제정일: 2015년 06월 23일 T T A S t a n d a r d 3D 프린팅모델의출력검증을위한요구사항 A Requirement on the Print-out Verification of the 3D Model
제정일: 2015년 06월 23일 3D 프린팅모델의 출력검증을위한요구사항 A Requirement on the Print-out Verification of the 3D Model 본문서에대한저작권은 TTA 에있으며, TTA와사전협의없이이문서의전체또는일부를 상업적목적으로복제또는배포해서는안됩니다. Copyrightc Telecommunications Technology Association 2015. All Rights Reserved.
서 문 1. 표준의목적 최근 3D 프린터의발전으로가정에서도개인이쉽게사용할수있는프린터가개발되 었으며, 이에따라 3D 모델만있으면누구나쉽게제품생산이가능하게되었다. 그러나 3D 프린팅은컴퓨터상의가상의랜더링과달라서실제프린트하기위해서는몇가지의 요구사항이필요하다. 가상의랜더링의경우화면에만표현되면되지만, 실제프린팅의 경우는내부와외부의구분이가능한형태로만들어져야슬라이스를만들고, 이정보를 이용하여실제출력을지원한다. 이러한이유로현재웹상에서유통되는 3D 모델의상당 부분은 3D 프린팅이되지않는다. 예를들어 FDM(Fused Deposition Modeling, Method) 형식의프린터에서는프린팅이된다고할지라도 SLA(Stereolithography Apparatus) 방식의프린터에서는프린팅이안되는경우가많다. 따라서본표준에서는 3D 프린팅이가능하게되는요구사항을정의하고, 프린팅가능한모델인지를검증하는 작업프로세스에대하여정의한다. 2. 주요내용요약 주요내용으로는 3D 프린터에서프린트할수있는입력파일에대한요구사항을정 의하며이와관련된메타데이터를표준화한다. 3D 프린터의종류에따라프린팅가능여 부가달라짐으로해당프린트에어떤요구사항이필요한지를표준화함으로써프린팅실 패율을낮출수있다. 프린팅재질이비싼경우프린트도중에실패하면, 시간과비용이 증가할수있으므로, 미리프린터에서프린팅할수있는요구사항을정의해야한다. 3. 표준적용산업분야및산업에미치는영향 본표준은최근활성화되고있는 3D 프린팅산업에서모든프린터에사용될수프린 트가능요구사항을정의하여프린트도중실패하는확률을줄여시간과비용을단축함 으로써, 현재활성화되는 3D 프린팅산업의발전에기여한다. 4. 참조표준( 권고) 4.1. 국외표준( 권고) - 해당사항없음. 4.2. 국내표준 - 해당사항없음. i
5. 참조표준( 권고) 과의비교 5.1. 참조표준( 권고) 과의관련성 - 해당사항없음. 5.2. 참조한표준( 권고) 과본표준의비교표 - 해당사항없음. 6. 지식재산권관련사항 본표준의 지식재산권확약서 제출현황은 TTA 웹사이트에서확인할수있다. 본표준을이용하는자는이용함에있어지식재산권이포함되어있을수있으므로, 확인후이용한다. 본표준과관련하여접수된확약서이외에도지식재산권이존재할수있다. 7. 시험인증관련사항 7.1. 시험인증대상여부 - 해당사항없음. 7.2. 시험표준제정현황 - 해당사항없음. 8. 표준의이력정보 8.1. 표준의이력 판수 제정 개정일 제정 개정내역 제 1 판 2015.06.23. 제정 8.2. 주요개정사항 - 해당사항없음. ii
Preface 1. Purpose of Standard With the rapid development of the latest 3D printer and corresponding material used for the 3D printing, it is possible to use the home 3D printing service. In this way everyone who has digital 3D Model can make product easily. But in the case of 3D printing, it is different from the virtual rendering process in the display. In case of rendering, any type of input 3D model could be rendered properly in the screen. When it comes to