KR101758814B1 - 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 프린터를 이용하여 3차원 조형물을 생성할 때 공간에 떠 있는 부분을 지지하기 위한 지지대를 생성하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 3차원 프린터를 통하여 3차원 조형물을 제작하는 데에 사용되는 3차원 프린팅 파일을 생성하기 위한 장치에 있어서, 3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델의 지지대 필요 영역을 계산하는 영역 계산부; 및 상기 3차원 프린팅 파일 및 상기 지지대 필요 영역을 시각적으로 표시하고, 상기 지지대 필요 영역에 대한 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 수신하는 인터페이스부; 및 상기 인터페이스부를 통하여 수신된 명령에 따라 지지대 프린팅 파일을 생성하는 제어부를 포함한다.

Description

지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체{APPARATUS FOR GENERATING THREE DIMENSIONAL PRINTING FILE WITH SUPPORT, METHOD THEREOF AND COMPUTER RECORDABLE MEDIUM STORING THE METHOD}
본 발명은 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 3차원 프린터를 이용하여 3차원 조형물을 생성할 때 공간에 떠 있는 부분을 지지하기 위한 지지대를 생성하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
3차원 디자인 파일을 이용하여 구조물을 형성하는 3차원 프린터에 대한 기술에는 열 가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식, 액체 상태의 광경화성 수지(빛을 받으면 경화되는 수지)가 담긴 수조 안에 레이저 빔을 투사하고 수조 안에 있는 조형물이 한 층(Layer) 씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하여 입체 구조물을 형성하는 방식, 액체 상태의 광경화성 수지에 조형하고자 하는 모양의 빛을 투사하면서 수지를 층층이 굳혀 입체 구조물을 형성하는 방식, 잉크젯 프린터 원리를 이용하여 프린터 헤드의 노즐에서 액체 상태의 컬러 잉크와 경화물질(바인더)을 분말 원료에 압출하여 입체 구조물을 형성하는 방식 등 다양한 방식이 있다.
이중, FDM(Fused Deposition Modeling)과 같은 재료 분사 방식의 3차원 프린터의 경우, 3차원 조형물을 생성하는 과정에서 조형물의 공간에 떠 있는 부분이 흘러내리지 않도록 지지대(Support)가 필요하다.
종래의 3차원 프린터는, 대한민국등록특허공보 제10-0450359호에 개시된 바와 같이, 조형물의 하향면을 원주형 지지대로 지지함으로써 조형물의 하향면에 대한 손상을 최소화하고 있다.
그러나, 상술한 종래의 3차원 프린터에 의하면, 지지대를 정확하게 원하는 위치에 생성하기 어렵고, 한번 생성된 지지대의 형상을 변경하는 등의 수정 및 삭제가 곤란하며, 조형물의 출력 완료 후에 조형물과 지지대를 분리하기 까다로워 지지대를 제거하는 과정에서 조형물 자체가 부서지는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국등록특허공보 제10-0450359호
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여, 지지대를 출력하기 위한 파일을 별도로 편집할 수 있는 기능을 제공함으로써, 지지대의 위치를 원하는 곳에 정할 수 있고, 지지대의 형상을 자유롭게 변경할 수 있는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여, 지지대와 조형물이 접하는 면적을 최소화하는 지지대의 형태를 제공함으로써, 출력 완료 후 조형물로부터 지지대를 분리하는 과정에서 조형물이 파손되지 않도록 하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치, 이를 위한 방법 및 이 방법이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 3차원 프린터를 통하여 3차원 조형물을 제작하는 데에 사용되는 3차원 프린팅 파일을 생성하기 위한 장치에 있어서, 3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델의 지지대 필요 영역을 계산하는 영역 계산부; 및 상기 3차원 프린팅 파일 및 상기 지지대 필요 영역을 시각적으로 표시하고, 상기 지지대 필요 영역에 대한 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 수신하는 인터페이스부; 및 상기 인터페이스부를 통하여 수신된 명령에 따라 지지대 프린팅 파일을 생성하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 영역 계산부는, 상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 폴리곤의 법선 벡터와 바닥면이 이루는 각도를 측정하는 제1 각도 측정부; 및 상기 제1 각도 측정부에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제1 영역 결정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 바닥면에 가장 가까운 폴리곤을 선택하고, 선택된 폴리곤의 최저점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 바닥면과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하는 제1 지지대 모델 위치 결정부를 더 포함하고, 상기 인터페이스부는, 상기 제1 지지대 모델 위치 결정부에서 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시할 수 있다.
