KR102135227B1

KR102135227B1 - 적층 데이터 수집 장치 및 이를 포함하는 입체물 제조 시스템

Info

Publication number: KR102135227B1
Application number: KR1020190158465A
Authority: KR
Inventors: 김종용
Original assignee: 김종용
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2020-07-17
Also published as: WO2021006685A1; US20220339879A1

Abstract

본 발명은, 적층 데이터 수집 장치에 관한 것으로서, 외부의 재료 공급원으로부터 공급된 재료를 토출하는 익스트루더와, 상기 익스트루더로부터 토출된 재료를 XYZ 좌표계 상의 임의의 적층 경로를 따라 순차적으로 적층하여 목표 입체물을 형성 가능하도록, 상기 익스트루더를 미리 정해진 방향을 따라 이송하는 프린터 헤드를 구비하는 프린팅 유닛; 및 상기 익스트루더와 상기 프린터 헤드 중 적어도 하나의 이동 양상을 센싱하는 센싱 모듈과, 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 상기 이동 양상을 기초로 상기 임의의 적층 경로를 포함하는 상기 재료의 적층 데이터를 시계열적으로 수집하는 데이터 수집 모듈을 구비하는 스캐닝 유닛을 포함한다.

Description

적층 데이터 수집 장치 및 이를 포함하는 입체물 제조 시스템{Apparatus for collecting stacking data and System for manufacturing 3-dimensional object having the same}

본 발명은, 적층 데이터 수집 장치 및 이를 포함하는 입체물 제조 시스템에 관한 것이다.

최근에는, 3차원으로 설계된 데이터를 기반으로 다양한 재료를 적층하여 입체적인 형태의 물체를 제조하는 3D 프린팅 기술의 사용량이 빠르게 증가하고 있다.

종래의 3D 프린팅 기술은, 미리 제조된 목표 입체물의 외형을 스캐너를 이용해 스캐닝하는 단계와, 스캐닝을 통해 생성한 3D 모델링 데이터를 슬라이싱(slicing), G-code 생성 등의 데이터 전환 과정을 통해 3D 프린터에 적용 가능한 형식으로 전환하는 단계와, 전환된 3D 모델링 데이터를 기초로 3D 프린터를 구동하여, 목표 입체물과 상응하는 입체 구조를 갖는 제품을 출력하는 단계 등을 포함한다.

그런데, 종래와 같이 미리 제조된 목표 입체물의 외형을 스캐닝하여 3D 모델링 데이터를 형성하면, 목표 입체물의 생성 과정 또는 목표 입체물의 내부에 특징이 있거나, 목표 입체물이 푸드, 수제품, 예술품 등 비정형 입체물인 경우에, 목표 입체물의 정확한 3D 모델링 데이터를 수집할 수 없어, 3D 프린팅에 의해 제조된 제품의 품질이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 재료를 시계열적으로 적층하여 목표 입체물을 형성하는 과정에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 수집할 수 있도록 개선한 적층 데이터 수집 장치 및 이를 포함하는 입체물 제조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은, 목표 입체물의 내부 구조 및 외부 구조에 대한 정보를 함께 포함하는 재료의 적층 데이터를 수집할 수 있도록 개선한 입체물 구조 정보 수집 장치 및 이를 포함하는 입체물 제조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층 데이터 수집 장치는, 외부의 재료 공급원으로부터 공급된 재료를 토출하는 익스트루더와, 상기 익스트루더로부터 토출된 재료를 XYZ 좌표계 상의 임의의 적층 경로를 따라 순차적으로 적층하여 목표 입체물을 형성 가능하도록, 상기 익스트루더를 미리 정해진 방향을 따라 이송하는 프린터 헤드를 구비하는 프린팅 유닛; 및 상기 익스트루더와 상기 프린터 헤드 중 적어도 하나의 이동 양상을 센싱하는 센싱 모듈과, 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 상기 이동 양상을 기초로 상기 임의의 적층 경로를 포함하는 상기 재료의 적층 데이터를 시계열적으로 수집하는 데이터 수집 모듈을 구비하는 스캐닝 유닛을 포함한다.

바람직하게, 상기 익스트루더는, 상기 프린터 헤드를 따라 이동하도록 상기 프린터 헤드에 결합되고, 상기 프린팅 유닛은, 상기 프린터 헤드로부터 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축 방향으로 이격되도록 설치되는 프린터 베이스와, 상기 프린터 헤드를 상기 XYZ 좌표계 상의 X축 방향과 Y축 방향 중 적어도 일 방향으로 이동 가능하도록, 상기 프린터 헤드와 상기 프린터 베이스를 힌지 연결하는 적어도 하나의 힌지 핀들을 더 구비한다.

바람직하게, 상기 센싱 모듈은, 상기 힌지 핀들이 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축 방향에서 상기 X축 방향을 향해 기울어진 각도를 나타내는 제1 기울기 각도 및 상기 힌지 핀들이 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축 방향에서 상기 Y축 방향을 향해 기울어진 각도를 나타내는 제2 기울기 각도 중 적어도 하나의 기울기 각도를 센싱하는 X-Y축 센서를 갖고, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 X-Y축 센서에 의해 센싱된 상기 적어도 하나의 기울기 각도를 기초로 상기 X축과 상기 Y축 중 적어도 일축에 대한 상기 익스트루더의 이동 좌표를 각각 산출한다.

바람직하게, 상기 제1 기울기 각도는, 상기 XYZ 좌표계의 XZ 평면 상에서 상기 Z축 방향을 기준으로 측정한 기울기 각도이고, 상기 제2 기울기 각도는, 상기 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에서 상기 Z축 방향을 기준으로 측정한 기울기 각도이다.

바람직하게, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 적어도 하나의 기울기 각도를 기초로 상기 힌지 핀들이 기울어 질 때 상기 프린터 헤드가 상기 Z축 방향으로 이동하는 변위량을 산출한다.

바람직하게, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 익스트루더의 상기 이동 좌표를 기준으로 상기 적층 데이터를 수집한다.

바람직하게, 상기 프린터 베이스는, 고리 형상을 갖는 적어도 하나의 제1 힌지 링들을 갖고, 상기 힌지 핀들은 각각, 고리 형상을 갖고 상기 제1 힌지 링들 중 어느 하나게 회전 가능하게 체결되는 제2 힌지 링을 갖는다.

바람직하게, 상기 X-Y축 센서는, 상기 프린터 헤드의 이동에 연동되어 상기 적어도 하나의 힌지 핀들이 기울어 질 때, 상기 제2 힌지 링이 상기 제1 힌지 링을 중심으로 회전되는 회전 각도를 측정하고, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 회전 각도를 기초로 상기 기울기 각도를 산출한다.

바람직하게, 상기 X-Y축 센서는, 상기 제1 힌지 링을 중심으로 상기 제2 힌지 링이 회전될 때 발생하는 정전 용량의 변화를 센싱하는 정전 용량식 각도 센서를 갖는다.

바람직하게, 상기 X-Y축 센서는, 상기 제1 힌지 링들 중 어느 하나의 제1 힌지 링에 체결된 제2 힌지 링이 상기 XYZ 좌표계의 XZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 회전된 제1 회전 각도를 측정하는 X축 센서와, 상기 제1 힌지 링들 중 다른 하나의 제1 힌지 링에 체결된 상기 제2 힌지 링이 상기 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 회전된 제2 회전 각도를 측정하는 Y축 센서를 갖고, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 제1 회전 각도를 기초로 상기 제1 기울기 각도를 산출하고, 상기 제2 회전 각도를 기초로 상기 제2 기울기 각도를 산출한다.

바람직하게, 상기 어느 하나의 제1 힌지 링은, 중심축 방향이 상기 X축 방향과 일치되도록 설치되고, 상기 다른 하나의 제1 힌지 링은, 중심축 방향이 상기 Y축 방향과 일치되도록 설치된다.

바람직하게, 상기 제1 힌지 링들 중 또다른 하나는, 중심축 방향이 상기 XYZ 좌표계 상의 XY 평면 상에서 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향과 각각 미리 정해진 사이 각도를 이루도록 설치되고, 상기 센싱 모듈은, 상기 또다른 하나의 제1 힌지 링에 체결된 상기 제2 힌지 링이, 상기 Z축과 상기 또다른 하나의 제1 힌지 링의 중심축에 의해 구획된 2차원 평면 상에서 상기 Z축 방향을 기준으로 회전된 제3 회전 각도를 센싱하는 체크 센서를 더 갖고, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 체크 센서에 의해 센싱된 상기 제3 회전 각도를 기초로 상기 X-Y축 센서의 이상 여부를 판단한다.

바람직하게, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 체크 센서에 의해 상기 제3 회전 각도의 변위가 검출될 때 상기 X-Y축 센서에 의해 상기 제1 회전 각도 및 상기 제2 회전 각도 중 적어도 하나의 변위가 검출되지 않으면, 상기 X-Y축 센서에 이상이 발생하였다고 판단한다.