real printing, the 3D model should fulfill some requirements such as watertightness, face normal and two-manifoldness, etc. Because of these requirements, most of the 3D models distributed or downloaded from the web are not printable. Even though certain model is printable in the FDM type, it may be impossible to print with SLA type. In this standard, the standard requirement and correction process is defined and a characteristic required for a 3D printer to print the input model properly is defined as well. 2. Summary of Contents The standard requirement and corresponding metadata set is defined. And a standard correction process is defined. The requirements for 3D printing are different for each 3D printer. So the printer characteristic that defines what kind of requirement is needed for each printer is defined as well. 3. Applicable Fields of Industry and its Effect This Standard make it possible for the 3D printing industrial field to be grown-up by defining real 3D printing requirement. In some case the printing software dose not know whether the input mesh model is good for printing or not. If a requirement set is given for each 3D printer, the printing failure rate will be low than the other case. With this information, time and expense of 3D printing will be reduced. 4. Reference Standards(Recommendations) 4.1. International Standards(Recommendations) - None iii
4.2. Domestic Standards - None 5. Relationship to Reference Standards(Recommendations) 5.1. Relationship of Reference Standards(Recommendations) - None 5.2. Differences between Reference Standard(Recommendation) and this Standard - None 6. Statement of Intellectual Property Rights IPRs related to the present document may have been declared to TTA. The information pertaining to these IPRs, if any, is available on the TTA Website. No guarantee can be given as to the existence of other IPRs not referenced on the TTA website. And, please make sure to check before applying the standard. 7. Statement of Testing and Certification 7.1. Object of Testing and Certification - None 7.2. Standards of Testing and Certification - None 8. History of Standard 8.1. Change History Edition Issued date Outline The 1st edition 2015.06.23. Established iv