한편, 상기 지지대 모델은, 상단, 중단 및 하단으로 구분되고, 상기 인터페이스부는, 상기 상단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 상단 편집부; 상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 중단 편집부; 및 상기 하단과 바닥면이 접하는 면적의 크기를 조절하는 하단 편집부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영역 계산부는, 상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 제1 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤의 법선 벡터가 교차하는 경우에 상기 제1 폴리곤의 법선 벡터와 상기 제2 폴리곤 면 간에 이루는 각도를 측정하는 제2 각도 측정부; 및 상기 제2 각도 측정부에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제2 영역 결정부를 포함하는 지지대를 포함할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 서로 가장 가까운 폴리곤 쌍을 선택하고, 선택된 폴리곤 쌍 중 하나의 폴리곤 중심점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 다른 하나의 폴리곤과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하는 제2 지지대 모델 위치 결정부를 더 포함하고, 상기 인터페이스부는, 상기 제2 지지대 모델 위치 결정부에서 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시하는 지지대를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지대 모델은, 양끝단 및 중단으로 구분되고, 상기 인터페이스부는, 상기 양끝단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 양끝단 편집부; 및 상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 중단 편집부를 포함할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 3차원 프린터를 통하여 3차원 조형물을 제작하는 데에 사용되는 3차원 프린팅 파일을 생성하기 위한 방법에 있어서, 3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델의 지지대 필요 영역을 계산하는 제1 단계; 및 상기 3차원 프린팅 파일 및 상기 지지대 필요 영역을 시각적으로 표시하고, 상기 지지대 필요 영역에 대한 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 수신하는 제2 단계; 및 상기 수신된 명령에 따라 지지대 프린팅 파일을 생성하는 제3 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1 단계는, 상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 폴리곤의 법선 벡터와 바닥면이 이루는 각도를 측정하는 제1-1 단계; 및 상기 제1-1 단계에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제1-2 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 바닥면에 가장 가까운 폴리곤을 선택하고, 선택된 폴리곤의 최저점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 바닥면과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하며, 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시하는 제4-1 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지대 모델은, 상단, 중단 및 하단으로 구분되고, 상기 제2 단계는, 상기 상단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 제2-1 단계; 상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 제2-2 단계; 및 상기 하단과 바닥면이 접하는 면적의 크기를 조절하는 제2-3 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 단계는, 상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 제1 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤의 법선 벡터가 교차하는 경우에 상기 제1 폴리곤의 법선 벡터와 상기 제2 폴리곤 면 간에 이루는 각도를 측정하는 제1-3 단계; 및 상기 제1-3 단계에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제1-4 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 서로 가장 가까운 폴리곤 쌍을 선택하고, 선택된 폴리곤 쌍 중 하나의 폴리곤 중심점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 다른 하나의 폴리곤과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하고, 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시하는 제4-2 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 지지대 모델은, 양끝단 및 중단으로 구분되고, 상기 제2 단계는, 상기 양끝단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 제2-4 단계; 및 상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 제2-5 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예는, 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명에 따르면, 조형물의 하향면 형태를 유지하는 지지대를 출력하기 위한 파일을 별도로 편집할 수 있는 기능을 제공함으로써, 지지대의 위치를 원하는 곳에 정할 수 있고, 지지대의 형상을 자유롭게 변경할 수 있는 효과가 있다.
또한, 지지대를 편집하는 과정에서 지지대와 조형물이 접하는 면적을 최소화하는 지지대의 형태로 편집할 수 있는 기능을 제공함으로써, 출력 완료 후 조형물로부터 지지대를 분리할 때 용이하게 분리할 수 있고, 아울러, 분리 시 조형물이 파손되지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치의 인터페이스부에서 사용자에게 표시하는 화면의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치의 인터페이스부에서 사용자에게 표시하는 화면의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치에 의하여 생성된 지지대 모델의 모양을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치의 인터페이스부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치를 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치의 인터페이스부(200)에서 사용자에게 표시하는 화면을 도시한 도면이며, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치에 의하여 생성된 지지대 모델의 모양을 도시한 도면으로, 본 발명의 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치는, 영역 계산부(100), 인터페이스부(200), 제어부(300) 및 제1 지지대 모델 위치 결정부(410)를 포함할 수 있다.
