과제: 매우 세부작인 맞춤 제작 부품을 설계하여 이 Ruffian GT40을 완벽한 주행 형태로 만들기

솔루션: Artec Space Spider, Artec Eva, Artec Studio, Blender, SketchUp, 3D printing

결과: SEMA 2021 데뷔를 앞두고 있는 맞춤 제작 부품으로 완성된 자동차!

컴퓨터 게임에 대한 경력과 자동차 제작에 대한 애정을 가진 Chris Ashton이 직업과 열정이 결합된 3D 스캐닝 세계로 발을 내디디는 데 오래 걸리지 않았습니다. 그는 "저는 하루의 대부분을 3D 프로그램에 참여하고 있는데 이 프로그램은 제가 스캐너와 소프트웨어를 이해하는 데 도움이 되었다고 생각합니다. 그나저나, 정말 멋진 일입니다"라고 말했습니다.

 

도로로 나갈 준비가 된 자동차.

 

캘리포니아에 본사를 둔 자신의 회사 Ruffian Cars에서 "도로를 주행할 수 있는" 경주용 자동차를 디자인, 조립, 개조 및 제작하는 사업을 하는 Ashton은 현지 대리점인 Artec의 공식 협력사 Source Graphics의 시연을 본 후 단 30분 만에 스캔을 시작할 수 있었습니다. 그는 "저는 들어가서 스캐너에 관해 물었습니다.  Source Graphics는 그런 저를 진지하게 받아들여 시연을 해주었습니다"라고 회상했습니다.

 

이를 통해 그는 Ashton의 하드웨어와 소프트웨어에 대한 이해력에 서서히 충분한 자신감을 느끼게 되었고 자신의 자동차 제작 취미에 새로운 기술을 사용할 계획을 세우면서 스캐너의 구매를 진행했습니다. 그는 그날 바로 Artec Space Spider와 Artec Eva 2대의 3D 스캐너를 구매해 손에 들고 Source Graphics를 나섰습니다. Source Graphics 팀은 모든 것이 원활하게 작동하도록 구매 후 관리 조치를 했습니다.

Artec Space Spider(왼쪽) 및 Artec Eva(오른쪽)

이름에서 알 수 있듯이 국제 우주 정거장에서 사용하기 위해 처음 고안된 Artec Space Spider는 소형 부품을 아주 세밀하게 캡처하는 데 적합합니다. 도량형적 정확도를 보장하는 이 산업용 스캐너는 미세한 선, 날카로운 가장자리 및 복잡한 형상을 스캔하는 데 탁월하여 동전부터 열쇠, 의료 장비, 자동차 부품 등에 모든 것에 적합합니다.

 

Artec 3D의 주력 스캐너인 Eva는 가볍고 빠르며 용도가 다양하여 중형 크기의 물체에 대한 고정밀 스캔을 제공합니다. 독립형 스캐너로 사용하기에 최적인 Eva는 작은 부품과 복잡한 세부 사항을 포괄적으로 커버하는 모두를 포함한 대형 스캔을 위해 다른 Artec 스캐너와 결합할 수도 있습니다.

 

Ashton은 "스캐너를 얼마나 빨리 움직여야 하는지, 표적에 얼마나 근접해야 하는지에 대한 감을 잡고 소프트웨어가 어떻게 작동하는지 기억해내려고 애쓰면서 처음 한두 시간은 힘들었지만, 첫날 저녁에 스캔 몇 개(약병과 마늘 한 쪽)를 괜찮게 처리했습니다. 그래서 투자에 만족하면서 잠자리에 들었습니다”라고 말했습니다.

그리고 그는 시작하고 있었습니다.

맞춤 제작 헤드라이트를 준비하는 GT40.

Ashton은 Artec Eva를 사용하여 자동차 전체의 3D 스캔을 캡처하고 Space Spider를 사용하여 통합하려는 별도의 개별 구성품을 확대할 수 있었습니다.

헤드라이트 뒷면의 다양한 형상이 이 선명한 Space Spider 스캔에서 충실히 재구성되었습니다.

더 큰 계획은 도로 주행에 적합할 뿐만 아니라 고개를 돌려 볼 만큼 멋진 클래식 자동차를 완전히 맞춤 제작하여 생명력을 불어넣는 것입니다. "처음에 펜더 플레어를 스캔하기 위해 스캐너를 사용했습니다. 차체 스캔을 마치고 모양에 따라 부품을 3D 모델링 프로그램 Blender나 SketchUp으로 가져왔고 플레어는 차체 위에 별도의 조각으로 제작하여 프린팅했습니다"라고 말했습니다.

 

작동법은 다음과 같습니다. "먼저 자동차의 원래 펜더를 스캔하여 컴퓨터로 가져와 그 위에 있는 디지털 펜더 플레어를 모델링합니다. 그런 다음 VR 헤드셋을 사용하여 차량 주변을 돌아다니며 가상 3D로 부품을 살펴보기 때문에 예술적인 조정을 할 수 있습니다. 디지털 파일이 마음에 들면 대형 3D 프린터에서 펜더 플레어를 프린팅할 것입니다”라고 설명했습니다.

 

프린팅된 펜더 플레어는 검정을 거친 후 다음 다른 작업장으로 보내져 주형을 만들어 탄소 섬유로 부품을 대량 생산할 수 있게 됩니다. 이것은 그가 이전에 차를 맞춤 제작한 방식과는 완전히 대조적입니다. 3D 프린팅이 이미 사용되고 있었지만, 이 프로세스에는 많은 시간과 테스트, 패턴 제작, 시행착오가 필요했습니다. "여기서 가장 큰 장점은 펜더 플레어가 실제 자동차의 축척 스캔에 디지털 방식으로 제작되어 제대로 장착될 수 있고, 왼쪽과 오른쪽이 서로 정확하게 대칭을 이룰 수 있다는 것입니다."

펜더의 3D 스캔은 Blender에서 맞춤형 플레어를 설계하는 기초의 역할을 했습니다.

맞춤 제작 부품이 어떻게 맞을지 실시간으로 확인하는 것 외에도 이 프로세스는 소요 시간도 크게 줄여줍니다.

Ashton은 "3D 스캐닝은 특히 측정하기 어려운 곡선 형태의 새로운 부품을 개발하는 시간을 크게 단축할 것입니다. 게다가, 첫 번째 프린트물이 딱 들어맞고 8시간 걸리는 5~6개의 프린트물을 기다릴 필요가 없을 것이라고 확신할 수 있습니다.

