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정원 필
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1 Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers Vol. 41, No. 3, pp , June ISSN EISSN KIIE <Application Research> 3D프린터용설계데이터의저작권보호와원격출력을지원하는오픈마켓시스템개발 김성균 유우식 인천대학교산업경영공학과 Development of a 3D Printing Open-market System for Copyright Protection and Remote 3D Printing Sung Gyun Kim Woosik Yoo Department of Industrial and Management Engineering, Incheon National University The 3D printing is any of various processes for making a three dimensional object of almost any shape from a 3D model. Recently, a rapidly expanding hobbyist and home-use market has become established with the inauguration of the open-source RepRap and Fab@Home projects. However, this causes problems regarding copyright protection and usage of illegal 3D data. In this paper, we developed a 3D printing open-market system, which guarantees copyright protection using the remote 3D printing without direct distribution of 3D design data. Because most of the home-use 3D printers are FFF (Fused Filament Fabrication) based on NC code system, open-market system uses FFF 3D printers. Also, open-market system inspects the uploaded 3D model data, so the system can prevent distribution of illegal model data such as weapons, etc. Keywords: 3D printer, Remote 3D printing, Copyright protection, Open market, Fused filament fabrication 1. 서론 3D 프린팅기술은플라스틱이나금속등의소재를 3 차원설계데이터를기반으로점진적으로얇은층을쌓아가공하는적층제조법 (Additive Manufacturing) 을말한다. 미국 NBC 방송에서는캐나다의한남성이 3D 프린터로 3 일간에걸쳐 22 구경소총을만들어발사에성공했다고보도한바있다 (Choi, 2013). 또한, 오쎈타이즈 (Authentise) 라는스타트업기업이 3D 프린팅에따른도안의공유를막기위해 DRM 서비스를개발해 2013 년 10 월부터서비스를시작했다고한다 (Lee, 2014). 이처럼 3D 프린터산업의저변확대를위해서는 3D 설계데이터의유통에있어서불법무기등의생산방지와설계데이터의불법다운로드등의지적재산권보호등의체계가필요할것으로예상되고 있다. 특히, 3D 프린터의저변확대에있어서 3D 모델링에대하여생소한일반사용자가 3D 프린터용 3D 설계데이터를손쉽게구하고, 또한설계데이터를제작하는설계자의권리보호를위해저작권을보호할수있는 3D 설계데이터의거래유통시스템은 3D 프린팅시장에있어서필수적이라고할수있다 (Kim, 2013; Cho and Lee, 2014; KOCCA, 2014; Park, 2013). 이와관련된문제는지적재산권 (Intellectual Property) 문제로다루어지며, 저작권 (Copyright), 특허 (Patent), 디자인 (Design), 상표 (Trademark) 의네가지문제로분류하고있다 (Jeppe and John, 2014; Michael, 2013; Santoso et al., 2013; Desai and Magliocca, 2013). 본논문에서는이러한문제중에서 3D 프린터와관련한저작권을다룰수있는기술적인방법을제시하고자한다. 연락저자 : 유우식, 인천광역시연수구송도동 12-1 번지인천대학교산업경영공학과, Tel : , Fax : , wsyoo@incheon.ac.kr 2014 년 10 월 1 일접수 ; 2014 년 12 월 9 일수정본접수 ; 2015 년 1 월 5 일게재확정.

