ICT 신기술 3D 프린팅 SW 및서비스동향 이현재정보통신기술진흥센터책임 I. 서론 몇년전만해도세계적으로많은미디어와 Makers 저자인미래학자 Christ Anderson 을비롯한전문가들은 3D 프린터가 PC 처럼가정마다보급될것이며, 산업혁명에버금갈정도로제조업에변화를가져올것이라고전망했었다 [1]. 3D 프린팅이세계각국정부의관심을모으게된배경에는기술적돌파구 (Breakthrough) 의측면보다는정책적인측면이강하며, 미국오바마대통령의 2013 년초국정연설 (State of the Union Address) 이직접적인계기이다. 오바마는 3D 프린팅이제조방식을혁신하여리쇼링 (Reshoring) 을통해미국제조업을부활시킬원동력이라언급하면서, 누구나 3D 프린팅등의제조장비를활용하여혁신을만들어가는공간인제조혁신센터 (Manufacturing Innovation Institute) 를설립하겠다고발표했다 [2]. 정부도 3D 프린팅을기존산업의패러다임을변화시켜제조업혁신및창조경제신시장을창출할핵심기술로인지하여 2014 년 4 월에 3D 프린팅산업발전전략 ( 안 ) 을발표하고, 후속으로 2014 년 12 월에 3D 프린팅전략기술로드맵 을미래부 산업부공동으로수립했다. 여기서는 3D 프린팅전략기술로드맵의기술분류에따른 3D 프린팅 SW 및서비스의동향에알아보고자한다. II. 3D 프린팅개념과 SW 유형 3D 프린팅은디지털디자인데이터를이용소재를적층 ( 積層 ) 하여 3 차원물체를제조하는프로세스로정의한다. 재료를자르거나깎아생산하는 CNC 와같은절삭가공 (Subtractive Manufacturing: SM) 과대비되는개념으로공식용어는적층제조 (Additive Manufacturing: AM), 쾌속조형 (Rapid Prototyping: RP) 를사용한다. * 본내용은이현재책임 ( 042-612-8145, now2@iitp.kr) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITP 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 정보통신기술진흥센터 15
주간기술동향 2016. 9. 21. < 자료 > 3D 프린팅의핵심, 소프트웨어 [3] 활용, 재구성 [ 그림 1] 3D 프린팅 SW 유형 3D 프린팅전략기술로드맵 에서는 3D 프린팅을크게장비, 소재, 소프트웨어 3 가지핵심기술로분류하여요소기술을도출하였다. 실제 3D 프린터를통한물체의출력에는아이디어수립후 3D 모델링데이터생성, 3D 프린터전송을위한데이터변환등일련의 SW 를활용한과정이필수이다. 아이디어수립, 디지털모델링 (Digital Modeling) 후 STL 파일생성, G-code 변환, 실물프린팅순서의 3D 프린팅과정이일반적인방식이며, 추가적으로후처리공정도필요하고경우에따라서는중간과정을일괄처리하는방식도있다. 아이디어의 3D 모델링을위해서는 CAD 또는모델링 SW 활용, 3D 스캐너사용, 3D 데이터유통플랫폼및검색엔진에서의다운로드등여러경로를통한 3 차원정보구성이필요하다. 3 차원정보는표준포맷이라할수있는 STL 파일로변환되어야하고, 이를다시슬라이서 (Slicer) 를활용하여 3D 프린터가이해할수있는 G-code 로변환한후 3D 프린터로전송하여실제프린터가동작하도록한다. 또한, 3D 프린터를제어하기위해서도관련제어 SW 가필요하다. 3D 프린터와 PC 를서로연동하기위해호스트 (Host) 프로그램을사용해야하며, 3D 프린터를네트워크에연결하여원격지에서온라인으로제어할수있다. 대표적 3D 프린터업체들은자체개발 SW 를주로사용하고있으나, 개인용프린터등저가의소형프린터나개인의 DIY 프린터는오픈소스를많이사용한다 [3]. 16 www.iitp.kr
