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Sage를 활용한 수학 3D 프린팅 웹 도구 개발 - 대학 수학교육을 중심으로 -
Development of Mathematics 3D-Printing Tools with Sage - For College Education - 원문보기

Journal of the Korean Society of Mathematical Education. Series E: Communications of Mathematical Education, v.28 no.3, 2014년, pp.353 - 366  

이재윤 (성균관대학교) ,  임영준 (성균관대학교) ,  박경은 (성균관대학교) ,  이상구 (성균관대학교)

초록
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본 원고는 대학에서 배우는 수학적 지식이 사회가 필요로 하는 인력이 갖추어야 할 지식 및 능력과 어떤 관계가 있는지를 구체적으로 확인해 주는 대학 수학교육 논문이다. 최근 3D 프린팅의 상용화가 가속화되면서, 각 분야에 적용할 수 있는 3D 프린팅의 고급 기술개발이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 이 과정에서, 수학적 지식의 적절한 활용은 필수적이다. 따라서 본 연구는 대학에서 배우는 수학적 지식을 바탕으로, 시간과 장소에 구애받지 않고 누구나 무료로 3D 프린팅 기술을 활용할 수 있도록 하는 클라우드 컴퓨팅 환경을 제공하고, 그를 활용하여 얻은 성과를 공유하는데 그 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 한국에 맞게 자체적으로 개선한 오픈소스 소프트웨어 "Sage" 기반의 서버를 이용하여, 3D 프린팅에 필요한 STL 도면 파일을 생성하는 프로그램과 웹(Web) 도구를 개발하였다. 본 논문에서는 새롭고 혁신적인 3D 프린팅 환경을 바탕으로, 수학적 모델링의 기초지식인 미적분학선형대수학을 중심으로 우리가 형상화한 다양한 3D 객체(Object)들의 개발 과정을 공유하며, 이 과정을 같이 경험하는 수학전공자들이 대학에서 배운 전문 지식을 활용하여 3D 프린팅의 다양한 관련 분야로 진출하여 그 역량을 발휘 할 수 있는 비전을 제시한다. 특히 수학을 전공한 인력이 3D프린터를 보다 창의적이고 혁신적으로 활용할 수 있는 인력, 그리고 이들을 교육하는 인력으로 성장할 수 있다는 것을 확인한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the widespread usage of 3D-Printing has grown rapidly in popularity and development of a high level technology for 3D-Printing has become more necessary. Given these circumstances, effectively using mathematical knowledge is required. So, we have developed free web tools for 3D-Printing wi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 대학에서 배우는 수학적 지식이 사회가 필요로 하는 인력이 갖추어야 할 지식 및 능력과 어떤 관계가 있는지를 구체적으로 확인해 주는데 그 첫 번째 목적이 있다. 2014년 6월 18일 대한민국 미래창조과학부와 산업통상자원부는 제1회 3D프린팅산업 발전협의회를 개최, 3D프린터를 보다 창의적이고 혁신적으로 활용할 수있는 ‘창의 메이커(Makers) 1천만명 양성계획, 제조혁신센터 구축·운영계획’을 확정해 발표했다 6) .
  • 따라서 프로그램을 설치할 필요 없이 인터넷만 연결되어 있으면 홈페이지에 접속하여 대학에서 배우는 수학적 지식을 바탕으로 누구나 자신의 수학적 아이디어를 표현하고, 이로부터 3D 프린팅에 필요한 STL 도면 파일을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 상업용 소프트웨어를 사용함에 있어 발생하는 제한점에 대한 해답을 제공하고, Sage를 통해 3차원 객체와 STL을 생성하는 프린팅 과정을 포함하는 무료 3D 프린팅 웹 도구를 개발하여 그 사용법을 소개한다.
  • 계획안에 따르면 정부는 수준별, 분야별로 세분화한 교육과정을 개발하고 이와 관련된 수준별 강사를 총 1만2천여명(전문 강사 5천100명, 일반강사 7천600명) 양성해 교육기관이나 산업 현장 등에 투입할 예정이다(ROK, MSIP and MOTIE, 2014). 본 연구의 구체적인 다음 목적은 수학을 전공한 인력이 3D프린터를 보다 창의적이고 혁신적으로 활용할 수 있는 인력 또 이들을 교육하는 인력에 가장 적합하다는 것을 확인해 주는 것이다. 이 목적을 달성하기 위하여 한국에 맞게 자체적으로 개선한 “Sage”라는 오픈소스 소프트웨어 서버를 구축하여, 그동안 3D 프린팅에 필요한 STL 도면 파일을 Sage를 통한 클라우드 컴퓨팅으로 언제 어디서나 무료로 생성하는 웹 도구 개발과 이를 통하여 확보한 경험과 개발한 콘텐츠 및 노하우를 공개함으로 대학에서 수학을 배운 학생들이 새로운 인력 수요가 생기는 분야의 개척자가 되도록 하는 것이다.
  • 이 목적을 달성하기 위하여 한국에 맞게 자체적으로 개선한 “Sage”라는 오픈소스 소프트웨어 서버를 구축하여, 그동안 3D 프린팅에 필요한 STL 도면 파일을 Sage를 통한 클라우드 컴퓨팅으로 언제 어디서나 무료로 생성하는 웹 도구 개발과 이를 통하여 확보한 경험과 개발한 콘텐츠 및 노하우를 공개함으로 대학에서 수학을 배운 학생들이 새로운 인력 수요가 생기는 분야의 개척자가 되도록 하는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3D 프린팅 기술이란 무엇인가? 3D 프린팅 기술이 여러 분야에서 효과적으로 사용됨에 따라, 2013년 세계 경제 포럼(WEF)에서 발표한 10대 유망 기술에 3D 프린팅 기술이 선정되었다 1) . 3D 프린팅 기술이란 실제 손으로 만질 수 있는 3차원 물체를 3D 프린터를 통해 만들어내는 기술로, 3D 설계 데이터를 프린터로 전송하면 그 설계도에 맞게 프린터 안에 들어있는 금속, 플라스틱, 고무, 세라믹 가루 등 다양한 재료를 겹겹이 쌓아 올리거나, 깎는 과정을 통해 물체가 만들어 진다. 3D 프린팅 기술은 디자인이나 건축뿐만 아니라 의료, 제조, 항공우주, 물리, 수학 등의 다양한 분야에서도 활용이 가능하다.
3D 프린팅 기술에서 3차원 물체를 어떻게 만드는가? 3D 프린팅 기술이 여러 분야에서 효과적으로 사용됨에 따라, 2013년 세계 경제 포럼(WEF)에서 발표한 10대 유망 기술에 3D 프린팅 기술이 선정되었다 1) . 3D 프린팅 기술이란 실제 손으로 만질 수 있는 3차원 물체를 3D 프린터를 통해 만들어내는 기술로, 3D 설계 데이터를 프린터로 전송하면 그 설계도에 맞게 프린터 안에 들어있는 금속, 플라스틱, 고무, 세라믹 가루 등 다양한 재료를 겹겹이 쌓아 올리거나, 깎는 과정을 통해 물체가 만들어 진다. 3D 프린팅 기술은 디자인이나 건축뿐만 아니라 의료, 제조, 항공우주, 물리, 수학 등의 다양한 분야에서도 활용이 가능하다.
3D 프린팅 기술을 이용해 3D 객체를 출력하는 데 필요한 것은 무엇인가? 3D 객체를 출력하기 위해서는, 가장 먼저 3D 프린터가 이해할 수 있는 적절한 순서와 방법을 제공하는 도면이 필요하다. STL(STereo-Lithography) 파일 형식은 미국의 3D Systems사가 개발한 입체 석판인쇄 CAD 2) 소프트웨어에서 처음 사용되었다.
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참고문헌 (15)

  1. 김덕선.이상구.정경훈 (2007). 시각화를 이용한 선형대수학 교수학습모델, 한국수학교육학회지 시리즈 E , 21(4), 621-646.. 

  2. 고래영.김덕선.박진영.이상구 (2009). 모바일 환경에서의 Sage-Math의 개발과 선형대수학에서의 활용, 한국수학교육학회지 시리즈 E , 23(4), 1023-1041. 

  3. 김향숙 (2001). 평면변환기하에 있어서 Mathematica를 이용한 교수-학습방법, 한국수학교육학회지 시리즈 A , 40(1), 93-102. 

  4. 이상구 (2012). 현대 선형대수학 with Sage. 서울: 경문사. 

  5. 한동숭 (2003). Maple을 이용한 미적분학 교수-학습 방법. 한국학교수학회논문집, 6(2), 71-85. 

  6. Aboufadel, E., Krawczyk, V, S., Sherman-Bennett, M. (2013, August). 3D Printing for Math Professors and Their Students. Cornell University arXiv:1308.3420v1 

  7. Carl B. Boyer & Uta C. Merzbach (1968). A History of Mathematics. 양영오, 조윤동 역(2010), 수학의 역사상, 서울: 경문사. 81-82. 

  8. Hart, W, G. (2008). Procedural Generation of Sculptural Forms. John Sullivan(Chair). Proceedings of the 11th Bridges Conference, session 1. July 24, Leeuwarden: Stenden University, Netherlands. 

  9. Knill, O., & Slavkovsky, A, E. (2013, June). Illustrating Mathematics Using 3D Printers. Cornell University arXiv:1306.5599v1. 

  10. Lipson, H. (2007, October). Printable 3D Models for Customized Hands-on Education. Proceedings of Mass Customization and Personalization (MCPC). Cambridge, Massachusetts, USA. 

  11. National Science Teachers Association Reports (2013). Teaching STEM in 3D. 25(2). 3-8. Retrieved from http://www.nsta.org/docs/2013SeptemberReports.pdf 

  12. Segerman, H. (2012). 3D Printing for Mathematical Visualisation, The Mathematical Intelligencer, 34(4), 56-62. 

  13. Slavkovsky, A, E. (2012). Feasibility Study For Teaching Geometry and Other Topics Using Three-Dimensional Printers. Master of Arts, Harvard University, Massachusetts, USA. 

  14. ROK. Ministry of Science, ICT and Future Planning (약칭 : 미래부, MSIP) and Ministry of Trade, Industry and Energy (약칭 : 산업부, MOTIE) (2014). Korea will produce 10Million man power for 3D printing before 2020 (3D 프린터 활용인력 2020년까지 1000만명 양성)- Retrieved from http://www.zdnet.co.kr/news/news_view.asp?artice_id20140626151227 

  15. UK. Department for Education. (2013). 3D printers in schools: uses in the curriculum. Retrieved from https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/251439/3D_printers_in_schools.pdf 

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