3D스캐닝 기술은 현실의 물리적 객체를 정밀한 디지털 3차원 데이터로 변환하는 혁신적인 기술입니다. 볼트와 너트 같은 초소형 부품부터 거대한 건축물에 이르기까지, 3D스캐너는 우리 눈앞의 모든 것을 가상 세계에 그대로 복제해냅니다. 하지만 이 과정은 디지털 전환의 시작일 뿐입니다. 진정한 혁신은 이렇게 얻어진 디지털 데이터를 다시 만지고, 분석하고, 개선하여 새로운 가치를 지닌 물리적 형태로 만들어낼 때 완성됩니다.
바로 이 지점에서, 산업용 3D프린팅 기술이 3D스캐닝과 만나 완벽한 시너지를 발휘합니다. 3D스캐닝이 현실을 디지털로 옮기는 ‘눈’이라면, 산업용 3D프린팅은 그 디지털 데이터를 현실로 구현하는 ‘손’의 역할을 합니다. 이 글에서는 다양한 3D스캐닝 기술의 원리와 특징을 살펴보고, 이 기술이 글룩의 산업용 3D프린팅 솔루션과 어떻게 결합하여 리버스 엔지니어링, 품질 검사, 맞춤형 제작 등 제조업의 미래를 열어가고 있는지 알아보겠습니다.
3D스캐너의 분류: 어떻게 현실을 측정하는가?
3차원 스캐너는 측정 방식에 따라 크게 접촉식(Contact)과 비접촉식(Non-contact)으로 구분됩니다. 이 두 방식은 원리와 적용 분야에서 명확한 차이를 보이며, 각각의 장단점을 이해하는 것이 최적의 솔루션을 선택하는 첫걸음입니다.
접촉식 스캐닝 (CMM: 좌표 측정기)
CMM(Coordinate Measuring Machine)은 탐촉자(Probe)를 물체 표면에 직접 접촉시켜 X, Y, Z 좌표를 측정하는 방식입니다.
- 장점: 미크론 단위의 매우 높은 정확도와 정밀도를 자랑하며, 정립된 프로세스를 통해 안정적이고 일관된 결과를 보장합니다. 자동차, 항공우주 등 엄격한 공차 관리가 필수적인 산업에서 수십 년간 표준으로 사용되어 왔습니다.
- 단점: 측정 속도가 매우 느리고, 접촉 시 민감한 부품이 손상될 위험이 있으며, 장비 이동이 불가능하여 별도의 측정실이 필요합니다.
비접촉식 스캐닝
비접촉식은 레이저나 백색광 등 빛을 이용하여 물체를 측정하는 방식으로, 오늘날 산업용 3D프린팅 워크플로우의 핵심을 이룹니다. 자체 광원을 사용하는 능동형(Active)과 주변광을 이용하는 수동형(Passive)으로 나뉘며, 산업계에서는 정밀도와 신뢰도가 높은 능동형 스캐너가 주로 사용됩니다.
주요 비접촉식 3D스캐닝 방식과 산업용 3D프린팅의 연계
비접촉식 스캐닝은 다양한 기술 원리에 따라 여러 방식으로 나뉘며, 각 방식은 산업용 3D프린팅과 결합하여 고유한 가치를 창출합니다.
1. 레이저 삼각측량 (Laser Triangulation)
레이저를 물체에 투사하고, 카메라로 그 변형을 감지하여 삼각측량 원리로 거리를 계산하는 방식입니다.
- 특징: 10μm 이내의 높은 정확도와 빠른 데이터 캡처 속도를 자랑합니다. 중소형 객체 스캔에 적합하며, 가장 보편적으로 사용되는 산업용 스캐닝 기술입니다.
- 산업용 3D프린팅과의 연계:
- 리버스 엔지니어링(Reverse Engineering): 단종된 부품이나 설계 도면이 없는 제품을 정밀하게 스캔하여 3D 모델을 생성한 후, 산업용 3D프린터로 즉시 복제하거나 개선된 형태로 제작할 수 있습니다.
- 품질 검사(Quality Control): 3D프린팅으로 제작된 최종 부품을 스캔하여 원본 CAD 데이터와 비교, 미세한 오차나 변형을 감지하여 품질을 보증하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
2. 구조광 (Structured Light / White Light)
프린지 패턴과 같은 특정 빛 패턴을 물체에 투사하고, 카메라로 그 패턴의 변형을 분석하여 3D 형상을 생성합니다. 최근에는 청색광 LED를 사용한 방식이 표준으로 자리 잡았습니다.
- 특징: 최대 0.05mm의 높은 정확도와 빠른 속도로 복잡하고 유기적인 형태를 고해상도로 스캔하는 데 탁월합니다.
