KR101796693B1 - 3ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법 - Google Patents

3ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101796693B1
KR101796693B1 KR1020160102341A KR20160102341A KR101796693B1 KR 101796693 B1 KR101796693 B1 KR 101796693B1 KR 1020160102341 A KR1020160102341 A KR 1020160102341A KR 20160102341 A KR20160102341 A KR 20160102341A KR 101796693 B1 KR101796693 B1 KR 101796693B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
block
flat loop
blocks
point
Prior art date
Application number
KR1020160102341A
Other languages
English (en)
Inventor
이주성
이건우
김형준
양세웅
Original Assignee
주식회사 신도리코
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 신도리코, 서울대학교산학협력단 filed Critical 주식회사 신도리코
Priority to KR1020160102341A priority Critical patent/KR101796693B1/ko
Priority to CN201710667174.7A priority patent/CN107718532B/zh
Priority to US15/673,823 priority patent/US10417535B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101796693B1 publication Critical patent/KR101796693B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K15/00—Arrangements for producing a permanent visual presentation of the output data, e.g. computer output printers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making 3D objects, e.g. desktop manufacturing
    • G06F17/50—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49007—Making, forming 3-D object, model, surface
    • Y02P10/29—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/40—Minimising material used in manufacturing processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Software Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 서로 직교하는 3개의 평면들을 이용하여 3차원 모델을 슬라이싱하여 유닛 블록들을 생성하는 유닛 블록 생성부; 상기 유닛 블록들을 위치에 따라 경계 유닛 블록과 내부 유닛 블록으로 분류하고, 상기 경계 유닛 블록들을 플랫 루프 영역의 포함 여부에 따라 플랫 루프 유닛 블록과 비-플랫 루프 유닛 블록으로 분류하는 유닛 블록 분류부; 상기 내부 유닛 블록들을 병합하여 결합 블록을 생성하는 결합 블록 생성부; 상기 결합 블록의 플랫 루프 포인트를 판별하는 플랫 루프 포인트 판별부; 상기 플랫 루프 포인트가 포함된 결합 블록의 일부를 분할하는 결합 블록 분할부; 및 상기 결합 블록 분할부에 의해 분할된 결합 블록들의 분할면(또는 접촉면)을 내부 지지 형상으로 결정하고, 출력시에 상기 내부 지지 형상에 프린팅 재료를 출력하는 내부 지지 형상 결정부를 포함하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

3Ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법{Infill apparatus and method for output of 3D printer}
본 발명은 3D 프린터로부터 출력되는 출력물이 안정적으로 적층될 수 있게 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 입체 형상을 가진 시제품을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목합 제작 방식과 CNC 밀링에 의한 제작 방법 등이 널리 알려져 있다. 그러나, 목합 제작 방식은 수작업에 의존하므로 정교한 수치 제어가 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 밀링에 의한 제작 방법은 정교한 수치 제어가 가능하지만 공구 간섭으로 인해 가공하기 어려운 형상이 많다.
따라서 최근에는 제품의 설계자가 CAD나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터는 산업, 생활, 의학 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 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 샘플 제작 등에 주로 사용된다.
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.
이 중에서 FDM 방식의 3D 프린터의 경우, 3차원 출력물은 내부 지지(infill)가 필요한 영역, 즉, 별도의 수지 보강 없이는 적층이 불가능한 영역이 생긴다. 외부 지지(support)에서 주로 사용되는 용어인 오버행(overhang) 영역과 유사하게 상기의 적층이 불가능한 영역을 플랫 루프(flat roof)라 정의할 수 있다. 도 1을 참조하면, 빨간색으로 필요한 영표시된 플랫 루프 영역(10)은 상방을 향하는 임의의 점에서의 접선에 대한 법선 방향(N) 및 수지의 적층 방향(D)이 이루는 각도가 임의의 각도보다 작아서 내부 지지(infill), 즉 별도의 수지 보강 없이는 적층이 불가능하다. 한편, 도 1에서 파란색으로 표시된 부분은 하방을 향하는 임의의 점에서의 접선에 대한 법선 방향(N) 및 수직 방향(P)이 이루는 각도가 임의의 각도보다 작은 오버행(overhang) 영역이다.
