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과제기본정보

금속 3D 적층제조기술 항공기 부품 개발 기획1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통연구기획사업 과제번호 21RDPP-C165230-01
국가과학표준분류 1순위 화학공정 | 촉매제조 기술 | None 적용분야 제조업(전기 및 기계장비)
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 화학공정 | 촉매제조 기술 | None 과제유형 응용
과제명 금속 3D 적층제조기술 항공기 부품 개발 기획
주관연구기관 와이젠글로벌(주)
총괄연구 책임자 성명 홍성표
소속 와이젠글로벌(주) 직위 수석연구원
전화번호 02-6954-2292 FAX -
총 연구기간 2021-09-27 ~ 2022-07-26
당해연도 연구기간 2021-09-27 ~ 2022-07-26

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 100,000,000 0 0 0 100,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 □ 본 연구는 금속 3D프린팅 기술(=적층제조기술)을 활용하여, 항공기 부품을 설계·개발하고, 이를 상용화하기 위한 인증체계(시험인프라 포함) 구축 및 시범실증을
수행하는 사업을 기획하는 과제
○ 본 기획에서는 금속 3D 적층제조기술을 민수용 항공부품 개발에 활용코자 하며, 현재 국내에는 없는 소재 인증화를 기반으로 최적화 설계를 진행하고 이를 바탕으로
공정인증을 통한 부품실증과 항공품질체계에 따른 신뢰성 평가 및 다양한 부품 개발을 추진코자 함
○ 하위 과제는 ①금속 3D프린팅 기반 항공기 소재·부품 인증체계 구축사업, ②금속 3D프린팅을 이용한 항공기 부품 설계·제작 및 품질 인증체계 구축 기획,
②금속 3D프린팅 기반 항공기부품소재 인증체계 구축 및 MRO·시범실증 기획으로 구분하며, 각 기관별로 역할을 분담하여 수행

□ 본 과제는 금속 3D프린팅 기반 항공기 부품의 설계·제작 및 이의 품질인증을 위한 체계 구축, 최적의 소재 개발, 개발 부품에 대한 시범실증 등을 포함하는 연구
○ 금속 3D프린팅으로 대체가 가능하고, 항공기 제작사·항공사(MRO) 등의 수요가 풍부한 유망 부품을 발굴하고, 이의 최적 설계·적층기법(예: DfAM)을 개발, 실제 부품
개발을 포함
○ 또한, 개발된 부품의 품질 인증체계를 구축하고, 이에 대한 MRO·시범실증을 실시를 포함

□ 본 기획에서의 다루는 핵심 요소 및 적용 분야
○ 5대 핵심요소
① 대상 항공기 부품의 최적 설계(위상최적설계, 적층제조특화설계(DfAM))
② 항공기 부품의 요구도를 충족하는 3DP 소재 및 인증체계
③ 적층공정 최적화 및 항공기 부품 제작
④ 3DP 항공기 부품에 대한 품질인증 체계 구축 및 신뢰성 평가
⑤ 항공기 부품 유형(신개념, 민수용, MRO용)에 따른 인증기술기준 및 인증체계 구축
○ 적용 분야
? 금속 3D 프린팅은 항공분야 외에도 자동차, 조선, AAM/UAM 등 광범위한 산업에서 적용 중인 기술로 항공 산업에서는 완제기 제작, 항공부품, MRO 등의 산업에서
광범위하게 적용 가능
최종목표 항공기 부품에 대한 금속 3D프린팅 적용을 위하여, 소재·부품의 설계·제작기술의 개발 및 이의 품질인증체계 구축, 시제품 제작, 시범실증 등을 포함하는 완성도 높은 R&D사업의 기획
○ 연구개발목표
- 주관연구개발기관(와이젠글로벌) : 사업의 추진 필요성에 입각하여, 논리적 추진 타당성이 확보되고, 구체적인 계획을 포함한 사업 설계
- 공동연구개발기관(대한항공) : 3D프린팅 부품 설계·제작 등의 품질 인증체계 및 시범실증 상세 기획 등
- 공동연구개발기관(한국생산기술연구원) : 금속 3D프린팅 기반 항공기 부품 설계 및 제작, 소재개발을 위한 상세 기획 등
연구내용 및 범위 ○ 연구개발내용
- 주관연구개발기관(와이젠글로벌) : 금속 3D프린팅 대상 부품 도출, 국내외 환경분석 및 역량 진단, 기술개발 방향 및 사업 기본 설계, 세부활동 기획 및 예산 산출,
사전 타당성 분석 및 실용화 전략 도출 등
- 공동연구개발기관(대한항공) : 주관기관 기획 지원을 위한 자료 제공, 항공기 금속 3D프린팅 기술 개발 요구도 분석, 3D프린팅 부품 설계·제작 등의 신뢰성 평가 및
품질인증체계 개발 상세 기획, 항공기 부품 시제품의 시범실증 기획
- 공동연구개발기관(한국생산기술연구원) : 주관기관 기획 지원을 위한 자료 제공, 위상 최적화, 적층제조 특화설계 (DfAM) 등 항공기 부품 제작을 위한 기술 기획,
대상 항공기 부품 시제품 제작 기획, 적정 금속분말 소재의 개발 기획

