"우리는 Titan 프린터의 신뢰성과 정확성에 끊임없이 놀라고 있습니다. 몇 달 동안 중단 없이 거의 쉬지 않고 작업을 진행한 적도 있습니다." 

Bob Helwer, 엔지니어링 관리자, Astech, Inc.

 

미시간주 바사르에 본사를 둔 철강 및 철 모래 주조 주조 공장인 Astech, Alloy Steel Technologies, Inc.는 지난 20년 동안 펠릿 압출 적층 제조를 포함한 기술을 활용하여 비즈니스를 혁신해 왔습니다.

21세기 주조 공장

미국의 파운드리는 해외 경쟁 심화, 가격 및 리드 타임 압박, 공급망 문제, 숙련된 인력 부족 등 다양한 문제에 직면해 있습니다. 미시간주 바사르에 있는 철강 및 철 주조 공장인 Astech, Alloy Steel Technologies, Inc.는 경쟁 우위를 확보하기 위해 적층 제조(AM)와 같은 혁신에 투자하여 도전에 정면으로 맞섰습니다.

1987년에 설립된 Astech는 2005년 선견지명이 있는 신임 사장인 Alan Bukach를 임명하면서 보다 미래 지향적인 솔루션을 추진하면서 기술 분야를 전환했습니다. Bukach는 그의 팀과 협력하여 비즈니스를 혁신, 안전 및 수익성에 중점을 둔 진정한 현대식 파운드리로 전환했습니다.

 

 

Astech 회사 로비, 미국 미시간주 바사르에 있는 Astech의 시설.

변화 수용

Astech의 경영진은 적층 제조를 통해 패턴 생산을 사내에서 가져오는 비즈니스 이점을 확인하고 2018년에 중형 필라멘트 압출(FFF) 3D 프린터 3대에 투자했습니다. 이 프린터는 중소형 포맷 패턴에 대한 가치를 빠르게 입증했지만, 이 회사는 모든 치수에서 24인치보다 큰 패턴을 위한 사내 AM 솔루션이 부족했습니다.

Astech의 엔지니어링 관리자인 Bob Helwer는 그들의 요구를 충족시킬 수 있는 대형 프린터를 찾는 임무를 맡았고, 광범위한 온라인 조사에 착수하여 여러 AM 무역 박람회에 참석했습니다. 2018년 가을 미국 파운드리 협회(American Foundry Society)의 적층 제조 컨퍼런스에서 프레젠테이션에 참석하기 전까지는 그가 고려한 시스템 중 어느 것도 적합하지 않은 것처럼 보였습니다. 발표자는 대형 산업용 펠릿 압출 3D 프린터(2022년 3D Systems에 인수됨) 제조업체인 Titan Robotics의 설립자인 Clay Guillory였습니다.

Helwer는 "프린터가 얼마나 빠른지 믿을 수 없었고, Clay가 프레젠테이션에서 비디오가 실시간으로 녹화되었다고 언급하기 전까지는 비디오가 빨라졌다고 확신했습니다"라고 회상했습니다. 펠릿에서 직접 인쇄하는 속도와 경제성은 그가 연구한 필라멘트 기반 시스템에 비해 분명한 이점이었습니다.

 

 

Bob Hewler, Astech 엔지니어, 

Astech 엔지니어링 관리자 Bob Helwer가 회사의 EXT Titan Pellet 3D 프린터로 인쇄된 패턴을 들고 있습니다.

 

 

Helwer는 품질과 성능을 비교하기 위해 여러 대형 3D 프린터 제조업체에 샘플을 요청했습니다. 두 개의 샘플 패턴 프린트를 검증하고 콜로라도주 콜로라도 스프링스에 있는 Titan 제조 시설을 방문한 후 Astech은 2020년 8월에 설치된 Titan Robotics Atlas(현재 EXT 1070 Titan Pellet) 3D 프린터를 구입했습니다. 대량 인쇄, 산업용 가열 인쇄 챔버 및 입증된 펠릿 압출 시스템 덕분에 패턴 생산 공정의 핵심 부분이 되었습니다.

모래 주조를 위한 전통적인 패턴 제작에는 목재, 빨간색 보드 또는 알루미늄에서 원하는 모양을 절단하는 작업이 포함됩니다. 일반적으로 디자인은 CNC 장비를 사용하여 절단되지만 일부 패턴 제작자는 여전히 종이 도면과 수동 절삭 공구를 사용합니다. Astech는 한때 전통적인 방법을 사용하는 전문 패턴 상점에 의존했으며 일반적으로 패턴 배송을 위해 4-6주를 기다렸습니다. AM을 통해 패턴 생산을 사내로 가져옴으로써 그 시간을 단 3-10일로 단축했습니다.

앞장서다

설치 후 18개월 이내에 긍정적인 ROI를 달성했으며 4년이 지난 후에도 Astech의 Titan 프린터는 여전히 강세를 보이고 있습니다. 이 회사는 패턴에 탄소 섬유로 채워진 ABS 펠릿에 의존합니다., 내구성이 뛰어난 주조 응용 분야에 입증된 재료. Helwer는 자신의 3D 프린팅 패턴 중 일부가 마모 흔적 없이 수천 개의 인상을 남겼다고 말합니다. 비교적 미세한 해상도 설정에서 1mm 노즐을 사용하면 사용 전에 필요한 후처리를 최소화하면서 상당히 높은 인쇄 속도를 유지할 수 있습니다.