영역 계산부(100)는, 3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델의 지지대 필요 영역을 계산하고, 계산된 결과를 인터페이스부(200)에 전달한다. 여기서, 영역 계산부(100)는, 제1 각도 측정부(110) 및 제1 영역 결정부(120)를 포함할 수 있다.
한편, 영역 계산부(100)에서 처리하는 3차원 프린팅 파일은, STL(STereoLithography) 형식인 것이 바람직하며, STL 형식의 파일은, 디자이너가 설계한 모델의 파일 형태 중 하나로 화면상에는 3차원으로 표현할 수 있으나 직접 3차원 프린터로 출력할 수 있는 형태는 아니다. STL 파일은 입체 물체의 표면, 즉, 3차원 형상을 무수히 많은 삼각형 면으로 표현해 주는 일종의 폴리곤(Polygon) 포맷으로, 삼각형의 크기가 작을수록 고품질의 출력물 표면을 얻을 수 있다. STL 형식의 파일을 GCODE로 변환하면 3차원 프린터를 통하여 디자인된 형태 그대로 출력할 수 있다.
제1 각도 측정부(110)는, 3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델을 형성하는 폴리곤의 법선 벡터와 바닥면이 이루는 각도를 측정하고, 측정된 각도를 제1 영역 결정부(120)로 전달한다. 즉, 제1 각도 측정부(110)는, 폴리곤의 법선 벡터와 3차원 프린터의 조형판(Bed)에 해당하는 바닥면이 이루는 각도를 측정함으로써 제1 영역 결정부(120)가 해당 폴리곤 면이 얼마나 기울어져 있는지를 판단할 수 있는 자료를 제공한다.
또한, 제1 영역 결정부(120)는, 제1 각도 측정부(110)에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하고, 결정된 지지대 필요 영역을 인터페이스부(200)로 전달한다.
예를 들면, 제1 영역 결정부(120)는, 제1 각도 측정부(110)에서 측정한 폴리곤의 법선 벡터와 바닥면이 이루는 각도가 25°내지 35°, 바람직하게는 약 30° 이상인 경우 해당 폴리곤 하단에 지지대가 필요하다고 판단할 수 있다.
한편, 인터페이스부(200)는, 3차원 프린팅 파일 및 지지대 필요 영역을 시각적으로 표시하고, 지지대 필요 영역에 대한 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 수신할 수 있다. 즉, 인터페이스부(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이 3차원 프린팅 파일을 표시한 화면 상에 지지대 필요 영역(A)을 시각적으로 표시함으로써, 사용자가 지지대를 생성할 때 가이드가 될 수 있도록 한다.
여기서, 인터페이스부(200)는, 표시 수단에 제공되는 표시용 인터페이스와 키패드 등으로 구성된 입력 수단으로부터의 입력 신호를 제공받기 위한 입력용 인터페이스로 구성될 수 있으나, 터치 디스플레이와 같이 표시 수단과 입력 수단이 결합된 형태에 제공되는 인터페이스일 수도 있다.
이때, 인터페이스부(200)는, 상단, 중단 및 하단으로 구분되는 지지대 모델을 편집하기 위하여, 상단 편집부(210), 중단 편집부(220) 및 하단 편집부(230)를 포함할 수 있다.
상단 편집부(210)는, 상단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기 및 상단과 3차원 조형물 모델 사이의 간격을 조절할 수 있다. 즉, 사용자는 상단 편집부(210)를 이용하여 3차원 조형물의 출력 후 지지대를 손쉽게 분리할 수 있도록 상단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 작게 하는 동시에 상단과 3차원 조형물 모델 사이의 간격을 멀게 조절할 수 있으며, 3차원 조형물의 형태가 손상되지 않도록 상단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 크게 하는 동시에 상단과 3차원 조형물 모델 사이의 간격을 가깝게 조절할 수도 있다.
