KR102124915B1 - Atypical structure modeling apparatus and method applicable to 3d printer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법을 개시하고 있다. 본 발명의 일 실시예는, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터를 입력받는 입력 단계, 상기 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 3차원 데이터 형성 단계, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 좌표 추출 단계, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 볼륨 데이터 형성 단계, 그리고, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 구조 형성 단계를 포함하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 제공한다.The present invention discloses an atypical structure modeling apparatus and method applicable to 3D printers. According to an embodiment of the present invention, an input step of receiving 2D data having cross-section information of a specific object, and forming 3D data using the 2D data to form 3D data having 3D shape information of the specific object Step, a coordinate extraction step of obtaining coordinate data from three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object, a volume data forming step of forming volume data of the specific object using the coordinate data, and the volume data It provides an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer including a step of forming a structure to form an atypical structure.

Description

3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법{ATYPICAL STRUCTURE MODELING APPARATUS AND METHOD APPLICABLE TO 3D PRINTER}Atypical structural modeling device and method applicable to 3D printers {ATYPICAL STRUCTURE MODELING APPARATUS AND METHOD APPLICABLE TO 3D PRINTER}

본 발명은 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 실제 생체 조직과 흡사한 비정형 구조를 갖는 물체를 3D 프린터로 생성하기 위한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an atypical structural modeling apparatus and method applicable to a 3D printer, and more particularly, to an atypical structural modeling apparatus and method for generating an object having an atypical structure similar to a real biological tissue with a 3D printer. .

3D 프린터는 입력된 설계도에 따라 3차원 입체적 물품을 만들어내는 장치이다. 3D 프린터는 형상 파악을 위한 시제품 제작용으로 사용되었으나, 근래에는 자동차 부품과 같은 실제 활용 부품을 저인력 및 저비용으로 생산하기 위한 수단으로 이용되고 있다.The 3D printer is a device that creates a three-dimensional three-dimensional article according to the input design. 3D printers have been used for prototyping for shape identification, but in recent years, they have been used as a means to produce practically used parts such as automobile parts at low manpower and at low cost.

이러한 3D 프린터는 캐드 같은 3차원 도면을 운용하는 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 사용하여 판형 시트를 조형하고 적층하여 조형물을 완성한다. Such a 3D printer converts a three-dimensional shape modeled through software that operates a three-dimensional drawing such as a CAD into slice data that is divided into a plurality of thin cross-section layers, and then uses this to form and stack a plate-shaped sheet to complete the sculpture.

특히 바이오 산업 분야와 관련하여, 3D 프린터를 이용하여 생체 조직을 대체할 수 있는 조형물을 생산하려는 시도가 계속적으로 증가하고 있다. 기존의 생체 조직 대체 조형물은 제조 단가가 비싼 문제점이 있으나, 3D 프린터를 이용할 경우 저비용으로 생체 조직 대체 조형물의 생산이 가능하므로, 상술한 문제점을 해결할 수 있고, 이에 따라, 생체 조직 대체물을 생산하는 수단으로 3D 프린터가 각광받고 있는 실정이다.Particularly in the field of bio-industry, there is an ever-increasing attempt to produce a sculpture capable of replacing biological tissue using a 3D printer. Existing biological tissue replacement sculptures have a problem in that the manufacturing cost is expensive, but when a 3D printer is used, it is possible to produce biological tissue replacement sculptures at a low cost, thereby solving the above-described problems, and accordingly, means for producing biological tissue substitutes. As such, 3D printers are in the spotlight.

이와 관련하여, 종래에는 3D 프린터를 이용하여 생체 조직 대체 조형물을 형성할 경우, 먼저 비특허문헌 1과 같이 특정 물체의 단면 정보들을 병합하여 입체 형상을 만든 후, 이러한 입체 형상이 생체 조직과 유사한 구조를 갖도록 하기 위해 소프트웨어를 이용하여 입체 형상에 정형 구조를 모델링한 후 모델링된 파일을 3D 프린터를 통해 프린팅하였다.In this regard, in the case of forming a bio-tissue replacement sculpture using a 3D printer in the related art, first, as shown in Non-Patent Document 1, the cross-sectional information of a specific object is merged to create a three-dimensional shape, and then the three-dimensional shape is similar to the biological tissue In order to have the, the modeled structure was modeled on a three-dimensional shape using software, and then the modeled file was printed through a 3D printer.

그러나, 정형화된 구조만으로는 비정형화된 구조를 갖는 생체 조직의 역할을 대체할 수 없어, 위와 같은 방식으로 형성된 생체 조직 대체 조형물이 실제 인체의 뼈, 장기 등의 손상된 일부분을 대체하기 위해 손상된 영역에 이식되는 경우 상기 생체 조직 대체 조형물이 제 기능을 발휘하지 못하는 문제점이 발생하였다.However, the structured structure alone cannot replace the role of a biological tissue having an unstructured structure, so that the biological tissue replacement structure formed in the above manner is implanted in a damaged area to replace a damaged part of a human body, such as a bone or organ. When there was a problem that the bio-tissue replacement sculpture does not function properly.