 

이전에는 차 상단에서 플레어를 발포체나 점토로 형태를 만들어 차 전체를 수리소로 가져가 주물을 꺼내야 했습니다(아니면 제가 직접 해야 했는데 이는 지저분하고 많은 화학 물질이 수반되는 작업입니다). 현실적으로 부품을 미러링할 수 없기 때문에 작업을 두 번 해야 했을 것입니다”라고 말했습니다.

 

Source Graphics의 3D 솔루션 수석인 Aneesh Joshi는 자동차 산업에서 3D 스캐닝의 가능성을 크게 보고 있습니다. 그는 "휴대용 3D 스캐너로 해결할 수 있는 실현되지 않은 적용 분야가 엄청나게 많습니다"라고 말했습니다. 그는 Ashton의 솔루션에 참여하게 되어 기뻐하며 "우리는 Ruffian Cars의 놀라운 창작물에 사용할 수 있는 훌륭한 제품을 제공하는 매체가 될 수 있어 감사하고 있습니다”라고 덧붙였습니다.

 

지난 몇 달 동안 Ashton은 헤드라이트에서 안전벨트 버클, 펜더 및 사이드 스커트에 이르기까지 모든 것을 맞춤화하며 자동차에 대한 작업을 계속해 왔습니다.

Artec Space Spider는 금속 스탬핑에 이르기까지 이 안전벨트 걸쇠의 가장 섬세한 디테일을 캡처했습니다

"헤드라이트는 새로운 Toyota LED 헤드라이트 구성품과 Superformance GT40 차체를 결합하여 클래식 경주용 자동차의 외관을 현대화하게 됩니다"라고 그는 설명했습니다.

이 헤드라이트 버킷의 내부 각도와 곡선은 정확한 측정을 위해 캡처하였으며 그렇지 않을 경우 측정하기 어렵습니다.

3D 스캐닝으로 작업할 때의 또 다른 주요 이점은 만들어진 모형이 실제에 아주 가깝다는 것입니다. Ashton은 "스캔은 실제 크기로 컴퓨터에 입력되기 때문에 저는 새로운 부품을 모형화해서 축척의 문제 없이 프린팅할 수 있습니다. 이는 측정치를 구하고 측정치를 기반으로 만들고 그 측정치가 정확하기를 바라던 이전 방식보다 훨씬 개선된 것입니다.

"처리된 모형을 보는 것은 정말 즐거운 일입니다! 마치 마술 같습니다. 그것은 현실 세계에 있었고 지금은 컴퓨터에도 있으며 똑같아 보입니다!"라고 말했습니다.

 

맞춤 제작된 헤드라이트가 제2의 피부처럼 잘 맞습니다.

 

자동차 맞춤 제작이 Ashton의 업무와 생활에 3D 스캔 및 프린팅을 더한 유일한 방법은 아닙니다. 그는 "제 여자친구는 옆면에 가짜 왁스를 떨어뜨려 완성된 양초 모양의 전구 홀더가 달린 골동품 샹들리에를 구매했습니다. 유일한 문제는 전구 홀더가 하나 뿐이었고 8개가 필요했다는 것입니다. 그러나 이제 희귀한 대체품을 찾기 위해 전 세계를 탐색할 필요가 없습니다. Space Spider로 홀더를 스캔하고 7개의 복사본을 프린팅 했습니다!

맞춤 제작된 가구 및 고급 자동차들이 SEMA 2021에 큰 데뷔를 앞둔 가운데, 자동차 제조업체가 새롭고 혁신적인 제품을 선보이는 최고의 무역 박람회인 3D 스캐닝은 Ashton에게 판도를 바꿔놓는 계기가 되었습니다. 저는 사용할 때마다 더 많은 것을 배우지만, 이미 원하는 물품을 스캔할 수 있었으며 전속력으로전진하고 있습니다"라고 설명했습니다.

과제 : 탁본은 갑골에 새겨진 문자와 기호를(먹물로) 재현하는 데 사용되는 전통적인 방법입니다. 그러나 이 과정은 이러한 귀중한 유물에 물리적으로 접촉해야 해서 유물이 손상될 수 있다는 점을 포함하여 몇 가지 심각한 제한이 있습니다. 

솔루션 : Artec Space Spider, Artec Studio

결과 : 3D 스캐닝 기술을 사용하여 갑골문에 대한 디지털 탁본을 만들어 갑골 디테일의 고정밀 디지털 아카이브를 달성합니다. 이 과정은 벼에 100% 안전하며, 이제 연구자들은 그 결과물로 3D 모델을 쉽게 제작하고 동료 및 다른 사람들과 공유할 수 있습니다. 또한 실제와 같은 AR/VR 가상 박물관 전시물을 동일한 3D 스캔으로 만들 수 있습니다.

은허(Yinxu) 국립 고고학 유적지 공원(사진제공 : 163.com)

은허 갑골

갑골문은 3,000년 이상의 역사를 가진 중국과 동아시아에서 가장 먼저 알려진 체계적인 문자입니다. 갑골은 주로 허난성 안양시 샤오툰촌 일대에서 출토되었습니다. 역사적으로 은(Yin)이라고 불리는 안양은 상나라 말기의 수도였습니다. 갑골문은 일반적으로 거북이 등껍질이나 동물 뼈에 새겨저 있으며, 그 내용의 대부분은 은허 및 상나라 왕실의 점과 관련이 있습니다.

오늘날 갑골 연구는 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되었습니다. 현재 150,000개 이상의 갑골이 발굴되었고, 약 2,500개의 문자가 식별되었으며 약 2,000개의 문자가 아직 해독되지 않았습니다. 갑골문에 관여하는 중국 및 외국 학자 수가 500명이 넘으며 3,000개 이상의 단행본과 논문이 출판되었습니다. 갑골에 대한 연구는 언어학, 역사학, 민족학, 천문학, 기상학, 농업, 의학, 역사 지리학 및 고고학과 같은 다양한 학문의 발전을 촉진했습니다.

2017년 12월 26일 이 갑골들은 세계 기록 유산에 등재되었습니다.

