KR101704620B1 - FDM 3D printer for output error correction, and correction method using of it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터에 관한 것으로, 필라멘트 스풀에서 전달된 필라멘트의 양 및 속도를 제어하여 수직하방으로 이송시키는 프린터 헤드; 상기 프린터 헤드 하단에 연장되는 것으로, 상기 필라멘트를 하방으로 배출시켜 시료 스테이지에 적층시키는 익스트루더; 프린팅 정보에 따라 시료 스테이지를 Z축 방향으로 이동시키는 스테이지 구동부; 프린팅 이동방향으로 상기 프린터 헤드의 전방 및 후방에서 프린팅되는 시료의 실시간 높이를 측정하는 출력 오류센서; 프린팅 정보에 따라 상기 프린터 헤드, 익스트루더 및 스테이지 구동부를 제어하는 프린팅 제어부; 및 상기 출력 오류센서에서 수신받은 정보를 통해 시료의 높이가 다른 출력오류 정보를 산출하고, 산출된 출력오류 정보에 따른 보정정보를 산출하고 상기 프린팅 제어부에 피드백하는 출력오류 보정부를 포함한다.
이와 같은 본 발명은 홈 또는 돌출부의 형태로 나타나는 출력오류를 실시간 측정 또는 스캔하는 것이 가능하고, 이 정보를 바탕으로 출력오류 검출의 위치지점의 다음 레이어 적층에서 익스트루더의 압출량을 용이하게 제어하여 정밀한 보정이 가능하게 된다.
The present invention relates to an extrusion lamination type 3D printer capable of correcting an output error, a printer head for controlling the amount and speed of filaments transferred from a filament spool, An extruder that extends to a lower end of the printer head and discharges the filament downward and stacks the filament on a sample stage; A stage driving unit for moving the sample stage in the Z axis direction according to printing information; An output error sensor for measuring a real time height of a sample printed in front of and behind the printer head in a printing moving direction; A printing controller for controlling the printer head, the extender, and the stage driver according to printing information; And an output error correction unit for calculating output error information having different heights of the sample through the information received from the output error sensor, calculating correction information according to the calculated output error information, and feeding back the information to the printing control unit.
According to the present invention, it is possible to measure or scan output errors in the form of grooves or protrusions in real time. Based on this information, it is possible to easily control the extruder amount of the extruder in the next layer stacking at the position point of output error detection So that accurate correction can be performed.

Description

출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터 및 이를 이용한 출력오류 보정방법{FDM 3D printer for output error correction, and correction method using of it}Technical Field [0001] The present invention relates to an extrusion lamination type 3D printer capable of correcting an output error, and an output error correction method using the same.

본 발명은 3D 프린터 및 출력오류 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간 출력오류 스캔, 검출 및 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터 및 이를 이용한 출력오류 보정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printer and an output error correction method, and more particularly, to an extrusion lamination type 3D printer capable of real-time output error scanning, detection and correction, and an output error correction method using the same.

일반적으로 3차원 입체 형상을 가진 시제품을 제작히기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목합 제작 방식과 CNC 밀링에 의한 제작 방법 등이 널리 알려져 있다.Generally, in order to produce a prototype having a three-dimensional solid shape, a method of making a cooperative work by hand and a method of manufacturing by CNC milling are widely known depending on drawings.

그러나 목합 제작 방식은 수작업에 의하므로 정교한 수치제어가 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 밀링에 의한 제작 방법은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구 간섭으로 인해 가공하기 어려운 형상이 많다.However, since the method of making the woodwork is by hand, elaborate numerical control is difficult and time consuming, and CNC milling can produce precise numerical control, but there are many shapes that are difficult to process due to tool interference.

따라서 최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 다양한 분야에서 활용하고 있다.In recent years, so-called three-dimensional printing methods have been developed for product designers and designers to generate three-dimensional modeling data using CAD or CAM, and to produce prototypes of three-dimensional shapes using the generated data. The printer is used in various fields such as industry, life, and medicine.

3D 프린터는 재료의 연속적인 레이어를 2차원 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 대상물을 만드는 제조장치이다. 3D 프린터는 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 빠르게 대상물을 제작할 수 있어서 프로토타입 샘플제작 등에 주로 사용된다.A 3D printer is a manufacturing apparatus for producing objects by outputting successive layers of materials as a two-dimensional printer and stacking them. 3D printers can be used to create prototypes quickly because they can be quickly created based on digitized drawing information.

3D 프린터의 제품 성형방식은 광경화성 재료에 레이저 광선을 주사하여 광주사된 부분을 물체로 성형하는 방식, 성형재료를 절삭하여 성형하는 방식, 열가소성 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식(FDM 방식) 등이 있다.The product molding method of the 3D printer includes a method of molding a light-scraped material with a laser beam to form a light-shaded portion, an extrusion molding method, and a method of melting and laminating a thermoplastic filament (FDM) have.

이러한 방식 중에서 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식의 3D 프린터가 다른 방식의 3D 프린터에 비해 생산 단가가 저렴하므로 필라멘트를 이용하는 3D 프린터가 가정용, 공업용으로 대중화되고 있는 추세이다.Among such methods, a 3D printer using a method of melting and laminating filaments has a lower production cost than other types of 3D printers, and a 3D printer using filaments is becoming popular for home and industrial use.

