KR102187822B1 - 3차원 인쇄 방법 및 3차원 인쇄 장치 - Google Patents

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Abstract

3차원(3D) 인쇄 방법 및 3D 인쇄 장치가 제공된다. 3D 인쇄 장치는 모델링 인쇄 헤드, 채색 인쇄 해드 및 플랫폼을 포함한다. 모델링 인쇄 헤드 및 채색 인쇄 헤드는 공동-구조화된다. 3차원 인쇄 방법은: 성형 레이어와 성형 레이어의 제한 영역 외부의 적어도 하나의 재료 배리어를 인쇄하는 단계; 성형 레이어의 가장자리를 따라 채색 인쇄 헤드의 복수의 채색 경로들을 계산하는 단계; 채색 인쇄 헤드의 채색 경로들을 모델링 인쇄 헤드의 복수의 컬러-통과 경로들로 변환하는 단계; 모델링 인쇄 헤드의 컬러-통과 경로들에 따라 모델링 인쇄 헤드의 복수의 우회 경로들을 계산하는 단계를 포함한다. 각각의 우회 경로는 대응하는 컬러-통과 경로와 다음 컬러-통과 경로 사이의 최단 경로가 아니며, 각각의 우회 경로 중 하나와 대응하는 컬러-통과 경로는 적어도 하나의 재료 배리어의 적어도 하나의 위치를 통과한다.

Description

3차원 인쇄 방법 및 3차원 인쇄 장치 {METHOD FOR THREE DIMENSIONAL PRINTING AND THREE DIMENSIONAL PRINTING DEVICE}
본 발명은 3차원(3D) 인쇄 기술, 구체적으로는 3D 인쇄 방법 및 3D 인쇄 장치에 관한 것이다.
레이어-바이-레이어(layer-by-layer) 제작 모델들과 같은 적층 제조(additive manufacturing, AM) 기술을 사용한 물리적 3D 모델들을 제작하는 다양한 방법들이 잇따라 제안되고 있다. AM 기술은 일반적으로 컴퓨터-보조 설계(CAD)와 같은 소프트웨어에 의해 제작된 3D 모델 설계 정보를 연속적으로 쌓인 복수의 얇은(준-2차원의) 단면 레이어들로 변환한다.
현재, 복수의 얇은 단면 레이어들을 형성하기 위한 많은 방법들이 개발되었다. 예컨대, 성형 물질(forming material)이 전술한 얇은 단면 레이어들의 정보에 따라 플랫폼 상에 분사되거나 압출되면, 성형 물질은 경화되어 얇은 단면 레이어들을 형성하고, 레이어-바이-레이어 쌓기 후에 3D 물체가 형성될 수 있다. 이에 더하여, 인쇄 장치는 3D 물체의 제조 공정 중에 혹은 후에 얇은 단면 레이어들 또는 3D 물체의 채색을 용이하게 하는 채색 인쇄 헤드(coloring printing head)를 더 갖추고 있을 수 있다. 그러므로, 어떻게 하면 물체의 인쇄 및 채색 작업들이 서로 간에 영향을 주지 않으면서 제조 공정 동안 각각 부드럽게 실행되도록 할 것인지는 관련 업계 종사자들에게 고려될 필요가 있는 실질적 문제이다.
본 발명은 3차원 인쇄 방법 및 3차원 인쇄 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 3D 인쇄 방법 및 3D 인쇄 장치를 제공하며, 동기화된 변위(synchronous displacement)를 가지는 모델링 인쇄 헤드(modeling printing head)와 채색 인쇄 헤드는 적어도 하나의 재료 배리어(material barrier)로 하여금 모델링 인쇄 헤드의 이동 경로를 조절함으로써 모델링 인쇄 헤드를 세정하고, 비-채색 경로 상의 모델링 인쇄 헤드가 3D 물체 위를 통과하는 것을 방지하여, 그로 인해 채색을 수행하는 채색 인쇄 헤드가 성형 레이어를 통과하여 지나갈 때 모델링 인쇄 헤드에서 성형 물질에 의해 3D 물체가 영향받지 않도록 방지할 수 있다.
본 발명의 3D 인쇄을 위한 방법은 3D 인쇄 장치에 적용가능하다. 3D 인쇄 장치는 모델링 인쇄 헤드, 채색 인쇄 헤드 및 플랫폼을 포함한다. 모델링 인쇄 헤드는 플랫폼 상에 성형 레이어들을 인쇄하고, 채색 인쇄 헤드는 성형 레이어에 채색을 한다. 모델링 인쇄 헤드와 채색 인쇄 헤드는 함께 제작되어 인쇄 헤드 그룹을 형성한다. 3D 인쇄을 위한 방법은 다음의 단게들을 포함한다: 성형 레이어 및 성형 레이어의 제한 영역(bounding area)의 외부에 적어도 하나의 재료 배리어를 인쇄하는 단계; 채색 작업의 인쇄 헤드 그룹의 경로들을 계산할 때 성형 레이어의 가장자리에 따라 채색 인쇄 헤드의 복수의 채색 경로들을 계산하는 단계; 채색 인쇄 헤드의 채색 경로들을 모델링 인쇄 헤드의 복수의 컬러-통과 경로들로 변환하는 단계; 모델링 인쇄 헤드의 컬러-통과 경로들에 따라 모델링 인쇄 헤드의 복수의 우회 경로들(detour routes)을 계산하되, 각각의 우회 경로는 대응하는 컬러-통과 경로의 종점과 다음 컬러-통과 경로의 시작점 사이의 최단 경로가 아니고, 각각의 우회 경로와 대응하는 컬러-통과 경로 중 하나는 적어도 하나의 재료 배리어의 적어도 하나의 위치를 통과하는 단계; 컬러-통과 경로들과 우회 경로들을 통해 이동하는 모델링 인쇄 헤드를 따라 인쇄 헤드 그룹의 작업을 제어하여, 성형 레이어에서 채색 인쇄 헤드에 의해 채색 작업을 수행하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 3D 인쇄 장치는 모델링 인쇄 헤드, 채색 인쇄 헤드, 플랫폼 및 프로세서를 포함한다. 모델링 인쇄 헤드 및 채색 인쇄 헤드는 함께 제작되어 인쇄 헤드 그룹을 형성한다. 모델링 인쇄 헤드는 플랫폼 상에 성형 레이어를 인쇄한다. 프로세서는 모델링 인쇄 헤드를 제어하여 성형 레이어를 인쇄하고 성형 레이어의 제한 영역의 외부에 적어도 하나의 재료 배리어를 인쇄한다. 프로세서가 인쇄 헤드 그룹의 채색 작업의 경로들을 계산할 때, 성형 레이어의 가장자리 범위에 따라 채색 인쇄 헤드의 복수의 채색 경로들을 계산하고, 채색 인쇄 헤드의 채색 경로들을 모델링 인쇄 헤드와 채색 인쇄 헤드 사이의 간격에 따라 모델링 인쇄 헤드의 복수의 채색-통과 경로들로 변환하고, 모델링 인쇄 헤드의 컬러-통과 경로들에 따라 모델링 인쇄 헤드의 복수의 우회 통로들을 계산한다. 각각의 우회 경로는 대응하는 컬러-통과 경로의 종점에서 다음 컬러-통과 경로의 시작점 사이의 최단 경로가 아니며, 각각의 우회 경로 중 하나와 대응하는 컬러-통과 경로들은 적어도 하나의 재료 배리어의 적어도 하나의 위치를 통과한다. 프로세서는 컬러-통과 경로들과 우회 경로들을 통과해 지나가는 모델링 인쇄 헤드에 따라 인쇄 헤드 그룹의 작업을 제어하여, 성형 레이어에서 채색 인쇄 헤드에 의한 채색 작업을 수행한다.
