KR102146003B1

KR102146003B1 - 3차원 인쇄 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR102146003B1
Application number: KR1020170041856A
Authority: KR
Inventors: 신타 시에
Original assignee: 엑스와이지프린팅, 인크.; 킨포 일렉트로닉스, 아이엔씨.
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-08-20
Also published as: US20180186093A1; CN108262942A; JP2018108721A; ES2764743T3; TWI655079B; US10654258B2; TW201825261A; EP3342582A1; EP3342582B1; JP6764825B2; KR20180080072A

Abstract

3차원 인쇄 장치와 그 제어 방법이 제공된다. 제1 성형 재료와 제2 성형 재료는 용융 노즐로 공급되도록 구성된다. 제어기는 제1 성형 재료의 제1 공급 비율에 따라 제1 후퇴량을 결정하고 제2 성형 재료의 제2 공급 비율에 따라 제2 후퇴량을 결정한다. 인쇄 모듈이 어떠한 재료의 압출을 정지한 기간 중에, 상기 제어기는 공급 모듈이 제1 성형 재료를 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어하며, 공급 모듈이 제2 성형 재료를 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어한다.

Description

3차원 인쇄 장치 및 그 제어 방법{Three dimensional printing apparatus and controlling method thereof}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2017년 1월 3일에 제출된 대만 출원 번호 106100077호의 우선권의 이익을 주장한다. 이에 의해 위에 언급된 특허 출원의 전체는 여기에 참조로 통합되며 이 명세서의 부분을 구성한다.

본 발명은 인쇄 장치에 관한 것으로, 특히 3차원 인쇄 장치와 그 제어 방법에 관한 것이다.

컴퓨터 보조 제조(Computer-Aided Manufacturing, CAM)의 진보와 함께, 제조 산업은 3차원 인쇄 기술을 발전시켜 왔으며, 이는 디자인의 원 개념을 신속하게 제조할 수 있다. 3차원 인쇄 기술은 실제로 일련의 신속 시제품화(Rapid Prototyping, RP) 기술들의 총칭이며, 그 기본 원리는 모두 적층 제조(laminated manufacturing)이다. 즉, 신속 시제품화 기계는 가공대상물의 단면 형태를 X-Y 평면 내에서 스캐닝된 형상으로 성형하고, Z 좌표상에서 불연속적으로 층 두께의 변화를 수행함으로써, 최종적으로 3차원 물체를 형성한다. 3차원 인쇄 기술은 기하학적 형태를 제한하지 않으며, 복잡한 부품들은 RP 기술의 뛰어남을 보여준다. 즉, 인력과 처리 시간이 많이 절약되며; 대부분의 시간 절약의 요구 하에서, 3D 컴퓨터 보조 설계(Commputer-Aided Design, CAD) 소프트웨어에 의해 설계된 디지털 3차원 모델이 실제로 주어진다.

현재, 전술한 신속 시제품화 방법들을 사용하여 3차원 물체를 성형하는 대부분의 3차원 인쇄 장치들은, 핫 멜트(hot melt) 성형 재료들을 공급 기구(feeding mechanism)를 사용하여 노즐로 이송하고, 상기 성형 재료들을 공급 재료 가열 구조체와 노즐에 의해 가열하여 용융시키며, 이를 플랫폼(platform) 상에 다층으로 도포함으로써 3차원 물체를 형성한다. 3차원 인쇄 품질을 고려해보면, 압출 정지 기간에 여분의 성형 재료가 노즐을 통해 떨어지는 것을 방지하기 위해, 3차원 인쇄 장치는 필라멘트-압출 중단 기간(filament-extrusion suspending period)에 성형 재료를 노즐로부터 멀어지도록 약간 당긴다. 다른 태양에서는, 3차원 인쇄 장치의 실용성을 높이기 위해, 3차원 물체를 다수의 색상으로 인쇄할 수 있는 기능도 연구 및 개발 인력의 초점들 중 하나이다. 노즐 내에서, 성형 재료들을 두 개의 다른 색상들을 가진 용융된 상태로 혼합함으로써, 3차원 인쇄 장치의 노즐은 조화로운 색상을 가진 성형 재료를 플랫폼 상에 도포할 수 있다. 그러나, 필라멘트-압출 중단 기간에 동일한 양의 두 개의 성형 재료들이 동일한 노즐로부터 멀어지도록 당겨지면, 3차원 인쇄 장치가 인쇄를 다시 수행하고 두 개의 성형 재료들을 노즐 내부로 다시 공급을 계속할 때, 노즐에 의해 압출되는 조화로운 색상의 성형 재료는 예상되는 것과는 다르다. 그 결과, 인쇄된 3차원 물체와 실제 예상과는 갭이 있으며, 이에 따라 3차원 인쇄 장치의 인쇄 품질과 인쇄 수율이 저하된다.

본 개시는, 위의 문제점을 고려하여, 다른 성형 재료들의 공급 비율(feeding-in ratios)에 따라, 노즐로부터 성형 재료들을 후퇴시키는(pulling-back) 양을 각각 결정하고, 그럼으로써 노즐에 의해 압출되는 성형 재료들의 조화로운 색상들 사이의 일관성을 유지하기 위해, 3차원 인쇄 장치와 그 제어 방법을 제공한다.