갑골 새기기(CCTV 다큐멘터리 "갑골의 왕조" 제공

비문 탁본의 고대 방법

청나라 광서 시대에 금석학자 Wang Yirong이 갑골문을 발견한 이후 갑골문 연구자와 애호가는 갑골 자체에 손상을 입히지 않고 갑골에 대한 텍스트 정보를 전사, 배포 및 공유할 것인가에 대한 중요한 문제에 직면해 있습니다.

학계에서 사용되는 주류 전통 기술은 중국에서 사용된 고대 전통 기술인 탁본법입니다. 현대 기술이 탄생하기 전에는 탁본을 통해 사물의 원래 모습과 세부 사항을 최대한 보존할 수 있었습니다. 또한 탁본을 반복하면 인쇄에 버금가는 여러 개의 동일한 탁본을 얻을 수 있습니다. 탁본 뜨는 능력은 갑골 연구자에게 필수적인 기술이었습니다.

탁본 뜨기(CCTV 다큐멘터리 "갑골의 왕조"제공)

탁본을 뜰 때는 적신 종이 재료를 갑골에 바르고 붓으로 가볍게 두드려서 종이를 음각 문자 속으로 밀어 넣어야 합니다. 종이가 약안 건조되면 먹물이 고르게 발라집니다. 그런 다음 종이를 벗기면 흑백 탁본이 만들어 집니다.

탁본은 학계에서 가장 주류를 이루는 전사 기술이지만 많은 한계가 있습니다. 예를 들어, 탁본을 뜨는 동안 갑골에 닿아야 하며, 이로 인해 갑골이 손상될 수 있습니다. 또한 최종 탁본 결과는 작업자의 기술 수주뿐만 아니라 온도 및 습도 조건의 영향을 받습니다.

Artec Space Spider 3D 스캐닝

Li Zongkun 박사는 4,000개 이상의 갑골을 소장하고 있는 베이징대학교(Peking University)의 석좌 교수이자 인문학 바사입니다. 갑골 및 고문서학에 관한 연구 및 강의에 전념하고 있는 Li 박사는 광범위한 직접 경험을 통해 학생들에게 탁본 기술을 전수하고 있습니다. 그러나 이 기술은 몇 가지 실질적인 제한을 받으며 뼈에 물리적으로 닿아야 합니다.

어느 날, 그는 3D 기술을 접하고 갑골 작업에 이 기술을 얼마나 잘  적용할 수 있는지 알아보기 위해 더 자세히 살펴보기로 했습니다.

베이징 대학교

Li 박사는 자신의 아이디어를 테스트하기 위해 신뢰할 수 있는 3D 스캐닝 전문가에게 Artec Space Spider를 사용하여 대학이 소장하고 있는 갑골을 스캔해 줄 것을 요청했습니다. 

스캔용 : 점술에 사용되는 내접골(사진제공 : 베이징대학교)

스캔하기 위해 선택한 물체는 길이 31.1cm, 폭 16.1cm의 점술에 사용된 내접골로, 이 뼈는 상나라 말기(3,000년 전)까지 거슬러 올라가는 베이징대학교의 고고학 및 문학부의 오랜 보물 소장품의 일부입니다. 

앞면에는 45자, 뒷면에는 거의 자취를 감춘 상나라의 갑골문자가 새겨져 있습니다. 이 뼈는 현재 국립도서관에 있는 또 다른 작은 뼈(갑골 소장품 번호 11574)와 서로 끼워 맞출 수 있습니다. 뼈에 있는 두개의 점 문자는 모두 전쟁과 관련이 있습니다.

Li박사와 3D전문가(CCTV 다큐멘터리 "갑골의 왕조" 제공

Artec Space Spider를 선택하여 갑골의 양쪽 측면을 캡처했습니다. 3D스캐너 관계자는 "Artec Space Spide는 많은 스캐닝 프로젝트에서 핵심적인 역할을 한 놀라운 3D스캐너 입니다. 표적이나 준비 없이도 정확한 캡처가 가능하여 손 쉽게 볼 수 있는 실제와 같은 디지털 복제본을 만들 수 있습니다. 접촉할 필요가 없어 문화재를 안전하게 보호할 수 있습니다. 청나라 초기의 칠보 꽃병에서부터 테라코타 전사에 이르기까지 작은 물체를 리버스 엔지니어링하는 것은 아주 쉬운 일입니다. Space Spider를 통해 많은 훌륭한 모델을 만들 수 있었습니다."라고 말했습니다.

갑골을 스캔하는 Artec Space Spider(CCTV 다큐멘터리 "갑골의 왕조"제공)

개선된 프로세스

Space Spider는 표적 없이 클릭 한 번으로 데이터 캡처를 시작할 수 있습니다. 전문가는 20~30cm의 거리에서 스캐너로 뼈를 가리키기만 하면 됩니다. 스캐너가 뼈 주위로 이동하는 동안 캡처된 3D 표면 데이터가 실시간으로 컴퓨터 화면에 표시됩니다.

뼈의 앞면을 스캔한 후 동일한 프로세스를 사용하여 골격을 뒤집어 스캔합니다. 스캔하는 시간은 처음부터 끝날 때까지 몇 분밖에 걸리지 않습니다.

갑골의 스캐닝을 보여주는 Artec Studio 스크린숏(CCTV 다큐멘터리 “갑골의 왕조” 제공)

그런 다음 스캔 데이터는 Artec Studio에서 처리됩니다. 이상치를 제거한 후 갑골의 앞면 및 뒷면 스캔을 정렬하여 완전한 모델을 만듭니다. 다음으로 전역 정합 및 융합 알고리즘을 실행하여 최종 메시 모델을 생성합니다.

갑골은 표면 디테일이 매우 풍부하여 텍스처 복제 관점에서 문제가 될 수 있습니다. 그러나 Artec Studio의 사실적인 텍스처 기능은 고객의 요구 사항을 완벽하게 충족하며 다른 소프트웨어 없이도 다양한 사진 측량 장비(예: DSLR 카메라)를 사용하여 캡처한 고해상도 텍스처를 사용하여 원본 색상을 복제했습니다. 최종 결과물은 연구 및 기타 다양한 응용 분야에 완벽하게 적합한 갑골의 완전하고 실제와 같은 모델입니다.

컬러 모델의 클로즈업

스캔을 Artec Studio에서 처리한 후 3D 모델을 Geomagic 또는 ZBrush와 같은 타사 소프트웨어로 내보내 처리를 더 할 수 있습니다. 스캐닝 프로세스 후에 스캐닝 전문가는 스캔 데이터에서 만든 디지털 탁본을 사용하여 갑골에 대한 완전한 정보를 보여줄 수 있었습니다.

