KR102237374B1 - 3d 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그 제조 방법 및 시스템 - Google Patents

3d 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그 제조 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법에 관한 것이며, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법은, 스캐너 장치를 이용하여 부품의 스캔 데이터를 획득하는 단계, 획득된 상기 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 상기 부품의 설계 정보를 생성하는 단계, 상기 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품을 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계, 상기 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품의 불량 여부를 검사하기 위한 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성하는 단계, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 상기 사출품 검사 지그를 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계, 3차원 측정기를 이용하여 획득된 상기 피검사 사출품 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 획득하는 단계 및 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보 중 적어도 어느 하나를 기반으로 상기 사출품의 불량 여부를 판단하고, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 기반으로 상기 사출품 검사 지그의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하되, 상기 불량 여부를 판단하는 단계는, 인공지능 기반으로 구축된 학습 모델에 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보를 적용하여 상기 사출품의 불량 여부를 판단할 수 있다.

Description

3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그 제조 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURING PARTS AND PARTS INSPECTION JIG USING 3D PRINTING}
본원은 3D 프린팅을 이용한 차체 부품 검사 지그 제조 시스템에 관한 것이다.
3D 프린팅은 플라스틱 액체와 같은 원료를 사출해 일명 3D 프린터를 통해 입체 형상의 고체 물질을 자유롭게 찍어내는 기술로서, 물체 정보를 3D 그래픽 설계 프로그램을 통해 만들어낸 후 3D 프린터를 통해 가루, 액체, 실형태의 원료를 사출하고 물체의 형상대로 얇은 층을 무수히 반복해서 쌓아 만드는 기술이다.
일반적으로 3D 프린팅 장치는 상품을 출시하기 전 시제품을 만들기 위해 개발되었다. 3D 프린팅 장치는 실제 상품과 똑같은 시제품을 생산이 가능하며, 비용과 시간을 절약하면서 실제 상품의 문제점을 알아볼 수 있는 장점이 있다.
이러한 3D 프린팅 장치 기술이 발달함에 따라, 더욱 정교한 제품이 생산 가능해지고 있으며 다양한 제품에 응용할 수 있다. 이러한 3D 프린팅 장치는 다양한 방식으로 제품을 제조한다. 이러한 3D 프린팅 장치의 제품생산 방식으로는 광중합 방식(Photopolymerization), 분말 적층 용융 방식(Powder Bed Fusion, PBF), 소재 분사 방식(Material Jetting), 소재 압출 방식(Material Extrusion, ME) 등 다양한 방법이 사용되고 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허공보 제10-2020-0083348호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3D 프린터를 이용하고자 하는 사용자들의 다양한 요구사항(소재, 3D 프린터 종류, 출력물 크기, 색깔 등)에 대응하여 사출품(출력물)을 출력 가공할 수 있는 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 부품을 결합하기 이전에 복수의 부품 각각을 정밀하게 검사하여 모든 부품들이 결합된 상태에서 발생할 수 있는 불량 오차율을 줄일 수 있는 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가상으로 부품과 부품 검사 지그와의 시뮬레이션 및 실제로 수행되는 부품 부품과 부품 검사 지그와의 매칭을 통해 보다 더 정확한 차체 부품을 검사할 수 있는 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법은, 스캐너 장치를 이용하여 부품의 스캔 데이터를 획득하는 단계, 획득된 상기 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 상기 부품의 설계 정보를 생성하는 단계, 상기 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품을 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계, 상기 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품의 불량 여부를 검사하기 위한 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성하는 단계, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 상기 사출품 검사 지그를 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계, 3차원 측정기를 이용하여 획득된 상기 피검사 사출품 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 획득하는 단계 및 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보 중 적어도 어느 하나를 기반으로 상기 사출품의 불량 여부를 판단하고, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 기반으로 상기 사출품 검사 지그의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하되, 상기 불량 여부를 판단하는 단계는, 인공지능 기반으로 구축된 학습 모델에 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보를 적용하여 상기 사출품의 불량 여부를 판단할 수 있다.
또한, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법은, 사용자 단말로부터 상기 사출품의 요청 정보를 수신하는 단계, 상기 설계 정보 및 요청 정보에 기반하여 상기 사출품의 재료 비율 정보를 생성하는 단계, 상기 재료 비율 정보를 고려하여 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 설계 정보 및 요청 정보를 고려하여 상기 3D 프린터의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법은, 상기 3D 프린터에서 제조된 상기 사출품 및 상기 사출품 검사 지그를 후 가공을 위한 후가공 정보를 생성하는 단계 및 상기 요청 정보에 기반하여 상기 사출품의 표면처리를 수행하는 표면처리 장치의 구동 제어신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법은, 복수의 사출품 각각에 대한 설계 정보에 기반하여 상기 복수의 사출품을 결합하여 생성되는 대상품을 시뮬레이션하기 위한 가상 사출품 정보를 생성하는 단계, 상기 복수의 사출품의 설계 정보를 고려하여 상기 복수의 사출품을 결합하여 생성되는 대상품을 검사하기 위한 사출품 검사 지그를 시뮬레이션하기 위한 가상 사출품 검사 지그 정보를 생성하는 단계 및 생성된 상기 가상 사출품 정보 및 상기 가상 사출품 검사 지그 정보를 통해 가상 부품 및 가상 부품 검사 지그의 매칭을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법은, 3D 프린터가 구비된 공간의 환경 정보를 수집하는 단계 및 상기 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 상기 3D 프린터의 구동을 제어하는 제어 신호 및 상기 3D 프린터가 구비된 공간의 환풍 장치의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 재료 비율 정보 및 상기 3D 프린팅 방식을 고려하여 상기 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템은, 부품의 스캔 데이터를 획득하는 스캐너 장치, 상기 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 상기 부품의 설계 정보를 생성하고, 상기 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품의 불량 여부를 검사하기 위한 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성하고, 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보, 상기 피검사 사출품 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 기반으로 상기 사출품 및 상기 사출품 검사 지그 각각의 불량 여부를 판단하는 제조 서버, 상기 설계 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여 사출품을 출력하고, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여, 상기 사출품 검사 지그를 출력하는 3D 프린터 및 상기 피검사 사출품 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 획득하는 3차원 측정기를 포함하되, 상기 제조 서버는, 인공지능 기반으로 구축된 학습 모델에 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보를 적용하여 상기 사출품의 불량 여부를 판단할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 부품을 결합하기 이전에 복수의 부품 각각을 정밀하게 검사하여, 모든 부품들이 결합된 상태에서 발생할 수 있는 불량 오차율을 줄일 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 가상으로 부품과 부품 검사 지그와의 시뮬레이션 및 실제로 수행되는 부품과 부품 검사 지그와의 매칭을 통해 보다 더 정확한 사출품(대상품)을 검사할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제작 과정의 개략적인 흐름도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제작 방법에 대한 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템을 설명의 편의상 본 시스템이라 하기로 한다. 또한, 본 시스템(1)을 통해 다양한 부품들이 생산될 수 있으나, 본원에서는 설명의 편의를 위해 차량에 사용되는 부품 및 차량용 검사 지그에 대해 설명하고자 한다.
본 시스템(1)은 3D 프린팅, 역설계, 기구설계, 진공주형, QDM, 사출 및 양산금형 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 본 시스템(1)은 장소와 시간에 구애받지 않고 3D 프린터로 즉시 제품을 제작할 수 있으며 맞춤형 소량 생산이 가능하여, 시간과 비용을 획기적으로 감축하여 경제적 이익을 창출할 수 있다.
