레이저기반핸드헬드 3D 스캐너 Ⅰ. 제안기술개요 기술의내용기술의동향기술의제품화및시장전망 [ 국내동향 ] 데스크탑 ( 고정식 ) 스캐너판매 : 솔루션닉스 (2천만원 ) [ 해외동향 ] 제품명 가격 핸드헬드기능 Eva 2천만원 O Handy Scan 5천만원 O 국민형 3D 스캐너의보급으로 3D 모델링의대중화선도및창업활성화 - 대중화된 3D 프린터의입력데이터 - 맞춤형구두, 의수등신체국부모델링 - 온라인쇼핑의제품 3D 모델링 - 기계부품시장의역공학 CAD David 500 만원 X 일반 1아이디어 2연구단계 3개발단계 4개발완료 ( 시제품 ) ➎제품화단계상용화단계의약 1라이센싱 2개발단계 3제품화단계바이오한글 3D 스캐너, 3D 모델링핵심키워드영문 3D scanner, 3D modeling Ⅱ. 기술개발자정보 기관명한국전자통신연구원부서 CG기술연구실성명김재헌직급선임연구원전화 / 핸드폰 042-860-1053 이메일 gokjh@etri.re.kr Ⅲ. 수행과제정보 지원지관명연구사업명 연구과제명 수행기간 주관기관한국전자통신연구원공동연구기관 - Ⅳ. 특허정보 특허현황 사업화대상기술관련특허총 2 건 구분상태출원 ( 등록 ) 일자권리번호특허명 상세현황 대상기술 출원 등록 2015.06.26 10-2015 -0091444 관련기술 출원 등록 2015.06.15 10-2015 -0084302 관련기술관련기술 출원 등록 출원 등록 스테레오카메라를이용한카메라위치측정장치및방법 3 차원모델생성장치및방법
1. 기술성분석 1. 기술의내용및특징 본기술은핸드헬드 3D 스캐너의필수기능인이동위치보상에관한것과, 추출된 3 차원정보를정합하는것에관한것으로서 3D 스캐너의사업화에필요한필수요 소를내포하고있음 구체적으로, 다음과같은구성을포함 - 스캐너가고정된위치에서벗어나손에들고원하는부위를자유롭게스캔하는데필요한영상처리기술관련권리를포함 - 스캐닝작업시빈번하게발생하는분할작업후, 결과정합을자동으로수행하여효율향상을하는알고리즘에관한권리를포함함 위와같은내용으로특허청에특허출원하여우선권을확보했으며, 핸드헬드 3D 스 캐너의실시간위치보상에관한기술은학계에발표하여독자적인기술임을확인 하였음 2. 기술의수준 모방용이성 ( 기술의난이도 ) - 카메라를이용한위치보상의고정밀도획득 (0.1mm/30cm, 국가공인기관인 한국아이티평가원의공인시험성적서발급 ) - 2000 만원대의 Eva 는 0.1mm, 5000 만원대의 HandyScan 은 0.04mm 정밀도보유
- 카메라를대체할수있는위치측정센서의정밀도는스캐너구현에턱없이부족 (2.6mm/30cm)* * 관성센서참고자료 https://www.xsens.com/products/mti-g-700/ 회피비용 ( 회피설계비용 ) - 영상처리용새로운알고리즘의연구개발기간은예측불가 - 기존투입된연구비 12 억 (6 억 / 년, 2 년 ) 대체기술존재여부 - 실시간이동위치자세보상용 3D 영상처리알고리즘은국내학계 / 산업계개발사례가없음 경쟁자에게미치는영향 - 고가의외산제품도저가화를시도할가능성있음 - 국내업체만의차별화된서비스와 AS 정책으로국내시장을사전선점하고이를바탕으로국제시장진출필요 기술수명 - 세계 3D 스캐너시장은 2020 년까지 14.6% 의시장성장예측 * * 3D Scanning Market by Devices, Range, Solutions, Services Worldwide Market Forecasts and Analysis (2013-2018), RESEARCH AND MARKETS - 3D 프린터시장의성장 ( 최근 3 년간연평균성장률 27.4%**) 과더불어지속적
