KR101958766B1 - 3d 프린팅 장치 - Google Patents

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KR101958766B1 KR1020170047812A KR20170047812A KR101958766B1 KR 101958766 B1 KR101958766 B1 KR 101958766B1 KR 1020170047812 A KR1020170047812 A KR 1020170047812A KR 20170047812 A KR20170047812 A KR 20170047812A KR 101958766 B1 KR101958766 B1 KR 101958766B1
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메타리버테크놀러지 주식회사
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Abstract

본 발명의 3D 프린팅 장치는 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부; 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;를 포함할 수 있다.

Description

3D 프린팅 장치{3D PRINTING DEVICE}
본 발명은 3D 프린터를 이용해서 3차원 물체를 생성하는 3D 프린팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
3D 프린팅이란 3D로 구현된 디지털 설계 데이터를 바탕으로 분말(파우더), 액체, 실의 형태로 된 재료를 노즐을 통해 분사, 용융, 응고시킴으로써, 입체적인 물건을 매우 얇게 한 층씩 바닥부터 꼭대기까지 쌓아가며 3차원 물체를 제조하는 기술이다.
3D 프린팅은 재료를 깎아 제조하는 절삭가공과 대비되는 개념으로 공식적인 용어는 적층제조(AM : Additive Manufacturing) 혹은 쾌속조형(RP : Rapid Prototyping)이라고 하며, 3D 프린터는 3D 프린팅 프로세스를 구현할 수 있는 기계장비이다.
3D 프린팅은 단 한 개의 물건만을 제조하는 경우에도 그 비용은 일반 가공법에 비해 저렴하고, 어떤 모양이든 자유롭게 만들어 낼 수 있다는 장점이 있다.
3D 프린팅 기술은 필연적으로 '재료의 분사', '재료의 용융', '재료 간의 결합', '재료의 응고'라는 물리적 현상을 수반한다. 이러한 물질의 상변화(phase change) 현상은 시간의 변화에 따른 물질의 특성 변화를 의미하며, 각각의 현상을 겪은 재료는 전혀 다른 성질을 가진 물질로 거동하게 된다. 이런 상황은 '재료의 용융을 위해 가해지는 에너지', '재료를 적층하기 위해 움직이는 노즐의 속도와 경로', '형상화하고자 하는 제품의 국소적 두께', '제품의 표면과 내부의 열전달 특성'등에 따라 적층되는 특성이 일정하지 않게 되는 요인이 된다. 이런 요인들은 의도하지 못한 변형 에러를 유발할 수 있다.
한국공개특허공보 제2016-0112092호에는 모니터에 보여지는 3D 모델을 3D 프린터로 출력했을 경우에 대한 프리뷰를 제공하는 3D 프린팅 시뮬레이션 장치가 나타나 있다. 그러나, 해당 3D 프린팅 시뮬레이션은 단순 프리뷰를 제공하는 정도에 불과할 뿐 변형 에러의 유발을 탐지하는 내용은 나타나지 않고 있다.
한국공개특허공보 제2016-0112092호
본 발명은 3D 프린터를 이용한 실제 프린팅 과정에서 발생되는 변형 에러를 방지하는 3D 프린팅 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 3D 프린팅 장치는 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부; 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 사전에 파악하는 파악부; 상기 변형 에러가 보정된 제2 코드를 생성하는 보정부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 3D 프린팅 장치는 제1 대상물을 실제로 프린팅하는 과정에서 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 파악하고, 변형 에러를 보정할 수 있다.
본 발명의 3D 프린팅 장치는 제1 코드를 이용해 생성되는 제1 대상물을 단순 프리뷰하는 것이 아니라, 열 변형 등이 가미된 실제 환경에서 제1 대상물을 생성하는 과정을 가상 공간에서 시뮬레이션할 수 있다.
열 변형 등이 가미되지 않은 단순 프리뷰를 확인한 후 3D 프린터로 실제 작업을 진행하면 초기 설계값과 다르게 형상이 변하는 변형 오류로 인해 시간과 재료가 낭비될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 시뮬레이션을 통해 변형 오류를 확인할 수 있으므로, 불필요한 자원의 낭비를 방지할 수 있으며, 변형 오류의 대비 방안을 사전에 마련할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 3D 프린팅 장치는 3D 프린터로 제공되는 제1 코드를 가로챌 수 있다. 3D 프린팅 장치는 가로챈 제1 코드를 기초로 변형 에러가 보정된 제2 코드를 생성해서 3D 프린터로 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 3D 프린팅 장치에 따르면, 변형 에러를 고려하지 않은 제1 코드가 3D 프린터로 제공되더라도 자동으로 변형 에러가 보정된 제2 코드가 생성될 수 있다. 제2 코드는 제1 코드를 대신해서 3D 프린터로 제공될 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따르면 제1 코드가 목적한 제1 대상물의 제작 공정이 현실 환경을 반영해서 가상 공간에서 시뮬레이션되거나, 제1 코드가 목적한 제1 대상물이 현실 공간에서 그대로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 3D 프린팅 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 제1 대상물을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 파악부를 나타낸 블럭도이다.
도 4는 구조 본드 모델을 나타낸 개략도이다.
도 5는 열 본드 모델을 나타낸 개략도이다.
도 6은 복셀을 나타낸 개략도이다.
도 7은 복셀이 적용된 제1 대상물을 나타낸 개략도이다.
도 8은 파티클을 복셀화하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 3D 프린팅 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 3D 프린팅 장치를 나타낸 블럭도이고, 도 2는 제1 대상물(10)을 나타낸 사진이다.
