KR101978996B1 - 서포터 최소화를 위한 3d프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서포터 최소화를 위한 3D프린터에 관한 것으로, 3D 프린터의 제작물 프린팅 시 서포터의 개수를 최소화 할 수 있도록 프린팅 함으로써 재료비 절감 및 프린팅 실패율을 최대한 저감시킬 수 있는 서포터 최소화를 위한 3D프린터가 개시된다.

Description

서포터 최소화를 위한 3D프린터{A 3D Printer For Minimum Support}

본 발명은 서포터 최소화를 위한 3D프린터에 관한 것으로, 3D 프린터의 조형물 출력에 있어서 안정적인 출력을 위하여 추가 삽입되는 서포터를 최소화할 수 있는 서포터 최소화를 위한 3D프린터에 관한 것이다.

3D 프린터는 3차원 형상을 제작하는 장치로서, 1980년대 미국의 한 회사에서 플라스틱 액체를 굳혀 입체 물품을 만들어내는 프린터를 시초로 하여 개발되었다. 초기에는 3D 프린터와 관련된 높은 생산 비용 및 지적재산권 등의 이유로 항공이나 자동차 산업 등에서 시제품을 만드는 용도로 제한적으로 사용되었으나, 최근 몇 년 사이에 3D 프린터를 제작하는 비용이 급격히 떨어지고 지적재산권의 행사 기간이 종료됨에 따라 본격적으로 개발되어 보급되고 있다.

3D 프린터의 종류는 대표적으로 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식, DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다. FDM 방식의 3D 프린터는 필라멘트를 고온에서 녹여 노즐 구멍을 통해 필라멘트를 짜내고 적층하여 형상을 만드는 방식으로, 구조와 프로그램이 간단하고 장비의 가격과 유지보수 비용이 낮은 장점이 있으나, 층층이 쌓은 형태가 그대로 드러나 마감 품질이 떨어지고 적층 방향으로 강도가 약하며 제작 속도가 느린 단점이 있다. SLS 방식은 분말 형태의 재료를 특정 부분만 선택적으로 가열하여 굳어지도록 하고 분말 내의 받침대가 이동하여 출력물을 층층이 쌓아가는 방식으로, 분말을 재료로 사용하여 지지 구조가 불필요하며 이로 인해 설계가 자유로운 장점이 있으나, 비교적 시간이 오래 걸리고 장비가 고가라는 단점이 있다. SLA 방식의 3D 프린터는 광경화성 액체 수지를 이용하여 액체 수지 내에서 받침대가 이동하며 경화된 수지의 층을 한층 한층 쌓아가는 방식으로, 효율적인 적층 속도와 정밀도가 높은 장점이 있으나, 서포터 생성시간이 부가적으로 들어가며 재료, 장비 및 유지보수 비용이 비싼 단점이 있다. DLP 방식은 레진이 담긴 수조에 UV 광원을 비춰 레진을 경화시켜 출력물을 형성하는 방식으로, 면 단위 조형을 하기 때문에 비교적 조형 속도가 빠르고 정밀도가 높은 장점이 있으나, 제작 가능한 조형물의 크기가 제한적이고 레진이 고가라는 단점이 있다. 한국특허공개 제2016-0128963호("광 조형 방식 3D 프린터의 적층방법", 2016.11.08)에는 SLA 방식, DLP 방식의 3D 프린터 기술이 잘 개시되어 있다.

앞서 설명한 여러 방식들 중 DLP 방식의 3D 프린터의 경우 상술한 바와 같은 장단점으로 인하여, 대량생산 공정에는 적합하지 않겠으나, 의료적 보형물 등과 같이 비교적 소형이면서 복잡한 형상의 제작물을 주로 제작하는 경우에는 매우 적합하다. 이에 특히 의료계 등과 같은 실무 현장에서 DLP 방식의 3D 프린터의 사용이 점차 늘어나고 있다.

한편, DLP 방식의 3D 프린터 또한 프린팅 할 모델링의 형상에 따라 서포터를 추가적으로 형성해야 하는데, 이러한 서포터의 위치 및 형상은 온전히 제작자의 경험에 따라 추가 형성하고 있어, 서포터를 적절하게 추가 형성하지 못하는 경우 제작물의 프린팅이 실패하는 등의 문제가 있어왔다.

상세히, 모델링의 상측 단부가 단일 형상이 아닌 높이가 서로 다른 다수의 단부로 형성된 경우, 높이가 가장 높은 단부는 스테이지에 접착되어 프린팅 되기에 지지 될 수 있지만, 그 이외의 상측 단부들은 프린팅 과정에서 지지되지 못하기 때문에 높이가 가장 높은 단부의 높이에 맞게 추가적인 서포터를 형성해야했고, 이러한 사실을 모르는 초보 사용자들은 제작물의 프린팅 실패로 이어졌다.