이러한 플랫 루프 영역을 안정적으로 적층하기 위해, 종래에는 X-Y 평면의 2차원 패턴을 Z축 방향으로 적층하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법은 Z축 방향으로만 수지를 적층하기 때문에 안정적으로 적층이 가능하고 패턴 생성이 쉽다는 장점이 있다. 그러나, 3차원 출력 대상물의 형상 특징을 고려하지 않고 균일한 밀도로만 출력물의 내부를 채우기 때문에 비효율적이고, 재료 소모량이 많아지고 제조 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다.
선행기술문헌 1: 공개특허공보 제10-2016-0018096호(2016. 02. 17.)
선행기술문헌 2: 공개특허공보 제10-2015-0120643호(2015. 10. 28.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 3차원 출력물의 적층 가능성을 높이기 위해 내부를 지지하면서 재료 및 제조 시간을 최소화할 수 있는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 서로 직교하는 3개의 평면들을 이용하여 3차원 모델을 슬라이싱하여 유닛 블록들을 생성하는 유닛 블록 생성부; 상기 유닛 블록들을 위치에 따라 경계 유닛 블록과 내부 유닛 블록으로 분류하고, 상기 경계 유닛 블록들을 플랫 루프 영역의 포함 여부에 따라 플랫 루프 유닛 블록과 비-플랫 루프 유닛 블록으로 분류하는 유닛 블록 분류부; 상기 내부 유닛 블록들을 병합하여 결합 블록을 생성하는 결합 블록 생성부; 상기 결합 블록의 플랫 루프 포인트를 판별하는 플랫 루프 포인트 판별부; 상기 플랫 루프 포인트가 포함된 결합 블록의 일부를 분할하는 결합 블록 분할부; 및 상기 결합 블록 분할부에 의해 분할된 결합 블록들의 분할면(또는 접촉면)을 내부 지지 형상으로 결정하고, 출력시에 상기 내부 지지 형상에 프린팅 재료를 출력하는 내부 지지 형상 결정부를 포함하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치를 개시한다.
바람직하게는, 상기 유닛 블록 생성부는 상기 유닛 블록들의 각 면들이 적층 방향과 이루는 각도가 45도 이상이 되도록 서로 직교하는 세 수직 평면을 틸팅시킨 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 결합 블록 생성부는 기본적으로 상기 내부 유닛 블록들을 병합하며, 병합 과정에서 상기 비-플랫 루프 유닛들의 포함 여부에 따라서 상기 경계 유닛 블록과 상기 내부 유닛 블록 사이의 경계가 트러스트 구조를 갖도록 병합하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 플랫 루프 포인트 판별부는 상기 플랫 루프 유닛 블록들의 최하단 점의 하단에 내부 지지 형상이 없는 점을 플랫 루프 포인트로 결정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 결합 블록 분할부는 플랫 루프 포인트에 대해서 서로 직교하는 3개의 상기 평면들로 상기 결합 블록을 가상으로 분할하고, 플랫 루프 포인트가 포함된 가상으로 분할된 부분들 중에서 최소 단면적이 생성되는 평면을 찾고, 각각의 플랫 루프 포인트의 최소 단면적들 중에서 최대 단면적을 가지는 평면으로 상기 결합 블록을 실제로 분할하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 결합 블록 분할부는 플랫 루프 포인트가 제거될 때까지 상기 가상 분할 및 실제 분할 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 서로 직교하는 3개의 평면들을 이용하여 3차원 모델을 슬라이싱하여 유닛 블록들을 생성하는 유닛 블록 생성 단계; 상기 유닛 블록들을 위치에 따라 경계 유닛 블록과 내부 유닛 블록으로 분류하고, 상기 경계 유닛 블록들을 플랫 루프 영역의 포함 여부에 따라 플랫 루프 유닛 블록과 비-플랫 루프 유닛 블록으로 분류하는 유닛 블록 분류 단계; 상기 내부 유닛 블록들을 병합하여 결합 블록을 생성하는 결합 블록 생성 단계; 상기 결합 블록의 플랫 루프 포인트를 판별하는 플랫 루프 포인트 판별 단계; 상기 플랫 루프 포인트가 포함된 결합 블록의 일부를 분할하는 결합 블록 분할 단계; 및 상기 결합 블록 분할부에 의해 분할된 결합 블록들의 분할면(또는 접촉면)을 내부 지지 형상으로 결정하고, 출력시에 상기 내부 지지 형상에 프린팅 재료를 출력하는 내부 지지 형상 결정 단계를 포함하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법을 개시한다.