과거와는 다른 데이터 캡처 방법을 사용함으로써 갑골을 3D로 스캔한 디지털 탁본을 통해 디지털 아카이브 및 박물관 전시를 위한 다양한 가능성이 열릴 것입니다.

Artec Space Spider 스캔 데이터와 비교한 디지털 탁본(왼쪽)

Space Spider로 작업하면 갑골을 캡처하는 데 스프레이나 표적이 필요하지 않으며, 이는 이러한 귀중한 유물에 대한 위험이 없다는 것을 의미합니다. 전체 스캐닝 프로세스는 몇 분밖에 걸리지 않으며 Space Spider의 고품질 데이터와 Artec Studio의 효율적인 을 함께 사용하면 파일 크기가 상대적으로 작아져 스캔 처리 시간이 더욱 단축됩니다. 결과적으로 고해상도 컬러 3D 모델을 빠르고 쉽게 생성할 수 있습니다.

수많은 기회

유산 보존에 3D 스캐닝이 사용되는 것에 대해, 고객은 "3D 스캐닝 기술은 문화 유물의 디지털화에 대한 커지는 요구를 충족시킬 수 있습니다. 그것은 귀중한 유산을 보관하고 복원하기 위한 신뢰할 수 있는 도구임이 입증되었으며, 새로운 아이디어와 접근 방식에 영감을 주었습니다. 이것은 우리가 더 많은 관심을 기울여야 하는 혁신적인 것입니다.”라고 설명했습니다.

3D스캐너 관계자는  “우리는 갑골 스캐닝 프로세스에 참여하게 된 것을 영광으로 생각합니다. 이것은 역사를 기록하는 완전히 새로운 방식이며, 유산 보존 및 디지털 보관에 매우 중요합니다. 우리는 기술적인 측면에서 모든 과정이 효과적이고 고객들이 만족하기를 바랍니다. 모든 데이터를 캡처하기만 하면 VR 또는 AR 환경에서 갑골의 3D 모델을 선보일 수 있어 전국의 학생들이 문화유산을 이용할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

과제: 의료 전문가를 위한 3D 스캐닝을 통해 환자 맞춤형 보철 및 보조기를 더 빠르고 간소화된 새로운 방식으로 개발.

솔루션: Artec Eva, Artec Leo, Artec Studio, Rhinoceros 3D

결과: 임상의를 대신하여 석고 주조 중에 일반적으로 적용하는 조정을 수행할 수 있는 새로운 알고리즘을 중심으로 하는 수정된 의료 기기 맞춤 제작 작업 흐름.

왜 Artec 3D인가? Thomas More Mobilab & Care 연구원들은 가볍고 접근성이 뛰어난 Artec Eva와 나중에 유연한 무선 Artec Leo를 사용하여 AI가 환자를 위한 보철 소켓을 신속하게 설계할 수 있도록 훈련시켰습니다.

 

  

Thomas More 연구원이 Artec Leo를 사용하여 다리를 3D 스캔한 환자

기형을 가지고 태어났든, 질병이나 사고로 삶이 바뀐 희생자이든, 팔다리가 없는 사람들은 대부분의 사람들이 감당하지 않아도 되는 일상적인 장애를 겪습니다. 이러한 장애는 물건을 들거나 옮기는 등의 일상적인 작업을 할 때 발생할 뿐만 아니라 사회적 불안이나 환상지통으로 고통받는 환자들 사이에서 정신적인 형태로 나타날 수 있습니다.

현재 절단 환자가 보철물을 선택할 때 전통적인 석고 주조를 통해 소켓을 장착하는 경향이 있습니다. 팔다리의 일부분을 수작업으로 측정하는 이 과정은 시간이 많이 걸리고 환자가 빨리 불편해질 수 있습니다. 많은 경우, 결과물인 깁스도 보관하지 않기 때문에 나중에 유용하게 쓸 수 있는 측정값이 손실되고, 클리닉에서는 값비싼 석고 재료를 버리는 경우가 종종 있습니다.

다행히도 Thomas More Mobilab & Care 연구소의 연구원들과 같은 연구원들은 임상의가 덜 침습적이고 쉽게 보철물을 맞춤 제작할 수 있는 새로운 방법을 계속 모색하고 있습니다. Artec 3D 스캐닝의 도움으로 이제 연구원들은 획기적인 발전을 눈앞에 두고 있는 것으로 보입니다.

보철 설계의 디지털화

벨기에 소도시 겔에 본사를 두고 있는 Mobilab & Care 연구팀은 돌봄이나 지원이 필요한 사람들의 삶의 질을 개선하는 데 전념하고 있습니다. 이 팀은 지난 16년 동안 정형외과 의사와 환자가 소통하는 방식을 연구하고 더 나은 맞춤형 기기를 만들기 위한 새로운 접근 방식을 모색해 왔습니다.

연구원들이 시도한 여러 방법 중 하나는 3D 스캐닝과 3D 프린팅과 같은 고급 기술의 도움을 받는 것입니다. 연구팀에 따르면 보철물, 소켓, 팔다리를 환자에게 맞춤 제작하는 과정을 디지털화하면 더 자유롭게 창의적으로 설계하고 훨씬 더 빠르게 제조할 수 있습니다.

명목상으로는 Thomas More University of Applied Sciences(토마스 모어 응용과학 대학)의 연구 그룹이지만 Mobilab & Care 팀은 정형외과 회사, 병원 및 학술 기관과 많은 제휴를 맺어 아이디어를 시험해 볼 수 있었습니다. 지금까지 이 프로젝트는 임상 및 학술 환경에서 진행되었으며, 연구원들은 임상의 및 환자와 협력하여 손, 손목 및 기타 손상된 팔다리를 위한 맞춤형 보철물과 보조기를 개발했습니다.

다른 프로젝트에서 Artec Leo를 사용하는 Thomas More Mobilab & Care 연구원들

 

이 이니셔티브의 초기 단계에 Mobilab & Care 연구원이자 비즈니스 개발자인 Tom Saey는 임상의가 가장 자주 사용하는 3D 스캐너와 실제로 필요한 3D 스캐너 사이에 격차가 있음을 확인했다고 말합니다.

