과제: 법의학 현장에서 증거를 빠르고 정확하고 쉽게 컬러로 기록하여 LiDAR 스캐닝 및 사진 측량에서 얻은 전체 데이터를 보완하고 개선하여 기록 과정에서 발견되는 중요한 공백 메우기.

솔루션: Artec Eva, Artec Leo, Artec Studio, LiDAR 스캐너, 사진 측량

결과: Advanced Laser Imaging은 Artec 3D 스캐너를 사용하여 현장 기록에서 큰 성공을 거두었습니다. 한 여성이 계단에서 추락사를 당해 주목받는 사건에서 Artec Eva는 현장의 부상과 물체에 대한 법의학적으로 중요한 검사를 가능하게 하여 수사 과정과 후속 법정 선고를 바꾸는데 중요한 역할을 했습니다.

Artec을 선택한 이유: 신뢰할 수 있는 정확성, 사용 편의성, 휴대성 및 속도, 이러한 기능은 법의학 현장에서 필요한 모든 데이터를 캡처하여 ALI 직원의 사건 재구성 능력을 혁신하고 가장 까다로운 사건도 해결하는 데 필수적인 것으로 입증되었습니다.

런던의 한 가정집에 구급차가 현장에 도착했을 때 계단 꼭대기에서 추락한 여성은 이미 부상을 입고 사망한 상태였습니다. 그녀의 동거인은 몇 분 일찍 반응이 없는 그녀를 발견했습니다.

경찰은 현장을 기록하고 실제로 무슨 일이 일어났는지 파악하기 위해 최선을 다했지만, 그녀의 죽음에 이르게 된 일련의 사건은 완전히 명확하지 않았습니다.

그녀의 동거인이 경찰에 진술한 내용은 피해자에게서 발견된 수많은 상처와 타박상으로 인해 신빙성이 없다고 판단되었습니다. 경찰 보고서에는 피해자의 눈 부상에 대한 전문가 진술이 포함되어 있으며, 이는 얼굴에 발로 차서 생긴 것일 가능성이 높다고 주장했습니다.

사건의 순간별 재구성

변호인단은 사건이 법정으로 넘어가기 전에 증거에 대한 명확한 파악이 필요했습니다. 그래서 그들은 영국 런던에 있는 Advanced Laser Imaging(ALI)의 법의학 범죄 재구성 전문가에게 도움을 요청했습니다.

범죄 현장의 계단 및 주변 환경을 결합한 스캐너 3D 모델, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

런던 경찰청에서 10년 가까이 근무한 검증된 경험을 바탕으로 Advanced Laser Imaging의 창립자들은 사진 측량, LiDAR 스캐너, 휴대용 3D 스캐너 등 다양한 기술을 사용하여 3D 기록 및 범죄 현장 재구성 분야의 선구자로서 10년 이상 법의학 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있는 1mm 미만의 정확도를 가진 경량의 전문 3D 스캐너인 Artec Eva를 비롯한 다양한 기술을 사용해 왔습니다.

영국 체셔에 본사를 둔 Artec의 골드 인증 파트너인 Europac3D의 전담 3D 스캐닝 전문가가 Advanced Laser Imaging에 Artec 3D 스캐너 제품군을 소개했습니다. 첫 번째 시연에서 Advanced Laser Imaging 팀은 Artec Eva가 법의학적으로 정확한 3D 스캐너에 대한 자사의 엄격한 요구 사항을 충족시킬 수 있다는 것을 알았습니다.

이들은 Artec Eva의 사용 편의성, 휴대성, 기존 현장 및 증거 기록 작업 흐름에 원활하게 통합할 수 있는 기능에 주목하며 법의학 수사 역량을 강화하는 데 있어 이 솔루션이 갖는 잠재적 역할을 더욱 공고히 했습니다.

현장에서 Artec Eva로 라디에이터를 스캔하는 ALI의 기술이사인 공학석사 Mark DeGiovanni, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

Eva는 러시아 군이 저지른 전쟁 범죄를 기록하기 위해 매일 사용하는 우크라이나 경찰 및 법의학 팀을 비롯한 전 세계 수천 개의 고객사가 사용하는 완전 무선 고성능 휴대용 3D 스캐너인 Artec Leo의 전신 모델입니다.

완전히 독보적인 클래스의 Leo는 범죄, 사망, 충돌 현장과 그 안의 모든 증거를 초당 최대 3,500만 고해상도 3D 데이터 포인트의 생생하고 사실적인 색상으로 캡처하는 데 탁월한 성능을 발휘합니다.

20년 이상 3D 스캐닝을 팀 작업 흐름의 핵심으로 삼아온 Advanced Laser Imaging의 기술 책임자인 공학석사 Mark DeGiovanni는 "시간을 거슬러 올라가 범죄 현장에서 벌어진 일련의 사건을 목격할 수 있다고 상상해 보십시오."라고 말했습니다.

그는 "이것은 얼마 전까지만 해도 공상과학 영화의 줄거리처럼 들렸을 것입니다. 하지만 오늘날 우리는 수년 동안 그래왔듯이 영국과 해외의 법 집행 기관 및 기타 수사 기관에 중요한 서비스를 제공하고 있습니다."라고 덧붙였습니다.

Artec Eva가 현장을 기록하는 데 도움을 주는 방법

계단 위와 주변의 일련의 물체를 캡처하여 이러한 물체가 피해자의 치명적인 부상에 어떤 식으로든 영향을 미쳤는지 파악하기 위해 Artec Eva를 사용했습니다. 이러한 물체에는 라디에이터, 난간, 문, 문고리 등의 뾰족한 끝이 포함됩니다.

현장에서 3D 스캔한 물체와의 가능한 인과 관계를 파악하기 위한 피해자의 얼굴 상처에 대한 법의학적 상해 분석 시각화, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

이 스캔은 Artec Studio 소프트웨어에서 처리된 후, 안와 주변의 상처와 현장의 물체 사이에 법의학적으로 중요한 자국 표시가 있는지 살펴보기 위해 사용되었습니다.

피해자의 시신에 접근할 수 없었기 때문에 사진 측량 기술을 사용하여 눈 주위의 상처를 재구성하고 부상의 정확한 크기를 유지했습니다. 얼마 지나지 않아 ALI 팀은 변호인단에 결론을 제시했습니다.

 

 

피해자의 얼굴 상처와 계단 난간 기둥의 3D 모델 사이의 인과 관계를 파악하는 법의학적 상해 분석, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

경찰이 제시한 초기 전문가 진술에도 불구하고, 이 새로운 증거는 검찰의 주장에 의문을 제기하며 현장에 있던 다른 물체가 피해자에게 부상을 입히고 사망에 영향을 미쳤을 수 있음을 보여주었습니다.

DeGiovanni와 그의 팀이 작성한 보고서는 변호인단이 더욱 강력한 주장을 펼치는 데 도움이 되었고, 그 결과 피고에 대한 형량이 줄어들었습니다.

소음 속에서 신호 찾기

Artec Eva와 Artec Leo는 DeGiovanni와 그의 팀에게 없어서는 안 될 도구입니다. 차량 내부 스캔이 필요한 경우를 예로 들 수 있습니다. 이는 총알의 궤적을 파악하거나 목격자 진술의 타당성을 테스트하는 것일 수 있습니다.

이처럼 현장과 그 안에 있는 모든 증거에 대한 포괄적이고 1mm 미만의 정확도를 갖춘 3D 모델을 통해 ALI 팀은 증인 진술과 물리적 증거를 단일 모델로 결합하여 사건의 흐름을 자신 있게 재구성할 수 있습니다.

여기에는 특정 증인이 자신이 증언한 특정 사건을 자신이 있던 위치에서 물리적으로 볼 수 있었는지 확인하기 위한 타당성 및 가시선 분석도 포함됩니다.

총탄 궤적 분석을 위해 Artec Eva를 사용하여 3D 스캐닝 준비된 총탄 구멍과 법의학 스티커가 있는 1층 식당 창문

영국에서 가장 까다로운 사건들에서 10년 이상의 경험을 쌓은 Advanced Laser Imaging은 범죄 현장의 모든 관련 증거를 안전하고 안정적으로 기록하고, 다양한 분석과 재구성을 수행한 후 법정에 적합한 보고서를 작성할 수 있는 폭넓은 지식을 보유하고 있습니다.

그 무엇도 운에 맡기지 않는 3D 스캐닝

DeGiovanni는 "수년 동안 우리는 중요한 범죄 현장 증거를 빠르고 쉽게 기록하기 위해 Artec 3D 스캐너를 사용해 왔습니다."라고 말했습니다.

그는 “마침내 현장을 떠날 때 우리에게는 다중 기술 작업 흐름이 요구하는 고품질의 정확도와 텍스처가 있는 모든 필요한 데이터가 있다는 것을 아는 것이 매우 중요합니다. 이런 점에서 Artec 3D는 결코 우리를 실망시키지 않았습니다.”라고 덧붙여 말했습니다.

또한 3D 법의학 현장 기록은 범죄, 충돌 및 사망 현장의 재구성에서 매우 중요한 역할을 하여 모든 종류의 수사에 획기적인 영향을 미칩니다.

3D 스캐닝의 정확하고 세밀하며 접근하기 쉬운 특성은 수사관에게 이러한 현장에 담긴 복잡한 이야기를 풀어낼 수 있는 강력한 도구를 제공하여 진실 추구를 강화할 수 있게 해 줍니다.

라디에이터의 고해상도 Eva 스캔(텍스처 제거)을 보여주는 Artec Studio 스크린숏, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

3D 기술은 사건과 출석자 개개인의 행동에 대해 더 깊고 암시적인 이해를 제공함으로써 사법 제도가 더욱 공정한 결과를 도출할 수 있도록 지원합니다.

 

이 주목받는 Advanced Laser Imaging 사례는 법의학 분야의 광범위한 변화를 보여주는 지표이며, 이러한 변화가 점점 더 디지털화된 미래로 나아감에 따라 사회는 큰 혜택을 누릴 수 있게 될 것입니다.

과제: 기한이 빠듯한 작업을 수행하면서 다양한 자동차, 밴, 트럭 및 버스를 위한 맞춤형 장갑차를 만드는 데 필요한 정밀한 CAD 모델을 구축하기 위해 해체된 차량을 빠르고 정확하게 3D 스캔하기.

