2. 3D 모델링과 형상 설계 조건

3D 모델링은 컴퓨터 소프트웨어를 활용하여 3차원 입체 형상을 설계하는 과정으로, 3D 프린팅의 필수 기술이다. 이를 위해 다양한 모델링 방식(솔리드, 서피스, 폴리곤)이 활용되며, 형상 설계 조건을 충족해야 출력이 원활하게 이루어진다. 본 글에서는 3D 모델링 개요와 형상 설계 조건을 설명한다.

 

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1. 3D 모델링 개요

3D 모델링은 목적과 모델의 복잡성에 따라 다양한 방식으로 구현된다.

• 솔리드 방식
  • 내부가 채워진 3D 객체 생성.
  • 기계 부품, 엔지니어링 모델 제작에 활용.
  • 주요 기법: CSG(Constructive Solid Geometry), B-Rep(Boundary Representation).

내부가 채워진 3D 객체 - 솔리드 방식

• 넙스 방식
  • 객체의 표면(외형)만을 모델링.
  • 자동차 디자인, 제품 디자인 등 곡면이 중요한 분야에 사용.

제품 디자인 - 넙스 방식

• 폴리곤 방식
  • 삼각형 및 사각형으로 구성된 3D 모델.
  • 게임, 애니메이션, 3D 그래픽 디자인에 주로 활용.

게임, 에니메이션 - 폴리곤 방식

2. 형상 설계 조건

3D 프린팅이 원활하게 이루어지기 위해서는 특정 설계 기준을 충족해야 한다.

1) 기하학적 조건

• 닫힌 모델(Closed Surface): 모델에 구멍 없이 완전한 형태여야 함.
• 겹치는 면이나 구멍 방지: 모델 결합 시 충돌 방지.
• 곡률 유지: 급격한 곡률 변화는 출력 시 변형(Warping) 가능성이 높음.

2) 구조적 안정성

• 최소 벽 두께: 1mm 이상 유지(소재 및 프린터 사양에 따라 다름).
• 서포트 필요 여부: 45도 이상의 오버행(Overhang) 구조에는 서포트 추가.
• 브릿지(Bridge) 길이 제한: 5mm 이상의 브릿지는 서포트 필요.

3) 출력 방식별 최적화

• FDM(FFF) 방식:
  • 레이어 기반 적층 방식.
  • 너무 작은 디테일 표현 어려움.
• SLA/DLP 방식:
  • 고해상도 출력 가능.
  • 적층 방식에 따른 변형 최소화 필요.
• SLS 방식:     
     •   파우더 방식, 서포트 없이 출력 가능

출력 방식별 프린터 예시

3. 3D 모델링 프로세스

1. 스케치 & 기초 모델링: 기본 도형(Primitive Shape) 및 2D 스케치 활용.
2. 형상 입체화: 돌출(Extrusion), 회전(Revolve), 스윕(Sweep) 등 활용.
3. 구조적 안정성 체크: 벽 두께 및 서포트 필요 여부 판단.
4. STL 파일 변환 및 오류 수정: 비만곡면(Non-Manifold) 문제 해결.
5. 3D 프린팅 최적화: 프린터 종류, 소재, 출력 방향 설정.

3D 모델링은 3D 프린팅의 핵심 과정이며, 형상 설계 조건을 준수해야 성공적인 출력이 가능하다. 닫힌 모델 유지, 최소 두께 확보, 서포트 적용, 출력 방식에 따른 최적화 등을 고려해야 하며, 이를 통해 안정적인 3D 프린팅 결과물을 얻을 수 있다.

 

 

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