KR102207535B1 - 3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it - Google Patents

3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it Download PDF

Info

Publication number
KR102207535B1
KR102207535B1 KR1020190010518A KR20190010518A KR102207535B1 KR 102207535 B1 KR102207535 B1 KR 102207535B1 KR 1020190010518 A KR1020190010518 A KR 1020190010518A KR 20190010518 A KR20190010518 A KR 20190010518A KR 102207535 B1 KR102207535 B1 KR 102207535B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
main body
nozzle
trajectory
printer
printer main
Prior art date
Application number
KR1020190010518A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200101482A (en
Inventor
김정훈
이강
이동현
이재화
정지훈
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020190010518A priority Critical patent/KR102207535B1/en
Publication of KR20200101482A publication Critical patent/KR20200101482A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102207535B1 publication Critical patent/KR102207535B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

본 발명은 프린터 본체가 이동하는 중에도 연속적으로 실시간으로 3D 프린팅을 수행하여 프린터 크기에 제약을 받지 않으면서 작업 영역을 확장하여 넓은 작업 영역에서 큰 구조물을 정밀하고 빠르게 프린팅할 수 있는 건설용 3D 프린터 및 이를 포함하는 3D 프린팅 시스템에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터는, 건설용 복합재료를 공급하는 호퍼와 상기 호퍼로부터 공급된 상기 건설용 복합재료를 압출하는 압출기와 상기 압출기로부터 압출된 건설용 복합재료를 분출하는 노즐과 상기 노즐을 이송하는 노즐 이송수단을 포함하는 프린터 본체; 상기 프린터 본체 하부에 형성되어 상기 프린터 본체를 이동시키는 본체 이동부; 및, 광역 좌표계상 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하며, 작업 공간 내에서 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 측정하여 상기 생성된 궤적과 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하며, 보정된 상기 프린터 본체 및 상기 노즐의 궤적에 따라 상기 프린터 본체의 이동 및 상기 노즐의 이송을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함한다.
The present invention is a construction 3D printer capable of accurately and quickly printing a large structure in a wide work area by expanding the work area without being limited by the printer size by continuously performing 3D printing in real time while the printer body is moving, and It relates to a 3D printing system including this,
A construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention includes an extruder for supplying a composite material for construction, an extruder for extruding the construction composite material supplied from the hopper, and for construction extruded from the extruder. A printer main body including a nozzle for ejecting a composite material and a nozzle conveying means for transferring the nozzle; A main body moving part formed under the printer main body to move the printer main body; And, a trajectory of the main body moving unit and the nozzle transfer means is generated from the target path data of the printing nozzle in a global coordinate system, and the position and direction of the printer main body within the working space are measured in real time to measure the generated trajectory in real time. Based on the error between the position and direction of the printer main body, the moving trajectory of the printer main body and the conveying trajectory of the nozzle in the frame are corrected, and according to the corrected trajectory of the printer main body and the nozzle, And a control unit that independently controls the movement and transfer of the nozzle.

Description

이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템 {3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it}Construction 3D printing system capable of continuous printing while moving {3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it}

본 발명은 건설용 3D 프린터 및 3D 프린팅 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프린터 본체가 이동하는 중에도 연속적으로 실시간으로 3D 프린팅을 수행하여 프린터 크기에 제약을 받지 않으면서 작업 영역을 확장하여 넓은 작업 영역에서 큰 구조물을 정밀하고 빠르게 프린팅할 수 있는 건설용 3D 프린터 및 이를 포함하는 3D 프린팅 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a 3D printer for construction and a 3D printing system, and more specifically, a wide work area by expanding the work area without being limited by the printer size by continuously performing 3D printing in real time while the printer body is moving. The present invention relates to a 3D printer for construction that can accurately and quickly print a large structure, and a 3D printing system including the same.

초기의 3D 프린터는 제조 기업의 시제품 제작 속도를 높이는 데 쓰이는 정도였지만, 최근에는 제조업과 시제품 수준을 넘어 다양한 산업영역에 쓰이고 있다. In the early days, 3D printers were used to speed up the production of prototypes by manufacturing companies, but in recent years, they are used in various industrial fields beyond the manufacturing and prototype levels.

한편, 종래의 3D 프린터는 고정식으로 프레임이 지면에 고정된 상태로 장비의 한정된 작업 영역 안에서 3차원 상의 위치 이송을 통해 제품을 인쇄하는 방식이기 때문에, 대형 건설용 부재나 구조물을 출력하는 경우에는 이에 상응하는 큰 작업 영역을 갖는 대형 장비를 사용해야 하는 문제점이 있다.On the other hand, the conventional 3D printer is a method of printing a product through a three-dimensional positional transfer within a limited work area of the equipment while the frame is fixed to the ground in a fixed manner, so when printing a large construction member or structure, There is a problem in having to use large equipment with a corresponding large working area.

또한, 기존의 이동식 프린터로 알려졌던 장비는 바퀴 등을 부착하여 원하는 위치로 단순 이동을 시킬 수 있는 개념의 장비이고, 거치 후에 프린팅을 하는 방식이어서 이동 중에 프린팅하는 것이 불가능하다. 따라서, 실제로 연속적으로 작업 가능한 영역은 장비의 작업 범위 내로 제한되는 문제점이 있다. In addition, the conventional equipment known as a mobile printer is a concept equipment that can simply move to a desired position by attaching a wheel or the like, and because it is a method of printing after mounting, printing while moving is impossible. Therefore, there is a problem that the area that can be actually continuously operated is limited within the working range of the equipment.

한편, 건설 분야의 3D 프린팅에서는 상대적으로 출력물이 거대하고, 중량이 무거워 출력물을 이동하기가 쉽지 않거나 불가능하다. 특히, 시멘트 기반의 건설 복합재료의 경우에는 일반적인 3D 프린팅 재료와는 달리 출력 이후 구조물이 충분한 강도를 갖기까지 수 일 이상 거치하면서 양생을 해야 하기 때문에 출력이 완료되자마자 시멘트 기반의 구조물을 바로 다른 곳으로 이동 시킨 후 새로운 출력 작업을 재개하는 것은 바람직하지 못하다.On the other hand, in 3D printing in the construction field, the output is relatively large and the weight is heavy, making it difficult or impossible to move the output. In particular, in the case of cement-based construction composite materials, unlike general 3D printing materials, it is necessary to cure the structure after printing for several days or more until the structure has sufficient strength. It is not advisable to move to and resume a new print job.

한국등록특허 제10-1914524호Korean Patent Registration No. 10-1914524

본 발명은, 프린터 본체가 이동하는 중에도 연속적으로 실시간으로 3D 프린팅을 수행하여 프린터 크기에 제약을 받지 않으면서 작업 영역을 확장하여 넓은 작업 영역에서 큰 구조물을 정밀하고 빠르게 프린팅할 수 있는, 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터 및 이를 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공하는 것을 해결과제로 한다.The present invention provides continuous real-time 3D printing even while the printer main body is moving to expand the work area without being limited by the printer size, allowing precise and fast printing of large structures in a wide work area. The challenge is to provide a printing 3D printer for construction and a 3D printing system including the same.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다. The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터는,Construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention,