전술한 것에 기초하여, 예시적인 실시예의 3D 인쇄 장치가 동기화되어 움직이는(moves synchronously) 모델링 인쇄 헤드와 채색 인쇄 헤드를 구비하기 때문에, 3D 물체를 제작할 때 3D 인쇄 작업과 채색 작업을 분리하는 것이 필요하고, 3D 인쇄 작업은 통상 채색 작업 전에 완료된다. 채색 작업을 수행하는 동안, 채색을 수행하는 채색 인쇄 헤드가 성형 레이어를 이동하여 지나갈 때 모델링 인쇄 헤드에서 성형 물질에 의해 3D 물체가 영향받는 것을 방지하기 위하여(예컨대, 모델링 인쇄 헤드로부터 성형 레이어로 성형 물질이 떨어지는 것), 채색 작업 동안 모델링 인쇄 헤드와 채색 인쇄 헤드의 경로들을 계산할 때, 예시적인 실시예는 모델링 인쇄 헤드의 이동 경로를 조절하여 모델링 인쇄 헤드로 하여금 재료 배리어를 통과해 지나가게 하고 비-채색된 경로들 상의 모델링 인쇄 헤드가 3D 물체 위로 통과하는 것을 방지하여, 그로 인하여 모델링 인쇄 헤드가 물질을 3D 물체 상에 떨어뜨릴 확률을 저감한다. 모델링 인쇄 헤드의 성형 물질은 재료 배리어와의 접촉 때문에 재료 배리어에 부착될 수 있고, 즉, 재료 배리어는 모델링 인쇄 헤드에 긁어내기(scraping)와 세정 작용들을 제공하며, 따라서 채색을 할 때, 모델링 인쇄 헤드의 성형 물질이 성형 레이어로부터 떨어져 3D 물체의 인쇄 품질에 영향을 주는 것을 효과적으로 방지하게 된다.
본 발명의 상술한 특징들과 장점들을 좀 더 이해할 수 있게 하기 위해서, 몇몇 실시예들이 도면과 함께 이하에서 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3D 인쇄 장치의 부분적인 개념도이다.
도 2는 3D 인쇄 장치의 부분적인 상측 개념도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3D 인쇄 장치의 한 방법의 흐름도이다.
도 4는 컬러링 인쇄 헤드(132)의 채색 경로 및 단계 (S320) 내지 단계 (S340)에서 모델링 인쇄 헤드(131)의 컬러-통과 경로들 및 우회 경로들의 개념도이다.
도 5는 단계 (S340)의 상세한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예의 우회 경로들의 개념도이다.
<관련 출원에의 상호 참조>
본 출원은 2018년 5월 8일에 출원된 대만 출원 일련번호 제107115505호의 우선권을 주장한다. 상기한 특허 출원은 그 전체가 여기에 참조로서 통합되고 본 명세서의 일부를 이룬다.
<공개된 실시예들의 상세한 설명>
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3D 인쇄 장치(100)의 부분적인 개념도이다. 도 2는 3D 인쇄 장치의 부분적인 상측 개념도이다. 도 1과 도 2를 함께 참조하면, 예시적인 실시예에서, 3D 인쇄 장치(100)는 프레임(110), 플랫폼(120), 인쇄 컴포넌트(130) 및 제어 모듈(140)(도 2에 도시됨)을 포함한다. 3D 인쇄 장치(100)는, 예컨대, 용융 적층 모델링(fused deposition modeling, FDM) 장치일 수 있다. 인쇄 컴포넌트(130)의 모델링 인쇄 헤드(131)는 성형 레이어(200)를 플랫폼(120) 상에 레이어-바이-레이어로 인쇄하여, 3D 물체를 쌓을 수 있다. 인쇄 컴포넌트(130)는 채색 인쇄 헤드(132)를 더 포함하는데, 이것은 예컨대, 성형 레이어나 3D 물체들을 채색하는데 사용되는 잉크젯 헤드이다.
예시적인 실시예에서 3D 인쇄을 하는 방법은 관련된 요소들의 구성과 작용을 좀 더 정확하게 정의 및 기술하기 위해 직각 좌표들인 X-Y-Z를 배열한다. 이 경우에, 플랫폼(120)은 X-Y 평면을 가지고, 다중-레이어인 성형 레이어는 3D 물체를 양의 Z축 방향을 따라 쌓지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 달리 말하면, 요소들 사이의 구성 및 작용은 상대적인 상태에 있으며, 다른 좌표 시스템에서 사용될 때에는, 다른 방식으로 기술을 하는 방법들이 있기는 하지만, 요소들 간의 대응 관계에 영향을 미치지는 않는다.
예시적인 실시예의 모델링 인쇄 헤드(131) 및 채색 인쇄 헤드(132)는 인쇄 헤드 그룹을 형성하여 프레임(110)의 내부 공간 안에서 동기화되어 움직인다. 게다가, 도 1 및 도 2에서 보여지듯이, 인쇄 컴포넌트(130)는 프레임(110)에 이동가능하게 조립되고 제어 모듈(140)에 전기적으로 연결되는 이동 컴포넌트(133)를 더 포함한다. 제어 모듈(140)은 프로세서(142) 및 본 발명의 예시적인 실시예의 3D 인쇄 방법을 저장하거나 임시로 저장하는 관련 명령어들의 메모리를 포함한다. 모델링 인쇄 헤드(131) 및 채색 인쇄 헤드(132)는 이동 컴포넌트(133)에 함께 조립되며, 따라서 둘 다 프레임(110) 내에서 이동 컴포넌트(133)를 따라 움직인다. 달리 말하면, 모델링 인쇄 헤드(131) 및 채색 인쇄 헤드(132)는 동일한 이동 컴포넌트(133) 상에 배치되어 공동-구성 구조(co-construction structure)를 형성하며, 즉, 오직 단일 구동 수단(오직 이동 컴포넌트(133)를 구동하는 것)만으로 모델링 인쇄 헤드(131)와 채색 인쇄 헤드(132)를 동기화시켜 움직일 수 있다(또한 둘 사이의 상대적인 움직임이 없는 것으로 간주될 수 있다). 이런 방식으로, 채색 인쇄 헤드(132)가 성형 레이어나 3D 물체를 채색할 때, 모델링 인쇄 헤드(131)도 그 성형 레이어나 3D 물체 위를(즉, Z축 방향 위를 따라) 이동하여 따라가게 될 것이다. 모델링 인쇄 헤드(131)가 성형 레이어나 3D 물체의 인쇄을 막 종료하면, 잔여 성형 물질은 모델링 인쇄 헤드(131) 내부에도 존재하게 될 것이다. 그러므로, 전술한 것과 같이, 모델링 인쇄 헤드(131)가 성형 레이어나 3D 물체를 통과해 지나가면, 잔여 성형 물질이 인쇄된 성형 레이어나 3D 물체 상에 흐르거나 떨어질 가능성이 있다.
