로  가능해진  일체  구조  설계

의  최대  이점은  무게와  비용  그리고  시간으로  일체구조로  인해  더  이상  고정  부품이 

필요  없으므로  무게가  줄어든다고  하였으며,  3D  프린터로는  내부와  외부의  윤곽이  거

의  동일하므로  꼭  필요한  금속만이  사용되어  비용절감이  가능하며  비용과  시간의  이

점은  조립과  후공정  감소에  따른다고  덧붙였다. 

3D  프린팅  공정은  금속  분말이  레이저에  의해  녹는  과정을  거친다.  여기에서  해결

해야  할  과제는  충분히  매끄러운  표면으로  마무리하는  것이다.

미세  형상은  기계가공파트와  3D  프린팅  파트가  다르며    기계  가공된  표면은  날카

롭게  처리되는  반면  3D  프린팅  표면은  녹아  만들어져  덜  날카롭다고  Paul은  설명한

다.

금속  3D  프린팅에  사용된  구형  분말입자는  급격한  전환보다는  일정한  물결성을  보

여  준다.  하지만  효과적인  신호  필터링을  형성하는  능력은  표면형상에  대한  모든  우

려를  극복하게  한다고  3D  Systems

社의 Koen  Huybrechts는  밝혔다.

3종의  알류미늄  부품은  각기  다른  후속  공정으로  3D  프린팅된  후,  진동,  진공  및 

극한  온도조건에서  우주환경시험을  거쳤으며  3개  모두가  요구되는  성능을  충족시키거

나  초과했으며,  최고의  성능은  전기  분해를  사용하여  은도금  처리된  필터이다.  테스트 

결과는  신속한  처리  시간,  생산비용  절감  및  50%  무게를  절감하여  미래  우주  프로젝

트에서  사용될  가능성을  보여줬으며  후속  RF  필터  설계에서의  다양한  기능  및  구성 

요소의  통합을  포한한  설계의  최적화를  통하여  추가  중량  감소가  예상되고  있다. 

  ESA의  microwave  엔지니어  Petronilo  Martin  Iglesias는  미래의  도파관  RF  부품

을  실제로  최적화하기  위해서는  여러  분야의  팀이  작업을  해야  한다.  즉,  재료  엔지니

어,  RF  엔지니어,  열  및  기계  엔지니어와  3D  프린팅  전문가가  차세대  컴퓨터  설계툴

을  이용하여  3D  프린터가  열게  될  새로운  접근법을  함께  연구해야  한다고  하였다.

※ 이 글은 아래 링크의 기사를 참조하여 작성하였습니다.

http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Metal_3D-printed_waveguides_pro

ven_for_telecom_satellites