비특허문헌 1 : Three-dimensional volume reconstruction from slice data using phase-field models( Yibao Li, Jaemin Shin, Yongho Choi, Junseok Kim, Computer Vision and Image Understanding Volume 137, August 2015, Pages 115-124)Non-Patent Document 1: Three-dimensional volume reconstruction from slice data using phase-field models (Yibao Li, Jaemin Shin, Yongho Choi, Junseok Kim, Computer Vision and Image Understanding Volume 137,  August 2015, Pages 115-124)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3D 프린터를 이용하여 형성한 생체 조직 대체 조형물이 비정형 구조를 가질 수 있도록 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and the technical problem to be achieved by the present invention is an atypical structure modeling device applicable to a 3D printer that enables a biological tissue replacement sculpture formed using a 3D printer to have an atypical structure. And to provide a method.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터를 입력받는 입력 단계, 상기 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 3차원 데이터 형성 단계, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 좌표 추출 단계, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 볼륨 데이터 형성 단계, 그리고, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 구조 형성 단계를 포함하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, an embodiment of the present invention includes an input step of receiving two-dimensional data having cross-section information of a specific object, and three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object using the two-dimensional data 3D data forming step of forming, Coordinate extraction step of obtaining coordinate data from 3D data having stereoscopic shape information of the specific object, Volume data forming step of forming volume data of the specific object using the coordinate data And, it provides an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer including a structure forming step of forming an atypical structure in the volume data.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 데이터 형성 단계는 상기 3차원 데이터 중 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계를 더 포함하고, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터는 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the forming of the 3D data further includes extracting 3D data of a portion of the specific object from among the 3D data, and having 3D shape information of the specific object. The dimensional data may be 3D data for a portion of the specific object.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 좌표 추출 단계는 삼각형 분할 기법을 이용하여 획득된 좌표 데이터에 추가적인 좌표 데이터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coordinate extraction step may further include forming additional coordinate data in the coordinate data obtained using a triangular segmentation technique.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구조 형성 단계는 상기 비정형 구조가 포함하는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 상기 비정형 구조와는 다른 비정형 구조를 상기 볼륨 데이터에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the structure further includes forming an amorphous structure different from the amorphous structure in the volume data by using a size and a change direction of a pole included in the amorphous structure. It can contain.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 볼륨 데이터 형성 단계는 상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계를 더 포함하고, 상기 구조 형성 단계는 압축된 상기 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the volume data forming step further comprises compressing the volume data, and the structure forming step may further include restoring the compressed volume data to a state before compression. have.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계는 상기 볼륨 데이터를 Z축 방향으로 기 설정된 비율만큼 압축 시키는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of compressing the volume data may be a step of compressing the volume data by a predetermined ratio in the Z-axis direction.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역을 지니고, 상기 구조 형성 단계는 상기 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the volume data having the atypical structure has a hollow region of a hole shape or a tubular shape, and the step of forming the structure is a predetermined thickness at a predetermined position in the hollow region of the hole shape or a tubular shape It may further include the step of forming a shell having a shape filling the hollow region.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 하부 연직 방향으로 형성되는 행오버 영역을 지니고, 상기 구조 형성 단계는 상기 행오버 영역을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the volume data having the atypical structure has a hangover area formed in a lower vertical direction, and the structure forming step may further include removing the hangover area.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구조 형성 단계는, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조의 시작 영역 및 종료 영역을 설정하고 아래 수식 (1) 및 (2)를 이용하여 상기 시작 영역으로부터 상기 종료 영역에 이르기까지 상기 비정형 구조의 크기가 커지도록, 또는, 상기 비정형 구조의 크기가 작아지도록 상기 볼륨 데이터에 상기 비정형 구조를 형성하는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the structure forming step, a start region and an end region of an atypical structure are set in the volume data, and from the start region to the end region using Equations (1) and (2) below. It may be a step of forming the atypical structure in the volume data so that the size of the atypical structure is increased or the size of the atypical structure is decreased.

Figure 112018040270095-pat00001
수식 (1)
Figure 112018040270095-pat00001
Equation (1)

Figure 112018040270095-pat00002
수식 (2)
Figure 112018040270095-pat00002
Equation (2)

상기 수식 (1)과 수식 (2)에서

Figure 112018040270095-pat00003
,
Figure 112018040270095-pat00004
는 변수인 x와 t 두 가지 성분의 혼합물의 질량 농도,
Figure 112018040270095-pat00005
Figure 112018040270095-pat00006
또는
Figure 112018040270095-pat00007
와 같이 표현할 수 있는 함수,
Figure 112018040270095-pat00008
,
Figure 112018040270095-pat00009
는 양의 상수, x와 y는 각각 x축과 y축의 변수를 나타낸다.In the above formulas (1) and (2)
Figure 112018040270095-pat00003
,
Figure 112018040270095-pat00004
Is the mass concentration of the mixture of the two components x and t,
Figure 112018040270095-pat00005
silver
Figure 112018040270095-pat00006
or
Figure 112018040270095-pat00007
Functions that can be expressed as,
Figure 112018040270095-pat00008
,
Figure 112018040270095-pat00009
Is a positive constant, and x and y represent variables on the x and y axes, respectively.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 특정 물체는 뼈 또는 피부일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the specific object may be bone or skin.

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램이 저장된 메모리, 그리고, 상기 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램을 실행함으로써, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터로부터 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하며, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하고, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하며, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하도록 하는 프로세서를 포함하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치를 제공한다.Further, in order to solve the above technical problem, another embodiment of the present invention executes a program for storing a program for an atypical structural modeling method applicable to a 3D printer, and a program for an atypical structural modeling method applicable to the 3D printer. By doing so, three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object is formed from two-dimensional data having cross-sectional information of the specific object, coordinate data is obtained from three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object, and the coordinates are obtained. It provides an atypical structure modeling apparatus applicable to a 3D printer including a processor that forms volume data of the specific object using data and forms an atypical structure on the volume data.

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 항의 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention to solve the above technical problem provides a computer readable recording medium in which a program for implementing an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention is recorded do.

