3D 프린팅의 CAD설계응용
작성자 : nhk2050 분류 : 연구개발 | IT 작성일 : 2018.02.23 11:00:32 조회 : 874 키워드 : 4차산업혁명,3D프린팅,CAD설계응용,제조업혁명
(질문배경)
3차원 프린팅은 3차원 CAD 형상정보를 바탕으로 실제 제품을 제작할 수 있는 기술로 최근 모형이나 시작품 제작, 2차공정을 위한 마스터 모델 및 기능성 부품의 제작 등에 사용되고 있다.
(CAD를 이용한 신개념 리모컨 형상설계 및 제작 사례)
(3D 프린팅의 CAD설계응용)
CAD 능력을 활용하여 실제 제품의 형상모델링을 수행함으로써 CAD 실무를 익히는 것을 목표로 한다. 주로 실제 제품의 형상을 측정하고 3차원 CAD를 사용하여 형상모델링을 수행하는 역설계(Reverse Engineering)를 수행하는 형태로 진행되며, 역설계된 형상정보를 사용하여 3차원 프린터로 실제 제품을 제작해보는 과정까지 활용할 수 있다. 역설계 주제로는 캐릭터 모델에 대한 역설계나 실제 제품에 대한 역설계등의 주제를 부여하여, 설계자들로 하여금 흥미를 유발하는 장점이 있는 반면, 후자의 경우는 실제 사용되는 제품에 대한 역설계를 수행함으로써 단순한 형상모델링에 국한되지않고 제품의 설계특성에 대해 고찰해보는 기회를 부여할 수 있는 장점이 있다.
(3D 프린팅의 CAD설계응용 사례)
최근 실시된 CAD 설계과제(캐릭터 역설계)의 진행과정에 대해 간략하게 소개해보겠다. 국산 애니메이션인‘뽀로로와 친구들’에 등장하는 총 5개의 캐릭터(뽀로로, 루피, 에디, 크롱, 포비)에 대한 역설계를 수행하도록 하였다. 학생들은 총 10팀으로 구성(팀별 3~4명)하여 1개의 캐릭터당 2개의 팀을 할당하여 상호 경쟁하도록 유도하였으며, 팀별 캐릭터는 추첨을 통해 결정하였다. 수행과정은 기초형상 측정, 형상모델링 및 3차원 프린팅의 3단계로 구분하였으며, 1, 2단계에서는 보고서를 통해 3단계에서는 발표평가를 통해 결과를 평가하였다. 1단계에서는 캐릭터의 특징곡선을 추출하기 위한 측정과정이 주로 수행되며, 다양한 방법을 사용한 특징곡선 추출 사례를 예시하였다. 측정방법으로는 실물모형을 사용하여 측정하는 방법과 그림/애니메이션 영상에서 다양한 특징곡선을 추출하는 방법 등이 사용되었다. 일부 설계자들의 경우 3차원 스캐너를 사용하여 실물모형의 스캔을 수행하고 영상을 획득하는 방법을 사용하기도 하였다. 2단계는 형상모델링 과정으로 1단계에서 작성된 특징곡선들을 사용하여 수행된다. 우선 여러 방향과 단면의 특징곡선들을 사용하여 자유곡면을 만들고, 이후 생성된 곡면을 사용하여 입체형상을 완성하는 과정을 거친다. 등고선 형태의 특징곡선을 사용하여 곡면을 생성하고 이후 캐릭터 두상에 대한 3차원 모델을 생성하는 과정을 나타내었으며, 또한 상기 과정을 거쳐 주요 부위(머리, 몸통, 팔, 다리 등)에 대한 형상모델링을 수행하고 이후 각자 완성한 3차원 모델을 사용한 가상조립(Virtual Assembling) 과정을 거쳐 최종 형상을 완성한 사례를 도시하였다. 3단계에서는 완성된 CAD 모델을 사용하여 3차원 프린팅을 수행하는 과정이다. 이를 위해 CAD 모델로부터 3차원 프린터로 전송하기 위한 STL 파일을 생성하도록 지도하였으며, 이때 제작된 곡면을 충분히 묘사할 수 있도록 해상도를 조절하도록 지도하였다. 또한 3차원 프린팅에 대한 이론강의를 추가하였으며, 2종의 3차원 프린터를 보유하고 있는 당 기관 공동실험실습관 시제품제작실 견학 및 참관수업을 수행하였다. 학생들은 해당 장비를 사용하여 본인이 제작한 CAD 모델을 사용하여 캐릭터 모델을 제작하였으며, 직접 후처리 과정에 참여하도록 하였다. 그림에 제작된 다양한 캐릭터 모델의 형상을 도시하였다. 이러한 활용을 통해 설계자들이 본인이 설계한 작품을 손쉽게 구현할 수 있도록 적절한 용도에 3차원 프린팅을 활용할 수 있게 하는 경험을 습득할 수 있을 것으로 기대된다.
( 3차원 CAD형상모델링의 3D프린팅)
Tip
3D printing 기술은 기존의 산업적 응용을 넘어서 현재 제조업의 혁명을 가져올 차세대 기술인 3D 프린팅의 CAD설계응용을 알아 두자.
<참고자료>☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료
www.3dpkorea.co.kr/wp-content/uploads/2015/11/ksme-3dprinting.pdf
<전문용어>
3D printing 기술, CAD설계응용, 가상 조립