바람직하게는, 상기 유닛 블록 생성 단계는 상기 유닛 블록들의 각 면들이 적층 방향과 이루는 각도가 45도 이상이 되도록 서로 직교하는 세 수직 평면을 틸팅시킨 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 결합 블록 생성 단계는 기본적으로 상기 내부 유닛 블록들을 병합하며, 병합 과정에서 상기 비-플랫 루프 유닛들의 포함 여부에 따라서 상기 경계 유닛 블록과 상기 내부 유닛 블록 사이의 경계가 트러스트 구조를 갖도록 병합하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 플랫 루프 포인트 판별 단계는 상기 플랫 루프 유닛 블록들의 최하단 점의 하단에 내부 지지 형상이 없는 점을 플랫 루프 포인트로 결정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 결합 블록 분할 단계는 플랫 루프 포인트에 대해서 서로 직교하는 3개의 상기 평면들로 상기 결합 블록을 가상으로 분할하고, 플랫 루프 포인트가 포함된 가상으로 분할된 부분들 중에서 최소 단면적이 생성되는 평면을 찾고, 각각의 플랫 루프 포인트의 최소 단면적들 중에서 최대 단면적을 가지는 평면으로 상기 결합 블록을 실제로 분할하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 결합 블록 분할 단계는 플랫 루프 포인트가 제거될 때까지 상기 가상 분할 및 실제 분할 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 3D 프린팅 시에 출력물의 내부 전체에 수지 재료를 보강할 필요없이, 내부 지지 영역으로 설정된 일부 영역의 적층 가능성을 위한 형상을 위해서만 수지 재료를 사용함으로써, 재료 및 제조 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 3D 출력물의 플랫 루프 영역을 도식화한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치의 블록도를 도시한 도면,
도 3a은 3차원 이미지를 3개의 평면들로 슬라이싱한 후, 슬라이싱된 면들 중 하나를 예시적으로 도시한 도면,
도 3b는 도 3a의 대안적인 도면,
도 4는 결합 블록을 가상 분할하는 과정을 도시한 도면,
도 5는 결합 블록을 실제 분할하는 과정을 도시한 도면,
도 6은 3차원 모델의 보강 영역을 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법의 흐름도를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치는 3D 출력물의 플랫 루프 영역만을 보강(infill)하여 재료 및 제조 시간을 줄일 수 있는 장치로서, 유닛 블록 생성부(110), 유닛 블록 분류부(120), 결합 블록 생성부(130), 플랙 루프 포인트 판별부(140), 결합 블록 분할부(150) 및 내부 지지 형상 결정부(160)를 포함한다.
유닛 블록 생성부(110)는 3차원 이미지 데이터에 의해 도식화되는 3차원 모델을 슬라이싱(slicing))하여 유닛 블록들(UB)을 생성한다. 구체적으로, 유닛 블록 생성부(110)는 서로 직교하는 3개의 평면들(예를 들면, x-y, y-z, z-x 평면)을 이용하여 3차원 모델을 슬라이싱함으로써 유닛 블록들(UB)을 생성한다. 도 3a는 3차원 모델을 3개의 평면들을 이용하여 슬라이싱한 후, 슬라이싱된 면들 중 하나를 예시적으로 도시한 도면으로서, 이러한 면들이 적층되어 3차원 모델을 이룬다.
여기서, 유닛 블록 생성부(110)는 유닛 블록들(UB)의 평면 법선 방향(N) 및수지의 적층 방향(D)이 이루는 각도가 45도 이상으로 배열되도록 서로 직교하는 세 평면을 45도 틸팅시켜서 3차원 모델을 슬라이싱한다. 이와 같이 틸팅된 각도로 배열되는 유닛 블록들(UB)은 추후 3D 프린팅시에 출력물의 적층을 용이하게 해준다.
