CAD 소프트웨어 및 3D 스캐닝의 실제 사용

2022년 7월 29일
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요약

회사나 고객의 설계 또는 엔지니어링 요구를 충족하기 위해 CAD 시스템이 필요한지 궁금하다면 계속 읽으십시오. 어지러울 정도로 많은 선택 중에 상당히 투자해야 하는 것처럼 보일 수 있는 것이 가장 훌륭한 결정 중 하나가 되어 엄청난 양이나 시간, 에너지 및 비용을 절약할 수 있습니다. 이 기사에서는 3D 스캐닝이 검사에서 리버스 엔지니어링 및 그 이상까지의 CAD 작업 흐름을 강력하게 향상하는 방법은 물론 오늘날의 CAD 시스템 그리고 이 시스템이 해결하는 데 도움을 줄 수 있는 문제 유형에 대해 간략히 설명합니다.

CAD 소프트웨어의 유형
매개변수 모델링(Parametric Modeling), 직접 모델링(Direct Modeling)
다양한 CAD 응용 분야
기술 도면, 평면도, 도식, 부지 평면도 등
3D 스캐닝 및 SCAN-TO-CAD(스캔에서 CAD까지) 솔루션
검사, 리버스 엔지니어링, 신속 프로토타이핑 등

개요

CAD 소프트웨어가 상용화되기 전에는 거의 모든 설계 작업을 종이에 치수와 속성을 손으로 그려서 수작업으로 했다는 사실을 생각하면 정신이 번쩍 듭니다. CAD 소프트웨어는 이 모든 것을 바꾸어 놓았습니다. 그러나 그것이 하나의 패키지가 모든 디자이너, 엔지니어 및 건축가의 요구를 해결한다는 것을 의미하지는 않습니다. 컴퓨터 지원 설계 요구를 정확히 이해하는 가장 좋은 방법은 먼저 현재 사용 가능한 옵션이 무엇인지, 한 솔루션과 다른 솔루션이 왜 필요한지 그리고 하나의 추가 솔루션인 3D 스캐닝이 어떻게 앞으로 몇 달 또는 몇 년 동안 CAD 결과물을 더 향상하고 투자 비용을 회수할 수 있는지 살펴보는 것입니다.

CAD 소프트웨어를 사용하는 이유는 무엇입니까? 누가 CAD 소프트웨어를 사용합니까?

CAD 소프트웨어를 사용할 때 설계 및 엔지니어링 공정이 얼마나 쉬운지 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 초기 개념과 설계 단계부터 구성 요소와 조립체의 분석에 이르기까지, 결과적 제품의 실제 제조와 포장은 말할 것도 없습니다.

작든 크든 치수나 모양을 변경할 수 있고 이러한 수정 사항이 전체 디자인으로 눈 깜짝할 사이에 전파되는 것을 볼 수 있다는 것은 오늘날의 현대 설계 작업 흐름에서 실로 엄청난 이점입니다. 2D 종이와 연필을 사용하여 같은 작업을 수행할 수 있는 방법은 없습니다.

1mm 이하의 완벽한 정확도

오늘날의 컴퓨터 지원 설계 솔루션을 통해 몇 미크론의 허용 오차 내에서 실제 물체를 정확하게 재현하는 모델을 만들 수 있습니다. 제도 및 2D 도면과 달리 CAD 소프트웨어를 사용하면 처음부터 설계를 다시 그리거나 특정 각도에서 새로운 레이아웃을 만드는 데 시간을 낭비하지 않습니다.

3D로 작업할 때 손이 표준 6뷰 레이아웃에 얽매이지 않습니다. 원하는 배율 수준에서 수백 개의 가능한 각도에서 선택할 수 있습니다.

설계하는 것이 무엇이든 사용자가 만드는 유일한 제품은 아닐 것입니다. 그리고 이것이 바로 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어가 더욱 빛을 발하는 부분이며, 사용자는 이를 통해 반복해서 사용할 구성 요소의 템플릿과 라이브러리를 쉽게 구축할 수 있습니다. 여기에는 사내에서 설계한 전자 제품이나 고정 장치, 기성품 부품과 같은 맞춤형 부품과 부속품도 포함될 수 있습니다.

이 모든 것을 필요에 따라 설계에 끌어다 놓기만 하면 됩니다. 이를 통해 미래의 설계 작업 흐름을 훨씬 쉽고 빠르게 하여 계획을 실현하는 데 필요한 시간과 노력을 크게 줄일 수 있습니다.