본 개시는 3차원 인쇄 장치를 제공하며, 이는 지지 표면(bearing surface)을 가진 플랫폼(platform)과, 인쇄 모듈과, 제어기를 포함한다. 상기 인쇄 모듈은 상기 플랫폼 위에 배치되며, 용융 노즐과 공급 모듈을 포함한다. 상기 용융 노즐은 제1 색상을 가진 제1 성형 재료와 제2 색상을 가진 제2 성형 재료를 용융시키도록 구성되며; 상기 공급 모듈은 필라멘트-압출 기간(filament-extruding period)에 상기 제1 성형 재료와 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로 공급하도록 구성된다. 상기 제어기(controller)는 상기 인쇄 모듈에 결합된다. 상기 제어기는, 상기 인쇄 모듈의 필라멘트-압출 중단 기간에 상기 제1 성형 재료의 제1 공급 비율(feeding-in ratio)에 따라 제1 후퇴량(pulling-back amount)을 결정하고, 상기 제2 성형 재료의 제2 공급 비율에 따라 제2 후퇴량을 결정한다. 상기 제어기는, 필라멘트-압출 중단 기간에 상기 공급 모듈이 상기 제1 후퇴량에 따라 상기 제1 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어하고, 필라멘트-압출 중단 기간에 상기 공급 모듈이 상기 제2 후퇴량에 따라 상기 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어한다.

다른 관점에서, 본 개시는 3차원 인쇄 장치를 제어하는 방법을 제공한다. 상기 3차원 인쇄 장치는 용융 노즐과 공급 모듈을 포함한다. 상기 방법은, 다음의 단계들: 필라멘트-압출 기간에 작동할 때, 상기 공급 모듈은 제1 성형 재료와 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로 공급하도록 제어됨으로써, 상기 용융 노즐을 상기 제1 성형 재료와 제2 성형 재료의 혼합에 의해 생성된 제3 성형 재료를 압출하도록 구동시키는 단계; 상기 제1 성형 재료의 제1 공급 비율에 따라 제1 후퇴량이 결정되고, 상기 제2 성형 재료의 제2 공급 비율에 따라 제2 후퇴량이 결정되는 단계; 및 필라멘트-압출 중단 기간에 작동할 때, 상기 공급 모듈이 상기 제1 후퇴량에 따라 상기 제1 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어되고, 상기 공급 모듈이 상기 제2 후퇴량에 따라 상기 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어되며, 상기 용융 노즐이 인쇄 종료 위치를 떠나도록 구동되는 단계;를 포함한다.

상기한 바에 근거하여, 본 개시의 실시예들에서, 제1 성형 재료의 제1 후퇴량은 제1 성형 재료의 제1 공급 비율에 따라 결정되고, 제2 성형 재료의 제2 후퇴량은 제2 성형 재료의 제2 공급 비율에 따라 결정된다. 상기 3차원 인쇄 장치가 필라멘트-압출 중단 기간에 작동될 때, 상기 공급 모듈은, 상기 제1 후퇴량에 따라 상기 제1 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키며, 상기 제2 후퇴량에 따라 상기 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시킨다. 이러한 방식으로, 다른 성형 재료들 각각의 후퇴량을 적절히 조절함으로써, 상기 3차원 인쇄 장치가 다시 필라멘트-압출 기간에 작동할 때, 상기 제1 성형 재료와 제2 성형 재료의 혼합에 의해 상기 용융 노즐 내에 생성된 제3 성형 재료의 색상이 일관성 있게 유지될 수 있으며, 그래서 상기 3차원 인쇄 장치가 비균일한 색상을 가진 3차원 인쇄 물체를 인쇄하는 것을 방지한다.

본 개시의 전술한 목적과 이점들 및 다른 목적과 이점들을 이해할 수 있도록 하기 위해, 도면들에 수반된 실시예들이 아래에서 상게하게 설명된다.

첨부된 도면들은 본 개시의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 이 명세서 내에 통합되고 부분을 구성한다. 이 도면들은 본 개시의 실시예들을 도시하며, 상세한 설명과 함께, 본 개시의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 3차원 인쇄 장치의 작동 상태의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 3차원 인쇄 장치의 개략도이다.
도 3a와 도 3b는 본 개시의 실시예에 따른 용융 노즐과 공급 모듈의 개략도이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 3차원 인쇄 장치를 제어하는 방법의 개략도이다.
도 5a는 본 개시의 실시예에 따라 후퇴량(pulling-back amount)을 결정하는 예시적인 개략도이다.
도 5b는 본 개시의 실시예에 따라 후퇴량을 결정하는 예시적인 개략도이다.

본 개시의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 언급되며, 첨부된 도면들 내에 그 예들이 도시된다. 가능한 어느 곳에서나, 동일 또는 유사한 부품을 나타내는 도면들과 설명에서 동일한 참조 번호가 사용된다.

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 3차원 인쇄 장치의 작동 상태의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 3차원 인쇄 장치(100)는 3차원 모델 정보에 따라 3차원 물체를 인쇄하도록 구성된다. 또한, 컴퓨터 호스트(computer host)(200)는 컴퓨터 기능을 가진 장치, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 또는 데스크탑 컴퓨터와 같은 컴퓨터 장치이다. 본 개시는 상기 컴퓨터 호스트(200)의 유형을 제한하지 않는다. 상기 컴퓨터 호스트(200)는 3차원 물체의 3차원 모델을 수정 및 처리하고 관련된 3차원 모델 정보를 상기 3차원 인쇄 장치(100)로 전송할 수 있으며, 그래서 상기 3차원 인쇄 장치(100)는 3차원 모델 정보에 따라 3차원 물체를 인쇄할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 3차원 모델은 3차원 디지털 이미지 파일일 수 있으며, 이는 컴퓨터 보조 설계(Computer-aided design, CAD), 애니메이션 모델링 소프트웨어, 또는 이와 유사한 것에 의해 컴퓨터 호스트(200)에 의해 구성될 수 있으며, 상기 컴퓨터 호스트(200)는 다층 물체와 연관된 3차원 모델 정보를 얻기 위해 3차원 모델에 관해 레이어 슬라이싱(layer slicing) 처리를 수행하며, 그래서 3차원 인쇄 장치(100)는 레이어 객체들(layer objects)에 대응되는 3차원 모델 정보에 따라 각각의 레이어 객체를 연속적으로 인쇄할 수 있으며, 그래서 최종적으로 완전한 3차원 물체를 형성한다.

