Artec 3D 스캐닝을 통해 Sketch-to-CAD 작업 흐름 몇 주에서 몇 시간으로 단축

Artec Leo로 3D 스캐닝하는 Kimball International의 Alex Mlsna. 이미지 제공: Kimball International

업계 전반의 엔지니어에게 '원본 CAD 설계 데이터가 없는 경우 어떻게 리버스 엔지니어링을 할 수 있을까요?'는 많이 들어 본 질문이지만 여전히 매우 중요한 질문입니다.

이는 특히 3D 모델링 이전에 만들어져 종이에 스케치한 낙서되거나 분실되기 쉬운 유산 부품의 경우 특히 문제가 됩니다. 세계화로 인해 세계가 점점 더 좁아지면서 제조업체는 원활한 설계 공유가 필수적인 방식으로 많은 부품을 아웃소싱하고 있습니다.

작업장, 건강, 교육 및 접객업용 계약 가구 제조업체인 Kimball International은 최근 이러한 문제가 한꺼번에 겹치면서 제품 출시가 지연될 위험이 있습니다.

이 회사는 의료용 리클라이닝 의자를 설계하는 과정에서 타사에서 제작한 강철 소재의 리클라이닝 레버 어셈블리에 부품을 맞춰야 한다는 사실을 알게 되었습니다. 따라서 팀은 메커니즘의 설계 파일을 사용해야 했고, 공급업체에서 기꺼이 공유해 주었지만 고속 반복에 필요한 3D 설계 데이터가 아닌 PDF 도면 형식으로 제공했습니다.

제품 출시를 늦추지 않는 선에서 메커니즘을 정확하게 디지털화하려면 한 차원 높은 수준의 정밀도, 속도, 유연성이 필요했습니다. 기존 장비가 작업에 적합하지 않은 상황에서 이 팀은 Artec Leo와 Artec Space Spider를 선택했고 빠르게 투자 수익을 얻었습니다.

Leo를 통해 리드 타임 단축

Kimball International은 처음에는 비용과 시간이 많이 소요되는 마커를 사용하지 않고 제품을 캡처하기 위해 3D 스캐닝을 도입했습니다. 이로 인해 이 회사 팀은 로봇 암에 장착된 레이저 스캐너를 도입했고, 이 스캐너는 사용 가능한 데이터를 캡처했지만 시스템의 고정된 받침대 때문에 움직임이 제한되고 속도가 매우 느렸습니다.

인디애나주 재스퍼의 Kimball International 본사. 이미지 제공: Kimball International

초당 최대 3,500만 개의 데이터 포인트를 캡처할 수 있는 케이블이 전혀 없는 장치인 Artec Leo를 알게 되었을 때, 팀은 즉시 Digitize Designs에 연락하여 업그레이드를 요청했습니다.

Artec의 앰배서더인 Digitize Designs가 Kimball International 팀을 구성한 이후, 이 팀은 뒤돌아보지 않고 모든 디지털화 요구 사항을 Artec 3D 스캐닝으로 충족하고 암 스캐닝을 품질 관리에 도입했습니다. 단순한 속도 향상뿐만 아니라, Leo의 고급 트래킹 기능과 피드백은 의료용 의자를 완전히 캡처하고 모델링하는 데 24시간이 채 걸리지 않는 등 효율성을 높이는 데 핵심적인 역할을 했습니다.

Kimball International 기술 서비스 매니저인 Alex Mlsna는 "Leo의 가장 큰 장점은 추적에서 벗어나도 특징을 다시 인식할 수 있다는 점입니다. 무선이기 때문에 이동하면서 스캔하는 대상을 실시간으로 확인할 수도 있습니다. IP 주소에도 태그를 지정할 수 있어서 더 큰 화면을 통해 Leo의 디스플레이를 볼 수 있습니다."라고 말했습니다.

"처음에는 시연 미팅을 네 번이나 했을 정도로 우리는 무척 까다로웠습니다. 하지만 Artec Leo를 본 후 시장에 나와있는 주요 경쟁품 3개를 쉽게 제쳐둘 수 있었습니다."

Kimball International이 스캔한 의자의 리클라이닝 메커니즘. 이미지 제공: Kimball International

미국 인디애나주에 있는 Kimball International의 작업장에는 다른 수많은 첨단 기술이 집약되어 있기 때문에 디지털화에서 최종 부품의 3D 프린팅으로 화제가 바뀌는 것은 시간문제였습니다.

