KR101319505B1 - 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터 - Google Patents

고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다차원 프린터에 관한 것으로, 극 초미세 전자, 전기, 생체 등 정밀 부품의 프린팅 및 독립적인 운영이 가능한 초고속, 고정밀처리가 가능한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은, 하이브리드 다차원 프린터; 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화된 RISC 기반의 IA 32 또는 IA 64 기반의 프로세서와, 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화된 RISC 기반의 32bit 프로세서와, 적어도 2개 이상의 ASP/DSP가 가능한 이미지 프로세서의 병렬 클러스터로 구성된 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템을 포함하는 메인보드 모듈 시스템; 광 경화 제어시스템; 컬러 프로파일링 제어시스템; 및 초고속 연산 하드웨어; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터{Multi-division printer of high qulity analog-digital hybrid based of computer control}
본 발명은 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극 초미세 전자, 전기, 생체 등 정밀 부품의 프린팅 및 독립적인 운영이 가능한 초고속, 고정밀처리가 가능한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에 관한 것이다.
일반적으로, 다차원(3D)의 프린터는 2000년대 초반부터 휴렛팩커드(Hewlett-Packard)사가 인공장기용 생체 고분자를 프린팅하기 위해 프린터 연구하기 시작하면서 진행되었으며, 엡손(Epson)사는 전자, 전기 정밀부품 연구용 프린터를 연구하기 시작하였다
2000년대 중반부터 3차원 프린터의 개발이 진행되고 있으며, 지-코프(Z-corp)사는 X, Y, Z축의 패턴을 갖는 3차원 프린터(캐나다특허 CA2036653C)를 선보이기 시작하였다. 하지만, 지-코프사의 3차원 프린터는 단순히 제품의 외형을 본뜬 샘플에 가까운 형태를 프린팅하며 긴 처리시간을 필요로 한다. 또한 지-코프사의 3차원 프린터는 레이저를 이용한 방식이기 때문에 대량 생산에 적합하지 않으며 연구용이나 샘플 제작으로만 사용되고 있다.
인공장기나 초미세 전기, 전자 정밀부품의 제작을 위하여, 레이저를 이용한 식각 방식과 이-잉크(E-ink)사(미국특허공개 US20070146310A1)와 제로잉크(Zeroink)사에 의해 제안된 엘시피(LCP : Liquid Crystal Polymer)를 이용하는 상변화에 의한 패턴 형성 방식이 이슈화된 바 있으나 근본적인 해결책은 아니다. 현재 3차원 형상의 인공장기나 초미세 전기, 전자 정밀부품을 제조하기 위해 종래의 2차원 프린팅이 가능한 잉크젯 헤드를 이용하는 방식이 연구되고 있다.
3차원 프린터에 들어가는 잉크와 관련하여, 1980년대에 들어서 친환경적인 자외선 경화 잉크젯 잉크가 개발되었으나 부착이나 경화 후 수축 문제로 인해 상용화에 실패하였다. 이후 2000년대 중반부터 3차원 프린터의 개발이 진행되면서 200년대 후반에는 제록스(Xerox)사가 개발한 겔 형태의 광 경화 잉크로 진화하였으며, 이러한 광 경화 잉크를 사용하여 인공장기를 위한 생체 고분자와 초 미세 전자, 전기, 정밀 부품을 프린팅하기 위하여 고속, 고정밀 처리가 가능한 하이브리드 컴퓨터 제어 프린팅 시스템과 정밀도를 위한 컬러 프로파일에 대한 하드웨어, 소프트웨어의 개발이 요구되고 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 3차 프린터는 많은 양의 데이터 처리가 불가피하고, 이를 해결하기 위하여 X86, ARM 프로세서를 사용함으로써 프린팅이 가능해진다. 또한, 3차원 프린트 수준의 데이터는 정지 영상을 토대로 하며, x, y의 2차원적인 대칭 구조에서의 연산은 종래의 2D 수준에서 9배 데이터 양의 연산 처리가 불가피하다.
뿐만 아니라, 정지 영상의 대칭 구조로 인식되어 단순한 구조의 3차원화 프린팅은 가능하나, 실시간 동적 영상의 3차원 프린팅은 현재 수준의 데이터 연산 처리로는 거의 불가능하며, 데이터가 대칭성이 아닌 비대칭성을 가짐으로써 정지 영상화하여 추출 표본화하는 과정에서 무수한 데이터의 압축(MPEG-4/AVC)을 통해 중요 데이터를 제외한 나머지 데이터의 손실을 가져온다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 실시간의 동적 영상을 표본화하고, 데이터를 무손실 압축하여 실시간으로 프린트 연산처리가 가능한 고속-저전력이 내장된 프린터 시스템 하드웨어 및 그 정보를 사용하여 종래의 3차원 잉크젯 헤드 방향인 x, y, z축의 잉크젯 헤드의 이동 방향을 x, y, z, τ, t에 의한 다차원 프린터 시스템 하드웨어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 부가적으로 시간 축에 대한 일반-특수 상대론 이론에 근거하여 헤드의 x, y, z축을 직교하는 τ, t축의 모터를 특수한 모터로 적용하여 기본 축 방향에서 타임 시프트(Time Shift) 또는 타임 릴리즈(Time Relese)가 수행하며, 다수의 잉크젯 헤드가 360° 모든 방향에서 해당 피사체의 특정한 부위(1 inch 입방)에 고정하여 프린트할 수 있는 프린트 하드웨어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 프린트의 잉크의 분사 위치 오차를 극복하며, 극 초미세 전자, 전기, 정밀 부품을 프린팅하기 위하여 고속, 고정밀처리를 할 수 있는 종래의 컴퓨팅 시스템의 부트스트랩을 위한 BIOS 대체로 사용하는 UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)를 사용하여 보다 확장된 부트스트랩을 사용하는 CPU(Center Processing Unit)로서, 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화 된 IBM, Intel, AMD, Via technology, Oracle(Sunsparc)사의 RISC(Reduced Instruction Set Computing)기반의 IA 32 또는 IA 64 기반의 프로세서, 적어도 하나 이상의 ARM사의 멀티 코어-멀티 스레드화 된 RISC(Reduced Instruction Set Computing)기반의 32bit ARM 프로세서, 적어도 2개 이상의 ASP(Analog Signal Processing)/DSP(Digital Signal Processing)가 가능한 Texas Instrument사의 Image Processor의 병렬 클러스터로 구성된 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터를 위한 프린터 시스템과 모든 영역대의 전기-전자파를 이용한 광 경화 장치 및 제어 시스템 및 고속, 고정밀 처리가 가능한 Open MPI(Massage Passing Interface), MP(Multi Processing), CL(Computing Language)이 가능한 GPU(Graphic Processing Unit)로서 Nvidia(G88, 90, 92, 200, GF100, 104, 106의 GP GPU아키텍쳐), AMD(RV800, 900의 GP GPU아키텍쳐)사의 GPU(Graphic Processor Unit)의 하드웨어를 갖는 다차원 프린트 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하이브리드 다차원 프린터; 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화된 RISC 기반의 IA 32 또는 IA 64 기반의 프로세서와, 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화된 RISC 기반의 32bit 프로세서와, 적어도 2개 이상의 ASP/DSP가 가능한 이미지 프로세서의 병렬 클러스터로 구성된 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템을 포함하는 메인보드 모듈 시스템; 광 경화 제어시스템; 컬러 프로파일링 제어시스템; 및 초고속 연산 하드웨어; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 메인보드 모듈 시스템은 주 연산 시스템의 기능을 수행하는 병렬처리가 가능한 제1 메인보드 모듈과, RISC 기반의 멀티 코어 프로세서로 병렬처리가 가능한 제2 메인보드 모듈 및 연산과 컬러 정의와 분석 컬러 매칭 및 병렬처리와 광 경화 장치, 각종 센서 제어가 가능한 제3 메인보드 모듈을 포함하는 구성으로 이루어진다.