솔루션: Artec Leo, Artec Studio, Dassault Systemes CATIA V5

결과: 이제 Artec Leo를 사용하면 해체된 자동차, 밴 또는 트럭을 두 시간 만에 앞 범퍼에서 뒤 범퍼까지 1밀리미터 이하의 정확도로 스캔할 수 있습니다. 스프레이나 표적이 필요하지 않습니다. 5시간 동안 처리하고 나면 스캔을 CAD 작업할 수 있습니다. 이 클라이언트의 이전 3D 스캐너는 스프레이와 수천 개의 표적이 필요했고 이러한 차량을 스캔하는 데 꼬박 일주일이 걸렸으며 CAD 스캔을 처리하는 데 일주일이 더 걸렸습니다.

왜 Artec 3D인가? 100% 무선 방식의 노트북이 필요 없는 Leo는 스캐닝 프로젝트를 위해 당장 밖으로 가져갈 수 있습니다. 초심자가 작동하기 충분히 쉬우면서도 계측 엔지니어에게는 충분히 강력한 Leo를 통해 클라이언트는 프로젝트를 놀라운 정확도로 더 빠르게 완료할 수 있어 비용을 절감하는 동시에 품질 저하 없이 200%-300% 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다.

 

 

아이들과 부모들을 가득 실은 미니밴이 모퉁이를 돌 때 두 명의 무장괴한이 기다리고 있었습니다. 그들은 주차된 차량들 뒤에서 나와 AK-103을 수평으로 세우고 사격을 가해 빠르게 접근하는 차량을 향해 세심히 조정된 3~4발의 연속 발사로 기총소사했습니다.

그러나 운전자는 멈추지 않았습니다. 몇 초 만에 무장괴한들의 총알이 떨어졌고 총알이 박힌 미니밴은 빠르게 달아났습니다. 창문은 산산조각이 났지만 그대로 남아 있었고 안에 있던 탑승자는 모두 흔들렸지만 다치지 않았습니다.

             방탄유리

장갑 차량: 교황과 대통령만을 위한 것이 아님

우크라이나에서 중동 그 이상에 이르기까지 전 세계적으로 장갑 차량의 필요성은 그 어느 때보다 커졌습니다. 군대, 정부 및 초부유층뿐만 아니라 인도주의 기관 및 단체를 위해 가장 위험한 지역까지 승객을 안전하게 수송합니다.

이러한 방탄 차량 중 최고의 차량은 각 개별 차량에 대해 선택한 장갑 수준에 따라 0.22에서 0.50 구경까지 다양한 특징을 지닌 합성물, 강철 및 세라믹으로 따로따로 만들어져 다양한 탄도 위협을 막을 수 있습니다.

목표는 무게를 최소한으로 적게 추가하면서 최대한의 보호를 달성하는 것입니다.

비록 맞춤형 정장은 안에 착용하지만 장갑 차량을 맞춤형 정장 만드는 것처럼 생각해 보십시오. 몇 가지 이유로 최대한 잘 맞아야 합니다.

             2022년형 Toyota Hi-Lux의 프레임을 3D 스캔하는 Artec Leo. 이미지 제공: A.B. Engineering

때로는 명백한 비용상의 이유로 변경을 최소한으로 하여 OEM 내부 부품을 원래 있던 곳에 다시 설치할 수 있어야 합니다. 그리고 필요한 경우 검문소에서 운전자와 대화하는 사람(무장 괴한)에게 차량이 이목을 끌지 않게 보여야 합니다.

그런 다음 모든 것이 제자리로 돌아오면 탑승자들이 자유 공간의 손실을 느끼지 않아야 합니다. 그리고 마지막으로 잘 훈련된 눈이라도 그러한 보호된 자동차, 밴 및 버스를 개조되지 않은 일반 차량과 구별하지 못하도록 장갑은 외부에서 감지할 수 없어야 합니다.

이러한 "스텔스 요청"은 어느 정도의 시야 거리에서 차량이 지극히 평범하게 보여야 하는지를 명시하는 요구 사항과 함께 임무별로 차량에 따라 클라이언트가 합니다. 이 거리는 50미터에서부터 차량 바로 옆에 서서 가까이서 볼 수 있는 거리까지 다양합니다.

이러한 힘든 위업을 달성하기 위해서는 차량을 먼저 가장 기본적인 프레임과 요소로 해체한 다음 어떠한 미세한 부분이라도 놓치지 말고 최대한 정확하게 측정해야 합니다.

 

     2022년형 Toyota Hi-Lux의 프레임을 3D 스캔하는 Artec Leo. 이미지 제공: A.B. Engineering

그러고 나서 다음 단계에서 일단 설치하고 OEM 부품을 다시 제자리에 놓으면 장갑, 도어 및 차량의 기타 잠재적으로 취약한 부분 사이에 틈이 거의 또는 전혀 생기지 않도록 모든 맞춤형 장갑 요소를 CAD로 설계하고 엄격한 조건에서 제조할 수 있습니다.

이것이 불가능할 때마다 OEM 내부 트림을 완벽하게 모방하기 위해 새로운 맞춤형 내부 트림이 생성되지만, 장갑에 더 많은 공간이 할당됩니다.

이는 Toyota J79 트럭과 같은 소형 차량의 경우 1~2개월이 걸리고 Chevy Suburban 같은 크고 복잡한 SUV의 경우 최대 4개월 이상이 소요될 수 있는 프로세스입니다.

3D 스캐닝을 통한 차량 장갑

업계에서 명성이 높은 차량 장갑 전문업체 중 하나는 2012년부터 주요 항공우주 및 방위 기업과 협력하고 있는 기계 엔지니어링 회사인 이스라엘의 A.B. Engineering Ltd.입니다. 이 회사의 포괄적인 장갑 작업 흐름에서 가장 기본이 되는 것은 3D 스캐닝입니다.

이 회사의 설립자이자 CEO인 Irakly (Ika) Baitish는 “차량 탑승자를 최대한 보호하기 위해 차량은 물론 차량이 위험 구역에서 벗어날 수 있도록 계속 구르게 하는 엔진, 구동렬(drive train) 및 기타 필수 부품에 장갑하는 것은 정확한 측정부터 시작하는 것이 절대적으로 중요합니다.”라고 말했습니다.

     Leo의 터치스크린 디스플레이에서 Hi-Lux의 3D 스캔 검토. 이미지 제공: A.B. Engineering

그는 이어 "이것이 우리가 측정 매체로 3D 스캐닝을 선택한 이유입니다. 이를 통해 운전자와 엔진실을 구분하는 부분인 방화벽과 같이 수동으로 측정하기 까다로운 영역을 포함하여 전체 차량의 정확한 치수를 구할 수 있기 때문입니다.”라고 말했습니다.

차량의 3D 스캔이 처리되면 그들은 스캔을 CAD 시스템인 Dassault Systemes CATIA V5로 내보냅니다.

거기에서 스캔을 참조 모델로 사용하여 곧 제조될 탄도 패널 및 기타 장갑 구성 요소를 설계한 다음 차량에 가상으로 설치하여 최종 결과물이 앞으로 몇 주 후에 장갑을 설치한 후 앞 범퍼에서 뒤 범퍼까지 차량을 빈틈없이 완벽하게 보호할 수 있는지 확인합니다.

최적의 3D 스캐너 찾기

그러나 모든 3D 스캐너가 같은 것은 아닙니다. 처음에 Ika와 그의 팀은 작업을 위해 많은 수의 표적과 많은 양의 스프레이 그리고 노트북, 몇 개의 케이블 및 220V 전원이 필요한 잘 알려진 고급 휴대용 3D 스캐너를 사용하고 있었습니다.

그 당시의 전형적인 프로젝트의 예로 이 팀이 장갑해야 하는 Skoda Kodiaq의 해체된 운전석과 차대를 스캔하고 있을 때를 들 수 있습니다. 

3,000개 이상의 스티커를 붙이고 필요한 양의 스프레이를 분사한 후 스캔하는 데 꼬박 2주가 걸렸지만 그 결과로 얻은 데이터는 필요한 만큼 깨끗하지 않았습니다.

 

Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux 후면의 Leo 스캔 X-ray 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

스캔을 확실하게 연결하고 CAD를 위한 매우 정밀한 3D 모델을 생성하기 전에 데이터를 정리하고 수동으로 다시 측정하는 데 한 주가 더 걸렸습니다.

팀원 중 한 명(가장 짧은 빨대를 뽑은 사람)이 차량에서 3,000개 이상의 표적을 벗겨낸 후 청소하는 일을 담당했습니다. 불행히도 일부 스티커는 내부 트림 패널들에 잔류물을 남겨 이 패널들을 사용할 수 없게 만들었습니다.

이에 수반된 과도한 시간과 노력을 보고 Ika는 사용하고 있던 3D 스캐너로 인해 팀의 작업 속도가 아주 느려진다는 것을 알게 되었습니다.

 

 Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux 후면의 Leo 스캔 X선 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

프로젝트 기한이 유연하지 않은 업계에서는 매일, 매 시간이 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 그래서 프로젝트가 끝난 후 Ika는 더 나은 3D 스캐너를 적극적으로 찾기 시작했습니다.

몇 주에 걸친 스캐닝, 표적 및 스프레이에 작별 인사

그는 Artec 3D 웹사이트를 발견하고 수년 동안 리버스 엔지니어링, 포렌식, 의료 분야 및 기타 응용 분야에서 선호되어 온 전문 휴대용 3D 스캐너인 Artec Leo에 깊은 관심을 갖고 살펴보았습니다.

1밀리미터 미만의 정확도로 고해상도 컬러 3D 스캔을 제공하는 Leo는 터치스크린 디스플레이와 내장형 배터리 팩을 모두 갖추고 있어 100% 휴대가 가능하며 빠른 FPS 캡처 속도와 넓은 스캔 시야를 자랑합니다.

2022년형 Toyota Hi-Lux를 그 어느 때보다 빠르게 스캐닝

Leo를 채택한 이후 A.B. Engineering의 작업 흐름이 어떻게 개선되었는지를 보여주는 한 가지 예로 최근 장갑 프로젝트 중 하나인 2022년형 Toyota Hi-Lux 4도어 트럭의 해체된 운전석과 차대를 스캔하는 작업을 들 수 있습니다.

Leo를 손에 들고 Ika와 그의 팀은 Toyota Hi-Lux 4도어 트럭을 캡처하기 시작했습니다. 단 두 시간 후에, 단 한 개라도 표적을 붙이거나 스프레이를 분사하지 않고 스캐닝을 완벽하게 완료했습니다.

