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비전에서 일상으로 · · · 3D 프린터 현황 진단

2012.01.02 Robert L. Mitchell  |  Computerworld
3D 프린터로 3차원 물체를 만들기란, 비용과 난이도 측면에서 아직 문턱이 높다. 그러나 점점 그 문턱이 낮아지고 있다. 3D 프린터의 현황과 전망을 짚어본다.

리차드 스미스는 고객 주문으로 인해 벽면이동 로봇을 만들어야 했다. 그래서 3D 프린터를 이용해 만들었다.

스미스 엔지니어링(Smith Engineering Gb Ltd.)의 책임자인 스미스는 CAD 프로그램을 이용해 벽에 붙어 있을 수 있도록 충분한 흡입력을 발생시킬 수 있는 회전 로터가 장착된 이동식 이중궤도 로봇인 월로버(WallRover)의 3D 모델을 설계했다. 이후 그는 각 부품의 설계 파일을 3D 프린터로 전송했다.

이 프린터는 융해된 ABS 플라스틱을 "잉크"로 이용해 객체를 1/100인치 두께 이하의 섹션들로 나누어 한 번에 한 레이어(Layer)씩 인쇄한다. 3D 인쇄기가 객체를 제작하기 시작하면 각 레이어가 바로 앞의 레이어에 융합되거나 접착되어 제품을 구성하게 된다.

내부를 살펴보면 3D 프린터는 잉크젯 기술에 기반한 다양한 제작 기술을 사용하며 다양한 종류의 "재료"를 사용해 3차원의 객체를 인쇄한다. (다양한 종류의 3D 프린터에 대해 자세히 알고 싶다면 비교 차트 참조)

과거 3D 프린터를 구매하기에 전에는 제작을 위해 설계안을 서비스 업체에 전달해야 했다. 그러면 각 부품을 제작하는데 3-4일이 소요되었다. 만약 월로버 프로젝트를 위해 서비스 업체를 이용했다면 총 22개의 절차를 거쳐 제작 완료까지 총 6개월 정도가 소요되었을 것이라고 스미스는 말했다.

하지만 스미스는 고객에게 2주만에 최종 설계와 완전한 기능을 갖춘 시제품을 전달할 수 있었다.

그는 소비자용 3D "플라스틱 제트 프린터(Plastic Jet Printer)"를 이용해 제품을 제작했다. 더 랩맨(The RapMan)이라는 이름의 이 프린터는, 3D 시스템즈(3D Systems)의 비츠 프롬 바이츠(Bits From Bytes) 부서에서 구매할 수 있으며 가격은 1,500달러에 불과하다.

스미스는 이 프린터가 소모하는 "잉크"인 플라스틱 필라멘트(Plastic Filament)를 180달러에 구매했다. 서비스 업체를 이용하는 대신에 자체적으로 제작함으로써 "5개월의 개발 기간과 함께 약 1만 5,000 ~ 2만 달러를 절약할 수 있었다"라고 그는 말했다.

더 작고 더 저렴하게
3D 프린팅 기술은 새로운 것이 아니다. 첨삭가공(Additive Manufacturing) 또는 직접 디지털 가공(Direct Digital Manufacturing)이라고도 불리며 최근 3D 프린팅이라고 알려져 있는 가공 기술은 수십 년 동안 쾌속조형(Rapid Prototyping)에 사용되어 왔다. 하지만 가격이 달라졌다. 지난 24개월 동안 일반에 보급할 수 있는 수준으로 하락했다.

3D 프린팅의 간편함은 특히 플라스틱 제트 프린팅(Jet Printing) 기술 분야에서 두드러진ㄷ다. 3D 프린터 제조업체인 3D 시스템즈의 글로벌 마케팅 담당 부사장 케이시 루이스(Cathy Lewis)는 개인 용도로 "이상적"인 제품들이 대거 등장하고 있다고 말했다.

 하지만 인쇄할 수 있는 3D 객체를 생성하는 작업은 다소 까다로울 수 있다. CAD 프로그램에서 생성한 설계도는 완전해야 한다. "모든 표면은 말끔해야 하며 서로 완벽하게 연결되어 있어야 한다. 그렇지 않으면 제품에 구멍이 생겨 버린다"라고 3D 인쇄기 벤더인 스트라타시스(Stratasys)의 마케팅 담당 부사장 존 콥은 말했다.