○ 기획위원회 구성
- 기획위원회는 위원회의 기능 및 역할에 따라 부품 수요발굴위원회, 총괄기획위원회, 분과별 기획위원회로 구분
- 동 사업은 일반 기획사업과 다른게 3D프린팅으로 대체가능한 항공부품을 조사하여 동 사업의 적용 아이템을 선정하는 것이 최우선시 될 필요
:: (부품수요발굴 위원회) 과제 착수와 동시에 우선적으로 항공부품 중 3D프린팅으로 대체가능한 부품의 Pool을 구성하고, 이 중 완제기 제작사 및 항공사의 수요, 국내
3D프린팅업체의 역량, 경제성 등을 바탕으로 동 사업에서 적용할 아이템 선정
:: (총괄기획위원회) 연구방향 및 절차에 대한 자문의견 제시와 더불어 연구결과에 대한 심의 및 자문
:: (기술분과위원회) 기술수요조사서 검토 및 후보기술 구체화, 세부과제 기술개발 계획 및 성과지표 작성 등의 실무 업무 지원
○ 연구개발 범위
- 개발대상 부품 도출
:: 금속 3D 적층제조 적용가능 부품 List 도출 항공기 제작사, 운항사, 유관 기업 등 수요 분석
- 사업추진 논리의 설계
:: 금속 3D 적층제조 기술항공기 부품 분야 미래전망 분석
:: 대내외 환경분석(정책, 시장·산업, 기술)
:: 국내 수준진단 및 수요분석(투자, 인프라, 인력, 수요)
:: 국내 항공인증체계 현황 분석
:: 사업기본방향(중점분야) 도출
- 사업기본 구조설계
:: 비전 및 목표설계, 전략목표 설정, 성과목표/지표 설정, 사업추진체계 설계
- 세부활동 기획(내역사업별 세부기획)
:: 목표 및 수행범위 확립, 연구개발계획 수립, 예산 및 인력 산출
- 기획결과의 검증 및 확정
:: 사전타당성 검토(기술적·정책적·경제적 타당성 분석)
:: 실용화 전략 도출
:: 전략계획서 작성
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 항공기 부품에 대한 금속 3D프린팅 적용을 위하여, 소재·부품의 설계·제작기술의 개발 및 이의 품질인증체계 구축, 시제품 제작, 시범실증 등을 포함하는 완성도 높은 R&D사업의 기획 - 개발대상 부품 도출
:: 금속 3D 적층제조 적용가능 부품 List 도출 항공기 제작사, 운항사, 유관 기업 등 수요 분석
- 사업추진 논리의 설계
:: 금속 3D 적층제조 기술항공기 부품 분야 미래전망 분석
:: 대내외 환경분석(정책, 시장·산업, 기술)
:: 국내 수준진단 및 수요분석(투자, 인프라, 인력, 수요)
:: 국내 항공인증체계 현황 분석
:: 사업기본방향(중점분야) 도출
- 사업기본 구조설계
:: 비전 및 목표설계, 전략목표 설정, 성과목표/지표 설정, 사업추진체계 설계
- 세부활동 기획(내역사업별 세부기획)
:: 목표 및 수행범위 확립, 연구개발계획 수립, 예산 및 인력 산출
- 기획결과의 검증 및 확정
:: 사전타당성 검토(기술적·정책적·경제적 타당성 분석)
:: 실용화 전략 도출
:: 전략계획서 작성
연구성과 기술적 기대성과 - 3D프린팅 기반 항공 부품 설계·제작 등 첨단기술 융복합 기술개발에 따라 기체의 경량화, 고부가가치화(일체화 등) 및 항공수리·정비(MRO) 분야에 신기술
적용 확대 가능
? 항공기의 연비·탄소배출 저감 및 소음 감소 등을 위해 DfAM(Design for Additive Manufacturing), Lattice 구조 및 위상최적화설계 등으로 항공 부품 경량화
설계 및 적층제조기술 적용 가능
? 향후 항공부품 신규모델 개발시(운송용, 신개념 항공기 포함) 경량부품, 고부가가치 부품 제조에 대한 기술적 부담을 경감할 수 있으며, 항공부품 국산화율
을 높일 수 있는 기술적 기반 확보 가능
? 기존 성형, 절삭 등의 공정 한계성으로 인해 부품 설계 제약이 있는 사안을 근본적으로 극복할 수 있는 항공부품 적층제조기술 확보로 신규 부품 및
MRO(Maintenance, Repair and Operations) 부품의 내재화 실현이 가능
- 설계, 소재, 공정, 제조, 평가에 이르는 적층제조 전주기 개발 시스템 확보와 인증기술기준 및 인증체계 구축을 통해 국내 항공부품 제조기술의 위상 재고
- 항공 부품 기술과 3D프린팅 기술 융합을 통한 기술혁신 및 기술격차 해소 가능
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 3D프린팅 기술을 활용한 항공부품 제조기술의 전주기적 기술확보를 통해 기존 해외 하청생산 중심의 저부가가치 항공산업 구조를 고부가가치, 지속가능
산업구조로 전환
? 기술력을 가진 국내 기관이 항공기 제작사(에어버스社, 보잉社 등)의 주요 3D프린팅 부품 제조사 리스트에 등재 가능
? 최근 OEM항공기 개발 프로젝트에 RSP(Risk&Revenue Sharing Partership)참여나 Supply Chain에 편입등의 기회가 증대되어 3D프린팅을 활용한 설계,
제조기술 및 인증체계 확보는 국내 항공산업 경쟁력 강화에 큰 역할을 할 것임
? 항공부품의 설계 기술과 3D프린팅 기술을 연계한 제작 기술 확보를 통해 수요→설계→부품생산→조립→최종제품 납품에 이르는 supply-chain구축이 가능
- 3D프린팅 신기술을 개발을 통해 항공기 정비산업(MRO, Maintenance Repair and Overhaul) 신규시장 진입 및 제조수명이 다한 항공기 부분품의 대체기술
확장
? 일반 민수품과 달리 15~30년간 장기간 사용하는 항공산업 부품 조달, MRO (Maintenance, Repair and Operations) 부품 조달에 대한 신속한 대응으로
안정적 운영 기반 확보 가능
- 항공부품 3DP 소재에 대한 국내 인증체계 구축을 통해 기존 방산물자 수출승인 제한등의 한계를 극복하고 항공용 소재부품산업의 국내 경쟁력 강화
- 항공우주부품의 금속 3D프린팅 활용 제작 기술과 관련된 세계 최고 수준의 독자 기술을 확보함으로써 국내기업의 글로벌 전문기업으로의 도약을 지원함과
동시에 자동차/에너지/국방 등으로의 기술확산