본 발명에 따르면, 비정형 구조를 갖는 생체 조직 대체 조형물을 3D 프린터를 이용하여 생성할 수 있고, 이러한 생체 조직 대체 조형물은 인체 조직에 이식되어 실제 인체 조직과 같은 기능을 발휘할 수 있다.According to the present invention, a biological tissue replacement sculpture having an atypical structure can be generated using a 3D printer, and the biological tissue replacement sculpture can be transplanted into human tissue to exert the same function as actual human tissue.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 데이터 형성 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 3차원 데이터 형성 단계의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 추출 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 좌표 추출 단계에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 추출 단계에 이용되는 삼각형 분할 기법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 데이터 형성 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 볼륨 데이터 형성 단계의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조 형성 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 16은 도 11에 도시된 구조 형성 단계의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a procedure of an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a detailed process of a 3D data forming step according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views illustrating a result formed according to a detailed process of the 3D data forming step illustrated in FIG. 2.
5 is a view showing a detailed process of the coordinate extraction step according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a result formed according to the coordinate extraction step illustrated in FIG. 5.
7 is a diagram illustrating a triangular segmentation technique used in a coordinate extraction step according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a detailed process of the volume data forming step according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are views illustrating a result formed according to a detailed process of the volume data forming step shown in FIG. 8.
11 is a view showing a detailed process of the structure forming step according to an embodiment of the present invention.
12 to 16 are views illustrating a result formed according to a detailed process of the structure forming step shown in FIG. 11.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있고, 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed in the specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and technical scope of the present invention It should be understood to include water, equivalents or substitutes. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the size, shape, and shape of each component shown in the drawings can be variously modified, and the same/similar parts of the entire specification The same/similar reference numerals are attached.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.The suffixes "modules" and "parts" for components used in the following description are given or mixed only considering the ease of writing the specification, and do not have meanings or roles distinguished from each other in themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in this specification, detailed descriptions of related well-known technologies are omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may obscure the subject matter.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 “포함(구비 또는 마련)”할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, or joined)" with another part, this means not only when it is "directly connected (connected, contacted, or joined)", but also other members in the middle. Also included is a case in which they are "indirectly connected (connected, contacted, or combined)" between them. Also, when a part is said to "include (equipment or provision)" a component, it does not exclude other components unless specifically stated to "include (equipment or provision)" other components. It means you can.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 분산되어 실시되는 구성요소들은 특별한 제한이 있지 않는 한 결합된 형태로 실시될 수도 있다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise, and distributed components may be implemented in a combined form unless otherwise specified. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.Further, terms including ordinal numbers such as first and second used in the present specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법(이하, “비정형 구조 모델링 방법”이라 함)의 절차를 도시한 흐름도이다1 is a flowchart illustrating a procedure of an atypical structure modeling method (hereinafter, referred to as “atypical structure modeling method”) applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비정형 구조 모델링 방법은 입력 단계(S110), 3차원 데이터 형성 단계(S120), 좌표 추출 단계(S130), 볼륨 데이터 형성 단계(S140) 및 구조 형성 단계(S150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an atypical structure modeling method includes an input step (S110), a 3D data forming step (S120), a coordinate extraction step (S130), a volume data forming step (S140), and a structure forming step (S150). .

먼저, 입력 단계(S110)는 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터를 입력받는 과정을 의미한다. 여기서, 특정 물체는 사람이나 동물의 뼈 또는 피부일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 3D 프린팅을 통해 생성될 수 있는 모든 조형물을 포함하는 의미로 해석되어야 한다.First, the input step S110 refers to a process of receiving two-dimensional data having cross-section information of a specific object. Here, the specific object may be a bone or skin of a human or animal, but is not limited thereto, and should be interpreted as including all sculptures that can be generated through 3D printing.

3차원 데이터 형성 단계(S120)는 입력 단계(S120)를 통해 획득한 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 과정을 말한다. 이 때, 입력 단계(S120)를 통해 획득한 2차원 데이터는 특정 물체의 단면 정보를 갖고 있는 바, S120 단계에서는 특정 물체의 하나 이상의 단면 정보를 병합하여 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성할 수 있다. 병합하는 방법은 비특허문헌 1에 개시된 Allen-Cahn과 Cahn-Hilliard 방정식을 기반으로 형성된 알고리즘을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The 3D data forming step (S120) refers to a process of forming 3D data having 3D shape information of the specific object using the 2D data acquired through the input step (S120 ). At this time, the two-dimensional data obtained through the input step (S120) has the cross-section information of a specific object. In step S120, three-dimensional data having three-dimensional shape information of a specific object by merging one or more cross-section information of the specific object. Can form. The method of merging may use an algorithm formed based on Allen-Cahn and Cahn-Hilliard equations disclosed in Non-Patent Document 1, but is not limited thereto.

좌표 추출 단계(S130)는 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 과정을 의미한다. The coordinate extraction step S130 refers to a process of obtaining coordinate data from 3D data having stereoscopic shape information of a specific object obtained through the 3D data forming step S130.

좌표 추출 단계(S130)에서 획득한 좌표 데이터란, 예컨대, 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 X, Y, Z축 상에 위치시키고, 3차원 데이터의 외형을 인식할 수 있도록 기 설정된 개수의 좌표값들의 합일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Coordinate data obtained in the coordinate extraction step (S130), for example, 3D data having three-dimensional shape information of a specific object obtained through the three-dimensional data forming step (S130) is located on the X, Y, Z axis, It may be a sum of a predetermined number of coordinate values to recognize the appearance of the 3D data, but is not limited thereto.

3차원 데이터에서 좌표 데이터를 생성하기 위해 Lengyel-Epstein 모델을 이용한 알고리즘을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.An algorithm using a Lengyel-Epstein model can be used to generate coordinate data from 3D data, but is not limited thereto.

볼륨 데이터 형성 단계(S140)는 좌표 추출 단계(S130)를 통해 획득한 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 과정을 의미한다. 여기서 볼륨 데이터란 상술한 3차원 데이터와는 상이한 것으로, 3차원 데이터는 입체 형상 그 자체라고 이해될 수 있으나, 볼륨 데이터는 좌표 추출 단계(S130)에서 획득된 좌표 값들의 합을 통해 형성된 인식될 수 있는 형체로 이해될 수 있다.The volume data forming step (S140) means a process of forming volume data of the specific object using the coordinate data obtained through the coordinate extraction step (S130 ). Here, the volume data is different from the above-described three-dimensional data, and it can be understood that the three-dimensional data itself is a three-dimensional shape, but the volume data can be recognized through the sum of the coordinate values obtained in the coordinate extraction step (S130). It can be understood as a shape.