그리고, 각 메인보드 모듈은 병렬 클러스터링을 하기 위하여 USB 3.0 컨트롤러 또는 인텔사의 LightPeak(광 USB)로 입, 출력 인터페이스에 연결된다.
바람직하게는, 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템과 광 경화 제어시스템 및 컬러 프로파일링 제어시스템의 잉크 드롭(Drop) 상태나, 잉크가 서브 스트레이트에 부착된 상황을 무선 데이터 통신으로 실시간 모니터링하기 위한 모니터링 시스템이 더 포함된다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 종래의 프린트의 잉크의 드롭 위치 오차를 극복하며, 인공장기를 위한 생체 고분자와 초 미세 전자, 전기, 정밀 부품을 프린팅하기 위하여 고속, 고정밀처리를 할 수 있는 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터를 위한 광 경화 장치 제어시스템 포함한 프린트 시스템의 하드웨어를 이용 다차원 이상의 패턴 형상화에서 1×10-15%의 오차를 가지는 고정밀 시스템으로 다양한 소재의 프린트 산업 전반에 유용하게 쓰일 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터의 시스템 구성을 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제1 메인보드 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제1 메인보드 모듈의 그래픽 처리 구성을 개략적으로 나타내는 블록도,
도 4는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제2 메인보드 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제3 메인보드 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도,
도 6은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 각 메인보드 모듈의 인터페이싱 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도,
도 7은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 수동 AC/DC 컨버터를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 파워 컨트롤이 내장된 능동 AC/DC 컨버터를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 능동 AC/DC 컨버터를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 ADC/DAC 동적 영상 고속 처리를 나타내는 블록도,
도 11은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 잉크젯 헤드의 위치를 위한 INS(관성 항법 모듈)를 나타내는 블록도,
도 12는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상 인터페이싱 모듈을 나타내는 블록도,
도 13은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상을 추출하는 과정을 나타내는 블록도,
도 14는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 능동형 스태핑 모터 모듈을 나타내는 블록도,
도 15는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 타임 시프트를 위한 모터 모듈을 나타내는 블록도,
도 16은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 타임 릴리즈를 위한 모터 모듈을 나타내는 블록도,
도 17은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상 및 잉크젯 헤드를 위한 클록 제너레이터 모듈을 나타내는 블록도,
도 18은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서 모듈을 나타내는 블록도,
도 19는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서의 카메라 센싱 모듈을 나타내는 블록도,
도 20은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서를 이용한 동적 영상 추출 모듈을 나타내는 블록도,
도 21은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서에 적용된 제1 메인보드 모듈을 나타내는 블록도,
도 22는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 컬러 프로파일링 센싱 제어모듈을 나타내는 블록도,
도 23은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디스플레이를 나타내는 블록도,
도 24는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 LED 구동을 나타내는 블록도,
도 25는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 프린터 제어를 나타내는 블록도,
도 26은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 이미지 센싱 및 제어를 나타내는 블록도,
도 27은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디스플레이의 제어를 나타내는 블록도,
도 28은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 아날로그 클럭 제너레이터를 나타내는 블록도,
도 29는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 컴퓨터 파워를 나타내는 블록도,
도 30a, 30b는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 LED AC/DC 아날로그 디지털 구동을 나타내는 블록도,
도 31은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 저장장치를 나타내는 블록도,
도 32는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 이미지 센서를 위한 LED 구동을 나타내는 블록도,
도 33은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 아날로그 PFC 파워보드를 나타내는 블록도,
도 34는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디지털 PFC 파워보드를 나타내는 블록도,
도 35는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디지털 클럭 제너레이터를 나타내는 블럭도,
도 36은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 잉크 시스템을 나타내는 회로도,
도 37은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상의 센싱 컨트롤러 및 파워 컨트롤 모듈을 나타내는 블록도,
도 38은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 고압 모터를 나타내는 블록도,
도 39는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 외장형 AC/DC 파워컨트롤 모듈을 나타내는 블록도,
도 40은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터의 하드웨어를 나타내는 배치도,
도 41은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 시스템 파워 전력 EMI 및 냉각을 나타내는 블록도,
도 42는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 EMI 노이즈 필터를 나타내는 블록도.