도 2는 본 개시의 실시예에 따른 3차원 인쇄 장치의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 상기 3차원 인쇄 장치(100)는 플랫폼(platform)(110), 인쇄 모듈(120), 및 제어기(130)를 포함한다. 여기에 관련된 수단과 그 동작 상태들을 용이하게 설명하기 위해 직각 좌표계가 제공된다. 상기 플랫폼(110)은 인쇄 중에 3차원 물체(80)를 지지하도록 구성된 지지 표면(bearing surface)(S1)을 포함한다. 상기 인쇄 모듈(120)은 상기 플랫폼(110) 위에 배치되며 용융 노즐(121)과 공급 모듈(123)을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 공급 모듈(123)은 필라멘트-압출 기간 내에 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)를 상기 용융 노즐(121)로 공급하도록 구성되며, 상기 용융 노즐(121)은 제1 색상을 가진 제1 성형 재료(20a)와 제2 색상을 가진 제2 성형 재료(20b)를 용융시키도록 구성된다. 상기 인쇄 모듈(120)은 XY 평면을 따라서 그리고 XY 평면의 법선 방향(Z축 방향)을 따라서 이동하도록 구성되며, 그래서 상기 용융 노즐(121)은 상기 플랫폼(110)의 지지 표면(S1) 상에 제3 성형 재료(20c)를 도포한다. 구체적으로, 상기 용융 노즐(121)은 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)를 혼합함으로써 생성된 제3 성형 재료(20c)를 압출하며, 그래서 상기 제3 성형 재료(20c)는 상기 플랫폼(80) 상에 3차원 물체(80)로 경화된다.

그리고, 상기 제어기(130)는 상기 플랫폼(110)과 인쇄 모듈(120)에 결합되며, 3차원 물체(80)를 인쇄하기 위해 상기 컴퓨터 호스트(200)에 의해 제공된 3차원 모델 정보를 읽고 3차원 모델 정보에 따라 상기 3차원 인쇄 장치(100)의 전체 작동을 제어할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 상기 제어기(130)는 3차원 디지털 모델 정보에 따라 상기 인쇄 모듈(120)의 이동 경로를 제어할 수 있다. 상기 제어기(130)는, 예를 들어, 컴퓨터 기능을 가진 장치, 예를 들어, 중앙 처리 장치, 칩셋, 마이크로프로세서, 또는 내장된 제어기일 수 있다.

그리고, 상기 제어기(130)는, 3차원 모델 정보에 따라, 상기 인쇄 모듈(120)이 상기 플랫폼(110) 위에서 이동하도록 제어할 수 있으며, 필라멘트-압출 기간에 상기 공급 모듈(123)이 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)를 상기 용융 노즐(121)로 공급하도록 제어할 수 있다. 상기 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)는 용융된 필라멘트 제조에 적합한 핫 멜트 필라멘트(hot melt filament)일 수 있으며, 상기 용융 노즐(121)에 의해 가열되고, 그래서 상기 용융 노즐(121)로 이송된 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)는 용융된 상태의 유동 재료로 용융된다. 본 실시예에서, 상기 제1 성형 재료(20a)는 제1 색상을 가지고, 제2 성형 재료(20b)는 제2 색상을 가진다. 용융된 상태의 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)는 상기 용융 노즐(212)의 챔버 내에서 혼합됨으로써, 제3 색상을 가진 제3 성형 재료(20c)를 생성한다. 상기 용융 노즐(121)은 제3 색상을 가지며 용융 상태인 제3 성형 재료(20c)를 압출하며, 그래서 상기 용융 노즐(121)에 의해 압출된 제3 성형 재료(20c)는 상기 플랫폼(110) 상의 3차원 물체(80)로 경화된다.

이 경우에, 상기 제3 색상은 상기 용융 노즐(121)로 공급되는 제2 성형 재료(20b)의 공급량에 대한 제1 성형 재료(20a)의 공급량의 비율에 따라 결정된다. 와이어 형태의 제1 성형 재료/제2 성형 재료를 사용함으로써 길이 단위로 측정될 수 있으며, 예로서, 상기 제1 성형 재료(20a)의 공급량은, 예를 들어, 1.2cm/min 이고, 상기 제2 성형 재료(20b)의 공급량은, 예를 들어 0.8cm/min 이다. 즉, 상기 공급 모듈(123)은 제1 성형 재료(20a)를 상기 용융 노즐(121) 내부로 1.2cm/min의 속도로 공급하고, 제2 성형 재료(20b)를 상기 용융 노즐(121) 내부로 0.8cm/min의 속도로 공급한다.