이하에서 설명되는 부품은 설계데이터가 존재하지 않는 실물의 형상을 의미할 수 있다. 또한, 사출품은 3D 프린터를 이용하여 출력(생성)된 제품을 의미할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 시스템(1)은 제조 서버(10), 스캐너 장치(20), 3D 프린터(30), 3차원 측정기(40) 및 사용자 단말(50)을 포함할 수 있다. 다만, 본 시스템(1)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 시스템(1)은 관리자 단말(미도시)을 더 포함할 수 있다. 관리자 단말(미도시)은 스캐너 장치(20), 3D 프린터(30), 3차원 측정기(40)가 구비된 영역을 관리(담당)하는 사용자가 구비하고 있는 단말일 수 있다. 제조 서버(10)는 스캐너 장치(20), 3D 프린터(30), 3차원 측정기(40) 및 사용자 단말(50)과 네트워크로 연동될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 본 시스템(1)은 시제품을 제작할 수 있다. 시제품 제작은 디자인 및 설계된 3D 형상을 제품으로 제작하여, 디자인, 설계, 결합상태 검증, 설계검증 및 금형 제작 전 신뢰성을 검증하는 중요한 과정이다. 본 시스템(1)은 실제 제품과 같은 제품을 제작하여, 바이어 샘플 대응과 실제 제품으로 각종 테스트를 수행할 수 있다. 시제품 제작 과정은 복수의 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디자인(Design) 및 설계 3D 데이터 입수 단계, CAD 단계, CAM, CNC 가공을 포함하는 3D 프린팅 단계, 후가공 단계, 표면처리, 도장, 인쇄 단계 등을 포함할 수 있다. 시제품제작 과정은 이하 도2를 통해 보다 자세히 설명하고자 한다.
또한, 본 시스템(1)은 기구설계를 수행할 수 있다. 기구설계는 디자인된 제품의 구조, 조립성, 재질, 생산조건을 고려하여 3D 제품을 설계하고, 제품생산의 신속성, 실효성, 정확성을 높이기 위한 개발 제품의 최종 품질과 원가를 결정 짓는 단계이다. 기구설계는 복수의 과정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기구 설계 과정은, 설계기획(디자인 입수) 단계, 부품규격 및 기술검토 단계, P/L 결정, 2D/3D 결합 및 구조에 대한 역학 설계 단계, 시뮬레이션 해석 단계 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 시스템(1)은 사출금형을 수행할 수 있다. 사출금형은 플라스틱 수리를 녹여 고온과 고압으로 금형 내에 사출시켜 냉각하여 제품을 만드는 방법이다. 주위에서 흔히 쓰이고 대량으로 생산되는 모든 형태의 플라스틱 제품들이 대부분 사출금형으로 제작된다. 또한, 본 시스템(1)은 쾌속금형(QDM)을 수행할 수 있다. 사출금형 과정은 금형설계 단계(조립도 설계, 2D 설계, 3D 설계), 금형제작 단계(3D 모델링데이터, 고속 가공기), 조립 및 시사출 단계(금형 사상조립 및 시험 사출), 양산검증 단계(조립라인 세트 조립 및 테스트), 양산승인 단계(양산검증에 대한 인증) 등을 포함할 수 있다.
QDM(Quick Delivery Mold, 쾌속금형)은 3차원 CAD 데이터를 바탕으로 첨단 정밀고속가공기를 이용하여 Core/Cavity만을 가공, 표준 Mold Base에 장착함으로써 신제품 개발용 시작 금형 및 시작품을 초단납기에 제작 및 지원하는 시스템이다. 사출금형은 복수의 과정을 포함할 수 있다.
또한, 본 시스템(1)은 진공주형을 제작할 수 있다. 진공주형은, 소량의 제품을 필요로 할 때 1개의 마스터 목업을 제작하여 실리콘이나 에폭시 등을 이용하여 한 Mold(실리콘 금형)당 100개 미만의 제품을 생산하는 것을 의미한다. 진공주형은 3D 프린팅과 함께 신속하고 정밀한 시제품을 저렴한 비용으로 다양한 재료로 제작할 수 있는 기법이다. 진주공형은 복수의 과정을 포함할 수 있다. 진주공형 과정은, 마스터목업 제작 단계, 목업에 퍼팅라인 작업 단계, 형틀 제작 및 목업 고정 단계, 형틀에 실리콘 용액 붓고 경화 단계, 실리콘 금형과 마스터목업 분리 단계, 실리콘 금형 형합 단계, 진주공형기에 금형 설치 및 재료 주입 단계, 일정시간 굳힌 후 주형물 분리 및 후처리 단계 등을 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 스캐너 장치(20), 3D 프린터(30), 3차원 측정기(40)의 상태 정보, 구동 정보, 이력 정보 등을 저장할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 스캐너 장치(20), 3D 프린터(30), 3차원 측정기(40)의 복수의 정보 등을 보유하여 통합 관리하고, 스캐너 장치(20), 3D 프린터(30), 3차원 측정기(40) 등의 구동을 제어하는 서버일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 스캐너 장치(20)는 부품의 스캔 데이터를 획득할 수 있다. 제조 서버(10)는 부품의 크기, 형상, 재질 중 적어도 어느 하나를 고려하여 복수의 스캐너 장치 중 부품의 스캔 데이터를 획득할 스캐너 장치(20)를 추천할 수 있다. 사용자(관리자)는 제조 서버(10)에서 추천한 스캐너 장치(20)를 이용하여 부품을 중심으로 일정거리 이격된 공간에 스캐너 장치(20)를 구비할 수 있다. 제조 서버(10)는 스캐너 장치(20)를 이용하여 획득된 부품의 스캔 데이터를 네트워크를 통해서 수신할 수 있다. 제조 서버(10)에서 부품의 특성에 맞는 스캐너 장치(20)를 추천함으로써, 보다 정확한 스캔 데이터를 획득할 수 있다.
일예로, 스캐너 장치(20)는 접촉식 스캐너 및 비접촉식 스캐너를 포함할 수 있다. 비접촉식 스캐너는 3D 스캐너가 직접 빛을 피사체에 쏘는 여부에 따라 능동형과 수동형 스캐너로 분류될 수 있다. 비접촉식 스캐너는 TOP 방식 3차원 스캐너, Phase shift 방식 3차원 스캐너, Waveform 방식 3차원 스캐너, 광 삼각법 방식 3차원 레이저 스캐너, 광학방식 3차원 스캐너, 핸드헬드 3차원 스캐너 등을 포함할 수 있다. 일예로, 접촉식 3D 스캐너는 탐촉자로 불리는 프루브(Probe)로 물체에 직접 닿게 해서 측정을 하는 방식이다. CMM(Coordinate Measuring Machine)이 대표적인 방식이며, 대부분의 제조업에 오래전부터 이 방식이 활용된 방식으로 정확도가 우수하다는 특징이 있다.
반면, 비접촉식 3D 스캐너인 TOF 방식 스캐너의 핵심기술은 3차 인지 파인더(Range Finder or Laser Range Finder)라고 불리는 빛(주로 레이저) 을 물체 표면에 조사하여, 그 빛이 돌아오는 시간을 측정해서, 물체와 측정원점 사이의 거리를 구하는 기술이다. TOF방식의 정확도는 시간을 얼마나 정확하게 측정할 수 있는가에 좌우되는데, 현재 기술로는 약 3.3 picoseconds(1조분의 1초)의 측정이 가능하다. 토목 측정이나, 건물 등 대형물 측정에 많이 활용된다. 레인지 파인더는 오직 측정기가 바라보는 방향(direction of view) 으로의 거리밖에 못 구하기 때문에, TOF 3D 스캐너는 이 레이저의 방향을 정밀하게 바꿔주는 장치가 추가된다. 이 장치에는 레이저가 발사되는 소스를 직접 모터를 이용해 움직이는 방식과 회전거울을 이용하는 방식이 있는데, 거울을 이용하는 방식이 훨씬 더 가볍고 더 빠르고, 더 정확한 조정이 가능해서 대부분 이 방식을 채택하고 있으며 대부분 초당 10,000~ 100,000개의 점군을 얻는 속도로 측정이 가능하다.
또한, 광 삼각법 3D 레이저 스캐너도 능동형 스캐너로 분류되며, TOF방식의 스캐너처럼 레이저를 이용한다. 레이저가 얼마나 멀리 있는 물체에 부딪혔는가에 따라 레이저를 수신하는 CCD 카메라 소자에는 레이저가 다른 위치에 보여지게 된다. 카메라와 레이저 발신자 사이의 거리, 각도는 고정되어 이미 알고 있으므로, 카메라 화각 내에서 수신 광선이 CCD 소자의 상대적인 위치에 따라 깊이(depth)의 차이를 구할 수 있으며 이를 삼각법이라고 한다. 대부분의 경우는 단순히 하나의 레이저 점을 조사하는 게 아니라 스캐닝 속도를 높이기 위해 라인 타입의 레이저가 주로 이용된다.