건설용 복합재료를 공급하는 호퍼와 상기 호퍼로부터 공급된 상기 건설용 복합재료를 압출하는 압출기와 상기 압출기로부터 압출된 건설용 복합재료를 분출하는 노즐과 상기 노즐을 이송하는 노즐 이송수단을 포함하는 프린터 본체; 상기 프린터 본체 하부에 형성되어 상기 프린터 본체를 이동시키는 본체 이동부; 및, 광역 좌표계상 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하며, 작업 공간 내에서 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 측정하여 상기 생성된 궤적과 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하며, 보정된 상기 프린터 본체 및 상기 노즐의 궤적에 따라 상기 프린터 본체의 이동 및 상기 노즐의 이송을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함한다.A printer comprising a hopper for supplying a construction composite material, an extruder for extruding the construction composite material supplied from the hopper, a nozzle for ejecting the construction composite material extruded from the extruder, and a nozzle conveying means for transferring the nozzle main body; A main body moving part formed under the printer main body to move the printer main body; And, a trajectory of the main body moving unit and the nozzle transfer means is generated from the target path data of the printing nozzle in a global coordinate system, and the position and direction of the printer main body within the working space are measured in real time to measure the generated trajectory in real time. Based on the error between the position and direction of the printer main body, the moving trajectory of the printer main body and the conveying trajectory of the nozzle in the frame are corrected, and according to the corrected trajectory of the printer main body and the nozzle, And a control unit that independently controls the movement and transfer of the nozzle.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터에 있어서, 상기 본체 이동부는, 전방향으로 이동 및 회전할 수 있는 전방향 휠, 회전 가능한 바퀴, 캐터필러, 복수개의 로봇 다리 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In the construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the main body moving unit includes at least one of an omnidirectional wheel capable of moving and rotating in all directions, a rotatable wheel, a caterpillar, and a plurality of robot legs. It can contain either.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터에 있어서, 상기 제어부는, 광역 좌표계 상의 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하는 궤적생성 모듈; 외부의 센싱 디바이스로부터 실시간으로 상기 프린터 본체의 위치 및 방향에 대한 센싱 정보를 수신하여 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 확인하는 위치확인 모듈; 상기 위치확인 모듈에서 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과 상기 생성된 궤적과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하여 생성하는 보상제어 모듈; 상기 궤적생성 모듈 및 보상제어 모듈에 의해 생성된 상기 프린터 본체의 이동 궤적에 따라 상기 본체 이동부의 동작을 제어하는 이동제어 모듈; 및, 상기 궤적생성 모듈 및 보상제어 모듈에 의해 생성된 상기 노즐의 이송 궤적에 따라 상기 노즐을 이송하는 노즐 이송수단의 동작을 제어하는 이송제어 모듈을 포함할 수 있다.In the construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the control unit generates a trajectory for generating trajectories of the main body moving unit and the nozzle transfer means from target path data of a printing nozzle on a global coordinate system. module; A location checking module configured to receive sensing information on the location and direction of the printer body in real time from an external sensing device and check the location and direction of the printer body in real time; Compensation control module for generating by correcting a moving trajectory of the printer main body and a conveying trajectory of the nozzle in a frame based on an error between the position and direction of the printer main body measured in real time by the positioning module and the generated trajectory ; A movement control module for controlling an operation of the main body moving part according to a movement trajectory of the printer main body generated by the trajectory generation module and the compensation control module; And, it may include a transfer control module for controlling the operation of the nozzle transfer means for transferring the nozzle according to the transfer trajectory of the nozzle generated by the trajectory generation module and the compensation control module.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터에 있어서, 상기 궤적생성 모듈은, 광역 좌표계(G) 상의 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터(GP)로부터 상기 본체 이동부의 궤적(GPLORG) 및 방향(

Figure 112019009807974-pat00001
)과 상기 노즐 이송부의 궤적(LP) 및 방향을 생성할 수 있다.In the construction 3D printers capable of continuous printing on the move in accordance with an embodiment of the invention, the trajectory generation module, the trajectory of the main body moving part from the target path data (G P) of the printing nozzles on the wide-area coordinate system (G) (G P LORG ) and direction (
Figure 112019009807974-pat00001
) And the trajectory ( L P) and direction of the nozzle transfer unit may be generated.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터에 있어서, 상기 보상제어 모듈은, 외부의 센싱 디바이스로부터 실시간으로 수신되는 센싱 정보를 이용하여 광역 좌표계(G) 상에서의 상기 프린터 본체의 원점 위치(GPLORG)와 방향(

Figure 112019009807974-pat00002
)의 실시간 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적을 보정하여 생성할 수 있다.In the construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the compensation control module includes the printer main body on a wide-area coordinate system (G) using sensing information received in real time from an external sensing device. Origin position ( G P LORG ) and direction (
Figure 112019009807974-pat00002
) Can be generated by correcting the moving trajectory of the printer main body based on the real-time error of ).

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터에 있어서, 상기 보상제어 모듈은, 실시간으로 변화되는 상기 프린터 본체의 프레임의 좌표계로부터 상기 노즐의 목표 지점(GP) 까지의 위치 및 방향을 이용하여 상기 노즐을 이송시키는 노즐 이송수단의 이송 궤적을 보정하여 생성할 수 있다.In the construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the compensation control module is a position from the coordinate system of the frame of the printer main body changed in real time to the target point ( G P) of the nozzle And it can be generated by correcting the transfer trajectory of the nozzle transfer means for transferring the nozzle using the direction.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템은,Construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention,

호퍼로부터 공급된 건설용 복합재료를 압출하는 압출기와 상기 압출기로부터 압출된 건설용 복합재료를 분출하는 노즐을 이송하는 노즐 이송수단을 포함하는 프린터 본체; 상기 프린터 본체 하부에 형성되어 상기 프린터 본체를 이동시키는 본체 이동부; 작업 공간 내에서 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 센싱하는 위치 감지부; 광역 좌표계상 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하며, 상기 생성된 궤적과 상기 위치 감지부에 의해 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하며, 보정된 상기 프린터 본체 및 상기 노즐의 궤적에 따라 상기 프린터 본체의 이동 및 상기 노즐의 이송을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함한다.A printer main body including an extruder for extruding the construction composite material supplied from a hopper and a nozzle conveying means for transferring a nozzle for ejecting the construction composite material extruded from the extruder; A main body moving part formed under the printer main body to move the printer main body; A position sensing unit that senses the position and direction of the main body of the printer in a working space in real time; A trajectory of the main body moving unit and the nozzle transfer means is generated from target path data of the printing nozzle in a global coordinate system, and an error between the generated trajectory and the position and direction of the printer main body measured in real time by the position sensing unit is A control unit that corrects the movement trajectory of the printer main body and the transport trajectory of the nozzle in the frame, and independently controls the movement of the printer main body and the nozzle transport according to the corrected trajectory of the printer main body and the nozzle Includes.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 위치 감지부는, 상기 작업 공간에 하나 이상 배치되는 모션 캡쳐 카메라와 상기 프린터 본체에 배치되는 복수개의 모션 캡쳐용 마커를 포함할 수 있다.In the construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the position detection unit includes at least one motion capture camera disposed in the work space and a plurality of motion capture markers disposed on the printer body It may include.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 위치 감지부는, 상기 프린터 본체에 배치되는 적어도 하나의 2D 레이저 센서와 상기 작업 공간을 한정하는 복수개의 이격된 구조물을 포함할 수 있다.In the construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the position detection unit includes at least one 2D laser sensor disposed on the printer body and a plurality of spaced structures defining the work space It may include.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 위치 감지부는, 상기 프린터 본체의 사방에 배치되는 복수개의 변위 센서와 상기 작업 공간을 한정하는 복수개의 벽면을 포함할 수 있다.In the construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the position detection unit includes a plurality of displacement sensors disposed in all directions of the printer main body and a plurality of wall surfaces defining the work space. can do.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 위치 감지부는, 상기 프린터 본체의 두 방향으로 배치되는 복수개의 변위 센서와, 상기 작업 공간의 바닥면에 형성되는 가이드 라인과, 상기 가이드 라인을 촬영하여 상기 프린터 본체의 회전각과 가이드 라인으로부터 본체의 오프셋 위치를 획득하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.In the construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the position detection unit includes a plurality of displacement sensors disposed in two directions of the printer main body, and formed on the floor surface of the work space. It may include a guide line and an image sensor that photographs the guide line to obtain a rotation angle of the printer body and an offset position of the body from the guide line.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 위치 감지부는, 상기 작업 공간의 바닥면에 폐곡선으로 형성되는 가이드 라인과, 상기 가이드 라인을 촬영하여 상기 프린터 본체의 회전각과 가이드 라인으로부터 본체의 오프셋 위치를 획득하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.In the construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the position detection unit includes a guide line formed as a closed curve on a floor surface of the work space, and the printer body by photographing the guide line. It may include an image sensor that obtains the offset position of the body from the rotation angle and the guide line.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 본체 이동부는, 전방향으로 이동 및 회전할 수 있는 전방향 휠, 회전 가능한 바퀴, 캐터필러, 복수개의 로봇 다리 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In the 3D printing system for construction capable of continuous printing during movement according to an embodiment of the present invention, the main body moving unit is an omnidirectional wheel capable of moving and rotating in all directions, a rotatable wheel, a caterpillar, and a plurality of robot legs. It may include at least any one.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 광역 좌표계 상의 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하는 궤적생성 모듈; 상기 위치 감지부로부터 실시간으로 상기 프린터 본체의 위치 및 방향에 대한 센싱 정보를 수신하여 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 확인하는 위치확인 모듈; 상기 위치확인 모듈에서 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과 상기 생성된 궤적과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하여 생성하는 보상제어 모듈; 상기 궤적생성 모듈 및 보상제어 모듈에 의해 생성된 상기 프린터 본체의 이동 궤적에 따라 상기 본체 이동부의 동작을 제어하는 이동제어 모듈; 및, 상기 궤적생성 모듈 및 보상제어 모듈에 의해 생성된 상기 노즐의 이송 궤적에 따라 상기 노즐을 이송하는 노즐 이송수단의 동작을 제어하는 이송제어 모듈을 포함할 수 있다.In the 3D printing system for construction capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the control unit comprises a trajectory for generating a trajectory of the main body moving unit and the nozzle transfer means from target path data of a printing nozzle on a global coordinate system. Generation module; A location check module configured to receive sensing information on the position and direction of the printer main body in real time from the position detection unit to check the position and direction of the printer main body in real time; Compensation control module for generating by correcting a moving trajectory of the printer main body and a conveying trajectory of the nozzle in a frame based on an error between the position and direction of the printer main body measured in real time by the positioning module and the generated trajectory ; A movement control module for controlling an operation of the main body moving part according to a movement trajectory of the printer main body generated by the trajectory generation module and the compensation control module; And, it may include a transfer control module for controlling the operation of the nozzle transfer means for transferring the nozzle according to the transfer trajectory of the nozzle generated by the trajectory generation module and the compensation control module.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 궤적생성 모듈은, 광역 좌표계(G) 상의 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터(GP)로부터 상기 본체 이동부의 궤적(GPLORG) 및 방향(