2 254 김성균 유우식 Figure 1. General 3D printing process 3D 설계데이터의저작권보호의방법으로오쎈타이즈의경우처럼 DRM(Digital Rights Managements) 을고려해볼수있다. 신일순외 (2010) 에서는, 복사본의품질이정품의품질과별로차이가없어지고, DRM 의복제방지의효과성이떨어지는상황에서는 DRM-free 형태의판매방식이판매자의이윤극대화와부합된다고한다 (Shin and Ahn, 2010). 이러한측면은음원데이터유통이나음원서비스시장을대상으로분석한것으로데이터의저작권문제가대두되고있는 3D 프린팅시장도크게다르지않을것이라고생각되는데, 이것은 3D 설계데이터는데이터의정확도를보장해야하므로정품과복사본의품질차이가없어야하고, 3D 스캐너등을이용하여 3D 설계데이터의복제생성이가능하여복제방지의효과성이떨어지므로신일순등의연구결과에부합한다고할수있다. 본연구에서는 3D 프린터를사용하는일반사용자가궁극적으로원하는것은데이터가아닌 3D 프린팅출력물이라는것에착안하여, 3D 프린터가출력을하는과정에서만데이터를휘발성으로보관하는방법을통하여저작권을보호하는방법으로 3D 프린팅원격출력기술을개발하고, 이를통한 3D 모델데이터유통서비스를개발하고자한다. 2. 연구내용 2.1 개발환경 본연구에서는가정용으로가장활발하게개발되고있는 RepRap 기반의 FFF 방식 3D 프린터를대상으로서비스를설계하였다. RepRap 은 Replication Rapid-prototyper 의약어로 2004 년영국 Bath 대학의아드리안보이어 (Adrian Bowyer) 교수의아이디어로시작된오픈소스프로젝트이다. FDM(Fused Deposition Modeling) 은 3D 프린터제조사인 Stratasys 사의설립자인 Scott and Lisa Crump 에의해개발된기술로 1991 년 FDM 이라는이름으로처음관련장비를상용화하여출시하였다. FDM 방식은개발자 Scott Crump 이그의어린딸을위해폴리에틸렌과양초왁스의혼합물을글루건을이용하여장난감개구리를적층하는간단한장치를개발한것이계기가되어현재의 FDM 기술까지발전한것으로알려져있다. FDM 방식은 RepRap 오픈소스 3D 프린터프로젝트에서 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식으로명명하였으며, 원리는같지만기존 FDM 방식보다조금더개인용하드웨어로써용이하도록간소화시켰다. RepRap 은시장에서개인용 3D 프린터확산을주도하고있고, 많은스타트업기업들이개발및생산보급하고있다. RepRap 은현재멘델, 프루사멘델, 다윈, 헉슬리등의모델을지원하고있다. 3D 설계데이터가 3D 프린터에의해조형되기까지의과정은 <Figure 1> 과같다. 3D 모델러로모델링된 3D 설계데이터를 STL 파일로변환한후에슬라이서를이용하여 NC 코드 ( 수치제어코드 ) 를생성한다. 대체로, FFF 방식의 3D 프린터들은시리얼통신을통하여데이터를전달하는데, 슬라이서를통하여생성된 NC 코드를별도의 Host SW 를이용하여 3D 프린터에전달하고, 펌웨어는전달된 NC 코드를해석하여조형물을출력하게된다. 3D 프린터로조형물을가공하는과정에서 Host SW 는펌웨어로 NC 코드를라인별로전송하고, 펌웨어는한개의라인을전송받아해석한후 Host SW 로 OK 등의응답을하게되는데, 이처럼한줄한줄전송하는방법을 Drip-Feed 방식이라고한다. 본연구에서는이러한 Drip-Feed 전송방식을네트워크를통하여전송하는방법을이용한다면설계데이터를배포하지않더라도원격으로 3D 프린팅이가능하다는아이디어에서시스템을설계하였다. 2.2 전체시스템구성 <Figure 2> 는 3D프린터용설계데이터의저작권보호와검증및원격출력을지원하는거래시스템의구성도이다. 거래시스템상에서판매자와구매자는인터넷을통해연결되어있으며, 판매자는 3D모델데이터를데이터거래시스템서버에저장할수있고, 구매자는데이터거래시스템웹서버에접속하여자신이원하는 3D설계데이터대한출력서비스를요청하도록구성되어있다. 판매자의 3D모델데이터는파일서버에저장되는데, 운영자는데이터거래시스템에등록되는데이터를검수하여불법물품에대해서는삭제하거나구매자가검색하지못하도록함으로써, 데이터거래시스템서버에서해당물품에대한서비스를제공받지못하도록할수있다. 등록된 3D설계데이터를구매자가데이터거래시스템웹서버에접속하여확인하고자할때, 구매자의컴퓨터에서시각적으로확인할수있도록시뮬레이션용웹브라우저플러그인을제공한다.

3D 프린터용설계데이터의저작권보호와원격출력을지원하는오픈마켓시스템개발 255 Figure 2. System configuration 모델데이터처리서버는데이터파일의포맷변환및구조해석을통한지지대생성을위하여설계되었다. 제어데이터생성서버는구매자의 3D 프린터정보를입력받아슬라이서모듈을이용하여 NC 코드를생성하는서버이다.

이러한방법을통하여 3D 모델데이터를직접다운받지않고, 구매자가원하는최종출력물을출력함으로써 3D 모델데이터의유통을제한하게된다.