현재 Astech 3D 프린팅은 패턴의 약 90%를 프린팅합니다. "자체 적층 제조는 우리의 '비밀 소스'가 되었습니다. 툴링 가격, 정확성, 생산 속도, 번개처럼 빠른 처리 시간으로 기존 작업을 수정할 수 있는 능력 면에서 경쟁사보다 우위를 점할 수 있습니다"라고 Helwer는 말했습니다. 실제로 적층 제조의 속도와 비용 이점을 통해 Astech는 성장하고 수익성을 높이며 고객에게 고품질 주조 제품을 계속 제공할 수 있었습니다.

 

3D 프린팅된 CF ABS 펌프 케이싱 패턴은 몰드 릴리스로 도색되어 플라스크에 장착되며, 굽지 않는 몰딩 샌드로 채울 수 있습니다.

 

 

3D 프린팅된 코어 박스로 생산된 거대한 펌프 케이싱 코어

 

Astech 직원들이 3D 프린팅 패턴으로 만든 모래 주형에 용강을 붓고 있습니다.

 

Astech 직원이 주조 펌프 케이싱에서 게이팅을 절단합니다.

 

 

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한국기술은 산업용 3D프린터 전문기업 한국기술은 3D Systems의 리셀러사로 수많은 레퍼런스와 업종별 사례를 보유하고 있습니다.

2022년 수주한 대전테크노파크 DMP 500, 350을 비롯하여 강원정보문화진흥원, GM Korea, 세종테크노파크 등등이 있습니다. 그 이외에도 광주근카진흥원, 삼성전자, 한국교통대학교, 경북대학교 의료센터, 경북대학교, 한국기술연구원, 정보통신산업진흥원, 경북대학교 3DC 융합기술지원센터, 현대자동차, 대우자동차 등등 다양한 업종의 레퍼런스를 보유하고 있습니다.

한국기술은 1990년에 설립되었으며 산업용 3D프린터 데모룸을 보유하고 있습니다. 또한 국내 최초 3D Systems의 공식 리셀러 계약과 과학기술정보통신부 장관상을 수여하고, 산업통상자원부 주최 "2021년 제16회 전자IT의 날 유공자 포상"대회 대통령 표창장을 수상하였습니다.

최근 Formnext에서는 2022~2023년 3D Systems 아시아 리셀러상(APAC Best Reseller of the Year)을 수여하였습니다.

산업용 3D프린터 장비 도입이 고민이시거나 예산에 맞는 금액별 장비 문의가 필요하시다면 언제든 문의주십시요. 또한, 장비도입이 어려울 경우 시제품 제작도 하고있습니다. 테스트 모형 및 시제품이 필요하신 경우에도 언제든지 편하게 문의주십시요.

과제: 성폭행 재판에서 법의학적 증거로 사용할 수 있도록 사람의 교흔을 측정하는 더욱 정확하고 신뢰할 수 있는 방법을 찾아냅니다.

솔루션: Artec Space Spider, Artec Studio, Autodesk 3ds Max

 

결과: Artec의 청색광 기반 Space Spider를 사용하여 교흔을 매우 빠르고 정밀하게 디지털화하는 개선된 프로세스를 통해 결과 데이터를 사용하여 용의자를 가려낼 수 있습니다.

Artec 3D를 선택한 이유는? 이미 법의학에서 활용되고 있는 Artec Space Spider와 소프트웨어 Artec Studio는 교흔을 일대일 모델로 전환하여 비교할 수 없는 정밀도와 반복성으로 치아 주조물을 비교할 수 있으므로 이 작업에 가장 적합한 도구입니다.

 

 

Artec Space Spider로 치열 모형을 디지털화하고 있는 연구원 Erika Franze. 이미지 제공: Erika Franze

기분 좋은 주제는 아니지만, 교흔은 가해자뿐만 아니라 피해자의 가슴, 다리, 성기에서도 발견되는 경우가 많기 때문에 성폭행 사건의 중심이 되는 경우가 많습니다.

그러나 교흔 분석 자체는 여전히 논란의 여지가 있는 주제입니다. 인간 치열의 순전한 가변성과 복잡성부터 피부의 탄력, 압력, 피해자 사망 후의 변화로 인한 왜곡으로 인해 교흔 분석은 여전히 완벽하지 못한 것이 현실입니다.

상황을 더욱 복잡하게 만드는 또 다른 문제는 교흔을 기록하는 표준화된 방법이 없다는 점입니다. 이러한 일관성의 부족으로 인해 교흔을 해석하는 데 있어 주관과 편견이 개입될 여지가 있으며 연구 결과의 타당성에 부정적인 영향을 미칩니다.

지난 몇 년 동안 교흔 분석은 여러 건의 억울한 유죄 판결에 연루되기도 했으며, 나중에 DNA 증거에 의해 판결이 뒤집힌 사례도 있었습니다. 이처럼 교흔이 일치하지 않을 경우 윤리적, 법적으로 영향을 미치기 때문에 치의학 증거의 법적 신뢰성을 보장하기 위해 확증이 필요하다는 것으로 널리 받아들여지고 있습니다.

 

교흔 분석이란 무엇입니까?

전통적으로 교흔은 일련의 사진을 통해 기록합니다. 사진을 찍고 나면 가해자가 남긴 DNA가 있는지 확인하기 위해 해당 부위를 면봉으로 채취합니다. 그런 다음 용의자 치아의 인상을 촬영하여 일치 여부를 확인하는 추가 검사를 진행합니다.

