[논문]쾌속조형기술의 구현을 위한 3차원 제어시스템 개발

조성목

쾌속조형기술의 구현을 위한 3차원 제어시스템 개발
Development of a Three Dimensional Control System for Implementing Rapid Prototyping Technology 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.8 no.4, 2007년, pp.775 - 780

초록
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쾌속조형기술(Rapid Prototyping Technology)은 설계단계에 있는 3차원 모델을 시제품(Prototype)으로 다른 중간과정 없이 빠르게 생성하는 새로운 기술을 말한다. CAD 모델 데이터는 3차원 형상 시스템이지만 모니터 화면이나 문서로 출력할 때는 2차원으로 밖에 표시되지 않는다. 반면에 쾌속조형기술은 설계된 3차원 CAD 데이터를 2차원 단면 데이터로 변환한 후 RP(Rapid Prototyping)공정을 적용하여 순차적으로 적층해 감으로써 CAD 데이터와 같은 3차원 입체 형상을 제작하게 된다. 그러나 RP 시스템은 매우 가격이 비싸서 칫솔이나 완구 등과 같은 생활용품을 제작하는 중소기업에서는 구입하기 어려운 상황이다. 본 논문에서는 오픈소스를 사용하여 RP 기술을 구현함으로써 저렴한 가격으로 구매할 수 있는 RP 시스템을 개발하기 위한 3차원 제어시스템을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Rapid Prototyping (RP) is a technology that produces prototype parts from 3D computer aided design model data without intermediate processing technology rapidly. CAD model data are created from 3D object digitizing systems but presented just as 2D data when they are printed as a hard copy or displayed on a monitor. However, Rapid Prototyping Technology fabricates 3D objects the same that CAD data because it transforms designed 3D CAD data into 2D cross sectional data, and manufactures layer by layer deposition sequentially. But most of all the small and medium scale companies which produce a toothbrush, a toy and such like provisions are in difficult situations to buy RP system because it is very expensive. In this paper, we propose a 3D control system adopting open source programs for implementing Rapid Prototyping Technology in order that RP system can be purchase at a moderate price.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이를 위해서는 먼저 오픈 소스프로그램을 탑재할 수 있는 하드웨어의 제작이 필요하며, 제작된 하드웨어와 오픈 소스 프로그램 사이의 파일변환 등에 필요한 인터페이스의 개발이 선행되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 완구나 생활용품과 같이 고도의 정밀도가 요구되지 않아도 되는 분야에서 활용될 수 있는 RP 시스템을 개발하기 위해 3차원 제어 시스템을 개발하였고, 이를 제어하고 구동시켜 오픈 소스 CAD 프로그램을 탑재시킬 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 설계단계에 있는 3차원 모델을 시제품 (Prototype)으로 중간과정 없이 빠르게 생성하는 쾌속 조형 기술(Rapid Prototyping Technology)을 가능하게 하는 3차원 제어 시스템을 설계하고 제작하였다. 이 시스템은 설계된 3차원 CAD 데이터를 2차원 단면 데이터로 변환한 후 RP(Rapid Prototyping)공정을 적용하여 순차적으로 적층해 감으로써 CAD 데이터와 같은 3차원 입체 형상을 제작하게 된다.

제안 방법

스위치가 ON 되어지면 컨넥터를 통해 8255 B0로 입력되어 진다. X축과 Z축에 마그네틱 스위치를 이용하고 두개를 한 쌍씩 X, Z축에 사용하여 리미터 스위치로 사용하였다. X, Y, Z축에서 X축(8255 B0, Bl), Z축(8255 B4, B5)은 마그네틱 스위치로 이루어지고, Y축(8255 B2, B3)의한 쪽은 적외선 직접반사 센서로, 또 다른 한쪽은 근접센서로 이루어진다.
제어 시스템을 설계하고 제작하였다. 이 시스템은 설계된 3차원 CAD 데이터를 2차원 단면 데이터로 변환한 후 RP(Rapid Prototyping)공정을 적용하여 순차적으로 적층해 감으로써 CAD 데이터와 같은 3차원 입체 형상을 제작하게 된다. 제작된 시스템을 IBM PC에 연결하여 구동시킨 결과 입력 데이터에 따라 X, Y 및 Z 축으로 잘 동작하고 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 제작된 각 모듈은 시스템 전원부 모듈에서 공급되는 전원에 의해 동작되고, IBM-PC로부터 입력된데이타는 입출력 인터페이스 모듈을 거쳐 모터 구동부로 신호가 전달되어 모터를 구동시키게 된다. 이때 리미트, 근접센서 등의 동작에 따라 모터의 동작 범위가 체크되어 시스템이 안정적으로 동작되도록 하였다.

성능/효과

1) 오픈 소스를 탑재할 수 있는 자체적 하드웨어를 제작하게 됨으로써 고가의 RP 시스템을 중소기업에서도 경제적인 부담이 없이 구입할 수 있는 가능성을 열었다.
2) 향후 CAD 데이터를 본 논문에서 개발된 3차원 제어시스템의 입력으로 변환하는 인터페이스 시스템을 구성하고 통합함으로써 각종 완구와 생활용품의 개발에 사용될 수 있는 모델을 개발할 수 있는 기반을 갖추었다.
3차원 CAD 기술의 발달과 컴퓨터 하드웨어의 발달은 소품종 대량생산 방식에서 다품종 소량 생산 방식으로 급속한 전환을 가능하게 하였고, 복잡한 디자인의 가공과 가공 시간 및 비용을 단축시킬 수 있게 하였다. 그런데 CAD 모델 데이터는 3차원 형상 시스템이지만 모니터 화면이나 문서로 출력할 때는 2차원으로 밖에 표시되지 않으므로 3차원 데이터로 표현되고 적용되는 새로운 기술이 요구된다.
이 시스템은 설계된 3차원 CAD 데이터를 2차원 단면 데이터로 변환한 후 RP(Rapid Prototyping)공정을 적용하여 순차적으로 적층해 감으로써 CAD 데이터와 같은 3차원 입체 형상을 제작하게 된다. 제작된 시스템을 IBM PC에 연결하여 구동시킨 결과 입력 데이터에 따라 X, Y 및 Z 축으로 잘 동작하고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 논문에서 제안된 시스템으로 인해 다음과 같은 기대효과가 예상된다.

후속연구

3) 개발된 시스템은 완구나 생활용품 등 정밀도를 크게 요구하지 않은 분야에 적용시켜 이 분야의 경쟁력을 확보할 수 있는 하나의 계기가 될 것으로 판단되고, 나아가 관련 산업 분야에도 RP 시스템 도입이 확대될 수 있으리라 판단된다.
따라서 고가의 CAD 프로그램을 사용하는 대신 리눅스 기반의 공개 소프트웨어인 오픈 소스 프로그램을 사용하여 디자인할 수 있고, 이를 기반으로 3D 프로토타입을 제작할 수 있게 된다면 경제적 비용부담이 없이 중소기업에서도 이 시스템을 도입할 수 있게 되어 기업 경쟁력 확보에도 도움이 될 것이다. 이를 위해서는 먼저 오픈 소스프로그램을 탑재할 수 있는 하드웨어의 제작이 필요하며, 제작된 하드웨어와 오픈 소스 프로그램 사이의 파일변환 등에 필요한 인터페이스의 개발이 선행되어야 한다.

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