3 3D 프린터용설계데이터의저작권보호와원격출력을지원하는오픈마켓시스템개발 255 Figure 2. System configuration 모델데이터처리서버는데이터파일의포맷변환및구조해석을통한지지대생성을위하여설계되었다. 제어데이터생성서버는구매자의 3D 프린터정보를입력받아슬라이서모듈을이용하여 NC 코드를생성하는서버이다. 제어데이터전송서버는구매자의컴퓨터상의웹브라우저플러그인으로개발된 3D 프린터출력플러그인과실시간통신기능을이용하여제어데이터생성서버로부터생성된 NC 코드를구매자의컴퓨터로전송하는기능을담당하는서버이다. 생성된 NC 코드를일부분씩전송하여구매자의 3D 프린터에서일부분씩출력하는작업을반복함으로써입체모형이출력되게된다. 이러한방법을통하여 3D 모델데이터를직접다운받지않고, 구매자가원하는최종출력물을출력함으로써 3D 모델데이터의유통을제한하게된다. 개발시스템은서버에서 3D 모델데이터를 STL 데이터로변환하고구매자의 3D 프린터정보를이용하여 NC 코드를생성한후웹플러그인 SW 와서버의통신을이용하여부분적출력을반복함으로써 3D 프린팅을완성하는것이핵심으로 <Figure 3> 의원격시스템 (remote system) 이기존출력방식과원격 3D 출력방식의차이점이다. <Figure 3> 처럼원격 3D 출력은 STL 변환및데이터전처리과정과 NC 코드생성과정이원격서버에서이루어지는것이특징이다. 2.3 원격 3D 프린팅 최근많은스타트업기업들이개발및생산보급하고있는 RapRep 오픈소스기반의 FFF 방식프린터는 NC-Code 기반 3D 프린터라고한다. 이방식의 3D 프린터들은 Drip-Feed 방식의출력제어방법을제공하는데, 이는물방울을떨어뜨리는것처럼슬라이서프로그램으로부터생성된 NC-Code 를출력제어 프로그램이한개라인씩전송하면펌웨어에서 OK 신호를응답하는전송방법이다. 인터넷상에서서버에서동작하는출력제어프로그램이원격지의컴퓨터에연결된 3D 프린터의펌웨어로 Drip-Feed 방식으로생성된 NC 코드를전송하는것이원격 3D 프린팅의핵심아이디어이다. 일반적으로 RepRap 기반의 FFF 3D 프린터는 Drip Feed 방식의프린팅을표준으로사용하고있으며, 이는슬라이서와 Host SW 의오픈소스기반 SW 사이에서의호환성을위함이다. 따라서, 본논문에서제시하는 Drip Feed 방식을이용한원격프린팅에서는대부분의 FFF 3D 프린터에서사용가능하며, 오픈소스슬라이서등에서사용하는 FFF 3D 프린터의물리적특징은다음과같다. 1 Machine setting : Max Width, Max depth, Max Height, Extruder count, build area shape 2 Printer Head size 3 Communication setting : Serial port No. Baudrate 4 Slicing setting : Layer height, 5 Filament setting : Diameter 6 Temperature setting : Extruder, Bed 위의세팅변수들을사용자가작성하고기본세팅들을제품별로 DB 화하여 FFF 방식의출력에문제가되지않을것으로판단된다. 원격 3D 프린팅의장점은 3D 모델데이터를유통하지않고도고객이원하는 3D 출력물을획득함으로써, 저작권침해의대상인 3D 모델데이터의저작권을보호할수있어, FFF 방식을주로사용하게되는일반사용자를대상으로의미가크다고할수있다. 2.4 제어데이터생성 ( 슬라이서 ) 슬라이서는 Cura Engine 을사용하여개발하였으며, Cura Engine 은 TCP/IP Socket 통신을이용하여 GUI 와인터페이스하도록구성되어있다. 본연구에서는 TCP/IP 서버 Socket 통신과 DB 인터페이스를통하여슬라이싱과정을처리하도록개발하였다. <Figure 4> 는개발된제어데이터생성서버의개요이다. 개발시스템은사용자요구를 Web Application Server 와 Socket 통신을이용하여처리하며, 데이터에대한전달은 DB 를이용하여처리한다. Figure 3. The developed 3D printing process

256 Sung Gyun Kim Woosik Yoo Figure 4. The NC-Code Generation server using the Cura-Engine 2.

Front Shop 는고객들이구매활동을하는업무, Front Office 는운영자및판매자가처리하는업무, Back Office 는관리자가처리하는업무, ERP 는기업체의내부 ERP 시스템과의연동업무처리영역으로 Front Shop, Front

구매는회원구매를원칙으로설계하였고, 상품을검색하여 STL 뷰어를통하여시뮬레이션하여사용자가모델을확인한후장바구니에담고, 구매를진행하면구매한포인트를이용하여결재하는방식이다. Figure 7.

