CAD용 3D 스캐너: 최상의 3D 스캐너 및 Scan-to-CAD 소프트웨어

CAD(Computer-aided design)는 설계의 생성, 수정 또는 최적화를 지원하기 위한 컴퓨터 지원 설계 입니다. CAD 소프트웨어를 통해 설계자와 엔지니어는 부품 생산이라는 궁극적인 목표를 기반으로 제품 모양을 모델링하고 피처를 추가할 수 있습니다. CAD 프로세스는 폐쇄된 환경에서 작동합니다. 이는 모든 기능이 컴퓨터 내부에서 디지털 방식으로만 진행된다는 것을 의미합니다. 물리적 물체를 컴퓨터에 바로 삽입할 수 없다는 것을 아는 상태에서 이 프로세스를 순조롭게 시작하는 방법에는 무엇이 있을까요?

새로운 제품 프로토타입은 CAD 소프트웨어에서 처음부터 직접 설계되거나 오프라인에서 먼저 클레이 또는 기타 재료를 사용해 수동으로 그 형상을 만드는 것으로 시작할 수 있습니다. 구형 제품과 손상된 부품들은 업데이트, 교체 또는 새로운 환경이나 제조공정에 맞춰 재조정되어야 하기 때문에 이 요소들을 잊어서는 안됩니다. 따라서 기존 물체에서 CAD 모델로 전환하기 위해서는 물리적 세계와 디지털 세계를 연결하는 다리가 필요합니다. 물리적 물체를 가상 3D 모델로 전환하는 프로세스는 리버스 엔지니어링이라고 불리며 이 두 세계 사이에 놓인 다리는 3D 스캐너를 통해 건널 수 있습니다.

엔지니어와 설계자는 신제품을 설계하거나 기존 제품을 수정할 때 클레이 모델을 수치화하거나 물리적 물체를 측정하기 위한 솔루션으로 3D 스캐너를 사용하여 3D 모델을 재구성하고 이를 설계에 통합하는 것을 선호합니다.

3D 스캐너의 역할은 설계 단계에만 국한되어 있지 않습니다. 3D 스캐너 솔루션은 전체 제품 개발 프로세스에서도 사용할 수 있습니다. 3D 스캐닝을 통해 제조된 부품이 정확히 CAD 모델과 일치하는지 확인하여 품질 관리에도 응용할 수 있습니다. 또한 3D 스캐닝은 제품 사용 주기에 따라 변형이 발생했는지 측정 가능하기 때문에 엔지니어와 설계자는 다음 버전에서 보강, 개선 또는 변형해야 하는 위치를 알 수 있습니다.

“CAD를 위한 3D 스캐너“라는 제목의 이 게시물에서는 리버스 엔지니어링에 대해 소개하고 3D 스캔에서 CAD 모델에 이르는 프로세스에 대해 설명하고자 합니다. 또한 3D 스캐너를 통해 생성된 3D 모델의 품질 역시 다루고자 합니다. 마지막으로 측정 니즈와 예산에 따른 3D 스캐너 제품군와 Scan-to-CAD 소프트웨어 제품군에 대해 안내드리고자 합니다.

CAD로 가는 길

기존 CAD 모델이 없거나 정확히 정의되지 않은 손상 구성 요소를 교체 또는 업데이트해야 한다고 가정해 보겠습니다. 이 문제를 해결하기 위해서는 새로운 CAD 모델을 만들어야 하며 이를 위해 처음부터 빈 캔버스에서 CAD작업을 시작할 수 있습니다. 그러나 이 작업은 오랜 시간이 걸리고 너무나 반복적인 과정이 될 가능성이 큽니다. 이런 방식의 대체 방안은 기존 물체에서 이미 얻은 데이터를 활용하고 이 정보를 설계의 기초로 사용하는 것입니다. 그러면 작업은 더욱 정확하고 효율적이 될 수 있습니다. 이 방법에는 3D 스캐닝이 필요합니다.

다음은 기존의 물리적 물체에서 가상, 디지털 3D 모델을 만드는 일반적인 단계입니다.

1. 제품을 3D 스캐닝하여 3D 스캔 메쉬(STL)를 확보합니다.
2. 형상, 치수 및 단면도와 같은 치수 정보를 추출합니다.
3. 모델을 CAD 소프트웨어로 가져와 CAD 모델링을 진행합니다.
4. CAD 모델(STEP 또는 IGES) 결과를 초기 3D 스캔 메쉬와 비교합니다.
5. 피드백을 분석하고 비교하여 CAD 리버스 모델링을 최적화합니다.
6. 제조를 위해 부품의 최종 CAD 모델을 내보냅니다.

3D 스캐너를 CAD 모델에 직접 출력할 수 있나요?

3D 스캐너는 부품 표면 형상에 관한 모든 필요 치수 정보를 제공하는 메쉬나 포인트 클라우드를 생성합니다. 이 메쉬는 새 CAD 모델을 스케치하기 위한 템플릿 역할을 할 수 있습니다. CAD 모델은 일반적으로 곡선으로 연결된 점으로 구성된 비균일 유리 B-스플라인(NURBS)을 사용하여 생성되는 반면 3D 스캔은 일반적으로 수백만 개의 작은 삼각형으로 구성된 메쉬로 내보내집니다.