한편, 이러한 3D 프린터용 필라멘트는 인체 및 환경에 무해한 열가소성 수지인 PLA가 소재로 사용되며 제품의 용도에 따라 탈크와 같은 결정핵제를 첨가하여 강도를 높이는 형태로 형성된다. 그리고 필라멘트는 인체 및 환경에 무해한 PLA가 필라멘트 소재로 각광받고 있으나 PLA는 다른 합성수지에 비해 내열성과 난연성이 약하기 때문에, 성형되는 제품의 용도에 따라 탈크를 결정핵제로 사용하여 내열성을 높이거나, Mg(OH)2, Al(OH)3 등을 충전제로 사용하여 내열성을 높이기도 한다.Meanwhile, the filament for the 3D printer is formed of PLA, which is a thermoplastic resin which is harmless to the human body and the environment, as a material, and a crystal nucleating agent such as talc is added depending on the use of the product to increase the strength. In addition, since PLA is weak in heat resistance and flame retardancy compared to other synthetic resins, it is possible to increase the heat resistance by using talc as a crystal nucleus depending on the use of the product to be molded, OH) 2, Al (OH) 3 and the like may be used as a filler to increase the heat resistance.

3D 프린터 관련 종래 기술로서 대한민국 등록특허 제 10-1346704호에는 다수의 노즐을 구비하여 멀티 칼라 제품의 성형이 가능한 3D 프린터가 개시되어 있다. 그러나, FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3D 프린터의 경우 필라멘트를 지속적으로 이송하여 공급하는 익스트루더에 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.Korean Patent No. 10-1346704 discloses a 3D printer capable of forming a multicolor product by having a plurality of nozzles as a related art related to a 3D printer. However, in the case of a 3D printer of the FDM (Fused Deposition Modeling) method, the following problems may occur in extruders which continuously feed and supply filaments.

즉, 도 1은 종래 기술에 의한 히터노즐(20)의 종단면도로서, 필라멘트(3)는 한 쌍의 안내롤러(35)가 회전시 마찰에 의해 도입공(22)으로 안내되는 구조이며, 장기간 사용시 한 쌍의 안내롤러(35)는 마모가 발생하여 원활한 안내가 어려워지게 된다. 또한 필라멘트(3)가 원활하게 공급되지 않고 불규칙하게 되면 3D 프린팅 대상물의 형상이 요구하는 데로 형성되지 못하는 문제점이 있다.That is, FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a heater nozzle 20 according to the prior art. The filament 3 has a structure in which a pair of guide rollers 35 are guided to the introduction hole 22 by friction during rotation, Wear of the pair of guide rollers 35 occurs during use, which makes smooth guidance difficult. Also, if the filaments 3 are not supplied smoothly and irregularly, there is a problem that the shape of the object to be printed is not formed as required.

그리고, 이와 같은 필라멘트 공급 또는 압출량 불량으로 발생하는 레이어 적층의 출력오류는 전체 프린팅 조형물의 형상에 영향을 끼쳐 품질 저하를 야기시키는 문제점이 있기 때문에, 실시간으로 이러한 출력오류를 검출할 수 있는 기술이나 이를 보정할 수 있는 기술이 절실히 요구되는 실정이다.The output error of the layer lamination caused by the supply of filaments or the defective amount of the extruded matter affects the shape of the entire printing molding, thereby causing a quality deterioration. Therefore, a technology capable of detecting such output error in real time And a technique for correcting this is desperately required.

대한민국 등록특허 제10-1441030호(등록일자: 2014년09월05일)Korean Registered Patent No. 10-1441030 (Registered Date: September 05, 2014)

상술한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 과제는, 프린트 적층시 발생할 수 있는 오류를 실시간으로 검출하고, 익스트루더를 제어하여 필라멘트 용액의 배출 양 등을 제어하여 홈 또는 돌출부와 같은 오류를 용이하고 정밀하게 보정할 수 있는 압출 적층 방식 3D 프린터 및 이를 이용한 출력오류 보정방법을 제공하고자 함이다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a method and apparatus for detecting an error that may occur in print lamination in real time and controlling an extruder to control the discharge amount of a filament solution to facilitate errors such as grooves or protrusions An extrusion lamination type 3D printer capable of precisely correcting errors, and an output error correction method using the same.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 특징은 필라멘트 스풀에서 전달된 필라멘트의 양 및 속도를 제어하여 수직하방으로 이송시키는 프린터 헤드; 상기 프린터 헤드 하단에 연장되는 것으로, 상기 필라멘트를 하방으로 배출시켜 시료 스테이지에 적층시키는 익스트루더; 프린팅 정보에 따라 시료 스테이지를 Z축 방향으로 이동시키는 스테이지 구동부; 상기 프린터 헤드가 이동하는 라인 방향으로 상기 라인 방향의 전방에 설치되어 이전 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 전방 오류 센서 및 상기 라인 방향의 후방에 설치되어 상기 익스트루더에서 압출되어 프린팅된 후의 현재 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 후방 오류 센서를 포함하는 출력 오류센서; 상기 출력 오류센서에서 측정된 정보를 수신받고, 상기 이전 레이어와 현재 레이어의 높이 차이의 평균값을 통해 프린팅된 최상부층 레이어 높이의 평균값을 산출하고, 현재의 레이어 높이값과 상기 최상부층 레이어 높이의 평균값의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 오류로 판단하고, 오류로 판단시 오류의 위치 및 오류 깊이를 포함하는 출력오류정보를 산출하고 산출된 출력오류정보에 따른 보정정보를 생성하는 출력오류 보정부; 및 상기 보정 정보를 바탕으로 다음 레이어의 적층에서, 상기 프린터 헤드 및 스테이지 구동부를 제어하여 상기 오류의 위치로 이동시키고, 상기 익스트루더의 필라멘트 용액의 압출량을 제어하여 출력오류를 보정하는 프린팅 제어부를 포함한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a printer comprising: a printer head for controlling the amount and speed of filaments transferred from a filament spool to be transferred vertically downward; An extruder that extends to a lower end of the printer head and discharges the filament downward and stacks the filament on a sample stage; A stage driving unit for moving the sample stage in the Z axis direction according to printing information; A front error sensor installed in front of the line in the line direction in which the printer head moves and measuring a height of a previous layer in real time, and a front error sensor installed in the rear of the line, extruded from the extruder, An output error sensor including a rear error sensor for measuring the height of the vehicle in real time; And calculating an average value of the height of the uppermost layer layer printed on the basis of the average value of the height difference between the previous layer and the current layer, and calculating an average value of the current layer height value and an average value An output error corrector for calculating output error information including an error position and an error depth when the difference is equal to or greater than a predetermined value and generating correction information according to the calculated output error information when the error is determined; And a printing controller for controlling an output error of the extruder by controlling the extrusion amount of the filament solution of the extruder by controlling the printer head and the stage driver in the stacking of the next layer based on the correction information, .