본 발명은 종래 프린터의 잉크 드롭 위치의 오차를 극복하며, 인공장기를 위한 생체 고분자와 극 초미세 전자, 전기, 정밀 부품의 프린팅을 위한 초고속, 고정밀 처리가 가능하도록 컴퓨터 시스템의 부트스트랩을 위한 BIOS 대체로 UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)를 사용하여 보다 확장된 부트스트랩을 사용하는 CPU(Center Processing Unit)로서, 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화 된 IBM, Intel, AMD, Via technology, Oracle(Sunsparc)사의 RISC(Reduced Instruction Set Computing)기반의 IA 32 또는 IA 64 기반의 프로세서, 적어도 하나 이상의 ARM사의 멀티 코어-멀티 스레드화 된 RISC(Reduced Instruction Set Computing)기반의 32bit ARM 프로세서, 적어도 2개 이상의 ASP(Analog Signal Processing)/DSP(Digital Signal Processing)가 가능한 Texas Instrument사의 Image Processor의 병렬 클러스터로 구성된 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터를 위한 프린터 시스템과 모든 영역대의 전기-전자파를 이용한 광 경화 제어시스템 및 고속, 고정밀 처리가 가능한 Open MPI(Massage Passing Interface), MP(Multi Processing), CL(Computing Language)이 가능한 GPU(Graphic Processing Unit)로서 Nvidia(G88, 90, 92, 200, GF100, 104, 106의 GP GPU아키텍쳐), AMD(RV800, 900의 GP GPU아키텍쳐)사의 GPU(Graphic Processor Unit)의 하드웨어를 갖는 다차원 프린트 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터의 시스템 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 40은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터의 하드웨어를 나타내는 배치도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터는 제1, 제2 및 제3 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)을 구비하는 메인보드 모듈 시스템과 하이브리드 다차원 프린터와 대용량 저장장치(Solide State Disk : 102) 및 디스플레이(Display), 프린터 부가 센서 장치(Printer additional Sensor Device), 색상 관리(Color Management), 광 경화 제어시스템(Photo Curing Device)를 포함하는 주변 장치(103)을 구비하는 구성으로 이루어진다. 이때, 각 구성요소는 상호 연결되어 데이터 통신이 가능하도록 이루어진다.
여기서, 상기 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)은 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화된 RISC 기반의 IA 32 또는 IA 64 기반의 프로세서와, 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화된 RISC 기반의 32bit 프로세서와, 적어도 2개 이상의 ASP/DSP가 가능한 이미지 프로세서의 병렬 클러스터로 구성된 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템을 포함한다.
그리고, 광 경화 제어시스템과 컬러 프로파일링 제어시스템 및 초고속 연산 하드웨어를 포함하여 구성된다.
도 2는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제1 메인보드 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제1 메인보드 모듈의 그래픽 처리 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 4는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제2 메인보드 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 5는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 제3 메인보드 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 6은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 각 메인보드 모듈의 인터페이싱 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 메인보드 모듈 시스템의 제1 메인보드 모듈(100)은 시스템의 주 연산 시스템으로서, X86 기반 64비트 8스레드의 프로세서로 독립 운영체제를 구동하도록 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 제1 메인보드 모듈(100)은 병렬처리가 가능하며, 디스플레이, 프린트, 입력, 출력을 처리한다.
그리고, 상기 제2 메인보드 모듈(100a) 및 제3 메인보드 모듈(100b)은 시스템의 보조 연산 시스템으로서, X86 기반 64비트 4스레드의 프로세서로 독립 운영체제를 구동하도록 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 제2 및 제3 메인보드 모듈(100a, 100b)은 병렬처리가 가능하며, 디스플레이, 프린트, 입력, 출력을 처리한다.
즉, 상기 메인보드 모듈 시스템의 제1 메인보드 모듈(100)은 주 연산 시스템의 기능을 수행하며 병렬처리가 가능하고, 제2 메인보드 모듈(100a)은 RISC 기반의 멀티 코어 프로세서로 병렬처리가 가능하며, 제3 메인보드 모듈(100b)은 연산, 컬러 정의, 분석 컬러 매칭 및 병렬처리가 가능하다.
여기서, 상기 각 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)은 병렬 클러스터링을 하기 위하여 USB 3.0 컨트롤러로 입, 출력 인터페이스에 연결된다.
도 7은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 수동 AC/DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 파워 컨트롤이 내장된 능동 AC/DC 컨버터를 나타내는 도면으로서, 광 경화 제어시스템의 적외선 및 자외선 램프의 구동을 위한 하드웨어의 AC/DC 변환 회로이다.
도 9는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 능동 AC/DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 ADC/DAC 동적 영상 고속 처리를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 잉크젯 헤드의 위치를 위한 INS(관성 항법 모듈)를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상 인터페이싱 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상을 추출하는 과정을 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 능동형 스태핑 모터 모듈을 나타내는 블록도로서, 능동형 파워 컨트롤러가 장착된 스태핑 모터 모듈을 나타낸다.
도 15는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 타임 시프트를 위한 모터 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 타임 릴리즈를 위한 모터 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 17은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상 및 잉크젯 헤드를 위한 클록 제너레이터 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 18은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 19는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서의 카메라 센싱 모듈을 나타내는 블록도로서, CCD/CMOS에서 모니터링된 영상을 프린터에 부착된 디스플레이의 컨트롤러로 영상을 보여주는 회로도이다.
도 20은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서를 이용한 동적 영상 추출 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 21은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 내장 프로세서에 적용된 제1 메인보드 모듈을 나타내는 블록도로서, 프린터에 내장될 주, 보조 연산 장치의 전력 및 통신 시스템 사이의 회로도이다.