8.2. Revisions - None v
목 차 1. 개요 1 2. 표준의구성및범위 2 3. 참조표준( 권고) 2 4. 용어정의및약어 2 5. 3D 프린팅이가능한파일에대한요구사항 3 5.1. 워터타이트 3 5.2. 매니폴드 3 5.3. 페이스노멀의방향 3 5.4. 자기겹침 5 5.5. 한개의쉘 5 5.6. 서포터 6 6. 모델수정프로세스 8 7. 프린팅가능한요구사항메타데이터 9 7.1. PrintableRequirement 9 vi
Contents 1. Introduction 1 2. Constitution and Scope 2 3. Reference Standards(Recommendations) 2 4. Terms and Definitions 2 5. Requirement for 3D Model to be Printable 3 5.1. Water-tight 3 5.2. Two-manifold 3 5.3. Face normal 3 5.4. Self-Occlusion 5 5.5. One-shell 5 5.6. Supporter 6 6. Model Correction Process 8 7. Metadata for Printable 3D Model 9 7.1. PrintableRequirement 9 vii
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3D 프린팅모델의출력검증을위한요구사항 (A Requirement on the Print-out Verification of the 3D Model) 정보통신단체표준( 국문표준) 1. 개요 적층가공기법으로알려진 3D 프린팅은최근차세대산업혁명으로알려질만큼산업적 인파급효과가크다. 또한저가의 3D 프린트가보급됨에따라가정에서의 3D 프린트활 용도가높아지고있다. 그러나 3D 프린팅은사용자의기대만큼쉽게프린트가되지는않 는다. 현재인터넷에서유통되거나다운로드할수있는 3D 모델의대부분은프린팅할 수없다. 이러한대부분의모델은랜더링을위해만들어진모델이다. 컴퓨터화면에가상으로랜더링하는것과는다르게실제로프린팅이가능하기위해서 는몇가지의요구사항이필요하다. 입력메시의페이스노멀방향이연속적이어야하 며, 메시가닫혀져있어야한다. 이외에도다양한요구사항이있는데, 이러한요구사항 은모두메시의내부와외부를구분하기위한방법이며, 이를통해 3D 프린터는프린트 를해야하는영역과그렇지않은영역을구분한다. 또다른문제는서포터에관련된문제이다. 일반적으로 3D 프린팅의경우는바닥에서 부터한레이어씩정보를쌓아올리기때문에현재프린팅하는아래면에프린팅된물체 가없으며적층을할수없게된다. 이에따라현재프린팅할레이어의아랫부분에프린 팅된물체가없는경우는특별한지지대가필요하게되는데이경우서포터(supporter) 를 사용한다. 이서포터는슬라이싱을수행하는소프트웨어가생성한다. 만약 SLS 형태의 프린팅기법에서는프린팅에사용되는작은알갱이같은재질이서포터의역할을수행하 게됨으로다른정보가필요없다. 만약이러한요구사항을충족하지못한메시를프린팅하는경우실제프린팅이안 되거나, 사용자의요구대로프린트되지않을것이다. 만약프린팅이되는경우, 슬라이싱 이잘못되어한면이아주얇게프린트되어실제결과물이쉽게부러지는경우가발생 할수도있다. 3D 프린팅에시간이많이걸리고, 아직재료가고가인점을미루어볼때 프린팅전에해당모델이프린팅가능한지를체크하는것은아주중요한일이다. 프린팅 에문제가될소지가있는파일을미리수정함으로써, 된다. 비용및시간을절감할수있게 또한각프린터마다요구사항이조금씩다르다. 어떤프린터는메시가오픈되어있어 도프린트할수있는방면, 또다른프린터의경우는메시가오픈되어있으면프린트 할수없는경우도있다. 이러한다양한요구사항은프린터마다다른데, 이에대한요구 사항표준을각프린터마다정의함으로써, 프린팅실패율을줄여시간과비용을줄일수 있게된다. 1