여기서, 바람직하게는 상기 출력 오류센서는, 레이저 센서 또는 초음파 센서인 것일 수 있고, 상기 프린팅 정보에 따라 상기 프린터 헤드는 X 및 Y축으로 이동되고, 상기 스테이지는 Z축으로 이동되는 것일 수 있다.Preferably, the output error sensor may be a laser sensor or an ultrasonic sensor. According to the printing information, the printer head may be moved in the X and Y axes, and the stage may be moved in the Z axis.

또한, 상기 프린터 헤드 및 상기 익스트루더 사이에 필라멘트를 녹이는 히팅블록이 설치되는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that a heating block for melting the filament is installed between the printer head and the extruder.

본 발명의 제2 특징은 상술한 압출 적층 방식 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅의 출력오류 보정방법에 있어서, (a) 레이어 적층 프린팅에 따라 상기 프린터 헤드가 이동하면서 상기 전방의 오류센서에 의해 이전 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 단계; (b) 상기 후방 오류 센서가 상기 익스트루더에서 압출되어 프린팅된 후의 현재 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 단계; (c) 상기 출력오류 보정부에서 측정된 정보를 수신받고, 상기 이전 레이어와 현재 레이어의 높이 차이의 평균값을 통해 프린팅된 최상부층 레이어 높이의 평균값을 산출하고, 현재의 레이어 높이값과 상기 최상부층 레이어 높이의 평균값의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 오류로 판단하고, 오류로 판단시 오류의 위치 및 오류 깊이를 포함하는 출력오류정보를 산출하고 산출된 출력오류정보에 따른 보정정보를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 프린팅 제어부가, 상기 보정 정보를 바탕으로 다음 레이어의 적층에서, 상기 프린터 헤드 및 스테이지 구동부를 제어하여 상기 오류의 위치로 이동시키고, 상기 익스트루더의 필라멘트 용액의 압출량을 제어하여 출력오류를 보정하는 단계를 포함한다.A second aspect of the present invention is summarized as a method for correcting an output error of 3D printing using the above-described extrusion lamination type 3D printer, the method comprising the steps of: (a) Measuring a height in real time; (b) measuring the height of the current layer after the rear error sensor is extruded and printed in the extruder in real time; (c) receiving the measured information from the output error correcting unit, calculating an average value of the printed top layer layer height based on an average value of the height difference between the previous layer and the current layer, Calculating output error information including a position and an error depth of an error when the difference in the average value of the layer heights is equal to or greater than a predetermined value, and generating correction information according to the calculated output error information; And (d) the printing control unit controls the printer head and the stage driving unit to move to the position of the error in the lamination of the next layer based on the correction information, and controls the extrusion amount of the filament solution of the extruder And correcting the output error.

더하여, 상기 출력 오류센서는, 레이저 센서 또는 초음파 센서인 것이 바람직하고, 상기 프린팅 정보에 따라 상기 프린터 헤드는 X 및 Y축으로 이동되고, 상기 스테이지는 Z축으로 이동되는 것이 바람직하며, 상기 프린터 헤드 및 상기 익스트루더 사이에 필라멘트를 녹이는 히팅블록이 설치되는 것이 바람직하다.Preferably, the output error sensor is a laser sensor or an ultrasonic sensor. According to the printing information, the printer head is moved in the X and Y axes, and the stage is moved in the Z axis, And a heating block for melting the filament between the extruder.

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이와 같은 본 발명은 홈 또는 돌출부의 형태로 나타나는 출력오류를 실시간 측정 또는 스캔하는 것이 가능하고, 이 정보를 바탕으로 출력오류 검출의 위치지점의 다음 레이어 적층에서 익스트루더의 압출량을 용이하게 제어하여 정밀한 보정이 가능하게 된다.According to the present invention, it is possible to measure or scan output errors in the form of grooves or protrusions in real time. Based on this information, it is possible to easily control the extruder amount of the extruder in the next layer stacking at the position point of output error detection So that accurate correction can be performed.

또한, 본 발명은 종래의 압출 적층 방식 3D 프린터 구조의 큰 변화 없이, 간단한 구성의 설치로, 정밀하고 빠르게 출력 오류를 검출하고 이를 보정 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하여, 3D 프린터 조형물의 품질을 효과적으로 개선시킬 수 있게 된다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and a method for detecting and correcting an output error precisely and quickly by installing a simple structure without greatly changing the structure of a conventional extrusion lamination type 3D printer. It can be effectively improved.

