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공개SW 활용 성공사례

2013
아두이노(Arduino), 스프린터(Sprinter), 마를린(Marlin), 레피티어(repetier), 슬릭3r(slic3r), 큐라(Cura)
“제 3의 산업혁명 주도한 3D 프린트의 핵심은 공개SW”

제 3차 산업혁명으로까지 불리는 3D 프린터가 주목받자 국내에서도 관련 기업들이 다수 생겨나기 시작했다. 그 중 오브젝트빌드는 델타 방식과 대형출력이 가능한 산업용 FDM(Fused Deposition Modeling) 3D 프린터인 윌리봇을 자체 개발해 선보였다. 윌리봇은 대중에게 잘 알려진 렙랩(RepRap)의 단점이었던 정확도와 출력속도를 한층 개선해, 목업(mock-up) 및 시제품 생산 관련 기업뿐 아니라 대학들에게도 많은 관심을 받고 있다. 오브젝트빌드 측은 윌리봇이 다양한 공개SW와 HW에 기반을 두고 자체 기술력을 더해 완성한 것이라고 강조하며, 후속 윌리봇 제품군 역시 대중들이 좀더 편리하게 자신만의 3D 프린터를 제작할 수 있도록 공개할 계획임을 밝혔다.

- 기     관 오브젝트빌드
- 수행년도 2013년
- 도입배경 기존 3D 프린터인 렙랩의 단점을 극복한 상업용 3D 프린터 개발 요구
- 솔 루 션 아두이노(Arduino), 스프린터(Sprinter), 마를린(Marlin), 레피티어(repetier), 슬릭3r(slic3r), 큐라(Cura)
- 도입효과 : 다양한 공개SW를 커스터마이징한 박스형 상업용 3D 프린터 자체 개발

오브젝트빌드 로고

윌리봇 개발은 3D 프린터인 렙랩을 분석하는 것으로부터 시작됐다. 영국 바스대학 기계공학과 교수인 아드리안 보이어가 개발한 렙랩은 자기 복제라는 개념을 도입해 렙랩 프린터에서 부품을 생산해 또 다른 렙랩 프린터를 만들 수 있다. 실제로 렙랩 프린터에서 생산한 부품 중 60%를 기존 부품과 결합해 새로운 3D 프린터로 탄생시킨 사례가 프르사, 헉슬리, 멘델맥스, NP 멘델 등이다. 또한 렙랩은 소스 코드뿐 아니라 디자인까지 공개하는 것을 원칙으로 하고 있어 구성 부품 대부분을 인쇄할 수 있다.


이와 관련해 윌리봇 개발자인 주승환 오브젝트빌드 기술고문은 렙랩은 프린팅할 물건이 올려져 있는 베드가 움직이는 방식이어서 정밀도가 떨어진다는 점을 지적했다. 특히 개인이 만드는 3D 프린터가 아닌 상업용 3D 프린터의 경우 고속 출력도 가능해야 하는데 베드가 움직일 경우 고속 출력 시 제대로 된 제품 모형을 유지할 수 없다는 게 그의 설명. 또한 베드에 프린트하려는 물체가 고정된 상태에서 프린터 헤드가 X와 Y축으로 자유롭게 움직여야만 안정적인 결과물을 생산할 수 있는데, 멘델 계열 3D 프린터의 경우 프린터 헤드는 X축 그리고 결과물은 Y축으로 움직이는 방식이어서 큰 물체를 출력할 때 제대로 모양이 구성되지 않을 수 있다.

 

여기에 박스형 프린터가 아니란 점도 문제가 됐다. 출력물이 안정적으로 베드에 놓여 있는 상태가 되려면 무엇보다 X, Y, Z축 헤드가 견고한 외형 프레임에 장착되는 형태인 박스형 프린터로 제작돼야 했다. 물론 이미 박스형 3D 프린터인 스트라타시스(Stratasys)가 있었지만 3D 프린터를 활용한 창업이나 사업에 적합할 뿐 가정이나 교육용으로 사용하기에는 고가의 장비였다.


윌리봇  윌리봇
▲ 일반형 FDM 모델인 윌리봇 MK2, 윌리봇MS(좌)와 고급형 FDM 모델인 Dozi, Summoner

 

기존 3D 프린터 단점 극복하고자 노력

이런 기존 3D 프린터들의 단점을 개선하고자 윌리봇의 개발은 공개SW에 기반을 두고 제작한다는 원칙하에 시작됐다. 우선 3D 프린터를 제어하는 제어보드의 구성을 위해 중앙처리장치는 아두이노(Arduino)를, 모터나 히터 등과 같은 제어 부분은 램프(RAMP) 보드를 각각 사용했는데, 슬라이싱 소프트웨어와의 호환성 및 연계성을 고려했기 때문이었다. 그리고 슬라이싱 소프트웨어는 슬릭3r과 큐라를 사용했으며, 특히 큐라의 경우 한글화해 대중에 공개했다. 이밖에도 펌웨어는 스프린터, 마를린, 레피티어를 적용했다.

 

주승환 기술고문은 윌리봇 개발을 위해 기능과 성능이 우수한 공개SW와 HW를 마련했어도 이것들을 결합해 3D 프린터를 완성시킨다는 게 그리 쉽지 않았다고 밝혔다. 소프트웨어 부분에서는 공작기계의 탈선을 방지하는 엔드스톱을 제어하기 위한 펌웨어 포팅 작업이 어려웠는데 소스 코드를 커스터마이징해 직접 변경했으며, 변경한 소스 코드를 공개함으로써 다른 윌리봇 개발자들이 시행착오를 겪지 않도록 했다. 그리고 버그를 수정하는 것보다는 윌리봇의 기능을 추가하는 방식으로 소프트웨어적인 개선이 이뤄졌다.