제1 공급 비율과 제2 공급 비율의 합은 미리 정해진 백분율(percent)을 만족시킨다. 예로서 제1 공급 비율과 제2 공급 비율의 합이 100 퍼센트를 만족하도록 함으로써, 상기 용융 노즐(121)에 의해 압출되는 제3 성형 재료(20c)의 전체 공급량은 제1 성형 재료(20a)의 공급량과 제2 성형 재료(20b)의 공급량의 합과 실질적으로 동일하다. 여기서, 상기 용융 노즐(121)의 전체 공급량에 대한 제1 성형 재료(20a)의 공급량의 비율은 제1 공급 비율로 지칭되고, 상기 용융 노즐(121)의 전체 공급량에 대한 제2 성형 재료(20b)의 공급량의 비율은 제2 공급 비율로 지칭된다. 예를 들어, 제1 성형 재료(20a)의 공급량이 1.2cm/min 이고, 제2 성형 재료(20b)의 공급량이 0.8cm/min 이면, 제1 성형 재료(20a)의 제1 공급 비율은 60%이고, 제2 성형 재료(20b)의 제2 공급 비율은 40%이다. 따라서, 제3 색상은 제2 성형 재료(20b)의 공급량에 대한 제1 성형 재료(20a)의 공급량의 비율에 따라 결정되기 때문에, 제3 성형 재료(20c)의 제3 색상도 제1 성형 재료(20a)의 제1 공급 비율과 제2 성형 재료(20b)의 제2 공급 비율에 따라 결정되는 것으로 생각될 수 있다.

도 3a와 도 3b는 본 개시의 실시예에 따른 용융 노즐과 공급 모듈의 개략도이다. 먼저, 도 3a를 참조하면, 본 실시예에서, 상기 공급 모듈(123)은 상기 용융 노즐(121)에 연결된 재료 공급 관로(L1) 및 재료 공급 관로(L2), 제1 공급 롤러(123a), 제2 공급 롤러(123d), 피동 롤러(123b), 및 피동 롤러(123c)를 포함한다. 상세하게는, 상기 제1 공급 롤러(123a)와 피동 롤러(123b)는 상기 재료 공급 관로(L1)의 양측에 각각 마련된다. 필라멘트-압출 기간에, 상기 제1 공급 롤러(123a)와 피동 롤러(123b)는 함께 상기 재료 공급 관로(L1) 내의 상기 제2 성형 재료(20b)를 잡고 상기 제2 성형 재료(20b)를 이송 방향(D1)을 따라 전진하도록 구동시키며, 상기 제2 공급 롤러(123d)와 피동 롤러(123c)는 함께 상기 재료 공급 관로(L2) 내의 상기 제1 성형 재료(20a)를 잡고 상기 제1 성형 재료(20a)를 이송 방향(D1)을 따라 전진하도록 구동시킨다. 다시 말해서, 상기 공급 모듈(123)의 모터(미도시)는 상기 제1 공급 롤러(123a)와 제2 공급 롤러(123d)를 제1 방향(R1)쪽으로 구동시킴으로써 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)를 상기 용융 노즐(121) 내부로 공급하며, 상기 용융 노즐(121)은 필라멘트-압출 기간에 상기 제3 성형 재료(20c)를 압출한다.

예시적인 실시예에서, 필라멘트-압출 기간에, 상기 제어기(130)는 제1 공급 비율에 따라 상기 제1 공급 롤러(123a)의 회전 속도를 제어할 수 있으며, 제3 공급 비율에 따라 제2 공급 롤러(123d)의 회전 속도를 제어할 수 있다.

다음으로, 도 3b를 참조하면, 본 실시예에서, 필라멘트-압출 중단 기간에, 상기 제1 공급 롤러(123a)와 피동 롤러(123b)는 함께 상기 재료 공급 관로(L1) 내의 상기 제2 성형 재료(20b)를 잡고 상기 제2 성형 재료(20b)를 이송 방향(D2)을 따라 전진하도록 구동시키며, 상기 제2 공급 롤러(123d)와 피동 롤러(123c)는 함께 상기 재료 공급 관로(L2) 내의 제1 성형 재료(20a)를 잡고 상기 제1 성형 재료(20a)를 이송 방향(D2)을 따라 전진하도록 구동시킨다. 다시 말해서, 상기 공급 모듈(123)의 모터(미도시)는, 상기 제1 공급 롤러(123a)와 제2 공급 롤러(123d)를 제2 방향(R2)쪽으로 구동시킴으로써, 상기 용융 노즐(121)로부터 벗어나는 방향을 따라서 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)를 후퇴시킨다.

도 2, 도 3a 및 도 3b의 설명에 기초하여, 예시적인 실시예에서, 상기 인쇄 모듈(120)의 필라멘트-압출 중단 기간에, 상기 제어기(130)는 제1 성형 재료(20a)의 제1 공급 비율에 따라 제1 후퇴량(pulling-back amount)을 결정할 수 있으며, 제2 성형 재료(20b)의 제2 공급 비율에 따라 제2 후퇴량을 결정할 수 있다. 전술한 제1 후퇴량과 제2 후퇴량은 길이 단위로 표시되고 측정될 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 설명을 계속하면; 상기 제1 후퇴량이 6mm일 때, 상기 제어기(130)는 상기 공급 모듈(123)이 이송 방향(D2)을 따라서 제1 성형 재료(20a)를 6mm 후퇴시키도록 제어한다. 즉, 상기 제1 후퇴량과 제2 후퇴량은 대응되는 공급 비율에 따라 각각 결정된다.