도 1은 종래 기술에 FDM 3D 프린터에 의한 히터노즐의 종단면을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터의 구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압출 적층 방식 3D 프린터의 출력오류 보정방법의 흐름을 나타낸 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압출 적층 방식 3D 프린터의 출력오류 보정방법을 이용하여 오류 검출하고 보정하는 방법의 모식도를 나타낸 도면이다.
1 is a longitudinal sectional view of a heater nozzle by an FDM 3D printer in the prior art,
2 is a view illustrating a configuration of an extrusion lamination type 3D printer capable of output error correction according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a flow chart illustrating an output error correction method of an extrusion-lamination type 3D printer according to an embodiment of the present invention,
4 and 5 are diagrams illustrating a method of detecting and correcting errors using an output error correction method of an extrusion lamination type 3D printer according to an embodiment of the present invention.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압출 적층 방식 3D 프린터는, 압출 적층 방식 3D 프린터에 있어서, 필라멘트 스풀에서 전달된 필라멘트의 양 및 속도를 제어하여 수직하방으로 이송시키는 프린터 헤드(100); 상기 프린터 헤드(100) 하단에 연장되는 것으로, 상기 필라멘트를 하방으로 배출시켜 시료 스테이지에 적층시키는 익스트루더(200); 프린팅 정보에 따라 시료 스테이지를 Z축 방향으로 이동시키는 스테이지 구동부(300); 프린팅 이동방향으로 상기 프린터 헤드의 전방 및 후방에서 프린팅되는 시료의 실시간 높이를 측정하는 출력 오류센서(150); 프린팅 정보에 따라 상기 프린터 헤드(100), 익스트루더(200) 및 스테이지 구동부(300)를 제어하는 프린팅 제어부(400); 및 상기 출력 오류센서(150)에서 수신받은 정보를 통해 시료의 높이가 다른 출력오류 정보를 산출하고, 산출된 출력오류 정보에 따른 보정정보를 산출하고 상기 프린팅 제어부(400)에 피드백하는 출력오류 보정부(500)를 포함한다.FIG. 2 is a view showing a configuration of an extrusion lamination type 3D printer capable of output error correction according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the extrusion lamination type 3D printer according to the embodiment of the present invention is an extrusion lamination type 3D printer in which a printer head (not shown) for controlling the amount and speed of filaments transferred from a filament spool, 100); An extruder (200) extending to the lower end of the print head (100) and discharging the filament downward and stacking the filament on a sample stage; A stage driving unit 300 for moving the sample stage in the Z-axis direction according to the printing information; An output error sensor 150 for measuring a real time height of a sample printed in front and rear of the print head in a printing movement direction; A printing control unit 400 for controlling the printer head 100, the extender 200, and the stage driving unit 300 according to printing information; And an output error sensor 150 for calculating output error information having different heights of the sample from the information received from the output error sensor 150 and calculating correction information according to the calculated output error information, (500).

이처럼 본 발명은 종래의 압출 적층 방식(FDM) 3D 프린터에 의한 조형물 생성시 오류검출 및 보정기능이 부재하거나 미약하여 적층 시작부터 종료시까지 단 한번의 오류 발생으로도 전체 프린트 조형물의 형상에 영향을 끼쳐 품질저하를 야기시키는 문제를 해결하고자, 프린터 헤드(100)에 센서를 장착하여 프린트 적층시 발생할 수 있는 오류를 실시간으로 검출하고, 센서에서 수신된 오류정보를 바탕으로 출력오류 보정부(500)에서 보정정보를 생성하고, 생성된 보정정보를 프린팅 제어부(400)에서 수신받아 필라멘트의 용액을 배출하는 익스트루더(200)를 제어하여 필라멘트 용액의 배출양 등을 제어하여 홈 또는 돌출부와 같은 오류를 보정하는 3D 프린터를 제안한다.As described above, the present invention is not limited to the error detecting and correcting function when the sculpture is produced by the conventional extrusion lamination (FDM) 3D printer, so that even if a single error occurs from the beginning to the end of stacking, In order to solve the problem causing quality deterioration, a sensor is mounted on the printer head 100 to detect an error that may occur in print stacking in real time, and based on the error information received from the sensor, The printing control unit 400 receives the generated correction information and controls the extruder 200 for discharging the solution of the filament to control the emission of the filament solution to correct errors such as grooves or protrusions A 3D printer that can be used in a variety of applications.

구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터는, 필라멘트 스풀에 의해 열가소성 수지를 재질로 하는 필라멘트가 공급되고, 프린터 헤드(100)에서 상기 필라멘트를 공급받아 하방으로 이동시킨다. 프린터 헤드(100)의 하단부에는 상기 필라멘트를 녹여 용액으로 형성한 후, 프린팅 제어부(400)에 의해 전송받은 프린팅 정보에 의해 필라멘트 용액을 스테이지로 배출시켜 레이어 단위로 적층시킨다.Specifically, as shown in FIG. 2, the extrusion lamination type 3D printer capable of performing output error correction according to the embodiment of the present invention is configured such that a filament made of a thermoplastic resin is fed by a filament spool, The filament is supplied and moved downward. The filament is melted to form a solution on the lower end of the print head 100, and the filament solution is discharged to the stage by the printing information received by the printing control unit 400, and is laminated on a layer basis.

레이어 단위의 적층은, X축 및 Y축 이동이 가능한 프린터 헤드(100)가 한개의 레이어를 라인을 형성하며 필라멘트 용액을 증착하는 공정으로, 라인을 수평으로 적층시켜 하나의 레이어를 형성한 후, 다시 시료스테이지의 구동부가 Z축으로 이동시켜 가며 다음 레이어를 적층하는 과정을 수행하게 된다. Layer-by-layer lamination is a process in which the printer head 100 capable of moving in the X and Y axes forms a line and deposits a filament solution. The lines are horizontally stacked to form one layer, And the driving unit of the sample stage moves along the Z axis again, and the next layer is laminated.

이와 같은 과정에서 종래의 압출 적층 방식 3D 프린터는 어느 하나의 레이어의 어느 한 라인에 출력 오류가 발생하여, 홈을 형성하거나 돌출부가 형성되는 경우, 미리 설정된 프린팅 제어부(400)의 정보에 따라 익스트루더에서 필라멘트 용액의 배출량을 결정하여 프린팅하는 것이기 때문에 오류 지점에서 보정하는 과정이 없이 동일하게 출력하게 되어 오류가 전체 프린트 조형물에 품질에 큰 영향을 미치는 결과를 초래하게 된다.In this process, when the conventional extrusion lamination type 3D printer generates an output error on any one of the layers and forms a groove or a protrusion, according to information of the preset printing controller 400, The output of the filament solution is determined and printed, so that it is output without the process of correcting at the error point, which results in the error having a great influence on the quality of the entire printed image.