 

 Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux의 결합된 Leo 스캔. 이미지 제공: A.B. Engineering

그때부터 Artec Studio 소프트웨어에서 스캔을 처리하고 CAD로 전송된 STL 파일을 생성하여 Hi-Lux의 장갑을 설계하는 데 불과 5시간밖에 걸리지 않았습니다.

이전 스캐너가 거의 같은 결과를 내기 위해 스캔하는 데 일주일 그리고 스캔을 처리하는 데 일주일이 더 걸렸으면서도 질이 현저히 떨어진 것과 비교하면 그 차이는 놀라웠습니다.

Ika는 “예전을 되돌아보면 Leo가 보여주는 속도 차이는 놀랍습니다. 또한 Leo로 얻는 데이터는 오정렬(misalignment)이 전혀 없이 훨씬 더 깨끗합니다."라고 말했습니다.

 Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux 내부의 Leo 스캔 X선 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

그는 이어 “우리의 측정 프로세스는 시간과 품질 면에서 크게 개선되었습니다. Leo는 엔지니어링 결과물의 품질과 탄도 격차를 줄이는 데 필요한 추가적인 몇 퍼센트를 얻을 수 있는 능력을 극적으로 변화시켰고, 이는 말 그대로 생명을 구할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

"모든 차량에는 맞춤형 접근 방식이 필요합니다."

Ika와 그의 팀은 장갑하는 모든 차량에 대해 필요한 탄도 보호 정도, 차량의 의도된 용도, 필요한 시간 프레임 및 부차적인 차량 업그레이드에 대한 기대치를 고려하여 클라이언트와 상의합니다.

후자를 고려할 때 일반적인 장갑 작업은 차량의 총중량에 230~900kg를 쉽게 추가할 수 있습니다. 이러한 증가를 수용하기 위해 때때로 특수한 고중량 브레이크, 차축, 변속기 및 구동렬이 필요합니다.

 

 Artec Studio에서 Hi-Lux의 Leo 스캔을 쉽게 정렬 중. 이미지 제공: A.B. Engineering

Ika는 "이러한 차량 '보강' 시 중량이 많이 증가하므로 최고 수준의 방어 범위를 유지하면서 중량은 최저가 되게 장갑을 최적화해야 한다는 큰 부담을 갖게 됩니다."라고 말했습니다.

그는 이어 "이제 Leo가 있기 때문에 이런 최고의 결과를 얻는 것이 훨씬 더 빠르고 쉽습니다."라고 말했습니다.

 몇 번의 클릭만으로 Hi-Lux의 스캔이 Artec Studio에서 정렬됩니다. 이미지 제공: A.B. Engineering

실탄 사격장에서 작업 테스트

Ika와 그의 팀은 프로젝트 규모나 복잡성에 상관없이 그들의 작업을 확고히 지지하며 Leo를 통해 더욱 자신 있게 작업을 수행할 수 있습니다. 그들은 최근에 있었던 장갑 시연에서 그 품질을 입증했습니다.

그들의 차량 중 하나인 중장갑 트럭이 실탄 사격 테스트 시설로 졌고, 그곳에서 다양한 무기의 모든 구경(최대 0.50) 800발 이상이 차량에 발사되었으나 관통이 하나도 없었습니다.

 Hi-Lux 후면의 Leo 스캔 X-ray 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

반면에 경쟁사의 또 다른 장갑 차량은 같은 무기로부터 유사한 총알 세례를 받았습니다. 그것은 실제 시나리오였다면 탑승자가 생존할 가능성이 전혀 없었을 지점을 훨씬 지나 수백 번 관통되었습니다.

Leo만 있으면 작업 준비 완료: 자동차, 트럭, 버스 및 비행기 장갑

지금까지 수년 동안, A.B. Engineering의 숙련된 엔지니어와 기술자 팀은 다양한 차량, 항공기 및 기타 물체에 대해 단순한 것부터 복잡한 것까지 광범위한 범위의 장갑 프로젝트를 수행해 왔습니다.

Ika는 "Leo는 휴대하기 쉽기 때문에, 우리는 다음 프로젝트가 있는 곳이면 어디든 비행기를 타고 날아갑니다. 그곳에 도착하면 우리는 그 어느 때보다 빨리 작업을 끝낼 수 있다는 것을 알고 있으며, 모든 데이터는 Leo의 SD 카드에 바로 깨끗하게 준비되어 있을 것입니다.”라고 말했습니다.

 CAD 준비 완료: Hi-Lux의 결합된 Leo 스캔의 Artec Studio 스크린숏. 이미지 제공: A.B. Engineering

그는 이어 “전 세계 어디든 현장에 노트북 없이 스캐너만 가져올 수 있다는 것만으로도 큰 덤이고, 표적 없이 스캔할 수 있는 옵션은 스캔하는 물체를 준비할 필요가 없기 때문에 또 다른 큰 이점입니다. 그리고 이는 스캐닝 프로세스의 흔적을 남기지 않는다는 것을 의미하기도 하며, 이는 때때로 아주 중요할 수 있습니다."라고 말했습니다.

연중 클라이언트 및 추천인의 꾸준한 유입

비즈니스 관점에서 Leo를 통해 Ika와 그의 팀은 훨씬 더 경쟁력을 가질 수 있었습니다. 오늘날 Leo를 사용하면 3D 스캐닝이 포함된 모든 프로젝트에 이전보다 엔지니어링 시간이 2주 단축됩니다. 이를 통해 이 회사는 클라이언트에게 직접 낮은 가격을 제공할 수 있으며, 결과적으로 클라이언트 및 추천인이 일 년 내내 유입됩니다.

Ika는 “우리가 Leo를 채택하기 전에는 3D 스캐닝은 작업에 걸리는 시간 때문에  클라이언트에 대한 총비용의 20~30%를 차지했습니다. 하지만 Leo를 사용할 경우, 스캐닝 비용은 프로젝트 비용의 5~10%에 불과합니다. 따라서 어떤 경우에는 우리가 예전에 갖고 있던 3D 스캐너와 같이 성능이 떨어지는 3D 스캐너를 사용하는 경쟁업체보다 20% 저렴한 비용을 청구할 수 있습니다."라고 설명했습니다.

과제: 다년생 라이그래스의 고 처리량 표현형에 중점을 둔 한 연구원은 프로젝트 기간에 종묘장에서 160개의 개별 식물을 6~8회 비파괴적으로 측정하여 식물 육종가와 농부에게 가장 바람직한 특성을 가진 특정 식물을 식별하는 데 도움을 줄 수 있는 방법이 필요했습니다.

솔루션: Artec Space Spider, Artec Studio, ImageJ 및 3D Slicer

결과: Artec Space Spider를 사용하여 각 라이그래스 이삭을 몇 분 만에 정밀하게 캡처하여 각 식물에 대한 1mm 이하의 정확한 3D 스캔을 제공함으로써 연구자들이 성장 주기 동안 심층적으로 관찰할 수 있게 했습니다. 스캔 후 이삭의 3D 모형은 디지털 방식으로 "골격화"되어 각 이삭 구조의 구조적 본질을 한 치의 오차도 없는 정확도로 드러냈습니다.

 

꽃이 피는 다년생 라이그래스 이삭

세상은 식량이 바닥나고 있고, 상황은 점점 더 나빠지고 있습니다. 세계 인구는 빠르게 증가하고 있고 2050년까지 97억 명을 넘어설 것으로 예상됩니다. 많은 전문가들은 안정적인 식량 안보를 확보하기 위해 식량 생산 수준이 그때까지 50~98%까지 증가해야 한다고 주장합니다. 이는 심지어 세기 중반에 가까워짐에 따라 가속화되고 있는 기후 변화의 예측할 수 없는 영향은 고려하지 않았을 때의 경우입니다.

전 세계의 농부들은 줄어드는 경지에서 그 어느 때보다 더 많은 작물을 재배하고 가뭄, 홍수, 악성 전염병 및 식물병에도 불구하고 어떻게든 지속 가능한 작물 수량을 달성해야 하는 어려운 도전에 직면해 있습니다.

전 세계적으로 수억 명의 사람들이 매일 밤 굶주린 채 잠자리에 드는 상황에서 우리는 오늘날의 식량 안보 요구 사항을 충족시키려면 아직 멀었습니다. 동서양의 전문가들이 동의하는 한 가지가 있습니다. 즉, 우리가 이 고르디우스의 매듭을 풀려면 농업 분야에서 비할 데 없는 혁신이 필요하다는 것입니다.

고대의 뿌리를 가진 최신 기술

어려운 상황에서 작물 수량을 늘리기 위한 이러한 최첨단 혁신 중 하나는 고 처리량 표현형(HTP)의 과정입니다. 간단히 말해서 표현형은 특정 식물을 관찰하고 분석한 다음 식물의 개별 관찰 가능한 특성에 기반하여 결정 및 예측하는 행위입니다. 이것은 농부들이 지금까지 10,000년 이상 해온 일입니다.

 

밀을 들고 있는 고대 이집트 사제, 호루스 신전, 기원전 2세기경

그들은 밭을 거닐면서 가장 바람직한 특성을 가진 식물을 신중하게 선택했으며, 이러한 식물에서 미래에 심을 씨앗을 모을 것입니다. 아직 서 있는 작물에서 씨앗을 벗겨내었고 이미 식물에서 떨어져 나가(탈립하여) 땅에 떨어진 씨앗은 그냥 무시했습니다. 곤충 피해 및 기타 약점의 징후가 있는 식물도 냉대를 받았습니다.

이 과정을 수 세대에 걸쳐 수천 번 반복하면서 오늘날 전 세계 수십억 명을 먹여 살리는 탄력적이고 영양가 있는 작물을 낳았습니다.  오늘날 인간의 열량의 약 75%는 단 12개의 주요 작물에서 나오므로 먼저 이러한 식물에 중점을 두면 인류의 증가하는 식량 수요를 충족시킬 수 있는 가장 좋은 기회를 얻게 됩니다.

"고 처리량"을 표현형과 결합하면 모든 것이 매우 흥미로워집니다. 본질적으로 이는 다양한 비파괴 도구와 기술을 사용하여 식물 데이터 수집 및 분석의 정확성을 빠르게 높이는 것을 의미합니다. 표현형의 전통적인 방법은 식물을 잘라내어 실험실로 가져가 분석하는 것이었습니다. 일단 그곳에 도착하면, 식물의 물리적 특성을 줄자와 캘리퍼스라는 도구를 사용하여 부지런히 연구하고 측정하였습니다.