유닛 블록 분류부(120)는 유닛 블록 생성부(110)에서 생성된 유닛 블록들(UB)을 위치에 따라 경계 유닛 블록(BUB)과 내부 유닛 블록(IUB)으로 분류한다. 또한, 유닛 블록 분류부(120)는 경계 유닛 블록들(BUB)을 플랫 루프 영역의 포함 여부에 따라 플랫 루프 유닛 블록(FB)과 비-플랫 루프 유닛 블록(N-FB)으로 분류한다.
예를 들면, 유닛 블록 분류부(120)는 3차원 모델의 경계 부분에 위치한 유닛 블록들을 경계 유닛 블록(BUB)으로 분류하고, 3차원 모델의 경계 부분 안쪽에 위치한 유닛 블록들을 내부 유닛 블록(IUB)을 분류한다. 그리고 유닛 블록 분류부(120)는 다시 경계 유닛 블록들(BUB)을 플랫 루프 영역이 포함된 플랫 루프 유닛 블록(FB)과 플랫 루프 영역이 포함되지 않은 비-플랫 루프 유닛 블록(N-FB)으로 분류한다. 여기서, 플랫 루프 영역의 포함 여부는 미리 입력된 프로그램(예를 들면, 유닛 블록(UB)에 기 설정한 삼각형 메시가 일부라도 포함되어 있으면 플랫 루프로 판단)에 따라 결정될 수 있다.
결합 블록 생성부(130)는 내부 유닛 블록들(IUB)을 병합하여 결합 블록(CB)을 생성한다. 여기서, 결합 블록 생성부(130)는 도 3b에 도시된 바와 같이 결합 블록(CB)의 경계 부분이 트러스트 구조를 갖도록 내부 유닛 블록들(IUB)을 병합할 수 있다. 즉, 결합 블록 생성부(130)는 내부 유닛 블록(IUB)만을 병합하여 경계 유닛 블록(BUB)과 내부 유닛 블록(IUB) 사이의 경계에 트러스트 구조를 갖도록 결합 블록(CB)을 생성할 수 있다. 이러한 트러스트 구조를 통해 적층시 출력물의 강도를 증가시킬 수 있다.
플랫 루프 포인트 판별부(140)는 결합 블록(CB)의 플랫 루프 영역에서 플랫 루프 포인트(F1, F2, F3, F4, F5)를 판별한다. 구체적으로, 플랫 루프 포인트 판별부(140)는 플랫 루프 유닛 블록들의 최하단 점의 하단에 내부 지지 형상이 없는 점을 플랫 루프 포인트로 결정한다.
결합 블록 분할부(150)는 플랫 루프 포인트(F1, F2, F3, F4, F5)가 포함된 결합 블록(CB)의 일부를 분할하는 역할을 한다. 도 4를 참조하면, 결합 블록 분할부(150)는 앞에서 설정된 플랫 루프 포인트(F1, F2, F3, F4, F5) 각각에 대해서 서로 직교하는 3개의 평면들로 결합 블록(CB)을 가상으로 분할한다. 그리고 결합 블록 분할부(150)는 가상으로 분할된 부분들 중에서 최소 단면적이 생성되는 평면을 찾는다(도 4의 최소 단면적 가상 분할선 참조). 여기서 '최소 단면적'은 플랫 루프 포인트(F1, F2, F3, F4, F5)가 포함된 영역이 최소한의 면적을 가져서, 실제 플랫 루프 영역을 보강(infill)할 때 최소한의 재료량을 가지고 보강한다는 것을 의미한다. 이어서, 결합 블록 분할부(150)는 최소 단면적이 생성되는 평면들 중에서 최대 단면적을 가지는 평면으로 결합 블록(CB)을 실제로 분할한다.
바람직하게는, 결합 블록 분할부(150)는 플랫 루프 포인트들(F1, F2, F3, F4, F5)이 모두 제거될 때까지, 전술한 결합 블록(CB)의 가상 분할 과정과 실제 분할 과정을 반복한다. 도 5를 참조하면, 결합 블록(CB)의 분할 과정이 도시된다. 결합 블록의 분할에 따라, 플랫 루프 포인트(F3)는 하단에 지지 영역(검은선)이 생성되었으므로 제거된다. 이러한 분할 과정을 반복하여 플랫 루프 포인트들이 모두 제거되면, 결합 블록 분할부(150)의 분할 프로세스가 완료된다.