이러한 근거에 기초하여, 필라멘트-압출 중단 기간에, 상기 제어기(130)는 상기 공급 모듈(123)이 상기 용융 노즐(121)로부터 벗어나는 방향을 따라서 제1 성형 재료(20a)를 제1 후퇴량에 따라 후퇴시키도록 제어할 수 있다. 한편, 필라멘트-압출 중단 기간에, 상기 제어기(130)는 상기 공급 모듈(123)이 상기 용융 노즐(121)로부터 벗어나는 방향을 따라서 제2 성형 재료(20b)를 제2 후퇴량에 따라 후퇴시키도록 제어할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 후퇴량은 제1 공급 비율의 증가에 따라 증가하며, 제1 후퇴량은 제1 공급 비율의 감소에 따라 감소한다. 마찬가지로, 상기 제2 후퇴량은 제2 공급 비율의 증가에 따라 증가하고, 제2 후퇴량은 제2 공급 비율의 감소에 따라 감소한다. 이러한 방식으로, 필라멘트-압출 중단 기간에, 상기 3차원 인쇄 장치(100)는 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)를 용융 노즐(121)로부터 멀어지도록 당길 수 있으며, 그래서 압출 정지 기간에 용융 상태의 성형 재료들이 용융 노즐(121)로부터 플랫폼(110) 상으로 떨어지는 것을 방지한다.

상기 제어기(130)가 상기 공급 모듈(123)을 제어하는 방법을 더 설명하기 위해, 본 개시가 실시예를 참조하여 아래에서 설명된다. 도 4는 본 개시의 실시예에 따른 3차원 인쇄 장치를 제어하는 방법의 개략도이다. 본 실시예의 방법은 도 2의 3차원 인쇄 장치(100)에 적합화되며, 본 실시예의 노즐 온도 조절 방법의 상세한 단계들은 상기 3차원 인쇄 장치(100) 내의 각각의 수단들을 참조하여 아래에서 설명된다.

단계(S401)에서, 필라멘트-압출 기간에 3차원 인쇄 장치(100)가 작동할 때, 제어기(130)는 공급 모듈(123)이 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)를 용융 노즐(121)로 공급하도록 제어함으로써, 상기 용융 노즐(121)이 제1 성형 재료(20a)와 제2 성형 재료(20b)의 혼합에 의해 생성된 제3 성형 재료(20c)를 압출하도록 구동시킨다. 단계(S402)에서, 상기 제어기(130)는 제1 성형 재료(20a)의 제1 공급 비율과 제2 성형 재료(20b)의 제2 공급 비율에 따라 제1 후퇴량과 제2 후퇴량을 결정한다. 상기 제1 공급 비율과 제2 공급 비율의 합은 미리 정해진 백분율을 만족하기 때문에, 상기 제1 공급 비율은 제2 공급 비율에 대해 대응관계를 가진다는 점을 주목하여야 한다. 다시 말해서, 제2 공급 비율에 대한 제1 공급 비율의 미리 정해진 비율이 존재한다. 일 실시예에서, 상기 제어기(130)는 미리 정해진 백분율에 따라 제1 공급 비율과 제2 공급 비율을 얻을 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 상기 제어기(130)는 또한 미리 정해진 백분율과 제2 공급 비율에 대한 제1 공급 비율의 미리 정해진 비율에 따라 제1 후퇴량과 제2 후퇴량을 결정할 수 있다. 단계(S403)에서, 상기 3차원 인쇄 장치(100)가 필라멘트-압출 중단 기간에 작동할 때, 상기 제어기(130)는, 상기 공급 모듈(123)이 제1 후퇴량에 따라 제1 성형 재료(20a)를 상기 용융 노즐(121)로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어하며, 상기 공급 모듈(123)이 제2 후퇴량에 따라 제2 성형 재료(20b)를 상기 용융 노즐(121)로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어하며, 상기 용융 노즐(121)이 인쇄 종료 위치를 떠나도록 구동시킨다.

상기 필라멘트-압출 기간에, 상기 용융 노즐(121)은 3차원 물체(80)를 형성하기 위해 용융 상태의 제3 성형 재료(20c)를 플랫폼상에 압출하며, 상기 필라멘트-압출 중단 기간에, 상기 용융 노즐(121)은 용융 상태의 제3 성형 재료(20c)의 압출을 정지한다는 점을 주목하여야 한다. 상기 인쇄 모듈(120)이 인쇄 종료 위치로부터 인쇄 시작 위치로 이동하는 기간은 필라멘트-압출 중단 기간이다. 보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 인쇄 모듈(120)이 제1층의 레이어 객체(80b)의 인쇄 동작을 완료한 후에, 상기 인쇄 모듈(120)은 Z 축을 따라서 올라가며, 다음으로 XY 평면을 따라서 제2층의 레이어 절단 객체(80a)의 인쇄 시작 위치로 이동하고, 그 다음에 제2층의 레이어 객체(80a)를 인쇄하기 위해 제3 성형 재료(20c)를 압출한다. 상기 인쇄 모듈(120)이 제2층의 레이어 절단 객체(80a)의 인쇄 동작을 완료한 후에, 상기 인쇄 모듈(120)은 XY 평면을 따라서 제2층의 레이어 절단 객체(80c)의 인쇄 시작 위치로 이동하고, 그 다음에 제2층의 레이어 절단 객체(80c)를 인쇄하기 위해 제3 성형 재료(20c)를 압출한다. 전술한 필라멘트-압출 중단 기간은 상기 인쇄 모듈(120)이 제1층의 레이어 절단 객체(80b)의 인쇄 종료 위치로부터 제2층의 레이어 절단 객체(80a)의 인쇄 시작 위치로 이동하는 기간일 수 있다. 또는, 전술한 전술한 필라멘트-압출 중단 기간은 상기 인쇄 모듈(120)이 제2층의 레이어 객체(80a)의 인쇄 종료 위치로부터 제2층의 레이어 객체(80c)의 인쇄 시작 위치로 이동하는 기간일 수 있다.