업계 전반의 문제를 해결하기 위한 긴급 탐구

수작업으로 측정하는 힘든 방법은 업계 표준으로 수십 년 동안 사용되어 왔지만, 기술의 발전으로 고 처리량 표현형이 살아나고 있습니다. 식물에서 비파괴적으로 데이터를 수집하는 빠르고 정확한 방법에 대한 HTP의 엄청난 잠재력을 인식한 한 연구원은 미국 우주군 소령 Travis Tubbs입니다. 오리건 주립 대학교에서 다년생 라이그래스에 대해 연구를 하는 동안 Tubbs는 이전 방법이 수반된 아주 짧은 시간에 수백 개의 식물을 정밀하게 분석하는 방법이 필요하다는 것을 알았습니다.

 

다년생 라이그래스(호밀풀)의 다이어그램

다년생 라이그래스는 많은 나라에서 가축에게 먹이를 주는 데 사용되는 가장 인기 있고 적응력이 좋은 호냉성 작물입니다. 오리건주에서만 2019년에 3억 6천만 파운드의 라이그래스 종자가 수확되었고, 그 종자의 판매액은 1억 8천 6백만 달러 이상이었습니다. 하지만 매년 이곳에서 재배되는 라이그래스의 20% 이상이 종자가 식물에서 너무 이르게 떨어져 나가는 조기 종자탈립으로 인해 회복할 수 없을 정도로 손실되고 있습니다.

탈립은 많은 식물에서 흔히 볼 수 있는 특징이며, 적절한 시기에 탈립이 되면 종자가 흩어지고 결국 다음 세대에 식물로 변하게 됩니다.

오리건 주립 대학교 Hyslop Crop Science Field Research Laboratory의 다년생 라이그래스

Tubbs는 “어떤 라이그래스 계통이 조기 종자 탈립이 덜 되는지 정확하게 알기 위해서는 수백 종 식물의 작은 이삭들을 분석하여 이삭들의 높이와 길이는 물론 이 이삭들이 종자를 얼마나 단단히 붙잡고 있는지를 측정해야 합니다. 이전의 수동 측정 방법을 통해 이것을 하려고 한다면 손에 죽은 식물이 많이 있게 될 뿐만 아니라 각각의 성장 주기 동안 주어진 짧은 시간에 많은 작은 이삭을 정확하게 측정할 수 없을 것입니다”라고 말했습니다.

3D 스캐닝의 도입

사진 측량의 기능 및 유사한 빠른 데이터 캡처 방법을 살펴본 후 Tubbs는 종묘장에서 사용할 자신의 3D 스캐너를 설계하기 직전에 있었습니다. 그때 그는 Artec 3D 웹사이트에 접속하여 몇 년 동안 연구자들 사이에서 인기를 끌었던 전문 휴대용 3D 스캐너인 Artec Space Spider를 발견했습니다. 그는 재빨리 현지 대리점에 연락하여 직접 시연을 보기로 하였습니다.

Artec Space Spider

Artec의 골드 인증 대리점인 Digital Scan 3D의 Richman Siansimbi는 Tubbs를 만나 Space Spider를 사용하여 라이그래스 식물 표본을 함께 스캔했습니다. 그날 오후, Tubbs는 Space Spider의 1mm 이하 스캔이 그의 분석을 위해 충분한 세부 정보를 제공할 수 있다는 것을 알았을 뿐만 아니라 Siansimbi의 도움을 받아 그들은 라이그래스 식물을 스캔하기 위해 쉽게 반복할 수 있는 작업 흐름을 실험하고 생각해 냈으며, Tubbs는 이 작업 흐름을 오늘날까지도 여전히 사용하고 있습니다.

Tubbs는 종묘장으로 걸어 나와 자신이 캡처하고자 하는 작은 이삭이 있는 식물을 찾습니다. 그런 다음 그는 조심스럽게 식물의 윗부분을 땅으로 구부리고 스캔에 사용되는 배경에 놓아둡니다. 원래 이것은 각 식물에 대해 1분도 채 걸리지 않는 스캔 과정에서 지면에 평평하게 눕혀져 그곳에 머물러 있을 만큼 넓고 유연했기 때문에 보라색 고무로 된 운동 밴드였습니다.

라이그래스 이삭의 Space Spider 스캔을 보여주는 Artec Studio 15 스크린숏

추가 실험과 Artec 웹사이트의 온라인 도움말을 통해 Tubbs는 견고한 흑백 보드를 배경으로 사용하여 Artec Studio 소프트웨어에서 스캔 처리를 더 쉽게 할 수 있다는 것을 알았습니다. 더 편리한 해결책을 찾는 연구자에게 Tubbs는 단순히 신문 한 장을 사용할 것을 권하는데, 이는 특히 바람이 불 때 끝이 아래로 내리눌리는 경우 효과가 있을 것입니다.

기술의 탁월한 정확성 입증

Artec Space Spider의 정확성을 과학적으로 확인하기 위해 Tubbs는 설정된 측정(눈금자)을 하여 Nikon D5000 DSLR로 사진을 찍었습니다. 그런 다음 ImageJ 소프트웨어를 통해 사진을 처리하여 눈금자의 20cm 길이의 각 센티미터(cm)를 표시했습니다. 이 과정은 스캔한 모형에 반복했습니다.

 

위: 각 cm를 측정한 눈금자의 3D Artec Space Spider 스캔. 아래: Nikon D5000로 찍은 Imagej 소프트웨어로 측정한 눈금자의 2D 이미지

 

2D 이미지 측정 정확도와 3D Artec Space Spider 정확도를 비교한 그래프

그런 다음 Tubbs는 두 측정값을 그래프로 그려 두 캡처 방법 간의 정확도를 시각적으로 나타냈습니다. 이 과정은 높은 충실도로 다년생 라이그래스 이삭을 측정할 때 두 가지 형태의 측정 모두 정확하다는 것을 나타냅니다. 2D 사진 측정의 오차는 ±1.72mm입니다. 한편 Space Spider 스캔의 오차는 ±0.09mm입니다. 두 방법 간의 정확도 차이는 통계적으로 유의하지 않지만(P-값 0.92), 장비의 정확성을 검증하는 데 도움이 됩니다.

어둠 속에서 라이그래스 이삭 3D 스캐닝

프로젝트를 수행하는 2년 동안, Tubbs는 스캔하는 날에는 해가 뜨기 전에 오리건 주립 대학교의 Hyslop Crop Science Field Research Laboratory로 차를 몰고 가서 스캔을 시작했습니다. 몇 시간 후, 그는 저녁때에 일을 그만하기로 하고는 그때 다시 시작했습니다. Artec Space Spider의 독특한 캡처 방법 덕분에 Tubbs는 주변 조명이 아주 약한 밤 내내 작업할 수 있었습니다.  전체적으로 Tubbs는 640개의 라이그래스 식물을 관리하고 있었습니다.

USDA에서 공급한 40가지 라이그래스 종자의 기원을 표시하는 Google 지도 이미지

이러한 식물은 미국 농무부가 아일랜드, 덴마크, 벨기에, 네덜란드, 그리스, 알제리, 뉴질랜드, 미국 및 그 밖의 지역 등 전 세계 40개 지역에서 수집한 종자에서 유래했습니다. 원래 40개의 종자 중에서, Tubbs는 그들의 유전적 "과(family)" 중에서 가장 대표적인 네 가지를 선택했습니다. 이는 160개의 식물을 "반복"하는 결과를 낳았습니다. 이 160개의 식물을 분석에서 환경 변수를 제거하기 위해 4번 복제하고 넓은 종묘장에 무작위로 심었습니다.

Tubbs는 전체 640 식물 중 1/4 또는 1개의 복제만 스캔했으며, 이 작은 복제를 통해 프로젝트를 수행하는 동안 각 식물을 6~8번 스캔하고 분석할 수 있었습니다. Space Spider의 약 800개 고해상도 3D 스캔을 통해 Tubbs는 어떤 식물이 가장 덜 종자 탈립하기 쉬우며 그 이유에 대해 방대한 양의 정확하고 흥미로운 사실을 드러내는 데이터를 얻을 수 있었습니다.

 

X선 모드로 라이그래스 이삭의 Space Spider 스캔을 보여주는 Artec Studio 15 스크린숏

Tubbs는 시간이 지남에 따라 스캔 과정을 요약하면서 "각 스캔 전에 이삭에 표시하고 일주일 후에 돌아와서 같은 이삭을 캡처했습니다. 이 과정을 서너 번 반복한 후, 저는 이것이 이삭 하나하나에서 그 모든 작은 이삭이 시작은 어떤 상태였는지, 그리고 지금은 어떤 상태인가를 자신 있게 말할 수 있었습니다. 처음부터 끝까지 각 이삭의 모든 단일 구조에서 발생하는 유기적인 성장을 정확하게 측정 할 수 있습니다"라고 말했습니다.

Tubbs는 계속해서 “전통적인 표현형 방법으로는 식물의 성장 주기에 대해 이처럼 분명하게 확인할 수 없습니다.  식물을 측정하려면 그것을 파괴해야 합니다.  그리고 일단 그렇게 하면 그것이 어떻게 성장할지, 내일이나 그 다음 날 또는 다음 주에 어떤 상태일지 결코 말할 수 없습니다"라고 말했습니다.

정밀 고 처리량 표현형을 위한 Space Spider의 강점

Tubbs는 Space Spider 스캔을 사용하여 모든 불규칙한 표면과 형상을 정밀하게 측정하여 모든 작은 이삭을 1mm 이하까지 정량화할 수 있습니다. 여기에는 각각의 작은 이삭에 있는 종자 덩어리의 완전한 구조적 특성, 그것들의 수많은 각도와 측면 그리고 (종자가 식물에서 떨어져 나오는) 탈리대가 포함되며, 이 모두는 각 식물의 독특한 표현형 해석에 있어 매우 중요합니다.

 

다년생 라이그래스 작은 이삭

Space Spider로 캡처한 많은 양의 정확한 데이터와 대조적으로 Tubbs는 오래된 표현형 방식을 반영하며, "연구자들은 30~40개의 개별 식물에서 무작위 표본을 채취할 것입니다. 그리고 그 무작위 표본은 비록 소규모이긴 하지만 전체 큰 그림을 나타낸다고 말할 겁니다. 연구자들이 오래된 방법을 사용하고 있는 모든 과학 논문을 보면, 본질적으로 그것이 그들이 지금 하고 있는 것입니다"라고 말했습니다.