또한, 핸드헬드 스캐너는 3D 이미지를 얻기 위해, 앞에서 언급된 광 삼각법을 주로 이용한다. 점(dot) 또는 선(line) 타입의 레이저를 피사체에 투사하는 레이저 발송자와 반사된 빛을 받는 수신 장치(주로 CCD)와 내부 좌표계를 기준좌표계와 연결하기 위한 시스템으로 구성되어 있다. 기준좌표와 연결하기 위한 시스템은 정밀한 인코더가 부착된 소위 이동형 CMM이라고 불리는 접촉식 로봇 팔과 유사한 장치의 끝 단에 스캐너가 직접 붙여서 구성되기도 하고, 기준 좌표 계를 만들기 위한 마크를 피사체 표면에 붙여서 해결하기도 한다. 최근에는 모션 트레킹 시스템과 유사하게, 외부에 두 대 이상의 카메라가 스캐너의 동작을 따라갈 수 있도록, 스캐너 외부에 6개의 자유도를 측정할 수 있는 적외선 발신자(infrared light emitting diode)를 붙여, 스캐너 외부에 설치된 트레커(tracker)가 이 발 신자의 위치를 추적을 한다.
또한, 백색광 방식 스캐너는 특정 패턴을 물체에 투영하고 그 패턴의 변형 형태를 파악해 3D 정보를 얻어낸다. 여기에 사용되는 패턴은 여러 가지가 있는데 1차원 패턴 방식은 선 (line) 형태의 패턴을 LCD 프로젝트나 움직이는 레이저(sweeping laser)를 이용해 물체에 프로젝션시킨다. 카메라는 프로젝트로부터 적당한 거리(대부분 피사체에 크기에 따라 가변적임)를 두고 위치하는데, 패턴에서 라인을 인식하고, 그 라인을 구성하는 모든 화소의 깊이 값은 광 삼각법을 이용해 구할 수 있다. 1차원 패턴 방식은 하나의 라인 패턴을 물체를 죽 훑어 내는 방식인데 반해 2차원 패턴 방식은 그리드(grid) 또는 스트라이프 무늬의 패턴이 이용된다. 스트라이프나 그리드를 사용할 경우엔 1차원 패턴 방식보다 많은 데이터를 얻을 수 있으나 물체의 형태에 따라, 패턴의 순서가 바뀔 수가 있다는 것이 기술적인 병목이었다가 최근 들어 MLT (Multistripe Laser Triangulation)이라고 불리는 방식이 개발되어 이러한 한계가 극복이 되었다. 백색광 방식의 최대 장점은 그 측정 속도에 있다. 한번에 한 점씩 스캔하는 게 아니라, 전체 촬상영역(Fied of View, FOV) 전반에 걸려 있는 모든 피사체의 3D 좌표를 한번에 얻어낼 수 있다. 이러한 이점 때문에 모션장치에 의한 진동으로부터 오는 측정 정확도의 손실을 획기적으로 줄일 수 있으며 어떤 시스템들은 움직이는 물체를 거의 실시간으로 스캔해낼 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 3D프린터(30)는 복수의 3D 프린터 장치를 포함할 수 있다. 일예로, 3D 프린터(30)는 SLA (Stereolithography), FDM (Fused Deposition Modeling), SLS (Selective Laser Sintering), LOM (Laminated Object Manufacturing), EBM (Electron Beam Melting), DMLS (Direct Metal Laser Sintering), 3DP (Three Dimensional Printing), SHS (Selective Heat Sintering) 등의 방식이 적용된 복수의 3D 프린터 장치를 포함할 수 있다.
예시적으로, SLA(Stereolithography Apparatus) 방식은 광경화성 수지 조형 방식에 일반적으로 사용하는 용어로서, 소재로는 레진(Resin)이라고 부르는 액상이 광경화성 수지를 사용한다. SLA 방식은 정밀도가 높다는 것이 가장 큰 장점 레이저는 정밀도를 크게 높일 수 있고 출력 표면의 상태도 매우 우수하며, 레진의 소재에 따라 추가로 세척과 경화 작업이 필요한 경우도 있다. SAL 출력 방식에는 정해진 액상 수지를 사용해야 하기 때문에 재료 사용이 한정적인 부분이 있다. 그렇지만, 투명, 반투명 소재 사용이 가능하며 후에 도색 가공이 용이하다. 즉, SLA 방식의 산업용 3D 프린터는 3D 프린터 중 가장 정교하고 매끈한 형상을 제작할 수 있고, ABS, 투명, 고무, 내열성재료 등 다양한 소재로 출력이 가능하다.
또한, FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 녹여내고 원하는 형태를 만드는데 필요한 부분에 녹인 물질을 밀어내어 굳히면서 밑에서부터 쌓아올려 3D 프린팅하는 방법을 의미한다. 노즐에서 녹여서 밀어내는 속도와 힘에 따라서 층의 크기와 디테일이 결정된다. 노즐로 물질을 녹여 밀어내기 위해선 노즐을 뜨겁게 온도를 높이는 과정이 필요하며 과정을 거치고 나온 필라멘트는 상온에서 굳으며 형태를 갖추게 된다. 특징으로는 강도가 강하고 습도에 강해 내구성이 뛰어나다는 점이 있다.
또한, SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 다양한 분말 형태의 재료를 레이저나 액체 접착제로 겹겹이 쌓아 소결시키는 방식이다. SLS 방식은 플라스틱 파우더를 강한 레이저를 쏘아 닿는 부위가 소결되어 단단히 밀착될 수 있다. 이런 식의 작업을 반복해서 원하는 형태의 제품을 생산할 수 있다. 또한, 서포터가 필요없이 제품 생산이 가능하며 산업용 나일론 소재를 사용할 수 있다.
또한, LOM (Laminated Object Manufacturing) 방식은 개체 접합 조형으로 종이나 필름 등의 재료를 쌓고 절단 후 다음 층을 접착제로 접합하여 조형한다. 내구성은 약하나 색상 구현이 뛰어나며, 종이, 플라스틱, 금속 재질의 시트 형태 재료를 한장 한장 접착한 후 칼 또는 레이저 커터로 형태를 잡아 자르고, 이러한 작업을 반복하여 원하는 형태의 조형을 얻을 수 있다.
또한, SLM(Selective Laser Melting, 선택적 레이저 용융) 방식은 금속 소재를 출력하는 3D 프린터의 80% 이상이 사용하고 있는 방식으로 특히 다양한 금속 재료를 사용할 수 있기 때문에 자동차, 의료, 우주, 항공 등 여러 산업 분야에서 사용된다. SLM 방식은 고르게 퍼져있는 분말 상태의 금속 재료에 레이저가 닿으면 열에 의해 녹은 뒤 굳어지는데, 한 층의 용융(물질이 가열되서 액체로 변하는 형상 과정이 완료되면 그 위로 금속 분말이 덮이고 다시 레이저를 쏘는 과정을 반복 수행해 출력물을 완성한다.
SLM 방식과 SLS 방식은 분말 형태의 재료를 레이저로 녹이는 출력 원리는 동일하지만 소재가 다르다. SLM 방식의 소재는 금속 분말이 사용되고, SLS 방식은 플라스틱, 유리, 세라믹 등의 분말이 사용된다.