도 22는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 컬러 프로파일링 센싱 제어모듈을 나타내는 블록도로서, CCD 및 CMOS 이미지 센서에서 이미지를 검출한 후 10비트 심도를 가진 DAC하드웨어(디지털-아날로그) 코덱에서 YUV(RGB)를 ARM-SOC를 사용하여 HSL이나 HSV로 색상 값 변환 후 전송한다.
도 23은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디스플레이를 나타내는 블록도로서, 프린터에 연결된 CCD 및 CMOS 이미지 센서 및 입력, 출력(액정 디스플레이, 음성, 키보드) 제어를 위한 회로도이다.
도 24는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 LED 구동을 나타내는 블록도로서, 자외선, 적외선, 가시광선 발광 다이오드를 구동하기 위한 제어 및 능동 파워(전력) 변환도이다.
도 25는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 프린터 제어를 나타내는 블록도로서, 프린터 구동을 위한 전력분배 및 액정 디스플레이 등의 출력장치에 유, 무선으로 연결된 것을 도시한 것이다.
도 26은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 이미지 센싱 및 제어를 나타내는 블록도로서, CCD 및 CMOS 이미지 검출 및 전송 제어를 위한 아날로그-디지털 변환 및 에러 검출도이다.
도 27은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디스플레이의 제어를 나타내는 블록도로서, 컬러 매니지먼트(컬러 프로파일링)를 위한 디스플레이 제어 컨트롤러 회로도이다.
도 28은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 아날로그 클럭 제너레이터를 나타내는 블록도로서, 프린터 잉크 분사를 위한 아날로그 클럭 제너레이터를 나타낸다.
도 29는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 컴퓨터 파워를 나타내는 블록도로서, 인텔의 v2.3 규격 기반의 컴퓨터 파워를 나타낸다.
도 30a, 30b는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 LED AC/DC 아날로그 디지털 구동을 나타내는 블록도로서, DC형의 발광 다이오드를 위한 마이크로 컨트롤러를 통한 능동 AC/DC 변환 회로를 보여준다.
도 31은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 저장장치를 나타내는 블록도로서, 프린터에 내장될 저장장치의 통신 시스템 및 전력분배에 대한 장치 연결 회로도이다.
도 32는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 이미지 센서를 위한 LED 구동을 나타내는 블록도로서, CCD/CMOS 이미지 센서를 위한 LED 구동 회로이다.
도 33은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 아날로그 PFC 파워보드를 나타내는 블록도로서, 프린터 및 전체 시스템에서 린터 및 전체 시스템의 전자파차단(EMI), 정전방지(ESD)를 위한 전체 전력의 수동 무효전력변환 회로도이다.
무효 전력 변환이란, 일반적으로 단상 220V, 60Hz의 전력이 다 사용되는 것이 아니라 역률 변환(3상에서 단상, AC에서 DC)으로 변환 시 일반적인 사용은 80% 이하 전력만이 사용되고, 나머지 전력은 사용할 수 없어 누전이나 정전 등을 일으키는 원인으로 작용하며, 전자 회로 보드나, 컴퓨터 보드를 단락시키는 원인으로 작용한다.
또한, 전력 비용의 상승을 가져오며, 600W의 무부하 구동 전력이 필요한 장치라면, 실제로는 750W 이상의 전력이 필요하며, 이러한 부분에서 유럽, 미국, 일본은 무효 전력 변환회로 장착 시 세제 혜택 등을 권장하는데 반해 한국 전력 및 관련 회사들은 외면하고 있다.
무효 전력 변환(능동소자 효율 99.9% 이상, 수동 소자 효율 99% 이상)을 통해 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 전자파 차단이나, 정전 방지가 가능하여 보다 쾌적한 전력을 사용할 수 있다.
도 34는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디지털 PFC 파워보드를 나타내는 블록도로서, 프린터 및 전체 시스템에서 프린터 및 전체 시스템의 전자파차단, 정전방지를 위한 전체 전력의 능동 무효전력변환 회로도이다.
도 35는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 디지털 클럭 제너레이터를 나타내는 블럭도로서, 프린터 잉크를 분사하기 위한 주파수 변조 회로이다. 주파수 변환을 통하여 잉크 분사 방울의 개수와 크기를 조절할 수 있다.
도 36은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 잉크 시스템을 나타내는 회로도로서, DC형의 자외선, 적외선, 가시광선 발광 다이오드의 결선도이다.
도 37은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 동적 영상의 센싱 컨트롤러 및 파워 컨트롤 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 38은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 고압 모터를 나타내는 블록도이다.
도 39는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 외장형 AC/DC 파워컨트롤 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 41은 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 시스템 파워 전력 EMI 및 냉각을 나타내는 블록도이다.
도 42는 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터에서 EMI 노이즈 필터를 나타내는 블록도이다.
이하에서는, 본 발명에 의한 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터를 구성하기 위한 3차원 광 경화 프린트를 위한 하드웨어 구현 및 설계를 설명한다.
먼저, 다차원 광 경화 프린트를 위한 하드웨어를 구성하기 위하여 휴렛팩커드(Hewlett-Packard)사의 Inkjet Ink Head X2, 70, 80, 90 Series, 엡손(Epson)사의 Inkjet Ink Head AMC, AMT Series, 캐논(Canon)사의 FINE Inkjet Ink Head Series, 도시바(Toshba-tec), 교세라(Kyocera), 자아(Xaar), 후지-다이마틱스(Fuji-dimatix), 세이코(Seiko Instrument), 삼성 전기(Samsung electric) 등의 Thermal, Piezo-electric, Bubble type 잉크젯 헤드를 적어도 3개 이상으로 구성하며, 레이저 프린터(Laser printer)에 사용되는 OPC Drum은 적어도 2개 이상으로 구성한다.