앞서 말한 잔여있는 성형 물질이 인쇄 목표의 품질에 영향을 주는 것을 방지하기 위하여, 예시적인 실시예에서 제공되는 3D 인쇄 방법 및 이에 대응하는 3D 인쇄 장치는, 채색 인쇄 헤드가 이동할 때, 재료 배리어를 통해 모델링 인쇄 헤드를 세정하는 것을 떠나, 비-채색된 경로들 상의 모델링 인쇄 헤드가 모델링 인쇄 헤드의 변위(displacement) 경로를 계산할 때 3D 물체 위로 통과하는 것을 방지하도록 시도하고, 그럼으로써 성형 레이어나 3D 물체의 품질이 위의 이유로 인해 영향받는 것을 방지하도록 시도한다.
예시적인 실시예의 3D 인쇄 방법은 3D 모델이 완료된 후에 구현될 수 있는데, 즉, 3D 물체 모델의 제작이 컴퓨터-보조 설계 방법에 의해 완료된 후에, 3D 방법은 절단 레이어 분석을 위해 사용될 수 있다. 복수의 성형 레이어들을 분석하는 절차에서, 제어 모듈(140)의 프로세서(142)는, 모델링 인쇄 헤드(131), 채색 인쇄 헤드(132) 및 이동 컴포넌트(133)의 작동 모드(actuation mode)를 시뮬레이팅하는 것에 따라 개체 인쇄을 수행할 때 3D 인쇄 장치(100)의 작업 명령들을 제공할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 3D 물체 모델은 또한 다른 컴퓨터 장치 혹은 비-3D 인쇄 장치의 프로세서에 의한 분석 작업을 수행할 수 있다. 분석이 완료되고 작업 명령들이 생성되면, 3D 인쇄 장치(100)의 제어 모듈(140)은 더 임포트(import)되어 개체 인쇄 작업을 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 예시적인 실시예가 성형 레이어(200)를 인쇄할 때, 적어도 하나의 재료 배리어(210)가 성형 레이어(200)의 제한 영역(202) 외부에 함께 형성되며, 성형 레이어(200)와 재료 배리어(210)가 완료된 후에, 채색 영역의 채색 작업이 수행된다. 재료 배리어의 높이가 모델링 인쇄 헤드(131) 상의 잔여 성형 물질을 긁어내기에 충분하기 때문에, 예시적인 실시예가 채색 작업의 모델링 인쇄 헤드와 채색 인쇄 헤드의 경로들을 계산할 때, 예시적인 실시예는 모델링 인쇄 헤드의 이동 경로를 조절하여 모델링 인쇄 헤드로 하여금 잔여 성형 물질을 제거하기 위한 재료 배리어를 통과하여 지나가도록 하고, 비-채색 경로 상의 모델링 인쇄 헤드가 3D 물체 위로 통과하는 것을 방지하고, 그로 인하여 모델링 인쇄 헤드가 3D 물체 상에 물질을 흘릴 확률을 저감한다. 소위 "제한 영역"은 3D 물체 전체가 XY 평면 상의 정사영 투영법(orthographic projection)에 의해 인쇄되도록 프레임(frame)을 잡는 최소 사각체의 사각 블록을 지칭한다. 최소 사각체의 각 변들은 적어도 X축, Y축, 또는 Z축 중의 하나와 평행하다. 제한 영역은 성형 레이어(200)의 주변 윤곽(여기서는, 성형 레이어의 가장자리로서 지칭됨)보다 클 수 있다. 예컨대, 원뿔의 아래쪽 바닥면이 인쇄될 3D 물체이면, 바닥면의 성형 레이어는 모든 절단 레이어들 중에서 가장 큰 지름을 가진 원형 형상이고, 위쪽에 더 가까운 성형 레이어는 더 작은 지름을 가진 원형 형상이다. 제한 영역은 원형의 지름이 성형 레이어의 바닥면의 측면 길이로 된 사각 블록(이 경우에는, 사각형)과 같고, 그 사각 블록은 성형 레이어의 바닥면의 원형 형상을 정확히 프레이밍한다. 더 윗쪽의 성형 레이어의 설명에 관하여, 제한 영역은 성형 레이어의 원형 형상보다 클 것인데, 즉, 제한 영역의 변 길이와 성형 레이어의 원형 형상이 여전히 거리 간격을 가질 것이다. 제한 영역을 설정하는 목적은 3D 인쇄 장치의 제어 모듈(140)이 인쇄 컴포넌트(130)가 현재 레이어의 성형 레이어(200) 위에 위치하였는지, 더 중요하게는, 밑에 있는 완료된 성형 레이어에 영향을 주지 않는지 여부를 결정하는 것을 용이하게 하기 위함이다. 예컨대, 인쇄 모듈(130)이 제한 영역 외부에 있다는 것은, 인쇄 모듈(130)이 현재 레이어에서 성형 레이어(200) 위에 있지 않다는 것만을 나타내는 것이 아니라, 밑에 있는 완료된 성형 레이어(예컨대, 밑에 있는 이전에 형성된 바닥면)에 영향을 미치지 않았다는 것을 나타낸다. 이에 더하여, 성형 레이어(200)의 가장자리는 3D 물체의 외형 때문에 그 형상을 한정하지 않는다. 그러므로, 제한 영역은 인쇄 컴포넌트(130)에 대하여 제어 모듈(140)의 경로 플래닝이나 관련된 작업들을 수행하는 것을 단순화하도록 도울 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 3D 인쇄 방법의 흐름도이다. 여기에서, 본 발명의 예시적인 실시예의 관련 요구사항이 미리 설정된다. 인쇄 작업 및/또는 채색 작업을 수행할 때 예시적인 실시예의 모델링 인쇄 헤드 및 채색 인쇄 헤드의 작업 명령들 중의 하나의 작업 방향은 X축 방향을 따라 향하는 것이며, 모델링 인쇄 헤드와 채색 인쇄 헤드로 하여금 현재 작업 명령을 완료한 후에 다음 작업 명령의 시작점으로 복귀하도록 하는 것이다. 모델링 인쇄 헤드가 채색 작업 동안 재료 배리어(210)를 이동하여 통과하도록 하기 위하여, 예시적인 실시예의 재료 배리어(210)는 주로 제한 영역(202)의 우측편에 배치되고, 예시적인 실시예를 적용하는 것은 재료 배리어(210)를 그 요구사항에 따라 제한 영역(202) 부근에 (예컨대, 제한 영역(202)의 왼쪽, 위쪽 및 아래쪽에) 임의로 배치할 수 있으며, 예시적인 실시예에서 한정되지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 단계 (S310)에서, 제어 모듈(140)의 프로세서(142)가 모델링 인쇄 헤드(131)를 제어함으로써 성형 레이어(200)를 인쇄할 때, 성형 레이어(200)의 제한 영역(202) 외부에 적어도 하나의 재료 배리어(여기서는, 재료 배리어(210)가 예시로서 사용됨)가 함께 인쇄된다. 성형 레이어(200)의 인쇄 단계가 아래에 간단하게 기술된다. 먼저, 제어 모듈(140)이 3D 물체의 모델 정보를 획득하고 그 모델 정보를 성형 레이어 정보로서 분석한다. 소위 "성형 레이어"는 소프트웨어로 만들어진 3D 모델의 설계 정보를 연속적으로 쌓여 있는 복수의 얇은 (준-2차원의) 단면 레이어로 변환한 것이다. 그리고 나서, 성형 레이어는 분석되고 프로세서(140)가 3D 인쇄 장치(100)를 구동하여 분석 후에 생성된 대응 명령들에 따라 인쇄을 수행하여, 성형 레이어(200)와 재료 배리어(210)를 인쇄한다. 예시적인 실시예를 적용하는 사람은 임의로 성형 레이어(200) 및 재료 배리어(210)의 인쇄 순서를 조절할 수 있는데, 즉, 성형 레이어(200) 및 재료 배리어(210)는 모델링 인쇄 헤드(131)를 통해 동시에 인쇄될 수 있고, 또는 성형 레이어(200)와 재료 배리어(210) 중의 하나가 먼저 인쇄되고, 그 다음 다른 것이 인쇄될 수 있다.