또한, 서포터를 적절히 형성한다고 하더라도 서포터 형성에 많은 재료가 소비되는 아쉬움이 있어왔다.

따라서 서포터를 최소화 할 수 있는 3D 프린터의 개발이 시급한 실정이다.

1. 한국공개특허공보 제10-2018-0101732호("서포터 없는 광경화 방식 3D 프린터") 2. 한국공개특허공보 제10-2016-0082294호("서포터 자동제거장치가 구비되는 3D 프린터") 3. 한국등록특허공보 제10-1619696호("3D 프린터")

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 3D 프린터의 제작물 프린팅 시 서포터의 개수를 최소화 할 수 있도록 프린팅 함으로써 재료비 절감 및 프린팅 실패율을 최대한 저감시킬 수 있는 서포터 최소화를 위한 3D프린터를 제공함에 있다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 서포터 최소화를 위한 3D프린터는 스테이지; 프린팅 할 제작물의 3D모델링이 저장되는 저장부; 상기 3D모델링의 형상에 따라 상기 제작물의 적층방향을 결정하는 제어부; 상기 적층방향을 따라 상기 3D모델링을 일정 간격으로 자른 다수의 단면이미지를 생성하는 이미지제공부; 상기 단면이미지에 대응하는 형상의 레이어를 상기 스테이지 일측에 프린팅 하는 레이어형성부; 및 상기 스테이지의 상하방향 위치를 조절하여 상기 레이어가 순차적으로 적층되도록 하는 상하조절유닛과, 상기 레이어의 적층방향을 조절하는 각도조절유닛을 포함하는 조절부;를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 이미지제공부와, 레이어형성부와, 조절부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상세히, 상기 레이어형성부는, 광경화성 수지가 수용되며, 바닥면이 광투과성 재질로 형성된 수조와, 상기 단면이미지에 대응하는 광을 상기 수조 바닥면에 조사하여, 상기 광경화성 수지를 경화시킴으로써 상기 스테이지 하측에 상기 레이어가 프린팅 되도록 하는 광조사수단을 포함하되, 상기 스테이지는 상기 상하조절유닛에 의해 상하방향으로 조절되며, 상기 레이어는 상기 스테이지에 부착되어 적층되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 적층방향은 적어도 서로 다른 두 방향을 포함하고, 상기 레이어의 적층방향에 따라 상기 각도조절유닛은 상기 스테이지를 회전시키고, 상기 제어부는, 상기 스테이지를 소정 구간 상측으로 이동시키면서 상기 광조사수단을 구동하여, 상기 레이어가 제1 적층방향으로 적층되도록 하고, 상기 제1 적층방향의 적층이 완료된 후 상기 각도조절유닛을 통해 상기 스테이지를 소정 각도 회전시고 상기 스테이지를 상하방향으로 이동시키면서 상기 광조사수단을 구동하여, 상기 레이어가 상기 제1 적층방향과 다른 방향으로 적층되도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 상하조절유닛은, 상하로 길게 형성된 지지기둥과, 상기 지지기둥을 따라 상하로 슬라이딩하는 슬라이딩블럭을 포함하고, 상기 각도조절유닛은, 상기 스테이지 상측으로 길게 연장형성된 연장바와, 상기 슬라이딩블럭과 상기 연장바를 서로 연결하되, 상기 스테이지가 상기 슬라이딩블럭과 상기 연장바의 연결부위를 중심으로 회전하도록 하는 회전수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 지지기둥 일측에는 레크가 형성되며, 상기 슬리이딩블럭 내부에는 상기 레크와 치합되도록 결합되는 피니언 및 상기 피니언을 회전시키는 제1 모터를 포함하고, 상기 회전수단에는 상기 연장바와 스테이지를 상기 슬라이딩블럭을 회전축으로 회전시키는 제2 모터가 포함된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이미지제공부는, 상기 3D모델링에서 제1적층방향을 기준으로 높이가 가장 높은 제1고점과 상기 제1고점 다음으로 높은 지점인 제2고점을 파악하고, 상기 3D모델링의 상기 제1고점에서 상기 제2고점까지를 상기 제1적층방향을 따라 상기 제1적층방향에 수직한 평면으로 자른 다수의 단면이미지를 생성하며, 상기 제1적층방향을 기준으로 상기 제2고점 아래의 구간에 대해서는 상기 제2고점을 중심으로 일정 각도단위로 회전한 평면으로 자른 다수의 경사단면이미지를 생성하고, 상기 제어부는, 상기 제1고점에서 상기 제2고점 사이의 구간은 상기 단면이미지에 대응되는 레이어가 상기 스테이지에 부착되도록 프린팅하고, 상기 제2고점 아래의 구간은 상기 각도조절유닛을 통해, 상기 스테이지를 일정 각도단위로 회전시켜, 상기 경사단면이미지를 따라 상기 레이어를 적층하는 것을 특징으로 한다.