또한, 중단 편집부(220)는, 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절할 수 있다. 즉, 중단 편집부(220)는, 둘레 길이가 점진적으로 증가하거나 감소하는 상단 및 하단과는 달리 일정한 둘레를 갖는 기둥형 구조물의 형태를 가질 수 있으며, 이러한 형태를 제공하기 위하여 기둥의 시작점 및 종료점과 기둥의 둘레 길이를 사용자가 선택할 수 있도록 한다. 이때, 인터페이스부(200)는, 별도로 지지대의 밀도를 조절하는 인터페이스를 구비하고, 중단 편집부(220)에 의하여 지지대의 둘레가 증가하는 경우에도 원료를 많이 사용하지 않도록 조절하는 동작을 제공할 수도 있다.
한편, 하단 편집부(230)는, 하단과 바닥면이 접하는 면적의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 사용자는 하단 편집부(230)를 이용하여 바닥면이 접하는 면적의 크기를 크게 조절함으로써 지지대가 지지하는 3차원 조형물의 밑면의 품질을 높일 수 있으며, 바닥면이 접하는 면적의 크기를 작게 조절함으로써 원료를 많이 사용하지 않을 수 있다.
또한, 제어부(300)는, 인터페이스부(200)를 통하여 수신된 명령에 따라 지지대 프린팅 파일을 생성한다. 즉, 제어부(300)는, 사용자가 인터페이스부(200)를 통하여 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 입력하면, 입력된 명령에 따른 지지대가 3차원 프린터를 통하여 출력될 수 있도록 STL 파일을 생성할 수 있다. 이때, 제어부(300)는, 지지대 모델을 위한 STL 파일을 별도로 생성할 수도 있으나, 3차원 조형물 출력을 위한 3차원 프린팅 파일을 3차원 조형물에 지지대 모델이 병합된 형태를 폴리곤 방식으로 저장한 파일로 변경할 수도 있다.
이때, 제어부(300)는, 지지대 프린팅 파일 생성 시 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같은 지지대의 모양을 결정하는 데 있어서, 기본 형상은 원뿔 또는 원기둥의 형태를 취하되 지지대의 휘어짐은 아래의 조건에 따를 수 있다.
먼저, 지지대 모델과 3차원 조형물 모델이 접하는 부분은 3차원 조형물 모델의 해당 폴리곤의 법선 벡터와 90°가 되도록 지지대의 말단의 수평면 각도를 결정한다. 이때, 접하는 부분이 지지대 모델의 상단인 경우와 하단인 경우에 있어서 동일한 조건을 적용할 수 있다.
다음으로, 지지대 모델의 바닥면과 3차원 프린터의 조형판이 접할 경우 바닥면과 조형판의 평면이 평행하도록 유지한다.
마지막으로, 지지대 모델의 양끝단 형상이 결정되면, 양끝단을 연결하기 위한 원통형의 중단을 형성하여 연결하게 된다. 이때, 중단의 길이 방향의 각도와 조형판이 이루는 각도가 25°내지 35°, 바람직하게는 약 30°이상인 경우 지지대를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 제어부(300)는, 지지대 모델 생성 후 그 부근에 또 하나의 지지대 모델을 생성하는 경우에 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이 가지 모양으로 형성함으로써 원료 소비를 줄일 수 있다. 즉, 제어부(300)는, 지지대 모델 생성 후 그 부근에 또 하나 이상의 지지대 모델을 생성하는 경우 복수개의 지지대를 병합하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 제어부(300)는, 첫 번째 지지대의 중간지점과 두 번째 지지대의 상단으로부터 중단의 3분의 1의 길이만큼 하강한 지점과 연결할 수 있는데, 이때, 연결 부분의 길이 방향이 이루는 선과 조형판이 이루는 각도가 25°내지 35°, 바람직하게는 약 30°이상인 경우 서로 연결하는 가지 모양의 지지대를 형성할 수 있다.