Saey는 "우리는 보조기 업계가 한동안 3D 스캐너를 보조기를 3D 프린팅하는 것이 아니라 포지티브 모델을 가공하는 데만 사용해 왔다는 사실을 알게 되었습니다. 하지만 당시에 사용된 대부분의 스캐너는 이러한 가공 시스템과 함께 제공되는 소프트웨어 공급업체에서 판매했습니다. 우리는 이러한 스캐너도 살펴보았지만 곧 한계에 부딪혔습니다."라고 Saey는 설명했습니다.

Saey와 그의 동료들은 이러한 연구 결과를 바탕으로 더 나은 대안을 모색하기 시작했습니다. 처음에 그의 팀은 Artec Eva로 팔다리 스캐닝에 성공했지만, Saey는 Artec 앰배서더인 4C Creative CAD CAM Consultants가 무선 AI 기반 Artec Leo를 소개한 날부터 내장형 디스플레이가 이러한 노력을 한 단계 더 발전시키는 데 도움이 될 것이라는 것을 분명히 알 수 있었다고 말합니다.

Saey는 "학생들과 함께 유선 스캐너를 사용했을 때 스캔하는 동안 컴퓨터 화면을 보는 것이 어렵다는 것을 알았습니다. 많은 사람들에게 그것은 큰 단점입니다. 또한 환자를 스캔할 때 환자 주위를 이동해야 하는 경우 선이 없으면 항상 더 쉽게 스캔할 수 있습니다. 이것이 우리가 Leo를 채택한 두 가지 주된 이유입니다."라고 말했습니다.

Thomas More AI

연구원들은 Artec Leo의 내장형 디스플레이가 이 제품을 구입한 주요 이유 중 하나라고 말합니다.

 

 

             연구원들은 Artec Leo의 내장형 디스플레이가 이 제품을 구입한 주요 이유 중 하나라고 말합니다

4C Creative CAD CAM Consultants의 이사인 Edwin Rappard는 3D 스캐닝의 3D 스캐닝의 비접촉 특성이 지저분한 주조에서 디지털 측정으로 전환하는 데 이상적이라고 생각합니다.

Rappard는 “스캐너를 사용하여 정확한 측정을 할 때의 가장 큰 장점은 환자를 전혀 만질 필요가 없다는 것입니다. 그래서 훨씬 더 편리합니다. Artec Eva 및 Leo를 사용하면 귀중한 측정값을 전자적으로 보관하고 저장할 수 있어 석고가 폐기물로 버려질 때 손실되지 않습니다. 이는 석고로 측정하는 것과 비교할 때 큰 이점입니다.“라고 말했습니다.

AI로 스캐닝 자동화

Artec Leo를 채택한 후 Mobilab & Care 팀은 벨기에 회사인 Orthobroker와의 연구 프로젝트의 일환으로 하지 보철물 설계를 위한 예측 모델을 개발하기 위해 이를 신속하게 활용했습니다. Saey에 따르면 이러한 장치는 현재 "많은 CAD 소프트웨어 작업"과 수동 수정이 필요한 프로세스에서 매번 "맨 처음부터 설계"해야 합니다.

그러나 이러한 변화 대부분은 많은 환자에게 유사하기 때문에 연구원들이 사용하는 AI 알고리즘은 이를 자동으로 예측하고 변경할 수 있다고 합니다.

그렇다면 소프트웨어는 이것을 수행하는 방법을 어떻게 학습했을까요? 바로 여기에서 Artec 3D 스캐닝의 역할이 시작되었습니다.

팀은 Eva와 Leo 장치를 모두 사용하여 수많은 절단 환자의 신체를 정확하게 캡처한 후 생성된 3D 메시를 자유형 모델링 도구로 가장 잘 알려진 CAD 소프트웨어인 Rhino 3D로 내보낼 수 있었습니다. 모델을 가져온 후에는 모델의 주요 특징을 추출하여 예측 보철물 맞춤 제작 모델을 학습시키는 데 사용했습니다.

아직 Orthobroker에서 연구 개발 중이지만, 이 알고리즘이 완성되면 보철 소켓 설계를 가속화하는 데 사용할 수 있는 플랫폼에 통합될 것이라고 합니다.

Thomas More AI

팀은 앞으로 속도, 정확도 및 접근성이 3D 스캐닝 채택을 주도할 것이라고 생각합니다.

 

 

팀은 앞으로 속도, 정확도 및 접근성이 3D 스캐닝 채택을 주도할 것이라고 생각합니다.

Saey는 "임상의가 일반적으로 하는 일은 최종 보철물을 제작하기 위해 주형을 사용하기 전에 이를 수정하는 것입니다. 하지만 그들이 하는 수정의 95%는 많은 환자들에게서 비슷합니다 우리는 환자의 절단 부위 스캔과 일부 다른 매개변수를 기반으로 이를 예측하기 시작했습니다. 이렇게 하면 우리는 컴퓨터 앞에 몇 시간씩 앉아 있어야 하는 기존 방식을 피할 수 있고, 환자 스스로 작은 환자 특성에 맞는 변화를 만들어낼 수 있습니다."라고 말했습니다.

3D 스캐닝의 의료적 미래

Orthobroker가 이 AI 주도 예측 모델을 계속 미세 조정하는 동안 Mobilab & Care 팀은 모든 곳에 있는 절단 환자들의 삶을 개선할 수 있는 더 많은 방법을 찾기 위한 연구를 재개했습니다. 3D 스캐닝과 관련해서 Saey는 이 기술이 중요한 역할을 한다고 주장하면서도 스캐너가 광범위하게 채택되려면 빠르고 정확하며 쉽게 사용할 수 있어야 한다고 말합니다.

Saey는 경험을 통해 Artec 3D 스캐닝이 이러한 각 영역에 모두 적합하다는 것을 알게 되었습니다. 그는 Artec Studio에서 스캔을 처리할 때 "프레임 안으로 들어가서 무엇이든지 원하는 것을 할 수 있는" 심층적인 방식이나 많은 수의 환자를 스캔해야 하는 의사에게 이상적인 기능인 프로그램의 Autopilot로 이 단계를 자동화할 수 있는 방식이 특히 마음에 든다고 말합니다.