ICT 신기술 III. 3D 프린팅 SW 및서비스기술동향 1. 생성 / 획득기술 3D 프린터로물체를출력하기위해서설계도면이라할수있는 3D 모델링파일이필요하며, 이를위해서는실물을기반으로데이터를획득하는방법으로구조광 (Structure Light), ToF(Timeof-Flight) 방식등의심도 (Depth) 센서, 이미지등으로스캔하는방법이있다. 모바일디바이스에상황정보와사용자의도를파악하기위한마이크, 온도, 가속도, 자이로, 압력, 지자기등센서와이를저전력으로관리하는코-프로세스가임베디드되고있다. 이러한다양한센서를활용하면일반인도모바일환경에서도다양한환경에서쉽고빠르게스캐닝이가능할전망이다 [4]. 구글은스마트폰을들고방을한바퀴돌면스마트폰이방모양을 3D 로인식하게된다는의미의 Project Tango[5] 를통해 3D 심도센서를내장한스마트폰, 태블릿, 앱을개발하였고, 레노버는 MWC 2016 에서이를적용한 Phab 2 Pro 를시연하였다 [6]. 인텔도유사한 RealSense 와이를활용한융합현실 (Merged Reality) 을위한 Project Alloy 를 IDF( 인텔개발자포럼 ) 2016 에서발표하였다. RealSense 는일반카메라과적외선카메라, 적외선프로젝터등을조합하여피사체전면에서반사되어오는적외선을감지해 3 차원으로인식하여스냅샷을통해피사체의실물크기를측정하는방식이다 [7]. [ 그림 2] Google Tango Table [ 그림 3] Lenovo Phab 2 Pro [ 그림 4] Intel RealSense MS 의 Kinect 1, Occipital 의 Structure Sensor 의센서로널리쓰이고있는 PrimeSense 사 3D 스 캐닝용핵심모듈은적외선 (IR) 레이저프로젝트광원, 적외선이미지센서, 제어시스템등으로 [ 그림 5] Occipital Structure Sensor [ 그림 6] itseez3d [ 그림 7] isense 정보통신기술진흥센터 17
주간기술동향 2016. 9. 21. 구성하여출시하였고, 2013 년말애플에인수되었다. Occipital 은 2013 년크라우드펀딩서비스인 Kickstarter 를통해런칭한모바일단말에부착할수있는적외선심도센서액세서리인 Structure Sensor 및 SDK 를판매중이며 [8], 이를이용하는 itseez3d[9], 3D Systems 의 isense[10] 와같은모바일앱이있다. Stratasys 로인수된 MakerBot 의 Digitizer 는데스크탑 3D 스캐너로턴테이블에서물체가회전할때연속으로빠르게촬영하여물체의 3D 모델을생성한다. 카메라가일련의사진을찍는동안양쪽모서리에장착된레이저가선을그리면, MakerWare 로사진을결합하여포인트클라우드를생성한다 [11]. Eora 3D 는스마트폰과연결하여사물을스캐닝하는방식으로녹색레이저로 5 분에 800 만개지점을스캔하여깊이감이있는이미지를스마트폰화면에보여주며, 최대 1m 크기의물체까지스캔이가능하다. Scandy Pro 는안드로이드폰에 ToF 센서가달린장치를부착하여사물을측정하는방식으로, 측정가능한범위는 1m 3 에약 ±1mm 오차로비교적정밀도가높은편이며, 스캔작업후바로디바이스에서편집이가능하다 [12]. [ 그림 8] MakerBot Digitizer [ 그림 9] Eora3D [ 그림 10] Scandy Pro 이미지를이용한사진측량법 (Photogrammetry) 방식의기술도있다. Photoscan 은정지화면에서 3D 콘텐츠제작을위한목적으로여러방향에서사진을찍어형태를만든다 [13]. Autodesk 의 123D Catch 는스마트폰의카메라로각도를변경하면서찍힌사진의차이에서 3D 데이터를추출하는방식으로카메라사진을찍어서서버로파일을보내면, 서버에서렌더링하여 3D 데이터파일로변환하여전송해주는방식이다 [14]. Seene 은카메라기능만으로입체감있는 3D 사 [ 그림 11] Photoscan [ 그림 12] 123D Catch [ 그림 13] Seene 18 www.iitp.kr