CAD 모델을 최대한 활용

CAD 모델을 만들면 단순한 제조를 넘어 광범위한 사용 가능성이 존재합니다. 예를 들어, 추가 구성 요소와 기능이 추가된 원본의 크기 조정된 버전까지 다양한 유형의 수정을 통해 다양한 새 프로토타입을 신속하게 만들고 싶다고 가정해 보겠습니다.

기존 CAD 모델로 시작하여 거기서부터 설계하면 작업을 위한 견고한 기반을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 프로토타이핑 작업 흐름을 몇 주는 아니더라도 몇 일은 단축할 수 있습니다.

FEA 및 CFD 그 이상

또 다른 잠재적 방법은 FEA(유한 요소 분석) 또는 CFD(전산 유체 역학) 테스트와 같은 시뮬레이션입니다. CAD 모델을 이러한 시스템 중 하나로 가져와서 항공우주 또는 자동차 구성 요소를 분석하고 개선하기 위한 필수 응력 및 피로 분석 테스트를 수행할 수 있습니다.

CAD 모델을 CFD 시스템으로 가져와서 모터스포츠에서 항공, 해양 산업 등에 이르기까지 많은 고객을 위한 설계 공정의 중요한 단계인 공기역학/유체역학 테스트를 수행할 수 있습니다.

효과적인 포장 설계

테스트하여 제조할 준비가 된 CAD 모델은 배송 및 전시를 위한 맞춤형 제품 포장을 만드는 데에도 사용할 수 있습니다. 정밀한 치수의 제품 CAD 모델을 통해 골판지, 폼 및 마이크로폼을 가능한 매체로 사용하여 제품, 특히 깨지기 쉽고 충격에 약한 품목을 완충하고 보호하는 내부 포장을 쉽게 만들 수 있습니다.

이러한 CAD를 통해 만든 정확한 포장은 보호 목적뿐만 아니라 공간을 최적화하고 총배송 중량을 줄일 수 있게 합니다. 이는 시간이 지남에 따라 주어진 제품이 수천 개는 아니더라도 수백 개를 생산하고 배송하는 데 있어 중요한 요소입니다.

몇 분 만에 완벽한 검사 수행

오늘날 CAD의 가장 강력한 용도 중 하나는 품질 검사입니다. 특히 3D 스캐닝과 결합하면 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어는 QA/QI 연속체를 따라, 조립 라인에서, 하역장에서, 제품 인수시 또는 현장에서 가장 중요한 단계에 매우 유용한 도구가 될 수 있습니다.

작동 방법은 간단합니다. 3D 스캐너를 사용하여 물체 또는 부품을 측정한 다음 스캔을 원래 CAD 모델과 비교하여 허용 범위를 벗어나는 편차를 식별합니다.

구성 요소의 일부를 수작업으로 측정하고 이를 비교에 사용하는 것이 전적으로 가능하지만 형상학적으로 기본 모양으로 작업하지 않는 한 측정치에 차이가 있을 수 있습니다. 예를 들어 부드럽고 쉽게 변형되는 재료로 만들어진 경우는 말할 것도 없고 측정하는 것에 곡선, 오목한 표면, 얇은 모서리가 있다고 가정해 보십시오.

CAD + 3D 스캐닝 사용 = 최대 검사 범위, 최소 시간

부품 전체에서 선택한 지점을 측정하는 대신 3D 스캐닝을 통해 물체와 접촉하지 않고도 초당 수백만 개의 포인트를 캡처할 수 있습니다. 부품에 결함이 있고 재료 테스트 또는 다른 고장 분석 시뮬레이션을 거쳐야 하는 경우 이는 더욱 중요합니다.

의심의 여지 없이, 사용자는 모든 표면을 1mm 이하까지 캡처하기를 원할 것입니다. 3D 스캐닝은 최고의 수작업 측정으로 얻을 수 있는 시간의 몇분의 1만에 이러한 작업을 성공적으로 수행할 수 있는 해결책입니다. 게다가 최신 3D 스캐닝 솔루션은 모든 유형의 휴대용 모델이 있어 케이블이나 노트북이 별도로 필요 없이 완벽하게 휴대할 수 있습니다.

작업 흐름이 속도와 사용 편의성에 따라 달라지는 경우 scan-to-CAD 솔루션이 필요할 수 있습니다. 이에 대해서는 뒷부분에서 더 자세히 살펴보겠습니다. 현재로서는 이러한 시스템을 사용하면 가장 복잡한 물체도 몇 분 안에 스캔한 다음 CAD 모델과 꼼꼼하게 비교할 수 있다고 말하는 것만으로도 충분합니다. Scan-to-CAD 솔루션이 제공하는 모든 리버스 엔지니어링 가능성은 말할 것도 없습니다.