마지막으로, 구조 형성 단계(S150)는 볼륨 데이터 형성 단계(S140)에 따라 생성된 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 과정을 말한다. 여기서 비정형 구조란 종래의 균일한 무늬나 구조를 갖는 정형 구조에 반대되는 의미로 해석될 수 있으며, 비정형 다공 구조로 명명될 수도 있다. Finally, the structure forming step (S150) refers to a process of forming an atypical structure in the volume data generated according to the volume data forming step (S140). Here, the amorphous structure may be interpreted as a meaning opposite to a conventional regular structure having a uniform pattern or structure, or may be referred to as an amorphous porous structure.

구조 형성 단계(S150)에서 볼륨 데이터에 비정형 구조를 생성하기 위해 특정 수식을 사용할 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.In the step of forming the structure (S150), specific formulas may be used to generate an atypical structure in the volume data, which will be described later.

도 2는 3차원 데이터 형성 단계(S120)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 3차원 데이터 형성 단계(S120)의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a detailed process of the 3D data forming step (S120), and FIGS. 3 and 4 are views illustrating a result formed according to the detailed process of the 3D data forming step (S120). .

도 2를 참조하면, 3차원 데이터 형성 단계(s120)는 입력 단계(S120)를 통해 획득한 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 단계(S121) 이외에도, 상기 3차원 데이터 중 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계(S122)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the 3D data forming step (s120) uses the 2D data obtained through the input step (S120) to form 3D data having 3D shape information of the specific object (S121). , Extracting 3D data on a portion of the specific object from the 3D data (S122 ).

도 3을 참조하면, S121단계는 입력 단계(S110)를 통해 MRI 또는 CT 등을 이용하여 생성된 2차원 이미지(단면 정보)를 획득하고, 이를 병합하여 3차원 데이터를 형성하는 과정이다.Referring to FIG. 3, step S121 is a process of acquiring a two-dimensional image (cross-sectional information) generated by using MRI or CT through the input step S110 and merging it to form three-dimensional data.

또한, S122단계는 상기 3차원 데이터가 갖는 입체 이미지 또는 입체 정보 중에서 사용자가 원하는 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계를 의미한다.In addition, step S122 means a step of extracting 3D data for a portion of the specific object desired by the user from the stereoscopic image or stereoscopic information included in the 3D data.

예컨대, 도 4를 참조하면, S121단계를 통해 형성된 3차원 이미지에서 뼈, 피부 등 필요한 일부 3차원 이미지만을 추출하는 과정이 S122단계에서 수행될 수 있다.For example, referring to FIG. 4, a process of extracting only some 3D images necessary for bone, skin, etc. from the 3D image formed through step S121 may be performed in step S122.

도 5는 좌표 추출 단계(S130)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 6은 좌표 추출 단계(S130)에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 7은 좌표 추출 단계(S130)에 이용되는 삼각형 분할 기법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.5 is a view showing a detailed process of the coordinate extraction step (S130), Figure 6 is a view showing to explain the result formed according to the coordinate extraction step (S130), Figure 7 is a coordinate extraction step (S130) It is a view showing to explain the triangular segmentation technique used in.

좌표 추출 단계(S130)는 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 단계(S131)와 삼각형 분할 기법을 이용하여 S131에서 획득된 좌표 데이터에 추가적인 좌표 데이터를 형성하는 단계(S132)를 더 포함할 수 있다.Coordinate extraction step (S130) is a step of obtaining coordinate data from 3D data having three-dimensional shape information of the specific object obtained through 3D data forming step (S130) (S131) and using a triangulation method in S131 The method may further include forming additional coordinate data (S132) on the obtained coordinate data.

도 6을 참조하면, 도 6의 왼편에 도시된 그림은 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 의미하고, 오른편에 위치한 그림은 상기 3차원 데이터로부터 좌표 정보들을 추출하여 형성된 좌표 데이터를 의미한다. 이러한 좌표 데이터는 꼭지점 데이터로 명명될 수 있으며, 좌표 데이터에 대한 설명은 전술하였으므로 생략하도록 한다.Referring to FIG. 6, the picture on the left side of FIG. 6 refers to 3D data having stereoscopic shape information of the specific object obtained through the 3D data forming step (S130 ), and the picture on the right side is 3 Refers to coordinate data formed by extracting coordinate information from dimensional data. Such coordinate data may be referred to as vertex data, and description of the coordinate data will be omitted because it has been described above.

S131 단계에 의해 도 6에 도시된 왼편의 위치한 입체 형상 자체 형태인 데이터에서 오른편에 위치한 좌표 값들의 합인 좌표 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면 S132단계는 S131 단계에 의해 형성된 좌표 데이터에 삼각형 분할 기법을 이용하여 형성한 좌표 정보를 추가하여 새로운 좌표 데이터를 형성할 수 있다.In step S131, coordinate data that is a sum of coordinate values located on the right side may be obtained from data in the form of a three-dimensional shape located on the left side shown in FIG. 6. In addition, referring to FIG. 7, in step S132, new coordinate data may be formed by adding coordinate information formed by using a triangulation method to the coordinate data formed in step S131.

삼각형 분할 기법이란 도 7에 도시된 바와 같이, 삼각형 각 꼭지점의 좌표로부터 특정 위치로 내린 수선 등에 의해 생성되는 새로운 꼭지점 좌표를 형성하는 방법을 의미한다. 이외에도, 다양한 방법으로 기존 좌표 데이터에 추가 좌표값을 설정할 수 있으며, 추가 좌표값을 설정하여 기존의 3차원 데이터와 유사한 볼륨 데이터가 형성될 수 있다.As illustrated in FIG. 7, the triangle segmentation technique refers to a method of forming new vertex coordinates generated by a vertical line or the like, which is lowered to a specific position from the coordinates of each vertex of the triangle. In addition, additional coordinate values may be set in the existing coordinate data in various ways, and volume data similar to the existing 3D data may be formed by setting the additional coordinate values.

도 8은 볼륨 데이터 형성 단계(S140)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 9 및 도 10은 볼륨 데이터 형성 단계(S140)의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a detailed process of the volume data forming step (S140), and FIGS. 9 and 10 are views illustrating a result formed according to the detailed process of the volume data forming step (S140).

