3D 프린팅 소프트웨어

Meshmixer(메쉬믹서) : 메쉬믹서는 삼각형의 덩어리 메쉬를 드래그, 드랍으로 기존에 형상에 더해서 형상을 더 커지게 하는 기능이 핵심이다. 기존 형상에 메쉬를 추가할 때 불린 방식이 적용된다. 메쉬의 촘촘한 정도를 조정하거나, 메쉬를 구성하는 삼각형의 개수를 줄이거나. 삼각형들을 특정 축 방향으로 늘리는 메쉬 편집 기능이 있다. 메쉬를 구성하는 삼각형의 개수를 늘려서 메쉬의 형상을 부드럽게하는 메쉬 변형 기능도 포함한다. 메쉬를 구성하는 삼각형을 늘이거나, 줄어들게 하면서 마치 조각하는 듯한 기능도 추가되었다. 3D 프린팅을 하기위해서 메쉬는 방수구조가 되어야 한다. 메쉬안에 물을 채운다고 가정했을때 물이 새어나오는 구멍이 없는 구조이다. 이러한 방수 구조를 만들기 위해서 메쉬믹서는 메쉬를 솔리드로 만들어 주는 기능이 있다. 3D 프린터로 출력전에 메쉬의 두께 강도가 약한 부분을 점검해 주는 메쉬 분석도 가능하다. 3D 프리터를 직접 출력하기 위해서 프린터가 지원하는 최대 출력 크기를 볼수 있는 뷰어가 있으며 프린터 제조사에서 제공하는 슬라이서와 연결해서 출력할 수 있다. 메쉬 믹서의 핵심 기능 중의 하나는 서포터 생성이다. 메쉬를 구성하는 삼각형의 법선벡터와 지면에 수직으로 아래 방향의 벡터가 이루는 각도를 계산해서 0도에 가까울수록 서포터가 필요 없으며 90도에 가까울수록 오버행이 필요하다. 토끼 형상의 붉은 지점이 바로 서포터가 필요한 부분이다. 메쉬 믹서의 서포터의 특징 중에 하나는 서포터 형상인데 나뭇가지와 같은 형태이다. 이와 같은 방식은 서포터의 출력 시간과 재료 절감의 이점이 있다. 아래 그림은 메쉬믹서와 타사 프로그램으로 서포터를 만들어서 출력한 예제이다. 그림 왼쪽 토끼 예제의 왼쪽은 메쉬 믹서이고 오른쪽은 타사 프로그램을 써서 출력했다. 출력시간은 메쉬 믹서 방식이 1시간 정도 빠르고 출력된 양도 절감된 것을 볼 수 있다.

 

within(윗인) : 격자구조로 모델의 내부를 만드는 소프트웨어이다. 내부를 구성하는 격자의 간격, 밀도, 두께를 조절하여 내부 영역마다 다른 하중을 지지할수 있고 탄성을 가지는 구조로 만들 수 있으며 특정영역을 비어있게 만들 수 있다. 경량화가 가능하고 열교환이 빠르게 일어날 수 있는 히터, 엔진부품에 적용가능하다. 오토테스크는 윗인을 인수하였고 제조분야는 또 다른 인수 회사인 Netfabb이 담당하고 윗인이 의료 분야를 담당하는 전략을 쓰고 있다.

 

Netfabb(네펩) : 네펩은 3D 프린팅을 위한 최종 출력 공정을 담당하는 소프트웨어이다. 모델의 내부의 벽체 두께를 조절할 수 있고 불린을 이용한 형상 편집이 된다. 출력될 모델을 프린터 베드에 최대한 빈 공간 없이 배치하는 기능도 제공하다. 윗인과 유사한 격자 기반의 인필도 가능하다. 출력 전에 3D 프린팅 시뮬레이션도 지원하여 출력될때 접한 재질의 온도와 형상 변형을 예측해 볼 수 있다. 스마트팩토리는 공장 내에 센서를 설치하고 센서에서 획득한 데이터를 바탕으로 공정을 자동화하고 최적화한다. 오토데스크는 스마트팩토리를 구축하기 위해 필요한 소프트웨어 제품군을 선별하여 포트폴리오를 구성하였다. 스마트팩토리에서 3D 프린팅은 인력 최소화, 공정 자동화, 다품종 대량생산을 담당할수 있다. 3D 프린팅 관련 소프트웨어는 Inventer, AutoCAD, Netfabb, Within이다.