이에 본 발명의 압출 적층 방식 3D 프린터는, 프린터 헤드(100)에 프린팅 라인 방향으로 전 후방에 레이저 센서 등의 오류센서(150)를 설치하여, 프린터 헤드(100)가 이동하면서 레이어의 라인 형성 전후의 상태를 검출하고, 이 검출정보를 출력오류 보정부(500)로 보내고, 출력오류 보정부(500)에서 이 정보를 바탕으로 보정정보를 생성한 후, 프린팅 제어부(400)로 보낸다. 프린팅 제어부(400)에서 수신받은 보정정보를 바탕으로 익스트루더(200)를 제어하여 필라멘트 용액의 출력량을 제어하여 오류가 검출된 위치점의 다음 레이어 라인 형성시 오류를 보정할 수 있는 3D 프린터를 제공하게 된다.Thus, in the extrusion lamination type 3D printer of the present invention, the error sensor 150 such as a laser sensor is installed in front of and behind the printing line in the printer head 100, And outputs the detection information to the output error correcting unit 500. The output error correcting unit 500 generates correction information based on the information and then sends the correction information to the printing control unit 400. [ A 3D printer which can control the output of the filament solution by controlling the extruder 200 based on the correction information received by the printing control unit 400 and correct errors in the formation of the next layer line of the point where the error is detected .

여기서, 오류센서(150)는 거리센서로서 레이저 센서와 같은 광학센서도 가능하고, 초음파 센서를 이용하는 것도 가능하지만, 레이어 높이 또는 두께가 마이크로 단위이기 때문에 보다 정밀한 거리센서가 바람직하다.Here, the error sensor 150 may be an optical sensor such as a laser sensor as a distance sensor or an ultrasonic sensor, but a more precise distance sensor is preferable because the layer height or thickness is in micro units.

레이저 센서 등은 스테이지에 적층되는 레이어에 레이저광을 조사하고 반사되어 나오는 레이저광을 수광하여 거리를 측정하게 되는데, 프린터 헤드(100)가 이동하는 라인 방향으로 프린터 헤드(100) 전방에 하나가 설치되고, 그 후방에 또 다른 하나가 하나의 쌍을 이루어 레이어 적층 출력오류를 검출하게 된다. 여기서 설치 위치는 프린터 헤드(100)의 측면 부분에 설치하는 것도 가능하고, 익스트루더(200)의 전 후방에 지지대를 통해 설치하는 것도 가능하다.The laser sensor irradiates the layer stacked on the stage with laser light and receives the reflected laser light to measure the distance. One of the laser sensors is installed in front of the printer head 100 in the line direction in which the printer head 100 moves And another one pair is formed on the rear side thereof to detect a layer stack output error. Here, the mounting position may be provided on a side portion of the printer head 100, or may be provided on the front and rear of the extender 200 through a support base.

레이어의 프린팅 라인의 전방에 있는 레이저 센서는 이전 레이저 즉, 프린팅 적층 레이어 이전의 레이어 높이를 측정하게 되고, 후방 레이저 센서는 프린팅 라인 적층 후 바로 후방에서 레이어의 높이를 측정함으로써, 프린팅 라인 적층 전후의 변화를 검출 또는 감지할 수 있게 된다.The laser sensor in front of the printing line of the layer measures the height of the previous laser, i.e., the layer before the printing lamination layer, and the rear laser sensor measures the height of the layer immediately after the printing line lamination, So that a change can be detected or detected.

오류센서(150)를 통해 프린팅 라인의 출력오류를 검출하게 되면, 오류정보를 출력오류 보정부(500)로 전송하고, 출력오류 보정부(500)에서 이 오류정보를 바탕으로 보정정보를 생성하여 프린팅 제어부(400)로 보내게 된다. 프린팅 제어부(400)는 프린팅 헤드의 이동을 CNC 수치제어를 통해 정밀하게 제어하기 때문에 오류의 위치도 정확하게 검출하는 것이 가능하게 되고, 이 오류위치 정보에서 보정이 가능하도록 보정정보를 바탕으로 익스트루더(200)의 출력량 또는 압출량을 제어하여 보정하게 된다. When an output error of the printing line is detected through the error sensor 150, the error information is transmitted to the output error correction unit 500, and the output error correction unit 500 generates correction information based on the error information And then sent to the printing control unit 400. Since the printing control unit 400 precisely controls the movement of the printing head through the CNC numerical control, it is possible to accurately detect the position of the error. Based on the correction information, The amount of output or the amount of extrusion of the ink cartridge 200 is controlled and corrected.

여기서, 상기 프린터 헤드(100) 및 상기 익스트루더(200) 사이에 필라멘트를 녹이는 히팅블록(250)이 설치되는 것이 바람직한데, 이는 필라멘트는 열 가소성수지의 재질로 열을 가하여 녹인 후 익스트루더(200)의 노즐을 통해 배출하는 구조로 이루어지기 때문에, 노즐에 가열할 수 있는 히팅블록(250)이 요구되고, 또한 압출량 또는 속도 등을 히팅블록(250)의 가열 온도의 제어를 통해 용이하고 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.It is preferable that a heating block 250 for melting a filament is installed between the printer head 100 and the extruder 200 because the filament is thermoplastic resin and melts by applying heat, The heating block 250 is required to be heated by the nozzle and the amount of extrusion or the speed of the nozzle 250 can be easily controlled by controlling the heating temperature of the heating block 250. [ And can be precisely controlled.