성장가능 ** 3D printing market to grow to US$16.2 billion in 2018," canalyst, 2014, 3, 31. 3. 기술의필요성 혁신성 - 핸드헬드방식은대상체의크기, 복잡도에무관하게 3D 스캔이가능 - 이에반해고정식은누락영역제거를위해다수의스캔작업이필요함 < 핸드헬드 3D 스캐너와스캔과정 > < 핸드헬드 3D 스캐너를이용한 3D 모델획득결과 > 파급성 - 국민형 3D 스캐너와 3D 프린터의조합으로신개념사업아이디어도출가능
<3D 스캐너와 3D 프린터의조합으로가능한신개념사업아이디어 > 아이디어만있으면나도사장, 창업 자기만의아이디어를제품화할수있도록 One-Stop 솔루션 제공 아이디어 ~ 기획 ~ 생산 ~ 공급을 1 인 ( 사장 ) 이기업활동할수있는기술인프라 앱스토어와같은아이디어스토어 ( 온라인 / 오프라인 ) 마켓플레이스제공, 투명한이익분배등의유통체계수립은정부에의한코디네이터가필요 3D 프린팅과관련서비스의 13.3% 성장률 고객에게미치는영향 - 국내시장은핸드헬드의고기능 3D 스캐너가존재하지않아, 본기술이상용화되면보급형 3D 프린터와동시에쓸수있는저가의편리한 3D 스캐너에대한고객의니즈를충족시켜새로운시장생성가능 연구개발지원
- 미래부는 2013 년부터 3 년간, 3D 프린팅을위한실물정보기반 3D 콘텐츠생성및편집기술 과제를통해일반인도쉽게 3D 프린터의입력데이터를생성할수있는 3D 스캐너기술개발을지원하고있음 4. 기술의차별성 차별성 - 고가의외산제품을대체하여 3D 스캐너의국내시장선점가능 ( 원가 ~200 만원 ) 경쟁기술 Artec사의 Eva 본기술의우수성 Creaform 사의 HandyScan 경쟁기술은 $20,000~$50,000 대의고가로서전문가들만사용가능하나, 본기술은저가로구현가능하여교육용제품등대중화제품생산가능 David Scanner 본기술은같은수준의저가이면서핸드헬드의고기능을포함
2. 특허성분석 1. 국내외특허동향 ㅇ 3D 영상스캐너와관련한해외특허출원은연평균 2.04% 성장률을보이고있으며, 2003 년도에정점을찍은후특허출원이주춤하였으나, 2010 년이후다시증가하고 있는것으로나타남 ㅇ우리나라는 1990 년대초반부터지속적인특허출원이이루어지고있는것으로나타 남 ㅇ출원건수에따른주요출원인은 Hamamatsu Photonics, NEC, Mitsubishi Electric, 삼성전자, 한국전자통신연구원등한국및일본기업이외, 미국의 General Electric, JDS Uniphase 등이주요한출원인임 2. 선행특허분석 특허번호 KR 10-2014-0034816 KR 10-2012-0038762 KR 10-2001-0070594 KR 10-1358631 특허명 출원인 휴대형광학측정검사시스템 스마트인스펙션 시스템즈, 엘엘씨 휴대용 3 차원스캐너및그것의 3 차원형상복원방법 경북대학교 산학협력단 휴대용스캐닝장치및그에따른스캐닝방법 김종성 카메라와프로젝터가스테이지수평회전축회전유동부와결합된 2 축모션부를갖춘치과용데스크탑 3 차원스캐너 주식회사 디오에프연구소