도 1에 도시된 3D 프린팅 장치(100)는 획득부(110), 파악부(130) 및 보정부(150)를 포함할 수 있다.
제1 대상물(10)을 프린팅하기 위해 3D 프린터(200)를 제어하는 제1 코드(1st code)가 마련될 때, 획득부(110)는 제1 코드를 획득할 수 있다.
3D 프린터(200)는 입력된 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어낼 수 있다. 3D 프린터(200)는 한 층씩 프린트 소재를 적층시켜 가며 제1 대상물(10)을 형성할 수 있다.
프린트 소재를 출력하는 3D 프린터(200)를 이용해서 3차원 입체 형상을 갖는 제1 대상물(10)을 생성하기 위해서는 3D 프린터(200)를 적절하게 움직일 수 있는 제어 신호가 필요하다. 이때, 제1 코드는 3D 프린터(200)를 움직이는 제어 신호 자체를 포함하거나, 해당 제어 신호를 생성하는 프로그램 또는 파일을 포함할 수 있다.
3D 프린터(200)를 이용해서 제1 대상물(10)을 생성하는 과정은 다음과 같은 순서로 진행될 수 있다.
먼저, 디자인부(30)를 이용해서 제1 대상물(10)의 디자인이 설계될 수 있다. 디자인부(30)는 autocad, NX, solidworks 등의 CAD(Computer Aided Design) 프로그램을 포함할 수 있다.
도 2의 (a)는 디자인부(30)에서 소프트웨어적으로 설계된 제1 대상물(10)의 디자인을 나타낸다. 제1 대상물(10)의 디자인은 실제 3D 프린터(200)에 의해 성형된 제1 대상물(10)과 비교하여 색깔이나 질감 등에서 다를 수 있다.
디자인부(30)는 3D 프린터(200)에서 사용하는 프린트 소재의 색깔 또는 질감 등을 제1 대상물(10)의 디자인에 반영해서 프리뷰 이미지를 생성할 수 있다. 사용자는 프리뷰 이미지를 통해 3D 프린터(200)를 통해 제조된 제1 대상물(10)의 실제 이미지를 미리 확인할 수 있다.
사용자는 프리뷰 이미지를 확인하면서 필요한 부분을 수정해서 최종적으로 제1 대상물(10)의 디자인을 확정할 수 있다.
디자인부(30)는 최종적으로 확정된 제1 대상물(10)의 디자인을 변환부(50)로 전달할 수 있다. 이때, 디자인부(30)로부터 출력되는 제1 대상물(10)의 디자인은 3차원 데이터를 표현하는 국제 표준 형식인 STL(STereoLithography) 파일의 형식을 취할 수 있다. STL 파일은 다양한 종류의 3D 프린터(200)와 호환되는 형식일 수 있다.
변환부(50)는 제1 대상물(10)의 디자인에 해당하는 STL 파일을 G 코드(G code)로 변환할 수 있다. G 코드는 수치 제어에서 사용되는 프로그램 언어로, 3D 프린터(200)를 포함한 자동 제어 공작 기계를 통한 컴퓨터 지원 제조에 주로 사용된다.
변환부(50)는 3차원 입체 형상에 해당하는 제1 대상물(10)의 디자인에서의 가상적인 단면을 만들어내고, 3D 프린터(200)의 노즐이 움직이는 속도와 경로가 정의된 G 코드(G code)를 생성할 수 있다.
변환부(50)는 slic3r, curaengine, skeinforge 등의 슬라이서(slicer) 프로그램을 포함할 수 있다.
변환부(50)로부터 출력된 G 코드는 3DP 컨트롤러(70)로 입력될 수 있다.
3DP 컨트롤러(70)는 G 코드에 따라 3D 프린터(200)를 움직일 수 있다. 3DP 컨트롤러(70)는 3D 프린터(200)에 마련될 수 있다. 디자인부(30), 변환부(50)가 구비되며 3D 프린터(200)와 통신하는 단말기 또는 서버가 마련될 때, 3DP 컨트롤러(70)는 단말기 또는 서버에 마련되어도 무방하다.
본 발명의 3D 프린팅 장치는 소프트웨어 또는 하드웨어로 형성될 수 있는데, 소프트웨어로 형성된 경우 디자인부(30) 및 변환부(50)가 구비된 단말기 또는 서버에 설치될 수 있다. 본 발명의 3D 프린팅 장치는 디자인부(30) 및 변환부(50)와 다른 단말기 또는 다른 서버에 마련되어도 무방하다.
G 코드는 제1 대상물(10)을 생성하기 위한 것이므로, 3DP 컨트롤러(70)에 의해 제어되는 실제 3D 프린터(200)에 의해 실제 환경에서 제1 대상물(10)이 성형될 수 있다.
그런데, 실제 환경에서 3D 프린터(200)에 의해 프린팅된 제1 대상물(10)은 디자인부(30)에서 초기 설계된 디자인과 다를 수 있다.
3D 프린팅 기술은 필연적으로 재료의 분사, 재료의 용융, 재료 간의 결합, 재료의 응고라는 물리적 현상을 수반한다. 이러한 물질의 상변화(phase change) 현상은 시간의 변화에 따른 물질의 특성 변화를 의미할 수 있다. 이때의 특성 변화로 인해 의도하지 못한 변형 에러(19)가 유발될 수 있다.
3D 프린터(200)를 이용한 제1 대상물(10)의 프린팅 과정 중 변형 에러(19)가 발생되면, 제조된 제1 대상물(10)은 디자인부(30)에서 설계된 디자인에 해당하는 초기 설계값과 다르게 변형될 수 있다.
