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[산업지식인] 3D스캐닝·3D프린팅, 대량 생산보다 소량 주문 제작에 효과적인가요?

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[무료등록-대박 경품] 솔리드웍스의 클라우드서비스로 확 달라진 제조 현업의 이야기가 찾아갑니다 (12.10)

헬로티 서재창 기자 |

 

 

[산업지식인]은 실무자의 질문을 전문가가 자세하게 답변해주는 코너입니다. 산업지식인에는 MTV 웨비나에서 발표자와 질문자가 주고받았던 질의응답을 한 데 모아봤습니다.  

 

3D시스템즈는 '혁신제품 개발을 위한 3D스캔 데이터 생성 및 3D프린팅'이라는 주제로 웨비나를 진행했습니다. 이 웨비나에서는 3D스캔 데이터의 생성부터 출력까지의 프로세스 및 적용 기술, 해당 기술을 활용한 실무 적용 방안이 소개됐습니다.

 

Q & A


Q : 3D스캐닝과 3D프린팅으로 제조된 경우 대량 생산보다 소규모 주문 제작이 경쟁력 있어 보인다. 
A : 재료와 어플리케이션에 따라 대량 생산을 하기 위한 금형을 제작하는 비용까지 감안하면, 3D프린팅으로 생산하는 대량 생산(소형부품)이 오히려 경제적으로 우위에 있는 경우도 있다. 정밀도, 강도 등은 다양한 소재가 지속적으로 개발되고, 기존 전통 가공에서 제작이 어려운 고부가가치 부품 개발을 통해 경쟁력 확보가 가능하다.


Q : 3D스캔 데이터 생성 및 3D프린팅을 사용함으로써 가장 큰 효과를 볼 수 있는 분야는 어디인가?
A : 특정 분야가 정해져 있지 않다. 해당 기술은 다양한 분야에 적용 가능하며, 자동차, 전자부품, 항공 등에 주로 적용된다. 


Q : 기술 도입 시 가장 고려해야할 사항과 운영상 비용절감 요소는 무엇인가?
A : 3D스캐너의 경우, 스캔 가능한 면적이 다양하기에 스캔하고자 하는 제품의 크기, 요구 정밀도, 가격 등을 고려해야 하며, 3D프린터의 경우, 프린팅할 재료의 특성, 빌드 크기, 가격 등을 고려해야 한다.

 

Q : 3D스캐닝으로 제작할 제품 도면을 입력할 때 스캔에 대한 오차 범위는 어느 정도인가?
A : 스캔 오차는 스캐너에 따라 달라진다. 정밀한 스캐너의 경우 최소 정밀도는 0.01mm 이내고, 일반적인 스캐너의 경우, 최소 정밀도는 0.05~0.1mm 정도다. 역설계 시에는 스캐너의 정밀도와 상관없이 설계 변수를 반영해 모델링을 하기에 오차는 무시할 수 있는 수준이다. 

 

Q : 3D스캐닝 시 조립된 부품을 모두 해제한 뒤 해야만 하는가?

A : 3D스캐너는 카메라를 사용하기에 보이는 부분만 스캔이 가능하다. 보이지 않는 곳을 스캔해야 한다면, 조립 부품을 분해 후 스캔해야 한다.


Q : 인체 스캔 작업 시 입체적으로 스캔해야 하는데 어떤 방법이 사용되는가?
A : 인체 스캐너를 스캔하는 스캐너가 따로 있다. 일반적으로 사람은 그대로 서 있는 상태에서 9~12개 이상의 카메라가 동시에 측정해 각 데이터를 병합하는 방식으로 데이터를 취득하고 있다.

 

Q : 초음파 영상 진단 및 인체 3D스캐너의 의료용 외에 다른 사용 용도는 무엇인가?
A : 인체 스캐너는 의료용 외에도 맞춤형 의복 제작, 피트니스 전후 비교, 지방 흡입 수술 전후의 비교 등의 목적으로 활용 가능하다. 

 

Q : 3D스캐닝에는 접촉식과 비접촉식이 있는데, 어떤 차이가 있는가?
A : 접촉식은 제품 표면에 터치 프로브가 직접 터치해 측정하는 방식으로 정밀도가 높다. 대신 정반 위에 제품을 올려 놓아야 하기에 제품 사이즈에 따라 측정기 크기가 달라져야 하며, 장비가 무겁기에 이동이 불가능하다. 반면, 비접촉식 스캐너는 비접촉식으로 넒은 영역을 한 번에 측정하기에 제품을 빠르게 스캔하며, 장비 이동이 가능하다.