재료 배리어(210)의 위치 구성은 재료 배리어의 위치를 모델링 인쇄 헤드(131)와 인쇄 헤드 그룹 사이의 구성 관계에 따라 설정할 수 있다. 예컨대, 제한 영역(202)의 아래 가장자리와 재료 배리어(210)의 최저 부분 L1 사이의 거리 a는 모델링 인쇄 헤드(131)의 중앙점 N1과 인쇄 헤드 그룹의 채색 인쇄 헤드(132)의 최저 부분 사이의 거리 n 이하여야 한다. 그러므로, 모델링 인쇄 헤드(131)와 채색 인쇄 헤드(132)를 탑재한 이동 컴포넌트(133)가 채색 작업의 첫번째 작업 명령을 수행하기 위하여 도 2의 위치 LN1(점선으로 도시됨)에 위치되었을 때, 모델링 인쇄 헤드(131)는 재료 배리어(210)를 통과해 지나가서 잔여 물질을 긁어내도록 할 수 있다. 이에 더하여, 제어 모듈(140)은 재료 배리어의 위치 근처에서 작업 명령의 시작점을 구성할 수도 있어서, 채색 작업의 각각의 작업 명령을 수행할 때, 모든 작업 명령들이 모델링 인쇄 헤드(131)로 하여금 재료 배리어(210)를 통과하여 지나가서 잔여 물질을 긁어내도록 할 수 있다. 재료 배리어(210)의 지지 부분(212)은 재료 배리어 본체를 지지하기 위해 사용된다. 예시적인 실시예의 응용은 지지 부분(212)의 길이, 형상 및 구성 방향을 한정하지 않는다.
단계 (S320)에서, 제어 모듈(140)은 채색 작업의 인쇄 헤드 그룹의 경로들을 계산할 때 성형 레이어(200)의 가장자리나 제한 영역에 따라 채색 인쇄 헤드(132)의 복수의 채색 경로들을 계산한다. 도 4는 단계 (S320) 내지 단계 (S340)에서 채색 인쇄 헤드(132)의 채색 경로들, 및 모델링 인쇄 헤드(131)의 컬러-통과 경로들과 우회 경로들의 개념도이다. 채색 작업은 주로 채색 인쇄 헤드(132)에 의해 성형 레이어(200)를 채색(예컨대, 잉크젯의 방법으로 채색)하기 위한 것이다. 그러므로, 제어 모듈(140)은 먼저 채색 인쇄 헤드(132)의 복수의 채색 경로들(예컨대, 도 4의 실선 화살표 CR1 내지 CR4)을 계산하거나 획득할 것이다. 예시적인 실시예에서 소위 "채색 경로들"은 채색 인쇄 헤드(132)로 하여금 성형 레이어(200) 위를 통과하여(또한, Z축을 따르는 방향 위로) 채색을 수행하도록 한다. 예시적인 실시예에서, "성형 레이어(200)의 가장자리"는 도 4의 성형 레이어(200)에 의해 표현된 폐곡선일 수 있다. 본 발명에 부합하는 일부 예시적인 실시예에서, 제어 모듈(140)은 각각의 채색 경로로 하여금 "채색 인쇄 헤드(132)의 채색 경로들이 더 짧아지도록"하는 전제 하에서 성형 레이어(200)의 가장자리로 가능한한 가깝게 되도록, 그에 따라 채색 경로들이 더 짧은 채색 거리들을 갖도록 계산하도록 할 수 있다. 한편, 본 발명의 예시적인 실시예는 또한 채색 경로들을 계산하기 위한 기초로서 "성형 레이어(200)의 가장자리" 외부에 위치한 제한 영역을 사용할 수 있는데, 즉, 채색 인쇄 헤드(132)의 채색 영역들은 성형 레이어(200)의 제한 영역(202)에 따라 계산된다. 성형 레이어(200)의 제한 영역을 채색 경로들을 계산하는 기초로 사용하는 이유는 성형 레이어(200)의 가장자리는 아주 복잡할 수 있다는 것이다(예컨대, 오각형 형상, 또는 심지어 복수의 오목한 형상들을 가진 가장자리). 그러므로, 제한 영역을 채색 경로들을 계산하는 기초로 사용하는 것은 제어 모듈(140)의 작업량을 저감할 수 있다. 이에 더하여, 제한 영역과 관련하여 위에서 설명한 것처럼, 3D 인쇄 장치가 인쇄 컴포넌트(130)가 현재 레이어의 성형 레이어(200) 위에 위치하지 않는다는 것을 보증함에 더하여, 제한 영역의 사용은 또한 밑에서 완료된 성형 레이어들이 영향받지 않을 것임을 보증할 수 있다. 도 4의 예시적인 실시예는 성형 레이어(200)의 제한 영역을 채색 경로들을 계산하는 기초의 예시로서 사용한다. 그러나, 당업자에게는 제한 영역을 계산 기초로 사용하는 것은 더 적은 계산량과 각각의 성형 레이어에 더 적은 영향을 가지지만 인쇄 시간이 더 길 수 있고, 성형 레이어(200)의 가장자리를 계산 기초로서 사용하는 것은 경로가 더 짧고 인쇄 시간을 줄일 수 있으나, 계산량은 더 클 수 있음이 명백할 것이다. 당업자는 재량으로 어떤 것을 사용할 지를 결정할 수 있어야 한다. 예컨대, 전술한 재료 배리어가 잔여 물질을 긁어내는데 사용되는 경우에, 잔여 물질을 흘릴 확률은 더 작은 것으로 평가될 것이고, 그렇다면 성형 레이어(200)의 가장자리가 계산 기초로 사용되도록 결정될 것이다.