그리고, 보정정보에 의한 익스트루더(200)의 압출량 제어는, 프린팅 라인에 홈이 형성된 경우, 다음 레이어의 라인 적층시 그 위치에서 압출량을 증가시켜 보정하고, 돌출부가 형성된 경우, 다음 레이어의 라인 적층시 압출량을 감소시켜 정상적인 라인의 높이와 동일하게 보정하는 것이 가능하게 된다.When the grooves are formed in the printing line, the extrusion amount control of the extruder 200 by the correction information is performed by increasing the extrusion amount at the position in the line stacking of the next layer, It is possible to reduce the amount of extrusion in line stacking and to correct it to be equal to the height of a normal line.

이처럼 본 발명의 실시예에 따른 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터는 레이어의 라인 적층시 발생 가능한 오류(홈, 돌출부 등)를 레이저 센서 등으로 검출하고, 출력오류 검출부에서 이 정보를 바탕으로 보정정보를 생성하고, 보정정보를 프린터 제어부에 전송하여 프린팅 제어부(400)에서 익스트루더(200)의 압출량을 제어하도록 하는 구조를 제안함으로써, 간단한 장치 구성으로 정밀한 3D 프린터 출력 오류를 검출 및 그 보정이 가능한 개선된 압출 적층 방식 3D 프린터를 제공하게 된다.
As described above, the extrusion lamination type 3D printer capable of output error correction according to the embodiment of the present invention detects an error (grooves, projections, etc.) that can be generated in line stacking of a layer by using a laser sensor or the like, It is possible to detect and output a precise 3D printer output error with a simple device configuration by proposing a structure in which the correction information is generated and the correction information is transmitted to the printer control unit and the printing control unit 400 controls the extrusion amount of the extruder 200 Thereby providing an improved extrusion lamination type 3D printer capable of correcting it.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압출 적층 방식 3D 프린터의 출력오류 보정방법의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 3에 나탄내 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터의 출력오류 보정방법은, 상술한 압출 적층 방식 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅의 출력오류 보정방법에 있어서, (a) 레이어 적층 프린팅에 따라 상기 프린터 헤드(100)가 이동하면서 상기 전방의 오류센서(150)에 의해 이전 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 단계(S100); (b) 상기 후방 출력 오류센서(150)가 상기 익스트루더(200)에서 압출되어 프린팅된 후의 현재 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 단계(S200); (c) 상기 출력오류 보정부(500)에서 측정된 정보를 수신받고, 프린팅된 최 상부층 레이어 높이의 평균값을 산출하는 단계(S300); (d) 상기 출력오류 보정부(500)에서 현재의 레이어 높이값과 상기 평균값의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 오류로 판단하고, 상기 오류의 위치 및 오류 깊이를 포함하는 오류정보를 생성하는 단계(S400); 및 (e) 상기 프린팅 제어부(400)가 상기 오류정보를 바탕으로 상기 익스트루더(200)를 제어하여, 다음 레이어의 적층에서 상기 출력오류를 보정하는 단계(S500)를 포함하여 구성된다.3 is a flowchart illustrating an output error correction method of an extrusion lamination type 3D printer according to an embodiment of the present invention. 3, an output error correction method of a 3D printer according to an exemplary embodiment of the present invention is an output error correction method of 3D printing using the above-described extrusion lamination type 3D printer. The method includes (a) (S100) measuring the height of the previous layer in real time by the front error sensor (150) while the printer head (100) moves; (b) measuring the height of the current layer after the rear output error sensor 150 is extruded and printed in the extruder 200 in real time (S200); (c) receiving the measured information from the output error correcting unit 500 and calculating an average value of the height of the printed top layer (S300); (d) if the output error correcting unit 500 determines that the difference between the current layer height value and the average value is equal to or greater than a predetermined value, generating error information including the error position and the error depth S400); And (e) controlling the extruder 200 based on the error information so that the printing controller 400 corrects the output error in the stacking of the next layer (S500).

본 발명의 실시예는 상술한 3D 프린터를 이용하여 출력 오류를 보정하는 방법을 제안하는 것으로, 오류센서(150)와, 출력오류 보정부(500) 및 프린팅 제어부(400)의 효율적인 정보 교환으로 실시간으로 레이어 라인 프린팅 오류를 검출하고, 이 오류에 따른 보정정보를 생성하여 익스트루더(200)에서 필라멘트 용액의 압출량을 제어하여 용이하게 보정할 수 있는 방법을 제안한다.The embodiment of the present invention proposes a method of correcting an output error using the above-described 3D printer. In this embodiment, by efficiently exchanging information between the error sensor 150, the output error correction unit 500 and the printing control unit 400, And corrects the extrusion amount of the filament solution in the extruder 200 to easily correct the layer line printing error.

즉, 본 발명의 실시예는 실시간으로 높이를 마이크로 단위까지 측정 가능한 레이저 센서를 통해 익스트루더(200)의 프린터 헤드(100)의 압출헤드 전·후방에 2개의 센서를 부착하고, 레이어 라인 증착시 상기 센서로 레이어 라인의 높이를 스캔하고, 오류가 발생하는 경우 출력오류 보정부(500) 및 프린팅 제어부(400)를 통해 익스트루더(200)의 압출량을 제어하여 보상하는 방법을 제안한다.That is, in the embodiment of the present invention, two sensors are attached to the front and rear of the extrusion head of the printer head 100 of the extruder 200 through a laser sensor capable of measuring the height up to a micro-unit in real time, The height of the layer line is scanned by the sensor and when an error occurs, the extrusion amount of the extruder 200 is controlled and compensated through the output error correction unit 500 and the printing control unit 400 .

