내 3D 프린터와 최적의 조합을 이룰 3D 스캐너 선택법

3D 스캐닝은 3D 제작 워크플로의 시작과 끝에서 중요한 부분을 차지합니다. 엔지니어, 제품 디자이너, 연구원은 리버스 엔지니어링을 이용한 기존 디자인 통합, 수제 조각 점토 디자인 디지털화, 인체의 형상과 정확하게 일치하는 본으로 디지털 모델을 구성하는 데 사용할 더 빠르고 효율적인 방법으로 3D 스캐너를 사용합니다.

제작이 완료된 후에는 품질 관리를 지원하고 3D 프린팅된 부품의 정확성을 확인하는 데 3D 스캐닝이 도움이 될 수 있습니다. 또, 부품을 사용한 후에는 스캐너로 그 성능을 확인할 수 있고, 더욱이 부품에서 변형된 부분을 확인하면 차후 디자인을 개정할 때 설계를 보강할 위치를 알 수 있습니다.

3D 스캐너는 휴대용에서 데스크톱용에 이르기까지 제품 옵션이 다양하여 응용 분야와 예산에 가장 적합한 3D 스캐닝 시스템을 선택하기가 어려울 수 있습니다. 이 글에서는 3D 스캐너를 구매할 때 고려해야 할 장 중요한 요소를 살펴보고 3D 스캐닝과 3D 프린팅을 조합했을 때 저력을 발휘할 수 있는 몇몇 핵심 응용 분야를 소개해드리고자 합니다.

현재 시장에는 다양한 스캐닝 기술이 있으며 모두 고유한 장단점이 있습니다.

레이저 삼각 측량은 개체에 초당 최대 수백만 개(광점)의 빛을 투사합니다. 광점에서 반사된 빛은 스캐너 센서로 되돌아가 개체의 형상을 캡처하는 기능을 합니다. 이러한 스캐너는 종종 가장 정확한 유형으로 꼽히며 표면이 불투명하고 아주 정교한 부품을 스캔하기에 걱격합니다.

레이저 삼각 측량 스캐너에는 한계가 있습니다. 예를 들어, 레이저 광점을 안정적인 광원에서 투사해야 하고 광원과 스캔할 개체의 거리를 일정하고 가깝게 유지해야 하므로 휴대용 스캐너에는 대부분 이 기술을 사용하지 않습니다. 투명하거나 반짝이는 표면에서는 레이저 삼각 측량 스캐너가 작동하지 않을 때도 있습니다. 일반적으로 개체에 적용할 반사 마커가 필요하며 사용 후 제거해야 하며 스캔하는 개체에 따라 장애물이 될 수 있습니다.

마지막으로, 레이저 도트는 사람의 눈에 해로울 수 있으므로 레이저 삼각 측량 시스템으로 신체 부위를 스캔할 때 안전 예방 조치를 추가하거나 스캐너 제조업체에 확인하여 장치가 눈에 안전한지 확인하는 것이 중요합니다.

구조광 스캐너(백색광 스캐너 또는  청색광 스캐너라고도 함)는 일반적으로 양쪽에 비스듬히 두 대의 카메라가 있는 프로젝터를 사용합니다. 빛의 패턴이 투사되어 스캔 중인 구성품 위에 놓이면 개체가 빛 패턴을 변형하는 방식을 카메라가 캡처한 다음 여러 장의 이미지를 단일 3D 스냅샷으로 통합합니다.

구조광 스캐너는 고정형 및 휴대용 형식으로 모두 사용할 수 있습니다. 휴대용 3D 스캐너에 가장 일반적으로 사용되는 기술입니다. 구조광 스캐너는 사람과 동물 모두를 대상으로 안전하게 사용할 수 있고 물체가 완벽하게 움직이지 않을 때 탁월한 성능을 보이므로 의료 응용 분야에서 훨씬 더 일반적으로 찾아볼 수 있습니다. 기존의 백색광 스캐너는 레이저 삼각 측량 스캐너보다 스캔 속도가 느렸습니다.