종래 프린트의 잉크의 분사 위치 오차를 극복하며, 인공장기를 위한 생체 고분자와 초미세 전자, 전기, 정밀 부품을 프린팅 하기 위하여 고속, 고정밀처리를 할 수 있는 존의 컴퓨팅 시스템의 부트스트랩을 위한 BIOS 대체로 UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)를 사용하여 보다 확장된 부트스트랩을 사용하는 CPU(Center Processing Unit)로서, 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화 된 IBM, Intel, AMD, Via technology, Oracle(Sunsparc)사의 RISC(Reduced Instruction Set Computing)기반의 IA 32 또는 IA 64 기반의 프로세서, 적어도 하나 이상의 ARM사의 멀티 코어-멀티 스레드화 된 RISC(Reduced Instruction Set Computing)기반의 32bit ARM 프로세서, 적어도 2개 이상의 ASP(Analog Signal Processing)/DSP(Digital Signal Processing)가 가능한 Texas Instrument사의 Image Processor의 병렬 클러스터로 구성된 아날로그-디지탈 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터 시스템을 구성하기 위하여 상기의 상용 프린터 외에 별도의 3층으로 구성된 메인보드 모듈을 구성한다.
3층으로 구성된 제1 메인보드 모듈(100)에는 IBM 16Core-4Thread/Core를 사용하는 Power 7 아키텍쳐 기반의 프로세서를 4개 또는 Intel사의 48Core-2Thread/Core와 AMD사의 3개의 16 Core/Thread 구성된 메인 프로세서와 브리지칩셋으로는 TI사의 ARM Cortex A15 기반의 SOC을 사용하고 Xilinx( Kintex 7, Spartan 6)사 또는 Altera(Startrix V, Hardcopy V)사의 칩셋 기반의 내부 허브 칩을 메인보드에 내장하고, IBM사의 Power 6 아키텍처 기반의 Broadband Cell(8core-4Thread/core) 프로세서 8개를 내장한 PCI-x16 또는 PCI-x8, PCI-x4로 구성된 6개의 PCI 카드 또는 Intel사의 Larabe기반의 36Core-12 Excute Unit/Core가 제1 메인보드 모듈(100)에 장착되며. GPU로는 MSI사의 Hydra Multi GPU 브리지 칩셋으로 구성된 PCI-x16 또는 PCI-x8, PCI-x4로 구성된 AMD사의 파이어프로, 라데온 시리즈나 Nvidia사의 테슬라, 쿼드로, 지포스 시리즈 등 동일 회사의 2개 이상이거나 서로 다른 회사 보드를 혼용한 GPU-PCI보드를 제1 메인보드 모듈(100)에 장착한다.
상기 제1 메인보드 모듈(100)은 ECC가 지원되는 64GB이상의 DDR3 메모리와 적어도 4GB 이상의 NAND플래시 메모리나, 2GB이상의 NOR플래시 메모리가 장착된다. 그리고, 상기 제2 메인보드 모듈(100a)은 8개의 병렬로 구성된 ARM사의 Cortex-A9 또는 15 아키텍처 기반의 프로세서나 VIA Technology사의 멀티코어로 구성된 2개 이상의 다중 코어와 1개 이상의 그래픽 코어로 구성된 프로세서와 8GB이상의 DDR3 메모리와 적어도 2GB 이상의 NAND플래시 메모리나 1GB이상의 NOR플래시 메모리가 장착된다.
그리고, 내부 통신 허브칩은 VIA Technology사의 RT-8XXX시리즈 네트워크 칩 또는 Intel Fast Ethernet 1, 10GB 네트워크 칩으로 구성된다. 그리고, 상기 제3 메인보드 모듈(100b)에 적어도 2개의 ARM기반 삼성의 Cortex-A9, A15기반의 S5PV310 SOC를 설치하며, 또 다른 방법으로 공간에 적어도 2개 이상의 TI사 OMAP 35xx, 44xx, 55xx칩셋을 배치하고, 상기 제3 메인보드 모듈(100b)가 집적 하드웨어 제어(프린터, 광 경화 제어, 검출 등)를 한다. 3장으로 구성된 메인보드 모듈 시스템을 MIMD(Multi Instruction Multi Data)구조의 병렬 클러스터링을 하기 위해 제1 메인보드 모듈(100)과 제2 메인보드 모듈(100a) 및 제3 메인보드 모듈(100b)은 NEC사의 USB 3.0 컨트롤러로 입, 출력 인터페이스를 연결 또는 Intel 사의 Light peak(광 USB)를 사용하여 모든 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)에 고속 이더넷 컨트롤러로 입, 출력 인터페이스를 연결한다.
상기 데이터 저장장치로 Intel, Samsung Electronics의 200GB이상의 SSD 8개를 설치, RAID연결 하고 백업 데이터 저장 장치로는 Seagate사의 SAS(Serial-SCSI)의 300GB의 4개와 하이브리드 모멘터스 SATA3를 지원하는 0.5 ~ 1TB 4개를 RAID화 한다. 3차원 광 경화 프린트를 위한 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 시스템을 구성한다.
상기 광 경화 제어시스템은 제3 메인보드 모듈(100b)에서 제어하며, 서울옵틱사의 DC 타입의 자외선 발광다이오드(LED) P8D237 40개와 P8D236 20개, 또는 Nichia사의 NC4U134 16개와 NC4U133 8개를 사용하며, GE사의 AC타입의 20W 적외선 발광다이오드(LED) 12개, Laserglow사의 가변 광대역 (100nm ~ 5㎛) Composite Dye and Nd-YAG 레이저 50W를 설치하고, 상용 프린터 후면에 상용의 (주)플라즈마라이프사의 멀티(Argon, Nitrogen, Helium등) 이온 플라즈마 표면 처리장치를 구성 하며, 메인 시스템인 아날로그-디지털 하이브리드 제어시스템을 구성한다.
그리고, 상기 컬러 프로파일링 제어시스템은 제3 메인보드 모듈(100b)에 하드웨어 칩으로 내장하여 3개(Red, Green, Blue Channel)의 검출을 위한 Sharp사의 NT-3xx, CCD 이미지 센서와 Sony사의 적외선 CCD 비디오 카메라 모듈 2개와 Canon사의 초고속 실시간 카메라 모듈 1개를 자외선, 적외선, 광 센서, 관성 센서, 가속도 센서 및 유량 센서 등과 동일한 보드에 내장한다.