 

사진과 비교하기 전에 Space Spider로 3D 스캔 중인 교흔. 이미지 제공: Erika Franze

 

그러나 교흔의 멍은 피해자의 상태에 따라 달라집니다. 이로 인해 법의학 치과의사는 사망 후 피부가 변색되어 디테일이 더 선명하게 보이는 단계까지 기다려야 사진을 촬영할 수 있어 조사가 지연되는 경우도 있습니다.

 

그러고 나서 보존을 해야 합니다. 사망한 피해자의 경우, 교흔으로 실리콘 모형을 만든 후 소독제에 넣어 보관하여 열화를 방지할 수 있습니다. 생존자는 아세테이트 시트에 '추적'된 교합의 증거가 남아 있을 수도 있지만, 두 과정 모두 시간이 많이 걸립니다.

이러한 단점과 의구심 속에서 법의학 대학원생인 Erika Franze의 연구는 이 분야에 한 줄기 희망을 불어넣었다고 할 수 있습니다.

 

Franze는 휴대용 1mm 미만의 정밀 3D 스캐닝 기술을 활용하여 자국을 만드는 데 영향을 미치는 모든 치아의 각도를 정밀하게 캡처하는 방법을 개발했습니다. 이를 통해 깊이, 모양, 크기를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 용의자의 치열 모형과 비교할 수 있는 3D 모델로 변환할 수 있는 데이터를 생성할 수 있습니다.

 

전통적인 3D 치열 모형. 이미지 제공: Erika Franze

몇 초 만에 얻는 "훌륭한" 스캔

교수이자 저명한 법의학자인 Carol Ritter와 함께 개발한 Franze의 수정된 프로세스는 주로 3D 스캐닝을 중심으로 이루어집니다. 하지만 모든 스캐너가 똑같이 만들어지는 것은 아닙니다. 일부 스캐너는 해상도, 보정 또는 정렬 문제로 인해 오류나 아티팩트가 발생할 수 있는 희미하거나 왜곡되거나 오염된 교흔을 캡처하는 데 어려움이 있습니다.

다행히도 Franze는 법의학적 기록 응용 분야에서 3D 기술을 광범위하게 사용했던 3D 법의학 분석가인 Eugene Liscio로부터 연구 초기에 Artec Space Spider를 소개받았습니다.

Franze는 “Artec Space Spider는 저를 한 곳에 얽매이지 않게 해 정말 마음에 듭니다. 표본 추출 자원 봉사자를 만날 때마다 가지고 다닐 수 있을 만큼 휴대성이 뛰어납니다. 사용하기도 정말 재미있습니다.”라고 설명했습니다.

높은 해상도와 사용 편의성을 갖추고 있는 Space Spider는 스캔 초보자도 법의학적 결과에 중요한 종종 간과되는 디테일을 캡처할 수 있게 해주는 완벽한 도구입니다.

그녀는 "캡처한 모든 이미지가 훌륭해 보입니다. 저에게 스캔은 치열 모형처럼 보입니다. 큰 결함, 흐릿함, 노이즈 또는 랜드마크가 없습니다. Space Spider를 사용하면 치아의 작은 부분까지 제가 원하는 모든 것을 얻을 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

"처음이라 3D 스캐닝을 배우는 데 약간의 시간이 걸렸지만 이제는 스캔할 때 치아와 모든 것을 완전히 회전하는 데 1분도 채 걸리지 않습니다."

법치의학의 재구성

Franze의 비접촉 보존 작업 흐름에서는 감염이나 교차 오염의 위험 없이 자국의 3D 모델을 조사 동료와 원활하게 공유할 수 있습니다. 이를 통해 교흔 깊이를 더욱 효과적으로 시각화하여 모양, 크기, 치열 모형을 비교하거나 다양한 교합 시나리오를 시뮬레이션할 수 있습니다.

물리적 보관이 필요한 취급 중 갈라지거나 손상되기 쉬운 일반 모형과 달리 디지털 모형은 이러한 문제도 없습니다.

캡처에 관련하여 Artec Studio는 몇 초 동안 진행되는 스캐닝 프로세스에서 핵심적인 역할을 합니다. Franze는 소프트웨어의 Autopilot 모드가 스캔의 정렬을 간소화하고 교흔의 실제 크기와 방향을 일치시키는 데 특히 유용하다는 것을 알았습니다.

Franze는 "Artec Studio의 자동화된 매우 훌륭하고 사용하기 쉬우며 매우 빨랐습니다. 저는 단순히 비교를 해보기 위해 수동 모델 편집 단계도 배웠는데, 큰 차이가 없어서 인상적이었습니다!"라고 말했습니다.

3D 스캐닝 프로세스 중간에 찍은 Artec Studio의 스크린숏. 이미지 제공: Erika Franze

스캔을 정리한 후에는 모델링, 렌더링 및 애니메이션 플랫폼인 Autodesk 3ds Max로 내보내고, 필요한 경우 2D 이미지와 함께 사용하여 '가상 교합 윤곽'을 생성할 수 있습니다. 생성된 모델은 매우 정확하여 치아 사이의 텍스처와 각도 차이를 비교하고 궁극적으로 사람을 용의자로 분류하거나 배제하는 데 활용할 수 있습니다.

법의학 3D 스캐닝의 미래는?

이미 15명의 지원자를 대상으로 테스트한 결과, 정확한 치열 모형과 각인을 만들어낸 Franze의 접근 방식은 법치의학의 판도를 바꿔 놓고 있습니다.

Franze는 "두 가지가 똑같아 보일 수도 있고 매우 다를 수도 있습니다. 저의 연구가 최대한 객관적일 수 있도록 저는 통계를 사용하여 분석을 뒷받침하고 있습니다. Space Spider는 이러한 작업에 큰 도움이 되었으며, 스캔은 마치 직접 눈으로 무언가를 보는 것과 같습니다."라고 결론지었습니다.