제1 대상물(10)의 실제 프린팅 과정에서 제1 대상물(10)이 초기 설계값과 다르게 변형되는 것을 변형 에러(19)로 정의하기로 한다. 3D 프린팅의 특성상 모든 부위에서 변형이 이루어질 수 있으며, 이 점을 고려해서 변형 에러(19)는 허용 범위를 초과해서 변형되는 것을 지칭할 수 있다.
일 예로, 도 2의 (b)에서 제1 대상물(10)의 오른쪽 눈부분에 변형 에러(19)가 발생해서 도 2의 (a)의 디자인과 완전히 달라진 것을 알 수 있다.
변형 에러(19)는 3D 프린터(200)로부터 출력된 프린트 소재의 열 변형, 잔류 응력 등에 기인한 것으로, 기하학적인 외형만 고려된 디자인부(30)의 디자인 또는 프리뷰 등을 통해서는 파악할 수 없다. 따라서, 변형 에러(19)는 3D 프린터(200)를 통해 제1 대상물(10)을 직접 제조한 후에만 파악될 수 있다.
3D 프린팅의 단점 중 하나는 제작 속도가 매우 느리다는 것이다. 이러한 단점을 갖는 상태에서, 변형 오류가 발생되면 문제가 심각해질 수 있다. 왜냐하면, 디자인과 동일한 제1 대상물(10)을 제조하기 위해, 일단 3D 프린팅을 수행하고 변형 에러(19)를 확인하며 변형 에러(19)의 대비책을 마련하고, 대비책을 반영해서 다시 3D 프린팅을 수행해야 하기 때문이다. 그 결과, 변형 에러(19)가 없는 제1 대상물(10)을 제조하는데 극악하게 긴 시간이 소요될 수밖에 없다.
본 발명은 실제로 3D 프린팅이 수행되기 전에 변형 에러(19)를 파악하기 위한 것일 수 있다. 사전에 변형 에러(19)를 파악하기 위해 파악부(130)가 이용될 수 있다.
획득부(110)에서 획득한 제1 코드는 3D 프린터(200)를 제어하는 G 코드를 포함할 수 있다.
파악부(130)는 제1 대상물(10)의 실제 프린팅 과정에서 제1 대상물(10)이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러(19)를 제1 대상물(10)의 실제 프린팅 과정 이전에 파악할 수 있다. 일 예로, 파악부(130)는 3D 프린터(200)의 노즐로부터 출력되는 프린트 소재의 열 변형과 결합 변형 중 적어도 하나를 파악할 수 있다. 열 변형 또는 결합 변형은 도 2의 (b)의 변형 에러(19)를 유발하는 요소일 수 있다.
파악부(130)에 의해 변형 에러(19)가 파악되면, 보정부(150)는 변형 에러(19)의 발생을 방지하는 대비책을 마련할 수 있다.
보정부(150)는 제1 코드(1st code)를 기반으로 변형 에러(19)가 보정된 제2 코드(2nd code)를 생성할 수 있다. 제1 코드를 기반으로 하는 제2 코드 역시 3D 프린터(200)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제2 코드는 G 코드를 포함할 수 있다.
보정부(150)는 제1 코드를 분석해서 3D 프린터(200)의 노즐의 경로를 파악하고, 변형 에러(19)를 유발하는 열 변형 또는 결합 변형의 발생이 억제되게 노즐의 경로 또는 노즐의 속도가 수정된 제2 코드를 생성할 수 있다.
변형 에러(19)는 3D 프린터(200)로부터 출력된 프린트 소재의 열 변형 등에 기인할 수 있다. 따라서, 기적층된 프린트 소재가 충분히 냉각될 수 있는 냉각 시간이 제공된 후 다음 층이 적층되면 변형 에러(19)의 상당 부분이 방지될 수 있다. 다시 말해, 3D 프린터(200)가 한 층씩 프린트 소재를 적층해 가며 제1 대상물(10)을 형성할 때, 각 층의 사이에 충분한 냉각 시간이 추가되면 변형 에러(19)의 발생이 억제될 수 있다.
각 층의 사이에 냉각 시간을 추가하기 위해 보정부(150)는 각 층을 제조하는 명령어의 사이마다 3D 프린터(200)를 쉬게 하는 명령어를 삽입할 수 있다.
그러나, 일괄적으로 각 층마다 3D 프린터(200)를 쉬게 하는 명령어를 삽입해서 제2 코드가 형성되면, 제1 대상물(10)의 제작 시간을 줄이고자 하는 본 발명의 목적이 달성할 수 없다. 왜냐하면, 각 층마다 삽입된 냉각 시간으로 인해 3D 프린팅 시간이 대폭 증가하기 때문이다.
일괄적으로 각 층마다 냉각 시간을 부여해서 변형 오류를 방지하는 방식은 제1 대상물(10)을 수차례 제작하면서 변형 에러(19)가 발생된 부분에만 냉각 시간을 부여해서 변형 오류를 방지하는 방식보다 오히려 변형 에러(19)가 없는 최종 제1 대상물(10)의 총 제작 시간이 느릴 수 있다.
변형 에러(19)를 방지하면서 제1 대상물(10)의 제작 시간을 최소화하기 위해 파악부(130)는 변형 에러(19)가 예상되는 에러 위치를 파악할 수 있다.
일 예로, 파악부(130)는 다양한 제1 대상물(10)을 실제로 제작하고, 각종 변형 에러(19)의 발생 환경을 미리 파악할 수 있다. 사전 제작 시험 결과에 따라, 일 예로, 가늘고 긴 벽 형상의 리브에서 변형 에러(19)가 자주 발생된 것으로 확인될 수 있다.