기술요약 정밀제조부품의치수검사를위한통합자동화 3D 광학스캐닝및컴퓨터보조검사시스템이개시된다. 본시스템은안정성개선을위해리트랙터블지지피트 (retractable support feet) 와, 휴대성을위해잠금가능한고정바퀴를갖는휴대형캐비넷내에근간을둔다. 캐비넷은부품배치영역내에위치한다- 축회전로봇암위에위치하는광학계측스캐너를갖는부품배치영역을더포함한다. 로봇암은광학계측스캐너의시야내에부품을파지및조작하도록구성및배열된다. 로봇암은기저부를회전및틸트시키기위한다- 축을제공하여, 부품의실질적으로모든표면을스캔할수있게한다. 치수비교및분석소프트웨어애플리케이션은부품컴퓨터보조설계 (CAD) 모델에표시된치수의추출에더하여기하공차를제공한다 본발명은 3차원형상복원방법에관한것이다. 본발명의 3차원형성복원방법은대상물체의 2차원영상들에서일치점들을검출하는단계, 2차원영상들에각각대응하는대상물체의거리영상들을획득하는단계, 그리고검출된일치점들및획득된거리영상들에기반하여대상물체의 3차원형상을복원하는단계로구성된다. 측정대상물의양면에대한 3차원단면을측정하는프로파일러와 ; 상기프로파일러를고정시키기위한고정부를가지며제1축방향으로상기프로파일러를이동시키는제1 프로파일러이동부와 ; 상기제1 프로파일러이동부를지지하며상기제1 축방향과는직각인제2 축방향으로상기제1 프로파일러이동부를이동시킴에의해상기프로파일러가이동되도록하는제2 프로파일러이동부와 ; 상기제 2 프로파일러이동부를지지하며온습도의변화에둔감한재질의메인프레임을구비함을특징으로하는휴대용스캐닝장치에대해서개시 본발명은치과용데스크탑 3차원스캐너를구현함에있어서촬영스테이지수평회전축유동부상에카메라와 프로젝터를구비하여피사물이스캔과정에서기울어질필요가없도록하여별도의고정수단이나안착지그없이다양한형상의치아보형물들을 3차원스캔할수있다. 관련도 분석 조사결과 A A A A * 관련도 : X - 관련높음, Y - 관련있음, A - 관련은없으나참고할자료 * X, Y - 주요참증에해당, A - 참고참증에해당본기술은현재특허출원된 2건으로특허청의심사를대기하는상태임. 하지만, 관련분야의선행조사를한결과, 관련된기술분야의특허들이일부검색되고있으나, 본발명에따른핸드헬드 3D스캐너의필수기능인이동위치보상에관한기술과, 추출된 3차원정보를정합하는기술과관련해서는, 유사한특허문헌이검색되지않았음
3. 사업성및시장성분석 1. 사업화제품화 핸드헬드 3D 스캐너분야에서경쟁력있는제품으로사업화가가능 제품경쟁성 - 같은가격대의저가의저성능제품에비해, 기능및성능우위를점하여시장경쟁력높음 - 점차저가화될외산고기능제품에대비하여국내시장에서국내업체만의양질의서비스및 AS 우위를통하여시장선점가능 - 본기술을적용한제품으로시장진입및선점가능할것으로기대됨 2. 사업화방법및성공요인 실시간이동위치자세보상용 3D 영상처리알고리즘은국내학계 / 산업계개발 사례가없어서, 본기술적용으로경쟁우위확보및사업화성공요인이될것으 로기대됨 고가의외산제품도저가화를시도할가능성있으나, 국내업체만의차별화된서 비스와 AS 정책으로국내시장을사전선점하고이를바탕으로국제시장진출하 는전략가능할것으로판단됨 상용화안정성확보 - 제안한기술은 TRL* 5 단계로서각종전시및데모를통해상용화를위한안정성을확보함 * 미래부는민간 R&D 프로그램에맞게 TRL 을재정의해, 기술을상용화정도에따라 [ 기초연구, 실험, 시작품, 실용화, 사업화 ] 의단계로구분하고이를 9 단계로세분화하여사용중이며, TRL 2~8 단계까지지원 : 미래부 R&D 성과확산대전, WIS (World IT Show) 2015, 국제스마트공장자동화전시회 2015 등