따라서 3D 스캐너는 CAD 모델을 직접 출력하지 않습니다. 중간 Scan-to-CAD 모델링 단계는 간극을 메우고 편집할 수 없는 삼각형을 편집 가능한 NURBS 곡면으로 전환하기 위해 필요합니다. 이를 통해 편집 가능한 피처가 있는 솔리드 CAD 모델을 만들 수 있습니다.

생성된 3D 모델의 품질은 어느 정도인가요? 후처리가 필요한가요?

니즈에 따라 다양한 방법을 사용하여 기존 물체에서 CAD 모델을 제작할 수 있습니다. (1) 새 부품을 개발하고 제조하기 위해 정확한 치수와 정밀한 각도로 CAD 모델을 재현하거나 (2) 현재 상태에서 부품(일반적으로 유기체적 형태로 제작)의 정확한 복사본을 재현하기를 원할 수 있습니다. 이를 위한 첫 번째 방법은 설계 의도를 작성하고 파라메트릭 모델을 출력하는 것입니다. 두 번째 옵션은 현재 상태 그대로의 복제품을 제공하여 표면 모델을 출력하는 것입니다. 물체의 다른 면적에 대해 이 방법을 결합시키는 혼합 모델 역시 존재합니다.

3D 스캔 메쉬를 통해 파라메트릭 모델을 얻기 위해서는 먼저 물체가 어떻게 구성되었는지를 이해해야 합니다. 이를 위해서는 메쉬의 평면이나 원통, 단면도 등과 같은 엔터티를 만들어 스캔 데이터로부터 정보를 추출해야 합니다. 이러한 작업은 VXModel과 같은 Scan-to-CAD 소프트웨어에서 직접 수행됩니다. 이후 파라메트릭 모델과 그 엔터티를 선호하는 CAD 소프트웨어로 전송할 수 있습니다.

마찬가지로 최적화된 3D 스캔 메쉬를 기반으로 자유형 표면 모델을 얻으려면 스캔된 물체의 정확한 모양을 재생성해야 합니다. 이를 위해서는 구멍을 채우고, 표면을 평탄화하고 경계를 트리밍하여 메쉬를 개선하고 최적화해야 합니다. 그 다음 최적화된 메쉬에서 제어점을 사용해 정확한 자유형 곡면(NURBS)을 생성할 수 있습니다. 이러한 작업은 모두 자유형 표면 모델을 CAD 소프트웨어로 가져오기 전에 Scan-to-CAD 소프트웨어에서 직접 진행됩니다.

3D 스캐너는 NURBS 곡면((STEP 또는 IGES)을 직접 생성하지는 않지만 Scan-to-CAD 소프트웨어에서 직접 생성할 수 있습니다. 그럼에도 설계 의도에 대한 파라메트릭 모델을 얻으려면 3D 모델을 CAD 소프트웨어로 가져와야 합니다.

3D 스캐너 및 Scan-to-CAD 소프트웨어 선택

3D 스캐너 및 Scan-to-CAD 소프트웨어를 선택하기 전에 사용 니즈를 확인해야 합니다.

• 스캔을 원하는 부품의 크기는 어느 정도입니까?
• 그 형상은 단순합니까? 아니면 복잡합니까?
• 부품을 스캐닝 하는 곳으로 옮길 수 있습니까?
• 어느 정도의 정확도와 세밀한 디테일이 필요합니까?
• 예산은 어느 정도입니까?

고정식 3D 스캐너가 필요하신가요? 아니면 휴대용 3D 스캐너가 필요하신가요?

고정식 스캐닝 시스템은 제한된 예산을 위한 옵션이지만 이름에서 알 수 있듯이 부품을 측정하는 곳으로 가져와야 하며 대체로 크기가 제한된 부품에 적합합니다. 다관절 측정기와 핸드헬드 스캐너가 모두 포함되어 있는 휴대용 스캐너는 일반적으로 더 정확하고 대형 부품에 더 적합합니다. 그리고 그 이름에서 파악할수 있듯이 부품이 아닌 스캐너를 이동시킬 수 있습니다.

CAD 및 리버스 엔지니어링용 3D 스캐너

Creaform은 다양한 핸드헬드 3D 스캐너를 제공하지만 3가지 제품군이 제품 개발과 리버스 엔지니어링 응용 분야에 적합합니다. 예산과 특정 속도 요구별로 제품군이 나누어져 있는 Creaform 3D 스캐너는 고객의 니즈를 확실하게 충족시킬 수 있습니다.

HandySCAN 3D|SILVER 시리즈는 고객의 니즈에 가장 적합한 더 나은 제품의 개발을 원하는 기술 혁신가에게 비용 대비 최고의 가치를 제공합니다. 저예산으로 이러한 입증되고 신뢰할 수 있는 기술에 접근할 수 있으며 이를 통해 개발 프로세스를 단축할 수 있습니다.