Tubbs는 더욱 정확한 분석을 수행하면서 3D 스캔을 이미지 분석 및 과학적 시각화를 위한 오픈 소스 소프트웨어 패키지인 3D Slicer로 내보냈고, 여기서 그는 라이그래스 이삭의 고해상도 모형을 "골격화"하기 시작했습니다. Tubbs는 3D Slicer를 사용하여 각 3D 이삭을 디지털 방식으로 슬라이스하여 수천 개의 개별 원형 조각 더미로 분할할 수 있습니다.

라이그래스 이삭의 골격화된 Space Spider 스캔

일반적으로 X선, CT 및 MRI 스캔에 사용되는 이 기능은 Tubbs에게 다음 단계의 골격화 과정을 위한 소재를 제공합니다. Tubbs는 디지털 방식으로 슬라이스된 3D 이삭을 ImageJ 소프트웨어로 가져와 각 이삭을 구성하는 수천 개 조각 모두의 정확한 중심을 결정합니다.

그런 다음 그는 각 조각의 중심을 한 줄씩 다음 조각과 연결하며, 이를 통해 하나의 연속적인 골격화된 이삭이 만들어집니다. Tubbs는 “이것은 식물을 구조의 해부학적 본질인 가장 중심으로 모든 복잡성으로 응축시키며, 이는 연구자로서의 저에게 엽축에 부착된 작은 이삭의 각도, 작은 이삭 크기 및 기타 측면 그리고 이삭 길이 및 구성, 이삭 당 작은 이삭의 수, 엽축을 따라 있는 작은 이삭들 간의 간격 등 특성을 연구하는 데 필요한 것을 제공해 줍니다”라고 말했습니다.

뛰어난 내충성, 가뭄 저항성 곡물, 과일 및 채소

종묘장에서 가장 바람직한 형질과 결과를 가진 식물을 정확히 파악하면 이러한 특정 식물을 유전적 차원에서 연구하고 다른 식물과의 번식 및 육종에 사용할 수 있습니다. 이러한 방식으로 최소한의 세대에 걸쳐 연구자들은 우수한 라이그래스뿐만 아니라 쌀과 보리, 밀에서 다양한 과일과 채소에 이르기까지 모든 종류의 식물을 생산할 수 있습니다. 식물들은 내충성이 매우 강하고 가뭄에 잘 견디며 살충제가 거의 필요하지 않을 것입니다.

하지만 Tubbs는 "이것은 결승선이 없는 경주입니다. 왜냐하면 우리가 더 튼튼한 식물을 생산해도 곤충은 식물의 저항을 극복하기 위해 더 빠르지는 않더라도 그만큼 빨리 적응하고 있기 때문입니다. 이것은 수백만 년 동안 식물과 해충 사이에서 벌어져 온 전쟁입니다. 우리는 식물이 생존하고 번성하는 데 도움을 줄 특성이 있는 것을 골라 식물에 유리하게 하려고 노력하고 있습니다. 처리량이 높은 표현형과 Artec Space Spider는 우리가 다른 모든 경쟁자보다 앞서 나가는 데 도움이 될 수 있습니다’라고 말했습니다.

 

디지털 수집 방법을 사용한 고 처리량 표현형의 다양한 측면 비교

이를 달성하기 위한 효과적인 도구에 대한 조사는 증가하고 있습니다.  Tubbs는 “오늘날 농업에서는 효과적인 고 처리량 표현형 솔루션에 특화된 연구에 막대한 금액이 지출되고 있습니다. 전 세계의 연구자들은 세계의 모든 작물에 대해 이를 적용하는 방법을 찾기 위해 경쟁하고 있습니다. 모든 농업 연구자는 지금 그것을 알아내려고 노력하고 있습니다”라고 말했습니다.

그는 이어서 "저는 라이그래스에 집중하고 있습니다. 왜냐하면 그것은 제가 있는 곳의 주요 작물이기 때문입니다. 그러나 우리는 옥수수나 밀 또는 다른 곡물과 식물에 대해서도 똑같은 일을 쉽게 할 수 있습니다”라고 말했습니다.

Tubbs는 스캐너의 직관적인 사용 용이성에 대해 말하며 “제가 라이그래스나 다른 식물을 캡처하는 데 사용하는 기술은 배우기 어렵지 않습니다. 저는 우리가 참석한 몇몇 회의에서 사람들에게 Artec Space Spider의 사용법을 가르쳐 주었습니다. 제가 현장에 나갈 때 사용하는 몇 가지 기법이 있는데 이 기법들을 다른 연구자들과 공유할 수 있어 항상 기쁘게 생각합니다"라고 말했습니다.

Tubbs는 기술에 대한 자신감을 재확인하면서 "Artec Space Space Spider로 제가 하고 있는 일인 고 처리량 표현형이 농업의 미래라는 것은 의심의 여지가 없습니다. 이를 통해 식물 육종가와 농부는 즉각적인 그리고 미래의 요구에 대응할 수 있는 가장 바람직한 특성을 가진 식물을 빠르게 선택할 수 있습니다. 그것이 최신 질병에 내성이 있는 것을 의미하든 변화하는 환경에서 가장 잘 자라는 식물을 생산하는 것을 의미하든 상관없이 말입니다. 선택적인 결정을 더 빨리 내릴수록 미래의 요구에 더 잘 대비할 수 있습니다"라고 말했습니다.

과제: 아르메니아와 아제르바이잔 사이의 갈등은 수십 년 전으로 거슬러 올라가며 오늘날까지 계속되고 있습니다. 많은 시민, 특히 18세 이하의 남성들이 팔이나 다리를 잃고 손과 다리를 다치는 경우가 많았습니다. 인프라가 제대로 개발되지 않았고 양질의 의료 서비스를 이용하기가 어려웠기 때문에 많은 사람에게 있어 의지는 제대로 맞지 않고 솔루션은 수준 이하였습니다.

솔루션: Artec Eva, Artec Studio, Artec Cloud, 3D 프린팅

결과: 전쟁 희생자와 환자는 Artec Eva를 사용하여 스캔하며, 캡처한 데이터는 맞춤형 의지 보호대를 제작하는 데 사용됩니다. 접근하기 어려운 지역에 있는 사람의 경우 데이터를 Artec Cloud에 쉽게 업로드하여 공동 작업할 수 있습니다.

Artec을 선택하는 이유:  사용이 간편하고 휴대성이 탁월한 Artec Eva는 데이터를 빠르고 쉽게 캡처할 수 있으며, Artec Cloud를 통해 번거로운 데이터 전송을 막을 수 있고 팀은 원격으로 작업할 수 있습니다.

     환자의 3D 데이터를 캡처하여 맞춤형 의지 보호대 제작.

지속 가능한 솔루션을 위한 새로운 기술

 

Artyom은 말하면서 앞에서 손을 깍지 낍니다. 그 제스처는 다른 사람과 마찬가지로 자연스럽게 나옵니다. 우리가 손을 움직이는 방식은 대부분 비언어적 의사소통의 필수적인 부분입니다. 사고로 두 손을 잃은 청년 Artyom의 경우도 다르지 않습니다.

Artyom은 "2003년에 사고가 나기 전에, 저는 축구 선수였습니다. 저는 골키퍼였습니다. 그러나 그 후, 상지가 없는 저는 분명 더는 골키퍼가 될 수 없었습니다. 하지만 스포츠에 대한 제 사랑은 사라지지 않았습니다. 저는 여전히 스포츠를 사랑하고, 보고, 하고 있습니다. 그래서 저는 코치가 될 수도 있겠다는 생각이 들었습니다.”라고 말했습니다.

현재 두 개의 여자팀을 지도하고 있는 Artyom은 이제 꿈이 있습니다. 잘 맞고, 편안하며 기능적인 좋은 팔 의수를 갖는 것입니다. 그리고 그는 이 투쟁에서 혼자가 아닙니다. 아르메니아의 팔·다리 절단 환자 수는 평균보다 많고 양질의 의료 서비스를 받는 것이 제한적이며 많은 사람이 열악한 환경에서 살기 때문에 의지에 대한 차선의 솔루션을 가지고 사는 사람이 많습니다.

            새로운 의지의 프로토타입을 보고 있는 Artyom(오른쪽).

아르메니아에 있는 비정부기구인 oqni의 공동 설립자이자 CEO인 Hajk Bagradjans는 "아르메니아의 상황은 아무도 상지 의수에 대해 그다지 신경 쓰지 않을 정도였습니다. 그리고 사회부의 지원을 받아 의지를 수입하는 회사들도 있지만, 그 과정은 매우 관료적입니다. 의지를 받는다 해도 2~3주 정도 지나면 부러져 피부가 보입니다.“라고 말했습니다.

아르메니아 디아스포라 구성원들로 구성된 조직인 oqni의 결성에 영감을 준 것은 바로 이 과제입니다. 이들은 모두 공동체를 위한 개선책을 마련하고 장기적인 솔루션을 개발하기 위해 모였습니다.

"군사적 확대, 1989년의 지진, 높은 교통사고율 그리고 당뇨로 인해 아르메니아에는 팔·다리 절단 환자가 불균형적으로 많이 있습니다."

Bagradjans는 "oqni는 2020년 아르메니아 전쟁의 결과로 결성되었습니다. “전쟁 때문에 특히 시골 지역에 있는 많은 젊은이가 편안하고 자신감을 느낄 수 있는 의지를 사용할 수 없고 맞춤형 의지를 갖추지 못하는 딜레마에 직면해 있습니다.”라고 설명합니다.

          맞춤형 의지 보호대를 제작하기 위해 환자의 데이터를 캡처하는 데 사용되는 Artec Eva.

하지만 아르메니아에서는, 이 문제는 전쟁 희생자를 넘어섭니다. oqni는 아르메니아 전역에 팔·다리 절단 환자가 불균형적으로 많이 있다고 말합니다. 이들 중 많은 사람이 수년에 걸친 군사적 확대, 1989년에 강타한 지진, 높은 교통사고율 그리고 당뇨로 인해 팔다리 절단 수술을 받았습니다.