바람직하게, 상기 프린팅 유닛은, 상기 익스트루더를 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축 방향으로 이송하는 Z축 방향 이송 부재를 더 구비하고, 상기 센싱 모듈은, 상기 Z축 방향에 대한 상기 익스트루더의 이동 양상을 센싱하는 Z축 센서를 갖는다.

바람직하게, 상기 프린터 헤드는, 상기 익스트루더가 상기 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입되는 제1 삽입홀을 갖고, 상기 Z축 방향 이송 부재는, 상기 익스트루더가 상기 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입되는 제2 삽입홀을 갖는다.

바람직하게, 상기 익스트루더는, 외주면에 요입 형성되며 상기 Z축 방향으로 연장되는 가이드 홈을 갖고, 상기 프린터 헤드는, 상기 가이드 홈에 이동 가능하게 삽입되도록 상기 제1 삽입홀의 내주면으로부터 돌출 형성되며 상기 Z축 방향으로 연장되는 가이드 돌기를 더 갖는다.

바람직하게, 상기 Z축 방향 이송 부재는, 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축을 중심으로 회전 가능하도록 상기 프린터 헤드에 결합되며, 상기 익스트루더는 외주면에 형성되는 제1 나사산을 더 갖고, 상기 Z축 방향 이송 부재는 상기 제1 나사산에 나사 결합 가능하도록 상기 제2 삽입홀의 내주면에 형성되는 제2 나사산을 더 갖는다.

바람직하게, 상기 익스트루더는, 상기 가이드 홈의 내주면에 상기 Z축 방향을 따라 형성되는 랙 기어를 더 갖고, 상기 Z축 센서는, 상기 랙 기어에 치합되는 피니언 기어를 갖고, 상기 Z축 센서는, 상기 익스트루더가 상기 Z축 방향 이송 부재에 의해 상기 Z축 방향으로 이송될 때 상기 피니언 기어가 상기 랙 기어에 의해 회전되는 회전수 및 회전 방향을 측정 가능하도록, 상기 프린터 헤드의 미리 정해진 위치에 고정 설치된다.

바람직하게, 상기 데이터 수집 모듈은, 상기 피니언 기어의 회전수 및 회전 방향으로 기준으로 상기 익스트루더의 Z축 이동 좌표를 산출합니다.

바람직하게, 상기 프린팅 유닛은, 상기 익스트루더로부터 토출된 상기 재료가 적층되도록 마련된 빌드 플레이트를 더 구비한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 입체물 제조 시스템용 서버는, 익스트루더를 이용해 XYZ 좌표계 상에서 재료를 적층하여 목표 입체물을 형성하는 과정을 센싱 모듈을 이용해 실시간으로 센싱하여 상기 목표 입체물의 형성 과정을 포함하도록 시계열적으로 수집한 상기 재료의 적층 데이터가 저장되는 데이터 저장 모듈; 및 상기 데이터 저장 모듈로부터 입력된 상기 적층 데이터를 변환하여 상기 목표 입체물에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 3D 모델링 모듈을 포함한다.

바람직하게, 상기 적층 데이터는, 상기 재료가 상기 익스트루더에 의해 상기 임의의 적층 경로를 따라 적층되는 과정을 상기 센싱 모듈을 이용해 센싱하여 시계열적으로 수집한 상기 재료의 적층 경로 데이터를 포함한다.

바람직하게, 상기 3D 모델링 모듈은, 상기 적층 경로 데이터를 변환하여 상기 목표 입체물의 입체 형상을 도출한다.

바람직하게, 상기 적층 데이터는, 상기 재료가 상기 임의의 적층 경로를 따라 적층되도록 상기 프린터 헤드가 상기 익스트루더를 이송하는 과정을 상기 센싱 모듈을 이용해 센싱하여 수집한 상기 익스트루더의 이동 좌표 데이터를 포함한다.

바람직하게, 상기 적층 데이터는, 상기 프린터 헤드가 상기 익스트루더를 상기 XYZ 좌표계 상의 X축 방향과 Y축 방향 중 적어도 일 방향으로 이송하는 과정을 상기 센싱 모듈을 이용해 센싱하여 시계열적으로 수집한 상기 익스트루더의 X축 이동 좌표 데이터 및 Y축 이동 좌표 데이터를 포함한다.

바람직하게, 상기 적층 데이터는, Z축 방향 이송 부재가 상기 익스트루더를 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축 방향으로 이송하는 과정을 상기 센싱 모듈을 이용해 센싱하여 시계열적으로 수집한 상기 익스트루더의 Z축 이동 좌표 데이터를 포함한다.

바림직하게, 상기 3D 모델링 모듈은, 상기 이동 좌표 데이터를 변환하여 상기 목표 입체물에 대한 상기 XYZ 좌표계 상의 3D 좌표 데이터를 도출한다.

바람직하게, 상기 적층 데이터를 수집 가능하도록 상기 센싱 모듈을 구비하는 적층 데이터 수집 장치와 유무선으로 접속되는 통신 모듈을 더 포함한다.

바람직하게, 상기 통신 모듈은, 상기 3D 모델링 데이터를 이용해 상기 목표 입체물을 출력 가능한 입체물 출력 장치와 유무선으로 접속된다.

바람직하게, 상기 데이터 저장 모듈에는 상기 재료의 특성에 대한 재료 특성 데이터가 더 저장되고, 상기 3D 모델링 모듈은, 상기 적층 데이터와 상기 재료 특성 데이터를 조합하여 상기 3D 모델링 데이터를 생성한다.

바람직하게, 상기 재료 특성 데이터는, 상기 재료의 종류, 색상, 점도 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함한다.

본 발명은, 적층 데이터 수집 장치 및 이를 포함하는 입체물 제조 시스템에 관한 것으로서, 재료를 적층하여 목표 입체물을 형성할 때 목표 입체물의 시계열적인 적층 형성 과정에 대한 정보를 포함하도록 수집한 재료의 적층 데이터를 이용해, 목표 입체물의 전체 레이어들 각각의 3D 좌표 데이터를 생성한 후, 이처럼 생성한 전체 레이어들에 대한 3D 좌표 데이터들을 조합하여 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 역설계 SW를 이용해 목표 입체물의 내부 구조를 추정할 필요 없이, 목표 입체물의 내부 구조에 대한 정보를 포함하는 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 이에, 본 발명은, 비정형 입체물의 내외부 구조에 대한 정확한 정보를 포함하는 3D 모델링 데이터를 확보할 수 있는 바, 제품의 치수가 명확하게 정해진 제품의 3D 프린팅뿐만 아니라 푸드 프린팅과 같이 비정형 형상을 갖는 제품의 3D 프린팅에도 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체물 제조 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 적층 데이터 수집 장치
를 상측 방향에서 바라본 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 적층 데이터 수집 장치를 하측 방향에서 바라본 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 적층 데이터 수집 장치의 평면도.
도 5는 도 2에 도시된 프린터 베이스의 평면도.
도 6은 도 4의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도.
도 7은 도 2에 도시된 프린터 헤드의 평면도이다.
도 8 및 도 9는 도 6의 부분 확대도.
도 10은 힌지핀의 기울기를 이용해 재료의 적층 데이터를 수집하는 방법을 설명하기 위한 개념도.
도 11은 도 4의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도.
도 12는 도 11의 부분 확대도.
도 13은 도 1에 도시된 입체물 제조 시스템을 이용한 입체물 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 14는 적층 데이터를 변환하여 목표 입체물의 3D 모델링 데이터를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체물 제조 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체물 제조 시스템(1)은, 재료를 적층하여 목표 입체물(T)을 형성하는 과정에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 시계적으로 수집하는 적층 데이터 수집 장치(100)와, 적층 데이터 수집 장치(100)로부터 수신된 적층 데이터를 변환하여 목표 입체물(T)에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 서버(200)와, 서버(200)로부터 수신된 3D 모델링 데이터에 따라 재료를 적층하여 목표 입체물(T)과 상응하는 입체 구조를 갖는 제품을 출력하는 입체물 출력 장치(300) 등을 포함할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 적층 데이터 수집 장치를 상측 방향에서 바라본 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 적층 데이터 수집 장치를 하측 방향에서 바라본 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 적층 데이터 수집 장치의 평면도이다.

먼저, 적층 데이터 수집 장치(100)는, 재료를 적층하여 목표 입체물(T)을 형성하는 과정에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 수집하기 위한 장치이다.