한편, 제1 지지대 모델 위치 결정부(410)는, 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 바닥면에 가장 가까운 폴리곤을 선택하고, 선택된 폴리곤의 최저점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 바닥면과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하고, 결정된 위치를 인터페이스부(200)로 전달할 수 있다. 여기서, 인터페이스부(200)는, 제1 지지대 모델 위치 결정부(410)에서 결정된 지지대 모델의 위치를 도 4에 도시된 바와 같이 지지대 필요 영역 내 폴리곤의 최저점(B)을 중심으로 하는 구(C)의 반지름을 증가시키는 과정에서 바닥면과 최초로 접촉하는 점(D)을 지지대의 바람직한 위치로 제안하기 위하여 시각적으로 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치를 도시한 도면으로, 본 발명의 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치는, 영역 계산부(100), 인터페이스부(200), 제어부(300) 및 제2 지지대 모델 위치 결정부(420)를 포함할 수 있으며, 도 1의 장치와 유사한 구성요소는 편의상 설명을 생략한다.
영역 계산부(100)는, 제2 각도 측정부(130) 및 제2 영역 결정부(140)를 포함할 수 있다.
제2 각도 측정부(130)는, 3차원 조형물 모델을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 제1 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤의 법선 벡터가 교차하는 경우에 제1 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤 면 간에 이루는 각도를 측정하고, 측정된 각도를 제2 영역 결정부(140)로 전달한다. 즉, 제2 각도 측정부(130)는, 서로 마주하는 폴리곤의 법선 벡터가 이루는 각도를 측정함으로써 제2 영역 결정부(140)가 해당 폴리곤 쌍이 서로 얼마나 기울어져 있는지를 판단할 수 있는 자료를 제공한다.
또한, 제2 영역 결정부(140)는, 제2 각도 측정부(140)에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하고, 결정된 결과를 인터페이스부(200)로 전달한다.
예를 들면, 제2 영역 결정부(140)는, 제2 각도 측정부(130)에서 측정한 제2 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤 면이 이루는 각도가 25°내지 35°, 바람직하게는 약 30°인 경우 해당하는 2개의 폴리곤 간에 지지대가 필요하다고 판단할 수 있다.
한편, 인터페이스부(200)는, 앙끝단 및 중단으로 구분되는 지지대 모델을 편집하기 위하여, 중단 편집부(220) 및 양끝단 편집부(240)를 포함할 수 있다.
여기서, 양끝단 편집부(240)는, 양끝단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기 및 양끝단과 3차원 조형물 모델 사이의 간격을 조절할 수 있다. 즉, 사용자는 양끝단 편집부(240)를 이용하여 3차원 조형물의 출력 후 지지대를 손쉽게 분리할 수 있도록 양끝단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 작게 하는 동시에 양끝단과 3차원 조형물 모델 사이의 간격을 멀게 조절할 수 있으며, 3차원 조형물의 형태가 손상되지 않도록 양끝단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 크게 하는 동시에 양끝단과 3차원 조형물 모델 사이의 간격을 가깝게 조절할 수도 있다.
또한, 제2 지지대 모델 위치 결정부(420)는, 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 서로 가장 가까운 폴리곤 쌍을 선택하고, 선택된 폴리곤 쌍 중 하나의 폴리곤 중심점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 다른 하나의 폴리곤과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하고, 결정된 위치를 인터페이스부(200)로 전달할 수 있다. 여기서, 인터페이스부(200)는, 제2 지지대 모델 위치 결정부(420)에서 결정된 지지대 모델의 위치를 지지대의 바람직한 위치로 제안하기 위하여 시각적으로 표시할 수 있다.
도 6은 도 1에 따른 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치의 인터페이스부(200)의 상세 구성을 도시한 도면으로, 생성된 지지대를 도 6에 도시된 바와 같은 편집 화면을 통해 모양을 상세히 지정할 수 있도록 함으로써 출력 안정성을 높이고 재료 소모량을 감소시킬 수 있다.
즉, 하단 편집부(210)용 사용자 인터페이스(210a)를 통하여, 상단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기 및 상단과 3차원 조형물 모델 사이의 간격을 입력할 수 있다.
또한, 중단 편집부(220)용 사용자 인터페이스(220a, 220b)를 통하여 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 입력할 수 있다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이 중단의 시작점과 종료점의 둘레 길이를 상이하게 입력할 수 있으며, 이 경우, 위 부분의 사용자 인터페이스(220a)를 통하여 시작점의 높이와 시작점의 둘레 길이를 입력하고, 아래 부분의 사용자 인터페이스(220b)를 통하여 종료점의 높이와 종료점의 둘레 길이를 입력할 수 있다.
