KR102207535B1 - 3D printer for construction with continuous printing on the go and 3D printing system comprising it - Google Patents
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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
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.
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()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 ( ) 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()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 ( ) 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()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 ( ) 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()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 ( ) 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 을 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
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
본체 프레임(110)은 예를 들어 육면체 형상으로 이루어져서 프린터 본체(100)의 외형을 형성한다. The
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
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
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
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
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
본체 이동부(200)는 후술하는 제어부(300)에 의해 이동량 및 회전량이 제어되어 프린터 본체(100)를 이동시킨다.The main
제어부(300)는 프린터 본체(100)의 이동 중에도 연속적으로 실시간으로 노즐(130)을 통한 3D 프린팅을 수행할 수 있도록 한다.The
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
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
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
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
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
도 3을 참조하여, 궤적생성 모듈(320)의 궤적생성 과정을 설명한다.Referring to FIG. 3, a process of generating a trajectory by the
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 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
식 (1) : Equation (1):
GP는 G-code 상에 주어지는 광역 좌표계 상의 노즐(130)의 목표 위치를 의미한다. G P means the target position of the
방향 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 When considering only the rotation angle θ with respect to the z-axis of the
식 (2) : Equation (2):
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
보상제어 모듈(350)은 실시간으로 수신되는 센싱 정보를 이용하여 광역 좌표계(G) 상에서의 프린터 본체(100)의 원점 위치(GPLORG)와 방향()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()을 이용하여 프린터 본체의 좌표계(L)에서 노즐 이송수단(140)의 상대적 이송량(LP)을 생성한다. The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
이러한, 위치 감지부(400)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이에 대해, 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.Such, the
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
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
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
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
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
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
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
레이저 센서(420)는 각각의 구조물(421)과의 거리를 감지한 센싱 정보를 생성하고, 감지된 센싱 정보를 제어부(300)로 전송한다.The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 감지부100: 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)
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.
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.
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.
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.
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.
광역 좌표계(G) 상의 프린팅 노즐의 목표 경로 데이터(GP)로부터 상기 본체 이동부의 궤적(GPLORG) 및 방향()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 ( ) And a trajectory ( L P) and a direction of the nozzle transfer unit. 3D printing system for construction capable of continuous printing during movement.
상기 위치 감지부로부터 실시간으로 수신되는 센싱 정보를 이용하여 광역 좌표계(G) 상에서의 상기 프린터 본체의 원점 위치(GPLORG)와 방향()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 ( ) 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.
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.
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