예시적인 실시예에서, 제1 성형 재료(20a)의 제1 공급 비율이 제2 성형 재료(20b)의 제2 공급 비율과 동일할 때, 상기 제어기(130)는 제1 성형 재료(20a)의 제1 후퇴량이 제2 성형 재료(20b)의 제2 후퇴량과 동일하도록 설정한다. 제1 성형 재료(20a)의 제1 공급 비율이 제2 성형 재료(20b)의 제2 공급 비율과 다를 때, 상기 제어기(130)는 제1 성형 재료(20a)의 제1 후퇴량이 제2 성형 재료(20b)의 제2 후퇴량과 다르게 되도록 결정한다. 이러한 방식으로, 본 개시의 3차원 인쇄 장치(100)는, 필라멘트-압출 중단 기간에, 제3 성형 재료(20c)가 용융 노즐(121)로부터 넘쳐서 플랫폼(110) 상에 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 제3 성형 재료(20c)의 제3 색상의 일관성을 유지할 수 있다.

아래에서 상기 제어기가 제1 후퇴량과 제2 후퇴량을 각각 결정하는 방법에 대해 설명된다. 예시적인 실시예에서, 상기 제어기(130)는 제1 공급 비율에 따라 보간법(interpolation method)과 제1 기준 범위(reference range)를 사용하여 제1 후퇴량을 계산할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제어기(130)는 제2 공급 비율에 따라 보간법(interpolation method)과 제1 기준 범위(reference range)를 사용하여 제2 후퇴량을 계산할 수 있으며, 상기 제1 기준 범위는 0과 제1 기준값(reference value) 사이이다. 예를 들어, 도 5a는 본 개시의 실시예에 따라 후퇴량(pulling-back amount)을 결정하는 예시적인 개략도이다. 도 5a를 참조하면, 제2 후퇴량과 제2 후퇴량은 제1 기준 범위(rag1) 내의 값들이며, 상기 제1 기준 범위(rag1)는 0과 제1 기준값(Ref1) 사이이다. 상기 제1 기준값(Ref1)은 실제 적용 상황에 따라 설정될 수 있으며, 본 개시에 한정되지 않는다. 일반적으로, 상기 제1 기준값(Ref1)은 성형 재료(즉, 제1 성형 재료 또는 제2 성형 재료)의 공급 비율이 100%일 때 실험 후에 얻어진 이상적인 후퇴량이다.

도 5a를 계속 참조하면, 상기 제어기(130)가 제1 기준 범위(rag1) 내에서 보간법에 따라 제1 후퇴량과 제2 후퇴량을 계산하기 때문에, 성형 재료(즉, 제1 성형 재료 또는 제2 성형 재료)의 후퇴량과 공급 비율은 도 5a에서 선형 관계(linear relationship)(51)로서 나타낼 수 있다. 또한, 제1 공급 비율이 0%이면, 상기 제어기(130)는 제1 후퇴량이 제1 기준 범위(rag1) 내의 0이라고 결정한다. 제1 공급 비율이 100%이면, 상기 제어기(130)는 제1 후퇴량이 제1 기준 범위 내의 제1 기준값(Ref1)이라고 결정한다. 마찬가지로, 제2 공급 비율이 0%이면, 상기 제어기(130)는 제2 후퇴량이 제1 기준 범위(rag1) 내의 0이라고 결정한다. 제2 공급 비율이 100%이면, 상기 제어기(130)는 제2 후퇴량이 제1 기준 범위 내의 제1 기준값(Ref1)이라고 결정한다. 추가적으로, 도 5a를 계속 참조하면, 제1 공급 비율이 X1%이고 제2 공급 비율이(100-X1)%이면, 상기 제어기(130)는 선형 관계(51)에 대응되는 보간법, 제1 공급 비율, 및 제2 공급 비율에 따라 제1 후퇴량은 Ref3과 동일하고 제2 후퇴량은 Ref4와 동일하다고 결정할 수 있다.

추가적으로, 예시적인 실시예에서, 제1 공급 비율이 제2 공급 비율과 동일할 때, 상기 제어기(130)는 제1 후퇴량과 제2 후퇴량이 제2 기준값이 되도록 직접 설정할 수 있다. 제1 공급 비율이 제2 공급 비율과 다를 때, 상기 제어기(130)는 제2 기준 범위와 제3 기준 범위 중 하나와 보간법을 사용하여 제1 공급 비율에 따라 제1 후퇴량을 계산하며, 제2 기준 범위와 제3 기준 범위 중 다른 하나와 보간법을 사용하여 제2 공급 비율에 따라 제2 후퇴량을 계산한다. 상기 제어기(130)는 제1 기준값과 제2 기준값에 따라 제2 기준 범위와 제3 기준 범위를 얻을 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 제1 기준값과 제2 기준값은 실제 적용 상황에 따라 설정될 수 있으며, 본 개시에 한정되지 않는다. 일반적으로, 제1 기준값은 성형 재료(즉, 제1 성형 재료 또는 제2 성형 재료)의 공급 비율이 100% 일 때 실험 후에 얻어진 이상적인 후퇴량이며, 제2 기준값은 성형 재료(즉, 제1 성형 재료 또는 제2 성형 재료)의 공급 비율이 50% 일 때 실험 후에 얻어진 이상적인 후퇴량이다.