심도 감지 카메라는 적외선(IR)에 도트 필드를 투사하여 3D 장면을 샘플링합니다. 심도 감지 카메라는 사용이 간편하고 가장 저렴한 스캔 옵션이지만 정확도와 해상도가 낮고 미세한 디테일이 손실되는 경우가 있습니다. 심도 감지 카메라로 큰 물체를 캡처할 수는 있지만 피사체와의 거리가 멀어지고 카메라에 대한 각도가 가팔라지면 정확도가 떨어집니다.

사진측량은 사진에서 정확한 측정값을 도출하는 행위를 의미합니다. 여기에는 겹쳐지는 물체, 건물, 사람 또는 환경 사진 여러 장을 가져와 다양한 컴퓨터 알고리즘을 통해 3D 모델로 변환하는 작업이 포함됩니다. 최신 휴대폰 카메라에 탑재된 여러 장의 사진을 캡처하고 결합하는 기능으로 알 수 있듯 사진측량은 스마트폰으로 3D 스캔을 생성할 때 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 사진 측량은 3D 프린트물 제작용으로 가장 저렴하고 가장 정확하지 않은 방법으로 취급해야 하며 심각한 비즈니스 응용 분야에는 적합하지 않습니다.

최신 버전의 iPhone Pro 및 iPad Pro와 같은 일부 고급형 스마트폰과 태블릿에서는 LiDAR(빛 감지 및 거리 측정) 센서를 찾아 볼 수 있습니다.그 덕분에 간헐적 스캔 작업만 필요한 사람은 실행 가능한 스캐너로 iPhone과 iPad를 사용할 수 있으며, 사진 측량 기능만 있는 기기와 비교하면 성능이 한 단계 높습니다. 스마트폰이나 태블릿의 카메라를 통해 3D 메시 파일을 생성하는 애플리케이션은 보급형 스캐닝의 기본으로 생각해야 합니다. 사용자가 CAD 소프트웨어로 메쉬에서 빈 곳을 메우고 3D 프린터로 보내는 것과 같은 작업을 위해 3D 모델을 개선하는 등의 추가 작업을 해야 합니다. 스마트폰은 물체를 스캔할 때 더 적은 광점을 사용하므로 순수한 독립형 스캐너보다 디테일이 떨어집니다. CAD 설계 능력이 상당히 좋거나 기본 모델을 디지털 공간으로 전송해야 하는 경우 iPhone은 스캐너를 대체하기에 좋은 대안입니다.

스캔 정확도는 스캐너 기술에 따라 상당히 다르며 일반적으로 정확도가 높을수록 비용이 많이 듭니다. 최종 부품의 필수 공차는 3D 스캐너의 정확도 요구 사항을 결정하는 데 유용한 지표가 될 수 있습니다.

정확도 범위가 0.1mm 이상인 레이저 스캐너와 구조광 스캐너는 전문 응용 분야와 고해상도 3D 프린터에 적합합니다. Formlab 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터(Form 3+ 같은)는 많은 데스크톱 3D 스캐너와 정확도가 유사한 파트를 생산할 수 있고 프린팅 가능 영역은 그 스캔 볼륨과 유사한 제품입니다.

측정 지점과 실제 위치 사이의 정확도 외에도 스캐너는 주어진 스캔 거리에서 캡처된 지점 사이의 거리인 해상도 측면에서도 다양합니다. 즉, 스캔한 개체에서 스캐너의 해상도보다 작은 세부 정보는 캡처되지 않습니다. 예를 들어 매우 정확하지만 해상도가 낮은 3D 스캐너로는 조각상에 있는 보석의 대략적인 형태를 감지할 수 있지만 반지나 목걸이 각각의 세부 정보는 명확하게 확인하지 못할 수 있습니다. 프로젝트 요구 사항에 따라 이것이 딜브레이커(양측이 입장 차이를 전혀 좁히지 못해 전체 협상을 결렬시키게 만드는 쟁점사안이나 요인)이 될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.