이어서, 내부 지지 형상 결정부(160)는 각 블록들의 경계면(절단면 또는 접촉면)을 보강 영역으로 결정하고, 3D 프린터의 출력시에 이 보강 영역을 따라서 프린팅 재료, 예를 들면 수지 재료를 출력한다. 도 6을 참조하면, 내부 지지 형상 결정부(160)에 의해 결정된 보강 영역(I; 굵은 검은선)이 표시되어 있다. 따라서, 실제 3D 프린팅 시에 출력물의 내부 전체에 수지 재료를 보강할 필요없이, 보강 형상(I; 굵은 검은선)으로 설정된 일부 영역에만 수지 재료를 보강함으로써, 재료 및 제조 시간을 줄일 수 있다.
실제로, 3차원 출력물을 FDM 방식으로 출력할 때, 종래의 방식과 본 발명에 따른 방식에 따른 제조 시간과 재료 소비량을 비교하면 다음과 같다.
- 모델 크기에 따른 제조 시간과 재료 소비량 비교표

모델 크기(mm) 제조시간 재료 사용량(g)
가로폭 세로폭 높이 총 시간 표면 내부 총량 표면 내부
종래 108 83 107 6h 28m 1h 42m 4h 46m 80.1 20.7 59.4
본 발명 108 83 107 4h 12m 1h 42m 2h 30m 47.2 20.7 26.5
종래 130 99 129 10h 36m 2h 24m 8h 12m 133.4 29.8 103.6
본 발명 130 99 129 6h 15m 2h 24m 3h 51m 71.2 29.8 41.4
종래 162 124 161 19h 43m 3h 48m 15h 55m 251.2 46.6 204.6
본 발명 162 124 161 10h 2m 3h 48m 6h 14m 114.6 46.6 68.0
- 모델 밀도에 따른 제조 시간과 재료 소비량 비교표
밀도
(%)		 제조 시간 재료 사용량(g)
총 시간 표면 내부 총량 표면 내부
종래 10 4h 10m 1h 42m 2h 28m 50.4 20.7 29.7
본 발명 10 3h 36m 1h 42m 1h 54m 41.9 20.7 21.2
종래 20 6h 28m 1h 42m 4h 46m 80.1 20.7 59.4
본 발명 20 4h 12m 1h 42m 2h 30m 47.2 20.7 26.5
종래 30 8h 44m 1h 42m 7h 2m 109.8 20.7 89.1
본 발명 30 4h 29m 1h 42m 2h 47m 68.0 20.7 49.1
위 표들을 통해 알 수 있는 바와 같이, 3차원 모델의 크기 및 내부 보강(infill) 밀도에 따라서, 최소 48% ~ 최대 61%의 제조 시간 절감이 가능하고, 최소 56% ~ 최대 67%의 재료 절감이 가능하다.
도 7은 본 발명에 따른 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
유닛 블록 생성부(110)는 서로 직교하는 3개의 평면들을 이용하여 3차원 모델을 슬라이싱하여 유닛 블록들(UB)을 생성한다(S100). 이때, 3차원 모델의 슬라이싱은 유닛 블록들(UB)의 평면의 법선 방향(N) 및 수지의 적층 방향(D)이 이루는 각도가 45도 이상의 각도로 배열되도록 서로 직교하는 세 평면을 틸팅시켜서 이루어진다.
유닛 블록 분류부(120)는 유닛 블록들(UB)의 위치에 따라 경계 유닛 블록(BUB)과 내부 유닛 블록(IUB)으로 분류하고, 이어서 플랫 루프 영역의 포함 여부에 따라 경계 유닛 블록들(BUB)을 플랫 루프 유닛 블록(FB)과 비-플랫 루프 유닛 블록(N-FB)으로 분류한다(S200).
결합 블록 생성부(130)는 내부 유닛 블록들(IUB)을 병합하여 결합 블록(CB)을 생성한다(S300). 여기서, 결합 블록 생성부(130)는 도 3b에 도시된 바와 같이 결합 블록(CB)의 경계 부분이 트러스트 구조를 갖도록 내부 유닛 블록들(IUB)을 병합할 수 있다.