Figure 112019009807974-pat00003
)과 상기 노즐 이송부의 궤적(LP) 및 방향을 생성할 수 있다.In the 3D printing system for construction capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the trajectory generation module includes the trajectory of the main body moving part from the target path data ( G P) of the printing nozzle on the global coordinate system (G). G P LORG ) and direction (
Figure 112019009807974-pat00003
) And the trajectory ( L P) and direction of the nozzle transfer unit may be generated.

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 보상제어 모듈은, 상기 위치 감지부로부터 실시간으로 수신되는 센싱 정보를 이용하여 광역 좌표계(G) 상에서의 상기 프린터 본체의 원점 위치(GPLORG)와 방향(

Figure 112019009807974-pat00004
)의 실시간 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적을 보정하여 생성할 수 있다.In the 3D printing system for construction capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the compensation control module, the printer on a wide-area coordinate system (G) using sensing information received in real time from the position sensing unit. Main body origin position ( G P LORG ) and direction (
Figure 112019009807974-pat00004
) Can be generated by correcting the moving trajectory of the printer main body based on the real-time error of ).

본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 있어서, 상기 보상제어 모듈은, 실시간으로 변화되는 상기 프린터 본체의 프레임의 좌표계로부터 상기 노즐의 목표 지점(GP)까지의 위치 및 방향 이용하여 상기 노즐을 이송시키는 노즐 이송수단의 이송 궤적을 보정하여 생성할 수 있다.In the 3D printing system for construction capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, the compensation control module includes: from the coordinate system of the frame of the printer body changed in real time to the target point ( G P) of the nozzle. can using the position and orientation that is produced by correcting the feed trajectory of the transfer means for transferring the nozzle of the nozzle.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of embodiments according to various aspects of the present invention are included in the detailed description below.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 프린터 본체가 이동하는 중에 노즐의 이송에 의해 건설 구조물이 프린팅되므로, 종래의 건설용 3D 프린터와는 달리 장비의 크기에 따른 작업 영역의 제한이 없이 작은 크기의 건설용 3D 프린터로도 큰 면적의 대형 구조물을 프린팅할 수 있는 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention, since the construction structure is printed by the transfer of the nozzle while the printer main body is moving, unlike a conventional construction 3D printer, there is no limitation on the work area according to the size of the equipment, There is an advantage of being able to print large structures of a large area even with a 3D printer.

또한, 하나의 건설 구조물 또는 건설 구조물 부재를 프린팅 완료한 이후, 본체 이동부에 의해 프린터가 다른 프린팅 영역으로 자동으로 이동하여 새로운 프린팅 작업을 지체없이 재개할 수 있는 장점이 있다. In addition, after the printing of one construction structure or construction structure member is completed, the printer automatically moves to another printing area by the main body moving unit, so that a new printing operation can be resumed without delay.

또한, 시멘트 기반의 건설 구조물 부재를 다품종 대량 생산하는 공장에 적용될 경우, 종래의 방법에 비하여 단위 시간당 작업 효율성 및 생산성을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, when applied to a factory that mass-produces multiple types of cement-based construction structure members, there is an advantage of maximizing work efficiency and productivity per unit time compared to the conventional method.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터가 도시된 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터의 구체적인 일 예가 도시된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터에서 궤적생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템이 도시된 블록도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템의 다양한 예가 도시된 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 의해 대형 건설 구조물이 프린터 본체 크기에 한정되지 않고 연속적으로 프린팅되는 것을 예시하는 도면이다.
도 10은 하나의 작업 공간 내에서 복수개의 3D 프린터가 동시에 작동되어 복수개의 건설 구조물이 연속적으로 프린팅되는 것을 예시하는 도면이다.
1 is a block diagram showing a construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a specific example of a construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a trajectory generation process in a construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing a construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention.
5 to 8 are diagrams illustrating various examples of a 3D printing system for construction capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention.
9 is a view illustrating that a large construction structure is continuously printed without being limited to the size of a printer body by a construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating that a plurality of 3D printers are simultaneously operated in one work space to continuously print a plurality of construction structures.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations can be applied and various embodiments can be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '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. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터 및 이를 포함하는 3D 프린팅 시스템을 설명한다.The terms used in the present invention 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. In the present invention, terms such as'comprise' or'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance. Hereinafter, a construction 3D printer capable of continuous printing while moving and a 3D printing system including the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터가 도시된 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터의 구체적인 일 예가 도시된 사시도이다.1 is a block diagram showing a construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a specific work of a construction 3D printer capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention It is a perspective view showing an example.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린터(이하, 3D 프린터라고 함)는, 프린터 본체(100), 본체 이동부(200), 제어부(300)를 포함한다.1 and 2, a 3D printer for construction (hereinafter referred to as a 3D printer) capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention includes a printer main body 100, a main body moving unit 200 , And a control unit 300.

프린터 본체(100)는 본체 프레임(110)과, 본체 프레임(110) 내부에 형성되는 호퍼(120)와 압출기(150)와 노즐(130)과 노즐 이송수단(140; 141, 142)을 포함할 수 있다.The printer body 100 includes a body frame 110, a hopper 120 formed inside the body frame 110, an extruder 150, a nozzle 130, and a nozzle transfer means 140; 141, 142. I can.

본체 프레임(110)은 예를 들어 육면체 형상으로 이루어져서 프린터 본체(100)의 외형을 형성한다. The main body frame 110 is formed in, for example, a hexahedral shape to form the outer shape of the printer main body 100.

본체 프레임(110) 내부의 공간에는, 외부로부터 공급되는 건설용 복합재료(예를 들어, 콘크리트, 콘크리트와 폴리머의 복합물 등)가 수용되는 호퍼(120)가 형성된다. In the space inside the main frame 110, a hopper 120 is formed in which a composite material for construction (eg, concrete, a composite of concrete and polymer, etc.) supplied from the outside is accommodated.

호퍼(120)는 압출기(150)을 통해 노즐(130)과 연결 형성되어 노즐(130)로 건설용 복합재료를 공급하고, 건설용 복합재료는 노즐(130)을 통해 분출되면서 건설 구조물을 형성한다. The hopper 120 is formed in connection with the nozzle 130 through the extruder 150 to supply the construction composite material to the nozzle 130, and the construction composite material is ejected through the nozzle 130 to form a construction structure. .

노즐 이송수단(140)은 노즐(130)을 적어도 어느 하나 이상의 방향으로 이송할 수 있다. 예를 들어, 노즐 이송수단(140)은 호퍼(120) 및 노즐(130)을 x축 방향으로 이동시키는 제1 이송바(141)와 제1 이송바(141)를 y축 방향 및 z축 방향으로 이송시키는 제2 이송바(142)로 이루어질 수 있다. 제1 이송바(141)의 양단은 제2 이송바(142)에 수직 방향으로 슬라이딩 가능하도록 연결되며, 대향하는 한 쌍의 제2 이송바(142)는 y축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다. 이러한 노즐 이송수단(140)은 하나의 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 노즐 이송수단(140)은 x, y z 뿐 아니라 theta_x, theta_y, theta_z 까지 제어 가능한 6축 로봇 등, 다관절 로봇을 이용할 수도 있다.The nozzle transfer means 140 may transfer the nozzle 130 in at least one or more directions. For example, the nozzle transfer means 140 moves the hopper 120 and the nozzle 130 in the x-axis direction, the first transfer bar 141 and the first transfer bar 141 in the y-axis direction and the z-axis direction. It may be made of a second transfer bar 142 to be transferred to. Both ends of the first transfer bar 141 are connected to the second transfer bar 142 to be slidable in a vertical direction, and a pair of opposite second transfer bars 142 are formed to be movable in the y-axis direction. The nozzle transfer means 140 is only an example, but is not limited thereto. For example, the nozzle transfer means 140 may use an articulated robot such as a 6-axis robot capable of controlling not only x, y z, but also theta_x, theta_y, and theta_z.

