메시믹서 책 교재 추천 / STL 파일 자유롭게 활용해보자

3D 프린팅용 파일과 오류 소프트웨어 알아보기 

STL 파일이란?

STL 파일은 CAD 프로그램에 의해 생성되며 3D 모델에 대한 정보를 저장하는 STL 파일 형식의 파일 확장자명으로 이 형식은 색상, 질감 또는 모델 특성을 제외한 3차원 객체의 표면 형상만을 나타내는 것으로 3D 프린팅에 가장 일반적으로 사용되는 파일 형식이다. 이용어는 '표준 삼각형 언어 (Standard Triangle Language)' 또는 '표준 테셀레이션 언어(Standard Tessellation Language)' 라고도 일컬어 지지만, STL (StereoLithography)이라 는 단어의 약어로 널리 알려져 있다.

STL 파일 형식의 3D 모델 저장

STL 파일 형식의 주된 목적은 3D 객체의 표면 형상을 인코딩하는 것으로 테셀레이션(tessellation) 이라는 간단한 개념을 사용하여 정보를 인코딩하게 된다. 테셀레이션은 겹치거나 틈이 생기지 않도록 하나 이상의 기하학적 모양으로 서페이스를 바둑판 형식으로 배열하느 프로세스로 욕조의 타일 바닥이나 벽을 연상하면 이해하기 쉽다.

STL 파일 형식에 대한 대안과 장단점

반드시 STL 파일 형식만 3D 프린팅에 사용되는 것은 아니며, 3D 프린팅을 하기 위한 파일 형식만 해도 30여종류가 넘는다. 이 중에 가장 중요한 것은 OBJ 파일 형식으로 색상 및 질감 프로파일을 저장할 수 있따. 또 다른 옵션으로 Polygon(PLY) 파일 형식이 있으며 원래 3D 스캐닝한 객체를 저장하는 용도로 사용되었다.

STL 파일 형식의 장점은 보편적이며 거의 모든 3D 프린터에서 출력을 지원한다는 것이며 단일 색상의 소재로 프린팅 하려면 STL이 OBJ보다 나으며 간단하기 때문에 파일 용량도 작고 처리 속도 또한 빨라진다. 하지만 STL 파일을 사용하는 데에도 몇 가지 단점이 있는데 아주 매끄러운 곡면을 표현하기 위해서는 많은 삼각형으로 이루어져야 하는데 파일 용량의 크기가 커질 수 있고, STL 파일에 대한 메타 데이터(예: 저작자 정보 및 저작권 정보)를 포함시키는  것이 불가능하다.

STL 파일 형식이 다양한 색상의 모델을 처리할 수가 없다고 했는데 STL 파일 형식에 이처럼 색상정보가 부족한 이유는 신속조형(Rapid Prototype) 기술이 1980년대에 태동했을 때만해도 당시에는 누구도 컬러 프린팅을 생각하지 못했다는 것이 아닐까 생각된다.

현재 인터넷 상에서는 싱기버스와 같은 다양한 3D 프린팅용 모델 공유 플랫폼을 통해 무료 STL 파일을 언제든지 다운로드 받아 출력할 수 있다.

무료로 다운로드 받은 STL 파일이 손상되어 버린 경우에도 파일의 오류를 복구하고 수정할 수 있는 유용한 프로그램들이 있으며, STL 파일은 일정한 규칙이 있는데 인전합 삼각형은 두 개의 꼭지점을 공유해야 하며 꼭지점에 적용된 오른 손의 규칙은 법선 벡터와 동일한 방향이 되어야 한다는 것이다.

이런 조건이 STL 파일에서 위반된 경우 파일이 손상되어 버리는 것이다. 이렇게 손상된 STL 파일을 복구하는 데 유용한 프로그램 중에 하나로 오토데스크 'Netfabb Basic' 같은 소프트웨어가 가장 일반적인 stl 파일 문제를 해결하는 상업용 툴이다.