볼륨 데이터 형성 단계(S140)는 좌표 추출 단계(S130)를 통해 획득한 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 단계(S141)와 S141 단계에 따라 생성된 볼륨 데이터를 압축하는 단계(S142)를 포함할 수 있다.The volume data forming step (S140) is a step of forming volume data of the specific object using the coordinate data obtained through the coordinate extraction step (S130) (S141) and compressing the volume data generated according to the step S141 ( S142).

도 9를 참조하면, S141 단계에 의해 좌표 추출 단계(130)를 통해 획득한 좌표 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 10을 참조하면, S142 단계에 의해 S141 단계에 따라 생성된 볼륨 데이터를 압축할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that volume data may be formed using the coordinate data obtained through the coordinate extraction step 130 by step S141. In addition, referring to FIG. 10, it can be seen that the volume data generated according to step S141 may be compressed by step S142.

볼륨 데이터를 압축하는 단계(S142)는 S141에 따른 볼륨 데이터를 Z축 방향으로 기 설정된 비율만큼 압축 시키는 단계일 수 있으나, 축과 압축 비율은 다양하게 변형되어 실시될 수 있으며, 도 10에 나타난 바대로 제한되는 것은 아니다.The step of compressing the volume data (S142) may be a step of compressing the volume data according to S141 by a predetermined ratio in the Z-axis direction, but the axis and the compression ratio may be variously implemented and shown in FIG. 10. It is not limited.

S142에 따라 압축된 볼륨 데이터는 구조 형성 단계(S150)에 의해 압축 전으로 복구될 수 있으며, 이에 대한 설명은 하기하도록 한다.The volume data compressed according to S142 may be recovered before compression by the structure forming step (S150), and a description thereof will be given below.

도 11은 구조 형성 단계(S150)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 12 내지 도 16은 구조 형성 단계(S150)의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.11 is a view showing a detailed process of the structure forming step (S150), and FIGS. 12 to 16 are views illustrating a result formed according to the detailed process of the structure forming step (S150).

구조 형성 단계(S150)는 볼륨 데이터 형성 단계(S140)에 따라 생성된 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 단계(S151), S151단계에 따라 형성된 상기 비정형 구조가 포함하는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 상기 비정형 구조와는 다른 비정형 구조를 상기 볼륨 데이터에 형성하는 단계(S152), S142 단계에 따라 압축된 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 단계(S153)를 포함할 수 있다.The structure forming step (S150) includes forming an atypical structure on the volume data generated according to the volume data forming step (S140) (S151), and the size and change of a pole included in the atypical structure formed according to the S151 step. The method may include forming an atypical structure different from the atypical structure in the volume data using a direction (S152) and restoring the compressed volume data to a state before compression (S153) according to step S142.

구조 형성 단계(S150)에 따라 형성되는 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 홀(hole) 형상. 폴(pore) 형상 또는 관 형상의 중공 영역과, 하부 연직 방향으로 형성되는 행오버 영역을 지닐 수 있다. 따라서, 구조 형성 단계(S150)는 상기 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘(shell)을 형성하는 단계(S154)와 상기 행오버 영역을 제거하는 단계(S155)를 더 포함할 수 있다.The volume data having an irregular structure formed according to the structure forming step (S150) is a hole shape. It may have a hollow region having a pole shape or a tubular shape, and a hangover region formed in a lower vertical direction. Therefore, the structure forming step (S150) is a step (S154) of forming a shell having a predetermined thickness at a predetermined position in a hollow region of the hole shape or the tubular shape and filling the hollow region (S154). The step of removing the region (S155) may be further included.

구체적으로 S151 단계는 볼륨 데이터 형성 단계(S140)에 따라 형성된 볼륨 데이터에 도 12에 도시된 바와 같은 자연스러운 비정형 구조를 생성하는 절차이다.Specifically, step S151 is a procedure for generating a natural irregular structure as shown in FIG. 12 on the volume data formed according to the volume data forming step (S140).

S152 단계는 S151단계에 따라 형성된 비정형 구조가 포함하는 홀(hole) 또는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 새로운 비정형 구조를 볼륨 데이터에 형성하는 단계로서, 이에 따라 형성된 구조는 도 13에 도시된 바와 같다.Step S152 is a step of forming a new atypical structure in the volume data by using the size and direction of change of the hole (or hole) or the hole (pore) included in the atypical structure formed according to step S151, the structure formed according to Figure 13 As shown.

예컨대, S151단계에 따라 형성된 비정형 구조가 포함하는 홀 또는 폴의 크기를 크게 또는 작게 하고자 하는 경우, 혹은, 비정형 구조를 왼쪽에서 오른쪽, 오른쪽에서 왼쪽, 내부에서 표면으로, 표면에서 내부로 갈수록 점차 그 구조의 크기를 늘리거나 줄이고 싶은 경우에 원하는 폴 또는 홀의 크기와 변화 방향을 고려하여 새로운 비정형 구조를 볼륨 데이터에 형성할 수 있다. 이 때에도 특정 수식이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.For example, to increase or decrease the size of a hole or a pole included in the atypical structure formed according to step S151, or, as the atypical structure is moved from left to right, right to left, from inside to surface, from surface to inside, When the size of the structure is desired to be increased or decreased, a new atypical structure may be formed in the volume data in consideration of a desired pole or hole size and a change direction. In this case, a specific formula may also be used, which will be described later.

S153 단계에서는 도 14에 도시된 바와 같이 S142 단계에 따라 압축된 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 절차가 수행된다. S142 단계에 의해 Z축 방향으로 볼륨 데이터가 압축된 경우 Z축 방향으로 다시 복구시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In step S153, a procedure for recovering the compressed volume data to a state before compression is performed according to step S142, as shown in FIG. When the volume data is compressed in the Z-axis direction by the step S142, it can be restored in the Z-axis direction, but is not limited thereto.