< 레이저기반핸드헬드 3D 스캐너전시회참가내역 > : MBC 8 시뉴스데스크, YTN 뉴스, 대전 KBS 9 시뉴스, TJB 8 시뉴스등 < 레이저기반핸드헬드 3D 스캐너방송홍보내역 > 사업화실현가능성 - 3D 프린터산업의육성과일반인의 3D 콘텐츠에대한저변확대로시장전망이
밝아, 기술이전을통한사업화가능성이높음 상용화추진전략 ( 안 ) - 3D 스캐너원천기술 (ETRI) 이전을통한상용화추진 - 초기시장개척고려한 DIY 상품온라인전문쇼핑몰등록 - 시장확대대비서플라이체인 ( 카메라제조업체, PCB 제조업체, 스캐너생산 / 조립 / 검수업체, 해외전문유통업체 ) 을통한대량생산 (3~5 년내 ) <3D 스캐너의사업화목표및전략 > 3. 국내외시장전망 1) 국내외시장규모및동향 시장규모 - 세계 3D 스캐너시장은 2020 년까지 53 억달러에도달할것으로기대됨 ( 단위 : 억원 ) 년도 년 현재년도 년 개발종료후 년 년 개발종료후 년 세계시장규모 아태지역시장규묘 중남미시장규모
*2013 년, 2018 년자료를기준으로연평균성장률기반작성 출처 : 3D Scanning Market by Devices, Range, Solutions, Services Worldwide Market Forecasts and Analysis (2013-2018), RESEARCH AND MARKETS 시장수요 - Allied Market Research 의새로운보고서 Global 3D Scanning Market, 2013-2018 에따르면, 세계 3D 스캐너시장은 2015 년 27 억달러임 - 시장은북아메리카와유럽지역이여전히장악하며, 전세계수익점유율이 2/3 를넘음 - 아시아지역또한 2020 년까지가파른성장을하며눈에띌만하게전세계에서수익을발생 - 3D 스캐너성장수익은헬스케어, 엔터테인먼트등과같은산업에적용하여성장하기때문이며, 또한중국과일본, 인도의발전과도연관이있음 산업특성 - 최근 3D 프린터의대중화및 3D 콘텐츠에대한사용자요구증가로고가의외산 3D 스캐너시장을대체하여시장확대및신시장창출가능성높음 - 최근 3D 프린터가자동차, 전자및의료등의주요산업에적극도입됨에따라 3D 스캐너시장도동반성장할것으로기대 - 3D 프린터뿐만아니라 3D 콘텐츠의자가생성의요구가증가하는시점에서대중적인시스템의공급으로관련사업전분야의활성화를이끌수있을것으로기대 산업성장성 - Allied Market Research 의새로운보고서 Global 3D Scanning Market, 2013-2018 에따르면, 세계 3D 스캐너시장은 2014 년부터 2020 년동안연평균성장률 14.6% 을기록할것으로예상하고있으며, 아태지역및중남미시장은 15.1%, 23.2% 으로예상 - 3D 스캐너의동반자인 3D 프린터출하량중개인용아이템출력에주로사용될것으로예상되는 1,000 달러미만저가제품비중이 2014 년 10 만 8,150 대에서 2018 년 230 만대까지증가할것으로전망
- 전세계 3D 프린팅시장규모중 3D 프린터단말시장은 2014 년 13 억달러에서 2015 년 54 억달러로크게성장할전망이며, 3D 프린터관련서비스및프린팅소재시장은 2014 년 25 억달러에서 2015 년 108 억달러로 4 배이상성장할것으로전망 - 국내 3D 프린팅시장은 2014 년 1,163 억원규모에서향후 5 년간연평균성장률 35.4% 로성장해 2020 년 8,085 억원규모의시장을형성할것으로전망 Wohlers Associates, Inc., Wohlers Report (2014), Mauldin Economics(2013). 경기변동의특성