3D 프린터는 목적에 따라 다양한 재료와 방식으로 활용되며, 제조 서버(10)는 사출품의 사용용도 등을 고려하여 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 3D 프린터(30)는 제조 서버(10)로부터 생성된 제어 신호를 수신하고, 사출품을 제조(출력)할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 3차원 측정기(40)는 피검사 사출품 및 사출품 검사 지그의 형상 정보를 획득할 수 있다. 3차원 측정기(40)는 X축을 좌우 방향으로, Y축을 전후 방향으로, Z축을 상하 방향으로 하여 공작물의 치수와 형상을 측정하는 장치일 수 있다. 측정은 프로브가 측정면에 직접 접촉하면서 데이터를 처리하는 것으로 이루어지며, 측정점이 많고 복잡한 형상을 측정할 때 주로 사용된다. 3차원 측정기(40)는 3D 프린터(30)에서 제조(출력)된 피검사 사출품 및 사출품 검사 지그의 치수와 형상을 측정할 수 있다. 3차원 측정기(40)는 측정된 정보를 제조 서버(10)로 제공할 수 있다. 제조 서버(10)는 3차원 측정기(40)로 제공받은 정보를 기반으로 사출품이 치수대로 가공되었는지 여부를 판단할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 사용자 단말(50)은 제조 서버(10)로 사출품의 요청 정보를 제공할 수 있다. 일례로 요청 정보는 요청 시간 정보, 요청 완료 시간 정보, 3차원 모델링 재료 정보, 용도 정보, 수치 정보, 모델링 3D 파일 정보 등을 포함할 수 있다. 사용자 단말(50)은 요청 정보를 제조 서버(10)로 제공하고, 제조 서버(10)는 요청 정보를 기반으로 제작 완료 정보, 제작비용 정보 등을 제공할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 사용자 단말(50)로부터 사출품 의료 정보를 제공받고, 이에 대한 응답으로 제작 완료 정보 및 제작비용 정보 등을 제공할 수 있다.
한편, 제조 서버(10)는 설계 정보 및 요청 정보를 고려하여 제작 비용을 산정할 수 있다. 일예로, 제작 비용은 재료비 + (제작기간 * 장비임률)로 연산될 수 있다. 사출품을 제조(출력)하기 위해 사용되는 3D 프린터 각각에 따라 제작비용이 상이하게 도출될 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 출력(생성)되는 부품의 소재 정보에 따라 제작 비용을 상이하게 도출할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 관리자 단말(미도시)은 제조 서버(10)로 스캐너 장치(20), 3D 프린터(30), 3차원 측정기(40)의 구동 정보를 제공받을 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 사용자 단말(50) 및 관리자 단말(미도시)로 3D 프린팅을 이용한 부품 제조 관리 메뉴를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제조 서버(10)가 제공하는 어플리케이션 프로그램을 사용자 단말(50) 및 관리자 단말(미도시)이 다운로드하여 설치하고, 설치된 어플리케이션을 통해 3D 프린팅을 이용한 부품 제조 관리 메뉴가 제공될 수 있다.
제조 서버(10)는 사용자 단말(50) 및 관리자 단말(미도시)과 데이터, 콘텐츠, 각종 통신 신호를 네트워크를 통해 송수신하고, 데이터 저장 및 처리의 기능을 가지는 모든 종류의 서버, 단말, 또는 디바이스를 포함할 수 있다.
사용자 단말(50) 및 관리자 단말(미도시)은 네트워크를 통해 제조 서버(10)와 연동되는 디바이스로서, 예를 들면, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(Smart Pad), 태블릿 PC, 웨어러블 디바이스 등과 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 같은 모든 종류의 무선 통신 장치 및 데스크탑 컴퓨터, 스마트 TV와 같은 고정용 단말기일 수도 있다.
제조 서버(10)와 사용자 단말(50) 및 관리자 단말(미도시) 간의 정보 공유를 위한 네트워크의 일 예로는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 유무선 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, Wifi 네트워크, NFC(Near Field Communication) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함될 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제작 과정의 개략적인 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 단계 S10에서 제조 서버(10)는 스캐너 장치(20)에 부품(대상물)을 구비하여 획득된 부품(대상물)의 스캔 데이터를 수신할 수 있다. 제조 서버(10)는 부품(대상물)의 크기 및 형상을 고려하여 선택된 복수의 스캐너 장치 중 어느 하나의 스캐너 장치에서 획득된 부품(대상물)의 스캔 데이터를 수신할 수 있다.
단계 S20에서, 제조 서버(10)는 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 부품의 설계 정보를 생성할 수 있다. 부품의 설계 정보는, CAD 데이터, 모델링 3D 파일, 2D파일, STL 파일, STP 파일 등을 포함할 수 있다. 달리 말해, 부품의 설계 정보는, 제품을 생산할 때 필요한 정보를 포함할 수 있다. 제조 서버(10)는 부품의 실물을 구비하고, 스캐너 장치(20)를 이용하여 3차원 스캔 과정을 거친 후 획득된 스캔 데이터를 이용하여 역엔지니어링을 수행하고 부품의 설계 정보를 생성할 수 있다.
일예로, 역설계(Reverse Design)란, CAD 데이터가 존재하지 않는 실물의 형상을 여러가지 방법으로 활용하여 디지털화된 형상 정보를 획득하고 이를 기반으로 CAD 데이터를 생성하는 기술 및 이와 연관한 작업을 의미한다. 제조 서버(10)는 설계데이터가 존재하지 않는 실물의 형상(부품)을 스캔하여 디지털화된 형상 정보를 획득하고, 이를 기반으로 CAD 데이터의 설계 정보를 생성할 수 있다.
제조 서버(10)는 복수의 단계를 포함하는 역설계 과정을 수행하여 부품의 설계 정보를 생성할 수 있다. 역설계 과정은 먼저, 스캐닝(Scanning or Digitizing) 단계를 포함할 수 있다. 스캐닝을 시작하기 이전에 대상(부품)의 크기, 수량, 형상의 복잡성, 표면광택 등의 특성과 요구되는 정밀도를 파악하여 적합한 스캐너를 선정해야 한다. 제조 서버(10)는 대상(부품)의 크기, 수량, 형상의 복잡성, 표면광택 등을 포함하는 부품의 특성 정보를 고려하여 복수의 스캐너 장치(20) 중 적어도 어느 하나의 스캐너 장치(20)를 사용자 단말(50)로 추천할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 스캔데이터 프로세싱(Point/Polygon data processing)을 수행할 수 있다. 스캐닝을 통해 획득된 점군(point cloud) 데이터를 처리하여 양질의 포인트 또는 폴리곤 데이터를 생성할 수 있다. 이 과정에서 불필요한 정보를 삭제하고 필터링하여 점군 데이터에서 삼각메쉬를 생성하는 폴리곤화, 서로 다른 위치에서 측정한 데이터를 동일 기준좌표로 맞추는 정합, 각 데이터를 하나의 데이터로 합치는 병합, 삼각 메쉬의 표면을 매끄럽게 하는 스무딩 등의 작업을 수행할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 곡면 또는 솔리드 모델링(Surface/Solid modeling)을 수행할 수 있다. 제조 서버(10)는 스캔데이터 프로세싱 과정에서 정리된 데이터에서 곡선, 곡면, 솔리드 형상 같은 CAD모델링을 생성할 수 있다. 일반적인 CAD 모델 생성과 달리 설계 과정 중에 다양한 설계 특징 형상의 변수를 일일이 입력하는 것이 아니라 3차원 스캔 데이터에서 자동으로 추출된다.
또한, 제조 서버(10)는 모델 검증(Verification)을 수행할 수 있다. CAD 모델을 검증하는 과정으로, 가공하기 적합한 곡면으로 이루어져있는지, 표면의 품질과 곡면 간 연속성 등을 검사할 수 있다. 제조 서버(10)는 생성된 CAD 모델과 기존에 측정 데이터인 점군이나 폴리곤 모델과의 편차검사를 수행할 수 있다.
