3D 프린팅 자격증 특강 1 : 2018년부터 새로운 기술자격증으로 승격된 3D프린팅 활용

[엉클밥]

異口同聲  '21세기 연금술' 3D프린팅, 어디까지 왔을까?

  2017년 12월 3D프린팅 기술이 2025년 대한민국 성장엔진이 될 100대 기술로 선정되었습니다. 4차 산업혁명을 이야기 할 때 ‘스마트팩토리’를 언급하지 않을 수 없듯이 미래지향적 제조의 한 획이 될 3D 프린터를 빼 놓을 수 없을 것입니다.

2014년 처음 접한 3D 프린터라는 괴물(怪物)은 다소 생소하지만 획기적인 ‘21세기 연금술’ 아니 설화속의 ‘도깨비방망이’같은 엄청난 발명품이 아닌가라고 감탄을 마지하지 않았는데, 4차 산업혁명을 맞아 꿈의 ‘도깨비방망이’가 될지도 모를 3D프린터로 나만의 ‘창조적 영감’을 실현화 시켜주는 도구뿐 아니라 미래를 향한 나의 위치를 가늠하는데 한 걸음 더 다가갈 수 있기를 희망해봅니다.

3D프린터는 1984년 미국의 척헐(Chuck Hull)박사에 의해서 처음 발명이 되었는데 그 원리는 만들고자 하는 물체를 3D(Dimension,차원)에서 적층(Additive)하여 형상화시켜 가는 것이다. 이 때 적층되는 출력방식-재료에 따라 다양한 기술로 세분화되면서 발전하게 됩니다.

그렇다면 3D프린터가 어떻게 원하는 목적물(Object)을 출력할 수 있을까요?

먼저 원하는 목적물을 3D프린터가 인식할 수 있는 특정포맷으로 만들어 줘야하는데, 3D프린터가 인식할 수 있도록 특정양식으로 만들어주는 과정이 바로 3D모델링[1] 과정이다. 원하는 형태를 3D모델링 프로그램을 통해서 디자인해주고 그 완성된 디자인을 일정한 특정포맷으로 변환시켜 저장해주면 됩니다. 그 다음은 일반 프린터처럼 3D프린터에서 파일을 불러들여 프린팅을 하면 됩니다. 그리고 쿠라(Cura) 같은 슬라이싱(Slicing) 프로그램은 3D프린터 메이커 회사마다 3D프린터를 동작시키는 OS와 같이 제공되기 때문에 특별히 신경쓰지 않아도 됩니다.

■ 3D 모델링

3D 모델링 작업을 위해선 캐드(CAD:Computer Aided Design)라는 전문 프로그램( 퓨전360, 솔리드웍스, 인벤터, 라이노, Z-brush 등)이 필요하며 이 도구를 활용하여 실제 치수 기반의 2D~3D 설계까지의 작업을 통칭합니다. CAD의 개념에서 가장 중요한 것은 ‘실제 치수 기반’ 입니다. 이 말은 즉, 현실 세계에서의 사물 실제 크기를 다루는 것입니다. 따라서 애니메이션이나 영화, 게임 그래픽에 해당하는 3D 모델링 작업은 CAD 작업의 범주에 놓기 어렵습니다. 이러한 유형은 가상공간에서 활용하는 것을 주목적으로 하기 때문에 ‘CG:Computer Graphics’ 라고 합니다.

■ 와이어프레임(Wireframe) 방식

3D 그래픽스가 등장한 가장 초기에 사용되던 방식으로, Wire 선으로만 입체를 표현하는 것으로, 현재는 주 표현 방식으로 활용하지 않고 데이터 양이 적어 처리가 빠르므로 3D모델의 내부 형태를 확인하는데 주로 사용합니다.

■ 폴리곤(Polygon) 방식

폴리곤은 기하학에서 삼각형 면을 일컫는데. 이 면의 집합을 이용해 형상을 표현하는 것이 폴리곤 표현 방식입니다. 이는 삼각형 모서리를 자유롭게 움직여, 작업자가 직접 디테일한 조형이 가능하다는 점입니다. 그래서 게임이나, 영화 등의 그래픽스 작업에 매우 적합하고, 널리 활용되고 있습니다. 단, 실제 치수 기반이 아니기 때문에 CAD 작업은 어렵고 완벽한 직선과, 완벽한 곡선을 만들 수 없어서 기계부품/공산품 설계보다는 유기적인 조형작업을 하는데 유용합니다.

■ 써페이스(Surface) 방식

형상의 표면 정보만을 가지고 표현하는 방식으로 Nurbs(넙스)라고 하는 수학적 정보로 곡면을 정의하기 때문에 폴리곤 방식보다 더 정확한 형상을 구현할 수 있습니다. 실제 치수를 기반으로 하지만 형상의 모든 부분을 면 정보로만 정의할 수 있기 때문에 역시 기계 및 공산품 설계와 조립 체계 등을 정립하는 데는 부적합합니다.

■ 솔리드(Solid) 방식

3D 모델 표현 방식 중 가장 많은 실제 데이터를 적용할 수 있는 방식으로, 실제 치수는 물론, 두께, 부피, 내부 채움 정도나 무게, 중심축에 대한 데이터까지도 모델에 모두 포함시킬 수 있습니다. 그래서 기계 설계와 물리적인 작동 구조 및 조립 체계까지 정립하는데 매우 적합합니다. 가상공간에서 실제 물리 데이터를 적용할 수 있다는 것은 매우 획기적인 것으로, 수준 높은 소프트웨어에서는 기계 부품 상호간의 간섭 검사도 가능합니다. 이는 실제 제작 시 오류를 제작 전에 미리 최소화 시키는 것으로 시간과 비용 소요를 크게 절감할 수 있도록 도와줍니다.

[엉클밥]

2강은 다음주에 올리겠습니다.