2. 표준의구성및범위 본표준은각각의 3D 프린터에서프린팅할수있는입력메시에대한요구사항을정 의하고, 이를표준화된메타데이터로정의한다. 또한개별프린터에서필요로하는요구 사항을표준화된방법으로정의한다. 이를위해각각의요구사항을분석하고, 바이너리 및텍스트형태의요구사항셋을각프린터마다정의할수있는방법론을제공한다. 3. 참조표준( 권고) 3.1. 국외표준( 권고) - 해당사항없음. 3.2. 국내표준 - 해당사항없음. 4. 용어정의및약어 4.1. 바운더리에지 (boundary edge) 입력메시를구성하는에지가단한개의면과연결되어있어 더리를형성하는에지. 3D 모델의외부바운 4.2. 매니폴드에지 (manifold edge) 입력메시를구성하는에지가오직두면에의해공유되는에지를매니폴드에지라 하며, 이외의모든경우는넌매니폴드에지라함. 즉한에지가한면, 혹은세면 이상에의해공유되는에지. 4.3. 페이스노멀 (Face Normal) 입력메시의각면에수직인단위벡터를의미하며, 페이스의방향을정의. 4.4. FDM (Fused Deposition Modeling) FDM 기술로작동하는 3D 프린터는열가소성플라스틱재료를반액체상태로가열하여녹인다음컴퓨터가제어하는경로를따라노즐에서플라스틱을압출하는방식으로층층이적층하여제품을만드는방식. 2
4.5. SLA (Stereolithography Apparatus) 광경화수지( 액체상태의플라스틱) 에레이저를쏘아순간적으로굳혀적층하는방식 으로, 제품이투명하며정밀도가높고표면품질이다른 3D 프린터방식에비해우 수하고, 속도가빠름. 4.6. SLS (Selective Laser Sintering) 선택적레이저소결방식으로미러가 X,Y 축으로움직이며전달받은레이저빔을조형분말함(build platform) 에정확히전달하여조형분말함안에있던원료분말이레이저빔에의해소결되는방식. 보충분말함밖에서대기하고있던레벨링롤러가여분의원료분말을조형분말함으로밀어재료를보충함. 5. 3D 프린팅이가능한파일에대한요구사항 본장에서는어떤모델이실제 3D 프린팅이가능한지에대한요구사항을정의한다. 본장에나온모든요구사항이모든 3D 프린터에요구되는것은아니지만, 일반적인요 구사항을정의한다. 각프린터에대한특정요구사항을정의하는것은 5장의프로파일 에서정의한다. 5.1. 워터타이트 일반적으로프린트가능한모델의경우워터타이트해야한다. 워터타이트란방수라는 뜻으로 3D 모델을물속에집어넣었을때완전히방수가되어( 즉모든면이연결되어) 외 부와내부의구분이명확해야한다. ( 그림 5-1) 워터타이트하지않은모델 ( 그림 5-1) 의경우는전형적인워터타이트하지않은모델이다. 그림의검은색구멍 3
은페이스정보가없는것으로내부와외부를구분지으려할때구멍이있어이구멍으 로물이들어올수있는구조임으로워터타이트하지않은구조이다. 이경우 3D 프린터 가슬라이스파일을만들때오류가생길수있다. 즉 ( 그림 5-1) 과같은모델은페이스 가존재하지않은위치에새로운페이스를만들어추가해야프린트가가능한모델이된 다. 5.2. 매니폴드 매니폴드란입력메시에서한개의에지가오직두면에의해공유되어야한다는뜻이 다. 한개의에지가 3 개의면과공유되면스리메니폴드(three-manifold) 라표현을한다. (a) 쓰리매니폴드에지 (b) 넌매니폴드(Non-manifold) 에지 ( 그림 5-2) 넌매니폴드에지 ( 그림 5-2) 의경우매니폴드하지않은예제를나타낸다. 매니폴드하지않은경우를넌 매니폴드라정의한다. ( 그림 5-2) 에서 (a) 의경우붉은색에지는세개의면에의해공유 되는에지임으로넌매니폴드한경우이다. 이경우 A 부분이프린트되는물체의내부인 지혹은 B 가내부인지알수가없는경우임으로이경우는프린트가안된다. ( 그림 5-2) 에서 (b) 의경우붉은색에지는한면에의해서만공유되며, 이에지는바운더리에 지로정의되며, 프린팅되지않은형태로간주된다. 5.3. 페이스노멀의방향 연속된면의경우페이스노멀이같은방향이어야한다. ( 그림 5-3) 페이스노멀의방향오류 4