 

윌리봇
▲ 보드 결선 시 커넥터 위치 및 방향

 

하드웨어 분야에서는 압출기(Extruder)와 Y축 벨트 구동계가 발목을 잡았다. 제품의 원료인 녹인 ABS 필라멘트를 분사하는 장치인 압출기를 구성하는 방식에서 윌리봇은 X축 이동부에 쿨엔드와 핫엔드가 분리된 보우덴 방식을 채택했다. 압출기 헤드가 동작하는 부분에 모터가 함께 있는 일체형에 비해 보우덴 방식은 가볍고 관성으로 인한 영향을 덜 받아 헤드가 보다 빠르게 이동할 수 있어 신속한 프린팅이 가능하기 때문이었다.

 

그리고 Y축은 프린터 구성부품 중 가장 긴 벨트 구동계를 가지고 있어 한쪽으로 이동한 다음 다시 반대 방향으로 이동할 때 경로를 유지하기 힘들다는 단점이 있었다. 그래서 자동차에서 사용하는 벨트 텐셔너(Belt Tensioner) 개념을 적용해 풀리와 벨트가 잘 물리도록 하는 한편, 벨트의 장력을 최대한 강하게 해 추후 발생할 수 있는 탈조와 오작동을 방지했다.

 

다양한 소재 활용한 3D 프린터 개발 ‘박차’

이런 과정을 거쳐 개발된 첫 번째 윌리봇인 BWillyBot는 500×500mm 대형 프레임을 유지하기 위해 Z축을 2개로 구성한 것이 특징이다. 곧이어 선보인 윌리봇 2호는 크기를 400×400mm까지 줄였으며 2GT 풀리를 적용해 정밀도를 향상시켰다. 하지만 두 프린터는 프로토타입이어서 대중에는 공개되지 않았고, 제 3호 윌리봇부터 알려지기 시작했다. 윌리봇 3호는 프린팅한 물건의 균일성과 프린터의 안정성을 확보하고자 외부 가공방식을 채택했는데, 특히 아크릴과 알루미늄 판을 레이저로 가공해 정밀도를 향상시키는 한편 히트 베드를 지지하는 Z축을 알루미늄으로 변경했다.

 


▲ 윌리봇으로 만들어낸 프린트물들

 

현재 윌리봇 1, 2, 3호의 개발정보는 모두 공개돼 있는 상태다. 주승환 기술고문은 상업용이 아닌 일반 개인 사용자에 한해 1대까지 제작 가능하고 수정사항과 도면 및 자료들을 모두 공개하도록 라이선스 규정을 만들어 문서화했다면서 이와 관련된 개발 관련 자료는 모두 공개된 상태임을 거듭 강조했다. 하지만 후속 모델에 대한 개발 정보는 공개되지 않은 상태인데, 이에 대해 주승환 기술고문은 “소규모 3D 프린터 개발업체들이 우후죽순 식으로 생기고 있어서 핵심 기술 공개가 다소 제한되는 상황이며, 상업용 윌리봇에 대한 수요가 증가하고 또한 정부가 해당 분야에 대한 육성책을 제시하고 또 지원한다면 지금처럼 기술교육을 통한 정보 공개를 추진할 방침”이라고 밝혔다.

 

한편, 오브젝트빌드는 이제 3D 프린터 개발이 2세대로 접어들었다고 판단하고 소재의 다양성에 주목한 신제품 개발에 노력 중이다. 먼저 의료, 항공, 국방 분야를 겨냥한 메탈 소재 프린터와 주물분야를 타겟으로 한 샌드 프린터를 곧 선보여 시장을 선도할 예정이다.



[인터뷰]


“공개SW를 사용하는 만큼 라이선스 규정 준수는 필수”

주승환 오브젝트빌드 기술고문


주승환 오브젝트빌드 기술고문

3D 프린터 기술이 어떻게 달라질 것으로 전망하는가

크게 3단계로 발전할 것으로 본다. 1세대는 프린트물의 정밀도 향상을 위해 박스형 프린터로 진화했다. 국내 대부분의 기업들이 이 단계에 머물러 있다. 2세대는 재료의 다양성을 고민하는 단계다. 정밀도가 향상됐음은 좀더 다양한 물건을 생산할 수 있음을 방증한다. 따라서 ABS 필라멘트에서 UV수지나 금속 등 다양한 소재를 사용할 수 있는 방향으로 진화할 것이다. 그 다음 3세대는 기계식에서 광학식으로의 전환이다. 현재 3D 프린터는 소재를 열로 녹이는 방식이지만 레이저나 광온을 사용하는 형식으로의 변화가 예상된다.

 

윌리봇의 라이선스 규정을 강조하는 까닭은

윌리봇이 공개SW에 기반을 뒀다고 해서 혹자는 ‘그냥 가져다 쓰면 되겠지’라고 생각할 수도 있겠지만 이런 생각은 큰 문제를 야기할 수 있다. 라이선스 문제에 있어서만큼은 원저작자의 의도가 가장 중요하다고 생각한다. 왜냐하면 라이선스 조항을 원저작자가 직접 만들기 때문이다. 그러므로 윌리봇에 근간해 다른 3D 프린터를 개발했다면 이전과 어떻게 달라졌는지 밝히고, 원저작자의 이름을 반드시 명시해야 하는 의무를 갖는다.

 




- 마이크로소프트웨어 이병혁 기자 saemosi@imaso.co.kr
- 공개SW 역량프라자

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