[3D] 프린터운용기능사 필기 정리-두번째

공차

공차에는 여러 가지 종류가 있습니다. 그중에서 일반적으로 공차라는 것은 기계 부품 등을 제작할 때 설계상 정해진 치수에 대해 실용상 허용되는 범위의 오차를 말합니다. 그 밖에도 치수 공차는 기준 치수에서 큰 쪽과 작은 쪽의 오차 범위를 주어 가공하는 것을 말하며, 일반 공차라고도 합니다. 허용 공차는 기계 부품 등을 제작할 때 설계상 정해진 치수에 대해 실용상 허용되는 범위의 오차, 변화량을 말합니다. 공차에는 끼워 맞춤 상태에 따른 종류가 있는데요. 제일 먼저 헐거운 끼워 맞춤에 대해 알아보도록 하겠습니다. 헐거운 끼워 맞춤은 구멍과 축이 결합할 때 구멍 지름보다 축 지름이 작으면 틈새가 생겨서 헐겁게 끼워서 맞추어진 것을 말합니다. 제품의 구멍과 축이 결합한 상태에서 헐겁게 결합하는 것을 말합니다. 그다음으로는 중간 끼워 맞춤이 있습니다. 구멍과 축의 주어진 공차에 따라 틈새가 생길 수도 있고, 죈 새가 생길 수도 있도록 구멍과 축에 공차를 준 것을 말합니다. 억지 끼워 맞춤은 구멍과 축이 주어진 허용 한계 치수 범위 내에서 구멍이 최소, 축이 최대일 때도 죈 새가 생기고, 구멍이 최대, 축이 최소일 때도 죈 새가 생기는 끼워 맞춤을 억지 끼워 맞춤이라 하며, 어떤 경우든 항상 죈 새가 생기는 끼워 맞춤을 말합니다. 여기서 말하는 틈새는 구멍의 치수가 축의 치수보다 클 때, 구멍과 축과의 치수의 차이를 말하고, 죔세는 구멍의 치수가 축의 치수보다 작을 때, 조립 전의 구멍과 축과의 치수 차이를 말합니다.

스캐너란?

측정 대상으로부터 특정 정보(문자, 모양, 크기, 위치 등) 얻어내는 것을 말합니다. 3차원 스캐닝은 측정 대상으로부터 3차원 좌표 즉 X, Y, Z값을 읽어내는 일련의 과정이며, 기본적으로 측정 대상물의 준비단계, 3차원 좌표를 다양한 측정 방식으로 추출하여 점 군(Point Cloud)을 생성하는 단계, 3차원 모델로 재구성하는 최종 단계를 말합니다. 3D 스캐너의 원리는 3차원 제품을 컴퓨터에서 사용하는 3차원 파일로 변환해주는 장치로 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있습니다.

 

접촉식 3D 스캐너 특징

• 주로 터치 프로브를 이용해서 측정하며, 3차원 측정기 또는 CMM이라고도 부릅니다.
• 접촉식 방법으로 측정이 가능한 경우에 쓰입니다.
• 측정 대상물이 투명한 경우, 거울과 같은 전반사가 일어나는 단단한 측정 물의 경우입니다.
• 터치 프로브가 들어갈 수 없는 형상의 경우 측정 불가합니다.

 

비접촉식 스캐너

주로 레이저 또는 광학식을 이용해서 스캔하는 것을 말합니다. 대부분의 3차원 스캐닝은 비접촉식 방법을 사용합니다. 접촉식 방법을 쓸 수 없는 경우, 측정 대상물의 외관이 복잡한 경우, 접촉 시 피 측정 물이 쉽게 변형되는 경우입니다.

 

레이저 방식 스캐너 : TOF와 삼각측량으로 나뉨

TOF 방식은 펄스 레이저를 사용하며 레이저의 펄스가 레이저 헤드를 출발해서 측정 대상을 맞히고 반사하여 돌아오는 시간을 측정해서 거리를 계산하는 방식을 말합니다. 점 방식으로 측정하여 피 측정 물을 둘러싼 외관을 스캔해야 한다. 장점으로는 먼 거리의 대형 구조물 측정이 가능하다는 것이고 단점으로는 측정 정밀도가 낮다는 것입니다. 삼각 측량법은 두 개의 카메라와 하나의 광원을 이용해 만나는 점에서 사인법칙을 이용하여 거리를 측정하는 방법을 말합니다.

 

광학식 스캐너

• 변조 광과 백색광(패턴, 삼각측량)으로 나뉨
• 광학식 스캔 과정
  스캐닝 준비 -> 스캐닝 설정 -> 스캐닝 실시 -> 스캐닝 보정 -> 저장

변조 광 방식

물체 표면에 지속해서 주파수가 다른 빛을 쏘고 수신 광부에서 이 빛을 받을 때 주파수의 차이를 검출해 거릿값을 구해내는 방식입니다.