파악부(130)는 제1 코드를 분석해서 제1 대상물(10)의 기하학적 형상을 파악할 수 있다. 파악부(130)는 사전 제작 시험 데이터를 참조해서 제1 대상물(10)에서 변형 에러(19)가 발생될 것으로 예상되는 에러 위치를 결정할 수 있다.
일 예로, 제1 대상물(10)에 가늘고 긴 벽 형상의 리브가 존재하면, 파악부(130)는 해당 리브의 위치를 에러 위치로 결정할 수 있다.
이때, 보정부(150)는 제1 코드를 분석해서 에러 위치에 프린트 소재를 프린팅하도록 3D 프린터(200)를 제어하는 에러 명령어를 파악할 수 있다.
제1 코드에 포함된 모든 명령어는 디자인부(30)로부터 출력된 제1 대상물(10)의 디자인에 기초한 것이므로, 기하학적으로는 별다른 이상이 없는 명령어일 수 있다. 그러나, 특정 위치에 적층된 프린트 소재는 열 변형 등으로 인해 디자인과 다른 형상으로 변형될 수 있으며, 이때, 변형 에러(19)가 발생된 에러 위치에 프린트 소재를 프린팅하는 명령어를 에러 명령어로 정의한다.
보정부(150)는 에러 명령어 앞에 위치하는 다른 명령어와 에러 명령어 사이에만 3D 프린터(200)가 쉬어가는 쉼 명령어를 추가할 수 있다. 쉼 명령어는 에러 위치에 대한 3D 프린터의 프린팅을 설정 시간 동안 정지시킬 수 있다. 쉼 명령어는 설정 시간이 경과되면, 쉼 명령어 다음에 위치한 에러 명령어가 실행되도록 할 수 있다. 즉, 쉼 명령어는 3D 프린터(200)의 동작을 잠시 멈췄다가 다시 움직이도록 할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 에러 위치에 대해서만 프린트 소재의 냉각 시간이 추가되므로, 냉각 시간으로 인해 증가되는 제1 대상물(10)의 총 제작 시간의 증가분이 최소화될 수 있다. 필요한 각 요소에 변형 에러(19)의 유발을 방지하는 냉각 시간이 부여된 제2 코드에 의해 3D 프린터(200)가 제어될 수 있다. 따라서, 디자인부(30)에서 설계된 디자인대로 실제 제1 대상물(10)이 한 번의 가공으로 제조될 수 있다.
변형 에러(19)의 파악 및 제2 코드의 생성은 제1 코드를 기초로 하므로, 파악부(130) 및 보정부(150)는 획득부(110)에 의해 제1 코드가 획득되어야 정상적으로 동작할 수 있다. 이는 곧 3D 프린터(200)를 제어 타겟으로 하는 제1 코드가 존재하는 것을 의미하므로, 변형 에러(19)의 유발로 인한 불필요한 자원의 낭비를 방지하기 위해 제1 코드가 3D 프린터(200)로 전달되는 것을 방지할 필요가 있다.
획득부(110)는 3D 프린터(200)를 타겟으로 하는 제1 코드가 3D 프린터(200)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 획득부(110)는 변환부(50)로부터 3D 프린터(200)를 향해 출력된 제1 코드를 가로채서 파악부(130)로 전달할 수 있다.
보정부(150)는 변형 에러(19)를 유발시킬 수 있는 제1 코드를 대신해서 제1 대상물(10)을 형성하면서도 변형 에러(19)의 유발을 방지할 수 있는 제2 코드를 3D 프린터(200)로 제공할 수 있다.
한편, 변형 에러(19) 또는 에러 위치를 예측하기 위해 사용되는 사전 제작 시험 방법은 경험에 근거한 것이므로 프린트 소재, 제1 대상물(10)의 두께 등이 다양한 현실 환경에서 정확도가 낮을 수 있다.
변형 에러(19) 또는 에러 위치의 예측 정확도를 개선하기 위해 프린트 소재의 특성 등이 이용될 수 있다.
3D 프린팅을 통해 제작된 제1 대상물(10)은 제작 과정의 특수성 때문에 가공이나 주조, 사출 등을 통해 제작된 제품과 비교할 때 재료적 특성이 두가지 측면에서 완전히 다를 수 있다.
첫번째는 적층 방식으로 제품이 형성되기 때문에 등방성(isotropic)이 아닌 이방성(Anisotropic)특성을 가지게 된다는 점이고, 두 번째는 용융, 응고 과정이 수반되기 때문에 잔류 응력에 의한 문제점에 노출된다는 것이다.
첫 번째로 언급한 이방성 특성은 제품의 세로 방향 강성이 가로방향 강성에 비해 매우 약하다는 의미인데, 이점은 기본 입자재료의 특성에 따라 그 반대가 될 수도 있다. 이 특성은 3D 프린팅 메커니즘이 필연적으로 내재하고 있는 문제이기 때문에 어느 정도 예상을 할 수는 있지만, 두 번째 특성인 잔류 응력 문제는 대단히 복잡하고 예측이 어려운 문제들을 야기한다. 즉, 아랫면 적층부와 윗면 적층부의 용융 및 응고 히스토리에 시간 차이가 존재하고, 제품 내부와 표면과의 냉각조건이 다르기 때문에 필연적으로 잔류 응력이 존재하게 된다.
제1 대상물(10)에 존재하는 잔류 응력은 완전 냉각되는 과정에서 열 변형을 유발한다. 또한, 열 변형을 통해서도 해소되지 못한 잔류 응력들은 완전 냉각된 제1 대상물(10)의 내부에 남게 되는데, 이는 제품 자체의 재료 특성을 비균질(nonhomogeneous)하게 만들게 된다.