예를 들어, 도 5b는 본 개시의 실시예에 따라 후퇴량을 결정하는 예시적인 개략도이다. 도 5b를 참조하면, 상기 제어기(130)는 제1 기준값(Ref1)과 제2 기준값(Ref2)에 따라 제2 기준 범위(rag2)와 제3 기준 범위(rag3)를 얻는다. 상기 제2 기준 범위(rag2)는 0과 제2 기준값(Ref2) 사이이고; 제3 기준 범위(rag3)는 제2 기준값(Ref2)과 제1 기준값(Ref1) 사이이며, 상기 제1 기준값(Ref1)은 제2 기준값(Ref2)보다 더 크다.

도 5b를 계속 참조하면, 상기 제어기(130)가 제2 기준 범위(rag2) 내에서 보간법에 따라 제1 후퇴량과 제2 후퇴량을 계산하기 때문에, 성형 재료(즉, 제1 성형 재료 또는 제2 성형 재료)의 후퇴량과 공급 비율은 도 5b의 선형 관계(52)와 선형 관계(53)로 나타낼 수 있다. 제1 공급 비율이 0%이면, 상기 제어기(130)는 제1 후퇴량을 제2 기준 범위(rag2) 내의 0으로 결정한다. 제1 공급 비율이 50%이면, 상기 제어기(130)는 제1 후퇴량을 제2 기준 범위(rag2)를 제3 기준 범위(rag3)로부터 구별하기 위해 사용되는 제2 기준값(Ref2)으로 결정한다. 제1 공급 비율이 100%이면, 상기 제어기(130)는 제1 후퇴량을 제3 기준 범위(rag3) 내의 제1 기준값(Ref1)으로 결정한다.

추가적으로, 도 5b를 계속 참조하면, 제1 공급 비율이 X2%이고, 제1 공급 비율이 (100-X2)%이면, 상기 제어기(130)는 보간법과 제2 기준 범위(rag2)를 사용하여 제1 공급 비율에 따라 제1 후퇴량은 Ref6과 동일하다고 계산할 수 있다. 또한, 상기 제어기(130)는 보간법과 제3 기준 범위(rag3)를 사용하여 제2 공급 비율에 따라 제2 후퇴량은 Ref5와 동일하다고 계산할 수 있다. 상기 제어기(130)에 의해 받아들여진 최적의 설정이 제1 기준값(Ref1)은 12mm와 동일하고 제2 기준값(Ref2)은 8mm와 동일하다고 가정하면, 상기 제어기(130)는 아래의 표(1)에 따라 보간법에 의해 제1 후퇴량과 제2 후퇴량을 결정할 수 있다. 그러나, 표(1)는 단지 실시예이며, 본 개시를 한정하는 것은 아니다.

제1 공급 비율	제2 공급 비율	제1 성형 재료의 제1 후퇴량(mm)	제 성형 재료의 제2 후퇴량(mm)
0%	100%	0	12
a% (a<50)	(100-a)%
50%	50%	8	8
a% (a>50)	(100-a)%
100%	0%	12	0

상기한 바에 근거하여, 본 개시의 실시예들에서, 제1 성형 재료의 제1 후퇴량은 제1 성형 재료의 제1 공급 비율에 따라 결정되며, 제2 성형 재료의 제2 후퇴량은 제2 성형 재료의 제2 공급 비율에 따라 결정된다. 상기 인쇄 모듈이 다음의 인쇄 시작 지점으로 이동하는 기간에, 상기 공급 모듈은 제1 성형 재료를 제1 후퇴량에 따라 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키고, 제2 성형 재료를 제2 후퇴량에 따라 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시킨다. 이러한 방식으로 본 개시의 상기 3차원 인쇄 장치는 용융 상태의 성형 재료들이 용융 노즐로부터 넘쳐서 플랫폼 상에 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 다수의 성형 재료들의 혼합에 의해 생성된 조화로운 색상의 일관성을 유지할 수 있으므로, 3차원 인쇄 장치가 3차원 인쇄 물체를 비균일한 색상으로 인쇄하는 것을 방지할 수 있다.

본 개시가 실시예들을 사용하여 위에서 설명되었다 할지라도, 상기 실시예들은 본 개시를 한정하는 것은 아니다. 본 기술분야의 어떠한 기술자라도 본 개시의 사상과 범위를 벗어나지 않고서 본 개시에 대해 몇몇의 변형들과 수정들을 만들 수 있다. 따라서, 본 개시의 보호 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정해진다.

본 개시의 범위와 사상을 벗어나지 않고서 본 개시의 구조에 대해 다양한 수정과 변형이 이루어질 수 있다는 것은 본 기술분야의 기술자에게 명백할 것이다. 전술한 바를 고려하여, 본 개시는 다음의 청구항들 및 이와 동등한 것들의 범위 내에서 본 개시의 수정과 변형을 포함하도록 의도되었다.

