리버스 엔지니어링에서 3D 스캐닝과 3D 프린팅 사용법

리버스 엔지니어링은 물리적으로 존재하는 부품에서 디지털 설계를 만들어 내기에 좋은 방법으로 3D 스캐닝과 3D 프린팅 같은 기술과 함께 사용하면 프로토타이핑 툴킷 중에서도 값진 도구가 될 수 있습니다.

3D 스캐너는 복잡한 물체를 아주 빠르게 측정하여 실제로 참조하면 디자인 워크플로 속도를 엄청나게 높일 수 있습니다. 물리적 형태를 캡처하고 수정하는 기능을 이용하면 각양각색의 기존 제품에 완벽하게 들어맞는 3D 프린팅 파트를 설계할 수 있습니다. 3D 프린팅 지그로는 드릴이나 톱의 위치를 반복해서 잡거나 접착제와 함께 파트를 정밀하게 조립할 수 있습니다. 샌드블라스팅, 페인팅 또는 에칭용으로 꼭 맞고 재사용 가능한 마스크를 만듭니다.

이 글에서는 애프터마켓 디지털 게이지 리버스 엔지니어링 프로세스를 단계별로 살펴보고 3D 프린팅을 위해 파트를 스캔하는 방법과 CAD 소프트웨어에서 3D 스캐너와 레진 3D 프린터까지 리버스 엔지니어링 도구를 올바르게 사용하는 방법에 관한 팁을 알려드립니다.

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현실에서 디지털로: 메쉬와 솔리드

물리적 개체를 디지털로 변환할 때 사람들이 직면하는 가장 큰 문제 중 하나는 메쉬와 솔리드 두 가지 유형의 3D 모델 간의 호환성이 크게 좋지 않은 점입니다.

메쉬 모든 3D 스캐너의 주요 출력이며 3D 프린터(STL)에서 일반적으로 이해되는 형식입니다. 메쉬는 모서리와 모서리가 연결된 많은 수의 삼각형이 있는 모양의 표면을 나타냅니다. 메쉬 모델에는 모양을 정의하는 삼각형의 위치 외에 객체에 대한 정보가 포함되어 있지 않습니다.

한편, 엔지니어는 솔리드 모델로 작업하는 방법을 교육받습니다. 솔리드 모델에는 개체 설계 방법에 관한 정보가 포함되어 있으며 모델에는 이 정보가 명시적으로 인코딩되어 논리 단계 '스택' 내 피처가 됩니다. 솔리드 CAD에서는 단일 피처의 치수를 변경할 수 있으며 모델의 나머지 부분은 업데이트되어 변경 사항이 적용됩니다.

메쉬에는 개체 구성에 대한 정보가 부족하기 때문에 메시 모델을 변경할 수 있는 방법이 제한적입니다. 솔리드웍스(Solidworks), 온쉐이프(Onshape) 같은 CAD 소프트웨어로는 메시를 직접 수정할 수 없습니다. 스캔한 부품의 기본 설계를 크게 변경해야 하는 경우 메쉬를 솔리드 CAD 도면으로 변환해야 하며 이 프로세스가 리버스 엔지니어링입니다.

3D 프린팅용 물체 스캔 방법: 리버스 엔지니어링 워크플로우

초기 CAD 설계에 액세스할 수 없는데 이전 설계를 참고하거나 통합하여 새 파트를 생성하려는 경우 리버스 엔지니어링이 중요한 역할을 합니다.

예를 들어 기존 제품이 손상되었는데 원래 디자인과 맞아 떨어지는 교체용 부품을 만들거나 리버스 엔지니어링 프로세스를 이용해 기존 개체의 복잡한 표면을 3D 프린팅이 가능한 지그로 통합할 수 있습니다. 이 방법은 대량 제조 및 수공예 제품을 수정할 때 유용합니다.

리버스 엔지니어링 워크플로의 기본 단계를 설명하기 위해 폭스바겐 골프(Volkswagen Golf)의 통풍구에 맞는 애프터마켓 디지털 게이지용 어셈블리 지그를 만드는 프로세스를 살펴보겠습니다.

1. 물체 스캔 준비

대상물에 임시 무광 파우더를 스프레이 하여 스캔 정확도를 증진합니다. 표면에 광택이 조금이라도 있다면 스캔 품질이 낮아지는 경향이 있으므로 반사가 생기거나 투명한 표면은 무광 코팅 없이는 절대로 스캔할 수 없습니다.

2. 물체 3D 스캔

고정밀 3D 스캐너를 사용하여 부품의 중요한 부분을 캡처합니다. 탁상용 구조광 스캐너 또는 레이저 스캐너는 정확도가 ±100 이상인 작업에 적합한 도구입니다.

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주의: 물체에 깊은 홈이 있는 경우 물체의 방향을 정하고 여러 번 다시 스캔해야 할 수 있습니다.

3. 메쉬 다듬기

일부 스캐너에서 생성되는 메쉬 파일은 지나치게 커서 이후 단계가 서서히 멈춥니다.