ICT 신기술 진을촬영할수있으며, 피사체를화면중앙에놓고구도만상하좌우로조금씩변경하면제작가능하고, 앱에내장된유틸리티는 3D 장면도제작할수있어 VR 기기인카드보드 (Cardboard) 로확인가능하다 [15]. 3D 모델검색엔진을통해원하는정확한모델링파일을찾거나, 유사한파일을찾아원하는모델로수정할수있다. Yeggi 는 3D 프린팅이가능한 3D 모델만검색해주는 3D 프린팅에특화된검색엔진으로, 2016 년 8 월기준 95 만개의방대한모델링파일을보유중이다 [16]. Yobi3D 는구글검색창과같이화면과별도의로그인없이나열되는검색결과의통일성이장점으로, 웹상에서 Wireframe, Solid, VR 등 3D 미리보기와출력결과를제공한다 [17]. 3Dshap.es 는파일을 Drag&Drop 방식과검색조건을이용한방식으로검색이가능하고, 검색결과특정모델을선택하면유사한모델들이나열되어쉽게비교할수있다 [18]. 그외 Pinshape, MyMiniFactory, GrabCAD, CGTrader, TurboSquid 등의검색엔진도존재한다. [ 그림 14] Yeggi [ 그림 15] Yobi [ 그림 16] 3Dshap.es 2. 저작 / 편집기술저작 / 편집도구는전통적으로 Maya 같은전문모델러와 AutoCAD 같은 CAD 로데스크탑환경에서저작하는방식과모바일디바이스보급에따른모바일환경에서저작하는방식이있다. 모바일버전은주로데스크탑버전에서일부기능에대해사용자접근성향상과협업을위한목적으로포팅되었다. [ 그림 17] 123D Design [ 그림 18] Spacedraw [ 그림 19] SubDivFormer 정보통신기술진흥센터 19
주간기술동향 2016. 9. 21. [ 표 1] 3D 모델링및 CAD SW 명칭개발사수준가격비고 123D Creature Autodesk 초급자 프리미엄 (Freemium) 3ds Max Autodesk 전문가 $3,675 Maya Autodesk 전문가 $3,675 123D Sculpt Cubify Sculpt SculptGL 123D Design Autodesk 초급자 프리미엄 (Freemium) 3D Systems 중급자 99 Stephane Ginier Autodesk 중급자 초급자 무료 프리미엄 (Freemium) 3DSlash 3DSlash 초급자무료 3DTin Lagoa 초급자무료 CubeTeam Otherlab 초급자무료 Cubify Invent FreeCAD Rhino 3D SketchUp Solidworks 3D Systems FreeCAD Community Robert McNeel Trimble Navigation Dassault Systèmes 초급자중급자 중급자 중급자전문가 초급자중급자 중급자전문가 TinkerCAD Autodesk 초급자 39 ($49) 무료 995 무료 ~ 378 $3,995 프리미엄 (Freemium) < 자료 > 3D Printing for Beginner, http://3dprintingforbeginners.com/software-tools/ 인용 3D 캐릭터를쉽게생성할수있는 ios 앱. 물체를디자인후텍스처추가전에디테일한특징을표시가능. 2D/3D 모델과 3D 프린팅으로실물을출력가능 게임, 영화, 모션그래픽등광범위한모델링, 애니메이션, 시뮬레이션, 렌더링솔루션 광범위한 3D 애니메이션, 모델링, 시뮬레이션, 렌더링을지원하는 3D 그래픽소프트웨어. 게임, 애니메이션, TV 시리즈등인터랙티브 3D 프로그램제작과시각효과에사용 점토를모델링하듯손가락접촉식모델링 ios 앱 가상의점토를조각하는모델링툴. Mash-up 기능과 3D 프린팅을위한 STL 파일로 export 가능 중간자수준에적합한웹기반의 3D 조각방식프로그램. 