설명의 편의를 위해, 도 4에서 채색 경로들 CR1, CR2, CR3 및 CR4의 시작점들은 각각 인쇄 헤드 그룹의 이동 컴포넌트(133)의 위치들 LN11, LN21, LN31 및 LN41를 보여주며, 채색 경로들 CR1, CR2, CR3 및 CR4의 종점들은 또한 각각 인쇄 헤드 그룹의 이동 컴포넌트(133)의 위치들 LN12, LN22, LN32 및 LN42를 보여준다. 예시적인 실시예에서, 채색 인쇄 헤드(132)가 제공된 이동 컴포넌트(133)가 채색 경로 CR1에 따라 채색 작업을 수행하여 위치 LN11로부터 위치 LN12에 도달하면, 이동 컴포넌트(133)는 다음 채색 경로(즉, 채색경로 CR2)의 시작점으로 이동(즉, 이동 컴포넌트(133)를 위치 LN21로 이동)한다. 채색 인쇄 헤드(132)가 제공된 이동 컴포넌트(133)가 채색 경로 CR3에 따라 채색 작업을 수행하여 위치 LN31로부터 위치 LN32에 도달하면, 이동 컴포넌트(133)는 다음 채색 경로(즉, 채색 경로 CR4)의 시작점으로 이동(즉, 이동 컴포넌트(133)를 위치 LN41로의 이동)한다. 달리 말하면, 각각의 채색 경로의 시작점과 종점은 모두 성형 레이어(200)의 가장자리 외부(예시적인 실시예에서는, 성형 레이어(200)의 제한 영역(202))에 위치한다.
도 3의 단계 (S330)에서, 제어 모듈(140)은 채색 인쇄 헤드(132)의 채색 경로들 CR1 내지 CR4를 모델링 인쇄 헤드(131)와 채색 인쇄 헤드(132) 사이의 간격에 따라 모델링 인쇄 헤드(131)의 복수의 컬러-통과 경로들 CPR1 내지 CPR4로 변환한다. 예시적인 실시예에서 모델링 인쇄 헤드(131)의 중앙점 N1과 채색 인쇄 헤드(132)의 설정 지점 N2 사이의 간격은 NB로 표기된다. 도 4에서 보여지듯이, 모델링 인쇄 헤드(131)와 채색 인쇄 헤드(132) 사이의 간격 NB를 얻었을 때에는, 채색 경로들 CR1 내지 CR4에 간격 NB를 변위시켜 모델링 인쇄 헤드(131)의 컬러-통과 경로들 CPR1 내지 CPR4를 획득한다. 단계 (S330)를 수행하는 이유는: 예시적인 실시예는 주로 모델링 인쇄 헤드(131)가 채색 작업을 수행할 때 3D 물체의 성형 레이어(200) 위로 통과하는 것을 방지하도록 시도하기 위한 것이다. 그러므로, 컬러-통과 경로들 CPR1 내지 CPR4가 분명하게 모델링 인쇄 헤드(131)로 하여금 성형 레이어(200) 위로 통과하는지를 아는 것이 필요하다. 이에 더하여, 컬러-통과 경로들 CPR1 내지 CPR4를 얻은 후에, 모델링 인쇄 헤드(131)의 복수의 우회 경로들이 이어지는 단계 (S340)에서 계산될 수 있다.
도 3의 단계 (S340)에서, 제어 모듈(140) 내의 프로세서(142)는 모델링 인쇄 헤드(131)의 (CPR1 내지 CPR4와 같은) 컬러-통과 경로들에 따라 모델링 인쇄 헤드(131)의 (우회 경로 TR1 및 TR3와 같은) 복수의 우회 경로들을 계산한다. 예시적인 실시예에서, 모델링 인쇄 헤드(131)가 컬러-통과 경로 CPR1에 따라 채색 작업을 수행하여 위치 LN11로부터 위치 LN12에 도달하면, 모델링 인쇄 헤드(131)는 (채색 경로 CR2와 같은) 다음 채색 경로의 시작점으로 이동(즉, 이동 컴포넌트(133)가 위치 LN21로 옮겨짐)할 것이며, 거기에서 컬러-통과 경로의 종점과 다음 컬러-통과 경로의 시작점 사이의 경로는 "우회 경로"로 지칭될 것이다.
전통적인 3D 인쇄 기술에서는, 인쇄 시간을 줄이기 위하여, 보통 우회 경로는 컬러-통과 경로의 종점과 다음 컬러-통과 경로의 시작점 사이의 최단 경로로서 설정된다. 그러나, 우회 경로가 최단 경로로서 설정되면, 모델링 인쇄 헤드(131)는 채색 작업 동안 대부분 성형 레이어(200) 위에 위치하게 될 것이며, 채색 인쇄 헤드가 채색을 수행할 때 인쇄 헤드의 성형 물질이 성형 레이어(200) 상에 흐르게 만들 것이다. 그러므로, 전술한 문제점을 피하기 위하여, 예시적인 실시예의 "우회 경로"는 컬러-통과 경로의 종점과 다음 컬러-통과 경로의 시작점 사이의 최단 경로가 아니고, "우회 경로"는 모델링 인쇄 헤드(131)가 성형 레이어(200) 위에 있는 것을 방지하기 위해 가능한 한 성형 레이어(200)를 우회(bypass)하도록 설계된다. 또한, 각각의 우회 경로들 중의 하나와 대응하는 컬러-통과 경로들은 재료 배리어(210)를 통과해 지나가서 모델링 인쇄 헤드(131) 상의 잔여 성형 물질을 긁어낼 것이다. 예시적인 실시예는 각각의 컬러-통과 경로들 CPR1 내지 CPR4로 하여금 시작하자마자 재료 배리어(210)를 통과해 지나가도록 한다. 일부 예시적인 실시예에서, 흘리는 시간을 설정하기 위해 모델링 인쇄 헤드(131)의 잔여물이 언제 흐를지를 실험에 의해 아니면 경험 법칙으로 알 수 있고, 채색 작업에서 모델링 인쇄 헤드(131)의 (컬러-통과 경로들과 우회 경로들을 포함하는) 이동 경로를 설계할 때, 모델링 인쇄 헤드(131)로 하여금 그 흘리는 시간 내에 재료 배리어(131)를 통과해 지나간 후에 성형 레이어(200) 위에 있도록 할 수 있고, 모델링 인쇄 헤드(131)가 다른 시점에서는 성형 레이어(200) 위를 통과하지 않도록 할 수 있다. 이런 방식으로, 잔여물을 성형 레이어(200) 위에 흘리는 것이 방지될 수 있다.