또는 상기 이미지제공부는, 상기 3D모델링 외면에 형성되는 다수의 에지점 중 적어도 둘 이상의 상기 에지점과 접하도록 형성되는 다수의 접면 중 어느 하나를 기준면으로 설정하고, 상기 기준면을 기준으로 상기 기준면과 수직한 방향을 따라 상기 3D모델링을 상기 기준면과 수평한 평면으로 잘라 다수의 상기 단면이미지를 생성하고, 상기 제어부는, 상기 제작물의 프린팅 시 상기 기준면과 대응하는 면이 상기 스테이지에 접하여 프린팅 되도록 상기 3D모델링을 회전시켜 프린팅 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 이미지제공부는, 상기 각 접면에 포함된 상기 에지점 서로간의 거리가 가장 멀게 배치된 접면을 상기 기준면으로 설정하는 것을 특징으로 한다,

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 서포터 최소화를 위한 3D프린터는 각도조절유닛을 통해 레이어 적층방향을 가변시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 이미지제공부를 통해 서포터를 최소한으로 형성할 수 있도록 하는 적층방향의 가변 기점을 자동으로 모색하여 프린팅 할 수 있는 효과가 있다.

혹은, 이미지제공부를 통해 서포터를 최소한으로 형성할 수 있는 프린팅 기준면을 자동으로 모색하여 프린팅 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기준면 설정 시 각 접면에 포함된 에지점 간의 거리가 가장 멀게 배치된 접면을 기준면으로 설정함으로써, 제작물의 무게를 최대한 분배하여 파손의 위험을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 DLP방식 3D프린터를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 DLP방식 3D프린터의 일부분을 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터의 일부분을 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터에 의해 제작물이 프린팅 되는 모습을 도시한 정면도이다.
도 5는 이미지제공부에 의해 3D모델링으로부터 단면이미지 및 경사단면이미지를 생성하는 모습을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터가 제작물을 프린팅 하는 과정을 도시한 블록도이다.
도 7은 종래의 3D프린터와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 제작물 제작과정을 도시한 순서도이다.
도 8은 이미지제공부에 의해 기준면이 설정되는 모습을 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터가 제작물을 프린팅 하는 과정을 도시한 블록도이다.
도 10은 종래의 3D프린터와 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 3D 프린터의 제작물 제작과정을 도시한 순서도이다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D프린터는 종래의 DLP 방식의 3D프린터(1)에 일부 구성 및 기능이 추가된 것으로, 종래의 DLP 방식의 3D프린터(1)를 도 1 내지 도 2를 참조하여 먼저 살펴보도록 한다.

종래의 DLP 방식의 3D프린터(1)는 크게 저장부(미도시)와, 이미지제공부(미도시)와, 스테이지(10)와, 레이어형성부(30)와, 조절부(50) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

먼저, 제어부는 각부 구성을 제어하기 위한 구성이며, 저장부는 프린팅 할 제작물의 3D모델링이 저장되기 위한 구성이다.

이미지제공부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 저장부로부터 저장된 3D모델링을 수신하여 3D모델링을 일 방향을 따라 일정 간격으로 자른 단면이미지를 생성한다. 이미지제공부에서 생성한 단면이미지는 후술할 레이어형성부에서 레이어를 형성할 때 사용되는데, 이는 후술할 레이어형성부(30)의 설명에서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

스테이지(10)는 제작물이 형성 및 부착되어 프린팅 되는 구성으로, 상기 조절부(50)에 포함된 상하조절유닛(51)에 의해 상하방향으로 이동될 수 있다.

레이어형성부(30)는 수조(31)와 광조사수단(미도시)을 포함하는데, 먼저 수조(31)는 상기 스테이지(10) 하측에 마련된 하우징(35) 상단에 마련되며, 바닥면이 광투과성 재질로 형성된다.

이때, 상기 하우징(35)은 수조(31)의 바닥면이 배치된 부위에 빛이 통과할 수 있는 홀이 형성된다.

상기 광조사수단은 상기 하우징(35) 내부에 마련된다. 그리고 상기 광조사수단에서 조사한 빛을 상기 홀을 통해 수조(31) 바닥면으로 반사시킬 수 있도록 하는 DMD(Digital Mirror Device)가 마련된다.