노즐 이송수단(140)은 후술하는 제어부(300)에 의해 이송 방향 및 크기가 제어됨에 따라, 노즐(130)의 이송 방향 및 이송 크기가 함께 제어되어, 원하는 형상의 3D 건설 구조물이 프린팅될 수 있도록 한다.As the transfer direction and size of the nozzle transfer means 140 are controlled by the control unit 300 to be described later, the transfer direction and size of the nozzle 130 are controlled together, so that a 3D construction structure having a desired shape can be printed. do.

본체 이동부(200)는 프린터 본체(100) 하부에 형성되어 프린터 본체를 원하는 방향으로 이동시킨다. 본체 이동부(200)는 프린터 본체(100)를 이동 또는 회전시킬 수 있는 이동수단을 구비한다. 본체 이동부(200)는, 예를 들어, 전방향으로 이동 및 회전할 수 있는 전방향 휠, 회전 가능한 바퀴, 캐터필러, 복수개의 로봇 다리 등으로 구성될 수 있다.The body moving part 200 is formed under the printer body 100 to move the printer body in a desired direction. The main body moving part 200 includes a moving means capable of moving or rotating the printer main body 100. The main body moving unit 200 may include, for example, an omnidirectional wheel capable of moving and rotating in an omnidirectional direction, a rotatable wheel, a caterpillar, a plurality of robot legs, and the like.

본체 이동부(200)는 후술하는 제어부(300)에 의해 이동량 및 회전량이 제어되어 프린터 본체(100)를 이동시킨다.The main body moving unit 200 moves the printer main body 100 by controlling the amount of movement and the amount of rotation by a controller 300 to be described later.

제어부(300)는 프린터 본체(100)의 이동 중에도 연속적으로 실시간으로 노즐(130)을 통한 3D 프린팅을 수행할 수 있도록 한다.The controller 300 enables 3D printing through the nozzle 130 to be continuously performed in real time while the printer body 100 is moving.

제어부(300)는 목표 경로 데이터로부터 본체 이동부(200)와 노즐 이송수단(140)의 궤적을 생성하고, 작업 공간 내에서 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 확인하고, 확인된 위치 및 방향을 기초로 프린터 본체(100)의 이동 보정량과 노즐(130)의 이송 보정량을 생성하며, 생성된 프린터 본체(100) 및 노즐(130)의 궤적에 따라 프린터 본체(100)의 이동 및 노즐(130)의 이송을 독립적으로 제어한다. 여기서, “이동”은 상대적으로 움직임이 큰 프린터 본체(100)의 움직임에 대한 용어로 사용되며, “이송”은 상대적으로 움직임이 작은 노즐(130)의 움직임에 대한 용어로 사용된다. 또한, “방향”은 프린터 본체(100)의 orientation을 의미하는 용어로 사용된다.The control unit 300 generates the trajectories of the main body moving unit 200 and the nozzle transfer means 140 from the target path data, and checks the position and direction of the printer main body 100 in real time within the work space, and the confirmed position And a movement correction amount of the printer body 100 and a transfer correction amount of the nozzle 130 are generated based on the direction, and the movement of the printer body 100 and the nozzle according to the trajectories of the generated printer body 100 and nozzle 130 The transport of 130 is independently controlled. Here, "movement" is used as a term for the movement of the printer body 100 with relatively large movement, and "transfer" is used as a term for movement of the nozzle 130 with relatively small movement. In addition, "orientation" is used as a term meaning the orientation of the printer body 100.

이를 위해, 제어부(300)는, 위치확인 모듈(310)과, 궤적생성 모듈(320)과, 이동제어 모듈(330)과, 이송제어 모듈(340)과, 보상제어 모듈(350)을 포함한다. 상기의 모듈들(310 ~ 350)은 각각 소정의 기능을 수행하는 구성 요소로서, 하드웨어, 소프트웨어, 혹은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈들(310 ~ 350)은 프로그램 모듈을 의미할 수 있으며, 이는 프로세서(Processor)에 의해 실행되어 소정의 기능을 수행하는, 소프트웨어 구성요소들일 수 있다.To this end, the control unit 300 includes a positioning module 310, a trajectory generation module 320, a movement control module 330, a transfer control module 340, and a compensation control module 350. . Each of the modules 310 to 350 is a component that performs a predetermined function, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software. For example, the modules 310 to 350 may refer to program modules, which may be software components that are executed by a processor to perform a predetermined function.

위치확인 모듈(310)은 작업 공간 내에서 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 확인한다. 선택적으로, 위치확인 모듈(310)은 프린터 본체(100)의 위치 및 방향 뿐만 아니라, 노즐(130)의 위치 및 방향을 확인할 수 있다.The positioning module 310 checks the position and orientation of the printer main body 100 in the work space. Optionally, the positioning module 310 may check the position and direction of the printer body 100 as well as the position and direction of the nozzle 130.

위치확인 모듈(310)은 외부의 센싱 디바이스로부터 프린터 본체(100)의 위치 및 방향에 대한 센싱 정보를 수신하여, 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 확인한다. 외부의 센싱 디바이스는, 예를 들어, 위치 감지부(400)가 될 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.The positioning module 310 receives sensing information on the position and direction of the printer main body 100 from an external sensing device, and checks the position and direction of the printer main body 100 in real time. The external sensing device may be, for example, the position sensing unit 400, which will be described later.

궤적생성 모듈(320)은 3D 건설 구조물 프린팅을 위해 주어진 목표 경로 데이터를, 본체 이동부(200)의 이동량과 노즐(130)의 이송량(구체적으로는, 노즐 이송수단(140)의 이송량)으로 분배하여 본체 이동부(200)와 노즐(130)의 궤적을 실시간으로 생성한다. 한편, 목표 경로 데이터를 제어부 외부에서 본체 이동부의 이동량과 노즐의 이송량으로 미리 분배한 후에 각각의 경로 데이터로서 부여할 수도 있다.The trajectory generation module 320 distributes the target path data given for the 3D construction structure printing to the moving amount of the main body moving part 200 and the conveying amount of the nozzle 130 (specifically, the conveying amount of the nozzle conveying means 140). Thus, the trajectory of the main body moving unit 200 and the nozzle 130 is generated in real time. On the other hand, the target path data may be pre-distributed to the moving amount of the main body moving part and the conveying amount of the nozzle outside the control unit and then assigned as each path data.

도 3을 참조하여, 궤적생성 모듈(320)의 궤적생성 과정을 설명한다.Referring to FIG. 3, a process of generating a trajectory by the trajectory generating module 320 will be described.

작업 공간의 어느 한 모서리를 원점(도면에서는 좌하단 모서리를 원점으로 함)으로 하여, 작업 공간을 광역 좌표계(G)로 표시하고, 광역 좌표계(G) 상에서 프린터 본체(100)의 원점(프린터 본체의 어느 한 모서리) 위치를 GPLORG라 하고, 광역 좌표계(G)에 대한 프린터 본체의 좌표계(L) 방향을

Figure 112019009807974-pat00005
이라 할 때, G-code 상에서 주어지는 광역 좌표계 상의 노즐(130)의 목표 위치는 하기의 식 (1)과 같이 프린터 본체의 좌표계(L)에서 노즐 이송수단(140)의 상대적 이송량(LP)으로 표현된다.Using any one corner of the work space as the origin (the lower left corner is the origin in the drawing), the work space is displayed in the global coordinate system (G), and the origin of the printer body 100 on the global coordinate system (G) (printer body One corner) of G P LORG , and the direction of the coordinate system (L) of the printer body relative to the global coordinate system (G).
Figure 112019009807974-pat00005
In this case, the target position of the nozzle 130 in the global coordinate system given on the G-code is the relative feed amount ( L P) of the nozzle transfer means 140 in the coordinate system L of the printer body as shown in Equation (1) below. Is expressed.

식 (1) :

Figure 112019009807974-pat00006
Equation (1):
Figure 112019009807974-pat00006

GP는 G-code 상에 주어지는 광역 좌표계 상의 노즐(130)의 목표 위치를 의미한다. G P means the target position of the nozzle 130 on the global coordinate system given on the G-code.