나아가 Saey는 Artec Leo가 현재 임상의가 사용하는 장치와 비교할 수 없는 수준의 속도와 정확도로 환자의 신체를 측정할 수 있기 때문에 보철 맞춤 제작 도구로서도 확고한 입지를 확보했다고 생각합니다.

Saey는 "업계에서는 많은 기업이 더 저렴한 대안을 찾고 있지만, 이러한 대안으로는 동일한 고품질 스캔을 기대할 수 없기 때문에 기업은 이러한 대안의 단점을 알아야 합니다. 정확도가 필요한 경우, 기기를 3D 프린팅하고 잘못된 스캔으로 시작하면 결과물도 나빠지기 때문에 제대로 된 스캐너를 사용하는 것이 중요합니다. 따라서 이를 잘 따져보는 것이 중요한 첫 단계라고 생각합니다."라고 결론지었습니다.

"의료 분야에서는 Artec 3D 스캐닝을 확실히 더 많은 용도로 사용할 수 있습니다. 거의 모든 보조기 맞춤 제작에서 3D 스캐닝의 이점을 누릴 수 있다고 생각합니다."

과제 : 업계를 선도하는 한 맞춤형 운전실 인클로저 제조업체는 납기를 준수하고 증가하는 시장 수요를 충족하기 위해 리버스 엔지니어링 작업 흐름의 속도를 높여야 했습니다.

솔루션 : Artec Leo, Artec Studio

결과 : 이 회사의 설계 및 엔지니어링 팀은 차량 한 대당 스캔 속도를 4~8시간에서 1시간 미만으로 줄였으며, 차량 한 대당 2~3일이 걸리던 스캔 처리도 이제 1시간 이내에 완료됩니다.

Artec Leo는 방해되는 케이블이나 노트북 없이도 스캔할 수 있다는 것은 Leo를 원하는 곳 어디든 빠르게 가져가서 스캐닝을 할 때마다 초당 수백만 개의 데이터 포인트를 캡처하는 동시에 Leo의 후면 터치스크린 디스플레이에 실시간으로 스캔이 표시되는 것을 볼 수 있다는 것을 의미합니다.

이미지 제공 : Curtis Cabs

처음에는 그들은 놀랐습니다. 새로 구매한 Artec Leo 3D 스캐너를 손에 든 Curtis Industries의 디자인 엔지니어링 팀은 이 스캐너가 단 한나의 프로젝트에 대해 saan-to-CAD 작업 흐름을 38시간이나 단축할 것으로는 전혀 예상하지 못했습니다. 그러나 그렇게 했습니다.

그리고 그들은 곧 Leo의 이점이 각각의 스캔 작업에서 절약된 수십 시간보다 훨씬 더 많다는 것을 알게 되었습니다.

매사추세츠에 본사를 둔 이 회사는 1968년 이래 트랙터, UTV 및 골프 자동차, 제설 및 얼음 제거 장비 등을 위한 맞춤형 애프터마켓 운전실 인클로저의 설계 및 제조 분야에서 혁신적인 기업이자 선두주자의 자리를 지키고 있습니다.

최고 수준의 품질 유지

Curtis Industries 제품 라인의 경우 완벽한 맞춤을 달성하는 것이 가장 중요합니다. 이 회사의 설계 엔지니어링 관리자인 Steve Smith는 "우리의 맞춤형 택시는 마치 처음부터 같이 만들어진 자연스러운 확장인 것처럼 차량과 조화되도록 만들어졌습니다."라고 말했습니다.

그는 이어 "이 때문에 우리가 제작한 운전실은 수 년간 사용하는 동안 운전자를 최대한으로 편안하게 하고 비바람으로부터 보호해 줍니다. 이를 위해서는 모든 웨더 실, 블래킷 장착 구멍, 창, 문은 모두 예외없이 정확한 치수로 올바른 위치에 있어야 합니다."라고 했습니다.

Artec Leo를 사용하여 스캔한 Kubota 유틸리티 차량의 엔진실 3D 스캐닝. 이미지 제공 : Curtis Cabs

미국 전역에서 엄청난 명성을 얻고 있는 Curtis Indurstries와 자사와 설계 엔지니어링 팀은 끊임없이 증가하는 시장 수요와 엄격한 납기를 충족하기 위해 제품과 자신들에게 가장 중요한 일 중 하나인 리버스 엔지니어링 프로세스를 포함한 작업 흐름을 개선할 수 있는 가능한 모든 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다.

리버스 엔지니어링 작업 흐름

인클로저 설계 작업 흐름의 첫 번째 단계에서는 새 운전실 인클로저를 만들 차량의 특정 모델을 리버스 엔지니어링해야 합니다.

운전실이 닿는 모든 표면에 꼭 들어맞는 아늑하고 탄력 있는 장착을 위해 Curtis의 설계 엔지니어는 대상 차량을 정밀하게 측정해야 합니다. 그런 다음 이러한 측정값은 인클로저의 프로토타입 CAD 모델을 만든 다음 프로세스 단계에서 사용됩니다.

Artec Leo를 사용한 Kubota 유틸리티 차량의 툴 바 3D 스캐닝. 이미지 제공 : Curtis Cabs

(과거에는 이를 위해 줄자, 캘리퍼스, 수직추, 좌표측정기 등의 도구를 사용하였습니다.)

CMM에서 Artec Leo로

CMM 암으로 스캔을 통해 적절한 측정값을 얻을 수 있었지만, 작업할 때마다 적어도 4번 이상 장치의 위치를 변경해야 하는 것은 말할 것도 없고 암의 느린 작동 속도, 무거운 장착판 및 제한된 작동 범위로 인해 모든 작어이 길어지고 지루하고 따분했습니다.

완료하는 데 4~8시간이 걸리는 일반적인 CMM을 통한 작업에서 그것은 시작에 불과했습니다. 이러한 동일한 CMM 스캔은 Curtis의 설계 엔지니어가 사용하기 전에 2~3일 이상 더 처리해야 합니다.

Artec Leo를 사용하여 Kubota 유틸리티 차량의 엔진 영역 3D스캐닝. 이미지 제공 : Curtis Cabs

작업 흐름에서 이 부분이 팀에게 장애가 된다는 것을 깨달은 Smith는 더 나은 솔루션을 찾기 시작했습니다. 그는 조사를 통해 3D 스캐닝을 채택하게 되었고, 불과 몇 시간 후 Artec의 앰배서더인 Digitize Designs의 Bo helmrich에게 연락하여 이 문제를 해결해 줄 수 있는 전문 3D 스캐너인 Artec Leo에 대해 설명을 들었습니다.