스캐너 소프트웨어를 이용하면 작은 틈을 메우고 스캔 데이터를 단순화하여 CAD에서 데이터를 보다 쉽게 관리할 수 있습니다. 가능한 한 중요한 디테일을 훼손하지 않는 선에서 모델을 최대한 축소합니다.

팁: 더 많은 부분을 제어해야 할 경우, 메쉬 믹서는 스캔한 메쉬를 다듬기 위해 고를 수 있는 훌륭한 선택지가 됩니다.

4. 메쉬를 CAD로 가져오기

리버스 엔지니어링 도구가 장착된 CAD 소프트웨어에 메쉬를 가져옵니다.솔리드웍스용 지오매직(Geomagic)은 복잡하고 유기적인 형태의 표면을 다듬기에 강력한 도구입니다.

비교적 단순하고 평평한 표면이 있는 부품을 리버스 엔지니어링하는 데는 Xtract3D가 저렴하고 가벼운 대안이 될 수 있습니다.

이 단계에서는 스캔 메쉬를 기존 디자인 구성 요소와 정렬되도록 옮기고 회전합니다.

팁: 직교 보기 방향을 향하도록 스캔을 회전하고 정렬하면 도면을 더 쉽게 도출할 수 있습니다.

5. 중요한 표면 추출

CAD 도구로 편집할 수 있는 솔리드 모델을 생성하기 위해 스캔 형태를 추출하는 경로에는 반자동 표면 처리, 자동 표면 처리, 수동 다시 그리기의 세 가지 경로가 있습니다.

반자동 표면 처리
복잡한 굴곡이 있는 표면은 수동으로 그리기 어려우므로 반자동 표면 처리를 선택하여 사용할 수 있습니다. 이 기능은 감지된 스캔 영역에 맞게 표면을 생성합니다. 표면 감지 기능의 감도를 변경해가며 다양한 표면을 찾을 수 있습니다.

팁: 솔리드웍스용 지오매직은 스캔에서 표면을 감지하여 3D 곡선에 맞춥니다. "브러시"를 사용하여 각 영역에서 스캔 영역을 수동으로 추가하거나 뺍니다.

모든 표면을 감지하려면 민감도 설정을 다양하게 변경해가며 이 과정을 여러 번 반복해야 할 수도 있습니다. 그런 다음 이러한 표면을 트리밍하고 결합하여 편집 가능한 솔리드를 만들 수 있습니다.

향후 편집 가능성을 최대한으로 확보하고 싶거나 날카로운 모서리의 정확도가 중요한 경우 반자동 서피싱을 사용하여 곡선 모양을 다시 만듭니다.

자동 서피싱

자동 서피싱을 이용하면 어떤 뺵빽한 스캔 모델로부터도 솔리드 모델을 생성할 수 있습니다. 표준 CAD 도구로 이 자동 표면 처리된 형체를 빼거나 추가할 수 있지만 형체 자체에서 기본 피처를 옮기는 것은 더 어려울 것입니다.

가장자리 배치를 제어할 필요가 없을 수도 있습니다. 예를 들어, 인체 공학적인 형태의 맞춤형 제품을 만들기 위해 인체의 일부를 스캔하거나 수제 개체를 정확하게나 반복해서 수정하는 데 필요한 지그를 만들려는 경우입니다. 이러한 경우 자동 서피싱은 모델링 시간을 절약할 수 있는 좋은 방법입니다.

주의: 자동 표면 처리와 반자동표면 처리의 결과를 비교해보시면 특히 날카로운 모서리 주변에서 일부 정확도가 손실되는 것을 확인할 수 있습니다.

수동 다시 그리기

보스, 구멍, 포켓 같은 간단한 형상의 경우 일반적으로 스캔 모델을 참조하여 형상을 다시 그리는 것이 가장 빠르고 정확합니다. 리버스 엔지니어링 소프트웨어를 사용하면 스캔의 평평한 표면에 맞춰 정렬된 스케치 평면을 생성하고 스캔 메시에서 단면을 추출하여 원래 개체와 같은 모양을 생성하는 데 도움이 됩니다.

6. 새 개체 통합

스캔이 솔리드로 변환되면 다른 솔리드 본체에서 스캔을 빼서 원래 부품을 단단히 고정하는 지그를 만들 수 있습니다.

새로운 게이지 구성 요소의 디자인은 또한 반자동 표면 처리로 추출된 곡선을 사용하여 스캔 치수를 참조합니다.

7. 새로운 디자인 3D 프린팅

Formlabs 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터로 지그를 프린팅하면 엔지니어링 등급 3D 스캐너의 출력에 필적할만큼 정확도가 높은 결과물을 얻을 수 있습니다.

강도와 정확성이 훌륭한 Formlabs Rigid 4000 Resin을 이용해보세요.

이러한 단계가 완료되면 3D 인쇄된 지그를 사용하여 새 게이지를 OEM 통풍구에 조립할 수 있습니다.