○ 사회적 측면
- 최근 기후변화 대응을 위한 항공산업의 탄소상쇄, 탄소감축 가속화에 대한 대응을 위해 3D프린팅 기술을 이용한 항공부품 경량화, 단순화, 일체화 설계를
통해 대응 가능
- 3D프린팅 기술을 활용한 항공부품 제조기술의 전주기적 기술확보와 인증기술기준 및 인증체계 구축을 통해 실제부품의 상용화가 가능할 것으로 판단되며
이러한 사례를 통해 다양한 산업들과의 가치사슬 창출과 이를 통한 고용창출이 가능
활용방안 - 민수용 항공기적용 3D프린팅 국내외 기술개발, 인증체계동향 및 환경분석(예상 연구성과 ①)을 통해 미래이슈와 니즈를 도출하고 이슈해결을 위한
대안 제시
- 국내외 동향분석을 통해 국토교통 관련 정부 정책과의 관련성 및 연계성을 분석하고, 민수용 항공기 경쟁력 강화를 위해 국토교통부 뿐 아니라 관련부처
정부정책에 적극적인 반영 (ex. 3D프린팅 산업 진흥 상세계획, 항공산업 발전 기본계획 등)
- 금속 3D프린팅을 이용한 항공기 부품설계, 제작 및 인증체계 구축 기획(예상성과 ②-㉮)을 통해 연구개발 후보과제의 우선순위를 도출하며, 이를 통한 기술
개발 시나리오와 개발 로드맵을 제시함
- 금속 3D프린팅 기반 항공기 부품소재 인증체계구축 및 MRO 시범실증 기획(예상성과 ②-㉯)을 통해 3D프린팅으로 제작 가능한 항공기 MRO부품을
리스트업하고 이의 실증을 위한 인증체계 마련과 실증계획을 수립함
- 예상성과 ②-㉮에서 도출된 후보과제의 과제별 추진체계 및 사업추진 일정을 효율적으로 설정, 공고하여 기술력 있는 국내 항공기업의 해외 항공기
제작업체의 3DP 생산협력업체로의 등재를 위한 노력
- 예상성과 ②-㉯의 국내시장, 파급효과 등을 고려한 공고를 통해 3D프린팅 기반 국내 MRO시작의 획기적인 개선 노력
- 3D프린팅 기술 적용한 항공기 부품 개발에 따른 산출물인 최적설계기법, 소재/공정규격서, 요구도 등은 항공부품 개발 외에 자동차, 기계, 선박, 신개념
항공기 (PAV, UAM) 등 다양한 산업분야에 적용되어 금속 3D프린팅 기술 적용을 가속화하여 4차 산업혁명에 대비 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 항공기 부품 금속 3D 프린팅 항공인증 - -
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