도 3은 본 발명의 파악부(130)를 나타낸 블럭도이다.
실제 환경에서 프린팅된 프린트 소재의 재료적 특성을 실제 프린팅 전에 파악하고 파악된 재료적 특성을 이용해서 변형 에러(19)를 확인하기 위해, 파악부(130)는 모델 수단(131), 모의 수단(135) 및 예상 수단(139)을 포함할 수 있다.
모델 수단(131)은 한 층씩 프린팅된 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure) 간의 결합력을 모델링할 수 있다. 모델 수단(131)은 마이크로 스트럭쳐(15) 간 결합력의 모델링을 이용해서 제1 대상물(10)의 이방성을 규정, 정의, 설정, 산출할 수 있다.
모의 수단(135)은 이방성이 반영된 상태에서 제1 코드에 따라 제1 대상물(10)이 생성되는 과정을 가상 공간에서 시뮬레이션할 수 있다.
예상 수단(139)은 시뮬레이션 중 이방성의 반영으로 인해 제1 대상물(10)이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러(19)를 파악할 수 있다. 예상 수단(139)은 변형 에러(19)의 양, 변형 에러(19)가 발생된 에러 위치 등을 보정부(150)로 전달할 수 있다.
모델 수단(131)은 3D 프린터(200)에 의해 시간의 순서에 따라 프린팅되는 프린트 소재의 파티클 간의 결합 상태를 모델링할 수 있다.
모델 수단(131)은 파티클 간의 열 결합 상태를 모델링하는 열 모델 수단(133), 파티클 간의 구조 결합 상태를 모델링하는 구조 모델 수단(132)을 포함할 수 있다.
열 모델 수단(133)은 파티클의 열 전달 계수, 파티클의 냉각에 따른 수축률 중 적어도 하나가 모델링된 열 본드 모델을 생성할 수 있다.
구조 모델 수단(132)은 3D 프린터(200)에 의해 한 층씩 프린팅된 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure) 간의 결합력이 모델링된 구조 본드 모델을 생성할 수 있다.
구조 모델 수단(132)은 구조 본드 모델의 해석 결과와 복수로 적층된 프린트 소재의 표준 시편에 대한 시험 데이터 간의 비교 분석을 통해 구조 해석에 필요한 제1 대상물(10)의 이방성을 규정할 수 있다.
도 4는 구조 본드 모델을 나타낸 개략도이다.
한 층씩 프린팅된 프린트 소재에 해당하는 마이크로 스트럭쳐(15) P 간의 결합력은 노멀 포스(normal force)와 시어 포스(shear force)가 합성된 것으로 나타낼 수 있다.
2개의 마이크로 스트럭쳐(15) P 각각의 벡터 xi, 벡터 xj를 이용해서, 시간적으로 먼저 프린팅된 마이크로 스트럭쳐(15)를 기준으로 시간적으로 뒤에 프린팅된 마이크로 스트럭쳐(15)의 변위를 벡터 uij로 나타낸다.
노멀 포스는 2개의 마이크로 스트럭쳐(15)가 서로 결합한 방향을 따라 움직인 변위(벡터 uij n)에 일반 탄성 계수 kn을 곱한 것일 수 있다.
시어 포스는 2개의 마이크로 스트럭쳐(15)가 서로 결합한 방향에 수직한 방향을 따라 움직인 변위(벡터 uij s)에 전단 탄성 계수 ks를 곱한 것일 수 있다.
구조 본드 모델이 유한 요소 해석과 이론적으로 동일하게 동작하도록, 구조 본드 모델은 결합 강도(bond stiffness)와 관련된 일반 탄성 계수 kn, 전단 탄성 계수 ks를 유한 요소 해석의 함수로 표현할 수 있다.
도 5는 열 본드 모델을 나타낸 개략도이다.
Ti의 온도를 갖는 파티클 P와 Tj의 오도를 갖는 파티클 P 사이의 열 전달이 규명되면, 프린트 소재의 프린팅 순서에 따라 이루어지는 냉각 현상을 해석할 수 있다.
인접한 파티클 간에 전달되는 열량을 계산하기 열 본드 모델은 각 파티클 P 사이의 열 저항에 해당하는 컨덕턴스 Kij를 규정할 수 있다.
컨덕턴스 Kij는 각 파티클 P 내에서 전도되는 열 저항과 관련된 컨덕턴스 및 각 파티클의 접촉면에 형성된 열 저항과 관련된 컨덕턴스를 포함할 수 있다.
각 파티클의 표면에 이루어지는 표면 냉각은 자연 대류 냉각이 적용될 경우 열 전달 계수 h = 5W/m2K로 규정될 수 있다.
구조 본드 모델과 열 본드 모델을 이용하면, 프린트 소재가 가상 공간에서 한 층씩 프린팅되며 제1 대상물(10)을 형성하는 시뮬레이션에 프린트 소재의 잔류 응력 또는 열 변형 등이 반영될 수 있다. 잔류 응력 또는 열 변형은 변형 에러(19)를 유발하는 원인이 되므로, 모의 수단(135)에서 이루어지는 제1 대상물(10)의 제작 시뮬레이션 과정에 변형 에러(19)가 나타날 수 있다. 변형 에러(19)는 보정부(150)에 의해 해소될 수 있다.
한편, 제1 대상물(10)은 수많은 프린트 소재 입자를 포함할 수 있다. 이때, 각 입자를 대상으로 모델링 및 해석이 이루어지면, 천문학적인 연산 시간이 소요될 수 있다.