- 산업용 3D프린팅과의 연계:
- 고정밀 맞춤형 제작: 환자 맞춤형 의료기기(보철물, 수술 가이드), 예술품, 문화재 복제 등 미세한 디테일과 곡면이 중요한 대상을 스캔하여 글룩의 고정밀 SLA 3D프린터로 완벽하게 재현할 수 있습니다.
- 디자인 및 프로토타이핑: 수작업으로 만든 디자인 목업(Mock-up)을 정밀하게 스캔하여 디지털 데이터로 변환하고, 이를 기반으로 3D프린팅 시제품을 제작하여 개발 주기를 단축시킵니다.
3. 비행시간 (Time of Flight, ToF / LiDAR)
빛 펄스가 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 방식으로, 라이더(LiDAR)가 대표적입니다.
- 특징: mm~cm 수준의 정밀도를 가지며, 장거리 및 넓은 공간을 실시간으로 스캔하는 데 최적화되어 있습니다.
- 산업용 3D프린팅과의 연계:
- 대형 구조물 및 건축 모델 제작: 공장 설비, 대형 플랜트, 건축 현장 등을 스캔하여 디지털 트윈을 구축하고, 이를 기반으로 축소 모델이나 설치 시뮬레이션을 위한 구조물을 대형 3D프린터로 제작할 수 있습니다.
- 공간 맞춤형 설비 제작: 특정 공간의 데이터를 스캔하여 그곳에 완벽하게 들어맞는 맞춤형 가구나 설비를 3D프린팅으로 제작하는 데 활용됩니다.
4. 사진측량 (Photogrammetry)
다양한 각도에서 촬영한 여러 장의 2D 이미지를 소프트웨어로 분석하여 3D 모델을 재구성하는 방식입니다.
- 특징: 저렴한 비용과 높은 접근성(표준 카메라, 드론 활용 가능)이 장점이며, 컬러와 텍스처를 생생하게 재현하는 능력이 뛰어납니다.
- 산업용 3D프린팅과의 연계:
- 풀 컬러 조형물 제작: 문화유산, 캐릭터 피규어, 사실적인 질감이 중요한 제품 등을 스캔하여, 재료 분사(Material Jetting)와 같은 풀 컬러 3D프린팅 기술로 생생하게 복제할 수 있습니다.
- 시각화 모델 제작: 드론으로 촬영한 지형 데이터를 3D프린팅하여 건축이나 토목 프로젝트를 위한 시각화 모델을 만드는 데 사용됩니다.
디지털 전환의 완성, 3D스캐닝과 3D프린팅
3D스캐닝 기술은 현실 세계를 디지털 정보로 전환하는 관문이며, 그 응용 범위와 중요성은 계속해서 확대되고 있습니다. CMM부터 레이저, 구조광, ToF, 사진측량에 이르기까지 각 기술은 고유한 강점과 최적의 적용 분야를 가지고 있습니다.
오늘날 3D스캐닝은 제조, 의료, 문화유산, 건설 등 광범위한 산업에서 디지털 전환(DX)을 가속화하고 있습니다. 하지만 이는 단순히 데이터를 캡처하는 것을 넘어, 산업용 3D프린팅과 결합될 때 비로소 완성된 가치를 창출합니다. 스캔된 데이터는 리버스 엔지니어링을 통해 새로운 제품으로 재탄생하고, 품질 검사를 통해 신뢰성을 확보하며, 맞춤형 제작을 통해 개인에게 최적화된 솔루션으로 거듭납니다.
글룩은 이러한 디지털 제조의 전 과정에 대한 깊은 이해와 솔루션을 제공합니다. 현실을 데이터로, 그리고 그 데이터를 다시 현실로 만드는 완벽한 워크플로우를 통해 고객의 혁신을 지원하는 최적의 파트너가 되겠습니다.
GLUCK은 대량생산이 가능한 산업용 3D프린팅 서비스 기업입니다. 작은 아이디어를 반복 가능한 생산성으로 전환해, 현실 가능한 제조 솔루션을 제공합니다.
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3D Scanning and 3D Printing: Turning Reality into Data, and Data back into Reality
3D scanning technology is an innovative process that transforms physical objects from the real world into precise digital three-dimensional data. From micro-components like bolts and nuts to massive architectural structures, the 3D scanner replicates everything before our eyes into the virtual world. But this process is only the beginning of the digital transformation. True innovation is achieved when this acquired digital data is brought back into the physical realm—to be touched, analyzed, improved, and recreated with new value.
It is at this juncture that industrial 3D printing technology meets 3D scanning to create perfect synergy. If 3D scanning is the ‘eye’ that transfers reality to the digital, then industrial 3D printing is the ‘hand’ that materializes that digital data back into reality. This article will explore the principles and features of various 3D scanning technologies and delve into how they combine with GLUCK's industrial 3D printing solutions to unlock the future of manufacturing through reverse engineering, quality inspection, and custom fabrication.
Classifying 3D Scanners: How is Re
ality Measured?