예를 들어, N층 레이어 라인 적층시 프린터 헤드(100) 전방이 위치한 레이저 센서가 N-1 층의 이전 레이어의 높이를 스캔하고, 프린팅된 레이어 라인의 높이를 후방의 레이저 센서가 실시간으로 스캔한 후, 출력오류 보정부(500)에서 미리 획득한 프린팅 정보의 G-code 상의 데이터와 비교하여 높이가 낮을 경우 압출량을 증가하고, 높이가 높을 경우 압출량을 감소하는 보정정보를 오류가 검출된 그 위치의 N층 레이어 적층시 보정하게 된다.
For example, when the laser sensor positioned in front of the printer head 100 scans the height of the previous layer of the N-1 layer and the height of the printed layer line is scanned in real time by the rear laser sensor Code data of the printing information previously obtained by the output error correcting unit 500 to increase the extrusion amount when the height is low and the correction information to decrease the extrusion amount when the height is high, It is corrected at the N layer layer lamination at that position.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압출 적층 방식 3D 프린터의 출력오류 보정방법을 이용하여 오류 검출하고 보정하는 방법의 모식도를 나타낸 도면이다. 도 3은 오류가 홈인 경우를 나타내고, 도 4는 오류가 돌출부인 경우를 나타낸다.4 and 5 are diagrams illustrating a method of detecting and correcting errors using an output error correction method of an extrusion lamination type 3D printer according to an embodiment of the present invention. Fig. 3 shows the case where the error is the groove, and Fig. 4 shows the case where the error is the protrusion.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법을 적용하면, 프린팅 라인 적층 전후의 변화는 적층되는 레이어 라인의 높이 또는 두께를 측정하는 것이 가능하다. 즉, 이전 레이어의 높이와 라인 적층 후의 레이어 높이의 차이값을 산출하게 되면, 프린팅 되는 라인의 높이 또는 두께를 측정할 수 있게 된다. 오류를 검출하는 방법은 매시간 실시간으로 이전 레이어와 프린팅 적층 레이어의 높이를 측정하고, 이를 통해 현재 프린팅 적층되는 레이어 라인 높이의 평균값을 산출한 후에, 이 평균값과 현재 레이어 라인의 높이 값의 차이가 미리 설정된 범위를 벗어난 경우에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있게 된다.As shown in FIGS. 4 and 5, when the method according to the embodiment of the present invention is applied, it is possible to measure the height or the thickness of the layer line in which the stacked layer lines are changed before and after the printing line stacking. That is, if the difference between the height of the previous layer and the height of the layer after the line stacking is calculated, the height or thickness of the line to be printed can be measured. A method for detecting an error is to measure the height of a previous layer and a printing laminated layer in real time every hour, calculate an average value of the layer line heights currently stacked by printing, and then calculate a difference between the average value and the height value of the current layer line If it is out of the set range, it can be judged that there is an error.

이와 같은 실시간 스캔 방법은 상술한 이미 획득한 G-code 상의 데이터 비교를 통한 오류 검출방법뿐만 아니라, 실시간 스캔하는 레이저 센서의 데이터를 통해 직접적으로 오류를 검출하는 방법도 가능함을 알 수 있다.This real-time scanning method can detect not only an error detection method by comparing the data on the G-codes already obtained, but also a method of directly detecting an error through data of a real-time scanning laser sensor.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 압출 적층 방식 3D 프린터의 출력오류 보정방법은, 레이어의 라인 적층시 익스트루더(200)의 압출량의 오류로 인해 홈 또는 돌출부의 형태로 나타나는 오류를 프린터 헤드(100)의 전,후방에 설치된 레이저 센서를 통해 그 높이를 실시간 측정 또는 스캔하고, 이 정보를 바탕으로 출력오류 보정부(500)에서 보정정보를 생성하고, 프린팅 제어부(400)에서 이 보정정보를 피드백 받아 다음 레이어의 적층시 오류검출의 위치지점에서 익스트루더(200)의 압출량을 제어하여 정밀한 보정이 가능하게 된다.In the output error correction method of the extrusion lamination type 3D printer according to the embodiment of the present invention, an error that appears in the form of a groove or a protrusion due to an error in the extrusion amount of the extruder (200) The height is measured or scanned in real time through a laser sensor installed at the front and rear of the printing apparatus 100. Based on the information, the output error correction unit 500 generates correction information, and the printing control unit 400 The extrusion amount of the extruder 200 is controlled at the position of the error detection in the stacking of the next layer, so that the precise correction can be performed.

100: 프린터 헤드, 150: 오류센서, 200: 익스트루더,
250: 히팅블록, 300: 스테이지 구동부, 400: 프린팅 제어부
500: 출력오류 보정부
100: printer head, 150: error sensor, 200: extruder,
250: heating block, 300: stage driving unit, 400: printing control unit
500: output error correction unit

Claims (11)