 

■ Adobe 포토샵 : 전통적으로 사진 관련 포토샵 프로그램을 공급하던 회사였다. 포토샵(Photoshop CC)의 기능 중에 3D 프린팅 관련 기능을 추가하였다. STL, OBJ 파일을 불러올수 있고, 서포터를 생성할 수 있다. 다른 3D 모델링 소프트웨어와 같이 모델에 텍스와 색상을 입힐 수 있다. 디자인이 완료된 모델은 쉐이트웨이즈와 같은 3D 프린팅 서비스를 제공하는 회사에 출력을 의뢰할 수 있는 API가 연동되어 있다. 사진과 문서관련 소프트웨어에 강점을 가지고 있는 어도비가 3D 프린팅관련 기술을 포토샵이라는 사진 편집 소프트웨어에 포함한건 의외이다. 사진을 이용한 텍스쳐를 모델에 적용하여 컬러 출력에 강점이 예상된다.

 

■ 공개 모델링 소프트웨어

OpenSCAD : OpenSCAD는 스크립트 방식의 모델링 소프트웨어이다. 불린 기능을 지원하며 2D 모델에서 특정 축방향으로 높이를 줘서 3D 형상을 만드는 기능을 제공한다. 기본적인 명령어 함수와 값에 의해서 모델링이 된다. 아래 그림은 OpenSCAD로 모델링하는 예제이다. 객체를 생성하고 함수에 의해서 불린된 객체가 만들어지고 형상의 이동, 회전, 크기 변화도 함수와 값에 의해서 조정된다.

 

Blender(블렌더) : 3D 모델링 소프트웨어이다. 블렌더는 가장 큰 장점은 오픈소스 기반 무료이다. 랜더링 엔진을 탑재하였으며 GPU를 지원하여 빠른 연산처리가 가능하다. 조각방식의 모델링을 지원한다. 파이선 언어를 이용하여 인터페이스를 변경할 수 있고 자신만의 모델링 도구를 만들 수 있다. 개방형 오픈소스의 장점으로 전 세계의 개발자가 자발적으로 블렌더에 연동될 수 있는 플러그인을 개발하여 제공하고 있다. 블렌더의 기능을 이용하여 3D 프린팅에서 발생할 수 있는 오류를 수정할 수 있다. 아래 그림은 모델의 구멍을 메우고 불필요한 데이터를 제거하여 방수구조로 만드는 예제이다. 3D 프린팅을 위한 별도의 플러그인도 제공된다.

 

Sketchup(스케치업) : 스케치업은 3D 모델링 도구이다. 다른 프로그램과 차별화되는 점은 모델링 방식이다. 면을 당기고 미는 push, pull 방식의 모델링 기법을 적용했다. 아래 그림 오른쪽은 push, pull 모델링 예제이다. 바닥면을 그리고 면을 위로 당겨서 빠르게 3D를 만들 수 있다. 스케치업의 장점은 데이터 저장소이다. 사용자가 만들어서 등록한 모델을 다른 사용자가 다운받아서 쓸수 있는 공간을 만들어서 제공한다. 스케치업의 또 다른 강점은 Ruby(루비) 프로그래밍 언어를 지원한다. 루비를 이용하여 스케치업에서 구동되는 별도의 도구, extension(익스텐션)을 만들어서 붙일 수 있다. 그림 아래 왼쪽은 다양한 카테고리의 익스텐션 예제이다. 3D 프린팅을 위한 익스텐션도 보인다. 3D 프린팅 관련 업체에서 익스텐션을 만들어서 등록했다. 모델을 수정하고 출력이 가능하도록 만들어주는 기능을 수행한다.