Spring 3.1 프레임워크를사용하여구성되었으며 ORM(Object Relation Mapping) 은 MyBatis3 를사용하고있다.

3D Open-Maket Service S/W framework configuration Figure 5. The Business processes of 3D data open-market service Figure 6.

4 256 Sung Gyun Kim Woosik Yoo Figure 4. The NC-Code Generation server using the Cura-Engine 2.5 3D 설계데이터오픈마켓시스템 본연구개발을통해개발된 3D 설계데이터거래시스템은일반적인오픈마켓의구성과크게다르지않다. <Figure 5> 는 3D 설계데이터거래시스템의업무구성이다. Front Shop 는고객들이구매활동을하는업무, Front Office 는운영자및판매자가처리하는업무, Back Office 는관리자가처리하는업무, ERP 는기업체의내부 ERP 시스템과의연동업무처리영역으로 Front Shop, Front Office, Back Office, ERP 의 4 가지부분으로분류하였다. <Figure 6> 은 3D 설계데이터거래시스템의구매흐름도이다. 구매는회원구매를원칙으로설계하였고, 상품을검색하여 STL 뷰어를통하여시뮬레이션하여사용자가모델을확인한후장바구니에담고, 구매를진행하면구매한포인트를이용하여결재하는방식이다. Figure 7. Picture of Remote 3D Printing <Figure 8> 은 3D 설계데이터거래시스템의프레임워크구성도로서거래시스템은 Java 기반의 MVC(Model-View-Controller) 패턴의개발프레임워크인 Java + Spring 3.1 프레임워크를사용하여구성되었으며 ORM(Object Relation Mapping) 은 MyBatis3 를사용하고있다. TCP/IP Adapter 클래스를이용하여제어데이터생성서버나제어데이터전송서버와 TCP/IP 소켓을이용하여통신하고있으며, Deferred Service 를이용하여예약작업등을처리한다. Figure 8. 3D Open-Maket Service S/W framework configuration Figure 5. The Business processes of 3D data open-market service Figure 6. The process of 3D data open-market service 2.6 기대효과 본연구개발을통하여개발된 3D 설계데이터거래시스템은인터넷데이터오픈마켓시스템을통하여데이터를판매또는구매하는시스템으로서, STL 데이터등의설계데이터를실제유통하지않으면서소비자가원하는 3D 프린팅출력물을획득할수있는시스템으로서원격출력기술이그핵심이다. 실제로는설계데이터가유통되지않고서버에만존재하기때문에사용자, 저작권자, 판매자모두설계데이터의직접유통으로인하여발생하는저작권문제를방지할수있다. 현재 3D 프린팅시장은하드웨어위주로성장하고있으나, 아직본격적으로활성화되어있지는않다. 3D 프린터시장의활성화문제에있어서는소비자가원하는 3D 모델데이터를구하는문제, 프린터의가격등의다양한이슈가있는데, 이중에서 3D 모델링