압출 적층 방식 3D 프린터에 있어서,
필라멘트 스풀에서 전달된 필라멘트의 양 및 속도를 제어하여 수직하방으로 이송시키는 프린터 헤드;
상기 프린터 헤드 하단에 연장되는 것으로, 상기 필라멘트를 하방으로 배출시켜 시료 스테이지에 적층시키는 익스트루더;
프린팅 정보에 따라 상기 시료 스테이지를 Z축 방향으로 이동시키는 스테이지 구동부;
상기 프린터 헤드 및 상기 익스트루더 사이에 설치되어 상기 필라멘트를 녹이는 히팅블록;
상기 프린터 헤드가 이동하는 라인 방향으로 상기 라인 방향의 전방에 설치되어 이전 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 전방 오류 센서 및 상기 라인 방향의 후방에 설치되어 상기 익스트루더에서 압출되어 프린팅된 후의 현재 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 후방 오류 센서를 포함하는 출력 오류센서;
상기 출력 오류센서에서 측정된 정보를 수신받고, 상기 이전 레이어와 현재 레이어의 높이 차이의 평균값을 통해 프린팅된 최상부층 레이어 높이의 평균값을 산출하고, 현재의 레이어 높이값과 상기 최상부층 레이어 높이의 평균값의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 오류로 판단하고, 오류로 판단시 오류의 위치 및 오류 깊이를 포함하는 출력오류정보를 산출하고 산출된 출력오류정보에 따른 보정정보를 생성하는 출력오류 보정부; 및
상기 보정 정보를 바탕으로 다음 레이어의 적층에서,
CNC 수치제어를 통해 상기 프린터 헤드는 X 및 Y축으로 이동되고 상기 시료 스테이지는 Z축으로 이동되어 상기 오류의 위치로 이동시키고, 상기 히팅블록의 가열 온도 제어를 통해 상기 필라멘트 용액의 압출량을 제어하되,
상기 압출량 제어는 프린팅 라인에 홈이 형성된 경우에는 이동된 상기 오류의 위치에서 상기 필라멘트 용액의 압출량을 증가시켜 보정하고, 돌출부가 형성된 경우에는 이동된 상기 오류의 위치에서 상기 필라멘트 용액의 압출량을 감소시켜 보정하여 출력오류를 보정하는 프린팅 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터.
In an extrusion lamination type 3D printer,
A printer head for controlling the amount and speed of the filaments transferred from the filament spool and transferring the filaments to a vertically downward direction;
An extruder that extends to a lower end of the printer head and discharges the filament downward and stacks the filament on a sample stage;
A stage driving unit for moving the sample stage in the Z-axis direction according to printing information;
A heating block installed between the printer head and the extruder to melt the filament;
A front error sensor installed in front of the line in the line direction in which the printer head moves and measuring a height of a previous layer in real time, and a front error sensor installed in the rear of the line, extruded from the extruder, An output error sensor including a rear error sensor for measuring the height of the vehicle in real time;
And calculating an average value of the height of the uppermost layer layer printed on the basis of the average value of the height difference between the previous layer and the current layer, and calculating an average value of the current layer height value and an average value An output error corrector for calculating output error information including an error position and an error depth when the difference is equal to or greater than a predetermined value and generating correction information according to the calculated output error information when the error is determined; And
In the lamination of the next layer based on the correction information,
The CNC numerical control moves the printer head in the X and Y axes, moves the sample stage in the Z axis to the error position, controls the extrusion amount of the filament solution through heating temperature control of the heating block, However,
Wherein the extrusion amount control is performed by increasing the extrusion amount of the filament solution at the position of the moved error when the grooves are formed in the printing line and correcting the extrusion amount of the filament solution at the position of the moved error, And a printing controller for correcting an output error by correcting the output error by correcting the output error.
제1항에 있어서,
상기 출력 오류센서는,
레이저 센서 또는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3D 프린터.
The method according to claim 1,
Wherein the output error sensor comprises:
A laser sensor or an ultrasonic sensor.
제1항의 압출 적층 방식 3D 프린터를 이용한 3D 프린팅의 출력오류 보정방법에 있어서,
(a) 레이어 적층 프린팅에 따라 상기 프린터 헤드가 이동하면서 상기 전방의 오류센서에 의해 이전 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 단계;
(b) 상기 후방 오류센서가 상기 익스트루더에서 압출되어 프린팅된 후의 현재 레이어의 높이를 실시간으로 측정하는 단계;
(c) 상기 출력오류 보정부에서 측정된 정보를 수신받고, 상기 이전 레이어와 현재 레이어의 높이 차이의 평균값을 통해 프린팅된 최상부층 레이어 높이의 평균값을 산출하고, 현재의 레이어 높이값과 상기 최상부층 레이어 높이의 평균값의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 오류로 판단하고, 오류로 판단시 오류의 위치 및 오류 깊이를 포함하는 출력오류정보를 산출하고 산출된 출력오류정보에 따른 보정정보를 생성하는 단계; 및
(d) 상기 프린팅 제어부가, 상기 보정 정보를 바탕으로 다음 레이어의 적층에서, CNC 수치제어를 통해 상기 프린터 헤드는 X 및 Y축으로 이동되고 상기 시료 스테이지는 Z축으로 이동되어 상기 오류의 위치로 이동시키고, 상기 히팅 블록의 가열 온도 제어를 통해 상기 필라멘트 용액의 압출량을 제어하되,
상기 압출량 제어는 프린팅 라인에 홈이 형성된 경우에는 이동된 상기 오류의 위치에서 상기 필라멘트 용액의 압출량을 증가시켜 보정하고, 돌출부가 형성된 경우에는 이동된 상기 오류의 위치에서 상기 필라멘트 용액의 압출량을 감소시켜 보정하여 출력오류를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 적층 방식 3D 프린터의 출력오류 보정방법.
An output error correction method for 3D printing using an extrusion lamination type 3D printer according to claim 1,
(a) measuring a height of a previous layer in real time by the front error sensor while moving the printer head according to a layer stack printing;
(b) measuring the height of the current layer after the rear error sensor is extruded and printed in the extruder in real time;
(c) receiving the measured information from the output error correcting unit, calculating an average value of the printed top layer layer height based on an average value of the height difference between the previous layer and the current layer, Calculating output error information including a position and an error depth of an error when the difference in the average value of the layer heights is equal to or greater than a predetermined value, and generating correction information according to the calculated output error information; And
(d) The printing controller moves the print head in X and Y axes through CNC numerical control in the stacking of the next layer based on the correction information, moves the sample head in the Z axis, And controlling an extrusion amount of the filament solution through heating temperature control of the heating block,
Wherein the extrusion amount control is performed by increasing the extrusion amount of the filament solution at the position of the moved error when the grooves are formed in the printing line and correcting the extrusion amount of the filament solution at the position of the moved error, And correcting an output error by correcting the output error by reducing the output error of the 3D printer.
제3항에 있어서,
상기 출력 오류센서는,
레이저 센서 또는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 압출 적층 방식 3D 프린터의 출력오류 보정방법.
The method of claim 3,
Wherein the output error sensor comprises:
A laser sensor or an ultrasonic sensor.
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