개인 3D 프린터를소유하면누구나 STL 파일을 export 허용 강력하지만심플한 3D 생성도구로무료버전도대부분의기능을사용가능 무료로모든연령대의비디자이너를위한재미와속도를잡은 3D 모델링앱 초보자대상의쉽고직관적인무료브라우저기반 3D 모델링도구. 사용자계정을생성후 Creative Commons 3D models 저장소에액세스가능 다중사용자 3D 페인팅및모델링프로그램. 무료이며웹브라우저에서실행할수있는강력한편집도구 사용자가빠르게 3D 프린팅이가능한파일을생성하는것을지원하는배우기쉬운 3D 모델링도구. 윈도에서만실행할수있는무료튜터리얼을제공하는소프트웨어 제품디자인과엔지니어링을위한파리메트릭 3D 모델러. 다양한기능과고급사용자에적합 산업디자인, 아키텍처, 보석공예, CAD/CAM, RP( 쾌속조형 ) 에사용되는 NURBS 기반의 3D 모델링소프트웨어 건축, 인테리어, 토목 / 기계공학등에사용되는 3D 모델링프로그램. 강력하지만사용하기쉬운인터페이스는 3D 모델링초보자에게적합 엔지니어와디자이너에게널리사용되는 3D 기계 CAD. 시뮬레이션, 모션, 설계검증, 와이어 / 파이프라우팅기능 초보자를위한브라우저기반 3D 모델링프로그램. 온라인에저장과공유가능. STL 파일을 3D 프린터로보내출력하거나 3D 프린팅서비스로전송가능 20 www.iitp.kr
ICT 신기술 특정플랫폼에종속되지않고 WebGL 등 3D 까지지원하는장점을이용한웹기반의저작도구들도있다. Onshape 는고급사용자및전문가를위한 3D CAD 인 Solidwork 개발자들과웹, 데이터보안등의전문가들이모여개발한클라우드기반의 3D CAD 로데스크탑과모바일웹브라우저모두를지원한다. 또한, 실시간으로다자간협업이가능하며, 파일의저장 / 관리의편리성과호환성은 Full-Cloud 기반의장점이다 [19]. Autodesk 의 TinkerCAD 는특히 3D 프린팅을위한 3D 모델링에최적화된웹기반의 CAD 로복잡하고어려운 CAD 를쉽게사용하여저작할수있다. WebGL 을지원하는웹브라우저에서작동하므로별도의설치가필요없으며, 카툰같은심플한인터페이스로튜터리얼방식을채택하여초보자도쉽게익힐수있어교육용으로많이사용된다 [20]. Leopoly 는웹기반소셜 3D 조각방식프로그램으로생성된모델들을커뮤니티에서공유가가능하다 [21]. [ 그림 20] Onshape [ 그림 21] TinkerCAD [ 그림 22] Leopoly 3. 검증 / 보정기술일반인이최종출력물을예상하여 3D 객체를설계 / 저작하기어려우므로, 이를감안하여최종 3D 프린팅결과를출력전에시뮬레이션하여오류를사용자에게피드백할수있는방법의개발이필요하다. 3D 프린터출력을위한 3D 데이터의검사및보정 (repairing) 이필요하며, Eco 출력을위한최적지지대 (supporter) 생성기술은소재의소모를줄이기위해필요한기술이다. Autodesk 의 MeshMixer 는모델링된 3D 파일을보정할수있는소프트웨어로메시표면을조정할수있으며오브젝트를자르거나, 채우거나두께를줄때에도사용이가능하다. Analysis 를지원하기때문에모델데이터의무게중심과중력에의한균열가능성등을미리파악할수있어출력성공에가장문제가되는지면에서떨어져서공중에돌출된부분에지지대를생성할때보다정교하고효율적인지지대생성기능을지원한다 [22]. Netfabb 도 3D 프린터로출력하기위한 3D 데이터의상태측정과 STL 파일의검증, 수정, 편집등을수행해주는소프트웨어다. 메시구조에문제가있는부분을자동으로수정해주고, 출력물의크기가 3D 프린터에서지원 정보통신기술진흥센터 21