마이크로 스트럭쳐(15) 간의 결합력, 잔류 응력, 열 변형 등이 반영된 상태로 제1 대상물(10)이 형성되는 시뮬레이션 시간을 줄이는 방안이 마련될 수 있다.
일 예로, 모의 수단(135)은 제1 대상물(10)을 형성하는 최소 단위로 제1 대상물(10)의 파티클을 대신해서 복셀(11)(voxel)을 설정할 수 있다. 이때, 복셀(11)은 복수 층으로 적층된 프린트 소재를 포함할 수 있다.
제1 대상물(10)의 파티클은 제1 대상물(10)을 구성하는 최소 단위일 수 있다. 파티클은 3D 프린터(200)의 노즐로부터 출력된 프린트 소재의 입자를 지칭할 수 있다. 또는 파티클은 3D 프린터(200)로부터 출력된 프린터 소재의 1개 층의 두께를 각 변의 길이 또는 직경으로 하는 입체 도형을 지칭할 수 있다.
도 6은 복셀(11)을 나타낸 개략도이고, 도 7은 복셀(11)이 적용된 제1 대상물(10)을 나타낸 개략도이다.
도 6의 (a)에 도시된 모아이(Moai) 형상의 제1 대상물(10)은 도 6의 (b)와 같이 1개 층의 두께를 갖는 파티클이 노즐의 진행 경로 path를 따라 배열된 것으로 모델링될 수 있다.
도 6의 (b)와 같이 파티클 단위로 모델링된 경우 구조 본드 모델 또는 열 본드 모델의 연산에 많은 시간이 소요될 수 있다. 모델링 해석에 소요되는 시간을 단축시키기 위해 도 6의 (c)와 같이 복셀(11) 단위로 제1 대상물(10)을 모델링할 수 있다.
일 예로, 도 6에서는 정육면체 형상으로 복셀(11)을 형성하고 있다. 복셀(11)에는 복수개의 층으로 적층된 파티클이 포함될 수 있다. 모의 수단(135)은 복셀(11)을 이용해서 제1 대상물(10)이 가상 공간에 형성되는 과정을 시뮬레이션할 수 있다.
도 7에 도시된 복셀(11)로 표현된 제1 대상물(10)은 도 2의 (a)에 도시된 파티클로 표현된 제1 대상물(10)과 비교하여 표면이 투박하기는 하지만, 변형 에러(19)의 파악에는 별다른 무리가 없다. 복셀(11)에 따르면, 변형 에러(19)를 파악하기 위한 시뮬레이션 시간이 대폭 단축될 수 있다.
실험 결과, 파티클이 적용된 시뮬레이션은 가상 공간에서 제1 대상물(10)의 제작이 완료될 때까지 대략 16시간 정도가 소요되었다. 반면, 복셀(11)이 적용된 시뮬레이션은 가상 공간에서 제1 대상물(10)의 제작이 완료될 때까지 1.5시간 정도가 소요되었다. 제1 대상물의 종류 및 복셀의 규격에 따라 달라질 수 있으나, 대체로 복셀이 적용되면 수배에서 수십배의 속도 개선 효과가 나타나는 것으로 확인되었다.
도 8은 파티클을 복셀화하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 실제 3D 프린터(200)는 1개 층씩 프린트 소재를 적층해가면서 제1 대상물(10)을 형성할 수 있다.
3D 프린터(200)의 노즐 이동 방향은 제n 층(여기서, n은 자연수이다)을 적층할 때와 제n+1 층을 적층할 때 다를 수 있다. 왜냐하면, 각 층 간의 결합력 등을 개선하기 위해서이다.
일 예로, 도 8의 (b)와 같이 3D 프린터(200)는 43층(Layer 43)의 프린트 소재 적층 방향과 44층(Layer 44)의 프린트 소재 적층 방향이 서로 교차하도록 움직일 수 있다.
도 8의 (c)는 각 층마다 교차하게 적층된 프린트 소재를 육면체 형태로 절단한 상태이다. 1개 층의 프린트 소재를 마이크로 스트럭쳐(15)로 설정한 경우, 도 8의 (c)는 복수의 마이크로 스트럭쳐(15)가 복수로 적층된 상태로 표현될 수 있다. 이와 다르게 복수 층으로 적층된 프린트 소재의 집합을 마이크로 스트럭쳐(15)로 표현해도 무방하다.
각 층마다 교차하게 적층된 프린트 소재가 입체 도형의 형태로 절단되거나 구분될 때, 도 8의 (d)와 같이 해당 입체 도형이 복셀(11)이 될 수 있다.
파티클이 기하학적으로 복셀(11)로 변환되면, 파티클은 정상적인 모델링/해석/시뮬레이션을 위해 물성적으로도 복셀(11)로 변환되어야 한다. 즉, 대상물 분석의 최소 단위로 파티클을 대신해서 복셀(11)을 적용하기 위해서는 복셀(11)의 특성이 규정될 필요가 있다.
모의 수단(135)은 시간에 따른 파티클의 응고 상태, 파티클의 수축 상태, 각 파티클 간의 결합 상태 중 적어도 하나의 특성을 복셀(11)의 물성 변화, 복셀(11)의 부피 변화, 각 복셀(11) 간의 결합력 변화 중 하나로 구현할 수 있다.
마이크로 스트럭쳐(15)의 생성 시간을 평균해서 복셀(11)의 생성 과정에 대입하면 결합 순서에 따른 이방성이 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 3D 프린팅 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다. 도 9는 본 발명의 3D 프린팅 방법을 나타낼 수 있다.
제1 코드에 따라 제1 대상물(10)이 형성되는 과정을 가상 공간 상에서 시뮬레이션하는 모의 수단(135)은 제1 대상물(10)의 파티클 간의 결합 강도를 계산하거나 구성할 수 있다(S 551).