즉, 상기 광조사수단과 DMD는 상기 이미지제공부에서 생성한 각 단면이미지 형상에 대응되는 빛이 상기 수조(31)의 바닥면으로 조사될 수 있도록 하는데, 상기 수조(31) 내부에 수용된 광경화성 수지는 빛을 받을 시 경화되므로, 조사된 빛의 형상 즉, 상기 단면이미지에 대응되는 모양으로 경화되어 하나의 레이어가 프린팅 되는 것이다.

여기서, 상기 스테이지(10)는 최초의 레이어 프린팅 시 상기 수조(31)의 바닥면과 레이어 하나의 두께만큼 소정간격 이격되도록 배치되며, 이에 따라 상기 스테이지(10) 하면은 상기 광경화성수지에 담긴 상태로 위치된다. 그리고 최초로 출력된 레이어는 경화 시 상단이 상기 스테이지(10) 하면에 부착되도록 출력되는데, 상기 조절부(50)의 상하조절유닛(51)은 하나의 레이어 프린팅 시 상기 레이어 하나의 높이만큼 상기 스테이지(10)를 상측으로 이송시키고 다음 레이어를 프린팅 한다.

이때, 새로 프린팅 된 레이어는 직전에 프린팅 된 레이어의 하면에 부착되어 프린팅 됨은 물론이다.

정리하면, 종래의 DLP 방식의 3D프린터(1)은 먼저 제어부에 의해 상기 저장부에 저장된 3D모델링을 상기 이미지 제공부로 전달하여 단면이미지를 생성한다. 다음 상기 제어부는 상기 각도조절유닛(530)을 제어하여 상기 스테이지(10)이 수조(31) 하면으로부터 하나의 레이어 두께에 대응하는 길이만큼 이격되는 위치에 위치하게끔 한 상태에서 상기 광조사수단 및 DMD로 하여금 상기 단면이미지 중 3D모델링의 일단의 단면이미지에 대응되는 빛을 상기 수조(31) 바닥면으로 조사하게끔 하여 첫 번째 레이어의 상면이 상기 스테이지에 부착된 상태로 프린팅 되도록 한다. 다음, 상기 제어부는 상기 상하조절유닛(51)을 제어하여 상기 스테이지(10)를 하나의 레이어 두께에 대응되는 길이만큼 상측으로 이동시키고, 상기 광조사수단 및 DMD로 하여금 상기 일단 단면이미지 다음 순번의 단면이미지에 대응되는 빛을 상기 수조(31)에 조사하여 두 번째 레이어를 생성한다. 이러한 과정을 반복하여 각 단면이미지에 대응되는 레이어들이 적층되어 마지막 단면이미지에 대응되는 레이어 까지 생성되면 제작물의 제작이 완성되는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D프린터는 상술한 종래의 DLP 방식의 3D프린터(1) 구성을 모두 포함하되, 상기 이미지제공부와, 조절부(50) 및 제어부의 제어과정이 일부 변경된 것으로, 앞서 설명한 구성과 동일한 구조 및 작동을 하는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

먼저, 구조적으로 변경된 부분인 조절부(500)를 먼저 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조절부(500)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상하조절유닛(510)과 각도조절유닛(530)이 포함된다.

상세히, 상기 상하조절유닛(510)은 상기 하우징(35) 상단에 상하로 길게 형성되며, 상기 수조가 배치된 측 측면에 레크(미도시)가 형성된 지지기둥(511)과, 상기 지지기둥(511)을 따라 상하로 슬라이딩하며, 내부에 상기 레크와 치합되게 형성되는 피니언 및 상기 피니언을 회전시키는 제1 모터가 구비된 슬라이딩블럭(513)을 포함한다.

상기 상하조절유닛(510)은 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 상기 제1 모터가 구동됨에 따라 상기 피니언기어가 회전함으로써 슬라이딩블록(513)이 상기 레크를 따라 상하로 이동되는 것이다.

각도조절유닛(530)은 상기 스테이지 상측으로 길게 형성된 연장바(531)와, 상기 연장바(531)의 후방면이 상기 슬라이딩블럭(513) 전방면에 연결되도록 하되, 상기 연장바(531) 및 스테이지(10)이 상기 슬라이딩블럭(513)과 상기 연장바(531)의 연결부위를 중심으로 회전하도록 하는 회전수단을 포함한다. 여기서 상기 회전수단이란, 연장바(531) 후측으로 길게 형성되며, 그 단부가 상기 슬라이딩블럭(513)에 회동 가능하도록 연결된 회전축(미도시)과, 상기 회전축을 회동시켜 상기 연장바(531) 및 스테이지(10)의 각도를 조절하는 제2 모터(미도시)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 각도조절유닛(530)의 구성을 통하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터(1000)는 수조(31) 바닥면과 상기 스테이지(10) 하면이 이루는 각도를 조절 할 수 있는 것이다.