 

편집된 치아 3D 모델. 이미지 제공: Erika Franze

그녀의 연구는 여전히 치열 모형을 사진과 비교하는 데 중점을 두고 있지만, Space Spider를 채택하면서 교흔 모델링에 대한 흥미로운 접근 방식의 문이 열렸습니다. 실제로 그녀는 이제 교합 인상 스캔의 고해상도 데이터만으로 논란의 여지가 있는 분야에 정확성과 신뢰성을 가져올 수 있는 결론을 도출하는 방법을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.

 

Liscio는 "교흔 분석이 더 일반적으로 받아들여지는 경로가 있다면, 3D 기록과 형상 분석이 포함될 가능성이 매우 큽니다. 3D 스캐닝은 객관성을 높이기 위한 관문이 될 수 있습니다. 이러한 방법과 표준 중 상당 부분은 아직 확립되지 않았습니다. 하지만 이것은 분명히 출발점이며 목표를 달성하는 방법입니다."라고 덧붙였습니다.

 

 

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한국기술은 산업용 3D프린터 전문기업 한국기술은 3D Systems의 리셀러사로 수많은 레퍼런스와 업종별 사례를 보유하고 있습니다.

2022년 수주한 대전테크노파크 DMP 500, 350을 비롯하여 강원정보문화진흥원, GM Korea, 세종테크노파크 등등이 있습니다. 그 이외에도 광주근카진흥원, 삼성전자, 한국교통대학교, 경북대학교 의료센터, 경북대학교, 한국기술연구원, 정보통신산업진흥원, 경북대학교 3DC 융합기술지원센터, 현대자동차, 대우자동차 등등 다양한 업종의 레퍼런스를 보유하고 있습니다.

한국기술은 1990년에 설립되었으며 산업용 3D프린터 데모룸을 보유하고 있습니다. 또한 국내 최초 3D Systems의 공식 리셀러 계약과 과학기술정보통신부 장관상을 수여하고, 산업통상자원부 주최 "2021년 제16회 전자IT의 날 유공자 포상"대회 대통령 표창장을 수상하였습니다.

최근 Formnext에서는 2022년, 2023년 3D Systems 아시아 리셀러상(APAC Best Reseller of the Year)을 수여하였습니다.

산업용 3D프린터 장비 도입이 고민이시거나 예산에 맞는 금액별 장비 문의가 필요하시다면 언제든 문의주십시요. 또한, 장비도입이 어려울 경우 시제품 제작도 하고있습니다. 테스트 모형 및 시제품이 필요하신 경우에도 언제든지 편하게 문의주십시요.

초고속 3D프린팅의 미래, SPEE3D 콜드스프레이 기술로 '금속부품' 빠른 제작 실현하는법(며칠이 아닌 몇분, 몇 시간 만에 제작)

 

 

 

콜드 스프레이 방식의 금속 3D프린터

콜드 스프레이 3D 프린팅은 금속 부품을 제작하는 고속 프로세스로, 기존의 가열 및 용융 과정과는 다르게 금속 분말을 고속으로 분사하여 층층이 쌓아 부품을 만듬니다. 이 방식은 다음과 같은 원리로 작동합니다.

 

분말공급

콜드 스프레이 3D 프린터는 금속 분말을 사용합니다. 이 분말은 보통 합금된 금속이며, 예를 들어 알루미늄, 스테인레스 스틸 등이 사용될 수 있습니다.

 

가압 공기 공급

분사되는 분말을 고속으로 움직이기 위해 고압 공기가 사용됩니다. 이 고압 공기는 분말을 흩뿌리고 소량의 분말을 고속으로 이동시키는 역할을 합니다.

분말 분사 및 결합

분말은 고압 공기를 통해 분사되며, 분사된 분말은 부품을 형셩하기 위해 특정한패턴으로 스프레이 됩니다. 이 과정에서 분말은 결합력을 가진 바인더와 함께 스프레이되어 부착되고, 부품의 층이 형성됩니다.

 

부품 형성

스프레이 된 분말이 층층이 쌓여 부품이 형성됩니다. 이 과정은 3D CAD 모델을 따라 진행되며, 각 층마다 분말이 스프레이되어 결합됩니다.

열처리

부품이 형성된 후, 열처리를 통해 결합력이 강화되고 내구성이 향상됩니다. 이 단계는 부품의 사용 용도와 필요한 물성에 따라 다양하게 조절될 수 있습니다.

이와 같은 과정을 통해 콜드 스프레이 3D 프린터는 빠르고 정교한 금속 부품을 제작할 수 있습니다.

Cold Spray 금속 3D 프린터 상업용 Warp Spee3d / 군용 XSPEE3D

Spee3d는 고속 금속 3D 프린터로 콜드 스프레이 3D 프린팅 기술을 사용하여 금속 부품을 빠르게 제작합니다. SPEE3D는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

SPEE3D 특장점

고속 인쇄

SPEE3D 3D프린터는 고속 콜드 스프레이 기술을 사용하여 금속 부품을 빠르게 제작할 수 있습니다. 이는 생산성을 크게 향상시키고 시간과 비용을 절약하여 시너지 효과를 발생시킬 수 있습니다

 

 

 

최소한의 후가공

콜드 스프레이 기술은 부품 표면을 매우 부드럽게 형성하므로, 후처리가 필요한 경우가 줄어듭니다. 이는 프로세스를 간소화하고 부품 생산 시간을 단축시키는데 큰 도움을 제공합니다.