한편, 하단 편집부(230)용 사용자 인터페이스(230a)를 통하여 하단과 바닥면이 접하는 면적의 크기를 입력할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법을 도시한 흐름도로서, 도 1 내지 도 7e를 참조하여 본 발명의 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델의 지지대 필요 영역을 계산한다(S100). 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 바닥면으로부터 떨어져서 출력 시 형태를 유지하기가 원활하지 않은 모델에 대하여 지지대가 필요한 부분(A)을 계산할 수 있다.
지지대 필요 영역 계산에 있어서, 도 7b에 도시된 바와 같이 3차원 조형물 모델을 형성하는 폴리곤의 법선 벡터와 바닥면이 이루는 각도를 측정하고(S110), 측정된 각도가 미리 정해진 각도, 예를 들면, 약 30° 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정할 수 있다(S120).
한편, 도 7d에 도시된 바와 같이 3차원 조형물 모델을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 제1 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤의 법선 벡터가 교차하는 경우에 상기 제1 폴리곤의 법선 벡터와 상기 제2 폴리곤 면 간에 이루는 각도를 측정하고(S130), 측정된 각도가 미리 정해진 각도, 예를 들면, 약 30° 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정할 수도 있다(S140).
다음에, 도 3에 도시된 바와 같은 화면을 통하여 3차원 프린팅 파일 및 지지대 필요 영역(A)을 시각적으로 표시하고, 지지대 필요 영역에 대한 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 수신한다(S200).
상단, 중단 및 하단으로 구분된 지지대 모델을 편집하는 데 있어서, 도 6에 도시된 바와 같은 편집 화면을 이용하여 상단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하고(S210), 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하며(S220), 하단과 바닥면이 접하는 면적의 크기를 조절할 수 있다(S230).
한편, 양끝단 및 중단으로 구분된 지지대 모델을 편집하는 데 있어서, 양끝단과 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하고(S240), 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절할 수도 있다(S220).
이후에, 수신된 명령에 따라 지지대 프린팅 파일을 생성한다(S300). 이때, 지지대 모델을 위한 STL 파일을 별도로 생성할 수도 있으나, 3차원 조형물 출력을 위한 3차원 프린팅 파일을 3차원 조형물에 지지대 모델이 병합된 형태를 폴리곤 방식으로 저장한 파일로 변경할 수도 있다.
다음에, 도 4에 도시된 바와 같이 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 바닥면에 가장 가까운 폴리곤을 선택하고, 선택된 폴리곤의 최저점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 바닥면과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하며, 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시할 수 있다(S400). 한편, 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 서로 가장 가까운 폴리곤 쌍을 선택하고, 선택된 폴리곤 쌍 중 하나의 폴리곤 중심점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 다른 하나의 폴리곤과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하고, 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시할 수도 있다.
이러한 본 발명에 의한 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지, 치환, 변경 및 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100: 영역 계산부
200: 인터페이스부
300: 제어부
410: 제1 지지대 모델 위치 결정부
420: 제2 지지대 모델 위치 결정부

Claims (15)

  1. 3차원 프린터를 통하여 3차원 조형물을 제작하는 데에 사용되는 3차원 프린팅 파일을 생성하기 위한 장치에 있어서,
    3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델의 지지대 필요 영역을 계산하는 영역 계산부; 및
    상기 3차원 프린팅 파일 및 상기 지지대 필요 영역을 시각적으로 표시하고, 상기 지지대 필요 영역에 대한 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 수신하는 인터페이스부; 및
    상기 인터페이스부를 통하여 수신된 명령에 따라 지지대 프린팅 파일을 생성하는 제어부를 포함하고,
    상기 영역 계산부는,
    상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 폴리곤의 법선 벡터와 바닥면이 이루는 각도를 측정하는 제1 각도 측정부; 및
    상기 제1 각도 측정부에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제1 영역 결정부를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 바닥면에 가장 가까운 폴리곤을 선택하고, 선택된 폴리곤의 최저점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 바닥면과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하는 제1 지지대 모델 위치 결정부를 더 포함하고,
    상기 인터페이스부는, 상기 제1 지지대 모델 위치 결정부에서 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지대 모델은, 상단, 중단 및 하단으로 구분되고,