여기서, 하드웨어에 내장된 다차원 광 경화 프린트를 위한 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템, 광 경화 제어시스템, 컬러프로파일링 제어시스템을 확인 과정을 위해 외부의 Hewlett-Packard사의 Workstation Z8xx에서 무선 데이터 통신을 통해 잉크의 드롭 상태나, 잉크가 서브스트레이트에 부착된 상황을 실시간 모니터링 할 수 있도록 한다.
즉, 상기 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템과 광 경화 제어시스템 및 컬러 프로파일링 제어시스템에 무선 데이터 통신을 통해 잉크의 드롭(Drop) 상태나, 잉크가 서브 스트레이트에 부착된 상황을 실시간 모니터링하기 위한 모니터링 시스템이 더 포함된다.
3층으로 구성된 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)을 하드웨어적으로 제어하기 위하여 Assembler 및 Verilog, System C언어로 컴파일이 가능한 상용 하드웨어 시스템 설계 소프트웨어인 Mentor Graphics사의 Modelsim을 이용하여 RTL 프로그래밍 및 이식하며, UEFI를 사용하여 사용자가 필요에 의해 조건 사건을 펌웨어 업데이트나 실시간 원격으로 조정가능하고, 프린터를 하드웨어적으로 제어하기 위하여 비 상용의 Ghost Script을 사용하며, 고속의 고정 및 부동 소수점 연산을 위해 Fortran과 C++, F#의 High Level 프로그래밍 언어를 사용하고, 비 상용의 Hybrid Kernel인 Linux 커널 버전 3.X.X 이상의 커널을 사용하여 각기 사용하는 Linux, Windows, Mac OSx 등의 컴퓨터 운영체제를 구동함과 동시에 가상적 원격 멀티 구동할 수 있는 UEFI를 통한 하드웨어적 Hardware Virtual Shell Driver를 구성 제공한다.
이제, 3차원 광 경화 프린트를 위한 소프트웨어 구현 및 설계에 대하여 설명한다. 먼저, 시스템 소프트웨어의 구현은, 다차원 광 경화 프린트의 소프트웨어를 구성하기 위하여 UEFI를 통한 하드웨어적 Hardware Virtual Shell Driver의 사용자에 의해 설치된 운영체제가 구동할 수 있는 운영체제 상의 Driver를 제공하기 위하여 High Level 프로그래밍 언어인 Micorsoft사의 상용인 F#을 사용 Parallel Computing 언어인 C++을 내장하고, 상기 제1 , 제2 및 제3 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)에서 Open CL(MPI, MP, HMPI:Hybrid MPI) 등을 사용한다.
상용인 Microsoft사의 프로그램 개발 툴인 Visual Studio 2010, Apple사의 개발 툴인 Xcode, 비 상용의 리눅스 사의 GNU 개발 툴인 GCC 등을 이용하여 모듈화된 메인보드의 부동 소수점 연산능력을 모듈에 설치된 CPU, GP- GPU, GPU, ARM 등에 모두 사용하여 10 ~ 100Tflops까지 이끌어낼 수 있도록 한다.
또한, Microsoft사의 GUI(그래픽 사용자 인터페이스)나 Power Shell, Console에서도 프린트를 제어할 수 있으며, Linux/Unix 에서는 QT, GTK, Vi editor에서도 프린터를 제어할 수도 있으며, Mac OS X사용자를 위하여 GTK#을 통하여 MS사나, Linux/Unix의 동 시간대의 동일한 시스템에서 원격 사용을 이식할 수도 있다.
그리고, 시스템 소프트웨어의 설계는, 광 경화 제어시스템과 컬러 프로파일링 제어시스템은 기본적으로 하드웨어에 내장 프로그래밍한다. 3층으로 구성된 제1, 제2 및 제3 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)에서 각 시스템에서 연산된 수치를 전송받아 Red, Green, Blue 색상 채널(Hue, Saturation, Lightness)을 Hue, Saturation, Value 색상 채널로 전환하여 국제조명학회 및 국제표준 값 10000K, 9000K, 6500K, 5000K, 3000K 등에서 정의된 색상 프로파일을 검출, 연산, 비교 및 자동 교정하여 연결된 디스플레이 장치로 CIE Luv값으로 전송하며, 연결된 프린터에는 CIE Lab값으로 교정된 수치를 전송하여 사용자가 원하는 색상이나 패턴의 채널을 기존의 상용의 색상이나 패턴 전용의 소프트웨어를 사용하지 않고 하드웨어적으로 내장하여 디스플레이와 프린터에서 왜곡이나 변형 없이 고정밀 출력을 가능하게 한다.
기존의 전자회로의 패턴 형성을 위해 마이크로필름을 사용하는 R2R(Flexo Lithography), 보다 빠르며 정확하고 선예도가 뛰어난 형성을 가능하며 NIL(Nano Imprint Lithograpy), EUVL(Extreme Ultra Violet Lithography) 등보다 더 뛰어난 미세 패턴을 위치제어에 의해 동일한 시공간에서의 비선형의 표현이 자유로워진다.
구현 예 1.
다차원 광 경화 프린트 하드웨어를 구성하기 위하여 3개 이상의 잉크젯 헤드와 레이저 프린터에 장착된 OPC 드럼이 2개 이상 장착된 특수 프린터 사용하여 보정되지 않은 실시간 디지털 카메라에 찍힌 사진이나, 영상 또는 패턴 데이터를 CCD 이미지 센서를 통해 피 인쇄체의 표면 형상(평탄도), 표면 특성을 ASP/DSP에서 C++구성된 Open CV 라이브러리 통해 각종 센서로 들어오는 데이터를 MIMD화 하여 3층으로 구성된 제1, 제2 및 제3 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)에서 Open CL(MP, MPI, HMPI)을 통해 부동 소수점을 고속, 고정밀 연산하여 1%의 잉크 분사 위치 오차율을 가지는 잉크 정밀도를 갖도록 한다.