모의 수단(135)은 3D 프린터(200)의 프린팅 경로에 따라 파티클이 포함된 복셀(11) 등의 해석 요소를 자동으로 생성할 수 있다(S 552).
모의 수단(135)은 제1 대상물(10)의 경계 조건 또는 해석 요소의 경계 조건을 적용할 수 있다(S 553).
모의 수단(135)은 해석 요소에 작용되는 힘을 계산할 수 있다(S 554).
모의 수단(135)은 해석 요소의 변형량 또는 각 해석 요소의 변위를 계산할 수 있다(S 555).
모의 수단(135)은 해석 요소의 스트레인(strain tensor) 텐서 또는 스트레스 텐서(stress tensor)을 계산할 수 있다(S 556). 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서는 해석 요소에 작용되는 힘을 계산하는 단계(S 554)로 피드백될 수 있다.
파악부(130), 구체적으로 예상 수단(139)은 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서를 이용해 변형 에러(19)를 파악할 수 있다. 일 예로, 예상 수단(139)은 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서가 기설정된 설정값을 초과하면 변형 에러(19)가 발생된 것으로 파악할 수 있다. 다른 예로, 예상 수단(139)은 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서로 인해 변형된 제1 대상물(10)을 초기 제1 대상물(10)의 디자인과 비교하고, 둘 사이의 변형량이 설정값을 초과하면 변형 에러(19)가 발생된 것으로 파악할 수 있다.
모델 수단(131), 구체적으로 구조 모델 수단(132)은 한 층씩 프린팅된 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터를 파악할 수 있다(S 521). 또한, 모델 수단(131)은 구조 본드 모델의 해석 결과와 복수로 적층된 프린트 소재의 표준 시편에 대한 시험 데이터 간의 비교 분석을 통해 구조 해석에 필요한 제1 대상물(10)의 이방성을 규정할 수 있다(S 521).
모델 수단(131)은 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터, 제1 대상물(10)의 이방성을 이용해서 마이크로 스트럭쳐(15) 간의 결합력을 모델링할 수 있다(S 522).
모의 수단(135)은 마이크로 스트럭쳐(15) 간의 결합력이 모델링된 구조 본드 모델을 이용해서 제1 대상물(10)의 파티클 간의 결합 강도를 구성할 수 있다(S 551).
모의 수단(135)은 마이크로 스트럭쳐(15)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터를 이용해서 3D 프린터(200)의 프린팅 경로에 따라 파티클이 포함된 해석 요소를 자동으로 생성할 수 있다(S 552). 마이크로 스트럭쳐(15)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터가 없다면, 모의 수단(135)은 복셀(11)을 어떤 규격으로 형성할지, 복셀(11)을 어떻게 쌓아갈지 결정할 수 없을 것이다.
모의 수단(135)은 제1 데이터의 파티클이 포함된 복셀(11) 등의 해석 요소를 3D 프린터(200)의 프린팅 경로를 따라 자동으로 생성할 수 있다.
모델 수단(131), 구체적으로 열 모델 수단(133)은 프린팅 순서에 따른 냉각 해석(S 532)이 포함된 해석 요소의 열 변형량을 계산할 수 있다(S 531).
열 모델 수단(133)에서 계산된 열 변형량은 모의 수단(135)에 의해 해석 요소의 변형량 또는 각 해석 요소의 위치 변화를 계산하는데에 이용될 수 있다(S 555).
열 변형 등이 반영된 제1 대상물(10)의 시뮬레이션 결과는 보정부(150) 또는 표시부(170)로 전달될 수 있다.
보정부(150)로 전달된 시뮬레이션 결과는 변형 에러(19)가 보정된 제2 코드의 생성에 이용될 수 있다.
표시부(170)로 전달된 시뮬레이션 결과는 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 표시될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...제1 대상물 11...복셀
15...마이크로 스트럭쳐 30...디자인부
50...변환부 70...3DP 컨트롤러
110...획득부 130...파악부
131...모델 수단 132...구조 모델 수단
133...열 모델 수단 135...모의 수단
139...예상 수단 150...보정부
170...표시부 200...3D 프린터

Claims (12)

  1. 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부;
    상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;
    상기 변형 에러가 보정된 제2 코드를 생성하는 보정부;를 포함하고,
    상기 파악부는 상기 변형 에러가 예상되는 에러 위치를 파악하고,
    상기 보정부는 상기 제1 코드를 분석해서 상기 에러 위치에 프린트 소재를 프린팅하도록 상기 3D 프린터를 제어하는 에러 명령어를 파악하며,
    상기 보정부는 상기 에러 명령어 앞에 위치하는 다른 명령어와 상기 에러 명령어 사이에 쉼 명령어를 추가하고,
    상기 쉼 명령어는 상기 에러 위치에 대한 프린팅을 설정 시간 동안 정지시키며, 상기 설정 시간이 경과되면 상기 에러 명령어가 실행되도록 하는 3D 프린팅 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부;
    상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;를 포함하고,
    상기 파악부는 모델 수단 및 모의 수단을 포함하고,
    상기 3D 프린터가 한 층씩 프린트 소재를 적층시켜 가며 상기 제1 대상물을 형성할 때,
    상기 모델 수단은 한 층씩 프린팅된 상기 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(micro structure) 간의 결합력을 모델링하고, 상기 모델링을 이용해서 상기 제1 대상물의 이방성을 규정하며,
    상기 모의 수단은 상기 이방성이 반영된 상태에서 상기 제1 코드에 따라 상기 제1 대상물이 생성되는 과정을 가상 공간에서 시뮬레이션하는 3D 프린팅 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변형 에러가 보정된 제2 코드를 생성하는 보정부;를 포함하고,
    상기 파악부는 예상 수단을 포함하고,
    상기 예상 수단은 상기 시뮬레이션 중 상기 이방성의 반영으로 인해 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 상기 변형 에러를 파악하며, 상기 변형 에러가 발생된 에러 위치를 상기 보정부로 전달하며,
    상기 보정부는 상기 에러 위치를 이용해서 상기 제2 코드를 생성하는 3D 프린팅 장치.