적층 데이터 수집 장치(100)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 적층 데이터 수집 장치(100)는, 재료를 임의의 적층 경로를 따라 순차적으로 적층하여 목표 입체물(T)을 형성하는 프린팅 유닛(110)과, 프린팅 유닛(110)에 의해 재료가 임의의 적층 경로를 따라 적층되는 과정을 센싱하여, 재료의 임의의 적층 경로, 기타 목표 입체물(T)의 적층 형성 과정에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 수집하는 스캐닝 유닛(120) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 임의의 적층 경로란, 재료를 적층하여 비정형 형상을 갖는 목표 입체물(T)을 적층할 수 있도록, 작업자가 자의적인 판단에 따라 프린터 헤드(150)를 수동으로 조작하여 재료를 적층시키는 경로를 말한다.

프린팅 유닛(110)은 작업자가 수동으로 재료를 적층하여 목표 입체물(T)을 형성 가능하도록 마련된다. 이러한 프린팅 유닛(110)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 프린팅 유닛(110)은, 프린터 베이스(130)와, 외부의 재료 공급원으로부터 공급된 재료를 프린터 베이스(130)를 향해 토출하는 익스트루더(140)와, 익스트루더(140)로부터 토출된 재료를 XYZ 좌표계 상의 임의의 적층 경로를 따라 프린터 베이스(130)에 순차적으로 적층하여 목표 입체물(T)을 형성 가능하도록, 익스트루더(140)를 미리 정해진 방향을 따라 이송하는 프린터 헤드(150)와, 프린터 헤드(150)와 프린터 베이스(30)를 힌지 연결하는 적어도 하나의 힌지 핀들(160) 등을 구비할 수 있다.

여기서, XYZ 좌표계란, 재료의 임의의 적층 경로 및 재료의 임의의 적층 경로에 따른 목표 입체물(T)의 입체 구조를 특정하기 위한 3차원 좌표계를 말한다. 또한, XYZ 좌표계에서, X축 방향은 목표 입체물(T)의 가로 방향을 말하고, Y축 방향은 목표 입체물(T)의 세로 방향을 말하고, Z축 방향은 목표 입체물(T)의 높이 방향을 말한다.

도 5는 도 2에 도시된 프린터 베이스의 평면도이고, 도 6은 도 4의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도이며, 도 7은 도 2에 도시된 프린터 헤드의 평면도이며, 도 8 및 도 9는 도 6의 부분 확대도이다.

프린터 베이스(130)는 프린팅 유닛(110)의 구성 요소들을 지지하는 부재이다. 프린터 베이스(130)는 지면에 안착되도록 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 프린터 베이스(130)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 프린터 베이스(130)는 원판 형상을 가질 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 프린터 베이스(130)는, 고리 형상을 갖는 적어도 하나의 제1 힌지 링들(132)과, 익스트루더(140)로부터 토출된 재료가 적층되는 빌드 플레이트(134) 등을 구비할 수 있다.

제1 힌지 링(132)은 프린터 베이스(130)의 상면에 고정 설치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 힌지 링들(132)이 설치되는 경우에, 제1 힌지 링들(132)은 프린터 베이스(130)의 상면에 미리 정해진 간격을 두고 방사형을 이루도록 배치될 수 있다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 힌지 링들(132) 중 어느 하나의 제1 힌지 링(132a)은 중심축 방향이 X축 방향과 일치되도록 설치될 수 있고, 제1 힌지 링들(132) 중 다른 하나의 제1 힌지 링(132b)은 중심축 방향이 Y축 방향과 일치되도록 설치될 수 있고, 제1 힌지 링들(132) 중 또다른 하나의 제1 힌지 링(132c)은 XYZ 좌표계 상의 XY 평면 상에서 X축 방향 및 Y축 방향과 각각 미리 정해진 사이 각도를 이루도록 설치될 수 있다.

빌드 플레이트(134)는, 제1 힌지 링들(132)과 간섭되지 않도록 프린터 베이스(130)의 상면의 중심부에 고정 설치될 수 있다. 빌드 플레이트(134)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 빌드 플레이트(134)는 프린터 베이스(130)에 비해 작은 직경을 갖는 원판 형상을 가질 수 있다.

익스트루더(140)는 외부의 공급원으로부터 공급된 재료를 빌드 플레이트(134)에 적층하여 목표 입체물(T)을 형성하기 위한 부재이다.

이러한 익스트루더(140)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 익스트루더(140)는, 외부의 공급원으로부터 공급된 재료를 토출하는 익스트루더 본체(141)와, 익스트루더 본체(141)를 프린터 헤드(150)에 결합하는 커플링(142) 등을 구비할 수 있다.

익스트루더 본체(141)는 노즐 형상을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 익스트루더 본체(141)는, 외부의 공급원과 연결되어, 외부의 공급원으로부터 공급된 재료가 유입되는 유입구(143)와, 유입구(143)를 통해 유입된 재료가 토출되는 토출구(144) 등을 가질 수 있다.

커플링(142)은 익스트루더 본체(141)를 삽입 가능하여 고정 가능한 중공이 형성된 원통 형상을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 커플링(142)은, 외주면에 형성되는 제1 나사산(145)과, 외주면에 Z축 방향으로 연장 형성되는 가이드 홈(146) 등을 가질 수 있다. 이러한 커플링(142)의 제1 나사산(145)은 후술할 프린터(150) 헤드의 제2 나사산(155)과 나사 결합되고, 가이드 홈(146)에는 후술할 프린터 헤드(150)의 가이드 돌기(152)가 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입된다. 이를 통해, 커플링(142)은 익스트루더(140)를 프린터 헤드(150)에 Z축 방향으로 이동 가능하게 결합할 수 있다. 익스트루더(140)의 Z축 방향 이동에 대한 더욱 자세한 내용은 후술하기로 한다.

프린터 헤드(150)는 익스트루더(140)를 미리 정해진 방향으로 이송하기 위한 부재이다.

프린터 헤드(150)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 프린터 헤드(150)는 원판 형상을 가질 수 있다.

이러한 프린터 헤드(150)는, 익스트루더(140)를 3축 방향(X축 방향, Y축 방향, Z축 방향)으로 이송할 수 있도록 마련된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 프린터 헤드(150)는, 익스트루더(140)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이송하기 위하여, 후술할 힌지 핀(160)에 의해 프린터 베이스(130)에 힌지 결합될 수 있다. 힌지 핀(160)을 이용한 익스트루더(140)의 X축 방향 및 Y축 방향 이송에 대해서는 후술하기로 한다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 프린터 헤드(150)는, 익스트루더(140)를 Z축 방향으로 이송하기 위하여, 커플링(142)을 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입할 수 있도록 천공되는 제1 삽입홀(151)과, 커플링(142)의 가이드 홈(146)에 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입되도록 제1 삽입홀(151)의 내주면으로부터 돌출 형성되는 가이드 돌기(152)와, 커플링(142) 및 이에 결합된 익스트루더 본체(141)를 Z축 방향으로 왕복 이송하는 Z축 방향 이송 부재(153) 등을 구비할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1 삽입홀(151)은, 커플링(142)을 삽입 가능하도록, 커플링(142)의 외경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 내경을 갖도록 천공된다. 제1 삽입홀(151)은, 프린터 헤드(150)의 중심부에 위치하도록 천공되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7에 도시된 바와 같이, 가이드 돌기(152)는, 커플링(142)이 제1 삽입홀(151)에 삽입된 경우에 가이드 돌기(152)의 적어도 일부분이 가이드 홈(146)에 삽입되도록, 제1 삽입홀(151)의 내주면으로부터 돌출 형성된다. 또한, 가이드 돌기(152)는, 익스트루더 본체(141)와 접촉되지 않도록 미리 정해진 높이를 갖는 것이 바람직하다.

Z축 방향 이송 부재(153)는 커플링(142) 및 이에 결합된 익스트루더 본체(141)를 Z축 방향으로 왕속 이송할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, Z축 방향 이송 부재(153)는, 커플링(142)을 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입 가능하도록 천공되는 제2 삽입홀(154)과, 커플링(142)의 제1 나사산(145)과 나사 결합되도록 제2 삽입홀(154)의 내주면에 형성되는 제2 나사산(155) 등을 가질 수 있다. 그러면, 제1 나사산(145)과 제2 나사산(155)이 나사 결합되도록 커플링(142)을 제2 삽입홀(154)에 삽입함으로써, 커플링(142)과 Z축 방향 이송 부재(153)를 결합할 수 있다.