( 그림 5-3) 의경우는노멀의방향오류가생긴경우이다. 왼쪽페이스의경우는노멀 의방향이위쪽으로향하고있으므로, 프로그램은아래쪽이안쪽면이라고생각할수있 다. 그러나연속된오른쪽면의경우페이스노멀이아래를향하고있어위쪽이프린트 되는공간의내부라고정의함으로프로그램오류가발생할수있다. 즉이경우는노멀 의방향을수정해야지내부와외부가연속적으로구분됨으로추후프로세싱이가능하다. 5.4. 자기겹침 자기겹침 (self-occlusion) 이란한메시내에서특정부분이다른부분을침범한경우이 다. ( 그림 5-4) 의경우왼쪽의붉은색공간이자신의영역을침범하는경우다이경우에 도프로그램은내부와외부를정확히구분하지못함으로완성된실물객체를출력할수 없을수도있다. ( 그림 5-4) 자기겹침발생 5.5. 한개의쉘 3D 프린팅을위해서는 3D 입력모델은한개의쉘로이루어져야한다. 쉘이란내부외 부를구분하는단일객체를정의한다. 한개의프린팅영역에는 ektn개의쉘로이루어질 수있지만, 각쉘은중첩되지않아야한다. 5
( 그림 5-5) 겹치는쉘 ( 그림 5-5) 의경우구와원기둥은각각단일쉘로형성된메시이고각각은프린팅가능한형태이지만, 두개의쉘을겹칩으로써이겹치는부분에대한내부및외부의정의가명확하지않아프린팅이되지않을수있다. 5.6. 서포터 서포터는앞에기술한요구사항과조금다르게논의되어야한다. 1장에서서술한바 와같이프린팅타입에따라필요한경우가있고, 이는프린팅을수행하는슬라이서에서 입력모델을가공하여생성하는부분임으로프로그램에대한의존도가크다. 즉프로그 램이충분이지능적이면프린팅을잘수행할수있기때문이다. 이를위해서본표준에 서는오버행(overhang) 이라는개념을제안한다. ( 그림 5-6) 에오버행의개념이소개된 다. (a) 빨간색: 기울기가 45도이상으로오버행발 생 : 서포터필요, 파란색: 기울기가 45도 이상으로오버행발생안함: 서포터필요 없음 (b) 오버행영역에서생성된서포터( 파란색) ( 그림 5-6) 서포터와오버행 6
( 그림 5-6) 에서보듯이오버행이발생한영역에서는서포터가필요하다. 따라서본표 준에서제안하는프린팅에대한요구사항은서포터가필요하지않도록모델에오버행이 없이모델을생성하는것을요구사항으로한다. ( 그림 5-7) 오버행없이서포터가필요한경우 ( 그림 5-7) 의경우는오버행과는상관없이서포터가필요한경우이다. 파란색부분과 붉은색영역모두 45 도이하로오버행이아니지만, 붉은색의부분은서포터가필요한경 우이다. 7
6. 모델수정프로세스 (informative) 본장에서는 5장에서설명된이수를중심으로표준화된모델수정프로세스를정의한 다. 본장에서제안하는표준프로세스는하나의방법론이며, 다른방법을따를수도있 다. ( 그림 6-1) 모델의프린팅가능여부및수정프로세스 5장에서정의한 5 개의테스트포인트에대한난이도및중요도를먼저정의한다. 많은 프린터의경우단일쉘이아니라도프린트가되는반면, 노멀정보가뒤집어지면프린트 를하기가거의불가능하다. 프린터에따라내부에서수정할수도있지만상술한내용은 일반적인경우이며, 본표준에서는 5장에정의한요구사항을난이도및중요도별로정 렬하여 ( 그림 6-1) 과같은표준화된체크프로세스를정의한다. 그순서는노멀정보, 워 터타이트정도, 매니폴드정도, 겹침정도및단일쉘정도이다. 각각의체크프로세스를통과하면다음체크프로세스로넘어가고, 통과하지못하면수 정하는단계로넘어간다. 일단각단계에대한수정이끝나면, 다시처음으로돌아가서 수정하는과정에서생길수있는오류를재검사하게된다. 8
오류수정의특성상 ( 그림 5-6) 의 A영역에서정의하는워터타이트보정과매니폴드보 정은동시에이루어질수있다. 이프로세스는다른프로세스보다중요하며, 실제프린 팅가능성에더욱영향을끼친다. 가능하면이부분은수정하는것이좋다. B 의영역은상대적으로덜중요한부분이며, 둘다자기겹침으로처리될수있는영역 임으로일반적으로한번에처리되는것이더효율적일수있다. 7. 프린팅가능한요구사항메타데이터 프린터에따라서프린트가능한파일의요구사항은다를수있다. 일반적으로저가형 FDM (Fused Deposition Modeling) 방식의경우작은 hole, 매니폴드정도등의오류 를무시할수있다. 프린터의해상도가낮은제품일수록입력모델의오류에강인하다. 반면 SLA(Stereolithography Apparatus) 혹은 SLS(Selective Laser Sintering) 방식의경 우입력파일의오류에상당히민감한편이어서입력모델의수정이필수적이다. 본장에서는이렇게각프린터에서필요한파일입력의오류강인레벨을정의하는프 린팅가능요구사항을정의하는방법을기술한다. 7.1. 관련요구사항메타데이터 7.1.1. PrintableRequirement PrintableRequirement 는어떤종류의요구사항인지를명시한다. 앞서기술한 5장의 노멀방향, 워터타이트정도, 매니폴드정보, 자기겹침및단일쉘등을나타낸다. < 표 7-1> 은관련된요구사항에대한메타데이터및관련된바이너리매핑정보를나타낸다. 각프린터에따라필수요소인것도있고, 옵션사항인것도있어각각을나타낸다. 9