3D scanners are broadly classified into Contact and Non-contact types based on their measurement method. These two approaches show clear differences in their principles and application fields, and understanding their respective pros and cons is the first step in choosing the optimal solution.
Contact Scanning (CMM: Coordinate Measuring Machine)
The CMM (Coordinate Measuring Machine) is a representative contact scanning method that measures X, Y, and Z coordinates by physically touching a probe to the object's surface.
- Advantages: It boasts extremely high accuracy and precision at the micron level and ensures stable, consistent results through established processes. It has been the standard in industries requiring strict tolerance management, such as automotive and aerospace, for decades.
- Disadvantages: It has a very slow measurement speed, can risk damaging sensitive parts upon contact, and the equipment is stationary, requiring a dedicated measurement room.
Non-Contact Scanning
Non-contact scanning uses light, such as lasers or white light, to measure objects and forms the core of today's industrial 3D printing workflow. It is divided into Active types, which use their own light source, and Passive types, which use ambient light. In industrial settings, active scanners are predominantly used for their high precision and reliability.
Key Non-Contact 3D Scanning Methods and Their Synergy with Industrial 3D Printing
Non-contact scanning is divided into several methods based on different technical principles, each creating unique value when combined with industrial 3D printing.
1. Laser Triangulation
This method projects a laser onto an object and calculates the distance using triangulation principles by detecting its deformation with a camera.
- Features: It boasts high accuracy within 10μm and fast data capture speeds. It is suitable for scanning small to medium-sized objects and is the most commonly used industrial scanning technology.
- Synergy with Industrial 3D Printing:
- Reverse Engineering: Discontinued parts or products without design drawings can be precisely scanned to create a 3D model, which can then be immediately replicated or improved upon with an industrial 3D printer.
- Quality Control: Final parts produced by 3D printing are scanned and compared with the original CAD data to detect minute errors or deformations, playing a key role in quality assurance.
2. Structured Light (White Light)
This method projects a specific light pattern, such as a fringe pattern, onto an object and analyzes the deformation of the pattern with cameras to generate a 3D shape. In recent years, systems using blue LED light have become the standard.
- Features: It excels at high-resolution scanning of complex and organic shapes with an accuracy of up to 0.05mm.
- Synergy with Industrial 3D Printing:
- High-Precision Custom Fabrication: Objects with fine details and curved surfaces, such as patient-specific medical devices (prosthetics, surgical guides), artworks, and cultural heritage replicas, can be scanned and perfectly reproduced with GLUCK's high-precision SLA 3D printers.
- Design and Prototyping: A handmade design mock-up can be precisely scanned to convert it into digital data, which is then used to produce a 3D printed prototype, shortening the development cycle.
3. Time of Flight (ToF / LiDAR)
This method, represented by LiDAR, calculates distance by measuring the time it takes for a light pulse to reflect off an object and return.
- Features: It has mm-to-cm level precision and is optimized for real-time scanning of large distances and wide areas.
- Synergy with Industrial 3D Printing:
- Large-Scale Structures and Architectural Models: Factory facilities, large plants, and construction sites can be scanned to create a digital twin, which can then be used to produce scale models or structures for installation simulation with a large-format 3D printer.
- Space-Specific Custom Fixtures: Data from a scanned space can be used to create custom furniture or equipment that fits perfectly into that space via 3D printing.
4. Photogrammetry
This method reconstructs a 3D model by analyzing multiple 2D images taken from various angles.
- Features: Its advantages include low cost and high accessibility (can use standard cameras or drones), and it excels at vividly reproducing color and texture.
- Synergy with Industrial 3D Printing:
- Full-Color Models: Cultural heritage items, character figures, and products where realistic texture is important can be scanned and vividly replicated using full-color 3D printing technologies like Material Jetting.
- Visualization Models: Terrain data captured by a drone can be 3D printed to create visualization models for architectural or civil engineering projects.
Conclusion: The Completion of Digital Transformation—3D Scanning and 3D Printing
3D scanning technology is the gateway to converting the physical world into digital information, and its scope of application and importance continue to expand. From CMM to laser, structured light, ToF, and photogrammetry, each technology has its unique strengths and optimal application areas.
Today, 3D scanning is accelerating digital transformation (DX) in a wide range of industries, including manufacturing, medical, cultural heritage, and construction. However, its value is fully realized not just in capturing data, but when it is combined with industrial 3D printing. Scanned data is reborn as new products through reverse engineering, its reliability is ensured through quality inspection, and it is transformed into personalized solutions through custom fabrication.
GLUCK provides a deep understanding of and solutions for this entire digital manufacturing process. We will be the optimal partner to support our customers' innovation through a seamless workflow that turns reality into data, and that data back into reality.
GLUCK is an industrial 3D printing service company capable of mass production. We transform small ideas into repeatable productivity, providing realistic manufacturing solutions.
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