한편, 프린터 헤드(150)는 이러한 Z축 방향 이송 부재(153)가 회전 가능하게 안착되는 안착홈(156)을 더 구비할 수 있다. 이 경우에, 도 4에 도시된 바와 같이, Z축 방향 이송 부재(153)는 프린터 헤드(150)에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 직경을 갖는 원판 형상을 가질 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 안착홈(156)은 Z축 방향 이송 부재(153)에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 직경을 갖도록 프린터 헤드(150)의 상면에 요입 형성될 수 있다. 이에, Z축 방향 이송 부재(153)는 안착홈(156)에 제2 삽입홀(154)을 중심으로 회전 가능하게 삽입될 수 있다. 이처럼 Z축 방향 이송 부재(153)를 설치하면, Z축 방향 이송 부재(153)를 회전시키면, 커플링(142) 및 이에 결합된 익스트루더 본체(141)는 가이드 돌기(152)와 가이드 홈(146)의 안내 하에 Z축 방향으로 왕복 이송될 수 있다. 예를 들어, Z축 방향 이송 부재(153)를 일 방향으로 회전시키면, 커플링(142) 및 이에 결합된 익스트루더 본체(141)는 상측 방향으로 이송될 수 있고, Z축 방향 이송 부재(153)를 타 방향으로 회전시키면, 커플링(142) 및 이에 결합된 익스트루더 본체(141)는 하측 방향으로 이송될 수 있다.

힌지 핀(160)은 프린터 베이스(130)와 프린터 헤드(150)를 힌지 결합할 수 있도록 마련된다. 힌지 핀(160)의 설치 개수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 프린터 베이스(130)와 프린터 헤드(150)는 3개의 힌지 핀들(160)에 의해 힌지 결합될 수 있다.

힌지 핀(160)을 이용해 프린터 베이스(130)와 프린터 헤드(150)를 힌지 결합하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 힌지 핀(160)은, 일단에 형성되는 힌지 볼(162)과, 타단에 형성되는 제2 힌지 링(164) 등을 구비할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 힌지 볼(162)은, 미리 정해진 직경을 갖도록, 힌지 핀(160)의 상단부에 형성될 수 있다. 이에 대응하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 프린터 헤드(150)는, 힌지 볼(162)을 힌지 결합 가능한 힌지 홈(158)이 형성된 XY 포지션 프레임(157)을 더 구비할 수 있다.

XY 포지션 프레임(157)은 프린터 헤드(150)의 하면에 결합되는 것이 바람직하다. XY 포지션 프레임(157)의 설치 개수 및 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, XY 포지션 프레임(157)은 제1 힌지 링(132) 및 힌지 핀(160)과 동일한 개수가 설치될 수 있다. 복수의 XY 포지션 프레임들(157)이 설치되는 경우에, XY 포지션 프레임들(157)은 제1 힌지 링들(132)의 배치 간격과 동일한 배치 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이처럼 XY 포지션 프레임들(157)을 설치함에 따라, 각각의 힌지 핀(160)의 힌지 볼(162)은 XY 포지션 프레임들(157) 중 어느 하나의 힌지 홈(158)에 힌지 결합될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제2 힌지 링(164)은, 고리 형상을 갖도록, 힌지 핀(160)의 하단부에 형성될 수 있다. 이러한 제2 힌지 링(164)은 프린터 베이스(130)의 제1 힌지 링들(132) 중 어느 하나에 힌지 회전 가능하게 체결될 수 있다.

위와 같이, 힌지 핀들(160)이 설치됨에 따라, 프린터 헤드(150)는 힌지 핀들(160)에 의해 프린터 베이스(130)를 중심으로 힌지 회전될 수 있고, 이를 통해, 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이송할 수 있다. 이에, 프린터 헤드(150)는, 익스트루더 본체(141)로부터 토출된 재료를 빌드 플레이트(134)에 적층할 수 있도록, 익스트루더(140)를 프린터 헤드(150)와 동일한 이동 경로를 따라 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이송할 수 있다. 그러면, 작업자는 프린터 헤드(150)를 이용해, 익스트루더 본체(141)로부터 토출된 재료가 빌드 플레이트(134)에 임의의 적층 경로를 따라 적층되도록 익스트루더(140)를 임의의 적층 경로와 대응하는 이송 경로를 따라 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이송하여, 상기 임의의 적층 경로와 대응하는 입체 구조를 갖는 목표 입체물(T)을 빌드 플레이트(134) 상에 적층 형성할 수 있다.

도 10은 힌지 핀의 기울기를 이용해 재료의 적층 데이터를 수집하는 방법을 설명하기 위한 개념도이며, 도 11은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도이고, 도 12는 도 11의 부분 확대도이다.

스캐닝 유닛(120)은, 익스트루더(140)에 의해 재료가 빌드 플레이트(134)에 시계열적으로 적층되는 과정을 센싱하여, 재료가 시계열적으로 적층되어 목표 입체물(T)이 형성되는 과정에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 수집할 수 있도록 마련된다.

이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 스캐닝 유닛(120)은, 익스트루더(140)와 프린터 헤드(150) 중 적어도 하나의 이동 양상을 센싱하는 센싱 모듈(170)과, 센싱 모듈(170)에 의해 센싱된 익스트루더(140)와 프린터 헤드(150) 중 적어도 하나의 이동 양상을 기초로 재료의 임의의 적층 경로에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 수집하는 데이터 수집 모듈(180)과, 적층 데이터를 서버(200)의 통신 모듈(210)에 송신하는 통신 모듈(190) 등을 구비할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 센싱 모듈(170)은, X축 방향 및 Y축 방향 각각에 대한 프린터 헤드(150)의 이동 양상을 센싱하는 X-Y축 센서(171)와, X-Y축 센서(171)를 보조하도록 X축 방향 및 Y축 방향에 대한 프린터 헤드(150)의 이동 양상을 센싱하는 체크 센서(172)와, 익스트루더(140)의 Z축 방향에 대한 이동 양상을 센싱하는 Z축 센서(173) 등을 가질 수 있다.

X-Y축 센서(171)는, 작업자가 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 함께 이동시킬 때, X축 방향 및 Y축 방향 각각에 대한 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)의 이동 양상을 센싱 가능하도록 마련된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 작업자가 프린터 헤드(150)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이동시킬 때, 힌지 핀들(160)은 프린터 헤드(150)의 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로의 이동에 연동되어 힌지 회전되면서 기울어진다.

그런데, 제2 힌지 링(164)이 형성된 힌지 핀들(160) 각각의 하단부는 지면에 고정 설치된 프린터 베이스(130)에 체결된 상태이고, 힌지 볼(162)이 형성된 힌지 핀들(160) 각각의 상단부는 자유롭게 이동 가능하도록 설치된 프린터 헤드(150)에 체결된 상태이다. 따라서, 작업자가 프린터 헤드(150)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이동시킬 때, 힌지 핀들(160)은 각각 제2 힌지 링(164)이 체결된 제1 힌지 링(132)을 중심으로 회전되면서 기울어진다. 이 때, 힌지 핀들(160) 각각의 하단부의 위치는 변동되지 않고, 힌지 핀들(160) 각각의 상단부의 위치만 프린터 헤드(150)의 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로의 이동에 연동되어 변동된다.

한편, 힌지 핀들(160)은 각각 제2 힌지 링(164)이 체결된 제1 힌지 링(132)을 중심으로 회전되면서 기울어지는 바, 작업자가 프린터 헤드(150)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이동시킬 때, 힌지 핀들(160) 각각의 상단부 및 이에 결합된 프린터 헤드(150)의 위치는 Z축 방향으로도 변동된다.

이러한 프린터 헤드(150)의 위치 변동 양상에 의하면, 데이터 수집 모듈(180)은, 제1 기울기 각도(α)와, 제2 기울기 각도(β)와, 힌지 핀들(160)의 길이(L)를 각각, 아래의 수학식 1 내지 4에 대입함으로써, 작업자가 프린터 헤드(150)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 이동시킬 때, 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)의 3축 방향(즉, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향) 각각에 대한 이동 좌표(X1, Y1, Z1)를 실시간으로 산출할 수 있다.

L : 힌지 핀의 길이

X1 : 프린터 헤드의 X축 방향 이동 좌표

Y1 : 프린터 헤드의 Y축 방향 이동 좌표

Z1 : 프린터 헤드의 Z축 방향 이동 좌표

L1 : X축 방향에서 바라본 힌지 핀의 길이

L2 : Y축 방향에서 바라본 힌지 핀의 길이

여기서, 프린터 헤드(150)의 X축 방향 이동 좌표(X1) 및 Y축 방향 이동 좌표(Y1)는 익스트루더(140)로부터 토출된 재료가 빌드 플레이트(134)에 적층되는 위치를 나태낸다. 또한, 프린터 헤드(150)의 Z축 방향 이동 좌표(Z1)는, 작업자가 프린터 헤드(150)를 X축 방향 및 Y축 방향 중 적어도 일방향으로 이송함에 따라 발생하는 익스트루더 본체(141)의 토출구(144)와 빌드 플레이트(134)에 적층된 목표 입체물(T) 사이의 거리 변위를 나타낸다. 작업자가 프린터 헤드(150)를 X축 방향 및 Y축 방향 중 적어도 일방향으로 이송할 때, 익스트루더 본체(141)의 토출구(144)와 빌드 플레이트(134)에 적층된 목표 입체물(T) 사이의 거리가 미리 정해진 기준 거리 이하가 되면, 익스트루더 본체(141)와 목표 입체물(T)이 서로를 간섭할 우려가 있다. 이에, 익스트루더 본체(141)와 목표 입체물(T)이 서로를 간섭하지 않도록, 프린터 헤드(150)의 Z축 방향 이동 좌표(Z1)를 참조하여, 힌지 핀들(160)의 길이(L)를 결정하는 것이 바람직하다.