자유로운 디자인

SPEE3D 3D 프린터는 복잡한 형상의 부품을 제작할 수 있으며, 디자인의 자유도가 높습니다. 이는 사용자가 창의적이고 혁신적인 디자인을 구현할 수 있으며 금속으로 다양한 형상의 제품을 빠르게 제작하는데 어려움이 없습니다.

환경 친화적

콜드 스프레이 기술은 가스와 분말을 사용하여 부품을 형성하므로, 환경에 미치는 영향이 상대적으로 적습니다. 이는 친환경적인 생산 프로세스를 구현할 수 있는 장점으로 작용합니다.

높은 강도와 내구성

Wrap Spee3d는 고강도 부품을 제작할 수 있으며, 이는 다양한 산업 및 응용 분야에서 안정적으로 사용할 수 있습니다. 

콜드스프레이 제작영상

 

SPEE3D의 특허기술인 로켓노즐은 음속의 최대 3배에 이르는 속도로 공기를 발사하여 금속 분말을 적층합니다. 금속 분말은 여섯개의 축으로 이루어진 로봇 팔에 부착된 기판 표면에 적층됩니다. 이 공정에서 발생하는 분자의 순수 운동에너지는 금속 분말들이 서로 결합되게 만들고 고밀도 부품을 형성할 수 있도록 도와줍니다.

제작속도 및 주요재료

  

 

 

 

 

차량용 수냉용품

(Water-Cooling Automotive Application)

인쇄시간 40분(min)

 

재료 알루미늄 6061(Aluminum 6061)

중량 580g

렌치 스패너

(Gunner's Ratchet)

인쇄시간 60분(min)

재료 알루미늄 브론즈(Aluminium Bronze)

중량 2kg

알루미늄 6061 캠록

(Aluminum 6061 Camlock)

인쇄시간 24.4분(min)

재료 알루미늄 6061(Aluminium 6061)

중량 660g

스타터 플라이어 휠

(Starter Flywheel)

인쇄시간 25분(min)

재료 알루미늄 브론즈(Aluminium Bronze)

중량 8.3kg

빌지펌프 하우징

(Bilge Pump Housing)

인쇄시간 83분(min)

재료 알루미늄 브론즈(Aluminium Bronze)

중량 8.3kg

 

과제: 바이킹 시대 선박을 연구하는 한 해양 고고학자는 크고 작은 고대 선박 목재의 어둡고 때로는 매우 반짝이는 특성에도 불구하고 도구 자국, 조각, 변색 등 표면의 모든 디테일이 살아있는 목재를 캡처해야 했습니다.

솔루션: Artec Leo, Artec Studio

결과: 이 연구자는 Artec Leo를 사용하여 박물관, 저장소 및 현장에 있는 수백 개의 선박 목재 및 기타 물체를 빠르고 쉽게 3D 스캔하고 생성된 3D 모델을 사용하여 작업을 발전시키고 역사를 바꾸는 몇 가지 결론에 도달했습니다.

Artec을 선택한 이유: Leo만큼 편하게 들고 이동할 수 있는 휴대용 3D 스캐너는 없습니다. Leo는 1mm 미만의 정확한 컬러 3D를 제공하고, 방해가 되는 케이블, 외장 배터리, 노트북이 필요 없고 귀중한 역사적 유물을 작업할 때 중요한 표적이나 마커가 없습니다.

 

 

1880년 노르웨이의 바이킹 고분에서 발굴된 Harald Fairhair 왕 시대에 건조된 9세기 Gokstad 선박의 실물 크기 복제품인 Skidbladner 선상

1886년, 한적한 노르웨이 시골에서 한 농부가 밭을 갈던 중 흙 밑에 딱딱한 물체에 부딪혔습니다. 그는 Karmøy에서의 뜻밖의 발견이 바이킹 역사, 항해 및 선박 매장이라는 잘 알려지지 않은 장의 서막을 열게 될 줄은 미처 몰랐습니다. 이 배는 바이킹의 생활 방식 자체에 대해 알고 있던 수많은 상식을 뒤집고, 이 배가 지금까지 발견된 가장 오래된 바이킹 범선일 가능성이 높다는 가능성을 열어주었습니다.

한때 바다와 강을 누비며 강인한 바이킹 탐험가들을 가득 태웠던 연륜 연대학적으로 770년으로 거슬러 올라가는 이 참나무 목재로 된 Storhaug 선박은 뛰어난 수작업으로 제작되었습니다. 배의 선체는 속도와 기동성을 고려해 손으로 자른 목재로 제작되었으며, 쇠못과 나무못으로 세심하게 맞추고 고정했습니다.

 

779년 매장 당시의 Storhaug 선박을 한 예술가가 표현한 그림. 이미지 제공: Eva Gjerde, 스타방에르 대학교(University of Stavanger) 고고학 박물관

줄자와 자에서 3D 스캐닝으로

이후 수년간 고고학자들은 배의 잔해를 발굴하여 이 배가 비록 낡은 상태였지만 인간의 독창성과 예술성이 돋보이는 우아한 걸작임을 밝혀냈습니다.

배 안에는 작은 배, 노, 작은 썰매, 말의 뼈대, 프랑크족의 검 두 자루, 창 두 자루, 도끼, 금팔찌, 방패, 투구, 빗, 칼, 놀이판 두 개 등 다양한 고대 유물들이 묻혀 있었습니다.

현재로 빠르게 돌아가면, 오늘날 Massimiliano Ditta를 비롯한 해양 고고학계의 가장 뛰어난 학자들이 Storhaug 선박과 바이킹 탑승자의 이야기를 능숙하게 풀어내고 있습니다.