Claims

3차원 인쇄 장치로서,
제1 색상을 가진 제1 성형 재료와 제2 색상을 가진 제2 성형 재료를 용융시키도록 구성된 용융 노즐; 및 필라멘트-압출 기간(filament-extruding period)에 상기 제1 성형 재료와 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로 공급하도록 구성된 공급 모듈;을 포함하는 인쇄 모듈: 및
상기 인쇄 모듈에 결합되는 제어기(controller):를 포함하며,
상기 제어기는, 상기 인쇄 모듈의 필라멘트-압출 중단 기간에 상기 제1 성형 재료의 제1 공급 비율(feeding-in ratio)과 상기 제2 성형 재료의 제2 공급 비율에 따라 제1 후퇴량(pulling-back amount)과 제2 후퇴량을 결정하도록 구성되며; 필라멘트-압출 중단 기간에 상기 공급 모듈이 상기 제1 후퇴량에 따라 상기 제1 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어하고, 필라멘트-압출 중단 기간에 상기 공급 모듈이 상기 제2 후퇴량에 따라 상기 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키도록 제어하며, 상기 제1 공급 비율과 제2 공급 비율의 합은 미리 정해진 백분율(percent)을 만족시키며,
상기 공급 모듈은 필라멘트-압출 중단 기간에 상기 제1 성형 재료와 상기 제2 성형 재료를 동시에 후퇴시키고,
상기 인쇄 모듈은 필라멘트-압출 중단 기간에 인쇄 종료 위치로부터 인쇄 시작 위치로 이동하며, 상기 용융 노즐은 필라멘트-압출 중단 기간에 제3 성형 재료의 압출을 정지하는, 3차원 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 용융 노즐이 상기 제1 성형 재료와 제2 성형 재료의 혼합에 의해 생성된 제3 성형 재료를 압출함으로써, 상기 제3 성형 재료는 플랫폼(platform) 상에서 3차원 물체로 경화되며; 상기 제3 성형 재료는 제3 색상을 가지고, 상기 제3 색상은 상기 제1 공급 비율과 제2 공급 비율에 따라 결정되는, 3차원 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 공급 모듈은 제1 공급 롤러와 제2 공급 롤러를 포함하며; 상기 공급 모듈은 상기 제1 공급 롤러와 제2 공급 롤러를 제1 방향 쪽으로 회전하도록 구동시킴으로써 상기 제1 성형 재료와 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐 내부로 공급하고; 상기 공급 모듈은 상기 제1 공급 롤러와 제2 공급 롤러를 제2 방향 쪽으로 회전하도록 구동시킴으로써 상기 제1 성형 재료와 제2 성형 재료를 상기 용융 노즐로부터 벗어나는 방향을 따라서 후퇴시키는, 3차원 인쇄 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 공급 비율에 따라 상기 제1 공급 롤러의 회전 속도를 제어하며, 상기 제2 공급 비율에 따라 상기 제2 공급 롤러의 회전 속도를 제어하는, 3차원 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 공급 비율이 상기 제2 공급 비율과 동일하면, 상기 제1 후퇴량은 상기 제2 후퇴량과 동일하고; 상기 제1 공급 비율이 상기 제2 공급 비율과 상이하면, 상기 제1 후퇴량은 상기 제2 후퇴량과 상이한, 3차원 인쇄 장치.
제 5항에 있어서,
상기 제어기는 보간법(interpolation method)과 제1 기준 범위를 사용하여 상기 제1 공급 비율에 따라 상기 제1 후퇴량을 계산하고; 상기 제어기는 보간법(interpolation method)과 상기 제1 기준 범위를 사용하여 상기 제2 공급 비율에 따라 상기 제2 후퇴량을 계산하며; 상기 제1 기준 범위는 0과 제1 기준값 사이인, 3차원 인쇄 장치.
제 6항에 있어서,
상기 제1 공급 비율이 0%이면, 상기 제1 후퇴량은 상기 제1 기준 범위 내의 0이고, 상기 제1 공급 비율이 100%이면, 상기 제1 후퇴량은 상기 제1 기준 범위 내의 상기 제1 기준값인, 3차원 인쇄 장치.
제 5항에 있어서,
상기 제어기는 제1 기준값과 제2 기준값에 따라 제2 기준 범위와 제3 기준 범위를 얻으며; 상기 제2 기준 범위는 0과 상기 제2 기준값 사이이고; 상기 제3 기준 범위는 상기 제2 기준값과 상기 제1 기준값 사이이며, 상기 제1 기준값은 상기 제2 기준값보다 더 크고;
상기 제1 공급 비율이 상기 제2 공급 비율과 동일하면, 상기 제어기는 상기 제2 기준값으로서 상기 제1 후퇴량과 제2 후퇴량을 직접 설정하며;
상기 제1 공급 비율이 상기 제2 공급 비율과 상이하면, 상기 제어기는 상기 제2 기준 범위와 제3 기준 범위 중 하나와 보간법을 사용하여 상기 제1 공급 비율에 따라 상기 제1 후퇴량을 계산하고, 상기 제2 기준 범위와 제3 기준 범위 중 다른 하나와 보간법을 사용하여 상기 제2 공급 비율에 따라 상기 제2 후퇴량을 계산하는, 3차원 인쇄 장치.
제 8항에 있어서,
상기 제1 공급 비율이 0%이면, 상기 제1 후퇴량은 상기 제2 기준 범위 내의 0이고; 상기 제1 공급 비율이 50%이면, 상기 제1 후퇴량은 상기 제2 기준 범위를 상기 제3 기준 범위와 구별하기 위해 사용되는 상기 제2 기준값이며; 상기 제1 공급 비율이 100%이면, 상기 제1 후퇴량은 상기 제3 기준 범위 내의 상기 제1 기준값인, 3차원 인쇄 장치.