CAD의 실제 사용

위에서 언급했듯이, CAD 소프트웨어를 사용하기 전에 전 세계의 엔지니어들은 설계 작업 시 펜과 종이에 의존했습니다. 즉, 모든 선과 곡선 또는 기타 모양을 자, 각도기 및 다른 제도 도구들을 사용하여 조심스럽게 스케치했습니다.

계산에 관한 한 파이프 내부의 압력이든, 전선을 통한 전압이든, 날개 한 부분의 공기역학적 힘이든 모든 것이 손으로 이루어졌습니다. 그리고 그것은 인간의 실수가 쉽게 생길 수 있다는 것을 의미합니다.

디지털이 종이를 능가하는 이유

또한 이러한 기술 도면은 보관 및 운송이 번거로운 것은 말할 것도 없고 손상이나 파손에 취약했습니다. CAD 소프트웨어가 이러한 모든 것을 바꾸어 놓았습니다. 이제 설계 도면은 더는 물리적인 종이나 심지어 2차원에 국한되지 않으며, 함께 일하는 동료나 지구 반대편에 있는 동료가 보고 편집할 수 있습니다.

거의 모든 면에서 디지털 CAD 모델은 우수합니다. 예를 들어 물리적 CAD 설계나 물체 자체가 더 이상 존재하지 않는 경우 등 나중에 사용하기 위해 안전하게 보관해야 할 때 더욱 그렇습니다. 정확한 CAD 모델을 사용하면 거의 모든 부품이나 조립체를 되살릴 수 있습니다.

CAD 소프트웨어 응용 분야의 간단한 목록

기술 도면

엔지니어가 기술 도면을 작성할 때 해당 물체의 제조 및 지속적인 개발에 사용할 부품, 구성 요소 또는 기계의 정확한 사양이 설정되게 합니다. 이는 항공우주 부품, 의료 기기, 기계 부품 등이 될 수 있습니다.

건물 평면도

건설 업계에서 이를 일반적으로 "청사진"이라고 하며, 이는 건물을 어떻게 설계해야 하는지, 어떤 재료를 써야 하는지, 계단통, 창문, 싱크대 및 문과 같은 특정 기능이 어디에 있어야 하는지 자세히 설명합니다. 오늘날 이 작업은 CAD 소프트웨어를 사용하여 빠르고 쉽게 수행할 수 있습니다.

전기 회로도

오늘날 최고의 컴퓨터 지원 설계 패키지는 회로 기판 설계를 포함하여 전기 회로도를 생성하기 위한 도구 세트를 제공합니다. 수작업으로 며칠이 걸리던 작업을 이제 몇 시간 만에 완료할 수 있으며, 그 후 필요에 따라 템플릿을 용도 변경하여 동료와 광범위하게 공유할 수 있습니다.

HVAC 다이어그램

집이나 기타 건물의 종합적인 난방 및 환기 시스템 설계는 여러 주요 CAD 시스템이 제공하는 인기 있는 기능입니다. 여기에는 바닥 면적, 외부 기후, 단열재 및 방 유형과 같은 요소를 기반으로 설계의 특정 요구 사항을 계산하기 위한 여러 템플릿 및 도구 세트가 표준으로 제공됩니다.

부지 평면도

건물의 벽을 훨씬 넘어 확장되는 전체 주거용 또는 상업용 부지를 CAD에서 정확하게 설계 및 계산할 수 있습니다. 이것은 단순한 부지 측량 그 이상입니다. CAD에서는 조경 지역, 수영장, 정원, 진입로, 나무, 보행로 등과 같은 특수 영역을 생성할 수 있습니다.

구식 대 신식: 매개변수 모델링 대 직접 모델링

시장에서 가장 인기 있는 CAD 프로그램 중에는 매개변수와 직접의 두 가지 주요 모델링 패러다임이 있습니다. 각각에 대해 간단히 살펴보겠습니다.

매개변수 모델링

1987년 이후로 사용되고 있는 이것은 일반적으로 사람들이 CAD 모델링에 대해 말할 때 떠올리는 것입니다. 매개변수 모델링을 통해 2D 스케치를 사용하여 3D 형상을 하나씩 구축하여 3D 형상을 만들 수 있습니다.

이 과정에서 필요한 모든 기능과 제약 조건을 신중하게 추가할 수 있습니다. 따라서 매개변수 모델링은 특히 모델의 기능 세트가 수백 개 이상으로 증가함에 따라 신중한 계획이 필요합니다.