 

스타방에르 대학에서 Artec Leo를 사용하여 후기 바이킹 시대의 것으로 추정되는 선수재 상단을 스캔하는 해양 고고학자 Massimiliano Ditta. 

이미지 제공: Massimiliano Ditta, 고고학 박물관/UiS

스타방에르 대학교 고고학 박물관의 경험이 풍부한 연구원이자 박사 과정을 밟고 있는 Ditta는 복잡한 조각 하나하나를 통해 우리의 과거 항해에 생명을 불어넣는 데 자신의 경력을 바쳤습니다. 그의 노력에 특별한 어려움이 없었던 것은 아닙니다.

3D 스캐닝을 비롯한 수년간의 연구와 발견을 통해 Ditta는 Storhaug가 노를 젓는 배라고 오랫동안 믿어져 왔음에도 불구하고 실제로는 범선이었을 수 있다는 유력한 가설에 도달했습니다.

용골과 돛을 위한 활대 등 배의 다양한 요소들이 이를 뒷받침하는 강력한 증거입니다. 많은 전문가들은 Ditta의 연구 결과가 Storhaug 선박에 대한 이야기에서 사실로 입증되어 바이킹의 항해 공학이 8세기에 이르러 바람의 힘을 활용할 수 있을 만큼 정교해져 노를 젓는 것보다 훨씬 더 빠른 속도와 기동성을 갖춘 배를 만들 수 있었음을 입증할 것으로 믿고 있습니다.

완벽한 디테일을 위해 Artec Studio 포토텍스처링이 적용된 선수재 상단의 Leo HD 모드 3D 스캔. 

이미지 제공: Massimiliano Ditta

이 용감한 연구자의 곁에는 해양 고고학 분야에서 정밀도와 유연성의 새로운 표준을 세운 혁신적인 도구인 획기적인 Artec Leo 3D 스캐너가 있었습니다.

Ditta는 “Artec Leo는 제가 수행할 수 있는 프로젝트의 규모뿐만 아니라 작업의 질도 크게 높였습니다. 그것은 3D 스캐닝의 기존 경계를 허물고 우리의 풍부한 해양 유산을 기록하고 이해하는 궁극적인 목표에 전념할 수 있게 해 줍니다."라고 말했습니다.

 

선수 상단을 포토텍스처링하는 데 사용된 카메라 위치를 보여주는 Artec Studio 스크린숏. 이미지 제공: Massimiliano Ditta

새로운 지평 수용: Eva에서 Leo로의 도약

이전 작업에서 사용하던 Artec Eva 스캐너에서 전환한 후 작업 흐름이 눈에 띄게 빨라져 Ditta는 자신의 매혹적인 접근 방식에 더욱 집중할 수 있게 되었습니다.

무선 설계와 휴대성, 내장 배터리 덕분에 현장 작업의 제약이 훨씬 줄어든 Leo를 사용하면 전선이 방해가 되거나 전원이 빠르게 소모되거나 노트북이 근처에 있어야 한다는 걱정 없이 모든 스캐닝 프로젝트에 깊이 몰입할 수 있습니다.

3D 스캐너의 HD 모드를 통해 향상된 정확도와 스캔 후 정밀도 또한 Ditta의 작업에서 아주 중요한 요소였습니다.

Ditta는 "Leo의 놀라운 점은 흔들림 없는 신뢰성과 확실한 정확도입니다. HD 모드에서는 선박 목재와 기타 과거의 유물을 항상 놀라울 정도로 사실적으로 캡처할 수 있어 이러한 스캔은 문서화 및 보존에 매우 유용합니다."라고 말했습니다.

드러난 정밀도: Leo의 HD 모드

Artec Leo의 HD 모드는 특히 Storhaug 선박 목재 및 선상에서 발견되는 많은 물체와 같은 복잡한 유기 물체의 경우 모든 스캔의 품질을 크게 향상합니다.

Leo의 구조광 시선 아래에서 이전에는 캡처하기 어려웠던 다양한 도구 자국, 장식 선, 절개선 등 무수히 많은 디테일이 1mm 미만의 정확한 컬러 3D로 생생하게 구현됩니다.

 

Artec Leo에 장애물이 되지 않는 바이킹 선박 목재의 반짝이는 표면을 보여주는 사진. 

이미지 제공: Massimiliano Ditta

 

표면의 광택에도 불구하고 완벽한 형상 캡처를 보여주는 동일한 선박 목재의 Artec Studio 스크린숏. 

이미지 제공: Massimiliano Ditta

 

마침내 Artec Studio 포토텍스처링이 적용되어 실제와 같은 컬러 3D로 재탄생된 선박 목재. 

이미지 제공: Massimiliano Ditta

8세기의 영광을 간직한 선박 목재 캡처

Ditta의 추정에 따르면 Leo는 Eva를 사용했을 때보다 스캐닝 시간이 거의 절반으로 줄었습니다.

Ditta는 "Leo가 제가 사용해 본 다른 3D 스캐너와 차별화되는 점은 정밀도나 터치스크린 인터페이스뿐만이 아닙니다.  까다로운 조건에서도 복잡한 물체를 정확하게 캡처할 수 있어 전적으로 믿고 사용할 수 있습니다. Leo에게는 어둡고 수백 년 된 배의 목재가 결코 장애물이 되지 않습니다."라고 말했습니다.

 

각각의 스캔이 별도의 색상으로 구성된 조립된 Storhaug 선박 목재의 결합된 Artec Leo 스캔.