Bagradjan은 "지진 발생 이후 많은 외국 회사와 구호 활동가가 와서 의지에 대해 사람들을 교육했습니다. 하지만 지난 30년 동안, 그것은 크게 바뀌지 않았습니다. 그래서, 그들은 여전히 오래된 방법을 사용하고 있지만, 새로운 기술을 접하는 것에 매우 큰 관심이 있습니다."라고 말했습니다.

솔루션 찾기

 

새로운 기술이 어떻게 작용하게 되었는지에 대한 이야기는 이보다 더 오래전으로 거슬러 올라갑니다. 2020년, 파리에서 특히 COVID-19 팬데믹이 계속 맹위를 떨치자 프랑스 외과 의사인 Roman Khonsari 박사는 Artec 스캐너를 수요가 많고 신속히 구할 수 없는 3D 프린팅한 응급 의료 용품을 품질 관리하는 데 사용했습니다.

아르메니아 디아스포라의 일원인 Khonsari 박사는 비정부기구를 시작하는 아이디어를 구상한 동료들에게 Artec 기술을 추천했습니다.

“Khonsari 박사와 저는 현재 아르메니아에서 의지 장비를 제작하기 위해 3D 기술을 도입하는 인도주의적 프로젝트를 진행 중입니다. 우리는 이를 위해 Artec 3D 스캐너를 사용하는 것에 대해 논의하고 싶습니다.”라고 oqni 회원인 Sassoun Kelechian은 Artec 3D에 이메일을 보냈습니다.

그리고 3D 기술을 통합하기 위한 계획이 진전되면서 팀도 발전했습니다.

Bagradjans는 "성장하는 우리 팀에는 심리학자부터 엔지니어, 물리치료사, 사업가까지 모든 사람이 있습니다. 따라서 우리는 이제 엄청난 수의 사람이 있습니다. 이들은 독일, 프랑스, 미국, 아르메니아 등 전 세계에서 왔습니다. 그리고 저는 이것이 정말로 우리의 DNA에 더해지고 이를 통해 우리는 일을 더 잘할 수 있다고 생각합니다."라고 말했습니다.

 

     Ortez 보조기 및 의지 센터를 방문한 Artec과 oqni 팀.

정확성과 사용 편의성에 중점을 두고 신체 부위를 스캔하는 경우, Artec Eva가 적합한 옵션이었습니다. Artec 3D의 대표 스캐너인 Artec Eva는 중간 크기의 물체를 스캔하는 데 탁월합니다. 이 가볍고 조작하기 쉬운 구조화 광 3D 스캐너는 빠르고 텍스처가 뛰어나며 정확한 3D 모델을 만들 수 있습니다. Eva는 또한 사람과 같이 움직일 수 있는 물체나 표면을 작업할 때 고려해야 하는 중요한 점인 스캔 속도가 빠르며, 물체나 표면을 고해상도로 정확하게 측정할 수 있습니다.

이 경우 맞춤형 물품으로 의지 커버가 있습니다.

Bagradjans는 "이것은 본질적으로 의지를 미적으로 보호하는 커버입니다. 따라서 일반적으로 매우 불편하고 위생적이지 않으며 다른 쪽 다리의 크기에 맞게 설계되지도 않은 금속 막대가 늘어져 있는 튜브를 가지고 돌아다니거나 폼 솔루션을 사용하는 대신, 우리의 솔루션은 3D 스캐닝 기술과 결합할 때 건강한 다리의 크기와 치수 또는 신체 모양에 들어맞을 뿐만 아니라 (3D 프린팅 덕분에) 모든 크기, 디자인 선호도 또는 고객이 가질 수 있는 모든 종류의 선호도를 수용할 수 있는 맞춤형 솔루션을 제공합니다."라고 설명했습니다.

Eva가 작업 흐름에 추가되기 전에는 시간이 훨씬 더 많이 걸리는 프로세스가 있었습니다.

"Eva로 스캔하면 건강한 다리의 전체 모양을 확실히 통합하고 그것을 매우 대칭적으로 만들 수 있습니다."

Bagradjans는 "Eva 3D 스캐너는 대단한 게임 체인저였습니다. 이전에는 모든 것을 수작업으로 해야 했습니다. 의지 커버를 만들 때 모든 측정을 수작업으로 해야 했으며, 이는 그런대로 괜찮았지만, 실제로는 측정이 매우 정확하게 이루어지지 않았습니다.”라고 말했습니다.

환자들과 인터뷰를 한 후에, oqni 팀은 다음과 같은 몇 가지 사실을 발견했습니다. 첫째, 좋은 의지의 가장 큰 요소 중 하나는 의지 커버가 다른 쪽 다리의 치수 및 모양과 같게 만들어져야 한다는 것이었습니다. Bagradjans는 "환자에게는 바지를 입었을 때 실제로 차이점이 무엇인지 아무도 알 수 없게 하는 것이 아주 중요했습니다."라고 말했습니다. 반바지를 입었을 때도 양쪽 다리의 대칭을 유지할 수 있었습니다.

그는 "Eva가 없었다면 단지 수작업으로 다른 크기를 선택한 다음 그것을 수용하려고 하는 가장 기초적인 방법을 사용했을 것입니다. 하지만 3D 스캐닝 솔루션을 사용하면 정확도가 훨씬 더 높아집니다. 이를 통해 건강한 다리의 전체 모양을 확실히 통합하고 그것을 매우 대칭적으로 만들 수 있습니다."라고 설명했습니다.

작업은 다음과 같이 이루어집니다. 환자는 먼저 집, 사무실 또는 가장 적합한 곳에서 oqni 팀과 만나도록 초대됩니다. 이는 스캐너의 이동성 덕분에 가능했습니다. 그러고 나서 다음 팀은 환자의 절단뿐만 아니라 환자가 좋아하는 색상 또는 선호하는 디자인에 대해 조금 알게 됩니다.

Bagradjans는 "예를 들어, 고딕 문화를 정말 좋아하는 한 환자가 있었는데, 우리는 ‘좋아요, 이 커버에 해골을 넣을 수도 있습니다.’라고 말했습니다. 환자가 어떤 사람인지 파악하는 것이 아주 중요합니다."라고 말했습니다.

그런 다음 스캐닝이 시작됩니다. 환자는 방 한가운데 서 있고, 한 번의 스캔으로 건강한 다리와 절단된 다리를 모두 캡처합니다. 양쪽 다리 모두 절단 수술을 받은 환자에 대해서는 절단된 두 다리 모두 스캔합니다.

 

           의족과 원래 다리 모두 전체 데이터 캡처를 위해 스캔합니다.

스캔은 일반적으로 1분 이상 걸리지 않지만, 환자가 서 있거나 가만히 있는 것이 익숙하지 않은 경우에는 최대 5분이 걸릴 수도 있습니다.

그런 다음 스캔 데이터를 처리합니다. 여기에서 Artec Studio에서는 Mirror 기능을 사용하여 건강한 다리를 의족에 미러링합니다. "이렇게 하면 가장 정확한 치수를 얻을 수 있고, 의수 커버를 제작하는 방법과 의수 커버의 모양이 어떠해야 하는지 더 잘 알 수 있습니다. 의수 커버는 커버가 금속 튜브에 정밀하게 맞는 부품이 있어야 합니다. 이제 정확한 치수를 얻고 고정 장치가 있어야 할 위치를 정확히 알 수 있습니다."

이 팀을 위한 또 다른 게임 체인저는 Artec Cloud입니다. Bagradjans는 "그것은 의지에 집중하는 것을 막고 재활에 접근하는 것입니다. 그리고 Artec Cloud는 그 DNA의 매우 많은 부분을 차지하고 있습니다.”라고 말했습니다.

Artec Cloud로 작업하면 멀리 떨어진 지역에 있는 팀원이나 파트너가 환자를 스캔하고 즉각적인 피드백을 받을 수 있습니다. "예를 들어, 스캔하는 방법을 배운지 얼마 안 되었거나 스캔 기술에 익숙하지 않은 사람도 이제 스캔하여 Cloud에서 공유할 수 있으며 우리는 즉시 피드백을 제공할 수 있습니다."

데이터 캡처가 완료되면 커버의 3D 모델링이 시작됩니다. "여기서 우리는 첫 번째 단계의 피드백을 통합하였고, 이를 통해 환자를 알고, 색상에 대해 알고, 디자인이 어떠해야 하는지 그리고 [의지에 맞추기 위해] 얼마나 많은 구멍이 있어야 하는지를 알게 되었습니다."

그런 다음 마지막 단계로 이동합니다. 프린트해서 환자에게 맞춥니다.

자신감을 갖고 행동

 

팀이 환자를 위한 맞춤형 의지 보호대를 만들기 위해 열심히 작업하고 있지만 간과해서는 안 되는 또 다른 요소가 있습니다. 바로 정신 건강입니다.

임상 심리학자이자 Oqni의 최고 운영 책임자인 Haikouhi Oroudjian은 자신이 교육받은 방식으로 모국을 돕기 위해 합류했습니다.

“몸이 변했다고 해서 삶이 더 나빠진 것은 아닙니다. 단지 다를 뿐입니다. 그리고 그것을 개선하는 방법들이 있습니다."

그녀는 "제가 Hajk를 만났을 때, 우리는 정신 건강과 관련된 솔루션이 지역 사회에 도움이 될 수 있는 방법에 관해 이야기하기 시작했습니다. 아르메니아와 코카서스에는 정신 건강에 관해 큰 오명이 있기 때문입니다. 특히, 전후 트라우마입니다."라고 설명했습니다.

의지 커버를 제작하는 것은 oqni가 하는 일에 필수적이지만, 인문 과학, 정신 건강 및 환자의 복지를 방정식에 통합하는 것 역시 중요합니다. "그렇지 않으면, 정말 의미가 없습니다. 누군가에게 금으로 만들어진 의지를 주고 그 의지가 신체적으로 작동하는 데 도움을 주기 위해 모든 유용한 도구를 줄 수는 있습니다만, 그들의 몸의 새로운 외관에 대한 감정적인 거부감이 있다면, 그것은 중요하지 않습니다."라고 할머니가 절단 수술을 받은 환자였던 Oroudjian은 말했습니다.

     솔루션으로 중요한 것은 신체적인 외관만이 아닙니다. 심리도 큰 역할을 합니다.