제1 기울기 각도(α)는, 힌지 핀들(160)이 Z축 방향에서 X축 방향을 향해 기울어진 각도를 나타내며, XYZ 좌표계의 XZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 힌지 핀들(160)의 기울기 각도를 측정하여 산출할 수 있다. 또한, 제2 기울기 각도(β)는, 힌지 핀들(160)이 Z축 방향에서 Y축 방향을 향해 기울어진 각도를 나타내며, XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 힌지 핀들(160)의 기울기 각도를 측정하여 산출할 수 있다. 또한, 힌지 핀들(160)의 길이(L)는, 적층 데이터 수집 장치(100)의 제조 시 설계 조건에 따라 결정되는 상수에 해당된다.

위와 같이 데이터 수집 모듈(180)은, 작업자가 프린터 헤드(150)를 이동시킬 때, 제1 기울기 각도(α)와 제2 기울기 각도(β)를 이용해, 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)의 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로의 이동 양상을 도출할 수 있다. 이에, X-Y축 센서(171)는, 제1 기울기 각도(α) 및 제2 기울기 각도(β) 중 적어도 하나의 기울기 각도를 측정 가능하도록 마련된다.

X-Y축 센서(171)를 이용해 힌지 핀들(160)의 기울기 각도를 측정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, X-Y축 센서(171)는, 프린터 헤드(150)의 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로의 이동에 연동되어 힌지 핀들(160)이 기울어 질 때, 힌지 핀들(160) 각각의 제2 힌지 링(164)이 당해 제2 힌지 링(164)이 체결된 제1 힌지 링(132)을 중심으로 회전되는 각도를 측정 가능하도록 마련될 수 있다. 이를 위하여, X-Y축 센서(171)는, 제1 힌지 링(132)을 중심으로 제2 힌지 링(164)이 회전될 때 발생하는 정전 용량의 변화를 측정 가능한 정전 용량식 각도 센서로 구성되는 것이 바람직하다. 데이터 수집 모듈(180)은, 이러한 X-Y축 센서(171)에 의해 측정된 제2 힌지 링(164)의 회전 각도를 기초로 힌지 핀들(160)의 기울기 각도를 산출할 수 있다.

그런데, X-Y축 센서(171)는 제1 기울기 각도(α)와 제2 기울기 각도(β)를 개별적으로 산출 가능하도록 마련되는 것이 바람직하다. 예를 들어, X-Y축 센서(171)는, 제1 힌지 링들(132) 중 어느 하나의 제1 힌지 링(132)에 체결된 제2 힌지 링(164)이 XYZ 좌표계의 XZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 회전된 각도를 나타내는 제1 회전 각도를 측정하는 X축 센서(174)와, 제1 힌지 링들(132) 중 다른 하나의 제1 힌지 링(132)에 체결된 제2 힌지 링(164)이 YZ 좌표계의 YZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 회전된 각도를 나타내는 제2 회전 각도를 측정하는 Y축 센서(175)를 가질 수 있다.

또한, X축 센서(174)는 제1 힌지 링들(132) 중 중심축 방향이 X축 방향과 일치되도록 설치된 제1 힌지 링(132a)에 체결된 제2 힌지 링(164)의 제1 회전 각도를 측정 가능하도록 마련되는 것이 바람직하다. 이에 대응하여, Y축 센서(175)는 제1 힌지 링들(132) 중 중심축 방향이 Y축 방향과 일치되도록 설치된 제1 힌지 링(132b)에 체결된 제2 힌지 링(164)의 제2 회전 각도를 측정 가능하도록 마련되는 것이 바람직하다.

힌지 핀들(160)은 각각 제2 힌지 링(164)이 제1 힌지 링(132)을 중심으로 회전되면서 기울어지는 바, 제1 회전 각도는 제1 기울기 각도(α)와 동일하고, 제2 회전 각도는 제2 기울기 각도(β)와 동일하다. 따라서, 데이터 수집 모듈(180)은, X축 센서(174)에 의해 측정된 제1 회전 각도를 기준으로 제1 기울기 각도(α)를 산출할 수 있고, Y축 센서(175)에 의해 측정된 제2 회전 각도를 기준으로 제2 기울기 각도(β)를 산출할 수 있다.

체크 센서(172)는, 작업자가 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)를 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 함께 이동시킬 때, X-Y축 센서(171)의 이상 여부를 체크할 수 있도록 마련된다.

예를 들어, 체크 센서(172)는, 제1 힌지 링들(132) 중 중심축 방향이 XYZ 좌표계 상의 XY 평면 상에서 X축 방향 및 Y축 방향과 각각 미리 정해진 사이 각도를 이루도록 설치되는 제1 힌지 링(132c)에 체결된 제2 힌지 링(164)이, Z축과 제1 힌지 링(132)의 중심축에 의해 구획된 2차원 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 회전된 각도를 나타내는 제3 회전 각도를 측정하도록 마련될 수 있다. 이러한 체크 센서(172)는, 제1 힌지 링(132c)을 중심으로 제2 힌지 링(164)이 회전될 때 발생하는 정전 용량의 변화를 측정 가능한 정전 용량식 각도 센서로 구성되는 것이 바람직하다.

제1 힌지 링(132)의 중심축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향과 각각 미리 정해진 사이 각도를 이루는 바, 제1 힌지 링(132)의 중심축 방향 및 제3 회전 각도는 X축 방향 성분과 Y축 방향 성분을 함께 포함할 수 있다. 이에, 데이터 수집 모듈(180)은 제3 회전 각도를 기초로 X-Y축 센서(171)의 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집 모듈(180)은, 제3 회전 각도의 변위가 체크 센서(172)에 의해 검출될 때, 제1 회전 각도의 변위와 제2 회전 각도의 변위 중 적어도 하나가 X-Y축 센서(171)에 의해 검출되지 않으면, X-Y축 센서(171)에 이상이 발생하였다고 판단할 수 있다. 이 경우에, 적층 데이터 수집 장치(100)의 제어기는, 알람 장치, 디스플레이 장치, 기타 표시 장치를 제어하여 센서 이상 발생 사실을 표시하고, 적층 데이터의 수집 작업을 종료하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

Z축 센서(173)는, 작업자가 Z축 방향 이송 부재(153)를 회전시켜 익스트루더(140)를 Z축 방향으로 개별적으로 이동시킬 때, Z축 방향에 대한 익스트루더(140)의 이동 양상을 센싱 가능하도록 마련된다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, Z축 센서(173)는 일측 단부에 회전 가능하게 마련되는 피니언 기어(176)를 가질 수 있다. 이에 대응하여, 익스트루더(140)의 커플링(142)은, 가이드 홈(146)의 좌측 내주면과 우측 내주면 중 적어도 하나의 내주면에 피니언 기어(176)와 치합 가능하도록 Z축 방향으로 연장 형성되는 랙 기어(147)를 더 가질 수 있다. 이 경우에, Z축 센서(173)는, 익스트루더(140)가 Z축 방향 이송 부재(153)에 의해 Z축 방향으로 이송될 때 피니언 기어(176)가 랙 기어(147)에 의해 회전되는 회전수를 측정하도록, 프린터 헤드(150)의 미리 정해진 위치에 고정 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, Z축 센서(173)는 피니언 기어(176)가 랙 기어(147)에 치합되도록 프린터 헤드(150)의 하면에 고정 설치될 수 있다.

이러한 Z축 센서(173)는, 익스트루더(140)가 Z축 방향 이송 부재(153)에 의해 Z축 방향으로 이송되어 피니언 기어(176)가 랙 기어(147)에 회전될 때 발생하는 정전 용량의 변화를 센싱하는 정전 용량식 변위 센서로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

데이터 수집 모듈(180)은, Z축 센서(173)에 의해 센싱된 피니언 기어(176)의 회전수 및 회전 방향을 기준으로 Z축 방향 이송 부재(153)에 의한 익스트루더(140)의 Z축 방향 이동 좌표를 실시간으로 산출할 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여, 적층 데이터 수집 장치(100)를 이용해 재료의 적층 데이터를 수집하는 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 작업자는 프린터 헤드(150)를 파지한 상태에서, 외부의 공급원으로부터 공급된 재료를 익스트루더 본체(141)로부터 토출시키고, 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)를 재료의 임의의 적층 경로와 대응하는 이송 경로를 따라 X축 방향 및 Y축 방향 각각으로 수동으로 이송한다. 그러면, 빌드 플레이트(134)에는 익스트루더 본체(141)로부터 토출된 재료가 임의의 적층 경로를 따라 적층된다. 이 때, 데이터 수집 모듈(180)은, X-Y축 센서(171) 및 보조 센서들로부터 실시간으로 입력되는 제1 기울기 각도(α), 제2 기울기 각도(β) 등에 대한 신호를 기초로 프린터 헤드(150) 및 이에 결합된 익스트루더(140)의 3축 각각에 대한 이동 좌표(X1, Y1, Z1)를 실시간으로 산출함으로써, 재료의 임의의 적층 경로에 대한 정보, 기타 목표 입체물(T)의 적층 형성 과정에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 시계열적으로 수집한다.