제조 서버(10)는 역설계 과정을 통해 대상 제품(부품)을 복제하려고 하나 도면이 존재하지 않는 경우, 기존 제품에 향상된 기능을 더해 새로운 제품을 생성하는 경우, 설계와 결과물의 오차를 확인하는 품질검사, 경쟁사 제품의 설계를 비교 검토하는 과정에서 사용함으로써, CAD 모델이 없는 경우에 적합하고, 보다 빠르게 제품(부품)을 복제할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 사용자 단말(50)로부터 사출품의 요청 정보를 수신할 수 있다. 사출품의 요청 정보에 부품의 설계 정보(예를 들어, 모델링 3D 파일, STL, STP)가 포함된 경우, 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 생성된 설계 정보의 검증을 수행할 수 있다. 일예로, 제조 서버(10)는 사출품의 요청 정보에 포함된 부품의 설계 정보(제1설계 정보) 및 역설계를 수행하여 생성된 설계 정보(제2설계 정보)를 인공지능 기반의 학습 모델에 적용하여 검증을 수행할 수 있다. 제조 서버(10)는 제1설계 정보 및 제2설계 정보를 인공지능 기반의 학습 모델에 적용하여 유사도 학습을 수행하고, 제1설계 정보 및 제2설계 정보의 매칭을 통해 최종적인 사출품의 설계 정보(제3설계) 정보를 도출할 수 있다. 즉, 제조 서버(10)는 스캔을 통해 획득되지 못한 데이터와 제1설계 정보에 포함되어 있지 않은 데이터의 문제점을 보완하고자, 제1 설계 정보 및 제2설계 정보가 모두 수집되는 경우, 검증을 수행할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품의 불량 여부를 검사하기 위한 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성할 수 있다. 사출품 검사 지그는 복수의 사출품들을 결합하여 하나의 대상품으로 물품이 생산되는데 각 부품들을 서로 결합하기 이전에 그 부품들이 정확한 치수와 형상으로 제작되었는지를 확인하기 위해 검사 장치일 수 있다. 제조 서버(10)는 제1부품에 연관된 제1사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 제1부품과 복수의 부품들이 결합되어 하나의 대상체가 생성될 경우, 대상체와 연관된 검사 지그의 설계 정보를 생성할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 하나의 완전체가 설계되기 이전에 소부품, 결합품, 완전품 각각의 불량 여부를 검사하기 위해, 소부품, 결합품, 완전품 각각에 대한 설계 정보를 생성할 수 있다.
예시적으로, 제조 서버(10)는 차체 부품의 설계 정보에서 'ㄴ'형상의 차체 부품이 설계되어야 하는 경우, 차체 부품 검사 지그에 구비될 복수의 부속 부품의 설계 정보를 'ㄱ'형상으로 생성할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 'ㄴ'형상과 맞물려 차체 부품을 검사할 수 있도록, 차체 부품 검사 지그에 구비될 복수의 부속 부품의 설계 정보를 'ㄱ'형상으로 생성할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 차체 부품의 설계 정보에 기반하여, 차체 부품 검사 지그에 구비될 복수의 부속 부품에 포함될 부속 부품의 소재를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제조 서버(10)는 차체 부품 검사 지그에 구비될 복수의 부속 부품 중 제 1 부속 부품이 직육면체 형상으로 생성되되, 상측에 고무와 결합되어야 하는 경우, 직육면체 형상으로 형성될 부속 부품의 소재 정보, 상측에 결합될 고무의 소재 정보 등을 생성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예시적으로, 자동차는 각 부위별로 부품을 제작한 다음, 이들을 서로 결합하여 생산되는데, 각 부품들을 서로 결합하기 이전에 그 부품들이 정확한 치수와 형상으로 제작되었는지를 확인하기 위해 검사를 수행해야 한다. 이러한 검사는 단위 부품에 대해서만 행해지는 것은 아니며, 몇 개의 부품이 결합된 어셈블리에 대해서도 수행된다. 즉, 자동차는 20,000 가지 이상의 부품이 조립되어 만들어지는 것이므로, 단위 부품 또는 단위 어셈블리들의 형상과 치수가 허용 오차를 약간만 벗어나더라도, 모든 부품들이 결합된 상태에서는 엄청나게 큰 오차를 발생시켜 불량이 발생하거나, 심한 경우에는 조립 자체가 불가능하여 자동차를 제대로 완성할 수 없게 된다.
따라서, 제조 서버(10)는 자동차의 완성 차체가 생산되기 이전에 복수의 차체 부품 각각을 검사할 수 있는 차체 부품 검사 지그를 생산하고, 3D 프린팅으로부터 출력된 부품의 불량 여부를 검출할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 복수의 자동차 부품을 결합하기 이전에 복수의 자동차 부품 각각을 정밀하게 검사하여, 모든 부품들이 결합된 상태에서 발생할 수 있는 불량 오차율을 줄일 수 있는 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성할 수 있다.
단계 S30에서, 제조 서버(10)는 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)로부터 제어 신호를 수신한 3D 프린터(30)에서 사출품을 제조(출력)할 수 있다. 3D 프린터(30)를 이용하여 사출품을 제조(출력)하는 과정은 CAM 과정(단계 S31) 및 CNC 가공 과정(단계 S32)를 포함할 수 있다.
제조 서버(10)는, CAM(Computer Aided Manufacturing) 과정을 수행할 수 있다. CAM은 컴퓨터 지원 제조의 약자로 제조 업무 활동을 지원하기 위해 컴퓨터를 사용하는 것으로서 제품 생산을 위해 CAD에서 만들어진 형상 데이터를 입력 데이터로 하여 가공을 위한 NC 프로그램 작성 등의 생산 준비 전반을 컴퓨터에서 하는 작업을 의미한다. 참고로, 제조 서버(10)는 단계 S31 및 단계 32를 통해 설계 정보 및 요청 정보를 고려하여 생산제품(사출품)에 적합한 3D 프린터(30)를 선택하여 해당 3D 프린터(30)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 사출품을 출력(생성)할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 사용자 단말(50)로부터 사출품의 요청 정보를 수신할 수 있다. 일예로, 요청 정보는, 요청 시간 정보, 3차원 모델링 재료 정보, 용도 정보, 수치 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제조 서버(10)는 설계 정보 및 요청 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 각각이 적용된 3D 프린터(30) 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터(30)의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 생산제품(사출품)에 적합한 3D 프린터(30)를 선택하여 해당 3D 프린터(30)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
예시적으로, 단계 S30에서 제조 서버(10)는 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품을 출력(생성)하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 달리 말해, 3D 프린터(30)는 설계 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여, 사출품을 제조할 수 있다. 복수의 3D 프린팅 방식은, SLA (Stereolithography), FDM (Fused Deposition Modeling), SLS (Selective Laser Sintering), LOM (Laminated Object Manufacturing), EBM (Electron Beam Melting), DMLS (Direct Metal Laser Sintering), 3DP (Three Dimensional Printing), SHS (Selective Heat Sintering) 등을 포함할 수 있다.
예시적으로, 제조 서버(10)는 설계 정보 및 사출품의 요청 정보를 기반으로 피검사 사출품을 출력(생성)하기 위해 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 선택할 수 있다. 제조 서버(10)는 선택된 3D 프린팅 방식이 연계된 3D 프린터(30)의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 3D 프린터(30)는 제조 서버(10)의 제어 신호에 기반하여 사출품을 출력(생성)할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 사출품 검사 지그를 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 달리 말해, 3D 프린터(30)는 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여, 사출품 검사 지그를 제조할 수 있다.
일예로, 제조 서버(10)는 사출품 검사 지그에 장착되는 복수의 부속 부품을 출력(생성)하기 위한 3D 프린터(30)의 제어 신호를 생성할 수 있다. 일예로, 복수의 부속 부품은 지그에 포함되는 복수의 돌기 고정부일 수 있다. 복수의 돌기 고정부는, 차체 부품 검사 지그에 구비되는 차체 부품을 맞물림 동작, 흡착, 결합 등으로 차체 부품을 검사하기 위한 부품일 수 있다. 차체 부품 검사 지그(Jig)란 가공물을 고정, 지지하는 기구로서 차체 부품 검사 지그는 차량 부품을 조립, 용접해 완성차의 차체 골격을 완성하는 설비일 수 있다. 다른 일예로, 차체 부품 검사 지그는 자동차 내장재 및 차체 PANEL의 검사를 위한 도구로서 용도에 따라 수지, 알루미늄 등 여러 재질로 제작될 수 있다. 제품(자동차)의 정확한 검사를 위하여 설계, 가공 등의 단계에서 정밀하고 치밀한 계획과 가공기술이 요구될 수 있다.
