3D 프린팅 제작 프로세스
ㅣ 3D Modeling, 3D Printing, 마무리(finishing) 단계인 후처리(post processing) 과정
ㅣ3D 모델링은 CAD 소프트웨어를 이용한 직접 모델링, 공유 플랫폼을 이용한 다운로드
그리고 3D 스캐닝으로 나눈다.
ㅣ3D 프린팅을 모델링으로 생성된 3D 표준 포맷 파일인 STL 파일을 슬라이싱 소프트웨어
를 이용해서 레이어로 나누고 G코드 형식의 파일로 변환한다.
ㅣ슬라이싱 : 3D 모델을 3D 프린터용 명령을 변환하는 프로세스다.
ㅣ슬라이싱 과정을 통해 3D 프린터가 인식하는 G코드 형식의 파일이 생성,
ㅣG코드 형식 파일을 입력받은 3D 프린터는 코드 상의 명령어 순서대로 동작을 진행한다.
출처 http://www.3dngin.com
ㅣ 3D 프린터에 사용되는 소재 : ABS, PLS, NYLON, PC, 레진, 메탈 등 다양하다.
ㅣ 제품 출력 후 마무리 작업 : 후처리를 통해 출력물의 표면 물질 개선, 도색, 경화, 열처리를 통해
3D 프린팅 제작을 완료한다.
1. 3D 모델링
ㅣ 이미지를 생성하거나 시뮬레이션하기 위해 3D로 모델을 생성하는 것이다.
ㅣ 기계 설게, 시제품 제작, 엔지니어링, 건축 디자인, 캐릭터 등 다양한 산업에서 활용되고 성장하고 있다.
ㅣ 모델링 : 가상공간상에서 실물과 같은 현실성을 표현하기 위해 시각적인 형상을 구성해 나가는
.................... 과정이다.
ㅣ 3D 모델 데이터는 절삭가공기계인 CNC, 신속 조형 기계인 RP에 의해 실물 가공된다.
1.1 CAD 소프트웨어(직접 모델링)
ㅣ3D 프린터로 원하는 출력물을 제작하기 위해서는 반드시 3차원 모델링 데이터가 필요하다.
ㅣ컴퓨터를 이용한 설계인 CAD, 3차원 모델링 소프트웨어를 이용하여 3차원 데이터를 모델링한다.
ㅣ모델링 과정 : CAD와 같은 컴퓨터 그래픽 설계 소프트웨어들 주로 사용.
ㅣ....................... 출력을 위해 STL 파일 포맷으로 변환해 준다.
▶넙스(NURBS, Non-Uniform Rational Basic Spline Modeling)
ㅣ 지오메트리 구현 중 하나
ㅣ 비 정형화된 함수의 곡선으로 곡선(curve)과 표면(surface)의 표현을 정확히 수학적으로 정의한다.
ㅣ 곡선으로는 B-Spline, 원추 곡선을 표현할 수 있다.
ㅣ 4개의 좌표 조정점을 사용하여 곡선의 변형도 자유롭다.
▶폴리곤 모델링(Polygon Modeling)
l 컴퓨터 그래픽스에서 사용하는 일반적인 표현법.
l 삼각형들로 구성된 면의 집합을 이용해서 모델을 표현한다.
l 폴리곤(Polygon, 다각형)은 정점(vertex)과 모서리 부분(edge), 면(face)으로 구성
l STL 파일도 표면 데이터를 이용한 폴리곤 표현 방식이다.
l 정밀하고 부드러운 표현을 위해 수많은 정점을 필요로 하기 때문에 수정 시 번거로움이 있다.
ㅣ 표준화된 그래픽 소프트웨어의 표준 규격 : 응용프로그램, 주변장치 개발 및 수정 설게 등의 번거로움을
제거해주며 개발된 CAD/CAM 시스템을 컴퓨터의 종류와 무관하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
ㅣ DXF : 오토데스크사의 AUTO CAD 데이터와 호환성을 위해 제정한 아스키 포맷이다.
ㅣ IGES : 중립 파일을 이용해 서로 다른 CAD/ CAM 시스템 간의 형상 데이터 교환을 위해
................. 만들어진 포맷. 아스키, 바이너리가 있다.
ㅣ STEP : 개념설계에서 상세 설계, 시제품 테스트, 생산 지원에 이르는 라이프 사이클에
................. 적용되는 제품. 데이터의 표현 및 교환을 위한 국제 표준 규격이다.
ㅣ STL : 신속 조형의 표준 입력 파일 포맷,
............... CAD/ CAM 소프트웨어 개발자들에 의해 표준 출력 옵션으로 선정,
.............. 현재는 대부분의 CAD/ CAM 소프트웨어에서 지원하고 있다.
.............. 쉬운 정보 교환 기능을 가지고 있으나 모델링 된 곡면은 삼각형 다면체로 정확히
.............. 옮길 수 없다는 단점이 있다.