이후에, 작업자는 목표 입체물(T)의 특정 레이어에 해당하는 부분을 빌드 플레이트(134)에 적층 완료하였다고 판단되면, Z축 방향 이송 부재(153)를 이용해 목표 입체물(T)의 특정 레이어의 두께에 해당하는 높이만큼 익스트루더(140)를 상승시킨다. 이 때, 도 11에 도시된 바와 같이, 데이터 수집 모듈(180)은, Z축 센서(173)로부터 실시간으로 입력되는 피니언 기어(176)의 회전수 및 회전 방향 등에 대한 신호를 기초로 익스트루더(140)의 Z축 방향 이송 부재(153)에 의한 Z축 방향 이동 좌표(Z2)를 실시간으로 산출함으로써, 목표 입체물(T)의 특정 레이어에 대한 적층 형성이 완료되었는지 여부에 대한 정보, 목표 입체물(T)의 특정 레이어의 두께 등에 대한 정보를 포함하는 재료의 적층 데이터를 시계열적으로 수집한다.

작업자는, 전술한 목표 입체물(T)의 특정 레이어에 대한 적층 형성 과정과, 익스트루더(140)의 높이 조절 과정을 반복적으로 수행하여, 목표 입체물(T)을 점진적으로 형성할 수 있다. 이에 대응하여, 데이터 수집 모듈(180)은, 목표 입체물(T)의 특정 레이어를 적층 형성하기 위한 재료의 임의의 적층 경로에 대한 정보와, 익스트루더(140)의 높이 조절 시기, 높이 조절량 등에 대한 정보를 시계열적으로 수집하여, 재료의 적층 데이터를 수집한다.

통신 모듈(190)은, 이처럼 데이터 수집 모듈(180)에 의해 수집된 재료의 적층 데이터를 후술할 서버(200)의 통신 모듈(190)에 송신한다. 통신 모듈(190)은, 적층 데이터를 수집과 동시에 실시간으로 서버(200)의 통신 모듈(190)에 송신하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 통신 모듈(190)로서 사용 가능한 통신 장치의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 통신 모듈(190)은, 블루투스(Blus tooth), 와이파이(Wifi) 등 다양한 종류의 유무선 통신 장치를 구비할 수 있다.

도 13은 도 1에 도시된 입체물 제조 시스템을 이용한 입체물 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 14는 적층 데이터를 변환하여 목표 입체물의 3D 모델링 데이터를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

다음으로, 서버(200)는, 적층 데이터 수집 장치(100)의 통신 모듈(190)로부터 수신된 재료의 적층 데이터를 이용해 목표 입체물(T)의 3D 모델링 데이터를 생성하는 장치이다.

이러한 서버(200)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 서버(200)는, 유무선 통신을 위한 통신 모듈(210)과, 통신 모듈(210)을 통해 적층 데이터 수집 장치(100)의 통신 모듈(190)로부터 수신된 재료의 적층 데이터가 저장되는 데이터 저장 모듈(220)과, 데이터 저장 모듈(220)로부터 입력된 재료의 적층 데이터를 변환하여 목표 입체물(T)의 3D 모델링 데이터를 생성하는 3D 모델링 모듈(230) 등을 포함할 수 있다.

통신 모듈(210)로서 사용 가능한 통신 장치의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 통신 모듈(210)은, 블루투스(Blus tooth), 와이파이(Wifi) 등 다양한 종류의 유무선 통신 장치를 구비할 수 있다. 이러한 통신 모듈(210)은, 전술한 적층 데이터 수집 장치(100)의 통신 모듈(190) 및 후술할 입체물 출력 장치(300)의 통신 모듈(310), 기타 다양한 장치의 통신 모듈과 유무선으로 접속됨으로써, 각종 데이터를 송수신할 수 있다.

데이터 저장 모듈(220)은, 재료의 적층 데이터, 재료의 특성에 대한 데이터, 기타 각종의 데이터가 저장될 수 있도록 마련된다. 재료 특성 데이터는, 재료의 종류, 색상, 점도 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함할 수 있다. 데이터 저장 모듈(220)은, 통상의 데이터 베이스와 동일한 구조를 갖는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

3D 모델링 모듈(230)은, 데이터 저장 모듈(220)로부터 입력된 재료의 적층 데이터를 변환하여 목표 입체물(T)의 입체 구조에 대한 정보를 포함하는 3D 모델링 데이터를 생성하도록 마련된다. 도 13을 참조하면, 3D 모델링 데이터는, 적층 데이터 수집 장치(100)에 의해 수집된 재료의 적층 데이터를 시각화한 데이터로서, 목표 입체물(T)의 입체 구조에 대한 정보를 포함하는 데이터를 말한다.

전술한 바와 같이, 재료의 적층 데이터는, 재료가 임의의 적층 경로를 따라 적층되도록 작업자가 프린터 헤드(150)를 수동으로 조작하여 목표 입체물(T)의 특정 레이어를 형성하는 과정에 대한 정보와, 익스트루더(140)가 Z축 방향으로 이송되도록 작업자가 Z축 이송 부재를 수동으로 조작하여 재료가 적층되는 목표 입체물(T) 상의 레이어를 변경하는 과정에 대한 정보 등을 포함할 수 있다. 이러한 적층 데이터는, 재료의 적층 위치 및 재료의 시계열적인 적층 과정을 함께 포함하는 4D 데이터에 해당한다.

3D 모델링 모듈(230)은, 이처럼 재료의 적층 데이터에 포함된 레이어 형성 과정에 대한 정보 및 레이어 변경 과정에 대한 정보를 변경하여, 목표 입체물(T)의 입체 구조에 대한 정보를 적어도 포함하도록 3D 모델링 데이터를 생성한다. 여기서, 3D 모델링 데이터는, 4D 데이터에 해당하는 재료의 적층 데이터를 시각화한 데이터에 해당하는 바, 목표 입체물(T)의 입체 구조 및 시계열적인 형성 과정에 대한 정보를 함께 포함할 수 있다.

이하에서는, 3D 모델링 모듈(230)이 재료의 적층 데이터를 이용해 3D 모델링 데이터를 생성하는 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 3D 모델링 모듈(230)은, 목표 입체물(T)의 특정 레이어를 형성할 때의 익스트루더(140)의 X축 이동 좌표 데이터(X1) 및 Y축 이동 좌표 데이터(X2)를 기준으로 당해 특정 레이어에 대한 재료의 임의의 적층 경로를 특정할 수 있다. 또한, 3D 모델링 모듈(230)은, 이처럼 특정된 재료의 임의의 적층 경로를 기준으로, 목표 입체물(T)의 특정 레이어에 대한 2D 좌표 데이터 즉, X축 좌표 데이터와 Y축 좌표 데이터를 각각 도출할 수 있다.

다음으로, 3D 모듈링 모듈은, 재료가 적층되는 목표 입체물(T)의 레이어를 상기 특정 레이어에서 다음 레이어로 변경할 때의 익스트루더(140)의 Z축 이동 좌표 데이터(Z2)를 기준으로, 목표 입체물(T)의 특정 레이어의 두께를 특정할 수 있다. 또한, 3D 모델링 모듈(230)은, 이처럼 특정된 상기 특정 레이어의 두께를 기준으로, 목표 입체물(T)의 특정 레이어에 대한 Z축 좌표 데이터를 생성할 수 있다.

이후에, 3D 모델링 모듈(230)은, 위와 같이 도출한 목표 입체물(T)의 특정 레이어에 대한 X축 좌표 데이터, Y축 좌표 데이터 및 Z축 좌표 데이터를 조합하여, 목표 입체물(T)의 특정 레이어에 대한 3D 좌표 데이터를 생성할 수 있다. 이 경우에, 도 14에 도시된 바와 같이, 3D 모델링 모듈(230)은, 미리 정해진 분해능에 따라 목표 입체물(T)의 각각의 포인트에 XYZ 좌표계 상의 좌표 값을 부여하는 것이 바람직하다.