스캔 한 번이면 충분

백문이 불여일견이기 때문에 Helmrich는 눈보라를 뚫고 장거리를 운전하여 매사추세츠에 있는 Curits Cabs의 시설에서 Smith와 그의 엔지니어들을 만났습니다. 그곳에서 그는 Leo의 기능을 보여주기 위해 대형 트랙터를 스캔했습니다.

Smith와 그의 팀은 Helmrich가 방해가 되는 케이블이나 별도의 노트북 없이 스캐너로 차량을 훑을 때마다 수백만 개의 데이터 포인트를 수집하여 아주 쉽고 빠르게 차량을 캡처하는 것을 보고 기뻐했습니다.

Artec Leo를 사용하여 Kubota 유틸리티 차량의 상단 툴 바 3D 스캐닝. 이미지 제공 : Curtis Cabs

Smith와 그의 팀은 Leo의 내장형 터치스크린에 차량의 스캔이 나타나는 것을 실시간으로 볼 수 있었고 모든 필요한 형상과 특징이 캡처되고 있음을 즉시 확인할 수 있었습니다.

몇 분 후 CAD로 스캔 내보내기

몇 분 후, Helmrich는 Geomagic for SOLIDWORKS 플러그인을 통해 Artec Studio 소프트웨어에서 SOLIDWORKS로 바로 스캔 데이터를 내보내는 것이 얼마나 쉬운지 보여주었습니다. 그런 다음 차량의 표면 스캔은 평면, 원통 및 기타 참조 기능을 추가하여 CAD 모델로 원활하게 변환되었습니다.

Curtis Cabs John Deere Gator XUV 운전실 인클로저의 내부 패널 및 툴 바. 이미지 제공 : Curtis Cabs

"이것은 'design-to-build(설계에서 제작까지)' 작업 흐름에서 엄청난 도약입니다."

Smith는 "과거 CMM에 익숙했던 것과 비교하여 Leo가 모든 것을 빠르고 쉽게 스캔하는 것을 보고 놀랐습니다. 우리는 스캔한 차량 데이터를 기반으로 제품을 설계하기 때문에 이것은 design-to-build 작업 흐름에서 엄청난 도약입니다."라고 말했습니다.

Curtis Industries는 주저 없이 당일 Leo를 구매하기로 했습니다.

CMM 대비 Leo 테스트

Leo가 이미 scan-to-CAD 프로세스에 가져다준 중요한 변화를 정량화하고자 Smith와 그의 팀은 Leo를 구매한 후 기존의 CMM 중심 접근 방식으로 돌아가 새 운전실 인클로저 설계를 위해 차량 스캐닝 프로세스의 시간을 단계별로 측정했습니다.

Curtis Cabs Bobcat CT20 맞춤형 운전실 인클로저. 이미지 제공 : Curtis Cabs

그런 다음 Leo를 이용하여 그것을 동일한 차량의 작업 흐름에 도입했고, 이 과정에 대해서도 시간을 측정했습니다. 간단히 말하자면, 그 차이는 놀라운 것이었습니다.

 

스캐닝 속도 : CMM으로 측정하는 데 4~8시간이 걸리던 것이 이제 Leo로 측정하면 1시간도 걸리지 않습니다. 

표면 데이터의 양 : 소수의 형상을 측정하는 CMM 암과 달리 Leo는 스캔하는 모든 표면, 오목한 형상 및 차량의 불규칙한 모양을 캡처하므로 CAD에서 이 풍부한 형상을 새로운 제품 설계를 생성하기 위한 정확한 참조모델로 쉽게 사용할 수 있습니다.

 

Curtis Cabs, 3D스캐너 Artec Leo로 리버스 엔지니어링 강화

 

스캔 처리 : CMM 스캔의 경우 차량당 2~3일 이상 걸리던 것이 Leo의 경우 1시간 미만으로 급감했습니다.

최고의 시너지 효과 : 휴대성과 사용 편의성

Smith와 그의 팀은 Leo의 사용 편의성과 짧은 학습 곡선을 반기었고 이제 설계 팀의 신입 직원들에게 사용법을 쉽게 가르칠 수 있게 되었습니다. Leo의 휴대성은 말할 것도 없습니다.

"Leo는 필요할 때마다 언제든지 쉽게 휴대하거나 차량으로 가져갈 수 있습니다."

Curtis Cabs Bobcat CT20 운전실 인클로저의 후면. 이미지 제공 : Curtis Cab

Smith는 스캐닝을 하려면 차량을 가져와야 하는 무겁고 번거로운 CMM에 비해 "Leo는 필요할 때마다 언제든지 쉽게 휴대하거나 차량으로 가져갈 수 있습니다."라고 말했습니다.

Smith와 그의 팀은 Leo의 열성적인 사용자로서 향후 몇 달, 몇 년 동안 회사에서 차량 부품 및 트랙터 부착 장치 등의 리버스 엔지니어링을 포함하여 점점 더 많은 응용 분야에서 Leo를 중점적으로 사용하기를 기대하고 있습니다.

과제: 이탈리아의 한 3D 기술 회사가 한 대리석 장인으로부터 트라파니의 성모 마리아상(Our Lady of Trapani)을 3D로 재현해 달라는 요청을 받았습니다. 15cm 정도로 작으면서 섬세한 디테일이 가득한 조각상을 디지털화하려면 신뢰할 수 있는 3D 스캐닝 솔루션이 필요했습니다.

 

솔루션: Artec Space Spider, Artec Studio

 

결과: 다양한 용도로 사용할 수 있는 트라파니의 성모 마리아상 원본의 매우 정밀하고 충실한 복제품이자 축소 모델 제작.

 

Artec을 선택한 이유는? Artec 3D 스캐너는 오랫동안 문화 유물의 3D 디지털화에 앞장서 왔으며 이를 통해 전 세계의 예술가, 연구자 및 더 많은 관람자가 이러한 문화 유물에 쉽게 접근할 수 있게 되었습니다.