한편, 제조 서버(10)는 사출품 검사 지그가 제1소재 부품 및 제2소재 부품이 결합되어 생성되는 경우, 제1소재 부품을 출력(생성)할 수 있는 제1 3D 프린터의 구동 제어 신호 및 제2 소재 부품을 출력(생성)할 수 있는 제2 3D 프린터의 구동 제어 신호 각각을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제조 서버(10)는 차체 부품 검사 지그에 구비될 복수의 부속 부품 중 제 1 부속 부품이 제1소재로 직육면체 형상으로 생성되고, 제1부속 부품의 상측에 제2소재(예를 들어, 고무)의 제2부속 부품이 결합되어야 하는 경우, 제1부속 부품을 생성하기 위한 1 3D 프린터의 구동 제어 신호 및 제2 소재 부품을 출력(생성)할 수 있는 제2 3D 프린터의 구동 제어 신호 각각을 생성할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 설계 정보 및 요청 정보에 기반하여 사출품의 재료 비율 정보를 생성할 수 있다. 재료 비율 정보는, 사출품(출력물)이 메탈일 경우, 금속 분말 파우더인 알루미늄, 티타늄, 니켈, 텅스텐, 스테인리스스틸, 머레이징강(maraging)등의 복수의 파우더의 재료 비율 정보를 생성할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 스캐너 장치(20)에서 획득된 부품의 재질 정보 및 요청 정보에 포함된 3차원 모델링 재료 정보 등을 고려하여 사출품의 재료 비율 정보를 생성할 수 있다. 제조 서버(10)는 출력(생성)되는 사출품에 복수개의 파우더가 사용되는 경우, 복수의 파우더 각각에 대한 비율 정보를 생성할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 재료 비율 정보를 고려하여 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 제조 서버(10)는 재료 비율 정보를 고려하여 제1파우더를 보관하는 제1파우더 보관 챔버에 구비된 제1밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 재료 비율 정보를 고려하여 제2파우더를 보관하는 제2파우더 보관 챔버에 구비된 제2밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 복수의 파우더 보관 챔버에서 배출된 파우더는 혼합 챔버에서 혼합되어 3D 프린터(30)로 제공될 수 있다. 3D 프린터(30)는 제공된 복수의 파우더를 이용하여 사출품을 출력(생성)할 수 있다.
한편, 제조 서버(10)는 재료 비율 정보 및 3D 프린팅 방식을 고려하여 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 3D 프린팅 방식에 적용되는 파우더(재료)가 모두 상이하기 때문에 제조 서버(10)는 재료 비율 정보 및 3D 프린팅 방식을 고려하여 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, SLM방식의 3D 프린트 방식은 금속 분말 파우더 소재를 사용하기 때문에, 제조 서버는, 재료 비율 정보를 고려하여 복수의 파우더를 혼합하고, 혼합된 파우더를 SLM 방식의 3D 프린터(30)로 제공하기 위해, 재료 비율 정보 및 3D 프린팅 방식을 고려하여 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다
단계 S40에서, 제조 서버(10)는 3D 프린터(30)에서 제조(출력)된 사출품 및 사출품 검사 지그를 후가공하기 위한 후가공 정보를 생성할 수 있다. 3D 프린팅 출력을 하면 바닥지지대, 서포터 등이 같이 출력되는 경우가 발생할 수 있으며, 출력물 형태, 장비 출력 설정 등에 따라 출력물 찌꺼기들이 같이 출력될 수 있다. 제조 서버(10)는 설계 정보를 기반으로 부수적으로 출력된 출력물의 찌꺼기들을 제거할 수 있도록, 후가공 정보를 생성할 수 있다. 일례로, 제조 서버(10)는 가공되지 않고, 3D 프린터(30)로부터 출력(생성)된 사출품 및 사출품 검사 지그의 이미지 정보를 획득할 수 있다. 이미지 정보는, 촬영 장치(카메라) 등을 이용하여 획득된 정보일 수 있다. 제조 서버(10)는 가상 사출품 정보 및 가상 사출품 검사 지그 정보를 이용하여 후가공(제거)되어야 할 영역을 표시하여 관리자 단말(미도시)로 제공할 수 있다.
단계 S50에서, 제조 서버(10)는 요청 정보에 기반하여 사출품의 표면처리를 수행하는 표면처리 장치의 구동 제어신호를 생성할 수 있다. 예시적으로, 표면처리는 아세톤 바르기, 담그기, 훈증하기, 도금, 도장, 인쇄 등을 포함할 수 있다. 제조 서버(10)는 사출품에 금속 도금의 표면처리를 수행해야 하는 경우, 금속 도금 처리를 수행할 수 있는 표면처리 장치의 구동 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 사출품에 로고를 인쇄해야 하는 경우, 해당 로고가 포함될 수 있도록 표면처리 장치의 구동 제어신호를 생성할 수 있다. 제조 서버(10)는 표면처리 과정을 표면처리 장치가 수행할 수 없는 경우, 관리자 단말(미도시)로 해당 정보를 제공하고, 관리자가 수행할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 스캔 데이터, 설계 정보 및 피검사 사출품 중 적어도 어느 하나의 정보를 기반으로 사출품의 불량 여부를 판단할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 사출품 검사 지그의 설계 정보 및 사출품 검사 지그를 기반으로 사출품 검사 지그의 불량 여부를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 제조 서버(10)는 인공지능 기반으로 구축된 학습 모델에 스캔 데이터, 설계 정보 및 피검사 사출품의 형상 정보를 적용하여 사출품 및 사출품 검사 지그의 불량 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 피검사 사출품 및 사출품 검사 지그의 형상 정보는 3차원 측정기(40)로부터 제공받을 수 있다. 예시적으로, 인공지능 기반으로 구축된 학습 모델은 딥러닝 기반의 유사도 분석 모델일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 기 개발되었거나 향후 개발되는 다양한 신경망 체계를 적용할 수 있다.
예를 들어, 제조 서버(10)는 딥러닝 기반의 유사도 분석 모델에 스캔 데이터, 설계 정보 및 피검사 사출품의 형상 정보를 입력으로 하여, 사출품이 출력되기 이전의 데이터와 사출품이 출력된 이후의 형상의 유사도 매칭을 수행할 수 있다.
일예로, 제조 서버(10)는 획득된 데이터를 인공지능 기반의 유사도 학습 모델에 적용하기 위한 전처리를 수행할 수 있다. 제조 서버(10)는 획득된 스캔 데이터, 설계 정보, 사출품 검사 지그의 설계 정보, 피검사 사출품 및 사출품 검사 지그의 형상 정보가 이미지 데이터일 경우, 특정 형식(예를 들어, JPEG 형식)으로 데이터 변환을 수행할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 이미지 획득 과정에서 초점 이탈, 인공물, 음역 등 품질이 낮거나 낮은 해상도의 이미지가 획득되는 경우, 해당 이미지를 배제할 수 있다. 예시적으로 제조 서버(10)는 5단계의 전처리 과정을 수행할 수 있다. 먼저, 제조 서버(10)는 자르기(crop) 단계를 수행할 수 있다. 자르기(crop) 단계는 획득된 이미지에서 사용자를 중심으로 하여 가장자리의 불필요한 부분(예를 들어, 배경)을 잘라낼 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 인공지능 기반의 학습 모델에 적용 가능한 사이즈로 이미지를 자르는 전처리를 수행할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 평행 이동(shift) 단계를 수행할 수 있다. 제조 서버(10)는 획득된 이미지를 상하좌우 방향으로 평행 이동시킬 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 뒤집기(flipping) 단계를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제조 서버(10)는 수직으로 획득된 이미지를 뒤집는 전처리를 수행할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 획득된 이미지를 상하방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 뒤집고 이후 좌우방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 뒤집는 전처리를 수행할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 색상 조정(color adjustment)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 색상 조정 단계에서 제조 서버(10)는 전체 데이터 세트의 평균 RGB 값으로 평균 감산 방법을 사용하여 추출된 색상을 기반으로 이미지의 색상 조정을 수행할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 확대/축소(resizing) 단계를 더 수행할 수 있다. 확대/축소(resizing) 단계는 획득된 이미지를 미리 설정된 사이즈로 확대 및 축소하는 단계일 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 획득된 이미지 데이터의 데이터 수를 증가 시키기 위한 이미지 데이터 증폭 전처리를 수행할 수 있다.