플랫 루프 포인트 판별부(140)는 결합 블록(CB)의 플랫 루프 포인트(F1, F2, F3, F4, F5)를 판별한다(S400). 플랫 루프 포인트 판별부(140)는 플랫 루프 유닛 블록들의 최하단 점의 하단에 내부 지지 형상이 없는 점을 플랫 루프 포인트(F1, F2, F3, F4, F5)로 결정한다.
결합 블록 분할부(150)는 플랫 루프 포인트가 포함된 결합 블록(CB)의 일부를 분할한다(S500). 여기서, 결합 블록 분할부(150)는 플랫 루프 포인트(F1, F2, F3, F4, F5) 각각에 대해서 서로 직교하는 3개의 평면들로 결합 블록(CB)을 가상으로 분할한다. 그리고, 결합 블록 분할부(150)는 가상으로 분할된 부분들 중에서 최소 단면적이 생성되는 평면을 찾는다. 이어서, 결합 블록 분할부(150)는 최소 단면적이 생성되는 평면들 중에서 최대 단면적을 가지는 평면으로 결합 블록(CB)을 실제로 분할한다. 그리고 결합 블록 분할부(150)는 플랫 루프 포인트들(F1, F2, F3, F4, F5)이 모두 제거될 때까지 전술한 결합 블록(CB)의 가상 분할 과정과 실제 분할 과정을 반복하여, 최소한의 내부 지지 형상, 즉 보강 형상(I)을 찾는다.
내부 지지 형상 결정부(160)는 결합 블록 분할부(150)에 의해 분할된 각각의 블록들의 경계면(절단면 또는 접촉면)을 보강 형상(I; 굵은 검은선)으로 결정하고, 출력시에 보강 형상(I; 굵은 검은선)에 프린팅 재료를 출력한다(S600). 이렇게 결정된 보강 형상(I)은 플랫 루프를 포함하는 최소한의 면적을 가지므로, 3D 프린팅시에 플랫 루프를 지지하기 위해 최소한의 재료만을 사용할 수 있고, 따라서 제조 시간을 단축할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 서로 직교하는 3개의 평면들을 이용하여 3차원 모델을 슬라이싱하여 유닛 블록들을 생성하는 유닛 블록 생성부;
    상기 유닛 블록들을 위치에 따라 경계 유닛 블록과 내부 유닛 블록으로 분류하고, 상기 경계 유닛 블록들을 플랫 루프 영역의 포함 여부에 따라 플랫 루프 유닛 블록과 비-플랫 루프 유닛 블록으로 분류하는 유닛 블록 분류부;
    상기 내부 유닛 블록들을 병합하여 결합 블록을 생성하는 결합 블록 생성부;
    상기 결합 블록의 플랫 루프 포인트를 판별하는 플랫 루프 포인트 판별부;
    상기 플랫 루프 포인트가 포함된 결합 블록의 일부를 분할하는 결합 블록 분할부; 및
    상기 결합 블록 분할부에 의해 분할된 결합 블록들의 분할면(또는 접촉면)을 내부 지지 형상으로 결정하고, 출력시에 상기 내부 지지 형상에 프린팅 재료를 출력하는 내부 지지 형상 결정부를 포함하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유닛 블록 생성부는 상기 유닛 블록들의 각 면들이 적층 방향과 이루는 각도가 45도 이상이 되도록 서로 직교하는 세 수직 평면을 틸팅시킨 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결합 블록 생성부는 기본적으로 상기 내부 유닛 블록들을 병합하며, 병합 과정에서 상기 비-플랫 루프 유닛들의 포함 여부에 따라서 상기 경계 유닛 블록과 상기 내부 유닛 블록 사이의 경계가 트러스트 구조를 갖도록 병합하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플랫 루프 포인트 판별부는 상기 플랫 루프 유닛 블록들의 최하단 점의 하단에 내부 지지 형상이 없는 점을 플랫 루프 포인트로 결정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결합 블록 분할부는 플랫 루프 포인트에 대해서 서로 직교하는 3개의 상기 평면들로 상기 결합 블록을 가상으로 분할하고, 플랫 루프 포인트가 포함된 가상으로 분할된 부분들 중에서 최소 단면적이 생성되는 평면을 찾고, 각각의 플랫 루프 포인트의 최소 단면적들 중에서 최대 단면적을 가지는 평면으로 상기 결합 블록을 실제로 분할하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합 블록 분할부는 플랫 루프 포인트가 제거될 때까지 상기 가상 분할 및 실제 분할 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 장치.