STL 파일의 오류 복구

출력을 성공적으로 하기 위한 3D 프린팅용 파일은 몇 가지 기준을 만족해야 하는데 본인이 직접 모델링한 파일이 아니고 공유 플랫폼에서 무료로 다운로드 받은 모델이 문제가 있을 가능성이 높다. 일반적으로 나타나는 문제점을 살펴보면 메시의 일부분이 잘못된 방향으로 향해 뒤집힌다거나 표면이 열림, 서로 겹침, 엣지가 반듯하지 않음, 파일 형식의 오류, 척도 오류 등의 문제를 들 수 있다.

직접 모델링을 하여 원본 소스파일을 가지고 있다면 바로 수정이 가능하지만 외부에서 전달받았거나 다운로드 받은 경우 해결하기가 쉽지 않은데 , 이런 파일의 오류를 자동으로 복구해주는 효과적인 프로그램들이 있으므로 염려하지 않아도 된다. STL 파일의 오류를 복구해주는 프로그램은 유료와 무료 버전이 있는데 대표적으로 벨기에 Materialise사의 MAGICS, 미국 Autodesk사의 Meshmixer, Netfabb basic, Autodesk Print Studio 등을 추천한다.

Overhangs

3D프린터로 출력할 때에 모델에 따라서 출력보조물인 서포트가 필요하게 된다. 이기능은 서포트를 생성키니는 부분을 조정할 수 있다. 일반적으로 각 3D 프린터 마다 제공되는 슬라이서 프로그램에서 자동으로 서포트를 생성 시키는 것이 보통이지만 불필요한 부분까지 서포트가 생성되는 경우도 있따. Overhangs는 출력 시 문제가 되는 돌출부 분석 및 그에 따른 서포트를 생성하며 스스로 서포트 생성 부위를 조정할 수 있어 편리한 기능이다. 

● Angle Thresh

객체의 돌출 부분이나 경사진 곳에 서포트가 필요하다고 판단되는 경우 값을 0~90도까지 설정할 수 있다. 다

음은 사자 모델을 임포트하여 Angle Thresh가 45도로 설정된 상태의 화면이다. 이 상태에서 모델에 표시된

빨간색 부분이 서포트가 필요한 부분이다.

● Contact Tol

Convert to Solid 선택시에 지정된 거리만큼 객체와 생성된 Solid Mesh(Support)의 관계를 설정한다.

● Y-Offset

이 파라미터를 조정하면 3D 모델의 아래 즉 베드(빌드 플랫폼) 위에 올려지는 부분에 서포트가 생성된다.

● Max Angle

서포트 자체의 각도를 조정할 수 있는 파라미터로 10으로 설정했을 때의 서포트 생성화면이다. 화면에서 보는

것과 같이 서포트가 예각이 되어 있는 것을 알 수 있는데 이렇게 되면 서포트 자체를 지지하는 서포트가 필요

하게 될 수 있으므로 모델에 따라 최적의 각도를 설정할 필요가 있다.

Density를 0으로

● Density

서포트의 밀도를 조정한다. 다음은 이 파라미터를 0과 100으로 설정한 경우에 나나타는 화면이다. 밀도의 설

정값에 따라 생성되는 서포트의 양이 변하는 것을 확인할 수 있다. 지나치게 너무 많은 서포트를 적용하면 소

재도 그만큼 많이 사용되며 출력하는 시간도 오래 걸리게 되므로 최적의 값을 찾아 적용시킬 필요가 있다.

● Layer Height

서포트의 높이를 설정할 수 있으며 최저 0.025에서 최대 0.3mm 범위 사이에서 적용할 수 있다. 너무 큰 설정

도 좋지 않으므로 적당한 설정이 필요하다.

● Post Diameter

서포트의 크기(직경)를 설정할 수 있으며 최저 0.01에서 최대 10mm 범위 사이에서 적용할 수 있다. 너무 큰 설

정도 좋지 않으므로 적당한 설정이 필요하다.

● Tip Diameter

모델과 서포트가 최종적으로 지지(접착)하는 부분의 직경을 조정하는 것이다.

● Base Diameter

출력 중에 모델이 쓰러지지 않도록 지지해주는 바닥 보조물로 직경을 조정할 수 있다.