주간기술동향 2016. 9. 21. 하는크기를초과할경우지원크기에맞게분할하여재배치하는기능도지원한다 [23]. MeshLab 은오픈소스로개발된무료 3D 메시편집소프트웨어로 3D 프린팅에적합하도록보정하거나 Wireframe 을확인하는용도로많이사용된다. 지원하는파일포맷또한다양하기때문에파일포맷변환용도로사용한다 [24]. [ 그림 23] MeshMixer [ 그림 24] netfabb [ 그림 25] MeshLab 4. 응용서비스및비즈니스모델응용서비스는국내의경우 3D 프린터장비업체중심으로자사의홈페이지에 Walled garden 형태로운영중이다. 국내에이팀벤처스의쉐이프엔진 (ShapeEngine) 은 3D 프린터를소유하지않는이용자가소유자의미사용시간을활용하여 3D 프린팅할수있도록연결하는온라인 3D 프린터공유플랫폼서비스를시작하였다. 반면, 국외의경우는 3D 프린팅서비스와관련한비즈니스모델들이생겨나고있다. 3D 프린팅서비스제공업체들의견적을자동으로비교해주는 3D printler, All3DP 등과같은서비스들도생겨나고있다. 3D Printing Price Check 는웹사이트를통해 3D 모델파일을업로드하거나수치를직접입력하면소재, 크기, 품질에따라 3D 프린팅서비스에대한 140 가지정도의가격을비교하여자동제시해준다 [25]. 100 대이상의 FDM 3D 프린터만으로서비스를제공하는 Voodoo Manufacturing[26] 등프린팅서비스업체수와제공서비스는점점확장중이며, Flydea 는단순재질, 크기, 입력후가격을산정해주는방식을제공한다 [27]. [ 그림 26] 3D Printing Price Check [ 그림 27] Voodoo Manufacturing [ 그림 28] Flydea 22 www.iitp.kr
ICT 신기술 3D 프린팅프로세스에서비즈니스모델을찾는업체들이있다. 아직까지데스크탑 3D 프린터는사용자가 CAD 를통해 STL 파일로 export 시킨후슬라이서로 G-code 를생성하여 SD 카드등의메모리에저장하여 3D 프린터슬롯에삽입하여출력하는방식이다. 데스크탑 3D 프린터에도사용자의손이많이가는프로세스를버리고자동화로처리하는방식을지원하는업체들이등장하고있다. MatterHackers 는 3D 프린터와 PC 를연결해놓으면편하게제어하고관리할수있는오픈소스 MatterContro 를선보인후 Matter Control Touch 라는태블릿기기를출시하였다. 이기기는 3D 프린터와 USB 로연결시켜놓으면 PC 없이태블릿으로파일을다운받아슬라이싱후바로출력이가능하고카메라를통해원거리의다른모바일기기에서작업상황을확인할수있고완료되면사진을포함한문자 / 이메일알람을받을수있다. 3D Printer OS 는다양한종류의 3D 프린터를지원하는개방형 3D 프린팅클라우드기반 OS 로 3D 프린터와컴퓨터를연결하여파일분석, 보정, 슬라이싱, 간단한편집을포함한 3D 프린팅프로세스를한번에관리할수있다. [ 그림 29] OctoPrint [ 그림 30] AstroPrint [ 그림 31] Printr OctoPrint 는 AGPL 라이센스오픈소스로모바일에서원격제어및모니터링이가능하나 Github 에공개된오픈소스인만큼 Raspberry Pi 를이용하여 OctoPi 를만들어 SW 설치부터 3D 프린팅에연결하는과정이필요하다 [28]. AstroPrint 는 OctoPrint 와유사하나좀더쉽고편하게업그레이드하여제품화한것으로, 기능은유사하나 AstroBox 만구매하면편하게설치하여바로사용이가능하다 [29]. Printr 는 3D 프린터를제어하기위한 The Element 라는장치를판매중이며, OTA(Over The Air), P&P(Plug & Print), 원격제어및모니터링을지원한다. 또한, Formide 라는클라우드를통해 3D 프린터를관리, 제어, 모니터링할수있는솔루션을제공한다 [30]. IV. 결론및시사점 3D 프린팅은인공지능, 사물인터넷, 자율주행자동차, AR/VR 등과함께미래유망기술의대 정보통신기술진흥센터 23