이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터(1000)는 종래의 DLP방식 3D프린터와 달리 도 4에 도시된 바와 같이 상기 각도조절유닛(530)을 통해 스테이지(10)을 회전시킴으로써 레이어(L)의 적층 방향을 다양하게 가변시켜 적층할 수 있다. 즉, 레이어(L)의 적층 방향이 적어도 서로 다른 두 방향으로 제공되는 것이다.

한편, 종래의 DLP방식 3D프린터에 포함된 이미지제공부는 상기 3D모델링을 일방향을 따라 자른 단일 단면이미지만 생성하였다면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터(1000)에 포함된 이미지 제공부는 3D모델링을 분석하는 역할과 분석결과에 따라 맞춤식 단면이미지를 생성하는 역할을 수행한다.

도 5는 이미지제공부에 의해 3D모델링으로부터 단면이미지 및 경사단면이미지를 생성하는 모습을 도시한 개념도이다.

참고로, 도 5에 예시적으로 도시한 3D모델링(3D)의 형상은 이해를 돕기 위해 최대한 간단한 구조로 도시하였으며, 3D모델링(3D)을 측면도로 도시하였다.

상기 이미지제공부의 3D모델링(3D) 분석과정 및 맞춤식 단면이미지 생성과정을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지제공부는 상기 3D모델링(3D)을 분석하여 임의의 방향인 제1 적층방향(D1)을 기준으로 높이가 가장 높은 지점인 제1 고점(H1)과, 상기 제1 고점(H1) 다음으로 높은 지점인 제2 고점(H2)를 파악한다. 그리고 상기 제1 적층방향(D1)을 기준으로 제2 고점(H2) 상측 구간과 제2 고점(H2) 하측 구간으로 적층구간으로 나눈다.

제2 고점(H2) 상측 구간 즉, 상기 제1 고점(H1)에서 상기 제2 고점(H2) 사이 구간은 일정 간격으로 상기 제1 적층방향(D1)과 수직한 평면으로 자른 다수의 단면이미지를 생성하는데, 여기서 상기 일정 간격이라 함은 레이어 한 층의 두께에 대응하는 간격임이 바람직하다.

상기 제1 적층방향(D1)을 기준으로 상기 제2 고점(H2) 아래의 구간은 제2 고점(H2)를 중심으로 일정 각도단위로 회전한 평면으로 자른 다수의 경사단면이미지를 생성한다.

여기서, 상기3D모델링(3D)의 제1 적층방향(D1) 일단에 대응하는 단면이미지는 최초로 출력될 레이어인 제1 레이어에 대응되는 단면이미지이며, 그 외 단면이미지 및 경사단면이미지들은 서로 이웃하게 배치된 순서로 프린팅 됨은 물론이다.

제어부는 제2 고점(H2) 상측 구간에 대해서는 상기 이미지제공부로부터 단면이미지를 순차적으로 수신하고, 그에 대응하는 레이어를 프린팅 하도록 하는데, 이때, 상기 스테이지는 수조의 바닥면과 수평이 되도록 조절한 상태이다.

그리고 제1 레이어는 스테이지에 부착되도록 프린팅 될 것이며, 그 다음으로 프린팅되는 레이어들은 상기 제1 레이어 하측에 순차적으로 프린팅 되어 상기 제1적층방향으로 부착 및 적층될 것이다.

그리고 상기 제어부는 제2 고점(H2) 아래의 구간에 대해서는 이미지제공부로부터 경사단면이미지를 수신하여 각 경사단면이미지에 대응되는 모양으로 레이어를 프린팅 한다. 여기서 경사단면이미지에 대응되는 모양으로 프린팅 된 각 레이어들 또한 상기 제2 고점(H2) 상측 구간의 하단에 해당하는 레이어에 하면에 부착되어 프린팅 및 적층될 것이며, 상기 각도조절유닛은 상기 제어부의 제어에 의해 스테이지를 일정 각도단위로 회전시키고, 필요에 따라 상기 상하조절유닛은 상하방향으로 조절되며 프린팅 될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터(1000)를 통한 프린팅 방법을 도 6을 참고로 설명하면 다음과 같다.

(S01)단계에서 상기 제어부는 저장부에 저장된 3D모델링에서 임의의 방향을 제1 적층방향으로 설정한다.

다음, (S02)단계에서 상기 제어부는 이미지제공부로 하여금 상기 저장부에 저정된 3D모델링을 분석하여, 상기 제1적층방향을 기준으로 제1 고점과 제2고점을 파악하도록 한다.

다음, (S03)단계에서 상기 이미지제공부는 제1 적층방향을 기준으로 제2고점 상측 구간과 제2고점 하측구간으로 구간을 나눈다.