정확도는 부품과 디지털 값 사이의 측정 오차라는 메트릭을 쉽게 기억하는 방법이 있습니다. 해상도는 측정 밀도를 나타냅니다.

정확도는 제조업체 및 3D 스캐닝 기술에 따라 약간 다른 의미를 가질 수 있습니다. 예를 들어 휴대용 스캐너의 정확도는 피사체까지의 거리와 스캔 재구성의 품질에 따라 달라지는 반면 데스크톱 스캐너는 제한된 스캔 볼륨 내에서 일관된 정확도를 보입니다. 정확한 측정을 위해 3D스캐너 구매를 고려하신다면 꼭 비교해보세요.

일반적으로 비교 대상이 레이저 스캐닝일 때는 구조광 스캐닝으로 최고의 해상도와 정확도를 얻을 수 있습니다. 3D 스캐닝을 예술 작품에 사용한 일부 사례의 경우 섬세한 부분이 많이 필요할 수 있지만 전체 정확도는 그다지 중요하지 않습니다. 특히 조립체에서 한 부분이 다른 부분과 정확하게 들어맞아야 할 필요가 없는 경우에 그렇습니다. 이러한 경우 모색해볼 수 있는 탁월한 저비용 옵션으로 사진측량법이 있습니다.

심도 감지 카메라와 사진 측량법은 모두 3D 프린트된 축척 모형을 만들기 위해 큰 물체를 스캔하기에 좋은 솔루션이며 인체 형태를 캡처하기에도 정확도가 충분합니다.

고급 시스템과 유사한 기술을 사용하는 보급형 레이저 스캐너를 몇 가지 사용할 수 있습니다. 이 스캐너는 작은 개체를 1:1 배율로 복제하기에 좋은 출발점입니다. 예상할 수 있듯이 보급형 레이저 3D 스캐너의 정확도는 고급 스캐너보다 낮지만 정확도가 중요하지 않은 작은 장식 개체 및 그림은 복제할 수 있을 정도의 세부 정보를 쉽게 얻을 수 있습니다.

3D 스캐닝이 자주 필요하지 않다면 스캐너 보다는 디지털화 서비스를 통해 개체를 스캔하고 CAD 변환 및 정확도 검사를 수행할 수 있습니다.

3D 스캐너가 캡처할 수 있는 영역은 스캐너마다 크게 다릅니다. 일반적으로 스캔량에 따라 비용이 증가하므로 오버헤드(어떤 처리를 하기 위해 들어가는 간접적인 처리 시간 · 메모리)가 지나치게 크지 않고 크기 및 해상도 요구 사항에 맞는 스캐너를 찾으십시오.

휴대용 스캐너는 개체 주위를 수동으로 이동할 수 있으므로 데스크탑 모델보다 크기 제약이 적습니다. 저렴한 핸드헬드 스캐너는 대부분 크기가 농구공에서 방 전체에 이르는 물체를 캡처할 수 있습니다. 고급 핸드헬드 스캐너는 캡처 범위가 더 크고 정확한 측정이 필요하지만 데스크탑 스캐너에 맞지 않는 모든 물체에 대한 틈새를 채웁니다. 또한 휴대용 스캐너는 물체를 거의 순간적으로 캡처할 수 있으므로 인체 공학 및 의료 응용 분야에서 사람을 측정(피험자가 완벽하게 움직이지 않는 경우)하는 데 사용 가능한 최적의 솔루션입니다.

모델에 스캐너로 확인할 수 없는 영역이 있다면 모델에 틈이 생깁니다. 거의 모든 스캔 소프트웨어 프로그램에 이렇게 누락된 작은 부분을 자동으로 복구하여 3D 프린팅용 모델을 제작할 수 있는 기능이 있습니다. 그러나 복구된 구멍은 원래 개체에 딱 맞아 떨어지는 법이 없습니다. 완벽한 정확도를 요구하는 부품의 경우 틈이나 구멍을 자동으로 복구하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 메쉬믹서(MeshMixer) 튜토리얼에서 3D 프린팅용으로 3D 파일을 편집하고 복구하는 데 유용한 고급 팁을 확인해보세요.