  7. 서로 직교하는 3개의 평면들을 이용하여 3차원 모델을 슬라이싱하여 유닛 블록들을 생성하는 유닛 블록 생성 단계;
    상기 유닛 블록들을 위치에 따라 경계 유닛 블록과 내부 유닛 블록으로 분류하고, 상기 경계 유닛 블록들을 플랫 루프 영역의 포함 여부에 따라 플랫 루프 유닛 블록과 비-플랫 루프 유닛 블록으로 분류하는 유닛 블록 분류 단계;
    상기 내부 유닛 블록들을 병합하여 결합 블록을 생성하는 결합 블록 생성 단계;
    상기 결합 블록의 플랫 루프 포인트를 판별하는 플랫 루프 포인트 판별 단계;
    상기 플랫 루프 포인트가 포함된 결합 블록의 일부를 분할하는 결합 블록 분할 단계; 및
    상기 결합 블록 분할 단계에 의해 분할된 결합 블록들의 분할면(또는 접촉면)을 내부 지지 형상으로 결정하고, 출력시에 상기 내부 지지 형상에 프린팅 재료를 출력하는 내부 지지 형상 결정 단계를 포함하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유닛 블록 생성 단계는 상기 유닛 블록들의 각 면들이 적층 방향과 이루는 각도가 45도 이상이 되도록 서로 직교하는 세 수직 평면을 틸팅시킨 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 결합 블록 생성 단계는 기본적으로 상기 내부 유닛 블록들을 병합하며, 병합 과정에서 상기 비-플랫 루프 유닛들의 포함 여부에 따라서 상기 경계 유닛 블록과 상기 내부 유닛 블록 사이의 경계가 트러스트 구조를 갖도록 병합하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 플랫 루프 포인트 판별 단계는 상기 플랫 루프 유닛 블록들의 최하단 점의 하단에 내부 지지 형상이 없는 점을 플랫 루프 포인트로 결정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 결합 블록 분할 단계는 플랫 루프 포인트에 대해서 서로 직교하는 3개의 상기 평면들로 상기 결합 블록을 가상으로 분할하고, 플랫 루프 포인트가 포함된 가상으로 분할된 부분들 중에서 최소 단면적이 생성되는 평면을 찾고, 각각의 플랫 루프 포인트의 최소 단면적들 중에서 최대 단면적을 가지는 평면으로 상기 결합 블록을 실제로 분할하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결합 블록 분할 단계는 플랫 루프 포인트가 제거될 때까지 상기 가상 분할 및 실제 분할 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 출력물의 내부 지지 방법.
KR1020160102341A 2016-08-11 2016-08-11 3ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법 KR101796693B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160102341A KR101796693B1 (ko) 2016-08-11 2016-08-11 3ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법
CN201710667174.7A CN107718532B (zh) 2016-08-11 2017-08-07 用于3d打印机的输出的填充设备和方法
US15/673,823 US10417535B2 (en) 2016-08-11 2017-08-10 Infill apparatus and method for output of 3D printer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160102341A KR101796693B1 (ko) 2016-08-11 2016-08-11 3ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101796693B1 true KR101796693B1 (ko) 2017-11-10

Family

ID=60386647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160102341A KR101796693B1 (ko) 2016-08-11 2016-08-11 3ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10417535B2 (ko)
KR (1) KR101796693B1 (ko)
CN (1) CN107718532B (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200019285A (ko) * 2018-08-08 2020-02-24 한국생산기술연구원 이중 벽 구조를 구비하는 3d 조형체의 3d 프린팅 방법
WO2020204353A1 (ko) * 2019-03-29 2020-10-08 전자부품연구원 적층 제조를 위한 3d 메시 표면 특성 기반의 서포트 생성 방법
KR102328295B1 (ko) 2020-09-10 2021-11-17 대우조선해양 주식회사 3d 프린터 출력물 지지장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114103126B (zh) * 2021-11-26 2022-11-18 南京衍构科技有限公司 一种不等壁厚回转体3d打印扫描填充路径规划方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4792504B2 (ja) 2006-10-10 2011-10-12 株式会社松風 造形データ作成システム、製造方法および造形データ作成プログラム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105121134B (zh) * 2013-03-14 2017-07-18 斯特拉塔西斯公司 用在三维列印的形成切片及/或纹理的方法
WO2014172687A2 (en) * 2013-04-18 2014-10-23 Massachusetts Institute Of Technology, Inc. Methods and apparati for implementing programmable pipeline for three-dimensional printing including multi-material applications