그리고 나서 해당 설계도는 3D 프린터가 사용할 수 있는 표준 파일 형식으로 변환되어야 한다. 일반적으로 3D 시스템즈(3D Systems)가 개발하여 현재 업계 표준으로 자리잡은 STL(Stereolithography) 형식이 많이 쓰인다.

최근까지 CAD 프로그램으로 생성한 STL 파일의 품질은 3D 인쇄를 하기에 충분하지 않았기 때문에 추가적인 작업이 필요했다. 하지만 콥은 오토캐드(AutoCAD)나 솔리드웍스 등의 전문적인 입체 모델링 툴에서는 그런 문제를 거의 찾아볼 수 없다고 전했다. (소비자 중심적인 설계 툴의 경우는 얘기가 좀 다르다. 하단의 글상자 참조)
 


쉬워지는 3D 설계

구글 스케치업(Google SketchUp) 등의 무료 툴을 이용해 3D 프린팅를 위한 객체를 생성하는 것은 어렵지 않다. 하지만 복잡한 형태나 기하학적 구조의 경우 여전히 솔리드웍스(SolidWorks) 등의 전문적인 모델링 툴이 필요하다.

구글의 스케치업 등의 가상화 소프트웨어는 3D CAD(Computer-Aided Design)에 친숙해질 수 있는 기회를 제공한다고 런던에 위치한 왕립미술학교(Royal College of Art)의 라피드포RCA(RapidformRCA)의 관리자인 닉 그레이스(Nick Grace)는 말했다.그는 학생을 대상으로 한 3D 프린팅 서비스 업체에 근무하며, 다양한 소프트웨어 설계 툴과 3D 인쇄기 기술을 사용하고 있다.

하지만 그는 이런 툴들을 이용한 손쉬운 방법이 3D 프린터 세계에서는 완전히 통하지는 않는다고 전했다. 그는 "예를 들어 일부 소프트웨어는 특정 시점에서 불필요한 객체의 요소들을 완전하게 표현하지 않을 수 있다. 이것은 해당 파일이 3D 프린터로 전송될 때 문제가 된다”라고 말했다. 다시 말해서 화면상에서 괜찮아 보이지만 제대로 인쇄가 되지 않는다는 말이다.

전문적인 입체 모델링 툴들은 성능이 좀 더 낫지만 일반적으로 특화된 훈련과 전문 지식이 요구된다. 그러나 현재 이런 제품들을 사용하는 것은 꽤 까다롭다고 오토데스크(Autodesk)의 전략적 연구 책임자 곤잘로 마틴즈는 말했다.

CAD 소프트웨어 제조사들은 3가지 방법으로 3D 콘텐츠 생성 문제를 해결하고 있다. ▲3D 콘텐츠 생성을 위한 사용이 훨씬 용이한 입체 모델링 툴을 도입하고 ▲사용자들에게 설계상의 이점을 제공하는 3D 객체의 라이브러리를 제공하고 ▲오토데스크의123D 포토플라이(123D Photofly)특화된 소프트웨어를 사용하는 것이다. 이 툴은 모든 시점에서 찍은 한 객체의 일련의 사진들을 조합하여 사용할 수 있는 3D 모델을 만든다. 이런 과정을 사진측량(Photogrammetry)이라고 한다.

마틴즈는 전문적인 툴 개발자들이 복잡한 과정을 더욱 간소화하기 위해 노력하고 있다고 전했다. 약간의 교육 만으로도 사용자가 복잡한 기하학적 구조를 생성할 수 있도록 한다는 것이다.

예를 들어 CAD 초보자들을 위한 무료 툴인 오토데스크 123D는 전문적인 툴을 간소화한 버전이다.

맥닐(McNeel) 의 995달러짜리 프로그램 리노(Rhino)등은 복잡함과 기능성 사이에서 균형을 이루고 있다. 이 프로그램은 고급 표면/메시 모델링 프로그램이면서 접근이 용이한 조작 기능과 비디오 클립을 이용한 뛰어난 도움말 기능을 제공한다고 그레이스는 설명했다.

그레이스는 아직 초보자들이 전문가의 도움 없이는 그리거나 모델을 생성하고 인쇄할 수 있는 단계에 도달하지는 못했지만 '그런 날은 곧 올 것'이라고 밝혔다."
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