이를 위해 설계 팀은 최대한 정밀하게 캡처한 데이터가 필요하다는 것을 알았습니다. 그래서 더욱 세밀한 고해상도 데이터 세트를 캡처할 수 있는 계측 등급의 0.05mm 정확도 장치로 3D 모델링 및 선택적 레이저 소결(SLS) 또는 바인더 제트 3D 프린팅에 이상적인 Artec Space Spider도 보유하고 있습니다.

공장 게이지 블록, 고정 장치 및 교체 도구의 3D 프린팅으로 시작한 작업은 이제 Kimball International의 정규 작업 흐름에서 매우 중요한 부분이 되었습니다. 실제로 지금은 내구성과 구조 테스트를 위해 많은 프로토타입을 3D 프린트하고 있으며, 동일한 기술을 사용하여 고객에게 판매되는 최종 제품의 28개 이상의 부품을 제작하고 있습니다.

Mlsna는 "우리는 훨씬 고해상도로 캡처하고 아주 세밀한 디테일까지 얻을 수 있는 무언가가 필요하다는 것을 알았기에 Space Spider를 선택했습니다. 많은 실제 부품을 디지털화하여 수정한 다음 3D 기계로 생산하기 때문에 매우 편리했습니다. 실제로 3D 프린트할 수 없는 것은 많지 않습니다. 어차피 3D 스캐닝을 못한 것은 없습니다."라고 설명했습니다.

Scan-to-CAD에서 가져오기

방금 Leo를 사용했든 Space Spider로 물체를 캡처했든, Kimball International 팀의 스캔 처리 작업 흐름은 Artec Studio에서 클릭 한 번으로 전역 정합을 하면서 시작됩니다. 두 장치 모두에서 스캔한 경우, 이 프로세스를 통해 사용 가능한 최고 해상도 데이터로 만든 놀랍도록 세밀한 메시로 병합할 수 있습니다.

Artec Studio에서의 Kimball 의료용 리클라이닝 의자 스캔. 이미지 제공: Kimball International

이러한 3D 데이터 세트를 미세 조정하기 위해 Mlsna는 이전에 사용자를 대신하여 이상적인 데이터 처리 알고리즘을 선택하는 Artec Studio의 직관적인 Autopilot을 사용했다고 말합니다. 소프트웨어의 미묘한 차이를 이해하게 되면서 점점 더 수동으로 데이터를 처리하고 있지만, 정리가 거의 필요하지 않기 때문에 보통은 메시를 Geomagic Design X로 바로 보냅니다.

그런 다음 고급 리버스 엔지니어링 프로그램의 자동 표면 처리 도구를 사용하여 형상 기반 CAD 모델을 생성하고 (필요한 경우) 3D 프린팅을 위한 STL 파일을 내보낼 수 있습니다. 이전에 Design X를 사용해 본 적이 있지만 Artec 3D 스캐닝을 이렇게 쉽게 작업 흐름에 적용하고 가속화하여 3D 모델링 시간을 60%까지 단축할 수 있다는 사실에 크게 놀랐습니다.

Mlsna는 "Artec Studio는 후처리와 표면 처리 도구에 넣을 수 있도록 메시를 준비하는 작업을 아주 잘 수행합니다. 과거에는 [내보내기 전에] 정리를 해야 하는 경우가 많았지만 지금은 그럴 필요가 없으니 Artec의 기술력은 정말 칭찬할 만합니다."라고 말했습니다.

다음 단계: 제조 셀 모델링?

의료용 리클라이닝 의자 설계를 개발하여 제조하고 시장에 출시한 지금, Kimball의 3D 스캐닝 기반 디지털화 작업 흐름의 다음 단계는 무엇일까요?

Kimball의 완성된 의료용 리클라이닝 의자. 이미지 제공: Kimball International

현재 이 회사는 마케팅 자료에 실제와 같은 3D 표현을 도입하는 등 제품 디지털화 노력을 지속하고 있으며, 워크셀(workcell) 설계라는 새로운 영역으로의 확장도 고려하고 있습니다.  이 프로세스는 인체공학을 평가하는 데 적합하지 않은 2D CAD 레이아웃에 여전히 의존하는 경향이 있기 때문에 Mlsna는 이 분야가 Kimball International에 또 다른 기회라고 생각하고 있습니다.

Mlsna는 "우리는 아직 거기까지 도달하지는 못했지만 더 이상 디지털화만 하는 것이 아니기 때문에 전반적으로 Artec 3D 스캐닝은 출력 측면에서 우리에게 큰 가치가 있습니다. 이제 CAD 파일 관점에서는 존재하지 않는 것을 통해 실제로 제품 엔지니어링을 도울 수 있습니다. 이것이 진정한 리버스 엔지니어링입니다."라고 결론지었습니다.