백색광 방식(패턴)

여러 패턴을 주사하고 패턴의 변형 형태를 파악해 3D 형상 파악. 이때 패턴을 구성하는 화소의 깊이 값은 광 삼각법을 이용하여 측정합니다.

 

스캐닝 준비

측정 대상물에 대한 표면 처리를 준비하며 스캐닝 가능 여부 및 대체 스캐너 선정합니다.

 

광학식으로 작업할 경우 제품표면 상태에 따라 스캔이 안되는 경우가 있습니다.

1. 투명하거나, 광택이 있거나, 거울 표면의 경우 스캔이 잘 안 됩니다.
2. 기종에 따라 검은색이 스캔이 안 되는 경우도 있습니다.
3. 기종에 따라 스캔이 가능한 크기인지 확인합니다.
4. 스캐닝 설정
   기종에 따라 원점 설정(대부분 자동 원점)
   조도 조절(너무 밝을 경우 스캔 안 됩니다.)
   측정범위 설정
   스캐닝 간격 및 속도 조절 -> 해상도와 연관

조도 

측정 방식에 따라 주변 밝기인 조도를 조절해야 합니다. 레이저 방식, 광 패턴 방식 모두 빛이 너무 밝은 경우, 표면에 투사된 레이저가 카메라에 잘 측정되지 않으므로 직사광선을 피해야 합니다. 빛이 너무 어두울 경우, 카메라에 들어오는 빛의 양이 감소하여 측정이 잘되지 않기에 주변 밝기 조절로 스캐너에서 요구하는 조도를 맞추고 카메라 설정을 통해 노출 정도를 제어해야 합니다.

 

 

스캐닝 실시(데이터 획득)

일단 스캔 데이터를 보정하기 위해서는 스캐너가 어떤 데이터로 정보를 얻는지를 알아야 하며, 스캐너마다 고유의 방법으로 데이터를 모읍니다. 이때 대부분의 스캐너는 대상의 각각의 점의 데이터를 모으게 됩니다. 이런 점들의 모임을 점 군(Point Cloud)이라고 부릅니다.

 

정합

스캔의 경우 한 번에 데이터를 받으면 가장 좋지만, 보통은 여러 번을 찍은 다음 합치는 작업을 정합이라고 합니다. 일부 스캐너에서는 align이라고도 합니다. 해당 작업을 쉽게 하기 위해서 보통 정합용 마커 또는 정합용 볼을 붙이는 데 정합용 마커는 보통 검은색과 흰색으로 된 동그란 스티커를 사용합니다. 그 외 스캔 제품 형태를 이용해서 정합할 수도 있습니다.

 

 

병합

정합하고 나면 똑같은 부분은 겹치게 됩니다. 이때 겹쳐서 중복되는 데이터를 합치는 과정을 병합이라고 합니다. 이 과정을 통해 불필요한 데이터를 많이 줄일 수 있습니다.

 

데이터클리닝(노이즈 제거)

스캔하다 보면 내가 원하지 않은 부분이 같이 스캔 되는 경우가 있는데, 이때 바닥이나 고정하고 있던 지그나 먼지 등이 같이 스캔 될 수 있습니다. 이런 부분을 제거해주는 과정이 데이터클리닝 과정이라고 합니다.

 

페어링

점 군 데이터를 메시 파일로 변환하는 작업을 말합니다. 스캐너에 따라 구멍이나 스캔이 제대로 안 된 부분을 자동으로 보정해 주는 기능이 있는 스캐너도 있습니다. 보통 유선형으로 보정합니다.

 

STL : 3D프린팅에서 가장 일반적으로 사용하는 파일 포맷으로 수많은 삼각형으로 이루어진 포맷입니다.

IGES : CAD 데이터에 대한 최초의 표준 포맷으로 형상 데이터를 나타내는 엔티티로 이루어져 있습니다.

STEP(STP) : 2차원 도면이나 3차원 데이터를 표현하기 위한 형식으로 ISO에서 제작하였으며 주로 3D CAD 데이터를 표현하는 데 주로 사용합니다. IGES의 단점을 극복하기 위해 가장 최근에 개발된 표준 포맷을 말합니다.

XYZ : 가장 단순한 포맷으로 각 점에 대한 좌푯값인 XYZ 값을 포함하고 있습니다.

OBJ : Wavefront에서 개발한 포맷을 말하며, 3D 모델 데이터의 형식 중 하나로 기하학적 정점, 텍스처 좌표, 정점 법선과 다각형 면들을 포함하고 있습니다.

PLY : 폴리곤 저장 방식으로 스탠퍼드 삼각형 형식입니다.

AMF : XML 기반 적층 제조를 위해 개발된 파일 포맷입니다.

3 MF : 적층 제조를 위해 개발된 파일 포맷으로 재료, 색상 및 기타 정보까지 포함하고 있으며 마이크로소프트 중심으로 한 컨소시엄에서 주도합니다.

 

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