이미지 제공: Massimiliano Ditta

또한 온보드 화면과 향상된 추적 제어 기능 덕분에 혼잡한 박물관이나 고고학 자료 보관소에서 흔히 발생하는 스캐닝 과정의 중단을 줄일 수 있습니다.

공유 가능한 연구 품질의 3D 모델

Ditta에게 있어 작업의 중요한 부분은 이러한 역사적 보물을 단순히 발굴하는 데 그치지 않고 그 결과를 다른 연구자, 박물관 전문가 및 대중에게 전달하고 종종 결과물인 3D 모델을 공유하는 것입니다.

그는 Leo를 통해 이러한 작업 방식을 더욱 강화하여 최종 3D 모델의 세밀도를 크게 향상함으로써 향후 연구, VR/AR 박물관 전시 및 교육 기회에 대한 다양한 가능성을 열었습니다.

 

로갈란(Rogaland)의 습지에서 발견된 포토텍스처링을 적용한 미완성 바이킹 시대 선박 선수 Leo 3D 스캔의 고고학 카탈로그 출력물. 

이미지 제공: Massimiliano Ditta

Ditta가 Leo를 사용하여 작업하고 이 스캐너를 적극적으로 추천하자 여러 동료와 기관이 Leo를 표준 기록 방법으로 채택하게 되면서 고고학계 전반에 걸쳐 Leo가 획기적인 영향을 미쳤습니다.

Ditta는 “Artec Leo의 휴대성은 소리 없는 강점입니다. 케이블, 노트북, 배터리 팩이 필요 없어 박물관이나 현장에서 기록 작업을 할 때 아주 편리한 장치입니다."라고 말했습니다.

 

고대 항해의 걸작을 3D로 재구성

해양 고고학의 세계에서 과거는 풍경 아래, 바닷속, 물가 또는 다양한 박물관에 흩어져 있는 조각들로 이루어진 퍼즐입니다.

우리의 풍부한 항해 유산의 수없이 많은 조각들이 여전히 발견되고, 연구되고, 전 세계와 공유되기를 기다리고 있습니다. Ditta에게 있어 각각의 발견은 인류의 과거 항해에 얽힌 미스터리를 푸는 데 한 걸음 더 다가가는 퍼즐 조각입니다.

 

헤우게순(Haugesund)의 호거란드미술관에서 Artec Leo로 선박 선수 빈 목재를 스캔할 준비하는 Massimiliano Ditta. 

이미지 제공: Massimiliano Ditta

 

 

Artec Leo를 통한 그의 탐구는 새로운 활력, 정확성 및 잠재력으로 계속되며 각 프로젝트는 이전보다 훨씬 더 영향력을 갖게 됩니다. 바다는 언제나 과거의 비밀을 간직하고 있지만, 도구 상자에 Leo를 탑재한 Ditta는 해양 고고학 분야에서 3D 스캐닝의 미래가 분명하고 밝다고 확신하고 있습니다.

Ditta는 "저는 경력 전반에 걸쳐 많은 문제에 직면해 왔습니다. 다양한 환경, 심하게 열화되고 분해되는 선박 목재, 그리고 항상 반복 가능한 정밀도와 실물과 같은 텍스처에 대한 요구가 있습니다. Artec Leo는 단순한 도구 그 이상임이 입증되었습니다. 그것은 이 시간 여행에서 저의 변함없는 파트너였습니다.”라고 말했습니다.

SLA 기계는 2024 NASCAR Ford Mustang Dark Horse의 성공적인 풍동 제출 테스트를 가능하게 합니다.

STEWART-HAAS RACING은 풍동 테스트를 위한 실물 크기 차체 패널을 생산하기 위해 3D SYSTEMS SLA 3D 프린터를 사용합니다.

과제

Stewart-Haas Racing의 공기역학 엔지니어링 팀과 다른 NASCAR Ford 레이스 팀은 새로운 2024 NASCAR Ford Mustang Dark Horse에 가장 적합한 공기역학적 모양을 결정하기 위해 수백 가지의 다양한 차체 패널 모양을 테스트할 방법이 필요했습니다. 이 NASCAR 제출 프로젝트에는 수개월에 걸쳐 수많은 본격적인 풍동 테스트가 포함되었습니다. 실물 크기의 풍동 테스트는 비용이 많이 들기 때문에 각 테스트 세션 동안 수십 개의 서로 다른 차체 패널 모양을 테스트할 수 있는 가장 효율적인 방법은 무엇입니까?

해결책

새로운 경주용 차체 모양을 NASCAR에 제출할 때 Ford 경주 팀은 NASCAR에서 결정한 특정 공기역학 계수 사양을 충족해야 했습니다. 프로젝트가 끝나면 제출되는 차체의 본격적인 풍동 테스트를 통해 이상적으로 달성됩니다. 최종 제출 테스트가 성공하기 위해서는 다음과 같은 개발 프로세스가 진행되었습니다.

1. 차체 패널 쉐이프는 CFD 소프트웨어를 사용하여 테스트됩니다.

CFD(Computational Fluid Dynamics) 분석가는 CAD 소프트웨어에서 여러 차체 패널 형상 개념을 설계합니다. 이러한 개념은 경주용 자동차의 공기역학적 성능을 잠재적으로 향상시킬 수 있는 다양한 모양을 나타냅니다. 그런 다음 이러한 표면 모형은 가상 풍동을 나타내는 CFD 소프트웨어를 사용하여 처리되어 이러한 표면 모형의 공기역학적 계수를 테스트합니다. 결과를 분석하고 양호한 성능 잠재력을 보여주는 개념을 본격적인 풍동에서 테스트할 개념으로 식별합니다.