< 표 7-1> 프린팅가능요구사항메타데이터 PrintableRequirement{ (Number of bits) VERSION 8 numrequirement 8 for (i=0; i<numrequirement; i++) { each_requirement RequirementType } numrequirement_optional for (i=0; i<numrequirement_optional; i++) { each_requirement_optional RequirementType } } VERSION: 8 비트의정보로해당메타데이터를표현하는버전정보를나타낸다. numrequirement: 각프린터에서프린트할수있는입력파일의요구사항의개 수를정의하며, 여기에해당되는요구사항은꼭만족해야하는조건이다. 0 이상 의정수다. each_requirment: RequirementType 형태의변수이며, numrequirement의개수 만큼반복된다. 프린트가능하기위해서어떤요구사항이있는지를정의한다. numrequirement_optinal: 각프린터에서프린트할수있는입력파일의요구 사항의개수를정의하며, 여기에해당되는요구사항은꼭만족해야하는조건이 아니며, 만족하는경우더좋은결과물을얻을수있다. each_requirment_optional: RequirementType 형태의변수이며, numrequirement_optinal 의수만큼반복된다. 프린트가능하기위해서어떤옵션 적인요구사항이있는지를정의한다. 10
7.1.2. RequirementType RequirementType 는실제어떤종류의요구사항인지를명시한다. 이는 7.1.1에기술 된 PrintableRequirement 에서참조되며, 각 8 비트의정보로할당된다. 현재는 5개를정 의하고, 필요에따라추가가능할수있도록 reserved 필드를제공한다. < 표 7-2> 는 RequirementType 의값을정의한다. < 표 7-2> RequirementType의종류 값 0x0 0x1 0x2 0x3 0x4 0x5 요구사항종류 normalconsistency watertight twomanifold selfocculsion oneshell supporter ~ Reserved normalconsistency: 5 장에서정의한페이스노멀의연속성정보를정의하며, 모 든노멀정보는닫힌면의외부로향해야한다. watertight: 입력모델의닫혀있음을정의한다. 아래의 twomanifold를만족하면 입력메시는닫혀있게된다. twomanifold: 입력메시가매니폴드해야하는지를나타내는필드이다. 나머지요구사항만족을위한메시오류수정이용이하게된다. 이경우 selfocculsion: self-occlusion 정보를나타내며, 입력메시내의충돌처리를정 의한다. oneshell: 셀의개수및각쉘간의충돌여부에대한요구사항이다. 11
표준작성공헌자 표준번호 : 이표준의제정 개정및발간을위해아래와같이여러분들이공헌하였습니다. 구분성명위원회및직위 연락처 (E-mail 등) 소속사 표준( 과제) 제안이승욱 디지털콘텐츠프로젝트그룹위원 tajinet@etri.re.kr ETRI 표준초안작성자이승욱표준초안에디터이승욱주상현표준초안검토 디지털콘텐츠프로젝트그룹위원디지털콘텐츠프로젝트그룹위원디지털콘텐츠프로젝트그룹의장외프로젝트그룹위원 tajinet@etri.re.kr tajinet@etri.re.kr joos@etri.re.kr ETRI ETRI ETRI 표준안심의 박승민 소프트웨어 / 콘텐츠 기술위원회의장 외기술위원회위원 minpark@etri.re.kr ETRI 사무국담당 김영화부장 ykim@tta.or.kr TTA 이상호선임 sangho.lee@tta.or.kr TTA 12
정보통신단체표준( 국문표준) 3D 프린팅모델의출력검증을위한요구사항 (A Requirement on the Print-out Verification of the 3D Model) 발행인 발행처 : : 발행일 : 2015.06. 한국정보통신기술협회회장 한국정보통신기술협회 463-824, 경기도성남시분당구분당로 47 Tel : 031-724-0114, Fax : 031-724-0109