도 3의 단계 (S350)에서, 제어 모듈(140) 내의 프로세서(142)는 (도 4의 CPR1 내지 CPR4와 같은) 컬러-통과 경로들 및 (도면들에서 TR1 및 TR3과 같은) 우회 경로들을 통과해 지나가는 모델링 인쇄 헤드(131)에 따라 인쇄 헤드 그룹(130)의 동작을 제어하여, 성형 레이어(200) 내의 채색 인쇄 헤드(132)에 의해 채색 작업을 수행한다. 이런 방식으로, 3D 물체의 성형 레이어(200)가 인쇄된 후에, 성형 레이어(200)의 채색이 더 완료될 수 있다.
여기서, 도 4의 모델링 인쇄 헤드(131)의 우회 경로들이 어떻게 계산 및 결정되는지의 예시로서 우회 경로들 TR1 및 TR3이 설명될 것이다. 도 5는 단계 (S340)의 자세한 흐름도이다. 단계 (S510)에서, 프로세서(142)는 우회 경로들 중의 하나에 대응하는 컬러-통과 경로가 성형 레이어(200)의 제1 가장자리(예컨대, 제1 가장자리 EG11, EG13 중 하나) 또는 제2 가장자리(예컨대, 제2 가장자리 EG21, EG23 중의 하나)에 더 가까운 것을 결정한다. 예시적인 실시예의 제1 가장자리 EG11, EG13은 대응하는 컬러-통과 경로에 의해 분리되어 성형 레이어(200)의 한 쪽에 위치한다. 제2 가장자리 EG21, EG23은 대응하는 컬러-통과 경로에 의해 분리되어 성형 레이어(200)의 다른 쪽에 위치한다.
컬러-통과 경로 CPR1의 종점과 컬러-통과 경로 CPR2의 시작점 사이의 우회 경로 TR1를 예시로서 사용하면, 우회 경로 TR1은 컬러-통과 경로 CPR1에 대응하고, 제1 가장자리 EG11은 대응하는 컬러-통과 경로 CPR1에 의해 분리된 성형 레이어(200)의 옆 가장자리이다; 제2 가장자리 EG21은 대응하는 컬러-통과 경로 CPR2에 의해 분리된 성형 레이어(200)의 다른 가장자리이다. 제2 가장자리 EG21와 컬러-통과 경로 CPR1의 평균 거리가 제1 가장자리 EG11와 컬러-통과 경로 CPR1의 평균 거리보다 짧기 때문에, 프로세서(142)는 컬러-통과 경로 CPR1이 제2 가장자리 EG21에 더 가깝다고 결정한다.
컬러-통과 경로 CPR1이 성형 레이어(200)의 제2 가장자리 EG21에 더 가까울 때에는, 단계 (S510)이 단계 (S530)으로 진행되어, 프로세서(142)가 우회 경로 TR1을 계산하여 우회 경로 TR1이 제2 가장자리 EG21을 따라 통과하고 성형 레이어(220) 위로 통과하지 않아 다음 컬러-통과 경로 CPR2의 시작점에 도달한다. 예시적인 실시예에서, 제2 가장자리 EG21이 성형 레이어(200)의 제한 영역(202)의 아래쪽 가장자리에 더 가깝기 때문에, 우회 경로 TR1은 제한 영역(202)의 아래쪽 가장자리를 우회하여(bypass), 제2 가장자리 EG21을 통과하고 성형 레이어(220) 위를 통과하지 않으면서 다음 컬러-통과 경로 CPR2의 시작점에 도달한다.
이에 더하여, 컬러-통과 경로 CPR3의 종점과 컬러-통과 경로 CPR4의 시작점 사이의 우회 경로 TR3을 예시로서 사용하면, 우회 경로 TR3은 컬러-통과 경로 CPR3에 대응하고, 제1 가장자리 EG13은 대응하는 컬러-통과 경로 CPR3에 의해 분리된 성형 레이어(200)의 옆 가장자리이다; 제2 가장자리 EG23은 대응하는 컬러-통과 경로 CPR3에 의해 분리된 성형 레이어(200)의 다른 가장자리이다. 제1 가장자리 EG13와 컬러-통과 경로 CPR3의 평균 거리가 제2 가장자리 EG23과 컬러-통과 경로 CPR3의 평균 거리보다 짧기 때문에, 프로세서(142)는 컬러-통과 경로 CPR3이 제1 가장자리 EG13에 더 가깝다고 결정한다.
컬러-통과 경로 CPR3이 성형 레이어(200)의 제1 가장자리 EG13에 더 가까울 때에는, 단계 (S510)이 단계 (S520)으로 진행되어, 프로세서(142)가 우회 경로 TR3을 계산하여 우회 경로 TR3가 제1 가장자리 EG13을 따라 통과하고 성형 레이어(220) 위로 통과하지 않아 다음 컬러-통과 경로 CPR4의 시작점에 도달한다. 예시적인 실시예에서, 제1 가장자리 EG13이 성형 레이어(200)의 제한 영역(202)의 상측 가장자리에 더 가깝기 때문에, 우회 경로 TR3이 제한 영역(202)의 하측 가장자리를 우회하고(bypass), 제1 가장자리 EG13을 따라 통과하고 성형 레이어(220)위로 통과하지 않아 다음 컬러-통과 경로 CPR4의 시작점에 도달한다.
단계 (S540)에서, 프로세서(142)는 모든 우회 경로들에 대한 계산들이 완료되었는지 여부를 결정한다. 만약 일부 우회 경로들에 대한 계산이 완료되지 않았다면, 단계 (S510)로 복귀하여 우회 경로들에 대한 계산들을 계속한다. 만약 모든 우회 경로들에 대한 계산들이 완료된 경우, 도 3의 단계 (S340)이 완결된다.
도 4에 개시된 우회 경로들은 제한 영역(202)의 상측 또는 하측 가장자리를 우회함으로써 얻어진다. 예시적인 실시예를 적용하는 사람은 모델링 인쇄 헤드(131)로 하여금 성형 레이어의 제1 가장자리 또는 제2 가장자리를 우회 경로로서 직접 이동하도록 할 수 있다. 도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예의 우회 경로들의 개념도이다. 도 6에 도시된 것처럼, 우회 경로 TR1는 성형 레이어(220)에 대응하는 제2 가장자리 EG21을 따라 이동한다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 가장자리와 제2 가장자리가 너무 구불구불하다면, 제어 모듈(140)은 또한 우회 경로 상의 모델링 인쇄 헤드(131)가 성형 레이어 위를 통과하지 않는 한, 가장자리의 설계된 우회 경로를 사용할 수 있다.