방향

Figure 112019009807974-pat00007
에서 광역 좌표계의 xy 평면상 프린터 본체(100)의 z축에 대한 회전 각도 θ만을 고려할 때, 식 (1)은 하기 식 (2)와 같이 2차원적으로 표현된다.direction
Figure 112019009807974-pat00007
When considering only the rotation angle θ with respect to the z-axis of the printer body 100 on the xy plane of the global coordinate system, Equation (1) is expressed two-dimensionally as Equation (2) below.

식 (2) :

Figure 112019009807974-pat00008
Equation (2):
Figure 112019009807974-pat00008

식(2)의 경우, 궤적생성 모듈(320)은 G-code 등으로 제공된 목표 프린팅 경로 데이터로부터 본체 이동부(200)를 통해 이동한 큰 이동량 (GX, GY) 및 방향 θ와 노즐 이송부를 통해 이송시킬 작은 이송량 (LX, LY) 로 분배한다.In the case of Equation (2), the trajectory generation module 320 is a large amount of movement ( G X, G Y) and direction θ and the nozzle transfer unit moved through the main body moving unit 200 from the target printing path data provided by G-code, etc. It distributes as a small amount ( L X, L Y) to be transported through.

보상제어 모듈(350)은 실시간으로 수신되는 센싱 정보를 이용하여 광역 좌표계(G) 상에서의 프린터 본체(100)의 원점 위치(GPLORG)와 방향(

Figure 112019009807974-pat00009
)의 실시간 오차를 바탕으로 프린터 본체(100)의 보상 궤적을 생성한다. 또한, 보상제어 모듈(350)은 실시간으로 변화되는 프린터 본체의 원점 위치(GPLORG)와 방향(
Figure 112019009807974-pat00010
)을 이용하여 프린터 본체의 좌표계(L)에서 노즐 이송수단(140)의 상대적 이송량(LP)을 생성한다. The compensation control module 350 uses the sensing information received in real time to determine the origin position ( G P LORG ) and the direction of the printer body 100 on the global coordinate system (G).
Figure 112019009807974-pat00009
), a compensation trajectory of the printer main body 100 is generated based on the real-time error. In addition, the compensation control module 350 is the origin position ( G P LORG ) and the direction (
Figure 112019009807974-pat00010
) To generate the relative feed amount L P of the nozzle transfer means 140 in the coordinate system L of the printer body.

궤적생성 모듈(320)과 보상제어 모듈(350)에 의해 생성된 프린터 본체(100)의 이동 궤적은 이동제어 모듈(330)로 전달되고, 이동제어 모듈(330)은 이동 궤적에 따라 본체 이동부(200)의 동작을 제어하여 프린터 본체(100)를 이동시킨다.The movement trajectory of the printer main body 100 generated by the trajectory generation module 320 and the compensation control module 350 is transmitted to the movement control module 330, and the movement control module 330 moves the main body according to the movement trajectory. By controlling the operation of 200, the printer body 100 is moved.

궤적생성 모듈(320)과 보상제어 모듈(350)에 의해 생성된 노즐 이송수단(140)의 이송 궤적은 이송제어 모듈(340)로 전달되고, 이송제어 모듈(340)은 이송 궤적에 따라 노즐 이송수단(140)의 동작을 제어하여 노즐(130)을 이송시킨다.The transfer trajectory of the nozzle transfer means 140 generated by the trajectory generation module 320 and the compensation control module 350 is transferred to the transfer control module 340, and the transfer control module 340 transfers the nozzle according to the transfer trajectory. The nozzle 130 is transferred by controlling the operation of the means 140.

한편, 궤적생성 모듈(320)에서 본체 이동부(200) 이동량과 노즐 이송수단(140) 이송량의 효율적인 배분을 하는 방법의 일례로서 광역 좌표계 상의 목표 위치를 상보적으로 필터링하는 방법(Complementary Filtering)을 통해 고주파 성분과 저주파 성분으로 구분하여, 이 중 상대적으로 저주파 성분의 느린 변위는 본체 이동부(200)의 이동 궤적으로 생성하고, 상대적으로 고주파 성분의 빠른 변위는 노즐 이송수단(140)의 이송 궤적으로 생성할 수 있다.On the other hand, as an example of a method of efficiently distributing the amount of movement of the main body moving unit 200 and the amount of transfer of the nozzle transfer means 140 in the trajectory generation module 320, a method of complementary filtering of a target position on a global coordinate system (Complementary Filtering) is provided. The high-frequency component and the low-frequency component are divided into a high-frequency component and a low-frequency component. Among these, a relatively slow displacement of the low-frequency component is generated as the movement trajectory of the main body moving part 200, and the relatively fast displacement of the high-frequency component is the conveying trajectory of the nozzle transfer means 140 Can be created with

궤적생성 모듈(320)에 의해 생성된 궤적에 따라 프린터 본체(100)가 이동함과 동시에 노즐(130)이 이송되면서 3D 프린팅을 수행하는 데, 프린팅 과정에서, 프린터 본체(100) 및 노즐(130)이 외란에 의해 오차가 발생할 수 있다. According to the trajectory generated by the trajectory generation module 320, the printer main body 100 moves and the nozzle 130 is transferred while performing 3D printing. In the printing process, the printer main body 100 and the nozzle 130 ) This disturbance can cause an error.

보상제어 모듈(350)은 실시간으로 수신되는 센싱 정보에 의해 측정된 실제 궤적과 궤적생성 모듈(320)에 의해 생성된 궤적을 비교하여 외란에 의해 발생된 오차를 산출할 수 있다. The compensation control module 350 may calculate an error generated by the disturbance by comparing an actual trajectory measured by sensing information received in real time with a trajectory generated by the trajectory generation module 320.

보상제어 모듈(350)은 산출된 오차 정보를 피드백하여 프린터 본체(100)의 이동 궤적 및 노즐 이송수단(140)의 이송 궤적을 보정할 수 있다.The compensation control module 350 may feed back the calculated error information to correct the moving trajectory of the printer main body 100 and the conveying trajectory of the nozzle conveying means 140.

다음으로, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 대해 설명한다.Next, a construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 8.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템이 도시된 블록도이고, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템의 다양한 예가 도시된 사시도이다.4 is a block diagram showing a 3D printing system for construction capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 to 8 are 3D for construction capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view showing various examples of the printing system.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템(이하, 3D 프린팅 시스템이라고 함)은, 전술한 3D 프린터의 구성에서 위치 감지부(400)를 더 포함하며, 프린터 본체(100), 본체 이동부(200), 제어부(300)는 전술한 3D 프린터의 구성과 실질적으로 동일하므로, 반복 설명은 생략한다. As shown in Figure 4, the construction 3D printing system (hereinafter referred to as a 3D printing system) capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention, in the configuration of the above-described 3D printer, the position detection unit 400 Further, the printer main body 100, the main body moving unit 200, and the control unit 300 are substantially the same as those of the above-described 3D printer, and thus a repeated description will be omitted.

도 4에서 위치 감지부(400)가 프린터 본체(100)와 이격 형성되는 것으로 예시되어 있으나, 이는 설명을 위한 것일 뿐, 위치 감지부(400)가 반드시 프린터 본체(100)와 분리되어 형성되는 것은 아니다. In FIG. 4, the position detecting unit 400 is illustrated as being formed to be spaced apart from the printer main body 100, but this is for illustration only, and the position detecting unit 400 is necessarily formed to be separated from the printer main body 100 no.

예를 들어, 도 5의 경우, 프린터 본체(100)의 위치를 감지하는 모션 캡쳐 카메라(410)가 프린터 본체(100)와 분리되어 이격 형성되나, 도 6 내지 도 8의 경우, 프린터 본체(100)의 위치를 감지하는 레이저 센서(420), 변위 센서(430), 변위 센서(440) 등은 프린터 본체(100)에 형성될 수 있다.For example, in the case of FIG. 5, a motion capture camera 410 that detects the position of the printer main body 100 is separated from the printer main body 100 to form a distance, but in the case of FIGS. 6 to 8, the printer main body 100 A laser sensor 420, a displacement sensor 430, a displacement sensor 440, etc. for detecting the position of) may be formed on the printer body 100.