 

이제 고정밀 3D로 구현된 트라파니의 성모 마리아상은 원래 Nino Pisani가 제작했습니다. 이미지 제공: Lacro Tech

 

시칠리아의 걸작 디지털화

미술사를 통틀어 조각가들은 다양한 소재로 실험해 왔으며, 대리석은 미술 창작자와 애호가 모두의 마음속에 특별한 자리를 차지하고 있습니다. 시칠리아의 매력적인 도시 트라파니에 가보면 그 그럴 수밖에 없는 이유를 직접 확인할 수 있습니다. 트라파니의 성모 마리아 대성당으로도 알려진 마리아 산티시마 아눈치아타(Maria Santissima Annunziata) 대성당을 거닐며 이름의 시조가 된 대리석 조각상을 만나보십시오.

 

조각상에는 눈여겨볼 만한 가치가 있는 디테일이 가득합니다. 이미지 제공: Lacro Tech

 

약 1.65미터 높이의 이 동상은 미술 감정가와 가톨릭 교회 신자 모두에게 상징적인 존재입니다. 토스카나의 조각가 Nino Pisano의 창조물인 트라파니의 성모 마리아(Madonna di Trapani)는 시칠리아에서 가장 중요한 조각품 중 하나로, 미술가와 장인들이 수년에 걸쳐 다양한 매체를 통해 그 아름다움을 재현하도록 영감을 불어넣어 왔습니다. 대리석으로 작업하는 이러한 창작자 중 한 명은 조각품을 재현하기 위해 축소 모델을 정밀하게 디지털화하기로 하는 등 진정으로 혁신적인 방식으로 자신의 임무에 접근했습니다.

 

혁신적인 도구 선택

이 요청은 Lacro Tech가 설립한 Artec 3D 파트너인 3D Industrial Design Group(3DID Group)에 전달되었습니다. 3D 스캐닝, 3D 프린팅, 컴퓨터 그래픽 등의 전문가들로 구성된 이 팀은 이탈리아 유수의 대학 및 기업들과 긴밀히 협력하고 있습니다.

 

3DID의 Luigi Ferretti는 "한 고객이 스캐너 구매 여부를 결정하기 전에 테스트 스캔을 해달라고 요청했습니다. 그 고객은 또한 당사 경쟁사에도 동일한 테스트를 해 달라고 요청했습니다. 이러한 테스트 후 Artec 스캐너를 통해 얻은 결과가 정밀도와 디테일의 풍부함에서 훨씬 더 만족스러웠기 때문에 Space Spider를 선택했습니다."라고 말했습니다.

 

복잡한 형상을 가진 작은 크기의 조각상에 대한 결과를 통해 Artec Space Spider가 고객이 찾던 바로 그 스캐너라는 것을 알 수 있었기 때문에 선택은 타당했습니다. 최대 0.05mm의 정확도와 복잡한 표면, 날카로운 모서리, 얇은 요소에 대한 렌더링 기능을 갖춘 이 고해상도 3D 스캐너는 조각상을 세밀하게 캡처하는 데 가장 적합한 솔루션이 되었습니다. 가벼운 무게와 사용 편의성 덕분에 누구나 카메라처럼 장치를 물체에 갖다 대고 스캔하기만 하면 된다는 점도 확신을 갖고 Space Spider를 선택할 수 있었던 요인입니다.

 

Artec Space Spider로 조각상의 모든 디테일 캡처. 이미지 제공: Lacro Tech

 

3D 숙달 및 정밀도 향상

팀은 적합한 장치를 갖추고 스캔 작업에 착수하여 조각상의 상단을 캡처한 다음 하단을 캡처하고 왕관을 여러 각도에서 스캔했습니다. 마지막으로, 데이터를 Artec Studio에서 신속하게 처리하였습니다.

 

왕관 상단 맨 끝의 돌출부 간격이 매우 좁아 스캔에 어려움이 있었음에도 불구하고 전체 프로세스는 35분밖에 걸리지 않았습니다. 스캐닝 기술자의 기술과 Artec Space Spider의 향상된 정밀도가 접목되어 왕관을 완벽하게 렌더링할 수 있었습니다.

 

"스캔은 우리가 구현하고자 했던 대로입니다. 모든 디테일이 완벽합니다."

 

Lacro Tech의 스캐닝 전문가인 Andrea Maestri는 "트라파니의 성모 마리아를 묘사한 조각상을 스캔하는 것은 상당히 까다로운 작업이었습니다. 바닥과 몸통은 특별한 어려움이 없었지만, 성모 마리아의 머리에 있는 왕관에는 스캔하기 어려운 영역이 여러 군데 있었습니다. 뛰어난 기술과 극도의 인내심으로 조각상을 정확하게 재현할 수 있었으며, 이는 Artec Space Spider의 절묘한 품질 덕분이기도 했습니다."라고 설명했습니다.

 

고객의 피드백은 더 좋을 수 없이 강력했습니다. 이 대리석 예술가는 "스캔은 우리가 구현하고자 했던 대로입니다. 모든 디테일이 완벽합니다. 성스러운 작품을 재현함에 있어 디테일은 매우 중요하며, 이를 통해 신자들은 성스러운 형상과 '이야기'를 합니다."라고 말했습니다.

 

중요한 의미를 보존하는 다양한 방법

완벽하게 세밀한 성모 마리아의 디지털 이미지는 문화 및 종교 유산 보존에서 교육, 장례 예술에 이르기까지 다양한 응용 분야에 영감을 줄 수밖에 없습니다. 장례 예술은 분명한 용도는 아니지만 많은 문화권에서 종교적 전통의 필수적인 측면입니다. 3D 스캐닝 덕분에 성스러운 예술품의 3D 복제품을 사용하여 묘비를 만들거나 예배당을 장식할 수 있게 되었습니다.

 

 

최종 3D 모델은 Sketchfab에서 감상할 수 있습니다. 이미지 제공: Lacro Tech

 

교회에 보관되어 있든 미술관에 보관되어 있든 역사적으로 중요한 종교 예술 작품을 디지털화하여 열화, 대재앙적 사건, 세월, 그리고 가장 중요하게는 문화적 의미에서 망각이라는 시험에 굴하지 않을 수 있습니다. 3D 스캐닝은 원본을 손상시키지 않으면서 연구, 개조 및 보존을 위해 예술 작품을 재현할 수 있는 기회입니다. 그리고 이 작업이 완료되면 그것은 시칠리아의 성당에 놓여있는 잔잔한 미소로 빛나는 트라파니의 성모 마리아처럼 영감을 주고 깨달음을 주게 될 것입니다.