다음, (S04)단계에서 상기 이미지 제공부는 제2 고점 상측 구간에 대해서는 상기 단면이미지를 생성하고, 제2 고점 하측 구간에 대해서는 제2고점을 중심으로 일정 각도단위로 상기 3D모델링을 자른 경사단면이미지를 생성한다.

다음, (S05)단계에서 상기 이미지제공부는 단면이미지 및 경사단면이미지의 프린팅 순서를 설정한다. 상세히, 상기 이미지제공부는 상기 각 단면이미지 및 경사단면이미지 각각에 출력번호를 부여하여, 출력번호가 작은 번호부터 큰 번호로 출력되도록 할 수 있다.

다음, (S06)단계에서 상기 제어부는 상기 이미지제공부로부터 순서에 맞는 상기 단면이미지 또는 경사단면이미지를 수신한다. 여기서, 상기 제어부는 첫 레이어 즉, 상기 제1레이어를 프린팅 할 경우는 상기 이미지제공부로부터 출력번호가 가장 작은 번호에 해당하는 단면이미지를 수신하고, 수신한 출력번호는 프린팅이 종료되기 전 까지 임시저장 될 수 있다. 그리고 다음 레이어 출력 시 상기 제어부는 상기 이미지제공부에서 상기 임시저장 된 출력번호 다음으로 작은 출력번호에 해당하는 단면이미지 혹은 경사단면이미지를 수신할 수 있다.

다음, (S07)단계에서 상기 제어부는 앞서 (S06)단계에서 수신한 이미지가 단면이미지인지 경사단면이미지인지 파악하고, 수신한 이미지가 단면이미지인 경우에는 상기 상하조절유닛을 통해 상기 스테이지를 소정 간격 상측으로 이동시키고, 수신한 이미지가 경사단면이미지인 경우에는 상기 각도조절유닛을 조절하여 상기 제2고점이 형성될 방향으로 상기 스테이지를 소정 각도 회전시킨다.

다음, (S08)단계에서 상기 제어부는 상기 광조사수단으로 하여금 (S06)단계에서 수신한 단면이미지 또는 경사단면이미지에 해당하는 빛을 조사하도록 한다.

다음, (S09)단계에서 상기 제어부는 (S06)단계에서 수신한 단면이미지 또는 경사단면이미지의 출력번호와 상기 이미지제공부에 저장된 출력번호 중 가장 큰 출력번호를 서로 비교하여 서로 동일한 경우에는 프린팅을 종료하고 그렇지 않은 경우에는 상기 (S06)단계로 돌아가 다음 레이어를 프린팅 하도록 한다.

도 7은 종래의 3D프린터와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 제작물 제작과정을 도시한 순서도이다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 종래의 DLP 방식의 3D프린터는 상기 제2고점에 해당하는 부위에 별도의 서포터(S)를 프린팅 할 필요가 있었으며, 이에 따라 광경화성 수지의 소모가 많은 문제와, 프린팅한 제작물(F)에서 서포터(S)를 잘라주는 추가 작업이 필요하여 제작공정이 많은 문제가 있었다.

하지만 상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터 또는 이를 통한 프린팅 방법에 따르면, 상기 각도조절유닛에 의해 더욱 선형적인 프린팅이 가능하여 서포터를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 제작공정 또한 단축할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터는 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성을 가지되, 상기 이미지제공부의 이미지 분석과정과 제어부의 제어과정이 변경된 방식으로, 상기 이미지제공부는 최적의 출력방향을 설정하도록 한다.

도 8은 이미지제공부에 의해 기준면이 설정되는 모습을 도시한 개념도이다.

도 8에 도시된 3D모델링(3D) 역시 이해를 돕기 위해 단순한 구조로 도시하였으며, 측면도로 도시하였다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 이미지제공부는 저장부에 저장된 3D모델링(3D)을 분석하여 3D모델링(3D) 외면에 형성된 모든 에지점(e)을 분석한다.

그리고 상기 이미지제공부는 상기 에지점(e) 중 적어도 둘 이상의 에지점(e)과 접하도록 형성된 접면(t)을 도출하는데, 이때 상기 접면(t)은 해당 접면(t)을 연장했을 시 연장한 접면(t)이 상기 3D모델링(3D)을 관통하지 않도록 하는 접면(t)으로 한정하는 것이 바람직하다.

이미지제공부는 도출된 접면(t) 각각에 대하여, 각 접면(t)에 포함된 에지점(e) 서로간의 거리가 가장 멀게 형성된 이격거리(d1, d2, d3, d4, d5, d6)를 도출하고, 각 접면(t)별로 도출된 상기 이격거리(d1, d2, d3, d4, d5, d6)를 상호 비교하여, 가장 먼 이격거리(d6)을 가진 접면(t)을 기준면(DP)으로 설정한다.