3D 모델링 모듈(230)은, 위와 같은 방식으로 목표 입체물(T)의 전체 레이어들 각각 대한 3D 좌표 데이터를 단계적으로 생성한 후, 전체 레이어들 각각의 3D 좌표 데이터를 조합하여 목표 입체물(T)의 전체 입체 구조 및 형성 과정에 대한 정보를 포함하는 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 이처럼 생성된 3D 모델링 데이터는 데이터 저장 모듈(220)에 저장될 수 있다.

한편, 3D 모델링 모듈(230)은, 3D 좌표 데이터와 데이터 저장 모듈(220)로부터 입력된 재료 특성 데이터를 조합하여, 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 색상, 점성 등의 재료의 특성은 목표 입체물(T)의 외형, 입체 구조 등에 영향을 주는 바, 재료 특성 데이터를 참조하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 것이다.

종래에는, 광, 초음파 등을 이용한 스캐너를 이용해 미리 완성된 목표 입체물의 외형을 스캔닝하여 목표 입체물(T)의 외형에 대한 정보를 포함하는 스캐닝 데이터를 생성한 후, 역설계 SW, 모델링 SW 등을 이용해 스캐닝 데이터를 보정 내지는 변환하여 목표 입체물(T)의 전체 입체 구조에 대한 정보를 포함하는 3D 모델링 데이터를 생성하였다.

목표 입체물의 외형에 대한 정보만을 포함하는 스캐닝 데이터만으로는 목표 입체물의 내부 구조를 파악할 수 없는 바, 종래에는 역설계 SW 및 모델링 SW를 이용해 스캐닝 데이터를 분석하여 목표 입체물의 내부 구조를 추정하여 목표 입체물의 3D 모델링 데이터를 생성할 수밖에 없었다. 이러한 종래의 3D 모델링 데이터 생성 방법에 의하면, 푸드(요리, 케익, 즉석 요리 등), 핸드 메이드 제품(3D 펜 등을 이용한 수제품), 예술품(유화 미술, 머그컵, 조작 부조품 등) 등 내부 구조가 불균일한 비정형 입체물에 대한 정확한 3D 모델링 데이터를 확보할 수 없었다. 이에, 종래의 3D 모델링 데이터 생성 방법은, 정설계 등 제품의 치수가 명확하게 정해진 제품의 3D 프린팅 시에만 제한적으로 이용할 수 있었다.

그런데, 입체물 제조 시스템(1)은, 재료를 적층하여 목표 입체물(T)을 형성할 때 목표 입체물(T)의 시계열적인 적층 형성 과정에 대한 정보를 포함하도록 수집한 재료의 적층 데이터를 이용해, 목표 입체물(T)의 전체 레이어들 각각의 3D 좌표 데이터를 생성한 후, 이처럼 생성한 전체 레이어들에 대한 3D 좌표 데이터들을 조합하여 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 이러한 입체물 제조 시스템(1)에 의하면, 역설계 SW를 이용해 목표 입체물(T)의 내부 구조를 추정할 필요 없이, 목표 입체물(T)의 내부 구조에 대한 정보를 포함하는 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 이에, 입체물 제조 시스템(1)은, 비정형 입체물의 내외부 구조에 대한 정확한 정보를 포함하는 3D 모델링 데이터를 확보할 수 있는 바, 제품의 치수가 명확하게 정해진 제품의 3D 프린팅뿐만 아니라 푸드 프린팅과 같이 비정형 형상을 갖는 제품의 3D 프린팅에도 사용될 수 있다.

또한, 입체물 제조 시스템(1)은, 목표 입체물(T)의 형성 시 시계열적으로 수집되는 재료의 적층 데이터를 즉시 변환하여 3D 모델링 데이터를 실시간으로 생성 가능한 바, 목표 입체물(T)의 형성과 동시에 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 이에, 입체물 제조 시스템(1)은, 목표 입체물의 완성 이후에 3D 모델링 데이터를 추후적으로 생성하여야 하는 종래의 3D 모델링 방법에 비해, 3D 모데링 데이터를 생성하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

다음으로, 입체물 출력 장치(300)는 서버(200)로부터 수신된 3D 모델링 데이터를 이용해 재료를 적층하여 목표 입체물(T)과 상응하는 구조를 갖는 제품을 출력하는 장치이다.

이러한 입체물 출력 장치(300)는 4D 데이터에 해당하는 적층 데이터를 변환하여 생성한 3D 모델링 데이터를 이용해 3D 프린팅을 진행하여 제품을 출력할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 입체물 출력 장치(300)는, 유무선 통신을 위한 통신 모듈(310)과, 통신 모듈(310)을 통해 수신된 3D 모델링 데이터가 저장되는 데이터 저장 모듈(320)과, 데이터 저장 모듈(320)에 저장된 3D 모델링 데이터를 변환하여 제품의 출력을 위한 출력 데이터를 생성하는 데이터 변환 모듈(330)과, 출력 데이터를 이용해 재료를 적층하여 목표 입체물(T)과 상응하는 구조를 갖는 제품을 출력하는 프린팅 유닛(340) 등을 포함할 수 있다.

통신 모듈(310)로서 사용 가능한 통신 장치의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 통신 모듈(310)은, 블루투스(Blus tooth), 와이파이(Wifi) 등 다양한 종류의 유무선 통신 장치를 구비할 수 있다. 이러한 통신 모듈(310)은, 서버의 통신 모듈(210), 기타 다양한 장치의 통신 모듈과 유무선으로 접속됨으로써, 각종 데이터를 송수신할 수 있다.

데이터 저장 모듈(320)은, 통신 모듈(230)을 통해 서버(200)로부터 수신된 3D 모델링 데이터가 저장될 수 있도록 마련된다. 데이터 저장 모듈(320)은, 통상의 데이터 베이스와 동일한 구조를 갖는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

프린팅 유닛(340)은 적층 데이터 수집 장치(100)의 프린팅 유닛(110)과 동일한 구조를 갖도록 구성되거나, 적층 데이터 수집 장치(100)의 프린팅 유닛(110)과는 다른 구조를 갖는 통상의 3D 프린터로 구성될 수 있다.

프린팅 유닛(340)이 프린팅 유닛(110)과 동일한 구조를 갖는 경우에, 데이터 변환 모듈(330)을 이용한 3D 모델링 데이터의 변환 과정 없이 3D 모델링 데이터를 그대로 활용하여 제품을 출력을 할 수 있다. 이 경우에, 프린팅 유닛(340)의 프린터 헤드(150)와 힌지 핀(160)의 힌지 연결부와, 프린터 베이스(130)와 힌지 핀(160)의 힌지 연결부와, 익스트루더(140)와 Z축 방향 이송 부재(154)의 연결부 등에는, 프린터 헤드(150) 및 익스트루더(140)를 3축 방향으로 자동으로 이송하기 위한 구동 부재(미도시)가 장착될 수 있다.

프린팅 유닛(340)이 프린팅 유닛(110)과 다른 구조를 갖는 통상의 3D 프린터로 구성되는 경우에는, 데이터 변환 모듈(330)은 슬라이싱, G-CODE 변환 등의 기법을 이용해 3D 모델링 데이터를 변환하여 프린팅 유닛(340)을 이용해 제품을 출력하기에 적합한 출력 데이터를 생성할 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 이러한 프린팅 유닛(340)에 의하면, 3D 프린팅을 통해 목표 입체물(T)과 동일하거나 목표 입체물(T)과 상응하는 구조를 갖는 제품을 자동으로 출력할 수 있다. 이를 통해, 입체물 제조 시스템(1)은, 작업자가 수동으로 제작한 목표 입체물(T)과 동일하거나 상응하는 구조를 갖는 제품을 대량으로 제조할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 입체물 제조 시스템
100 : 적층 데이터 수집 장치
110 : 프린팅 유닛
120 : 스캐닝 유닛
130 : 프린터 베이스
132, 132a, 132b, 132c : 제1 힌지 링
134 : 빌드 플레이트
140 : 익스트루더
141 : 익스트루더 본체
142 : 커플링
143 : 유입구
144 : 토출구
145 : 제1 나사산
146 : 가이드 홈
147 : 랙 기어
150 : 프린터 헤드
151 : 제1 삽입홀
152 : 가이드 돌기
153 : Z축 방향 이송 부재
154 : 제2 삽입홀
155 : 제2 나사산
156 : 안착홈
157 : XY 포지션 프레임
158 : 힌지 홈
160 : 힌지 핀
162 : 힌지 볼
164 : 제2 힌지 링
170 : 센싱 모듈
171 : X-Y축 센서
172 : 체크 센서
173 : Z축 센서
174 : X축 센서
175 : Y축 센서
176 : 피니언 기어
180 : 데이터 수집 모듈
190 : 통신 모듈
200 : 서버
210 : 통신 모듈
220 : 데이터 저장 모듈
230 : 3D 모델링 모듈
300 : 입체물 출력 장치
310 : 통신 모듈
320 : 데이터 저장 모듈
330 : 데이터 변환 모듈
340 : 프린팅 유닛