한편, S110 내지 S150 단계를 통해 형성된 모델링 파일을 이용하여 실제 조형물을 프린팅하여 뼈 등의 신체 조직에 이식한 경우, 원치 않는 위치에 중공 영역이 형성되어 있으면, 해당 중공 영역으로 혈액 등의 중요 성분이 빠져나갈 수 있다.On the other hand, if the actual model is printed using a modeling file formed through steps S110 to S150 and implanted in body tissues such as bone, if a hollow region is formed in an undesired location, important components such as blood are used as the hollow region. You can get out.

따라서, S154 단계를 통해 볼륨 데이터가 포함하는 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘(shell)을 형성하여 위와 같은 문제를 방지할 수 있다.Therefore, through the step S154, a shell having a predetermined thickness at a predetermined position among hollow regions of the hole shape or the tubular shape included in the volume data and filling the hollow region may be formed to prevent the above problems. have.

또한, S110 내지 S150 단계를 통해 형성된 모델링 파일을 이용하여 실제 조형물을 프린팅하면, 앞서 설명한 행오버 영역에 의해 조형물의 특정 위치가 쳐진 형태로 프린팅되는 문제가 발생할 수 있다.In addition, when the actual sculpture is printed using the modeling files formed through the steps S110 to S150, a problem in which a specific position of the sculpture is printed by the hangover area described above may occur.

따라서, S155 단계를 통해 조형물의 모델링 과정에서 미리 행오버 영역을 제거함으로써, 위와 같은 문제를 방지할 수 있다.Therefore, the above problem can be prevented by removing the hangover area in advance in the modeling process of the sculpture through step S155.

이에 더하여, 구조 형성 단계(S150)의 일 구현 예로서, 구조 형성 단계(S150)는 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조의 시작 영역 및 종료 영역을 설정하고 기 설정된 수식을 이용하여 상기 시작 영역으로부터 상기 종료 영역에 이르기까지 상기 비정형 구조의 크기가 커지도록, 또는, 상기 비정형 구조의 크기가 작아지도록 상기 볼륨 데이터에 상기 비정형 구조를 형성하는 단계일 수 있다.In addition to this, as an example of an implementation of the structure forming step (S150), the structure forming step (S150) sets the start area and the end area of the atypical structure in the volume data and uses the predetermined equation to set the end area from the start area. It may be a step of forming the atypical structure in the volume data such that the size of the atypical structure is increased, or the size of the atypical structure is decreased.

여기서, 기 설정된 수식이란 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하기 위한 수식으로, 상술한 특정 수식과 유사 또는 동일할 수 있다. 기 설정된 수식과 상술한 특정 수식은 별도의 수식으로 제한되는 것은 아니며, 다양한 방정식 등의 형태를 지닐 수 있다. 예컨대, 다음과 같은 수식을 사용할 수 있다.Here, the preset formula is a formula for forming an atypical structure in volume data, and may be similar or identical to the specific formula described above. The preset formula and the specific formula described above are not limited to separate formulas, and may take the form of various equations. For example, the following formula can be used.

Figure 112018040270095-pat00010
수식 (1)
Figure 112018040270095-pat00010
Equation (1)

Figure 112018040270095-pat00011
수식 (2)
Figure 112018040270095-pat00011
Equation (2)

상기 수식 (1)과 수식 (2)에서

Figure 112018040270095-pat00012
(
Figure 112018040270095-pat00013
2는 2차원 도메인을,
Figure 112018040270095-pat00014
3는 3차원 도메인을 나타냄),
Figure 112018040270095-pat00015
는 변수인 x와 t 두 가지 성분의 혼합물의 질량 농도,
Figure 112018040270095-pat00016
로서 자유에너지 함수,
Figure 112018040270095-pat00017
는 양의 상수, x와 y는 각각 x축과 y축의 변수를 나타낸다. In the above formulas (1) and (2)
Figure 112018040270095-pat00012
(
Figure 112018040270095-pat00013
2 is a two-dimensional domain,
Figure 112018040270095-pat00014
3 represents a 3D domain),
Figure 112018040270095-pat00015
Is the mass concentration of the mixture of the two components x and t,
Figure 112018040270095-pat00016
As a free energy function,
Figure 112018040270095-pat00017
Is a positive constant, and x and y represent variables on the x and y axes, respectively.

M은 상수 또는 형상의 경계를 범위로 하는 농도나 형상 좌표의 함수로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 M을 해석하려는 모델의 형상 좌표에 의존적인 함수로 정의할 경우, 혼합물의 상분리 시간을 위치에 따라 다른 값으로 정의하는 효과를 갖게 되어 폴(Pore)이 방향성을 갖고 사이즈가 변화되도록 할 수 있게 되며, 다양한 형상에 대해 일정한 다공도(Porosity)를 유지하게 된다. 다음 수식은 모델의 형상에 의존적인 M을 정의한 예이다. 다만 아래 수식 (3) 및 (4) 는 M을 표현한 수식의 예시들일 뿐이며 대상 물체 형상과 응용 목적에 따라 적합한 다양한 수식을 만들어 M에 적용할 수 있다. 즉, 상기한 M은 공간 의존 유동성 변화 함수로서 형성되어 본 발명에 적용될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.M can be defined as a function of concentration or shape coordinates that range from a constant or shape boundary. When M is defined as a function dependent on the shape coordinates of the model to be analyzed according to an embodiment of the present invention, the phase separation time of the mixture has an effect of defining different values according to positions, so that the pole has directionality. It is possible to change the size and maintain a constant porosity for various shapes. The following equation is an example of defining M depending on the shape of the model. However, the following equations (3) and (4) are only examples of equations expressing M, and various equations suitable for a target object shape and an application purpose can be made and applied to M. That is, the above-described M is formed as a function of the space-dependent fluidity change and can be applied to the present invention, but is not necessarily so.