ㅣ GKS : 그래픽 기법이 아닌 Polyline, Fill area, Text, Polymaker 등으로
................. 1985년 ISO, ANSI 등에서 표준으로 채택.
ㅣ CGM : 도형의 이미지, 정보의 저장 방법, 도형 정보를 파일로 저장할 때 도형에 따라
.................. 일정 규칙을 정해저장하게 하는 표준 규칙이다.
.................. 수정과 편집이 가능한 장점이 있다.
▶3차원 컴퓨터 그래픽스 제작과정
1. 컴퓨터 이용, 물체의 디지털 데이터 형태를 마드는 3차원 모델링 과정
2. 작업 공간에 물체 배치, 움직임 설정, 제어하는 레이 아웃과 애니메이션 과정
3. 조명 효과, 재질 등의 설정 바탕, 실사 형태를 생성하는 3차원 렌더링 과정
▶3차원 모델링
컴퓨터의 가상공간에서 재현 가능한 모델을 3차원의 디지털 데이터 형상으로 만드는 작업
2차원 평면 스케치(공간에 점, 선, 면 이용) 통해 3차원의 모델을 완성
기하학적인 물체의 모양, 색, 반사율, 텍스쳐 등의 특성을 표현한다.
▶3D 모델 데이터를 제작하는 방법
3D 모델링 도구를 이용, 직접 만들거나, 3차원 스캔을 이용, 디지털 데이터 갑을 입력받아
모델을 생성한다.
3D 모델은 폴리곤을 형성하는 정점이라고 하는 점들로 구성
모델링의 완성도와 형태적 안정성은 폴리곤의 구조가 결정한다.
▶컴퓨터 그래픽에서 레이아웃
모델링의 위치를 작업공간상에 적절히 배치, 모델의 공간적인 최적의 배치를 결정하는 것
애니메이션의 경우 모션 캡처나 키 프레임 방식 등을 이용해 물체의 변화와 움직임
특성을 결정한다.
▶렌더링
모델의 환경적인 요소들을 결정지어 주는 것
빛에 대한 요소인 컬러, 밝기, 투명도 등, 빛에 어떻게 반응하는지 물리학적으로
표면을 표현하여 실사 효과를 얻거나. 반 실사 렌더링(NPR)을 이용
카메라의 위치를 이용해 모델을 화면 좌표계에 투영시키는 것
3D 컴퓨터 그래픽 소프트웨어나 3D 그래픽 API를 이용하여 진행한다.
▶기본 도형
▶2차원 도형, 3차원 도형
2차원 도형 : 도형의 기본 요소인 점(point), 선(line), 원(circle), 원호(arc)
ㅣ점 : 절대좌표(원점에서 해당 축 방향으로 이동한 거리)
ㅣ....... 상대 극 좌표(먼저 지정된 점과 지정된 점까지으 직선거리 방향이 각도와 일치한다.)
ㅣ.......상대 좌표(먼저 지정된 점으로부터 해당 축 방향으로 이동한 거리)
ㅣ....... 최종 좌표(지정된 점 이전의 마지막으로 지정된 점)로 구분
ㅣ 점 : 기준위치, 도형의 기준점 역할,
............ 커서 제어에 의해 만들어지거나 키보드를 이용해 좌표값을 입력한 점,
............ 지정된 점에서 일정한 거리의 점, 두 선의 교점에 의한 점을 의미한다.
ㅣ 선 : 도면을 구성하는 가장 기본 도형 요소이다.
............ 두 점에 의해 연결된 선,
............두 곡선에 대한 접선, 한 점과 수평선과의 각도로 표시된 선.
............ 한 점에서 직선에 대한 평행선 혹은 수직선.
............한 곡선에 접하고 한 점을 지나는 직선.
............ 두 곡선의 최단거리를 잇는 선분을 의미한다.
ㅣ 원, 원호 : 중심과 반지름, 중심과 원추 상의 한 점, 원주상의 세 점,
...................... 반지름과 두 개의 직선과 곡선에 접히는 곡선, 세 개의 직선에 접하는 곡선,
...................... 수의 체계와 자료 표현과 기하학적 형상 모델링으로 표시한다.
▶3차원 도형 : 다양한 수학적 표현을 사용해 공간상에 실체를 표현하는 것으로 기본 형상들을
ㅣ 복합적으로 구성하여 물체를 표현한다.
ㅣ 기본적인 수학적 표현 형상 : 프리미티브
ㅣ 기본 형상 : 원추, 구, 원뿔, 실린더(원기둥) 등의 기본 도형 요소로 구성된다.
ㅣ 기본 도형 요소의 집합이 3차원 형상이다.
ㅣ 순차적 표현과 범위가 지정된 형상 표현이 쉬운 매개변수식과
ㅣ 직관적 해석이 편리한 반면 좌표가 달라지면서 형상표현이 어려워지는 비매개 변수 식이 있다.
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