전술한 것을 요약하면, 본 발명의 예시적인 실시예의 3D 인쇄 장치는 모델링 인쇄 헤드 및 동기화되어 움직이는 채색 인쇄 헤드를 구비하기 때문에, 3D 물체 제조시에 3D 인쇄 작업과 채색 작업을 나눌 필요가 있으며, 3D 인쇄 작업은 보통 채색 작업 전에 완료된다. 채색 작업을 수행할 때, 3D 물체가 모델링 인쇄 헤드 내의 성형 물질에 의해 영향받는 것을 방지하기 위하여, 채색을 수행하는 채색 인쇄 헤드가 성형 레이어를 통과해 지나갈 때(예컨대, 모델링 인쇄 헤드로부터 성형 물질이 성형 레이어로 흘러나오는 것), 채색 작업 동안 모델링 인쇄 헤드와 채색 인쇄 헤드의 경로들을 계산할 때, 모델링 인쇄 헤드는 재료 배리어를 통과해 지나가고, 모델링 인쇄 헤드의 이동 경로를 조절하여 비-채색된 경로들 상의 모델링 인쇄 헤드가 3D 물체 위로 통과하는 것을 방지하고, 그럼으로써 모델링 인쇄 헤드가 3D 물체 상에 물질을 흘릴 확률을 저감할 수 있다. 모델링 인쇄 헤드의 성형 물질은 재료 배리어와의 접촉 때문에 재료 배리어 상에 부착될 수 있는데, 즉, 재료 배리어는 모델링 인쇄 헤드의 긁어내기 및 세정 작용을 제공하고, 채색을 할 때, 성형 레이어 상으로 모델링 인쇄 헤드의 성형 물질이 떨어져 3D 물체의 인쇄 품질에 영향을 주는 것이 효과적으로 방지된다.
비록 본 발명이 위 실시예들에 관하여 기술되었으나, 당업자에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 기술된 실시예들에 수정이 가해질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의되며 위의 상세한 설명들에 의해 정의되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 3차원 (3D) 인쇄를 하는 방법으로서, 3D 인쇄 장치에 적용가능하고, 상기 3D 장치는 모델링 인쇄 헤드(modeling printing head), 채색 인쇄 헤드(coloring printing head) 및 플랫폼을 포함하고, 상기 모델링 인쇄 헤드는 상기 플랫폼에 성형 레이어(forminig layer)를 인쇄하고, 상기 채색 인쇄 헤드는 상기 성형 레이어에서 채색을 하되, 상기 모델링 인쇄 헤드와 상기 채색 인쇄 헤드는 공동-구조화되어 인쇄 헤드 그룹을 형성하고, 상기 3D 출력 방법은:
    상기 플랫폼 상의 3D 오브젝트의 성형 레이어 및 상기 성형 레이어의 제한 영역(bounding area) 외부의 적어도 하나의 재료 배리어(material barrier)를 인쇄하는 단계;
    상기 인쇄 헤드 그룹의 채색 작업의 경로들을 계산할 때 상기 성형 레이어의 가장자리 또는 상기 제한 영역에 따라 상기 채색 인쇄 헤드의 복수의 채색 경로들을 계산하는 단계;
    상기 모델링 인쇄 헤드와 상기 채색 인쇄 헤드 사이의 간격에 따라 상기 채색 인쇄 헤드의 상기 채색 경로들을 상기 모델링 인쇄 헤드의 복수의 컬러-통과 경로들(color-passing routes)로 변환하여, 상기 컬러-통과 경로들이 상기 모델링 인쇄 헤드와 상기 채색 인쇄 헤드 사이의 간격(spacing)에 기초하여 상기 채색 경로들로부터 오프셋되는 단계;
    상기 모델링 인쇄 헤드의 상기 컬러-통과 경로들에 따라 상기 모델링 인쇄 헤드의 복수의 우회 경로들(detour routes)을 계산하는 단계로서, 상기 우회 경로들 상의 상기 모델링 인쇄 헤드는 상기 성형 레이어 위를 통과하지 않고, 상기 우회 경로들 각각의 시작점은 상기 컬러-통과 경로들 중의 하나의 종점에 대응되어 상기 우회 경로들 각각은 상기 성형 레이어의 상기 제한 영역 외부의 상기 대응하는 컬러-통과 경로의 상기 종점과 다음 컬러-통과 경로의 시작점 사이의 경로이고, 각각의 상기 우회 경로 중의 하나와 상기 대응하는 컬러-통과 경로는 상기 적어도 하나의 재료 배리어의 적어도 하나의 위치를 통과하는, 단계; 및
    상기 컬러-통과 경로들 및 상기 우회 경로들을 이동하여 지나가는 상기 모델링 인쇄 헤드에 따라 상기 인쇄 헤드 그룹의 작업을 제어하여, 상기 성형 레이어에서 상기 채색 인쇄 헤드에 의해 상기 채색 작업을 수행하는 단계;
    를 포함하는, 3D 인쇄를 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델링 인쇄 헤드의 상기 우회 경로들을 계산하는 것은:
    상기 우회 경로들 중의 하나에 대응하는 상기 컬러-통과 경로가 상기 성형 레이어의 제1 가장자리 또는 제2 가장자리 중 어느 것에 더 가까운지를 결정하는 단계로서, 상기 제1 가장자리는 상기 대응하는 컬러-통과 경로에 의해 분리된 상기 성형 레이어의 일측면 상에 위치하고, 상기 제2 가장자리는 상기 대응하는 컬러-통과 경로에 의해 분리된 상기 성형 레이어의 다른 측면 상에 위치하는, 단계; 및
    상기 대응하는 컬러-통과 경로가 상기 제1 가장자리에 더 가까운 경우, 상기 우회 경로들 중의 하나를 계산하여, 상기 우회 경로가 상기 성형 레이어 위를 통과하지 않으면서 상기 제1 가장자리를 따라 통과하여 상기 다음 컬러-통과 경로의 상기 시작점에 도달하는 단계;를 포함하는, 3D 인쇄를 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모델링 인쇄 헤드의 상기 우회 경로들을 계산하는 단계는:
    상기 대응하는 컬러-통과 경로가 상기 제2 가장자리에 더 가까운 경우, 상기 우회 경로들 중의 하나를 계산하여, 상기 우회 경로가 상기 성형 레이어 위를 통과하지 않으면서 상기 제2 가장자리를 따라 통과하여 상기 다음 컬러-통과 경로의 상기 시작점에 도달하는 단계;를 포함하는, 3D 인쇄를 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델링 인쇄 헤드와 상기 인쇄 헤드 그룹 사이의 셋업(setup) 관계에 따라 상기 적어도 하나의 재료 배리어의 위치를 설정하는 단계;를 더 포함하는, 3D 인쇄를 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형 레이어와 상기 적어도 하나의 재료 배리어는 인쇄를 동시에 완료하는, 3D 인쇄를 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 채색 인쇄 헤드의 상기 복수의 채색 경로들은 상기 성형 레이어의 상기 제한 영역에 따라 계산되고, 상기 제한 영역은 X-Y 평면 상에 정사영(orthographic projection)에 의해 상기 플랫폼 상에 출력될 전체 3D 오브젝트를 프레임하는 가장 작은 사각형이고,
    상기 컬러-통과 경로들의 상기 시작점들과 상기 종점들은 모두 제한 영역 외부에 위치되고 각각 상기 제한 영역의 2개의 대향되는 가장자리들을 따라 정렬되어 상기 모델링 인쇄 헤드는 상기 컬러-통과 경로들 중의 하나와 상기 대응하는 우회 경로를 통과해 나아갈 때 사각형 움직임(rectangular movement)을 가지는, 3D 인쇄를 하는 방법.