위치 감지부(400)는 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 감지하여 센싱 정보를 생성하고, 센싱 정보를 제어부(300)로 전송한다. 제어부(300)는 위치 감지부(400)로부터 센싱 정보를 수신하여, 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 확인하고, 확인된 위치 및 방향을 기초로 프린터 본체(100)의 이동 궤적과 노즐(130)의 이송 궤적을 생성하며, 생성된 프린터 본체(100) 및 노즐(130)의 궤적에 따라 프린터 본체(100)의 이동 및 노즐(130)의 이송을 독립적으로 제어한다.The position detection unit 400 generates sensing information by detecting the position and direction of the printer main body 100 in real time, and transmits the sensing information to the control unit 300. The control unit 300 receives sensing information from the position detection unit 400, checks the position and direction of the printer main body 100 in real time, and determines the movement trajectory of the printer main body 100 based on the confirmed position and direction. A transport trajectory of the nozzle 130 is generated, and movement of the printer main body 100 and transport of the nozzle 130 are independently controlled according to the trajectories of the generated printer main body 100 and the nozzle 130.

이러한, 위치 감지부(400)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이에 대해, 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.Such, the position detection unit 400 may be implemented in various forms. This will be described with reference to FIGS. 5 to 8.

도 5는 모션 캡쳐 기술을 이용하여 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 감지하는 기법을 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a technique of detecting the position and direction of the printer main body 100 in real time using motion capture technology.

도 5를 참조하면, 위치 감지부(400)는 작업공간에 하나 이상 배치되는 모션 캡쳐 카메라(410)와 프린터 본체(100)에 배치된 복수개의 모션 캡쳐용 마커(411)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the position detection unit 400 may include one or more motion capture cameras 410 disposed in a work space and a plurality of motion capture markers 411 disposed on the printer body 100.

모션 캡쳐 카메라(410)는 프린터 본체(100)의 각 축에 대한 위치 및 방향을 감지하여 센싱 정보를 생성하고, 생성된 센싱 정보를 제어부(300)로 전송한다.The motion capture camera 410 generates sensing information by detecting the position and direction of each axis of the printer body 100 and transmits the generated sensing information to the controller 300.

도 6은 레이저 센서를 이용하여 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 감지하는 기법을 설명하는 도면이다.6 is a view for explaining a technique of detecting the position and direction of the printer body 100 in real time using a laser sensor.

도 6을 참조하면, 위치 감지부(400)는 프린터 본체(100)에 배치되는 적어도 하나의 레이저 센서(420)와 작업 공간을 한정하는 복수개의 이격된 구조물(421)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the position detection unit 400 may include at least one laser sensor 420 disposed on the printer main body 100 and a plurality of spaced apart structures 421 defining a work space.

레이저 센서(420)는 기설정된 주기 동안 360°로 회전하면서 전방위의 대상체를 검출한다. 레이저 센서(420)는 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화, 편광 상태의 변화 등으로부터 대상물과의 거리를 측정하는 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)일 수 있다. 만약, 레이저 센서(420)의 조사 범위가 N°인 경우, (360/N)개의 레이저 센서(420)를 균등하게 배치시키는 것이 바람직하다.The laser sensor 420 detects an object in all directions while rotating at 360° during a preset period. The laser sensor 420 is a LiDAR (Light Detection And Ranging) that measures the distance to an object from a change in time and intensity, a change in frequency, a change in polarization state, etc. of the laser being scattered or reflected by emitting a laser. I can. If the irradiation range of the laser sensor 420 is N°, it is preferable to evenly arrange the (360/N) laser sensors 420.

복수개의 이격된 구조물(421)는 기둥 형상으로 형성되어 작업 공간을 한정하며, 각각의 구조물(421)에는 고유의 좌표 정보가 할당된다. 레이저 센서(420)에 의해 각각의 구조물(421)과의 거리 정보가 획득되면, 프린터 본체(100)의 현재 위치와 방향을 산출할 수 있다. A plurality of spaced apart structures 421 are formed in a columnar shape to define a working space, and each structure 421 is assigned unique coordinate information. When distance information with respect to each structure 421 is obtained by the laser sensor 420, the current position and direction of the printer body 100 may be calculated.

레이저 센서(420)는 각각의 구조물(421)과의 거리를 감지한 센싱 정보를 생성하고, 감지된 센싱 정보를 제어부(300)로 전송한다.The laser sensor 420 generates sensing information that detects the distance to each structure 421 and transmits the sensed sensing information to the controller 300.

도 7은 복수개의 변위 센서를 이용하여 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 감지하는 기법을 설명하는 도면이다.7 is a diagram illustrating a technique of detecting the position and direction of the printer main body 100 in real time using a plurality of displacement sensors.

도 7을 참조하면, 위치 감지부(400)는 프린터 본체(100)의 사방에 배치되는 복수개의 변위 센서(430)와 작업 공간을 한정하는 복수개의 벽면(431)을 포함할 수 있다. 복수개의 변위 센서(430) 각각은 전방 벽면(431)과의 거리를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 7, the position detection unit 400 may include a plurality of displacement sensors 430 disposed in all directions of the printer main body 100 and a plurality of wall surfaces 431 defining a work space. Each of the plurality of displacement sensors 430 may measure a distance to the front wall surface 431.

전술한 도 6의 실시예에서 하나의 라이다 센서로 전방위를 센싱할 수 있는 반면, 라이다 센서의 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이에 본 도 7의 실시예에서는 상대적으로 저렴한 변위 센서를 사용하되, 복수개의 변위 센서(430)를 프린터 본체(100)의 사방에 배치하여, 각각의 변위 센서(430)에 의해 센싱된 벽면(431)과의 거리 정보를 이용하여 프린터 본체(100)의 현재 위치와 방향을 산출한다. In the above-described embodiment of FIG. 6, while one lidar sensor can sense all directions, there is a disadvantage in that the cost of the lidar sensor is expensive. Accordingly, in the embodiment of FIG. 7, a relatively inexpensive displacement sensor is used, but by arranging a plurality of displacement sensors 430 in all directions of the printer main body 100, the wall surface 431 sensed by each displacement sensor 430 ) Is used to calculate the current position and direction of the printer body 100.

도 8은 변위 센서와 이미지 센서 및 가이드 라인을 이용하여 프린터 본체(100)의 위치 및 방향을 실시간으로 감지하는 기법을 설명하는 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a technique of detecting the position and direction of the printer main body 100 in real time using a displacement sensor, an image sensor, and a guide line.

도 8을 참조하면, 위치 감지부(400)는 프린터 본체(100)의 두 방향으로 배치되는 복수개의 변위 센서(440)와 작업 공간의 바닥면에 축방향으로 형성되는 가이드 라인(441)과 가이드 라인을 촬영하여 프린터 본체(100)의 회전각 및 가이드 라인으로부터 프린터 본체(100)의 오프셋 위치를 획득하는 이미지 센서(442)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the position detection unit 400 includes a plurality of displacement sensors 440 disposed in two directions of the printer main body 100, a guide line 441 and a guide formed in the axial direction on the bottom surface of the work space. It may include an image sensor 442 that captures a line and obtains an offset position of the printer body 100 from a rotation angle of the printer body 100 and a guide line.

변위 센서(440) 각각은 전방 벽면과의 거리를 측정할 수 있다. 가이드 라인(441)은 작업 공간의 바닥면에 축방향으로 형성된다. 이미지 센서(442)는 가이드 라인을 촬영하여 가이드 라인과 축과의 각도 및 가이드 라인으로부터 프린터 본체(100)의 오프셋 위치를 획득하여 프린터 본체(100)의 방향 및 위치를 산출하도록 할 수 있다.Each of the displacement sensors 440 may measure a distance to the front wall. The guide line 441 is formed in the axial direction on the bottom surface of the working space. The image sensor 442 may photograph a guide line to obtain an angle between the guide line and an axis and an offset position of the printer body 100 from the guide line to calculate the direction and position of the printer body 100.

변위 센서(440)는 벽면과의 거리 정보를 센싱하여 제어부(300)로 전송하고, 이미지 센서(442)는 프린터 본체(100)의 회전각 및 가이드 라인으로부터 프린터 본체(100)의 오프셋 위치를 획득하여 제어부(300)로 전송한다. 이들 센싱 정보를 수신한 제어부는 획득된 거리 정보 및 회전각을 이용하여 프린터 본체(100)의 현재 위치와 방향을 산출한다.The displacement sensor 440 senses distance information from the wall and transmits it to the control unit 300, and the image sensor 442 acquires the offset position of the printer main body 100 from the rotation angle and guide line of the printer main body 100. And transmits it to the controller 300. The control unit receiving the sensing information calculates the current position and direction of the printer body 100 using the obtained distance information and rotation angle.