 

oqni의 환자들의 특성을 감안할 때 변화는 불가피합니다. 특히 어린 18세 소년일 때 몸이 변하거나 당뇨병을 앓을 때 자신만의 것인 몸이 변합니다. 매일 아침 일어나는 것이 편하게 느끼도록 확실히 다루어야 하는 뇌의 변화가 있습니다. 그리고 단지 몸이 변했다고 해서 삶이 더 나빠진 것이 아니며, 단지 다를 뿐이라는 것을 알아야 합니다. 그리고 그것을 개선하는 방법들이 있습니다."라고 Oroudjian이 말했습니다.

 

다른 조직과 협력

 

oqni는 의지 보호대를 만드는 것 외에도 지역 및 국제 조직과도 긴밀한 관계를 맺고 있습니다. 예를 들어, 이동성에 문제가 있는 다양한 환자들과 함께 작업하는 Ortez Orthotics Centre가 있습니다.

Ortez의 이사인 Araig Tekyozyan은 "아르메니아의 팔·다리 절단 환자는 주로 재정적으로 무능력합니다. 팔·다리 절단 환자가 직장을 구하고 좋은 급여를 받는 것은 더 어렵습니다. 팔·다리 절단 환자는 더 이상 육체노동과 관련된 직업을 가질 수 없기 때문에 직업적인 어려움이 있습니다."라고 말했습니다.

게다가 그들 중 많은 사람이 육체노동이 덜 필요하거나 그들이 더 쉽게 접근할 수 있는 산업인 IT 또는 프로그래밍에 대한 충분한 지식이나 기술을 가지고 있지 않습니다.

그는 이어 "우리는 전체 시스템에서 팔·다리 절단 환자의 신체 조건을 개선하고 충실한 삶을 살 수 있도록 도울 수 있는 기회를 보았습니다."라고 덧붙였습니다.

 

      Ortez의 이사는 환자와 작업할 때 첨단 기술을 사용하는 것을 강력히 지지합니다.

Tekyozyan은 “우리는 작은 나라이지만 고품질의 의지와 의지 장치를 보유하고 있습니다.  3D 스캐닝 및 CAD/CAM 기회 역시 이동이 어려운 환자와 작업할 때 매우 중요합니다."라고 말했습니다.

Eva가 있으면 단 한 명의 전문가가 환자를 방문하면 됩니다.  그는 “단 하나의 휴대용 장치로 환자가 불편함을 느끼지 않게 하면서 측정할 수 있습니다. 이 기술은 현대적이면서 정말 편안합니다. 저는 이 기술이 매우 필요하다고 생각합니다."라고 말했습니다.

대담하게 미래를 향해 나아가는 oqni는 그들과 같은 공간인 예레반의 엔지니어링 시티(Yerevan‘s Engineering City)에서 영업하는 Armbionics와도 협력했습니다. 이 아르메니아 이니셔티브는 생체 신호 기반 전기 손을 전문으로 하며, 여기서 근전기 신호는 의수의 모멘트를 허용합니다. 그러면 환자는 표면 EMG 센서를 사용하여 근육으로부터 수신되는 전기 신호를 통해 전기 손을 더 직관적으로 제어할 수 있으며, 한 손가락, 두 손가락 또는 다섯 손가락으로 쥘 수 있습니다.

게다가 oqni는 교육 기반 프로그램을 운영하는 대학과 지역 TUMO 연구소에서 학생, 재향 군인, 기업가 등을 교육합니다.

              oqni 팀은 예레반의 TUMO 연구소에서 학생들 및 3D 애호가들과 공동 작업합니다.

우리의 현재와 미래

 

oqni는 1년 이상 전에 설립된 이래로 3D 프린팅된 의지 커버로 아르메니아에서 120명이 넘는 팔·다리 절단 환자를 도왔습니다. 그들은 또한 물리치료와 정신건강에 관한 소책자와 앱을 만들기 위해 노력했으며 과학적이고 교육적인 이니셔티브를 개발하고 있습니다.

Bagradjans는 매주 TUMO 연구소에서 열리는 교육에 참석하는 사람들을 언급하며, "우리는 모두 여긴 모인 바이오닉 엔지니어, 하드웨어 엔지니어, 소프트웨어 엔지니어, 디자이너의 차세대를 교육하기 위해 많은 자원을 투입할 것을 지지합니다."라고 말했습니다.

oqni는 모든 것이 시작된 곳으로 노력을 제한하기보다는 이제 그들의 솔루션을 오픈 소스로 만들고 전 세계의 팔·다리 절단 환자가 자유롭게 이용할 수 있도록 하는 다음 단계를 준비하고 있습니다.

"3D 모델링 과정을 통해 참전 용사와 팔·다리 절단 환자는 현대적인 도구를 알게 되고 다시 일할 수 있습니다."

그리고 선행하는 것보다 더 사회적인 방법이 있을까요? 한때 환자였던 개인들도 이제는 나서서 기여하고 있습니다. 팔·다리 절단 환자, 참전 용사 및 전쟁으로 피해를 입은 사람들이 3D 모델 전문가가 되게끔 새로운 기술을 가르치는 이니셔티브가 현재 진행 중입니다.

Oroudjian은 "팔·다리 절단 환자에게 힘을 실어주는 사명에 충실한 oqni는 올바른 도구와 기회가 주어진다면 누구나 자신의 목표와 꿈을 이룰 수 있다고 믿고 있습니다. "3D 모델링 과정이 만들면 참전 용사와 팔·다리 절단 환자가 현대적인 도구를 배우고 이전보다 더 자신감 있고 준비된 마음으로 일터로 복귀할 수 있습니다."라고 말했습니다.

그리고 그들의 배움과 기회도 거기서 멈추지 않습니다.

"최고의 지원자들은 oqni 팀에 합류하여 미래를 위한 솔루션을 구축하는 데 도움을 줄 것입니다."

요약: 다단계 제조로 인해 부정확한 최종 부품 결과로 이어지는 공정 편차가 생길 수 있습니다. 적절한 도구를 사용한 체계적인 접근 방식을 사용하지 않으면 시정 조사가 어렵습니다.

목표: 3D Systems의 Artec 3D Space Spider 스캐너 및 Geomagic Control X 계측 및 품질 관리 소프트웨어를 사용하여 총비용과 프로젝트 시간을 줄이고 정확성을 높이며 반복을 최소화하여 주조소의 기대치를 능가하기.

사용 도구: Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Control X

스캐닝 및 주의 깊게 적층 가공된 부품은 비용을 절감하고, 반복을 최소화하며 정확성 및 품질을 높여 줍니다.

새로운 생산 기술이 발전하면서 최고의 부품을 제조하는 데 있어 새로운 기술적 과제가 생기게 됩니다. 종종 수축, 표면 마감 및 반복성과 같은 요소를 이해하기 위해 계약 제조업체가 처음으로 생산을 하려 할 때 새로운 공정을 상당히 조정해야 하는 경우가 있습니다. 적층 가공도 예외는 아니지만, 이 생산 방법론에서 이러한 요소를 추적하는 도구는 뒤처져 있습니다. 그것은 이제 바뀌고 있습니다.

대부분의 제품은 수명 주기 내내 생산에 이르기까지 일반적인 공정을 따릅니다. 디자인, 제조, 검사는 공정, 단계 및 책임을 고려하는 일반화된 방법입니다. 각각 고품질 부품을 생산하는 데 중요합니다. 제조되는 부품의 복잡성과 특성에 따라 실제 작업 흐름에는 많은 튜닝 루프와 피드백이 있을 수 있습니다.

 

아래의 당사 작업 흐름 예시에서 Artec Space Spider와 Geomagic 소프트웨어가 디자인, 검증 및 제조 공정의 모든 단계에서 3D로 프린팅한 왁스 주조 모형 및 주조 부품에 대한 전체 형상 캡처 및 분석을 제공한 방법을 보여줍니다.

과제

다단계 제조는 정확하지 않은 최종 부품 결과물에 축적되는 불확실성과 공정 편차로 이어질 수 있습니다. 적절한 도구를 사용하여 체계적인 접근 방식을 취하지 않으면 시정 조사는 수행하기 어렵습니다.

솔루션

Artec 3D Space Spider 스캐너 및 3D Systems의 Geomagic® Control X ™ 계측 및 품질 관리 소프트웨어

결과

3D 스캐닝 및 검사 네트를 사용하여 적층 가공된 공구 없는 모형 공정 개선을 통해 최소한의 반복(1))으로 결과를 개선

• 전체 정확성이 10% 증가하여 27%의 비용을 절감

• 주조소와의 긴밀한 업무 관계 및 주조 공정 망의 분석을 통해 최소한 반복(1)으로 주조소의 기대치를 능가하는 부품을 완성

• 최종 부품 정확성이 14% 증가

• 2차 가공 작업의 감소로 마무리 비용을 절감

Artec Space Spider는 치수 검사를 위해 소형 물체와 복잡하고 세밀한 부분을 정확하게 캡처하는 데 탁월한 초고해상도 휴대용 3D 스캐너입니다.

플러그 앤드 플레이(plug and play) 방식으로 작동하는 Space Spider는 복잡한 준비 및 광범위한 사용자 교육 없이 쉽게 물체를 스캔하여 고객이 어디서나 부품을 디지털화할 수 있습니다. Artec 3D의 독점적인 “타깃 없는” 알고리즘을 통해 스캐너는 모양과 색상만으로 물체를 추적할 수 있습니다. 물체에 타깃을 적용할 필요가 없습니다.

Artec Studio 스캐닝 소프트웨어

3D 스캔의 기본 소프트웨어인 Control X는 휴대용 측정 장치를 갖춘 계측에 이상적인 솔루션이며 3D Systems의 Geomagic Control X는 제조를 위한 근본 원인 분석 및 수정을 가능하게 하는 산업용 계측 소프트웨어입니다. Control X를 사용하면 조직 내 더 많은 사람이 더 빠르고 더 자주 더 완벽하게 어디에서나 측정할 수 있습니다.

전체 솔루션은 복잡한 제조 공정에서 성공적인 생산에 대한 고유한 통찰력을 제공합니다. 결과가 어떠냐고요? 전반적인 최종 부품 품질, 정확성 및 반복성이 크게 향상되었습니다.