 

 

 

 

 

2. 3D 인쇄를 위해 CFD 표면을 솔리드 CAD 모델로 변환할 수 있습니다.

그런 다음 설계 엔지니어는 CFD 곡면 모형을 3D 인쇄가 가능한 솔리드 CAD 모형으로 변환합니다. 솔리드 곡면 모형은 인쇄 및 조립될 때 원래 CFD 곡면 모형의 모양을 나타내는 적절한 크기의 타일로 나뉩니다. 이 타일은 풍동에서 테스트할 실물 크기 자동차의 섀시 서브 프레임에 부착되도록 설계되었습니다.

 

 

3. 3D Systems의 SLA 프린터를 사용하여 부품을 프린트할 수 있습니다.

그런 다음 이러한 솔리드 CAD 모델은 Stewart-Haas Racing에서 내부적으로 3D 프린팅, 미시간주 디어본에 있는 Ford의 적층 제조 센터 또는 외부 프린팅 서비스로 보내집니다. 그런 다음 3D 프린팅 기술자는 3D Systems의 3D Sprint® 소프트웨어에서 CAD 모델의 방향을 지정하여 프린팅이 필요한 방식으로 배치합니다. 인쇄 시간을 최소화하고, 인쇄 품질을 최대화하고, 빌드 플랫폼당 부품 수량을 최대화하도록 파일의 방향을 지정할 수 있습니다. 3D Systems의 3D Sprint 소프트웨어는 직관적으로 사용할 수 있으며 기술자가 프린트할 CAD 모델을 빠르게 설정할 수 있습니다.

 

 

 

그런 다음 결과 파일을 ProX 800, SLA 기계로 전송하여 원하는 재료로 부품을 빠르고 정확하게 프린팅할 수 있습니다. 3D Systems는 다양한 소재를 제공하며, 그 중 일부는 풍동 테스트용 부품 프린팅을 위해 특별히 개발되었습니다. 그 결과 풍동 테스트에 필수적인 매끄러운 표면 마감을 가진 부품이 생성됩니다. 이와 같은 제출 프로젝트의 경우 수백 개의 대형 부품을 인쇄하는 것이 일반적입니다. 3D Systems의 SLA 기계의 신뢰성은 이렇게 많은 부품을 프린팅할 때 매우 중요합니다. 이러한 부품은 풍동에서 테스트하기 위해 적시에 인쇄되는 경우가 많으므로 SLA 기계를 신뢰할 수 있는 것이 중요합니다. 3D Systems SLA 기계는 최소한의 유지 보수로 24/7 연중무휴로 부품을 프린트할 수 있는 주력 장비입니다.

 

 

 

4. 3D 프린팅된 부품을 터널 테스트 차량에 조립합니다.

그런 다음 3D 프린팅 부품을 실물 크기 자동차의 하부 구조에 고정할 수 있습니다. 이러한 방식으로 전체 차체 모양은 이러한 3D 프린팅 타일로 정의할 수 있습니다. 그런 다음 결과 본체 형상을 3D 스캔하여 3D 프린팅된 형상이 원본 CFD 표면 파일 형상과 같은지 확인할 수 있습니다.

 

 

 

5. 자동차는 풍동에서 테스트됩니다.

차량이 풍동에서 테스트될 때 개발 중인 다양한 개념을 테스트하기 위해 추가로 3D 프린팅 타일을 차량에 추가하거나 제거할 수 있습니다. 각 "실행"은 테스트 중인 개념을 나타내며 결과 공기역학적 계수가 기록 및 분석됩니다. 일부 개념은 차체의 공기역학적 성능을 향상시키고 일부는 그렇지 않습니다. 이러한 방식으로 공기역학 엔지니어는 차체의 모양을 최적화하여 향후 레이스 트랙에서 최고의 성능을 발휘할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

6. 차량이 제출을 위한 공기역학 계수 사양을 충족할 때까지 1-5단계를 반복합니다.

수개월이 지나고, 많은 프린팅 부품과 많은 풍동 테스트를 거친 후, 차량은 NASCAR와 함께 최종 제출 풍동 테스트를 위한 준비가 되었습니다. 이번 제출 테스트에서는 차체 패널 형상이 공기역학적 계수 사양을 통과하면 차체 형상이 2024 NASCAR 포드 머스탱 다크호스의 최종 경주용 자동차 차체 형상으로 NASCAR에 제출됩니다.

7. 생산 차체 패널을 생산합니다.

그런 다음 설계 엔지니어는 최종 제출 본체 형상을 나타내는 솔리드 CAD 모델을 생산을 위한 최종 본체 패널 크기인 CAD 표면으로 변환합니다. 그런 다음 이 생산 파일은 2024년 레이싱 시즌 동안 레이싱에 사용될 탄소 섬유 차체 패널을 생산하기 위해 다양한 탄소 섬유 공급업체로 전송됩니다.

3D Systems의 3D Sprint 소프트웨어 및 3D 프린팅 SLA 기계는 이와 같은 제출 프로젝트를 성공적으로 완료하는 데 적합한 도구입니다. 

이러한 도구와 사용 된 개발 프로세스는 2024 년 생산 자동차처럼 보이지만 Ford 팀의 경주 용 자동차가 경주와 NASCAR Cup Series 챔피언십에서 우승 할 수있는 공기 역학적 성능을 갖춘 Ford Mustang Dark Horse 경주용 자동차 차체를 생산하였습니다!