이러한 종류의 이력 기반 모델링은 매개변수 모델링을 다른 주요 방법인 직접 모델링과 차별화합니다. 매개변수 모델링을 사용하면 소프트웨어는 모델에 제공한 기능을 제공된 정확한 순서로 기억합니다.

이러한 방식으로 그것은 순차적 명령이 존재하는 컴퓨터 프로그램과 같으며, 새 기능을 추가하거나 기존 기능을 변경할 때마다 모델의 모든 측면이 영향을 받게 됩니다.

매개변수 모델링은 매우 강력하지만 몇 가지 약점이 있습니다. 첫째, 학습 곡선이 매우 가파르며 숙달되려면 수개월, 심지어 수년간의 경험이 필요합니다. 기존 사용자에게는 문제가 되지 않지만, 새로운 엔지니어는 이 분야에서 능숙해지기 전에 힘든 과정을 겪게 됩니다.

그러나 아마도 가장 큰 장애물은 매개변수 모델링의 이력 기반 접근 방식일 것입니다. 이 접근 방식은 모델이 어떻게 만들어지는지 이해하고 모든 제약 조건과 사양을 염두에 두고 신중하게 개발하지 않는 한 계획에 영향을 미칠 수 있습니다.

직접 모델링

CAD 설계 시장에 상대적으로 새로 도입되었지만, 매개변수 모델링과 비교할 때 가장 매력적인 모델인 직접 모델링은 오늘날 젊은 엔지니어들이 종종 선택합니다.

이 접근 방식을 사용하면 WYSIWYG(위지익: 보이는 것이 얻는 것) 환경에서 작업하고, 매개변수 모델링에서처럼 형상 치수와 스케치를 편집하는 대신 모델의 실제 면을 이동하여 모델을 만들고 편집할 수 있습니다.

결과적으로 직접 모델링은 광범위한 설계 이력을 염두에 두지 않고 변화하는 요구사항과 사양에 맞게 작업 흐름을 조정해야 하는 산업 디자인 분야에서 특히 빠른 프로토타이핑 및 설계 작업에 탁월합니다.

직접 모델링의 많은 지지자는 이것이 자신들의 작업 흐름을 매개변수 모델링과 진정으로 차별화하는 것이라고 굳게 믿습니다. 직접 모델링을 사용하면 수정하든 새 기능을 추가하든 변경 작업을 수행할 때마다 이러한 변경으로 인해 광범위한 중단이 발생할 수 있는 매개변수 모델링과 달리 아무것도 손상될 위험이 없습니다.

각각의 장단점

그렇기는 하지만 두 방법 모두 장단점이 있으며 오늘날 주류 CAD 시스템 대부분은 매개변수 및 직접 도구 세트를 일부 조합한 기능을 갖추고 있습니다. 예를 들어, 여러 패키지가 직접 편집 도구를 제공하지만, 여전히 모델의 이력 트리에 형상이 생성되므로 이러한 패키지는 "순수한“ 직접 모델링 시스템으로 간주할 수 없습니다.

궁극적으로, 사용 가능한 다양한 프로그램을 살펴보고 어떤 것이 가장 이상적인지를 결정하는 것은 사용자의 몫입니다.

오랜 경력의 CAD 사용자는 이미 막대한 시간과 에너지를 투자했기 때문에 매개변수 모델링을 고수하고 싶어 할 수도 있지만, 새로 시작하는 엔지니어는 회사나 상황으로 인해 달리 선택해야 하는 경우가 아니면 직접 모델링을 진지하게 고려해야 합니다.

결론

시중에 나와 있는 소프트웨어가 많기 때문에 올바른 CAD 또는 scan-to-CAD 소프트웨어를 선택하는 것은 몇 주 동안 숙고하고 조사해야 하는 일로 보일 수 있습니다. 그러나 위에서 살펴본 바와 같이 대부분의 옵션이 몇 가지 뚜렷한 범주에 속하므로 올바른 솔루션을 식별하고 선택하는 데 있어 "안개 요인"이 크게 줄어듭니다.

이 개요와 다양한 CAD 및 scan-to-CAD 소프트웨어 패키지의 가격, 기능 및 기타 특성에 대한 세부 정보를 다룬 이 기사를 읽고 나서 어떤 솔루션이 사용자의 특정 요구에 부합하는지 확인한 후, 집중할 제품 목록의 범위를 좁혀 대면/웹 시연을 보고 구매 시 재차 고려해 보는 것이 좋습니다.

목차
글:
matthew-mcmillion

Matthew McMillion

기술 기자