Figure 112018040270095-pat00018
수식 (3)
Figure 112018040270095-pat00018
Equation (3)

Figure 112018040270095-pat00019
수식 (4)
Figure 112018040270095-pat00019
Equation (4)

위 수식(3) 또는 수식(4)를 다양한 3D 형상에 적용함에 있어서, a, b, n, m, C값을 조정하여x, y, z축 방향으로의 폴의 사이즈를 변경할 수 있으며, 형상의 사이즈 변화 속도와 양 등을 조절할 수 있게 된다. When applying the above equation (3) or equation (4) to various 3D shapes, the size of the poles in the x, y, and z-axis directions can be changed by adjusting the values of a, b, n, m, and C. It is possible to adjust the size change rate and amount of.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복잡한 형상에 대해 상기의 일반화된 모빌리티를 갖는 Cahn-Hilliard 방정식을 적용하여 폴이 원하는 사이즈로 분포되도록 비정형의 스케폴드를 모델링 할 수 있게 된다. In other words, according to one embodiment of the present invention, by applying the Cahn-Hilliard equation having the above generalized mobility for a complex shape, it is possible to model an irregular scaffold so that the poles are distributed in a desired size.

상기 수식 (1) 및 (2)를 통틀어 Cahn-Hiliard 방정식이라 할 수 있으며, Cahn-Hilliard 방정식은 2종류의 혼합물이 시간의 흐름에 따라 상 분리되는 과정을 수학적으로 모델링을 한 것으로 상 분리가 진행되면서 상술한 폴(Pore)의 사이즈가 커지게 된다. 본 명세서에서는 공간의 형상에 따라 상 분리의 경과 시간을 다르게 조정 할 수 있도록 수정한Cahn-Hilliard알고리즘을 복잡한 형상의 볼륨 데이터에 적용하여 비정형 폴(Pore)의 사이즈를 원하는 형태로 변화시킬 수 있다.The formulas (1) and (2) can be referred to as the Cahn-Hiliard equation, and the Cahn-Hilliard equation is a mathematical modeling of the phase separation of two types of mixtures over time. As the size of the above-mentioned pole (Pore) increases. In this specification, the modified Cahn-Hilliard algorithm is applied to the volume data of a complex shape so that the elapsed time of phase separation can be adjusted differently according to the shape of the space, and the size of the atypical pole can be changed to a desired shape.

예컨대, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 먼저 조형물의 볼륨 정보가 포함되도록 6면체의 공간을 만들고 이를 동일 간격의 메쉬(mesh)로 나누어 데이터를 이산화 시킨다. 이후, 조형물 볼륨 정보의 외부는 유동장이 없는 고체 형태로 모델링하고, 내부 영역의 유동은 여러 경계 조건(위면, 아랫면, 외부, 내부)들의 조합으로 재구성하여 내부 영역의 형상과 시간의 함수로 상 분리가 변화 되도록 모델링 함으로써, 본 발명의 다양한 실시예에 의하면 조형물의 형상에 따라 폴(Pore)의 크기가 방향성을 가지고 변화되도록 할 수 있다.For example, according to various embodiments of the present invention, first, a space of a hexahedron is created so that the volume information of the sculpture is included, and this is divided into equally spaced meshes to discriminate data. Subsequently, the outside of the sculpture volume information is modeled as a solid form without a flow field, and the flow in the inner region is reconstructed by a combination of several boundary conditions (top, bottom, outer, inner) to separate the phase as a function of shape and time of the inner region. By modeling such that is changed, according to various embodiments of the present invention, the size of a pole may be changed with direction in accordance with the shape of a sculpture.

지금까지 설명한 본 발명의 일 실시예와 달리, 본 발명의 다른 실시예로서, 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램이 저장된 메모리, 그리고, 상기 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램을 실행함으로써, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터로부터 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하며, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하고, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하며, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하도록 하는 프로세서를 포함하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치를 제공할 수 있다.Unlike one embodiment of the present invention described so far, as another embodiment of the present invention, a memory in which a program for an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer is stored, and an atypical structure modeling method applicable to the 3D printer By executing the program, three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object is formed from two-dimensional data having cross-sectional information of the specific object, and coordinate data is obtained from three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object, , It is possible to provide an atypical structure modeling apparatus applicable to a 3D printer including a processor that forms volume data of the specific object using the coordinate data and forms an atypical structure in the volume data.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 항의 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수도 있다.In addition, as another embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium in which a program for implementing an atypical structural modeling method applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention is recorded may be provided.

지금까지 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 비정형 구조를 갖는 생체 조직 대체 조형물을 3D 프린터를 이용하여 생성할 수 있고, 이러한 생체 조직 대체 조형물은 인체 조직에 이식되어 실제 인체 조직과 같은 기능을 발휘할 수 있다.According to various embodiments of the present invention described so far, a biological tissue replacement sculpture having an atypical structure may be generated using a 3D printer, and the biological tissue replacement sculpture may be implanted into human tissue to exert the same function as actual human tissue. Can be.

상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified to other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all modifications or variations derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.

Claims (12)

