내 3D 프린터와 최적의 조합을 이루는 3D 스캐너 선택법

3D 스캐닝은 디지털 제조 워크플로를 구성하는 다양한 단계에서 중요한 위치를 차지합니다. 엔지니어, 제품 디자이너, 연구원, 치과의사 및 의료 전문가들은 리버스 엔지니어링, 손으로 조각한 점토 디자인의 디지털화, 또는 인체의 정확한 모양 참조 등을 통해 기존 설계를 통합하는 등 3D 스캐너를 사용하여 디지털 모델을 보다 빠르고 효율적으로 구축할 수 있습니다.

제작이 완료된 후에는 품질 관리를 지원하고 3D 프린팅된 파트의 정확성을 확인하는 데 3D 스캐닝이 도움이 될 수 있습니다. 또, 파트를 사용한 후에는 스캐너로 그 성능을 확인할 수 있고, 더욱이 파트에서 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 시중에는 휴대용 스캐너부터 데스크톱 3D 스캐너까지 각기 다른 장단점을 제공하는 다양한 스캐닝 기술이 있습니다. 가장 적합한 3D 스캐닝 시스템은 사용 분야와 예산에 따라 달라집니다.

레이저 삼각 측량은 개체에 초당 최대 수백만 개(광점)의 빛을 투사하여 이뤄집니다. 광점에서 반사된 빛은 스캐너 센서로 되돌아가 개체의 형상을 캡처합니다. 이러한 스캐너는 종종 가장 정확한 유형으로 꼽히며 표면이 불투명하고 아주 정교한 파트를 스캔하기에 적합합니다.

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.

사진측량(Photogrammetry)은 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.

LiDAR(빛 감지 및 거리 측정) 센서는 iPhone Pro 및 iPad Pro와 같은 일부 고급형 스마트폰과 태블릿의 최신 버전에서 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 전문 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.

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

• 교체용 파트, 맞춤형 인체공학적 제품 등을 비롯한 다양한 제품 리버스 엔지니어링.
• 특히 예술품과 장신구 분야의 복제 및 복원.
• 치과용 및 의료용 응용 분야의 환자별 장치 제작. 환자의 해부학적 구조를 스캔한 후 보철물과 같은 맞춤형 의료 기기를 3D 프린트로 제작할 수 있습니다.
• 맞춤형 이어폰 제작을 위한 소비자 오디오.
• 계측을 통해 제조된 물체의 정확성을 검증 및 측정하고 까다로운 응용 분야에서 재료가 어떻게 작동하는지 명확하게 파악할 수 있습니다.

응용 계측학은 파트 치수를 측정하는 것으로 3D 프린팅을 포함한 모든 제조 공정에 필수적입니다. Formlabs가 제품 개발 과정에서 3D 스캐닝을 사용하는 한 가지 방법은 새로운 SLA 소재의 정확도를 측정하고 검증하는 것입니다. 3D 스캐닝은 마이크로미터나 심지어 접촉식 측정기(CMM)로는 쉽게 측정할 수 없는 복잡한 표면을 가진 3D 프린트 파트에 가장 다재다능한 계측 툴입니다.

계측 등급 스캐너와 스캔 소프트웨어를 사용하면 스캔 출력을 소스 모델과 비교하여 정확도를 측정할 수 있습니다. 모델은 선택한 기준점을 기반으로 정렬되고 소프트웨어는 편차 분석을 수행하여 프린트된 표면이 소스 파일과 다른 영역을 식별합니다.

편차 분석은 파트 정확도에 대한 통계적 그림을 그려줍니다. 하지만 3D 프린트 파트의 정확도가 항상 완벽하게 일치하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 지지 표면은 상단 표면보다 정확도가 떨어지며 경화 후 수축은 넓은 스팬에 걸쳐 파트에 더 큰 영향을 미칩니다.

3D 스캐너와 3D 프린터는 산업 전반에 걸쳐 디지털 워크플로의 필수 요소로 엔지니어링, 제품 설계 등 다양한 워크플로에 힘을 실어주고 있습니다.

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