- 3D 프린터산업의경기에따라영향을받을수있으나, 2014 년미래창조과학부 ( 미래부 ) 와산업통상자원부 ( 산업부 ) 가 3D 프린팅산업발전전략 을공동으로수립하여국내 3D 프린터산업지원정책을의결 - 2020 년까지전세계 3D 프린터산업의선두로올라선다는목표를가진이번정책에의해경기변동에영향이없는성장가능성확보 2) 시장의구조, 경쟁강도및진입장벽 시장구조 - 핸드헬드스캐너제품은, 원천기술을보유한 Artec 사와 Creaform 사가고가의전문가용제품시장을양분하고있으며, 고가에의해일반인은접근하기힘들어, 대중적인핸드헬드제품시장은국내뿐만아니라전세계적으로도아직열리지않은상태임 기업간경쟁강도 - 핸드헬드스캐너제품은, 원천기술을보유한 Artec 사와 Creaform 사가양분하며고가의전문가대상시장을공략하고있음 - 현재는일반인용저가고성능 3D 스캐너시장은블루오션이라고볼수있음 규제및지원 - 스캐너에사용되는레이저는안전등급클라스 2 제품 ( 발표용레이저포인터와같은등급 ) 으로서안정성확인
< 핸드헬드 3D 스캐너에적용된레이저와동급의발표용레이저 > - 기술제품의시장진입또는매출성장에있어제도적제약요인 ( 승인, 허가등 ) : 해당사항없음 - ( 한국 ) 정부가최근발표한제조업혁신 3.0 전략에서 8 대스마트혁신기술중의하나로 3D 프린터를선정하고집중지원할계획이며 2020 년까지글로벌 3D 프린팅선도기업을 5 개이상양성계획 <3D 스캐너를통해획득된 3D 모델을 3D 프린팅하는과정 > - MIT, 맥킨지, 포브스등은미래산업변화시킬 7 대파괴기술의하나로 3D 프린팅 ( 삼성경제연구소 13.5.1 제 894 호 ) - ( 중국 ) 13 년부터 3D 프린터산업을 7 대파괴 (disruptive) 기술 ( 미국 ) 및에너지절감과생산성향상을위한대안기술로정책적지원시작 - ( 미국 ) 제조업혁신국가네트워크 (3D 프린팅포함 ) 법제화추진등정부의노력진행 - ( 미국 ) 오바마대통령국정연설 3D 프린팅 언급, 생산방식을바꿀잠재력높은기술로평가 - ( 미국 ) 오하이오의영스타운에 3D 프린팅을중심으로투자계획 - ( 미국 ) 3D 프린팅연구기관 National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII) 설립 - ( 영국 ) 노팅엄대, 세필드대에 3D 프린팅연구센터설립, 기술개발
- ( 독일 ) 프라운호퍼레이저연구소금속소재로하는 3D 프린터응용연구착수 4. 사업화성공가이드 1) 사업화후보기업요건 3D 스캐너분야기업 3D 프린터분야관련기업등 2) 사업화투자비용 사업화기간 2년 기술이전비 (1억) 3D 스캐너 HW 회로최적화, 디자인및금형 (1억원) 스캐너후처리 SW 소비자용커스터마이징 (1억원) 스캐너후처리 SW 소비자용커스터마이징 (1억원) 스캐너생산 / 조립 / 검수비용 (1억원) 국내외홍보및유통비용 (1억원) 3) 법적검토사항 기술이전및실시권계약범위 / 라이센싱및공동연구범위협의 수익성배분협의등 4) 희망파트너쉽 1 기술이전 ( ) 2 라이센싱 ( ) 3 공동연구 ( ) 4 기술출자 ( ) 5 기타 ( )