Claims

프린터 베이스와, 상기 프린터 베이스로부터 XYZ 좌표계 상의 Z축 방향으로 이격되도록 설치되는 프린터 헤드와, 사용자의 수동 조작을 통해 상기 프린터 헤드를 상기 XYZ 좌표계 상의 X축 방향과 Y축 방향 중 적어도 일 방향으로 이동시킬 수 있도록, 상기 프린터 베이스와 상기 프린터 베이스를 힌지 연결하는 적어도 하나의 힌지 핀들과, 상기 프린터 헤드를 따라 이동하도록 상기 프린터 헤드에 결합되며, 외부의 재료 공급원으로부터 공급된 재료를 상기 수동 조작에 의한 상기 프린터 헤드의 이동 경로와 대응하는 적층 경로를 따라 상기 프린터 베이스에 순차적으로 적층하여, 상기 적층 경로와 대응하는 입체 구조를 갖는 목표 입체물을 상기 프린터 베이스 상에 형성하는 익스트루더를 구비하는 프린팅 유닛; 및
상기 익스트루더와 상기 프린터 헤드 중 적어도 하나의 이동 양상을 센싱하는 센싱 모듈과, 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 상기 이동 양상을 기초로 상기 적층 경로를 포함하는 상기 재료의 적층 데이터를 시계열적으로 수집하는 데이터 수집 모듈을 구비하는 스캐닝 유닛을 포함하고,
상기 센싱 모듈은, 사용자가 상기 프린터 헤드를 수동 조작할 때 상기 힌지 핀들이 상기 XYZ 좌표계의 XZ 평면 상에서 상기 Z축 방향을 기준으로 상기 X축 방향을 향해 기울어진 각도인 제1 기울기 각도와, 사용자가 상기 프린터 헤드를 수동 조작할 때 상기 힌지 핀들이 상기 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에서 상기 Z축 방향을 기준으로 상기 Y축 방향을 향해 기울어진 각도인 제2 기울기 각도 중 적어도 하나의 기울기 각도를 측정하는 X-Y축 센서를 갖고,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 X-Y축 센서에 의해 측정된 상기 적어도 하나의 기울기 각도를 기초로 상기 X축과 상기 Y축 중 적어도 일축에 대한 상기 익스트루더의 이동 좌표를 각각 산출하며,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 익스트루더의 상기 이동 좌표를 기준으로 상기 적층 데이터를 수집하는, 적층 데이터 수집 장치.
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삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 적어도 하나의 기울기 각도를 기초로 상기 힌지 핀들이 기울어 질 때 상기 프린터 헤드가 상기 Z축 방향으로 이동하는 변위량을 산출하는, 적층 데이터 수집 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 프린터 베이스는, 고리 형상을 갖는 적어도 하나의 제1 힌지 링들을 갖고,
상기 힌지 핀들은 각각, 고리 형상을 갖고 상기 제1 힌지 링들 중 어느 하나게 회전 가능하게 체결되는 제2 힌지 링을 갖는, 적층 데이터 수집 장치.
제7항에 있어서,
상기 X-Y축 센서는, 상기 프린터 헤드의 이동에 연동되어 상기 적어도 하나의 힌지 핀들이 기울어 질 때, 상기 제2 힌지 링이 상기 제1 힌지 링을 중심으로 회전되는 회전 각도를 측정하고,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 회전 각도를 기초로 상기 적어도 하나의 기울기 각도를 산출하는, 적층 데이터 수집 장치.
제8항에 있어서,
상기 X-Y축 센서는, 상기 제1 힌지 링을 중심으로 상기 제2 힌지 링이 회전될 때 발생하는 정전 용량의 변화를 센싱하는 정전 용량식 각도 센서를 갖는, 적층 데이터 수집 장치.
제8항에 있어서,
상기 X-Y축 센서는, 상기 제1 힌지 링들 중 어느 하나의 제1 힌지 링에 체결된 제2 힌지 링이 상기 XYZ 좌표계의 XZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 회전된 제1 회전 각도를 측정하는 X축 센서와, 상기 제1 힌지 링들 중 다른 하나의 제1 힌지 링에 체결된 상기 제2 힌지 링이 상기 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에서 Z축 방향을 기준으로 회전된 제2 회전 각도를 측정하는 Y축 센서를 갖고,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 제1 회전 각도를 기초로 상기 제1 기울기 각도를 산출하고, 상기 제2 회전 각도를 기초로 상기 제2 기울기 각도를 산출하는, 적층 데이터 수집 장치.
제10항에 있어서,
상기 어느 하나의 제1 힌지 링은, 중심축 방향이 상기 X축 방향과 일치되도록 설치되고,
상기 다른 하나의 제1 힌지 링은, 중심축 방향이 상기 Y축 방향과 일치되도록 설치되는, 적층 데이터 수집 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 힌지 링들 중 또다른 하나는, 중심축 방향이 상기 XYZ 좌표계 상의 XY 평면 상에서 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향과 각각 미리 정해진 사이 각도를 이루도록 설치되고,
상기 센싱 모듈은, 상기 또다른 하나의 제1 힌지 링에 체결된 상기 제2 힌지 링이, 상기 Z축과 상기 또다른 하나의 제1 힌지 링의 중심축에 의해 구획된 2차원 평면 상에서 상기 Z축 방향을 기준으로 회전된 제3 회전 각도를 센싱하는 체크 센서를 더 갖고,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 체크 센서에 의해 센싱된 상기 제3 회전 각도를 기초로 상기 X-Y축 센서의 이상 여부를 판단하는, 적층 데이터 수집 장치.
제12항에 있어서,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 체크 센서에 의해 상기 제3 회전 각도의 변위가 검출될 때 상기 X-Y축 센서에 의해 상기 제1 회전 각도 및 상기 제2 회전 각도 중 적어도 하나의 변위가 검출되지 않으면, 상기 X-Y축 센서에 이상이 발생하였다고 판단하는, 적층 데이터 수집 장치.
제1항에 있어서,
상기 프린팅 유닛은, 상기 익스트루더를 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축 방향으로 이송하는 Z축 방향 이송 부재를 더 구비하고,
상기 센싱 모듈은, 상기 Z축 방향에 대한 상기 익스트루더의 이동 양상을 센싱하는 Z축 센서를 갖는, 적층 데이터 수집 장치.
제14항에 있어서,
상기 프린터 헤드는, 상기 익스트루더가 상기 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입되는 제1 삽입홀을 갖고,
상기 Z축 방향 이송 부재는, 상기 익스트루더가 상기 Z축 방향으로 이동 가능하게 삽입되는 제2 삽입홀을 갖는, 적층 데이터 수집 장치.
제15항에 있어서,
상기 익스트루더는, 외주면에 요입 형성되며 상기 Z축 방향으로 연장되는 가이드 홈을 갖고,
상기 프린터 헤드는, 상기 가이드 홈에 이동 가능하게 삽입되도록 상기 제1 삽입홀의 내주면으로부터 돌출 형성되며 상기 Z축 방향으로 연장되는 가이드 돌기를 더 갖는, 적층 데이터 수집 장치.
제16항에 있어서,
상기 Z축 방향 이송 부재는, 상기 XYZ 좌표계 상의 Z축을 중심으로 회전 가능하도록 상기 프린터 헤드에 결합되며,
상기 익스트루더는 외주면에 형성되는 제1 나사산을 더 갖고,
상기 Z축 방향 이송 부재는 상기 제1 나사산에 나사 결합 가능하도록 상기 제2 삽입홀의 내주면에 형성되는 제2 나사산을 더 갖는, 적층 데이터 수집 장치.
제16항에 있어서,
상기 익스트루더는, 상기 가이드 홈의 내주면에 상기 Z축 방향을 따라 형성되는 랙 기어를 더 갖고,
상기 Z축 센서는, 상기 랙 기어에 치합되는 피니언 기어를 갖고,
상기 Z축 센서는, 상기 익스트루더가 상기 Z축 방향 이송 부재에 의해 상기 Z축 방향으로 이송될 때 상기 피니언 기어가 상기 랙 기어에 의해 회전되는 회전수 및 회전 방향을 측정 가능하도록, 상기 프린터 헤드의 미리 정해진 위치에 고정 설치되는, 적층 데이터 수집 장치.
제18항에 있어서,
상기 데이터 수집 모듈은, 상기 피니언 기어의 회전수 및 회전 방향으로 기준으로 상기 익스트루더의 Z축 이동 좌표를 산출하는, 적층 데이터 수집 장치.
제1항에 있어서,
상기 프린터 베이스는, 상기 익스트루더로부터 토출된 상기 재료가 적층되도록 마련된 빌드 플레이트를 갖는, 적층 데이터 수집 장치.
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