  7. 모델링 인쇄 헤드;
    채색 인쇄 헤드로서, 상기 모델링 인쇄 헤드와 상기 채색 인쇄 헤드는 공동-구조화되어 인쇄 헤드 그룹을 형성하는, 채색 인쇄 헤드;
    플랫폼으로서, 상기 모델링 인쇄 헤드는 상기 플랫폼 상에 3D 오브젝트의 성형 레이어를 인쇄하는, 플랫폼; 및
    프로세서로서, 상기 프로세서가 상기 모델링 인쇄 헤드를 제어하여 상기 성형 레이어를 인쇄할 때, 상기 성형 레이어의 제한 영역 외부에 적어도 하나의 재료 배리어를 출력하는, 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서가 상기 인쇄 헤드 그룹의 채색 작업의 경로들을 계산할 때, 상기 성형 레이어의 상기 제한 영역의 가장자리에 따라 상기 채색 인쇄 헤드의 복수의 채색 경로들을 계산하고, 상기 채색 인쇄 헤드의 상기 채색 경로들을 상기 모델링 인쇄 헤드와 상기 채색 인쇄 헤드 사이의 간격에 따라 상기 모델링 인쇄 헤드의 복수의 컬러-통과 경로들로 변환하여 상기 컬러-통과 경로들이 상기 모델링 인쇄 헤드와 상기 채색 인쇄 헤드 사이의 간격(spacing)에 기초하여 상기 채색 경로들로부터 오프셋되고, 상기 모델링 인쇄 헤드의 상기 컬러-통과 경로들에 따라 상기 모델링 인쇄 헤드의 복수의 우회 경로들을 계산하되, 상기 우회 경로들 상의 상기 모델링 인쇄 헤드는 상기 성형 레이어 위를 통과하지 않고, 상기 우회 경로들 각각의 시작점은 상기 컬러-통과 경로들 중의 하나의 종점에 대응되어 상기 우회 경로들 각각은 상기 성형 레이어의 상기 제한 영역 외부의 상기 대응하는 컬러-통과 경로의 상기 종점과 다음 컬러-통과 경로의 시작점 사이의 경로이고, 각각의 상기 우회 경로 중의 하나와 상기 대응하는 컬러-통과 경로는 상기 적어도 하나의 재료 배리어의 적어도 하나의 위치를 통과하고, 상기 프로세서는 상기 컬러-통과 경로들 및 상기 우회 경로들을 이동하여 지나가는 상기 모델링 인쇄 헤드에 따라 상기 인쇄 헤드 그룹의 작업을 제어하여, 상기 성형 레이어에서 상기 채색 인쇄 헤드에 의해 상기 채색 작업을 수행하는; 3D 인쇄 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 우회 경로들 중의 하나에 대응하는 상기 컬러-통과 경로가 상기 성형 레이어의 제1 가장자리 또는 제2 가장자리 중 어느 것에 더 가까운지를 결정하고, 상기 제1 가장자리는 상기 대응하는 컬러-통과 경로들에 의해 분리된 상기 성형 레이어의 일측면 상에 위치하고, 상기 제2 가장자리는 상기 대응하는 컬러-통과 경로들에 의해 분리된 상기 성형 레이어의 다른 측면 상에 위치하고,
    상기 프로세서가 상기 대응하는 컬러-통과 경로가 상기 제1 가장자리에 더 가깝다고 결정한 경우, 상기 우회 경로들 중의 하나를 계산하여 상기 우회 경로가 상기 제1 가장자리를 따라 통과하고 상기 성형 레이어 위를 통과하지 않으면서 상기 다음 컬러-통과 경로의 상기 시작점에 도달하도록 하는, 3D 인쇄 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 대응하는 컬러-통과 경로가 상기 제2 가장자리에 더 가깝다고 결정한 경우, 상기 우회 경로들 중의 하나를 계산하여 상기 우회 경로가 상기 제2 가장자리를 따라 통과하고 상기 성형 레이어 위를 통과하지 않으면서 상기 다음 컬러-통과 경로의 상기 시작점에 도달하되, 상기 우회 경로 상의 상기 모델링 인쇄 헤드는 상기 성형 레이어 위를 통과하지 않는, 3D 인쇄 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 성형 레이어의 상기 제한 영역에 따라 상기 채색 인쇄 헤드의 상기 복수의 채색 경로들을 계산하고, 상기 제한 영역은 X-Y 평면 상에 정사영(orthographic projection)에 의해 상기 플랫폼 상에 출력될 전체 3D 오브젝트를 프레임하는 가장 작은 사각형이고,
    상기 컬러-통과 경로들의 상기 시작점들과 상기 종점들은 모두 제한 영역 외부에 위치되고 각각 상기 제한 영역의 2개의 대향되는 가장자리들을 따라 정렬되어 상기 모델링 인쇄 헤드는 상기 컬러-통과 경로들 중의 하나와 상기 대응하는 우회 경로를 통과해 나아갈 때 사각형 움직임(rectangular movement)을 가지는, 3D 인쇄 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113840950B (zh) 2019-05-14 2023-12-29 东洋纺Mc株式会社 聚乙烯纤维

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015163776A1 (en) 2014-04-24 2015-10-29 Pluciennik Tomasz A method for additive manufacturing of a spatial 3d object and a device for additive manufacturing of a spatial 3d object
WO2016003277A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Leapfrog B.V. Device and method for forming a coloured workpiece by means of 3d extrusion

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9434108B2 (en) * 2014-03-10 2016-09-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Fabricating full color three-dimensional objects
JP6427758B2 (ja) * 2014-06-06 2018-11-28 泰 金田 光の反射方向・反射強度が制御された３次元印刷物および印刷方法
WO2016198929A1 (en) * 2015-06-12 2016-12-15 Mathur Ashok Chand Method and apparatus of very much faster 3d printer
CN107160679B (zh) * 2016-03-08 2020-04-07 三纬国际立体列印科技股份有限公司 立体打印机
US10137635B2 (en) * 2016-05-19 2018-11-27 Palo Alto Research Center Incorporated System and method for printing path planning for manufacturing of functionally graded materials with the aid of a digital computer
EP3496934A4 (en) * 2016-08-09 2020-04-01 Arevo, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR STRUCTURAL ANALYSIS AND PRINTING OF PARTS
CN106426938A (zh) * 2016-08-24 2017-02-22 芜湖枫曲三维数字化设计有限公司 一种彩色模型三维打印方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015163776A1 (en) 2014-04-24 2015-10-29 Pluciennik Tomasz A method for additive manufacturing of a spatial 3d object and a device for additive manufacturing of a spatial 3d object
WO2016003277A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Leapfrog B.V. Device and method for forming a coloured workpiece by means of 3d extrusion

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