또한, 인공지능 기반으로 구축된 유사도 학습 모델이 합성곱신경망을 포함하는 딥러닝 알고리즘을 이용하는 경우, 데이터의 양이 많을수록 좋은 성능을 달성하는 데 유리하지만, 수집된 이미지 데이터의 양이 적은 경우 합성곱 신경망을 활용하여 학습을 수행하기엔 매우 부족할 수 있다. 한편, 제조 서버(10)는 획득된 이미지 데이터의 회전, 뒤집기, 자르기, 소음 섞기 중 적어도 하나의 방법을 적용하여 데이터 증폭 (augmentation)과정을 수행할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 복수의 사출품 각각에 대한 설계 정보에 기반하여 복수의 사출품을 결합하여 생성되는 대상품을 시뮬레이션하기 위한 가상 사출품 정보를 생성할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 복수의 사출품의 설계 정보를 고려하여 복수의 사출품을 결합하여 생성되는 대상품을 검사하기 위한 사출품 검사 지그를 시뮬레이션하기 위한 가상 사출품 검사 지그 정보를 생성할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 가상 사출품 정보 및 가상 사출품 검사 지그 정보를 생성할 수 있다. 가상 사출품 정보 및 가상 사출품 검사 지그 정보는 3차원 가상 공간에서 표현되도록 생성된 정보일 수 있다.
일예로, X-Y-Z 축으로 정의되는 3차원 가상공간(이하, 간단히 '공간'이라 함) 상에 구조를 모델링하기 위해 사용하는 모델-요소(Model Element)에는 노드(Node, 또는 점), 엣지(Edge, 또는 변), 다각형(Polygon) 및 다면체(Polyhedron)가 포함된다. 이러한 모델-요소들의 결합 정보를 이용하여 3차원 형상 정보를 생성하고, 이 정보를 기초로 렌더링하여 사용자가 시각적으로 확인할 수 있는 모델을 컴퓨터 등의 표시장치를 통해 표시하게 된다.
여기서, 노드는 공간상의 위치를 나타내고, 엣지는 다각형을 구성하는 요소로 사용된다. 하나의 다각형은 노드와 엣지 정보로 정의될 수 있다. 다각형과 다각형이 만날 때는 공유되는 노드와 엣지는 각 다각형에 의해 공유된다. 다면체는 복수 개의 다각형으로 구성한 공간상의 한 덩어리를 나타내며, 다면체에 객체 정보(이름 또는 인덱스)가 설정된다.
또한, 제조 서버(10)는 생성된 가상 사출품 정보 및 가상 사출품 검사 지그 정보를 통해 가상 부품 및 가상 부품 검사 지그의 매칭을 수행할 수 있다. 제조 서버(10)는 가상으로 가상 사출품과 가상 부품 검사 지그와의 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
제조 서버(10)는 가상으로 생성된 가상 사출품 정보 및 가상 사출품 검사 지그 정보를 관리자 단말(미도시)로 제공할 수 있다. 제조 서버(10)에서 가상 사출품 정보 및 가상 사출품 검사 지그 정보를 관리자 단말(미도시)로 제공함으로써, 사용자가 보다 용이하게 불량 여부를 파악할 수 있다.
제조 서버(10)에서 제품을 개발함에 앞서 미리 시뮬레이션을 해보고 모형을 만들어 봄으로써 제품 개발과정에서 오류를 줄이고 제 비용을 절약할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)에서 제품 개발 전 즉, 차체 부품의 설계 정보에 기반하여 차체 부품을 생산하기 이전, 차체 부품의 불량 여부를 검사하기 위한 차체 부품 검사 지그를 생산하기 이전에 시뮬레이션을 수행해본 결과와 실제로 차체 부품의 설계 정보에 기반하여 생산된 차체 부품과 상기 차체 부품의 불량 여부를 검사하기 위한 차체 부품 검사 지그를 이용하여 생성되는 정보를 가상과 현실에서의 유사도 정보를 비교함으로써, 보다 정확한 제품을 생산할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 3D 프린터(30)가 구비된 공간의 환경 정보를 수집할 수 있다. 제조 서버(10)는 3D 프린터(30)가 구비된 공간에 배치된 복수의 센서로부터 환경 정보를 수집할 수 있다. 환경 정보는, 온도, 습도, 산소, 이산화탄소, 기체, 가스 감지 센싱 정보를 포함할 수 있다.
일반적으로, 3D 금속 프린터 공정은 소결이 발생하는 챔버 내부에 산화방지를 위한 비활성 환경을 만들기 위해 아르곤, 질소 또는 기타 불활성 가스를 사용한다. 프린터 작동 중에는 이들 가스의 제어된 흐름 및 환기가 질식 또는 독성 노출의 위험이 거의 없으나 시스템에 누출이 있는 경우, 유지 보수 점검 또는 장비 오작동 중에 이러한 가스가 밀폐된 프린터 챔버, 바닥 구덩이 또는 기타 제한된 실험실에서 수집되어 질식 위험을 일으킬 가능성이 있으므로, 제조 서버(10)는 복수의 센서 등을 통해 3D 프린터(30)가 구비된 공간의 환경 정보를 수집하여, 가스 누출을 예방할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 3D 프린터(30)의 구동을 제어하는 제어 신호 및 3D 프린터(30)가 구비된 공간의 환풍 장치의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 제조 서버(10)는 3D 프린터(30)가 구비된 환경에 사용자(관리자)가 위치하는 경우, 산소 함량이 일정 값 이하인 경우 발생할 수 있는 위급 상황에 대비하여 환풍 장치의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 산소 함량이 15% 내지 19%인 경우, 사용자의 활동 능력이 저하되는 증상이 발생할 수 있으므로, 제조 서버(10)는 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값(예를 들어, 40% 이상)에 포함되지 않는 경우, 구동 중인 3D 프린터(30)의 구동을 정지시키는 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제조 서버(10)는 환경 정보에 포함된 산호 함량이 미리 설정된 기준값(예를 들어, 40% 이상)에 포함되지 않는 경우, 3D 프린터(30)가 구비된 공간의 환풍 장치의 구동을 ON(온)으로 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 3D 프린터(30)가 구비된 공간에 위치한 관리자 단말(미도시)의 식별 정보를 수집할 수 있다. 제조 서버(10)는 식별 정보가 수집되고, 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값(예를 들어, 60%이상)에 포함되지 않는 경우, 관리자 단말(미도시)로 위험 상황 알림 정보를 제공할 수 있다. 제조 서버(10)는 가스 누출 등이 발생하는 위험 상황일 경우, 관리자 단말(미도시)로 위험 상황 알림 정보를 제공함으로써, 관리자가 보다 빠르게 대피 할 수 있도록 할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 제조 서버(10)는 사출품의 설계 정보에 기반하여 생산된 사출품(부품)을 사출품 검사 지그에 포함된 복수의 돌기 고정부에 안착하여 사출품의 불량 여부를 판단(검사)할 수 있다. 일예로, 제조 서버(10)는 사출품의 불량 여부를 검사할 수 있다. 제조 서버(10)는 사출품 검사 지그에 포함된 복수의 돌기 고정부 및 사출품 검사 지그의 상면에 사출품의 설계 정보에 기반하여 출력(생산)된 사출품을 안착시킨 후 사출품의 불량 여부를 판단할 수 있다.
또한, 사출품 검사 지그에 복수의 센서를 구비할 수 있다. 제조 서버(10)는 구비된 복수의 센서로부터 사출품과 복수의 돌기 고정부 간의 결합을 감지할 수 있다. 복수의 센서는, 사출품 검사 지그 포함된 복수의 돌기 고정부 및 외곽 틀, 하측부 등 다양한 곳에 구비될 수 있다. 또한, 복수의 센서는, 레이저 센서, 카메라 센서, 압력 센서, 위치 센서, 적외선 센서 등을 포함할 수 있다.
또한, 제조 서버(10)는 복수의 센서에서 감지하여 생성된 결합 정보에 기반하여 피검사 사출품이 사출품 검사 지그에 포함된 복수의 돌기 고정부에 정상 안착되어있는지 판단할 수 있다. 제조 서버(10)는 사출품의 설계 정보에 기반하여 생산된 사출품과, 사출품 검사 지그와의 매칭 정확성을 판단할 수 있다. 제조 서버(10)는 피검사 사출품과 차체 사출품 검사 지그(미도시)에 구비된 복수의 고정 돌기뿐만 아니라, 사출품 검사 지그(미도시)의 외곽틀과, 피검사 사출품의 외곽 틀과의 매칭 여부도 판단할 수 있다. 달리 말해, 제조 서버(10)는 하나의 대상품(예를 들어, 자동차)가 형성되기 전 복수의 사출품(부품)들과 사출품 검사 지그와의 정확한 매칭을 판단하여, 복수의 사출품(부품)들을 모두 결합하여 조립된 대상품(예를 들어, 자동차)을 생산할 때 발생하는 불량 여부를 사전에 판단할 수 있다.