한편, 위치 감지부(400)는 작업 공간의 바닥면에 폐곡선으로 형성되는 가이드 라인(미도시)과, 가이드 라인을 촬영하여 프린터 본체(100)의 회전각과 가이드 라인으로부터 본체의 오프셋 위치를 획득하는 이미지 센서(미도시)를 포함할 수 있다. On the other hand, the position sensing unit 400 captures a guide line (not shown) formed as a closed curve on the bottom surface of the work space and the guide line to obtain an offset position of the main body from the rotation angle of the printer main body 100 and the guide line. It may include an image sensor (not shown).

전술한 도 8의 경우, 변위 센서를 필요로 하나, 바닥면에 폐곡선이 형성되는 경우, 별도의 변위센서가 필요하지 않는 장점이 있다.In the case of FIG. 8 described above, a displacement sensor is required, but when a closed curve is formed on the bottom surface, there is an advantage that a separate displacement sensor is not required.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템에 의해 대형 건설 구조물이 프린터 본체 크기에 한정되지 않고 연속적으로 프린팅되는 것을 예시하는 도면이다.9 is a view illustrating that a large construction structure is continuously printed without being limited to the size of a printer body by a construction 3D printing system capable of continuous printing while moving according to an embodiment of the present invention.

도 10은 하나의 작업 공간 내에서 복수개의 3D 프린터가 동시에 작동되어 복수개의 건설 구조물이 연속적으로 프린팅되는 것을 예시하는 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating that a plurality of 3D printers are simultaneously operated in one work space to continuously print a plurality of construction structures.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 프린터 본체(100)가 이동하면서 노즐(130)의 이송에 의해 건설 구조물이 프린팅되므로, 종래의 건설용 3D 프린터와는 달리 장비의 크기에 따른 작업 영역의 제한이 없이 작은 크기의 건설용 3D 프린터로도 큰 면적의 대형 구조물을 프린팅할 수 있는 장점이 있다.9 and 10, according to the embodiment of the present invention, the printer main body 100 is moved while the construction structure is printed by the transfer of the nozzle 130, unlike a conventional 3D printer for construction There is an advantage in that it is possible to print large structures of a large area even with a small-sized construction 3D printer without limitation of the working area according to the size of the equipment.

또한, 종래의 건설 3D 프린팅 시스템에서, 상대적으로 출력물이 거대하고 중량이 무거워 출력물을 이동하기가 쉽지 않거나 불가능하며, 또한 시멘트 기반의 건설 복합재료의 경우에는 일반적인 3D 프린팅 재료와는 달리 출력 이후 구조물이 충분한 강도를 갖기까지 수 일 이상 거치하면서 양생을 해야 하기 때문에 출력 후, 출력된 시멘트 기반의 구조물을 이동한 후 새로운 출력 작업을 재개하는 것이 매우 어려웠다. In addition, in the conventional construction 3D printing system, the output is relatively large and the weight is heavy, so it is difficult or impossible to move the output. Also, in the case of cement-based construction composite materials, unlike general 3D printing materials, the structure after printing is It was very difficult to resume a new printing work after moving the cement-based structure after printing, as it had to be cured while passing it for several days or longer until it had sufficient strength.

그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 건설 구조물 또는 건설 구조물 부재를 프린팅 완료한 이후, 본체 이동부(200)에 의해 프린터가 다른 프린팅 영역으로 자동으로 이동하여 새로운 프린팅 작업을 지체없이 재개할 수 있는 장점이 있다. However, according to an embodiment of the present invention, after printing of one construction structure or construction structure member is completed, the printer automatically moves to another printing area by the main body moving unit 200 to resume a new printing operation without delay. There is an advantage to be able to.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 시멘트 기반의 건설 구조물 부재를 다품종 대량 생산하는 공장에 적용될 경우, 종래의 방법에 비하여 단위 시간당 작업 효율성 및 생산성을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, when applied to a factory that mass-produces multiple types of cement-based construction structure members, there is an advantage of maximizing work efficiency and productivity per unit time compared to a conventional method.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.The embodiments of the present invention have been described above, but those of ordinary skill in the relevant technical field can add, change, delete, or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Accordingly, the present invention can be variously modified and changed, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.

100 : 프린터 본체 110 : 본체 프레임
120 : 호퍼 130 : 노즐
140 : 노즐 이송수단 150 : 압출기
200 : 본체 이동부
300 : 제어부 310 : 위치확인 모듈
320 : 궤적생성 모듈 330 : 이동제어 모듈
340 : 이송제어 모듈 350 : 보상제어 모듈
400 : 위치 감지부
100: printer body 110: body frame
120: hopper 130: nozzle
140: nozzle transfer means 150: extruder
200: main body moving part
300: control unit 310: positioning module
320: trajectory generation module 330: movement control module
340: feed control module 350: compensation control module
400: position detection unit

Claims (17)