Q : 단종, 파손된 부품의 경우 스캔 모델에 대한 보정 및 수정 부분은 어떻게 지원하는가?
A : 기존 형상을 유추할 수 없을 정도로 파손된 부품은 스캔을 하더라도 복원이 어려울 수 있다. 대신 기존 제품의 이미지가 있다면, 그 이미지로부터 필요한 정보를 얻어 모델링할 수도 있다. 기존 형상을 유추할 수 있다면, 얼마든지 복원이 가능하다.


Q : 스캔 대상이 많으면 여러 종류의 스캐너를 보유해야 효과적인 데이터 산출이 가능한가? 
A : 광학식 스캐너는 카메라 렌즈를 교체해 측정 영역 변경이 가능하다. 따라서 하나의 장비 본체에 렌즈만 다양하게 구비하면, 제품 크기에 상관없이 다양한 제품을 스캔할 수 있다.


Q : 3D 스캔한 제품을 3D프린팅으로 제작 시 제품에 대한 오차와 오류를 줄이기 위한 사전 작업은?
A : 오차를 줄이기 위해서는 3D 스캔한 데이터를 그대로 프린팅하는 것이 아니라 CAD 데이터로 모델링 변환 작업을 한 후에 사용하는 것이 오차를 줄이는 방법이다. 물론 스캔데이터 자체만으로도 프린팅은 가능하다.


Q : 품질검사 측면에서 보면 제품의 전수검사가 가능한가?
A : 전수검사를 하기 위해서는 3D스캐너를 사용하는 것보다는 비전카메라를 사용하시는 것이 좋다.


Q : 3D프린팅의 경우 소재 개선에 대해 진행되는 기술 개발이 진행 중인가?
A : 금속의 경우에는 기존 공법의 열처리 공정을 추가하거나 금속 3D프린팅의 경우 신뢰성 확보를 위해 3D프린팅 공정을 모두 모니터링하는 시스템이 개발됐다. 


Q : Geomagic Design X 에서 생성된 파일은 다른 설계 프로그램 파일로 컨버젼이 가능한가?
A : Geomagic Design X에서 생성한 모델링 결과는 범용 CAD file format인 STP이나 IGES, 파라솔리드 등으로 추출 가능하고, 일부 메이저 CAD 파일포맷으로도 변환이 가능하다. SolidWorks, NX, Creo 등을 지원한다. 


Q : 3D스캔 시 얇은 부분을 스캐닝 후 병합하면 메쉬가 어긋나는 오차가 발생하는데, 해결 방안은?
A : 얇은 부분을 스캔할 때는 옆면에 조그만 스피어를 부착한 후 스캔을 하면 간편하게 병합할 수 있다. 

 

Q : 3D스캔 시 발생하는 오차와 이를 다시 역설계할 시 발생되는 오차는 어떤 방법으로 보정되는가?
A : 스캐닝할 때 발생하는 오차를 제품 사이즈에 따라 달라지는데, 역설계할 때 발생되는 오차는 스캔 데이터 정보를 갖고 직접 스케치를 생성해 작업하는 방식으로 진행되므로 오차 부분에 대해서는 사용자가 직접 관리할 수 있다. 역설계 하는 방식에 따라 편차를 줄이는 쪽으로 진행할지, 표면 품질을 우수하게 하는 쪽으로 진행할지에 따라 결과가 달라지게 된다.

 

Q : 금속 3D프린터에서 제품을 베드에서 떼어내기 위해서는 와이어커팅기가 가장 효율적인가?
A : 부품 형상 및 수량에 따라 다양한 도구로 작업이 가능하다. 생산을 고려하시는 경우 와이어커팅기를 비롯한 자동화 장비가 효과적이다.

 

 

‘혁신제품 개발을 위한 3D스캔 데이터 생성 및 3D프린팅’이라는 주제로 다양한 질의응답이 오고갔습니다. 제품 개발에 적용되는 3D스캐닝과 3D프린팅 기술을 이해하는데 조금이나마 도움이 되셨나요?

 

해당 주제와 관련해 궁금한 사항은 하단에 있는 댓글창에 댓글로 입력해주세요. 전문가가 직접 답변해드립니다. 이와 더불어 위 내용을 다룬 발표 자료를 공유 받고 싶다면, 댓글창에 메일 주소를 남겨주시길 바랍니다. 

 

 




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