    상기 인터페이스부는,
    상기 상단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 상단 편집부;
    상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 중단 편집부; 및
    상기 하단과 바닥면이 접하는 면적의 크기를 조절하는 하단 편집부를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 영역 계산부는,
    상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 제1 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤의 법선 벡터가 교차하는 경우에 상기 제1 폴리곤의 법선 벡터와 상기 제2 폴리곤 면 간에 이루는 각도를 측정하는 제2 각도 측정부; 및
    상기 제2 각도 측정부에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제2 영역 결정부를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 서로 가장 가까운 폴리곤 쌍을 선택하고, 선택된 폴리곤 쌍 중 하나의 폴리곤 중심점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 다른 하나의 폴리곤과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하는 제2 지지대 모델 위치 결정부를 더 포함하고,
    상기 인터페이스부는, 상기 제2 지지대 모델 위치 결정부에서 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지대 모델은, 양끝단 및 중단으로 구분되고,
    상기 인터페이스부는,
    상기 양끝단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 양끝단 편집부; 및
    상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 중단 편집부를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  8. 3차원 프린터를 통하여 3차원 조형물을 제작하는 데에 사용되는 3차원 프린팅 파일을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    3차원 프린팅 파일 내 3차원 조형물 모델의 지지대 필요 영역을 계산하는 제1 단계; 및
    상기 3차원 프린팅 파일 및 상기 지지대 필요 영역을 시각적으로 표시하고, 상기 지지대 필요 영역에 대한 지지대 모델을 생성 및 편집하는 명령을 수신하는 제2 단계; 및
    상기 수신된 명령에 따라 지지대 프린팅 파일을 생성하는 제3 단계를 포함하고,
    상기 제1 단계는,
    상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 폴리곤의 법선 벡터와 바닥면이 이루는 각도를 측정하는 제1-1 단계; 및
    상기 제1-1 단계에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제1-2 단계를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 바닥면에 가장 가까운 폴리곤을 선택하고, 선택된 폴리곤의 최저점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 바닥면과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하며, 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시하는 제4-1 단계를 더 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 지지대 모델은, 상단, 중단 및 하단으로 구분되고,
    상기 제2 단계는,
    상기 상단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 제2-1 단계;
    상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 제2-2 단계; 및
    상기 하단과 바닥면이 접하는 면적의 크기를 조절하는 제2-3 단계를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    상기 3차원 조형물 모델을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 제1 폴리곤의 법선 벡터와 제2 폴리곤의 법선 벡터가 교차하는 경우에 상기 제1 폴리곤의 법선 벡터와 상기 제2 폴리곤 면 간에 이루는 각도를 측정하는 제1-3 단계; 및
    상기 제1-3 단계에서 측정된 각도가 미리 정해진 각도 이상인 경우에 지지대 필요 영역으로 결정하는 제1-4 단계를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 지지대 필요 영역을 형성하는 복수개의 폴리곤 중 서로 가장 가까운 폴리곤 쌍을 선택하고, 선택된 폴리곤 쌍 중 하나의 폴리곤 중심점을 중심으로 하는 구의 반지름을 증가시키며 다른 하나의 폴리곤과의 교차점을 획득하며, 획득된 교차점을 지지대 모델의 위치로 결정하고, 결정된 지지대 모델의 위치를 시각적으로 표시하는 제4-2 단계를 더 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 지지대 모델은, 양끝단 및 중단으로 구분되고,
    상기 제2 단계는,
    상기 양끝단과 상기 3차원 조형물 모델이 접하는 면적의 크기를 조절하는 제2-4 단계; 및
    상기 중단의 시작 높이, 종료 높이 및 둘레 길이를 조절하는 제2-5 단계를 포함하는 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  15. 청구항 8, 청구항 10 내지 청구항 14 중 한 항에 기재된 지지대를 포함한 3차원 프린팅 파일 생성 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011501251A (ja) * 2007-10-10 2011-01-06 マテリアライズ・ナムローゼ・フエンノートシャップ ラピッドプロトタイプ製造方法によって製造される物体のための支持材を自動生成するための方法および装置
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