생체 조직의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터를 입력받는 입력 단계;
상기 2차원 데이터를 이용하여 상기 생체 조직의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 3차원 데이터 형성 단계;
상기 생체 조직의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 좌표 추출 단계;
상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 생체 조직의 볼륨 데이터를 형성하는 볼륨 데이터 형성 단계; 및
상기 볼륨 데이터에 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역을 가진 비정형 구조를 형성하는 구조 형성 단계;를 포함하되,
상기 구조 형성 단계는 상기 비정형 구조가 포함하는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 상기 비정형 구조와는 다른 비정형 구조를 상기 볼륨 데이터에 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
An input step of receiving two-dimensional data having cross-sectional information of biological tissue;
A three-dimensional data forming step of forming three-dimensional data having three-dimensional shape information of the biological tissue using the two-dimensional data;
A coordinate extraction step of obtaining coordinate data from three-dimensional data having three-dimensional shape information of the biological tissue;
A volume data forming step of forming volume data of the biological tissue using the coordinate data; And
Including the structure forming step of forming an amorphous structure having a hole-shaped or tubular hollow region in the volume data;
The structure forming step is a step of forming an amorphous structure different from the amorphous structure in the volume data by using a size and a change direction of a pole included in the amorphous structure in the volume data. Structural modeling method.
제1항에 있어서,
상기 3차원 데이터 형성 단계는 상기 3차원 데이터 중 상기 생체 조직의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계를 더 포함하고,
상기 생체 조직의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터는 상기 생체 조직의 일부분에 대한 3차원 데이터인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
According to claim 1,
The forming of the 3D data further includes extracting 3D data of a portion of the biological tissue from among the 3D data,
The 3D data having stereoscopic shape information of the biological tissue is 3D data for a part of the biological tissue.
제1항에 있어서,
상기 좌표 추출 단계는 삼각형 분할 기법을 이용하여 획득된 좌표 데이터에 추가적인 좌표 데이터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
According to claim 1,
The coordinate extraction step further comprises the step of forming additional coordinate data on the coordinate data obtained by using a triangular segmentation technique, an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 볼륨 데이터 형성 단계는 상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계를 더 포함하고,
상기 구조 형성 단계는 압축된 상기 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
According to claim 1,
The step of forming the volume data further includes compressing the volume data,
The structure forming step further comprises the step of restoring the compressed volume data to a state before compression, wherein the atypical structure modeling method applicable to a 3D printer.
제5항에 있어서,
상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계는 상기 볼륨 데이터를 Z축 방향으로 기 설정된 비율만큼 압축 시키는 단계인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method of claim 5,
The step of compressing the volume data is a step of compressing the volume data by a predetermined ratio in the Z-axis direction. An atypical structure modeling method applicable to a 3D printer.
제1항에 있어서,
상기 구조 형성 단계는 상기 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
According to claim 1,
The step of forming the structure may further include forming a shell having a predetermined thickness at a predetermined position among the hollow regions of the hole shape or the tubular shape and filling the hollow region, wherein the shell is shaped to be applicable to a 3D printer. Structural modeling method.
제1항에 있어서,
상기 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 하부 연직 방향으로 형성되는 행오버 영역을 지니고,
상기 구조 형성 단계는 상기 행오버 영역을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
According to claim 1,
The volume data having the atypical structure has a hangover area formed in a lower vertical direction,
The structure forming step further comprises the step of removing the hangover area, an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer.
제1항에 있어서,
상기 구조 형성 단계는,
상기 볼륨 데이터에 비정형 구조의 시작 영역 및 종료 영역을 설정하고 아래 수식 (1) 및 (2)를 이용하여 상기 시작 영역으로부터 상기 종료 영역에 이르기까지 상기 비정형 구조의 크기가 커지도록, 또는, 상기 비정형 구조의 크기가 작아지도록 상기 볼륨 데이터에 상기 비정형 구조를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
Figure 112018040270095-pat00020
수식 (1)
Figure 112018040270095-pat00021
수식 (2)
상기 수식 (1)과 수식 (2)에서
Figure 112018040270095-pat00022
,
Figure 112018040270095-pat00023
는 변수인 x와 t 두 가지 성분의 혼합물의 질량 농도,
Figure 112018040270095-pat00024
Figure 112018040270095-pat00025
또는
Figure 112018040270095-pat00026
와 같이 표현되는 함수,
Figure 112018040270095-pat00027
,
Figure 112018040270095-pat00028
는 양의 상수, x와 y는 각각 x축과 y축의 변수를 나타낸다
According to claim 1,
The structure forming step,
Set the start region and the end region of the atypical structure in the volume data, and increase the size of the atypical structure from the start region to the end region using Equations (1) and (2) below, or Atypical structure modeling method applicable to a 3D printer, characterized in that the step of forming the atypical structure in the volume data so that the size of the structure is reduced.
Figure 112018040270095-pat00020
Equation (1)
Figure 112018040270095-pat00021
Equation (2)
In the above formulas (1) and (2)
Figure 112018040270095-pat00022
,
Figure 112018040270095-pat00023
Is the mass concentration of the mixture of the two components x and t,
Figure 112018040270095-pat00024
silver
Figure 112018040270095-pat00025
or
Figure 112018040270095-pat00026
Functions expressed as,
Figure 112018040270095-pat00027
,
Figure 112018040270095-pat00028
Is a positive constant, and x and y represent variables on the x and y axes, respectively.
삭제delete 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및
3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램을 실행함으로써, 생체 조직의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터로부터 상기 생체 조직의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하며, 상기 생체 조직의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하고, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 생체 조직의 볼륨 데이터를 형성하며, 상기 볼륨 데이터에 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역을 가진 비정형 구조를 형성하도록 하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는, 상기 비정형 구조가 포함하는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 상기 비정형 구조와는 다른 비정형 구조를 상기 볼륨 데이터에 형성하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치.
A memory in which a program for an atypical structure modeling method applicable to a 3D printer is stored; And
By executing a program for an atypical structural modeling method applicable to a 3D printer, three-dimensional data having three-dimensional shape information of the biological tissue is formed from two-dimensional data having cross-sectional information of the biological tissue, and the three-dimensional shape information of the biological tissue A processor for acquiring coordinate data from 3D data having, forming volume data of the biological tissue using the coordinate data, and forming an irregular structure having a hollow region of a hole shape or a tubular shape in the volume data Including,
The processor, an atypical structure modeling apparatus applicable to a 3D printer, characterized in that an atypical structure different from the atypical structure is formed in the volume data using a size and a change direction of a pole included in the atypical structure .
제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
A computer-readable recording medium in which a program for implementing an atypical structural modeling method applicable to any one of claims 1 to 3 and 5 to 9 is applicable.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100753536B1 (en) 2006-05-04 2007-08-30 주식회사 아이너스기술 Method for detecting 2 dimension sketch data of source model data for 3 dimension reverse modeling

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
김호찬 외 3명, 인체 장기의 정밀한 NURBS곡면 모델링 사례 연구. 한국정밀공학회 2005년도 춘계학술대회논문요약집, 2005.6., pp. 411.*
조재형 외 1명, 역공학을 위한 자유곡면 형상의 NURBS Approximation. 한국정밀공학회지 제19권 제8호, 2002.8., pp. 108-115.*

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