이미지제공부는 도출된 기준면(DP)을 기준으로 상기 기준면(DP)과 수직한 방향을 따라 상기 3D모델링(3D)을 상기 기준면과 수평한 평면으로 잘라 다수의 단면이미지를 생성한다.

제어부는 3D모델링의 기준면(DP)에 해당하는 면이 상기 스테이지 대응되도록 상기 3D모델링을 회전시켜 제작물을 프린팅 하여, 첫 번째로 프린팅되는 레이어가 상기 스테이지에 부착되어 프린팅 되도록 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터를 통한 프린팅 방법을 도 9를 참고하여 설명하도록 한다.

(S001)단계에서 상기 제어부는 상기 이미지제공부로 하여금 상기 저장부에 저장된 3D모델링을 분석하여, 에지점을 파악하도록 한다.

이때, 상기 이미지제공부는 3D모델링을 관통하지 않는 상기 접면을 도출한다.

다음, (S002)단계에서 상기 이미지제공부는 각 접면의 이격거리를 파악한다.

다음, (S003)단계에서 상기 이미지제공부는 가장 먼 이격거리를 가진 접면을 기준면으로 설정한다.

다음, (S004)단계에서 상기 이미지제공부는 상기 기준면을 기준으로 다수의 단면이미지를 생성한다. 이때, 상기 각 단면이미지에는 출력번호가 부여되는데, 상기 기준면과 가까이에 배치된 단면이미지일수록 작은 번호가 부여된다.

다음, (S005)단계에서 상기 제어부는 상기 이미지제공부로부터 순서에 맞는 상기 단면이미지를 수신한다. 이때, 상기 제어부에는 제작물의 프린팅 종료시점까지 수신한 단면이미지의 출력번호를 임시저장하고, 다음 레이어 출력 시 상기 임시저장된 출력번호 다음으로 큰 번호를 가지는 단면이미지를 상기 이미지제공부로부터 수신한다. 만약 임시저장 된 출력번호가 없는 경우에는 첫 번째 레이어의 출력 시점인 것으로 인식하고 출력번호가 가장 작은 단면이미지를 상기 이미지제공부로부터 수신한다.

다음, (S006)단계에서 상기 제어부는 상기 상하조절유닛을 제어하여 상기 스테이지를 레이어 한 층의 두께만큼 상향조절한다. 이때, 상기 (S005)단계에서 수신한 단면이미지가 첫 번째 레이어에 해당하는 단면이미지라면, 상기 제어부는 먼저 스테이지를 상기 수조 바닥면과 접촉하도록 제어한 후 스테이지를 레이어 한 층의 두께만큼 상향조절한다.

다음, (S007)단계에서 상기 제어부는 상기 광조사수단으로 하여금 상기 (S005)단계에서 수신한 단면이미지에 해당하는 빛을 조사하도록 하여 해당 단면이미지에 대응하는 레이어를 프린팅 한다.

마지막으로, (S008)단계에서는 (S005)단계에서 수신한 단면이미지의 출력번호와 상기 이미지제공부에 저장된 출력번호 중 가장 큰 출력번호를 서로 비교하여 서로 동일한 경우에는 프린팅을 종료하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 (S006) 단계로 돌아가 다음 레이어를 프린팅 하도록 한다.

도 10은 종래의 3D프린터와 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 3D 프린터의 제작물 제작과정을 도시한 순서도이다.

도 10의 (a)에 도시된 종래의 DLP 방식의 3D프린터와 달리 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D 프린터 또는 이를 통한 프린팅 방법에 따르면, 복수의 에지점이 상기 스테이지에 부착될 수 있는 방향으로 제작물이 프린팅되어 서포터를 최소화 할 수 있고, 특히, 에지점 간의 거리가 가장 멀게 배치되는 접면을 기준면으로 설정하므로 무게의 분배가 고르게 분배될 수 있도록 제작물을 지지하므로 프린팅 과정에서 제작물의 무게로인한 무너짐 현사을 방지할 수 있다.