정형화된 데이터를 디스플레이, 프린터, 이온 플라즈마에 데이터가 전송되며, 이온 플라즈마에 의해 피 인쇄체 표면의 세정 및 평탄화를 시도한다. 세정 및 평탄화가 된 피 인쇄체는 정속 스테핑 모터에 의해 0.5m/min의 속도로 프린터 후면으로 이송된다. 피 인쇄물은 광 경화 제어시스템의 프린트 과정과 UV-LED(305, 365, 375nm, 250mJ)에 의해 광 경화된다. 경화 시에 잉크 헤드의 프린트 순행 반복에 의해 먼저 분사되며, 경화된 잉크의 위치에 정확히 분사되도록 공기 유동에 대한 헤드 노즐을 이탈한 잉크 입자를 위치 제어한다.
일반적으로, 분사된 잉크의 입자 크기는 기존의 주파수 선형 파형 제네레이터 방식을 다 차원 차분 미분 펄스방식으로 제어한다. 기존의 주파수 선형 파형 제네레이터 방식을 다 차원 차분 미분 펄스방식 보다 1/10 ~ 1/1000 범위에서의 잉크 드롭 크기가 제어된다. 기존의 평판이나 롤 프린터의 경우, 프린터 피 인쇄체를 받치는 부분이 고정되나 본 발명에서는 프린터(x, y, z)와 2개 이상의 축이 다른 선형 잉크젯 헤드 및 1개의 비 선형 축을 가지는 잉크젯 헤드(x, y, z, τ), 피 인쇄체 서포트 부분(x, y, z)이 각기 운행 시간(t)에 의해 전용 보드를 통하여 가변 운행 될 수 있다.
분사된 잉크의 다차원 형상을 갖게 하기 위하여 헤드의 분사를 하드웨어적으로 구형 및 비 구형 형태의 잉크 드롭을 가능하도록 하드웨어적으로 제어가 가능 하게 만든다.
실시 예 1.
다차원 광 경화 프린트 하드웨어를 구성하기 위하여 3개 이상의 잉크젯 헤드와 레이저 프린터에 장착된 OPC 드럼이 2개 이상 장착된 특수 프린터 사용하여 보정되지 않은 실시간 디지털 카메라에 찍힌 사진이나, 영상 또는 패턴 데이터를 CCD 이미지 센서를 통해 피 인쇄체의 표면 형상(평탄도), 표면 특성을 ASP/DSP에서 C++구성된 Open CV 라이브러리 통해 MIMD화하여 3층으로 구성된 제1, 제2 및 제3 메인보드 모듈(100, 100a, 100b)에서 Open CL(MP, MPI, HMPI)을 통해 부동 소수점을 고속, 고정밀 연산하여 1%의 잉크 분사 위치 오차율을 가지는 잉크 정밀도를 갖도록 한다.
정형화된 데이터를 디스플레이, 프린터, 이온 플라즈마에 데이터가 전송되며, 이온 플라즈마에 의해 피 인쇄체 표면의 세정 및 평탄화를 시도한다. 세정 및 평탄화가 된 피 인쇄체는 정속 스테핑 모터에 의해 0.5m/min의 속도로 프린터 후면으로 이송된다. 피 인쇄물은 광 경화 제어시스템의 프린트 과정과 UV-LED(305, 365, 375nm, 250mJ)에 의해 광 경화된다. 경화 시에 잉크 헤드의 프린트 순행 반복에 의해 먼저 분사되며, 경화된 잉크의 위치에 정확히 분사되도록 공기 유동에 대한 헤드 노즐을 이탈한 잉크 입자를 위치 제어한다.
일반적으로, 분사된 잉크의 입자 크기는 기존의 주파수 선형-비선형 파형 제네레이터 방식을 다 차원 차분 미분 펄스방식으로 제어한다. 기존의 주파수 선형 파형 제네레이터 방식을 다 차원 차분 미분 펄스방식 보다 1/10 ~ 1/1000 범위에서의 잉크 드롭 크기가 제어된다. 기존의 평판이나 롤 프린터의 경우 프린터 피인쇄체를 받치는 부분이 고정되나, 본 발명에서는 프린터(x, y, z)와 2개 이상의 축이 다른 선형 잉크젯 헤드 및 1개의 비 선형 축을 가지는 잉크젯 헤드(x, y, z, τ), 서브스트레이트 서포트 부분(x, y, z)이 각기 운행 시간(t)에 의해 전용 보드를 통하여 가변 운행 될 수 있다.
분사된 잉크의 다차원 형상을 갖게 하기 위하여 헤드의 분사를 하드웨어적으로 구형 및 비 구형 형태의 잉크 드롭을 가능하도록 하드웨어적으로 제어가 가능 하게 만든다.
이렇게 분사된 잉크의 다차원 형상을 갖게 하기 위하여 헤드의 분사를 하드웨어적으로 구형 및 비구형 형태의 잉크 드롭을 가능하도록 하드웨어적으로 제어하여 액정 디스플레이의 감광막을 제조한다. 최종의 산물의 형상은 2.5D, 3D, 3.5D, 4D, 4.5D를 갖는 형태로 수행시간 10분 이내의 공정 시간 동안 처리하여 만들어지며 공정 에러율은 0.01%를 가진다.
비교 예 1.