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제작 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 3에 도시된 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제작 방법은 앞서 설명된 본 시스템(1)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 본 시스템(1)에 대하여 설명된 내용은 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제작 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.
단계 S301에서 본 시스템(1)은 스캐너 장치(20)를 이용하여 부품의 스캔 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S302에서 본 시스템(1)은 획득된 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 부품의 설계 정보를 생성할 수 있다.
단계 S303에서 3D 프린터(30)는 설계 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여, 사출품을 제조할 수 있다. 달리 말해, 본 시스템(1)은 3D 프린터(30)에서 사출품을 출력(생성)하기 위해 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 선택하고 해당 3D 프린팅 방식과 연계된 3D 프린터(30)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
단계 S304에서 본 시스템(1)은 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품의 불량 여부를 검사하기 위한 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성하는 할 수 있다.
단계 S305에서 3D 프린터(30)는 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여, 사출품 검사 지그를 제조할 수 있다. 본 시스템(1)은 3D 프린터(30)에서 사출품 검사 지그를 출력(생성)하기 위해 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 선택하고 해당 3D 프린팅 방식과 연계된 3D 프린터(30)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
단계 S306에서 본 시스템(1)은 3차원 측정기(40)를 이용하여 획득된 피검사 사출품 및 사출품 검사 지그의 형상 정보를 획득할 수 있다.
단계 S307에서 본 시스템(1)은 스캔 데이터, 설계 정보, 사출품 검사 지그의 설계 정보, 피검사 사출품 및 사출품 검사 지그의 형상 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 기반으로 사출품 및 사출품 검사 지그의 불량 여부를 판단할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S301 내지 S307은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
본원의 일 실시 예에 따른 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 전술한 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템
10: 제조 서버
20: 스캐너 장치
30: 3D 프린터
40: 3차원 측정기
50: 사용자 단말

Claims (8)

  1. 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법에 있어서,
    스캐너 장치를 이용하여 부품의 스캔 데이터를 획득하는 단계;
    획득된 상기 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 상기 부품의 설계 정보를 생성하는 단계;
    사용자 단말로부터 사출품의 요청 정보를 수신하는 단계;
    상기 설계 정보 및 요청 정보에 기반하여 상기 사출품의 재료 비율 정보를 생성하는 단계;
    상기 재료 비율 정보 및 3D 프린팅 방식을 고려하여 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 설계 정보 및 요청 정보를 기반으로 피검사 사출품을 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품의 불량 여부를 검사하기 위한 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성하는 단계;
    상기 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 상기 사출품 검사 지그를 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계;
    3차원 측정기를 이용하여 획득된 상기 피검사 사출품 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 획득하는 단계;
    상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보 중 적어도 어느 하나를 기반으로 상기 사출품의 불량 여부를 판단하고, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 기반으로 상기 사출품 검사 지그의 불량 여부를 판단하는 단계;
    3D 프린터가 구비된 공간에 배치된 복수의 센서로부터 환경 정보 및 3D 프린터가 구비된 공간에 위치한 관리자 단말의 식별 정보를 수집하는 단계;
    상기 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 상기 관리자 단말로 위험 상황 알림 정보를 제공하는 단계; 및
    상기 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 상기 3D 프린터의 구동을 제어하는 제어 신호 및 상기 3D 프린터가 구비된 공간의 환풍 장치의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계,
    를 포함하되,
    상기 환풍 장치의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계는,
    상기 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 구동중인 3D 프린터의 구동을 정지시키기 위한 제어 신호를 생성하고,
    상기 불량 여부를 판단하는 단계는,
    인공지능 기반으로 구축된 학습 모델에 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보를 적용하여 상기 사출품의 불량 여부를 판단하고,
    상기 사출품 검사 지그에 구비된 복수의 센서로부터 사출품과 복수의 돌기 고정부 간의 결합을 감지하여 생성된 결합 정보에 기반하여 피검사 사출품이 사출품 검사 지그에 포함된 복수의 돌기 고정부에 정상 안착되어있는지에 기반하여 불량 여부를 판단하는 것인, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 3D 프린터에서 제조된 상기 사출품 및 상기 사출품 검사 지그를 후 가공하기 위한 후가공 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 요청 정보에 기반하여 상기 사출품의 표면처리를 수행하는 표면처리 장치의 구동 제어신호를 생성하는 단계,
    를 더 포함하는 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    복수의 사출품 각각에 대한 설계 정보에 기반하여 상기 복수의 사출품을 결합하여 생성되는 대상품을 시뮬레이션하기 위한 가상 사출품 정보를 생성하는 단계;
    상기 복수의 사출품의 설계 정보를 고려하여 상기 복수의 사출품을 결합하여 생성되는 대상품을 검사하기 위한 사출품 검사 지그를 시뮬레이션하기 위한 가상 사출품 검사 지그 정보를 생성하는 단계; 및
    생성된 상기 가상 사출품 정보 및 상기 가상 사출품 검사 지그 정보를 통해 가상 부품 및 가상 부품 검사 지그의 매칭을 수행하는 단계,
    를 더 포함하는 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계는,
    상기 재료 비율 정보 및 3D 프린팅 방식을 고려하여 상기 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하는 것인, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 방법.
  7. 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템에 있어서,
    부품의 스캔 데이터를 획득하는 스캐너 장치;
    상기 스캔 데이터를 기반으로 역설계를 수행하여 상기 부품의 설계 정보를 생성하고, 상기 설계 정보를 기반으로 피검사 사출품의 불량 여부를 검사하기 위한 사출품 검사 지그의 설계 정보를 생성하고, 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보, 상기 피검사 사출품 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 기반으로 상기 사출품 및 상기 사출품 검사 지그 각각의 불량 여부를 판단하는 제조 서버;
    상기 설계 정보 및 요청 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여 사출품을 출력하고, 상기 사출품 검사 지그의 설계 정보를 기반으로 복수의 3D 프린팅 방식 중 적어도 어느 하나의 3D 프린팅 방식을 적용하여, 상기 사출품 검사 지그를 출력하는 3D 프린터; 및
    상기 피검사 사출품 및 상기 사출품 검사 지그의 형상 정보를 획득하는 3차원 측정기;
    를 포함하되,
    상기 제조 서버는,
    사용자 단말로부터 상기 사출품의 요청 정보를 수신하고, 상기 설계 정보 및 요청 정보에 기반하여 상기 사출품의 재료 비율 정보를 생성하고, 상기 재료 비율 정보 및 3D 프린팅 방식을 고려하여 복수의 파우더를 구비하는 파우더 보관 챔버에 구비된 밸브의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하고, 상기 설계 정보 및 요청 정보를 기반으로 피검사 사출품을 출력하기 위해 복수의 3D 프린터 중 적어도 어느 하나의 3D 프린터의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고,
    3D 프린터가 구비된 공간에 배치된 복수의 센서로부터 환경 정보 및 3D 프린터가 구비된 공간에 위치한 관리자 단말의 식별 정보를 수집하고, 상기 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 상기 관리자 단말로 위험 상황 알림 정보를 제공하고, 상기 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 상기 3D 프린터의 구동을 제어하는 제어 신호 및 상기 3D 프린터가 구비된 공간의 환풍 장치의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성하고, 상기 환경 정보에 포함된 산소 함량이 미리 설정된 기준값에 포함되지 않는 경우, 구동중인 3D 프린터의 구동을 정지시키기 위한 제어 신호를 생성하고,
    인공지능 기반으로 구축된 학습 모델에 상기 스캔 데이터, 상기 설계 정보 및 상기 피검사 사출품의 형상 정보를 적용하여 상기 사출품의 불량 여부를 판단하고,
    상기 사출품 검사 지그에 구비된 복수의 센서로부터 사출품과 복수의 돌기 고정부 간의 결합을 감지하여 생성된 결합 정보에 기반하여 피검사 사출품이 사출품 검사 지그에 포함된 복수의 돌기 고정부에 정상 안착되어있는지에 기반하여 불량 여부를 판단하는 것인, 3D 프린팅을 이용한 부품 및 부품 검사 지그의 제조 시스템.
  8. 제1항, 제3항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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