US9817388B2 (en) * 2013-11-27 2017-11-14 Adobe Systems Incorporated Method and apparatus for preserving structural integrity of 3-dimensional models when printing at varying scales
KR101628164B1 (ko) 2014-04-18 2016-07-28 쓰리디토시스 주식회사 블록 적층 방식과 수지압출 기술을 결합한 3d 프린팅 시스템 및 하이브리드 3d 프린팅을 위한 설계 데이터 생성 방법
KR101628944B1 (ko) 2014-08-08 2016-06-09 주식회사 캐리마 복합재료 3d 프린팅 장치 및 방법
CN104827666B (zh) * 2015-04-30 2018-06-19 北京敏速自动控制设备有限公司 3d打印支撑方法及系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4792504B2 (ja) 2006-10-10 2011-10-12 株式会社松風 造形データ作成システム、製造方法および造形データ作成プログラム

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200019285A (ko) * 2018-08-08 2020-02-24 한국생산기술연구원 이중 벽 구조를 구비하는 3d 조형체의 3d 프린팅 방법
KR102147215B1 (ko) 2018-08-08 2020-08-26 한국생산기술연구원 이중 벽 구조를 구비하는 3d 조형체의 3d 프린팅 방법
WO2020204353A1 (ko) * 2019-03-29 2020-10-08 전자부품연구원 적층 제조를 위한 3d 메시 표면 특성 기반의 서포트 생성 방법
US11613082B2 (en) 2019-03-29 2023-03-28 Korea Electronics Technology Institute Method for producing 3D mesh surface characteristic-based support for laminate manufacturing
KR102328295B1 (ko) 2020-09-10 2021-11-17 대우조선해양 주식회사 3d 프린터 출력물 지지장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20180043622A1 (en) 2018-02-15
CN107718532B (zh) 2019-05-10
CN107718532A (zh) 2018-02-23
US10417535B2 (en) 2019-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101796693B1 (ko) 3ｄ 프린터 출력물의 내부 지지 장치 및 방법
US10259163B2 (en) Method and system for adapting a 3D printing model
US10611091B2 (en) Additive manufacturing of a three-dimensional object
US7406361B2 (en) Rapid prototyping method and apparatus using V-CAD data
Brown et al. Development of a stereolithography (STL) slicing and G-code generation algorithm for an entry level 3-D printer
US20200164468A1 (en) Overlapping border and internal sections of object formed by different am melting beam sources in overlapping field region
US20180009169A1 (en) Three-dimensional data generation device, three-dimensional shaping device, and shaped object shaping method
CN103950201B (zh) 三维模型单轴方向无限打印方法及系统
US10386797B2 (en) Fracturing a shell of a three-dimensional object
CN109815519A (zh) 用于轻质结构的增材制造设计优化的集成数字线程
JP5058552B2 (ja) 積層造形装置と積層造形方法
US11961185B2 (en) Meshing operation for representing a 3D printed object
US20230015470A1 (en) Storage Medium Storing Data Generation Program and Three-Dimensional Modeling System
Hayasi et al. Close to CAD model curved-form adaptive slicing
TWI585558B (zh) 立體列印方法
CN114043727A (zh) 3d打印的方法和装置、存储介质以及程序产品
McMains et al. Layered manufacturing of thin-walled parts
JP6619162B2 (ja) データ作成装置およびデータ作成方法ならびに三次元造形システム
Tuteski et al. New product design development based on additive manufacturing & rapid prototyping methodology
KR20220082311A (ko) 3d 프린팅의 오차를 보정하기 위한 방법
Čuš et al. Design Guidelines in Developing a Prototype using Additive Manufacturing Methods
GB2497810A (en) Method of manufacturing unique objects

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant