WildFab은 열린 3D 모델에서 다축 프린팅 경로를 어떻게 찾았나

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열린 표면이나 서로 가까이 놓인 표면이 있어도 다축 3D프린팅 경로를 계산할 수 있을까? WildFab은 표면까지의 거리와 고체의 안팎을 알려주는 정보를 결합해 경로를 찾고, 출력 중 노즐의 충돌 가능성도 확인했다.

열린 모델의 다축 3D프린팅을 다룬 동료 심사 전 사전 공개 논문에 보고된 방법이다. 연구진은 서로 다른 형태의 입력에서 계산이 이뤄짐을 보였고, 로봇 다축 장비로 실제 제작도 시연했다.

AI 개념 이미지: 열린 3D 모델의 표면을 따라 경로를 만들고 로봇 노즐의 움직임을 확인하는 과정을 보여준다. 실제 장비나 출력물의 사진은 아니다.

다축 3D프린팅이 닫힌 고체 모델을 요구해 온 이유

다축 3D프린팅은 평평한 층에만 묶이지 않고 여러 방향으로 재료를 놓는다. 이런 공간 경로를 계산하는 기존의 체적 기반 방법은 대체로 표면이 빈틈없이 닫힌 고체 모델을 입력으로 삼는다.

실제 작업에서는 열린 표면과 닫힌 고체가 섞이거나 표면끼리 거의 맞닿은 모델도 나온다. 이를 닫힌 고체로 손질하면 얇은 껍질이 이웃한 껍질과 교차하거나, 포개진 표면 사이가 의도와 달리 채워질 수 있다.

WildFab이 쓰는 첫 번째 정보는 한 지점에서 가장 가까운 표면까지의 거리다. 이 거리를 나타내는 ‘부호 없는 거리장’은 표면이 열려 있어도 쓸 수 있지만, 거리만 보고는 그 지점이 고체 안인지 밖인지 안정적으로 판단하기 어렵다.

두 번째 정보는 표면을 기준으로 공간의 안팎을 가르는 ‘일반화된 감김 수’다. 이 값만으로는 가까운 표면의 위치나 노즐에 남은 간격을 직접 알 수 없으므로, 연구진은 두 정보의 역할을 결합했다.

연구진은 감김 수가 표면에서 급하게 바뀌는 양상을 부드럽게 보정했다. 변화가 두드러지는 곳이 표면 근처에 나타나므로, 거리 정보와 함께 경로를 놓을 윤곽을 찾는 데 쓸 수 있다.

연구진은 서포트 없이 쌓을 수 있는지, 중요한 경계를 지킬 수 있는지, 표면을 매끄럽게 만들 수 있는지를 고려해 재료를 놓을 방향을 정했다. 이어 적층 단계에 해당하는 위치와 앞서 찾은 표면 윤곽이 만나는 선을 경로로 추적했다.

출력물이 자라면 처음 계산한 노즐 방향에서 충돌이 생길 수 있다. WildFab은 거리 정보로 안전한 위치를 먼저 걸러내고, 남은 위치는 자라는 출력물의 안팎 정보를 반영해 다시 확인한다.

연구진은 스캔 점 구름과 닫히지 않은 메시 등을 입력으로 계산이 이뤄졌다고 보고했다. 로봇 장비에서 충돌 없이 수행한 실제 제작은 논문에 제시된 제작 조건에서의 시연이다.

아이컨택의 시선에서, 스캔 데이터나 열린 외피를 고체로 손질해야 하는 설계자에게 중요한 것은 수리 전후 형상이 같은가 하는 문제다. 형상이 달라질 우려가 있다면 원래 표면을 기준으로 경로와 노즐 공간을 계산할 수 있는지 살펴볼 만하다.