주간기술동향 2016. 9. 21. 명사중하나로주목받고있다. 의상 신발 음식 건축 인체장기 약품 4D 프린팅등에관한뉴스가국내외매체를통해서자주소개되는등업계에서는 3D 프린팅기술에대한장미빛미래를그리고있다. 하지만, 원천기술을보유한대표적인해외 3D 프린터제조사 Stratasys, 3D Systems 의주가가 2014 년대비하락한추이를살펴보면 3D 프린팅에대한시장전망이밝지만은않다는사실을알수있다. 3D 프린팅에대한비관론도경계해야할것이지만, 지나친낙관론을지양하고 3D 프린팅에대한잠재력을객관적으로평가해봐야할시점이다. [ 참고문헌 ] [1] 최병삼외, 신기술발전에따른산업지형의변화전망과대응전략 (3D 프린팅 ), 2015. 12. 30, p.2. [2] Remarks by the President in the State of the Union Address, https://www.whitehouse.gov/thepress-office/2013/02/12/remarks-president-state-union-address [3] 3D 프린팅의핵심, 소프트웨어, 정보통신기술진흥센터, 주간기술동향, 2014. 11. 19, p.33. [4] 모바일용 3 차원공간스캐너기술동향, 정보통신기술진흥센터, 주간기술동향, 2014. 12. 24, p.15. [5] Google Tango Project, https://get.google.com/tango/ [6] Lenovo Phab 2 Pro, http://shopap.lenovo.com/kr/ko/tango/#intro [7] Intel RealSense, http://www.intel.co.kr/content/www/kr/ko/learn/whats-new/realsense-camera.html [8] Structure Sensor, http://structure.io/ [9] itseez3d, http://itseez3d.com/ [10] isense, http://ko.3dsystems.com/shop/isense/ [11] MakerBot Digitizer, http://makerbot3d.asia/kr-makerbot-digitizer.html/ [12] Scandy, https://www.scandy.co [13] Agisoft, http://www.agisoft.com/community/showcase/ [14] Autodesk 123D, http://www.123dapp.com/ [15] Seene, https://seene.co/ [16] Yeggi Search Engine for 3D printable Models, http://www.yeggi.com/ [17] Yobi3D, https://www.yobi3d.com/ [18] 3DShap.es, https://3dshap.es/ [19] Onshape, https://www.onshape.com/ [20] Tinkercad, https://www.tinkercad.com/ [21] Leopoly, http://leopoly.com/ [22] Autodesk Meshmixer, http://www.meshmixer.com/ [23] Autodesk Netfabb, https://www.netfabb.com/ [24] MeshLab, http://meshlab.sourceforge.net/ [25] 3D Printing Price Check, http://www.3dprintingpricecheck.com/ [26] Voodoo Manufacturing, https://www.voodoomfg.com/ [27] Flydea, http://www.flydea.co.kr/ [28] OctoPrint, http://octoprint.org/ [29] AstroPrint, https://www.astroprint.com/ [30] Printr, https://printr.nl/ 24 www.iitp.kr