기존의 자외선 광 경화를 이용하여 전통적인 방법으로 액정 디스플레이의 감광막을 제조하였다. 1입방미터 크기의 디스플레이 감광막이 마이크로화된 필름 청사진을 바탕으로 폴리 아몰퍼스 실리콘 웨이퍼의 표면처리를 위해 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 가하여 90분간 표면 처리를 하고, 120분간 표면의 화학 물질을 제거하는 질소 분위기 하 상온 진공 감압(-1ATM, 298.15K) 처리하고, 처리된 폴리 아몰퍼스 실리콘 웨이퍼에 폴리이미드를 PECVD(Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition)로 180분간 100마이크로 미터 두께로 증착하며, 포토레지스터(비감광성 사용, 감광성 비사용)를 100마이크로 미터 두께로 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 사용하여 90분간 도포하고, 질소 분위기 하 상온 진공 감압(-1ATM, 298.15K) 처리를 120분간 다시 처리하며, UV-A(365nm, 1000mJ) 파장에서 5분간 노광하고, 현상액을 5분간 사용하여 현상하며, 현상된 유전체를 에칭액을 사용하여 5분간 다시 처리하며, 박리액(염소계 용제:디크로로에탄, 유기 용제:에탄올)을 사용하여 3분간 레지스트를 박리하고, 최종 진공 장치에서 120분간 처리하여 디스플레이의 감광막을 제조한다. 최종 산물의 형상은 2.5D를 갖는 형태로 12시간 내의 공정 시간 동안 처리하여 만들어지며 공정 에러율은 5%를 가진다.
비교 예 2.
현재 액정 디스플레이 감광막으로 사용되는 Flexo 프린팅 방법으로 1입방미터 크기의 디스플레이 감광막을 제조하였다. 폴리 아몰퍼스 실리콘 웨이퍼의 표면처리를 위해 CVD(Chemical Vapor Deposition)을 가하여 15분간 표면 처리를 하고, 45분간 표면에 화학 물질을 제거하는 질소 분위기 하 상온 진공 감압(-1ATM, 298.15K) 처리를 하며, 처리된 폴리 아몰퍼스 웨이퍼에 폴리이미드를 프린터로 1분간 100마이크로미터 두께로 프린팅하고, UV-A(365nm, 800mJ) 파장에서 1분간 경화한 후 포토레지스터(비감광성 사용, 감광성 비사용)를 100마이크로 미터 두께로 프린팅(㈜거우엔지니어링 GW-1000 프린터)하고, UV-A(365nm, 800mJ)파장에서 1분간 경화한 후 3분간 레지스트를 박리하며, 최종 진공 장치에서 10분간 처리하여 디스플레이의 감광막을 제조한다. 최종의 산물의 형상은 2.5D, 3D를 갖는 형태로 2시간 내의 공정 시간 동안 처리하여 만들어지며 공정 에러율은 2%를 가진다.
실시 예 1과 비교 예1, 2를 비교하면 공정 시간이 60 ~ 360 배의 차이로 최종 제품 공정 시간을 단축할 수 있으며, 실시 예 1과 비교 예 1의 공정 에러율 차이는 비교 예의 노광이나, 에칭에 의해 폴리 아몰퍼스 웨이퍼 상에서 불완전하게 완성되는 패턴의 에지 부분이 불량률로 검사하였을 경우의 약 500배 이상 차이가 났으며, 실시 예 1에서 정도 불량률이 더 적게 발생하였으며, 비교 예 2와 비교하였을 때는 200배 이상 더 적게 발생하여 생산 공정 시간 및 공정 에러율이 단축, 감소하는 결과를 보였다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
100 : 제1 메인보드 모듈,
100a : 제2 메인보드 모듈,
100b : 제3 메인보드 모듈,
102 : 대용량 저장장치(Solide State Disk),
103 : 주변 장치(Display, Printer, Color Management, Photo Curing Device).

Claims (4)

  1. 인공장기를 위한 생체 고분자와 초미세 전자, 전기, 정밀 부품의 프린팅을 위한 초고속, 고정밀 처리가 가능한 하이브리드 다차원 프린터;
    상기 하이브리드 다차원 프린터에 연결되어 디스플레이, 프린트, 입력, 출력을 처리하기 위하여 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화된 RISC 기반의 X86 64비트 8스레드의 프로세서로, 독립 운영체제를 구동하도록 병렬처리가 가능한 제1 메인보드 모듈과, 적어도 하나 이상의 멀티 코어-멀티 스레드화되어 X86 64비트 4스레드의 RISC 기반의 32bit ARM 프로세서로, 독립 운영체제를 구동하도록 병렬처리가 가능한 제2 메인보드 모듈과, 적어도 2개 이상의 X86 64비트 4스레드의 ASP/DSP가 가능한 이미지 프로세서로, 연산과 컬러 정의와 분석 컬러 매칭 및 독립 운영체제를 구동하도록 병렬처리와 이미지 센서, 자외선, 적외선, 광 센서, 관성 센서, 가속도 센서 및 유량 센서로 이루어지는 각종 센서 제어가 가능한 제3 메인보드 모듈을 포함하여 병렬 클러스터로 구성된 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템을 포함하는 메인보드 모듈 시스템;
    상기 제3 메인보드 모듈에 의해 제어되고, 적외선 및 자외선 램프의 구동에 의해 피인쇄물을 광 경화시키는 광 경화 제어시스템;
    상기 메인보드 모듈 시스템에서 전송받은 연산된 수치를 통해 색상 프로파일을 검출, 연산, 비교 및 자동 교정하는 컬러 프로파일링 제어시스템; 및
    광 경화 프린트를 위한 광고속, 고정밀 처리가 가능한 초고속 연산 하드웨어;
    를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 메인보드 모듈은 병렬 클러스터링을 하기 위하여 USB 3.0 컨트롤러 또는 광 USB로 입, 출력 인터페이스에 연결되는 것을 특징으로 하는 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어시스템과 광 경화 제어시스템 및 컬러 프로파일링 제어시스템의 잉크 드롭(Drop) 상태나, 잉크 드롭의 상태가 구형 및 비 구형으로 제어가능하고, 잉크가 서브 스트레이트에 부착된 상황을 무선 데이터 통신으로 실시간 모니터링하기 위한 모니터링 시스템이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고성능 아날로그-디지털 하이브리드 컴퓨터 제어 기반의 다차원 프린터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200394189Y1 (ko) 2005-06-01 2005-08-30 노틸러스효성 주식회사 써멀프린터의 구동회로
KR20100025021A (ko) * 2007-07-24 2010-03-08 실버브룩 리서치 피티와이 리미티드 옵셋 잉크 용도에 적합한 프탈로시아닌염

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