디자인

이 작업 흐름의 예시에서는 실제 고객 프로젝트를 재현했지만,세부적인 사항은 일반화했습니다. 이 경우 당사 고객은 특수한 자율 주행 경량 차량을 개발하고 있었습니다. 출시 기간을 앞당기기 위해 오늘날 시중에서 판매되는 차량의 다양한 구성 요소와 시스템을 선택하고 결합하여 작동 중인 프로토타입을 완성했습니다. 이 과정에서 고객은 프로젝트에 가치가 있는 특정 조향 너클을 발견했으며, 추가로 수정하고 경량 재료로 생산을 하기 위해 디자인을 디지털화하고 캡처해야 했습니다.

작업을 시작하기 위해 원래의 주물을 3D 스캐닝하고 리버스 엔지니어링했습니다. Artec Space Spider는 신속한 디지털화에 사용되었으며, 고유한 하이브리드 모델링 방식을 사용하여 Geomagic Design X에서 부품을 신속하고 정확하게 모델링했습니다. 일반적으로 고객은 현장 맞춤(매우 정확한) 또는 설계 의도(치수 중심) 모델링 방법을 따릅니다. 하이브리드 모델링 방식은 이러한 두 개념을 결합하여 고정밀 NURB 표면은 물론 치수가 지정된 특징을 모두 갖춘 CAD 솔리드 모형 결과물을 제공합니다. 이 방법을 사용하여 모형은 1.5시간 이내에 완성되었으며 특징 형상 기반 CAD로 SOLIDWORKS에 실시간 전송되었습니다.

 

원래 부품 스캔

하이브리드 CAD 모형

프린팅을 위한 특징 제거(Defeatured) 모형

미완성 2500 IC 프린팅

Projet 2500 IC에서 Sparse Infill 모드의 단면 예

모형 제작

적층 가공은 항공 우주 및 자동차 분야에서 수십 년 동안 희생 주조 모형을 제작하기 위해 사용되었습니다. 최근 3D 프린팅이 발전함에 따라 산업 등급의 모형을 훨씬 낮은 비용으로 왁스 또는 폴리머로 프린팅할 수 있어 인베스트먼트 주조 공정에서 아주 효과적입니다. 오늘날 3D Systems는 도구가 필요 없는 적층 모형 제작이 더욱 광범위하게 채택되는 것으로 생각하고 있으며, 기술이 더욱 접근 가능하고 빠르며 정확해짐에 따라 계속해서 발전할 것입니다.

재료 증착 또는 후처리에서 열에너지를 수반하는 적층 공정의 경우 어느 정도의 부분 변형 및 "침전"이 잠재적으로 발생할 수 있습니다. 질량이 크거나 단면적이 큰 부품은 더 작거나 얇은 부품보다 더 오래 열을 유지합니다.

이러한 지식을 바탕으로 프린팅한 제품의 가능한 최저 비용과 최고 수준의 치수 안정성을 목표로 두 가지 프린팅 방법을 테스트했습니다. 우리는 3D Sprint 빌드 클라이언트 소프트웨어로 제조하고 왁스 주조 모형을 만드는 Projet MJP 2500 IC 시스템에 인쇄한 얇은 셸/희소 왁스 채움 방법뿐만 아니라 완전 고체 왁스 프린팅 방법을 테스트했습니다 경험을 통해 50% 희소 충전율을 가진 2mm 두께의 셸은 상대적으로 큰 부품을 프린팅할 때 고품질의 안정적인 부품을 생산한다는 것을 알았습니다.

두 가지 모형은 후처리 및 냉각 시간 후 동일한 Artec Space Spider로 비교적 쉽게 스캐닝했습니다. 스캐닝 기술자는 부품의 독특한 모양, 녹색 왁스 색상, 후처리의 약간의 희미함 및 미백 효과를 통해 형상 + 텍스처 추적을 사용하여 모형을 부드럽게 캡처할 수 있었습니다.

Geomagic Control X를 사용하여 3D Sprint Build 파일을 직접 가져와서 정확한 프린팅 방향으로 각 부품을 검사했습니다. 우리는 공정을 개선하기 위해 본문 부분을 반복적으로 스캔할 것이었기 때문에, 전체 공정의 개발 이력을 Geomagic Control X 파일로 유지하면서 상세한 검사 프로젝트를 설정하고 여러 번 반복할 수 있습니다. 스캔이 완료되면 우리가 새 stl 파일 각각을 Control X 프로젝트에 드롭하기만 하면 평가 공정으로 자동으로 인계되어 고품질의 반복 가능한 보고서를 작성했습니다.

가공 오프셋이 있는 모든 영역은 일반적으로 주조 공차 내에 있지만, 자유 영역이 많을수록 좁은 공차 대역을 벗어나는 경향을 나타냈습니다. 우리는 이것이 큰 단면적 영역이 열을 유지하고 냉각할 때 모양이 변경될 수 있다는 가정과 적절하게 연관되어 있다고 생각합니다.

이 단계의 종합적인 분석을 통해 왁스 모형을 사용한 3D 프린팅이 비용 효율적일 뿐만 아니라 후처리 후 치수적으로 더 적합하다는 결론을 도출 할 수 있었습니다.

주조

인베스트먼트 주조법은 5,000년 전으로 거슬러 올라가는 신뢰할 수 있는 제조 방법론으로, 산업 혁명이 시작된 이래 지난 수백 년 동안 세계 산업 제조 산업에서 널리 인정받고 있습니다.

오늘날 주조 공정은 상당히 발달하여 있고 반복할 수 있고 잘 알려져 있으며 내부 부품 결함의 가능성을 줄이기 위해 시뮬레이션 소프트웨어가 제공됩니다. 숙련된 주조소와 협력하고 고객의 최소한의 노력만 있으면 적층 가공된 모형을 제공하고 내부 결함이 없고 일반적인 주조에 대한 예상 공정 허용 오차를 초과하는 부품을 생산할 수 있습니다.

결과 및 공정 반복 테스트에 적극적으로 참여하는 고객은 주조 공정 자체의 안정성으로 인해 부품 형상을 조정할 때 훨씬 높은 품질의 결과물을 얻을 수 있습니다.

필요한 주조 크기

실제 모형 크기

• 공정에 사용된 부품 재료 ~ 35% 감소.

• 재료 비용 ~ 27% 감소.

• 전반적인 공차 준수 ~ 10% 증가(3D 비교 사용).

• 고체 부품은 공차 임계값을 초과하지 않음.

• 채움 부품은 공차 임계값을 통과함.

• 또한, 추가 조사에 따르면 실온에서 장기 치수 안정성이 고체 부품보다 개선된 것으로 나타났음.

 

 

 

분석: 고체 왁스 모형

분석: 채움 왁스 모형

수축은 주조 공정에서는 알려진 결과이며 일반적으로 주조소는 고객에게 경계 상자로 정의한 특정 재료와 부품 크기에 대한 보상을 제공하기 위한 지침을 제공합니다. 형상의 복잡성과 물리적 주조 공정에 의해 합성되기 때문에 대부분의 부품에서 균일하지 않은 수축이 발생하는 것이 일반적입니다. 따라서 주조는 일반적으로 "느슨한 공차" 공정으로 간주할 수 있습니다.

조향 너클의 주조 공정에서 모형과 재료에 적합한 수축률을 조사했습니다. 주조소는 상담 후 2% 균등한 스케닝을 사용하여 정확한 부품을 생산할 것을 권장했습니다. 3D 스캐닝과 정밀 스케일 팩터가 최종 부품 정확도에 미칠 수 있는 영향을 조사하기 위해 조언에 따라 스케일 팩터가 2%인 왁스 모형을 생산하여 주조소에 공급했습니다.

균등한 스케일링 계수가 예상 공차와 일치하는지 확인하기 위해 반환된 주물을 추가로 검사하였습니다. 일반적인 주조소 사양에 따라 확실히 파트너가 지정한 달성 가능한 정확도 매개 변수 내에 들어오는 부품을 공급했습니다. 그러나 Control X의 단면 비교 도구를 사용하여 면밀히 검사한 결과 정밀 스케일 팩터를 더 잘 사용하면 완성된 부품의 전체 정확도를 상당히 향상할 수 있는 일부 명백한 영역이 있었습니다

공차 대역이 좁은 이 단면 실루엣 비교는 파란색으로 표시된 외부 경계를 명확하게 표시하고 내부 경계는 주황색 및 빨간색으로 표시합니다. 외부 프로파일은 실제 부품 경계가 참조 경계 안에 있는 "크기 부족" 상태를 확인하고 있습니다. 내부 외곽선은 중심 실린더 그림이 의도한 것보다 치수가 작지만 참조 그림 외부로 나타남을 보여줍니다. 이는 부품의 전체 실루엣 그림자에 스케일 팩터를 증가시키고 프린팅한 후 다시 주조하면 수정할 수 있는 배율 차이가 있음을 나타냅니다.

이전의 주조 공정 개선 조사를 통해 우리가 적용할 수 있는 권장 표준값에서 상대적 조정에 대한 통찰력을 얻었으며 두 번째 왁스 모형은 X, Y 및 Z에서 2.2%, 2.3% 및 2.7% 각각의 비균등 스케일 팩터로 프린팅하여 주조소에 공급했습니다.

정밀 보정 모형에 대한 최종 검사를 통해 다음과 같이 모형과 부품 간의 공정에 대한 몇 가지 결론을 도출할 수 있었습니다.

• 정밀 스케일 패턴은 주조소 기대치를 초과한 결과를 제공했습니다.

• 스케일 수정 부품의 전체 치수 적합성은 ~ 14% 증가했습니다.

• 정밀도가 높아지면 적어도 하나의 주요 가공 작업을 피할 수 있습니다.

• 총 전체 부품 생산 비용이 절감되었습니다.

• 일반적으로 기계 작동을 줄이기 위해 추가로 정밀도를 적용할 수 있는지 확인하기 위한 향후 분석이 필요합니다.

결론

효율성은 수익성을 유지하고 노동 및 생산 주기의 낭비를 줄이는 데 중요합니다. Artec 3D Space Spider 및 Geomagic Control X를 통해 튜닝 주기 및 반복을 가능한 한 최소화하여 공정의 각 단계를 분석함으로써 제조된 부품의 전체 품질을 향상할 수 있었습니다. 반복 및 추측의 감소, 시간과 비용의 절감 그리고 시장 출시 시간의 단축은 고품질 3D 스캐닝 및 스캐닝 기본 산업 검사 소프트웨어를 위한 토탈 솔루션을 사용함으로써 얻을 수 있는 주요 이점입니다.

 

 

스케일 오차의 분석 단면

최종 주조 부품

최종 주조 분석