 

■ 웹 기반 모델러

Vectray(벡터레이) : 벡터레이는 웹브라우저에서 구동되는 모델링 소프트웨어이다. 클라우드에 데이터를 저장할 수 있어 어디서나 접속해서 작업이 가능하다. 모델의 삼각형의 개수를 조절하여 형상의 정밀하게 만들거나 반대로 정밀한 모델의 삼각형 개수를 줄여 형상을 각이 지게 만들 수 있다. stl, obj, svg 파일을 불러오거나 저장할 수 있다. 파라메트릭 디자인을 지원하여 모델의 치수와 모양을 수치를 조정하여 형상을 변경할수 있다. 13개의 플러그인을 지원한다. 지원되는 플러그인을 이용하여 조인트, 바퀴, 캐릭터를 파라메트릭 기반으로 만들 수 있다. 불린 플러그인을 이용하여 새로운 모델을 만들 수 있다. 쉐이프웨이즈 플러그인을 추가해서 모델의 형상 오류를 점검, 수정할수 있으며 출력을 바로 의뢰할 수 있다.

 

nervous systemz(너버스시스템) : 너버스 시스템(nervous system)은 2명의 대학원생이 설립하였으며 반지, 팔찌 등의 장신구와 전등을 제작해서 판매하는 사이트이다. 기존 쇼핑몰 사이트와 다르게 너버스 사이트는 사용자가 직접 디자인에 참여해서 제품을 만들 수 있는 소프트웨어를 제공한다. 제공되는 소프트웨어는 WebGL이라는 그래픽 라이브러리를 이용하여 제작되었다. 웹브라우저에서 구동되며 사용자와 상호반응이 가능한 모델링 환경을 제공한다. 사용자는 디자인하길 원하는 장신구의 종류를 선택할 수 있으며 크기와 반지의 패턴을 수치를 조정하면서 반지의 모양이 바로 변하는 모습을 보면서 반지를 가상으로 만들어 볼 수 있다. 디자인이 완료되면 반지의 재질을 선택하고 가격을 확인한 다음 실제 주문이 가능하다. 쉐이프웨이즈라는 3D 프린팅 출력 대행업체의 API를 연동하여 고객에게 인도되게 하였다. 사용자가 지접 옷을 디자인할 수 있는 모델링 소프트웨어도 개발하였다. 인체 모델 소프트웨어는 Body labs에서 제공된다. 참고로 Body labs는 아마존에 인수되었다. 먼저 본인의 인체 모델을 만든 다음 만들어진 인체 모델에 입힐 옷의 종류의 선택하고 브러시로 옷의 패턴과 옷을 구성하는 삼각형의 밀도를 조정한다. 추가로 옷을 구성하는 삼각형 구조체의 종류를 교체할 수 있으며 형상을 저장할 수 있다. 실험적인 프로젝트이며 출력 서비스는 제공하지 않는다. 이와 같은 구조체가 연결된 형상은 숙련된 출력 전문가가 필요하며 비용도 수천만원 이상의 고가이다. 이외에는 너버스 시스템은 다수의 물리기반 모델링 소프트웨어를 개발하였으며 2006년 설립이래로 현재까지 꾸준히 사업을 확장하고 있다. 국내 3프린팅 업체도 이와 같은 비즈니스 모델을 고려해 볼만하다. 수학과, 물리 기반의 형상 모델링 소프트웨어를 제공하여 사용자가 세상에 1개뿐인 장신구를 만들어 볼 수 있으며 다양한 산업 분야에 응용 가능한 장점도 있다. 너버스 시스템은 이와 같은 모델링 소프트웨어 기술을 확장하여 신발 밑창과 휴대폰케이스, 전등에도 적용하였다.