  7. 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부;
    상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;를 포함하고,
    상기 파악부는 상기 3D 프린터에 의해 시간의 순서에 따라 프린팅되는 프린트 소재의 파티클 간의 결합 상태를 모델링하는 모델 수단을 포함하고,
    상기 모델 수단은 상기 파티클 간의 열 결합 상태를 모델링하는 열 모델 수단, 상기 파티클 간의 구조 결합 상태를 모델링하는 구조 모델 수단을 포함하며,
    상기 열 모델 수단은 상기 파티클의 열 전달 계수, 상기 파티클의 냉각에 따른 수축률 중 적어도 하나가 모델링된 열 본드 모델을 생성하고,
    상기 3D 프린터가 한 층씩 프린트 소재를 적층시켜 가며 상기 제1 대상물을 형성할 때,
    상기 구조 모델 수단은 한 층씩 프린팅된 상기 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(micro structure) 간의 결합력이 모델링된 구조 본드 모델을 생성하며,
    상기 구조 모델 수단은 상기 구조 본드 모델의 해석 결과와 복수로 적층된 상기 프린트 소재의 표준 시편에 대한 시험 데이터 간의 비교 분석을 통해 구조 해석에 필요한 상기 제1 대상물의 이방성을 규정하는 3D 프린팅 장치.
  8. 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부;
    상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;를 포함하고,
    상기 파악부는 상기 제1 대상물을 형성하는 최소 단위로 상기 제1 대상물의 파티클을 대신해서 복셀(voxel)을 설정하는 모의 수단을 포함하고,
    상기 3D 프린터가 한 층씩 프린트 소재를 적층시켜 가며 상기 제1 대상물을 형성할 때, 상기 복셀은 복수 층으로 적층된 프린트 소재를 포함하며,
    상기 모의 수단은 상기 복셀을 이용해서 상기 제1 대상물이 가상 공간에 형성되는 과정을 시뮬레이션하는 3D 프린팅 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모의 수단은 시간에 따른 상기 파티클의 응고 상태, 상기 파티클의 수축 상태, 각 파티클 간의 결합 상태 중 적어도 하나의 특성을 상기 복셀의 물성 변화, 상기 복셀의 부피 변화, 각 복셀 간의 결합력 변화 중 하나로 구현하는 3D 프린팅 장치.
  10. 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부;
    상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;를 포함하고,
    상기 파악부는 상기 제1 코드에 따라 상기 제1 대상물이 형성되는 과정을 가상 공간에서 시뮬레이션하는 모의 수단을 포함하고,
    상기 모의 수단은,
    상기 제1 대상물의 파티클 간의 결합 강도를 구성하며,
    상기 3D 프린터의 프린팅 경로에 따라 상기 파티클이 포함된 해석 요소를 자동으로 생성하고,
    상기 제1 대상물의 경계 조건 또는 상기 해석 요소의 경계 조건을 적용하며,
    상기 해석 요소에 작용되는 힘을 계산하고,
    상기 해석 요소의 변형량 또는 각 해석 요소의 변위를 계산하며,
    상기 해석 요소의 스트레인(strain tensor) 텐서 또는 스트레스 텐서(stress tensor)를 계산하고,
    상기 파악부는 상기 스트레인 텐서 또는 상기 스트레스 텐서를 이용해 상기 변형 에러를 파악하는 3D 프린팅 장치.
  11. 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부;
    상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;를 포함하고,
    상기 파악부는 모델 수단 및 모의 수단을 포함하고,
    상기 3D 프린터가 한 층씩 프린트 소재를 적층시켜 가며 상기 제1 대상물을 형성할 때,
    상기 모델 수단은 한 층씩 프린팅된 상기 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(micro structure)의 기하학적 데이터와 상기 제1 대상물의 기하학적 데이터를 이용해서 상기 마이크로 스트럭쳐 간의 결합력을 모델링하며,
    상기 모의 수단은 상기 마이크로 스트럭쳐 간의 결합력이 모델링된 구조 본드 모델을 이용해서 상기 제1 대상물의 파티클 간의 결합 강도를 구성하며,
    상기 모의 수단은 상기 마이크로 스트럭쳐의 기하학적 데이터와 상기 제1 대상물의 기하학적 데이터를 이용해서
    상기 3D 프린터의 프린팅 경로에 따라 상기 파티클이 포함된 해석 요소를 자동으로 생성하는 3D 프린팅 장치.
  12. 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부;
    상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정 전에 파악하는 파악부;를 포함하고,
    상기 파악부는 모델 수단 및 모의 수단을 포함하고,
    상기 모의 수단은 상기 제1 대상물의 파티클이 포함된 해석 요소를 상기 3D 프린터의 프린팅 경로를 따라 자동으로 생성하며,
    상기 모델 수단은 프린팅 순서에 따른 냉각 해석이 포함된 상기 해석 요소의 열 변형량을 계산하고,
    상기 모의 수단은 상기 열 변형량을 이용해서 상기 해석 요소의 변형량 또는 각 해석 요소의 위치 변화를 계산하는 3D 프린팅 장치.
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