Go!SCAN SPARK는 제품 개발, 설계 및 리버스 엔지니어링을 위해 가장 빠르고 간편한 3D 스캐닝 경험을 제공합니다. 이를 사용해 모양과 설계가 더욱 복잡한 신제품을 개발할 수 있으며 출시 시간을 가속화하여 경쟁 우위를 확보할 수 있게 해줍니다.

HandySCAN 3D|BLACK 시리즈는 스캐너 시장에서 구입할 수 있는 가장 신뢰할 수 있고 정확한 ISO 17025 공인 이동식 3D 스캐너입니다. 정확한 3D 측정값과 최상의 스캔 품질을 갖춘 고해상도 결과를 생성할 수 있습니다.

3D 스캔에서 최종 CAD 모델로 건너가는 방법

3D 스캐닝과 CAD 모델링은 두 개의 서로 다른 지하철 라인과 같아서 이 둘을 효율적으로 연결하기 위해서는 3D Scan-to-CAD 소프트웨어가 필요합니다.

한 가지 방법은 정렬, 정보 추출 및 피처 모델링 위해 고성능 기능을 제공하는 Geomagic Design X와 같은 완전한 리버스 엔지니어링(RE) 소프트웨어를 선택하는 것입니다. 완전한 RE 소프트웨어는 기본적으로 리버스 엔지니어링 작업용 CAD 소프트웨어를 대체합니다. 실제로 이는 매일/매주 RE 작업을 수행하는 설계자에게는 “고급 솔루션”으로 통합니다. 그래서 선호하는 CAD 소프트웨어가 편하다고 느끼는 설계자들은 다양한 기능을 갖춘 새 소프트웨어 사용법을 배워야 합니다. 또한 이 소프트웨어에는 다른 옵션보다 비용이 많이 듭니다.

다른 방법은 리버스 엔지니어링에 의존하지 않고 CAD 소프트웨어의 빈 캔버스에서 직접 설계를 시작하는 것입니다. CAD 소프트웨어는 디자이너가 가장 선호하는 피처 모델링 장소라고 알려져 있지만 아무 것도 없는 곳에서 스케치를 진행하는 것은 길고 지루한 여정이 될 수 있습니다. 또한 CAD 소프트웨어는 메쉬 편집, 정렬 및 메쉬에서의 정보 추출을 위한 기능이 제한되어 있습니다.

보다 매력적인 접근 방식은 Creaform의 VXmodel과 같은 Scan-to-CAD 브리지 소프트웨어를 선택하는 것입니다. 이 소프트웨어에는 메쉬를 정렬, 정리 및 최적화하고 설계자가 편안하게 피처 모델링을 진행할 수 있는 SOLIDWORKS, Autodesk Inventor 및 Solid Edge와 같은 CAD 소프트웨어로 엔터티와 단면을 전송하기 전에 치수 속성을 추출하는 모든 기능이 포함되어 있습니다. 이 옵션은 완전한 RE 소프트웨어보다 저렴하기 때문에 더 매력적입니다. 또한 사용이 더 간편하고 배우기도 더 쉽습니다.

CAD 설계자를 위한 3D 스캐닝의 장점

Scan-to-CAD의 리버스 엔지니어링을 사용해 CAD 모델을 생성할 때 누리게 되는 장점에 대해 소개합니다. 이를 사용하면 설계자와 엔지니어는 기존 부품으로부터 3D 모델을 더 짧은 시간에 생성하고, 부품 제조 준비로 이어지는 반복의 횟수를 줄이고, 최초로 리트로핏 부품의 완벽한 핏을 얻을 수 있습니다. 또한 제품 개발과 출시 시간 역시 단축할 수 있습니다. 하지만 더 중요한 것은 설계자와 엔지니어가 빈 캔버스에서 시작하지 않고도 모델을 구축 및 개선할 수 있는 기반이 확고해졌기 때문에 복잡한 형상, 현대적인 모양 및 유기적인 표면을 구상할 수 있다는 것입니다.

Scan-to-CAD 소프트웨어는 워크플로우 단축 및 선호하는 CAD 모델링 소프트웨어로 돌아가는 가장 짧은 경로이기 때문에 CAD 전문가에게도 이상적입니다.

SOLIDWORKS, Autodesk Inventor 및 Solid Edge를 이미 마스터했는데 왜 굳이 완전해 새로운 RE 소프트웨어를 배울 필요가 없어집니다.

간단히 말하면 Scan-to-CAD의 리버스 엔지니어링을 통해 설계된 제품은 품질이 더 좋을뿐 아니라 더 적은 반복과 더 짧은 소요 시간으로 출시될 수 있습니다. 이 장점은 특히 복합한 형상을 가진 복잡한 부품에 유리합니다. Go!SCAN SPARK와 같은 Creaform 전문가용 3D 스캐너는 리버스 엔지니어링을 더욱 효율적이고 빠르며 간편하게 만듭니다. VXModel과 같은 Scan-to-CAD 소프트웨어를 사용하면 다른 모든 솔루션보다 빠르게 선호하는 CAD 소프트웨어로 돌아가 혁신적인 설계를 할 수 있게됩니다.