스캐너로 확인 가능한 영역을 확장하기 위해 턴테이블을 사용하는 스캐너가 많습니다. 스캐너 턴테이블이 정교할 수록 물체를 쉽고 완벽하게 캡처할 수 있습니다. 일부 스캐너에는 물체를 다방향 축으로 움직여가며 더 많은 각도에서 물체를 이미지화할 수 있는 기능이 있습니다. 이 기능은 단일 각도에서 캡처할 수 없는 깊숙하게 움푹 패이고 리브(rib)가 있는 플라스틱 부품을 리버스 엔지니어링할 때 중요합니다.

비용 문제는 간단합니다. 스캐너에 얼마를 지출할 의향이 있는지는 비즈니스 예산과 스캐너 사용 빈도에 따라 달라집니다. 고가의 스캐너는 작은 물체를 캡처하고 CAD 소프트웨어에서 크게 수정할 필요가 없는 매우 상세한 메시를 생성할 수 있습니다. 핸드헬드 스캐너는 또한 휴대성이 뛰어난 까닭에 가격 범위가 더 높은 경우가 많습니다. 저비용 스캐닝 시장에는 다양한 옵션이 있지만 무엇을 찾아야 할지 알아야 합니다.

3D 스캐너는 3D 프린터의 기능을 확장하여 거의 모든 개체의 모양을 복제할 수 있습니다. 이 두 기술이 한데 모이면 다양한 산업에서 프로세스를 단순화하고 정교화할 수 있는 강력한 디지털 워크플로우가 탄생합니다.

3D 스캐너는 물체의 표면을 실제 크기로 나타내는 삼각형 메시를 출력합니다. 경우에 따라 CAD 작업 없이 스캔 데이터를 직접 사용하여 개체를 복제할 수 있습니다. 견고한 CAD 모델과 스캔한 3D 모델이 결합된 하이브리드 워크플로 또한 강력할 수 있습니다. 예를 들어 맞춤형 인체공학은 인체 일부의 굴곡을 캡처하고 이를 기계 설계에 구현합니다.

3D 스캐너는 제조가 완료된 물체의 정확도를 측정하는 데 유용한 도구이기도 합니다. 많은 요인이 3D 프린팅의 정확도에 영향을 미치며 계측 등급 3D 스캐너는 까다로운 응용 분야에서 재료의 성능이 어떻게 작동할 지를 명확하게 예측할 수 있습니다.

3D 프린터와 3D 스캐너를 결합하여 다양하고 강력한 워크플로를 창안해 낼 수 있습니다.

• 교체용 부품, 맞춤형 인체공학적 제품 등을 비롯한 많은 제품을 리버스 엔지니어링할 수 있습니다.
• 특히 예술품과 장신구 분야의 복제 및 복원.
• 맞춤형 이어피스 제작을 위한 소비자 오디오 분야.
• 치과 및 의료 응용 분야와 3D 스캐닝으로 환자별 워크플로우를 생성한 방법.
• 제조된 물체의 정확도를 검증하고 측정하기 위한 계측.

3D 스캐너와 3D 프린터는 산업 전반에 걸쳐 디지털 워크플로의 필수 요소입니다.백서를 다운로드하거나 웨비나를 시청하여 3D 스캐닝으로 부품 설계와 생산을 개선하는 방법을 자세히 살펴보고 3D 프린팅과 3D 스캐닝을 결합하여 엔지니어링, 제품 설계 등에서 다양한 워크플로우에 힘을 실어줄 방법을 알아보세요.

여러 변수로 만들어진 등식에서 3D 프린터가 차지하는 변에 관해 자세히 알아보세요. 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 및 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 3D 프린팅 기술에 대해 알아보고 무료 샘플 3D 프린팅 파트에서 Formlabs의 진보한 3D 프린팅 소재를 직접 확인해보세요.