5 Development of a 3D Printing Open-market System for Copyright Protection and Remote 3D Printing 257 은아직일반인뿐아니라, 전문가들에게도어려운부분이라고할수있다. 따라서, 기존검증된설계데이터의유통을통해서 3D 설계의어려움으로생기는설계데이터부족현상을해결할수있는대안의하나가될수있을것이다. Jeppe Andersen 는판례와사례를통하여현재의 DMCA(Digital Millennium Copyright Act) 의문제점, DRM 등의기술적한계, 법적한계, 비즈니스모델 (Online Streaming service, Platform-based service, Online maket place, Mass-customisation, General drawback) 의한계를설명하고있으며, 제시한비즈니스모델에서저작권에대하여다운로드를기반으로설명하고있다 (Jeppe and John, 2014). 본연구개발에서제시하고자하는점은 STL 데이터를다운로드하지않음으로써일반사용자가저작권을침해할수있는기회를제거하여저작권을보고하고자하는것이다. 저작권이라함은공인시스템에등록이되어야하기때문에등록되지않은저작권을보호할수없다. 또한, 3D 프린팅이활성화되고, STL 파일을일반인들이만들기시작한다면유통과정의복잡함과기술적이슈등으로인해파일이누구의저작물인지알수없게되는현상이발생할것으로판단된다. 따라서, 저작물을유통하지않으면서사용자가출력물을획득할수있는 3D 프린터의원격출력기술이그해결방법이라고할수있을것이다. 저작권문제는 3D 프린팅시장의활성화에중요한이슈가될것이라고많은연구보고서들이보고하고있지만, 기술적인해결방법을제시하고있지는못하다. 원격출력방식의 3D 설계데이터의거래방식은데이터다운로드와같은직접데이터유통에의한저작권문제를해결할뿐아니라총기류와같은불법 3D 설계데이터의유통및출력도검수과정을통하여통제할수있으며, 저작권이등록되지않은저작물에도저작권을보호할수있을것으로판단된다. 본연구개발을통하여개발된원격출력기술을이용한 3D 설계데이터거래시스템이개인용 3D 프린팅시장을활성화하고하드웨어시장도활성화하는데기여할수있을것으로기대한다. 3. 결론 3D 프린터의확산은개인맞춤형생산의증가, 설계데이터공유및상거래시스템의활성화와같은미래산업의성장동력으로주목받고있으나, 이러한 3D 프린터가확산되기위해서는저작권보호, 불법무기등의불법설계데이터의통제, 3D 스캐너를통한무단도용등을방지할수있는관련제도정비가필요하다. Stratasys 사에인수된 Makerbot 사에서운영하고있는 www. thingiverse.com 이나 Ultimaker 사에서추천하는 com 은 STL 데이터의다운로드방식으로데이터를유통하고있다. 하드웨어제조사들이이러한사이트를운영하거나관계하고있는것은일반인들이 3D 설계데이터를제작하는데에는 어려움이있기때문에, 설계데이터의유통을통하여 3D 프린터의사용성을확보하고, 웹사이트를통하여고객을확보하려는의도가있다고할수있다. 본연구개발에서는 RepRap 오픈소스프로젝트로부터시작된 FFF 방식의 3D 프린터를국내외의많은스타트업기업들이보급하고있으며, 가격적인측면에서도개인용프린터로적합하다고판단하여, FFF 방식의개인용 3D 프린터에서사용할수있고, 저작권을보호할수있는원격출력기술을개발하고이를이용하여 3D 프린터용설계데이터의거래시스템을개발하였다. 본시스템을이용한다면손쉬운설계데이터의획득을통하여, 설계데이터의다운로드를통한직접유통이아닌방식으로개인용 3D 프린터의확산에기여할것으로기대하고있다. 그러나본연구개발에서개발된원격출력기술은현재 RepRap 기반의 Drip Feed 방식을지원하는 FFF 3D 프린터에서만사용할수있으며 SLA 방식등의다른방식에서는사용할수없다. 기타 SLA 방식등의다른방식 3D 프린터에서도 NC 코드기반출력을지원한다면원격출력방식을사용할수있을것으로기대된다. 그러나, 이러한결정은 3D 프린터제조업체의선택으로강제하기어려운점이있다. 따라서, 다른방식의 3D 프린터에서활용할수있도록 IPP(Internet Printing Protocol) 와같은기술을 3D 프린팅에도입하여표준화된원격출력기술을개발한다면 3D 프린팅과관련한저작권문제를많은부분해결할수있을것이다. 또한관련연구를오픈소스화하여국내외에서개인용 3D 프린터를개발하고있는스타트업업체들이활용할수있도록하고, 3D 설계데이터의저작권을보호할수있는다양한원격출력 3D 프린팅방법의연구개발이이루어진다면 3D 프린터시장의확산에기여할수있을것이다. 참고문헌 Cho, E. and Lee, H. (2014), Initiator of the manufacturing process innovation 3D printing industry, KEIT, 344. Choi, W. (2013), Success percussion rifle made by a 3D printer, After that, money.joins.com. Desai, D. R. and Magliocca, G. N. (2013), Patents, Meet Napster : 3D Printing and the Digitization of things, Georgetown Law Journal, Forthcoming. Dolinsky, K. (2014), CAD s Cradle : Untangling Copyrightability, Derivative Works, and Fair Use in 3D Printing, Washington and Lee Law Review, 71(1), p Giblin, R. (2013), Evaluating Graduated Response, Columbia Journal of Law and the Arts, [Online], vol. Forthcoming, Available from : papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id= Hornick, J. F. (2014), 3D printing and the future (or demise) of intellectual property, 3D Printing and Additive Manufacturing, 1(1), Jeppe, A. and John, H. (2014), The Intellectual Property right implication of consumer 3D Printing, Department of Business Administration chool of Business and Social Sciences, Aarhus University.

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