또한, 종래의 3D프린터의 경우 3D모델링의 형상이 상하로 길게 형성된 경우 형성해야 할 레이어의 개수가 많아 프린팅 시간이 긴 것에 반해, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 서포터 최소화를 위한 3D프린터는 형성해야 할 레이어의 개수를 줄여줌으로써 제작물의 프린팅 시간을 효과적으로 단축할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1: 종래의 DLP방식의 3D프린터
10: 스테이지 30: 레이어형성부
31: 수조 35: 하우징
50: 조절부 51: 상하조절유닛
500: 조절부 510: 상하조절유닛
511: 지지기둥 513: 슬라이딩블럭
530: 각도조절유닛 531: 연장바
100: 서포터 최소화를 위한 3D프린터
D1: 제1 적층방향 DP: 기준면
e: 에지점 F: 제작물
H1: 제1 고정점 H2: 제2 고정점

Claims (8)

1. 스테이지;
   프린팅 할 제작물의 3D모델링이 저장되는 저장부;
   상기 3D모델링의 형상에 따라 상기 제작물의 적층방향을 결정하는 제어부;
   상기 적층방향을 따라 상기 3D모델링을 일정 간격으로 자른 다수의 단면이미지를 생성하는 이미지제공부;
   상기 단면이미지에 대응하는 형상의 레이어를 상기 스테이지 일측에 프린팅하는 레이어형성부; 및
   상기 스테이지의 상하방향 위치를 조절하여 상기 레이어가 순차적으로 적층되도록 하는 상하조절유닛과, 상기 레이어의 적층방향을 조절하는 각도조절유닛을 포함하는 조절부;를 포함하되,
   상기 제어부는, 상기 이미지제공부와, 레이어형성부와, 조절부를 제어하고,
   상기 레이어형성부는,
   광경화성 수지가 수용되며, 바닥면이 광투과성 재질로 형성된 수조와,
   상기 단면이미지에 대응하는 광을 상기 수조 바닥면에 조사하여, 상기 광경화성 수지를 경화시킴으로써 상기 스테이지 하측에 상기 레이어가 프린팅 되도록 하는 광조사수단을 포함하되,
   상기 스테이지는 상기 상하조절유닛에 의해 상하방향으로 조절되며,
   상기 레이어는 상기 스테이지에 부착되어 적층되고,
   상기 적층방향은 적어도 서로 다른 두 방향을 포함하고,
   상기 레이어의 적층방향에 따라 상기 각도조절유닛은 상기 스테이지를 회전시키고,
   상기 제어부는,
   상기 스테이지를 소정 구간 상측으로 이동시키면서 상기 광조사수단을 구동하여, 상기 레이어가 제1 적층방향으로 적층되도록 하고,
   상기 제1 적층방향의 적층이 완료된 후 상기 각도조절유닛을 통해 상기 스테이지를 소정 각도 회전시고 상기 스테이지를 상하방향으로 이동시키면서 상기 광조사수단을 구동하여, 상기 레이어가 상기 제1 적층방향과 다른 방향으로 적층되도록 하고,
   상기 이미지제공부는,
   상기 3D모델링에서 제1적층방향을 기준으로 높이가 가장 높은 제1고점과 상기 제1고점 다음으로 높은 지점인 제2고점을 파악하고,
   상기 3D모델링의 상기 제1고점에서 상기 제2고점까지를 상기 제1적층방향을 따라 상기 제1적층방향에 수직한 평면으로 자른 다수의 단면이미지를 생성하며,
   상기 제1적층방향을 기준으로 상기 제2고점 아래의 구간에 대해서는 상기 제2고점을 중심으로 일정 각도단위로 회전한 평면으로 자른 다수의 경사단면이미지를 생성하고,
   상기 제어부는,
   상기 제1고점에서 상기 제2고점 사이의 구간은 상기 단면이미지에 대응되는 레이어가 상기 스테이지에 부착되도록 프린팅하고,
   상기 제2고점 아래의 구간은 상기 각도조절유닛을 통해, 상기 스테이지를 일정 각도단위로 회전시켜, 상기 경사단면이미지를 따라 상기 레이어를 적층하는 것을 특징으로 하는 서포터 최소화를 위한 3D프린터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에있어서,
   상기 상하조절유닛은,
   상하로 길게 형성된 지지기둥과, 상기 지지기둥을 따라 상하로 슬라이딩하는 슬라이딩블럭을 포함하고,
   상기 각도조절유닛은,
   상기 스테이지 상측으로 길게 연장형성된 연장바와, 상기 슬라이딩블럭과 상기 연장바를 서로 연결하되,
   상기 스테이지가 상기 슬라이딩블럭과 상기 연장바의 연결부위를 중심으로 회전하도록 하는 회전수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 서포터 최소화를 위한 3D프린터.
   
5. 제4항에있어서,
   상기 지지기둥 일측에는 레크가 형성되며,
   상기 슬라이딩블럭 내부에는 상기 레크와 치합되도록 결합되는 피니언 및 상기 피니언을 회전시키는 제1 모터를 포함하고,
   상기 회전수단에는 상기 연장바와 스테이지를 상기 슬라이딩블럭을 회전축으로 회전시키는 제2 모터가 포함된 것을 특징으로 하는 서포터 최소화를 위한 3D프린터.
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