호퍼로부터 공급된 건설용 복합재료를 압출하는 압출기와 상기 압출기로부터 압출된 건설용 복합재료를 분출하는 노즐을 이송하는 노즐 이송수단을 포함하는 프린터 본체; 상기 프린터 본체 하부에 형성되어 상기 프린터 본체를 이동시키는 본체 이동부; 작업 공간 내에서 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 센싱하는 위치 감지부; 및 광역 좌표계상 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하며, 상기 생성된 궤적과 상기 위치 감지부에 의해 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하며, 보정된 상기 프린터 본체 및 상기 노즐의 궤적에 따라 상기 프린터 본체의 이동 및 상기 노즐의 이송을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 위치 감지부는, 상기 프린터 본체의 두 방향으로 배치되는 복수개의 변위 센서와, 상기 작업 공간의 바닥면에 형성되는 가이드 라인과, 상기 가이드 라인을 촬영하여 상기 프린터 본체의 회전각과 가이드 라인으로부터 본체의 오프셋 위치를 획득하는 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
A printer main body including an extruder for extruding the construction composite material supplied from a hopper and a nozzle conveying means for transferring a nozzle for ejecting the construction composite material extruded from the extruder; A main body moving part formed under the printer main body to move the printer main body; A position sensing unit that senses the position and direction of the main body of the printer in a working space in real time; And generating a trajectory of the main body moving unit and the nozzle transfer means from target path data of the printing nozzle in a global coordinate system, and an error between the generated trajectory and the position and direction of the printer main body measured in real time by the position sensing unit. Based on the correction of the movement trajectory of the printer main body and the conveying trajectory of the nozzle in the frame, and independently controlling the movement of the printer main body and the transport of the nozzle according to the corrected trajectory of the printer main body and the nozzle It includes a control unit,
The position detection unit includes a plurality of displacement sensors disposed in two directions of the printer main body, a guide line formed on the bottom surface of the work space, and the guide line, and the rotation angle of the printer main body and the guide line Construction 3D printing system capable of continuous printing while moving, characterized in that it comprises an image sensor to obtain an offset position.
호퍼로부터 공급된 건설용 복합재료를 압출하는 압출기와 상기 압출기로부터 압출된 건설용 복합재료를 분출하는 노즐을 이송하는 노즐 이송수단을 포함하는 프린터 본체; 상기 프린터 본체 하부에 형성되어 상기 프린터 본체를 이동시키는 본체 이동부; 작업 공간 내에서 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 센싱하는 위치 감지부; 및 광역 좌표계상 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하며, 상기 생성된 궤적과 상기 위치 감지부에 의해 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하며, 보정된 상기 프린터 본체 및 상기 노즐의 궤적에 따라 상기 프린터 본체의 이동 및 상기 노즐의 이송을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 위치 감지부는, 상기 작업 공간의 바닥면에 폐곡선으로 형성되는 가이드 라인과, 상기 가이드 라인을 촬영하여 상기 프린터 본체의 회전각과 가이드 라인으로부터 본체의 오프셋 위치를 획득하는 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
A printer main body including an extruder for extruding the construction composite material supplied from a hopper and a nozzle conveying means for transferring a nozzle for ejecting the construction composite material extruded from the extruder; A main body moving part formed under the printer main body to move the printer main body; A position sensing unit for sensing the position and direction of the printer main body in a working space in real time; And generating a trajectory of the main body moving unit and the nozzle transfer means from target path data of the printing nozzle in a global coordinate system, and an error between the generated trajectory and the position and direction of the printer main body measured in real time by the position sensing unit. Based on the correction of the movement trajectory of the printer main body and the conveying trajectory of the nozzle in the frame, and independently controlling the movement of the printer main body and the transport of the nozzle according to the corrected trajectory of the printer main body and the nozzle It includes a control unit,
The position detection unit comprises a guide line formed as a closed curve on the bottom surface of the work space, and an image sensor that acquires an offset position of the main body from the rotation angle of the printer main body and the guide line by photographing the guide line. Construction 3D printing system capable of continuous printing while moving.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 위치 감지부는,
상기 작업 공간에 하나 이상 배치되는 모션 캡쳐 카메라와 상기 프린터 본체에 배치되는 복수개의 모션 캡쳐용 마커를 포함하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
The method according to claim 1 or 2, wherein the position detection unit,
A construction 3D printing system capable of continuous printing while moving, including one or more motion capture cameras disposed in the work space and a plurality of motion capture markers disposed on the printer body.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 본체 이동부는,
전방향으로 이동 및 회전할 수 있는 전방향 휠, 회전 가능한 바퀴, 캐터필러, 복수개의 로봇 다리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
The method according to claim 1 or 2, wherein the main body moving part,
Construction 3D printing system capable of continuous printing during movement, including at least one of an omnidirectional wheel capable of moving and rotating in all directions, a rotatable wheel, a caterpillar, and a plurality of robot legs.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는,
광역 좌표계 상의 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터로부터 상기 본체 이동부와 상기 노즐 이송수단의 궤적을 생성하는 궤적생성 모듈;
상기 위치 감지부로부터 실시간으로 상기 프린터 본체의 위치 및 방향에 대한 센싱 정보를 수신하여 상기 프린터 본체의 위치 및 방향을 실시간으로 확인하는 위치확인 모듈;
상기 위치확인 모듈에서 실시간 측정된 상기 프린터 본체의 위치 및 방향과 상기 생성된 궤적과의 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적과 프레임 내에서의 상기 노즐의 이송 궤적을 보정하여 생성하는 보상제어 모듈;
상기 궤적생성 모듈 및 보상제어 모듈에 의해 생성된 상기 프린터 본체의 이동 궤적에 따라 상기 본체 이동부의 동작을 제어하는 이동제어 모듈; 및,
상기 궤적생성 모듈 및 보상제어 모듈에 의해 생성된 상기 노즐의 이송 궤적에 따라 상기 노즐을 이송하는 노즐 이송수단의 동작을 제어하는 이송제어 모듈을 포함하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
The method according to claim 1 or 2, wherein the control unit,
A trajectory generation module for generating trajectories of the main body moving unit and the nozzle conveying means from target path data of the printing nozzle on a global coordinate system;
A location check module configured to receive sensing information on the position and direction of the printer main body in real time from the position detection unit to check the position and direction of the printer main body in real time;
Compensation control module for generating by correcting a moving trajectory of the printer main body and a conveying trajectory of the nozzle in a frame based on an error between the position and direction of the printer main body measured in real time by the positioning module and the generated trajectory ;
A movement control module for controlling an operation of the main body moving part according to a movement trajectory of the printer main body generated by the trajectory generation module and the compensation control module; And,
A 3D printing system for construction capable of continuous printing during movement, comprising a transfer control module for controlling an operation of a nozzle transfer means for transferring the nozzle according to a transfer track of the nozzle generated by the trajectory generation module and the compensation control module.
청구항 5에 있어서, 상기 궤적생성 모듈은,
광역 좌표계(G) 상의 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터(GP)로부터 상기 본체 이동부의 궤적(GPLORG) 및 방향(
Figure 112020101684961-pat00025
)과 상기 노즐 이송부의 궤적(LP) 및 방향을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
The method of claim 5, wherein the trajectory generation module,
From the target path data ( G P) of the printing nozzle on the global coordinate system (G), the trajectory ( G P LORG ) and the direction (
Figure 112020101684961-pat00025
) And a trajectory ( L P) and a direction of the nozzle transfer unit. 3D printing system for construction capable of continuous printing during movement.
청구항 5에 있어서, 상기 보상제어 모듈은,
상기 위치 감지부로부터 실시간으로 수신되는 센싱 정보를 이용하여 광역 좌표계(G) 상에서의 상기 프린터 본체의 원점 위치(GPLORG)와 방향(
Figure 112020101684961-pat00026
)의 실시간 오차를 바탕으로 상기 프린터 본체의 이동 궤적을 보정하여 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
The method of claim 5, wherein the compensation control module,
Using sensing information received in real time from the position detection unit, the origin position ( G P LORG ) and direction (
Figure 112020101684961-pat00026
) On the basis of the real-time error of the printer body by correcting the movement trajectory of the 3D printing system capable of continuous printing during movement.
청구항 5에 있어서, 상기 보상제어 모듈은,
실시간으로 변화되는 상기 프린터 본체의 프레임의 좌표계로부터 상기 노즐의 목표 지점(GP) 까지의 위치 및 방향을 이용하여 상기 노즐을 이송시키는 노즐 이송수단의 이송 궤적을 보정하여 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 중 연속 프린팅이 가능한 건설용 3D 프린팅 시스템.
The method of claim 5, wherein the compensation control module,
Movement characterized by generating by correcting the transfer trajectory of the nozzle transfer means for transferring the nozzle by using the position and direction from the coordinate system of the frame of the printer body changed in real time to the target point ( G P) of the nozzle Construction 3D printing system capable of continuous printing.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020190010518A 2019-01-28 2019-01-28 3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it KR102207535B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190010518A KR102207535B1 (en) 2019-01-28 2019-01-28 3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190010518A KR102207535B1 (en) 2019-01-28 2019-01-28 3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200101482A KR20200101482A (en) 2020-08-28
KR102207535B1 true KR102207535B1 (en) 2021-01-25

Family

ID=72265923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190010518A KR102207535B1 (en) 2019-01-28 2019-01-28 3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102207535B1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113618870A (en) * 2021-08-13 2021-11-09 中国科学院武汉岩土力学研究所 Sensor implantation device and method for three-dimensional printing of cement-based model
KR102591784B1 (en) 2021-10-29 2023-10-23 한국생산기술연구원 Pre-Simulated Laminating Material Properties Diagnosing Method Using 3D Printing Type Building Materials Feeding Apparatus
CN114986652B (en) * 2022-05-31 2024-04-12 北京工业大学 Electric heating printing platform for 3D printing cement material component
KR102635910B1 (en) * 2023-03-06 2024-02-08 삼성엔지니어링 주식회사 Control method for construction 3d printer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007518586A (en) 2004-01-20 2007-07-12 ユニバーシティ オブ サウザーン カリフォルニア Automated construction including robotic systems
KR101706473B1 (en) 2015-10-22 2017-02-15 한양대학교 산학협력단 3D Printing Apparatus for Building Structure
WO2018052469A2 (en) * 2016-09-14 2018-03-22 Brian Giles Method of reinforced cementitious construction by high speed extrusion printing and apparatus for using same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101914524B1 (en) * 2017-01-19 2018-11-02 연세대학교 산학협력단 Mobile Concrete Building 3D Printing System

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007518586A (en) 2004-01-20 2007-07-12 ユニバーシティ オブ サウザーン カリフォルニア Automated construction including robotic systems
KR101706473B1 (en) 2015-10-22 2017-02-15 한양대학교 산학협력단 3D Printing Apparatus for Building Structure
WO2018052469A2 (en) * 2016-09-14 2018-03-22 Brian Giles Method of reinforced cementitious construction by high speed extrusion printing and apparatus for using same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200101482A (en) 2020-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102207535B1 (en) 3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it
KR102280355B1 (en) Shaping device and shaping method
JP6579498B2 (en) Automation device and position detection device
KR102549649B1 (en) Shaping device and a shaping method
AU2011306949B2 (en) Surface spattering device
US9682842B2 (en) Automated roll transport facility
KR101782397B1 (en) A Delta Type 3D Printer using Magnetic Ball Joint
EP3235355B1 (en) 3d ink jet printing method
KR20130106785A (en) Graphical application system
CN107529489A (en) Untouched control for the layering of three dimensional object printing
WO2017221717A1 (en) Robot control system and robot control method
CN105080787B (en) Point glue equipment and dispensing method
US10500792B2 (en) System and method for roll alignment of a multi-nozzle extruder in three-dimensional object printers using cross-process measurements
CN110709195B (en) Molding system and molding method
EP3676102A1 (en) Robotic livery printing system
JP2019137071A (en) Shaping apparatus and shaping method
KR20230162951A (en) 3D printing head with adjustable printing angle
CN112810152A (en) 3D printing device using plasma generator
US20230036260A1 (en) Control method for robot system and robot system
Lim et al. Robotic 3D-Printing for Building and Construction
JP2022061472A (en) Liquid ejection device
JP2019214122A (en) Work system
KR20240016320A (en) Printing systems and their uses
CN116946627A (en) Self-moving tail alignment method
JP2006175395A (en) Coating apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant