KR102249884B1

KR102249884B1 - 적층 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102249884B1
Application number: KR1020190056852A
Authority: KR
Inventors: 한국현; 전정인; 차향운; 박주민; 조봉우
Original assignee: 삼영기계(주)
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-05-12
Also published as: KR20200133042A

Abstract

본 발명은 다수개의 용기 각각의 내부에 삼차원형상을 동시에 형성하는 것이 용이한, 즉 양산에 적합한 적층 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 적층 제어 시스템은 적층할 삼차원형상의 정보를 입력받는 전자기기, 상기 전자기기로부터 삼차원형상의 정보를 전달받아 상기 삼차원형상을 형성하는 적층 제조 장치, 일면에 상기 삼차원형상이 형성되는 스테이지 및 상기 스테이지를 상기 적층 제조 장치로 이송시키는 이송부를 포함하고, 상기 적층 제조 장치는 각각 적층물질을 분사해 삼차원형상을 형성하는 복수개의 노즐을 포함하는 적어도 하나 이상의 헤드모듈, 상기 헤드모듈을 이동시키는 이동부 및 상기 헤드모듈 및 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적층 제어 시스템 및 방법{Control System for Additive Manufacturing of 3D Model and Control Method Thereof}

본 발명은 적층 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

삼차원프린팅이란 삼차원형상을 구현하기 위한 전자적 정보(삼차원 도면)를 자동화된 출력장치를 통하여 입체화하는 작업을 의미하며, 이러한 삼차원프린팅을 하는 장치를 삼차원프린터라고 한다. 삼차원프린팅 방식은 크게 절삭형과 적층형으로 나뉘지만 일반적으로 삼차원프린팅이라고 하면 재료를 쌓아올리는 적층형을 의미하며, 한국 공개특허공보 제10-2016-0043872호("3D 프린터", 공개일 2016.04.22., 이하 선행기술 1)에는 적층형으로 삼차원형상을 구현하는 3D 프린터에 관하여 개시되어 있다.

한편, 3D 프린팅을 이용한 산업분야의 일례로 화장품 분야가 주목받고 있다. 화장품 시장은 다양한 소비자의 욕구를 충족하기 위해 성장하고 있는 분야로 많은 기술 개발이 이루어지고 있으며, 특히 화장품의 새로운 소재 개발을 통해 기능성 향상을 지속하고 있다. 그러나 향상된 기능을 사용자들에게 알리기 위하여 화장품 자체에 대한 마케팅과 화장품 용기의 디자인에 많은 비용이 소요되고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 직관적으로 화장품의 향상된 기능을 홍보할 수 있는 마케팅 방법은, 화장품 용기 내부에 화장품을 특정 형상으로 형성하는 것이다.

종래 화장품 용기 내부에 특정 형상을 표현하는 방법은 서로 다른 소재를 휘저어 소용돌이 형상을 만들거나, 투명 소재 안에 불투명한 소재를 회전시키면서 분사하여 규칙적인 형상을 만들어내는 등의 방법이 사용되었으나, 원하는 임의의 삼차원형상을 구현할 수 있는 방법은 없는 실정이다.

또한, 선행기술 1과 같은 종래의 3D 프린터를 화장품 내부에 삼차원형상을 형성하는 방법을 적용할 경우, 원하는 임의의 삼차원형상을 화장품 내부에 형성하는 것은 가능하지만, 종래의 3D 프린터는 양산형에 적합하지 않은 문제가 있다. 이러한 문제는 단순히 화장품 뿐 아니라, 특정 물질 내부에 임의의 삼차원형상을 형성하는 모든 분야에서 발생하는 문제이다.

한국 공개특허공보 제10-2016-0043872호("3D 프린터", 공개일 2016.04.22.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 적층 제어 시스템 및 방법의 목적은 다수개의 용기 각각의 내부에 삼차원형상을 동시에 형성하는 것이 용이한, 즉 양산에 적합한 적층 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 적층 제어 시스템은, 적층할 삼차원형상의 정보를 입력받는 전자기기; 상기 전자기기로부터 삼차원형상의 정보를 전달받아 상기 삼차원형상을 형성하는 적층 제조 장치; 및 상기 삼차원형상이 형성되는 스테이지;를 포함하고, 상기 스테이지의 일면에는 바탕물질이 수용된 다수개의 용기가 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 적층 제어 시스템은 복수의 스테이지를 일측 방향으로 연속적으로 이동시키는 이송부;를 더 포함하고, 상기 적층 제조 장치는, 상기 다수개의 용기 내에 각각 적층물질을 분사하여 동일한 삼차원형상을 대량으로 형성하기 위한 복수개의 노즐이 상기 다수개의 용기의 간격에 대응하여 배치되는 적어도 하나 이상의 헤드모듈; 상기 헤드모듈을 이동시키는 이동부; 일측 방향으로 연속적으로 이동하는 상기 스테이지와 헤드모듈의 상대 위치를 제어하기 위한 포지셔닝 센서; 및 상기 헤드모듈, 이동부 및 이송부를 제어하는 제어부;를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드모듈은 복수개인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드모듈은, 상기 노즐의 개수에 대응되는 개수가 마련되고, 각각 적층물질이 수용되며, 일측에 상기 노즐이 결합된 바디부; 상기 바디부 내부 각각에 상기 바디부를 따라 이동 가능하게 삽입되며, 이동에 따라 상기 적층물질을 상기 노즐로 밀어내는 패킹부; 및 복수개의 상기 바디부 각각과 압력라인을 통해 연결되고, 압력의 공급에 따라 상기 패킹부를 밀어내 상기 노즐로 상기 적층물질을 분사시키는 압력원; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드모듈은, 상기 노즐의 개수에 대응되는 개수가 마련되어 일측에 상기 노즐이 결합된 바디부; 및 적층물질이 수용되고, 복수개의 상기 바디부 각각과 압력라인을 통해 연결되어 상기 적층물질을 상기 바디부로 공급하여, 상기 노즐로 상기 적층물질을 분사시키는 압력탱크; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드모듈은, 상기 압력탱크와 제1압력라인을 통해 연결되어 상기 압력탱크로부터 상기 적층물질을 공급받고, 다수개의 상기 바디부 각각과 제2압력라인을 통해 병렬로 연결되어 공급받은 상기 적층물질을 상기 바디부로 분배하는 매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2압력라인의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 매니폴드는 상기 제2압력라인을 통해 상기 바디부로 공급되는 적층물질의 공급 여부를 제어할 수 있는 밸브가 각각의 상기 제2압력라인에 대응되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 모든 상기 헤드모듈에 포함되는 노즐의 개수와 노즐의 위치는 서로 동일한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전자기기 삼차원형상의 부분 모델별 작업정보를 생성하는 작업정보 생성부를 더 포함하고, 상기 제어부는 부분 모델별 작업정보에 따라 상기 이송부 상의 스테이지와 헤드모듈의 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 복수개의 상기 헤드모듈은 나란히 배열되고, 상기 이송부는 상기 스테이지가 나란히 배열된 상기 헤드모듈을 통과하도록 상기 스테이지를 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동부는 상기 헤드모듈을 서로 직교하는 3축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동부는 상기 헤드모듈을 서로 직교하는 세 방향으로 이동시키는 X축 이동부재, Y축 이동부재, Z축 이동부재 및 X축 레일을 포함하며, 상기 이송부가 상기 스테이지를 이송시키는 방향과 동일한 방향으로 형성된 하나의 상기 X축 레일에는 상기 헤드모듈의 X축 이동부재가 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기기는, 상기 삼차원형상의 정보를 입력받아 상기 삼차원형상을 적어도 하나 이상의 부분 모델로 분할하는 분할부; 상기 부분 모델별 작업정보를 생성하는 작업정보 생성부; 및 상기 작업정보 생성부에서 생성된 상기 부분 모델별 작업정보를 상기 적층 제조 장치로 전송하는 전송부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드모듈은 복수개이고, 상기 제어부는 전송받은 상기 부분 모델별 작업정보를 상기 헤드모듈에게 각각 할당하고, 상기 헤드모듈은 할당받은 부분 모델을 각각 형성하여, 복수의 상기 헤드모듈이 하나의 삼차원형상을 적층 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이지의 일면에는 바탕물질이 수용된 용기가 배치되고, 상기 노즐은 상기 용기 내부에 삽입된 후, 적층물질을 분사하여 삼차원형상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분할부는 상기 노즐의 삽입방향을 기준으로 상기 삼차원형상을 부분 모델로 분할하고, 상기 제어부는 분할된 부분 모델 중 상기 노즐의 삽입방향에 위치한 부분 모델을 복수개의 헤드모듈 중 먼저 부분 모델을 형성하는 헤드모듈에 할당하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기기는 상기 분할부에서 분할한 부분 모델별로 노즐의 경로를 최적화하는 경로 최적화부를 더 포함하고, 상기 작업정보 생성부에서 생성하는 상기 부분 모델별 작업정보에는 상기 경로 최적화부에서 연산된 노즐의 경로정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경로 최적화부는, 상기 분할부에서 분할한 각각의 부분 모델을 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나누고, 상기 레이어 각각에 포함된 서로 이격된 다수개의 폴리곤을 인식한 후, 상기 다수개의 폴리곤들을 서로 맞닿은 폴리곤으로 이루어진 다수개의 파트로 나누고, 상기 노즐이 상기 다수개의 파트를 순차적으로 형성하도록 상기 노즐의 경로정보를 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기기는 상기 작업정보 생성부에서 생성된 상기 부분 모델별 작업정보를 유선 또는 무선으로 송신하는 송신부를 더 포함하고, 상기 적층 제조 장치는 상기 송신부에서 송신되는 작업정보를 수신하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 적층 제조 장치는 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 생성하는 상태정보 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상태정보 생성부는 생성된 정보를 상기 전자기기로 전송하고, 상기 전자기기는 상기 적층 제조 장치별로 상기 작업 상태정보 또는 상기 장치 상태정보를 전송받아 출력하는 상태정보 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 적어도 하나의 상기 헤드모듈은 다른 헤드모듈과 분사하는 적층물질이 다른 것을 특징으로 한다.

또한, 적어도 하나의 상기 헤드모듈은 다른 헤드모듈과 분사하는 적층물질의 색상 또는 성분이 다른 것을 특징으로 한다.

상술한 적층 제어 시스템을 이용한 본 발명에 의한 적층 제어 방법은, a) 상기 전자기기에서 적층할 삼차원형상의 정보를 입력받는 단계; b) 상기 전자기기에서 상기 삼차원형상의 작업정보를 생성하여 상기 적층 제조 장치로 전송하는 단계; c) 상기 적층 제조 장치에서 상기 삼차원형상의 작업정보를 수신해 상기 적층 제조 장치에 포함되는 적어도 하나 이상의 헤드모듈 각각에 상기 작업정보를 할당하는 단계; 및 d) 상기 헤드모듈에서 상기 삼차원형상을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 헤드모듈 각각에 작업정보를 할당하는 단계는 연속적으로 이송되는 스테이지에 위치한 용기 내부에 삼차원형상을 적층하기 위한 작업정보를 할당하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 b) 단계는, b-1) 상기 전자기기의 분할부에서 상기 삼차원형상을 적어도 하나 이상의 부분 모델로 분할하는 단계; 및 b-2) 상기 전자기기의 작업정보 생성부에서 상기 부분 모델별 작업정보를 생성하여 상기 적층 제조 장치로 전송하는 단계; 를 포함하고, 상기 c) 단계는 상기 적층 제조 장치에서 상기 부분 모델별 작업정보를 수신해, 적어도 하나 이상의 상기 헤드모듈 각각에 상기 부분 모델별 작업정보를 할당하며, 상기 d) 단계는 연속적으로 이송되는 스테이지의 위치를 확인하고 각 스테이지 상에 위치한 용기 내부에 상기 헤드모듈 각각에서 부분 모델을 적층 형성하여 하나의 삼차원형상을 적층 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 d) 단계는 상기 헤드모듈들이 개별적으로 할당된 부분 모델을 순차적으로 형성하여 하나의 상기 삼차원형상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 d) 단계는 바탕물질 내부에 노즐을 삽입한 후, 상기 노즐에서 적층물질을 분사하여 부분 모델을 형성하여 삼차원형상을 형성하고, 상기 b-1) 단계에서 상기 분할부는 상기 적층 제조 장치에서 삽입될 노즐의 삽입 방향을 기준으로 상기 삼차원형상을 부분 모델로 분할하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 b-2) 단계는 상기 b-1) 단계에서 분할된 부분 모델별 노즐의 경로가 최적화되도록 연산하고, 생성된 부분 모델별 작업 정보에는 연산된 노즐의 경로정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 b-2) 단계는 상기 b-1) 단계에서 분할된 각각의 부분 모델을 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나누고, 상기 레이어 각각에 포함된 서로 이격된 다수개의 폴리곤을 인식한 후, 상기 다수개의 폴리곤들을 서로 맞닿은 폴리곤으로 이루어진 다수개의 파트로 나누고, 상기 노즐이 다수개의 파트를 순차적으로 형성하도록 상기 노즐의 경로정보를 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한, e) 상기 d) 단계와 동시에 수행되며, 상기 적층 제조 장치의 상태정보 생성부에서 상기 헤드모듈별 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 생성하고, 상기 전자기기로 상기 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, f) 상기 e) 단계와 동시에 수행되며, 상기 e) 단계에서 송신된 상기 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 수신하여, 상기 헤드모듈별로 상기 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 적층 제어 방법을 통해, 용기; 상기 용기 내부에 채워지는 바탕물질; 및 상기 바탕물질에 의해 둘러싸이며, 적어도 하나 이상의 서로 다른 부분 모델로 이루어지고, 적층 제조 장치에 포함되는 적어도 하나 이상의 헤드모듈이 상기 부분 모델을 순차적으로 형성하여 이루어진 삼차원형상을 포함하는 제품을 제조할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 적층 제어 시스템 및 방법에 의하면, 적층 제조 장치가 각각이 다수개의 노즐을 포함하는 적어도 하나 이상의 헤드모듈을 포함하고, 헤드모듈에 포함되는 다수개의 노즐이 개별적으로 삼차원형상을 형성하기 때문에 양산에 적합하다.

또한, 본 발명에 의하면 헤드모듈이 적어도 둘 이상일 경우, 분할부가 삼차원형상을 헤드모듈의 개수에 대응되도록 부분 모델로 분할하고, 분할된 부분 모델에 대한 작업 정보를 각각의 헤드모듈에 할당하여 하나의 삼차원형상을 함께 형성하도록 할 수 있어, 다양한 색상 또는 서로 다른 적층물질로 이루어진 삼차원형상을 노즐의 세척 및 적층물질의 교환 없이도 보다 빠르게 형성할 수 있는 효과가 있어, 양산에 적합하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 사시도.
도 3은 도 2의 부분 확대도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 헤드모듈, 스테이지 및 이송부의 정면 개략도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템에서 입력받은 삼차원 형상과 본 발명의 분할부에서 상기 삼차원형상을 분할한 개략도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 경로 최적화부에서 도 6에 도시된 삼차원형상을 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나눈 개략도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 경로 최적화부에서 하나의 모델을 다수의 파트로 구분한 개략도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 제1동작 실시예의 개략도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 제2동작 실시예의 개략도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템을 이용해 제작된 제품의 정면도.
도 12는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템의 작업 상태 출력부에 의해 출력되는 화면의 일예.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 적층 제어 시스템의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템을 블록 형태로 개략적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템은 전자기기(100) 및 적층 제조 장치(200)를 포함할 수 있다.

전자기기(100)는 연산 가능한 하드웨어가 포함된 종류일 수 있으며, 대표적으로 PC 또는 스마트폰일 수 있다. 전자기기(100)는 후술할 적층 제조 장치(200)에 작업정보를 전달하여 적층 제조 장치(200)에서 삼차원형상의 형성이 이루어지게 할 수 있으며, 적층 제조 장치(200)로부터 작업상태를 전송받아 상태를 출력할 수 있다. 즉, 전자기기(100)는 적층 제조 장치(200)에 삼차원정보의 정보를 전달하고, 적층 제조 장치(200)로부터 상태정보를 전송받아 적층 제조 장치(200)를 모니터링한다. 전자기기(100)는 상술한 바와 같은 동작을 위해, 도 1에 도시된 분할부, 작업정보 생성부, 경로 최적화부, 송신부 및 작업상태 출력부를 포함할 수 있다. 분할부, 작업정보 생성부, 경로 최적화부, 송신부 및 작업상태 출력부는 전자기기 내부에 설치되는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 전자기기(100)에 포함되는 세부적인 구성들에 대해서는 후술한다.

적층 제조 장치(200)는 전자기기(100)로부터 작업정보를 전달받아, 실제로 삼차원형상을 출력하는 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적층 제조 장치(200)는 헤드모듈, 이동부 및 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 헤드모듈과 이동부 각각을 제어하며, 제어부의 구체적인 동작은 후술한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템을 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템은 전자기기(100)와 적층 제조 장치(200) 외에도 제1스테이지(310), 제2스테이지(320) 및 이송부(400)를 더 포함할 수 있다.

제1스테이지(310) 및 제2스테이지(320)는 적층 제조 장치(200)가 상면에 삼차원형상을 형성하는 부분으로, 도 2에 도시된 바와 같이 제1스테이지(310)와 제2스테이지(320)의 상면에는 내부에 삼차원형상이 형성되는 용기(10)가 배치될 수 있다. 용기(10)는 별다른 조치 없이 제1스테이지(310)와 제2스테이지(320)의 상면에 놓일 수 있고, 이와 달리 제1스테이지(310)와 제2스테이지(320)의 상면에 용기(10)가 안정적으로 안착될 수 있도록, 용기(10)의 하면에 대응되는 홈이 형성될 수 있으며, 홈이 아니더라도 접착제와 같은 기타 방식을 통해 용기(10)가 제1스테이지(310) 및 제2스테이지(320)의 상면에 안정적으로 안착되도록 할 수 있다. 스테이지의 상면에 안착된 용기(10)들은 스테이지가 적층 제조 장치(200)의 내부에 위치했을 때, 헤드모듈에 포함된 노즐들의 위치에 대응되도록 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 이송부(400)는 상기 제1스테이지(310)와 제2스테이지(320)를 X축 방향으로 이동시킬 수 있다. 이송부(400)는 다양한 형태로 구현되어 제1스테이지(310)와 제2스테이지(320)를 X축 방향으로 이동시킬 수 있지만, 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템에서 이송부(400)는 스테이지의 정밀한 이동 제어를 위해 체인 컨베이어 형태로 구현되어 스테이지를 X축 방향으로 연속적으로 이동시킬 수 있다. 단, 본 발명은 이송부(400)를 체인 컨베이어에 한정하는 것은 아니며, 스테이지를 X축 방향으로 연속적으로 정밀하게 이동시킬 수 있다면 어떠한 형태로 구현될 수 있다. 이송부(400)는 전자기기(100) 또는 적층 제조 장치(200)에 포함되는 제어부의 제어에 따라 구동될 수 있다. 이송부(400)는 제1스테이지(310)와 제2스테이지(320)를 헤드모듈 각각으로 정확한 위치에 이동시켜야 한다. 따라서 본 실시예에서 적층 제조 장치(200)는 제1스테이지(310)와 제2스테이지(320)의 위치를 센싱할 수 있는 포지셔닝 센서, 이송부(400)를 정밀하게 제어할 수 있는 모터(예를 들어 서보 모터 또는 스텝 모터), 모터 드라이버 및 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 적층 제조 장치(200)는 제1헤드모듈(210a) 및 제2헤드모듈(210b)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 적층 제조 장치(200)에 포함되는 헤드모듈의 개수는 두 개 이지만, 본 발명의 적층 제어 시스템은 적층 제조 장치(200)에 포함되는 헤드모듈의 개수를 본 실시예와 같이 두 개에 한정하는 것은 아니며, 설계 사항 또는 필요에 따라 하나 이상의 헤드모듈을 포함할 수 있다. 헤드모듈들은 실제로 삼차원형상의 전체 또는 일부를 형성하는 부분이다. 도 2에 도시된 본 실시예에서 헤드모듈은 두 개 이므로, 두 개의 헤드모듈 각각에서 서로 동일한 삼차원형상을 형성하거나, 서로 다른 삼차원형상을 형성할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 제1헤드모듈(210a)을 확대 도시한 것이다.

제1헤드모듈(210a)과 제2헤드모듈(210b)은 그 기본적인 구성이 동일하므로, 도 3을 참조하여 제1헤드모듈(210a)에 대해서 상세히 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1헤드모듈(210a)은 노즐(220), 바디부(221), 연결부재(241), 고정프레임(242)을 포함할 수 있다.

고정프레임(242)은 다수개의 노즐(220)을 고정 및 배열하기 위한 일종의 구조물로, 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템에서 고정프레임(242)은 도 3에 도시된 바와 같이, 디귿자로 연장된 형상일 수 있으며, 노즐(220)은 고정프레임(242)의 측면에 일정 간격 이격되도록 결합될 수 있다. 단, 본 발명은 고정프레임(242)의 구조를 도 3에 도시된 디귿자에 한정하는 것은 아니며, 적층 제조 장치(200)의 동작시 노즐(220) 또는 바디부(221)에 과도한 진동이 전달되는 것을 방지하기 위해, 미음자 형태의 고정프레임(242)이 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 연결부재(241)는 고정프레임(242)과 후술할 이동부를 연결한다.

노즐(220)은 적층물질을 분사해 삼차원형상을 형성하는 부재로, 바디부(221)의 하단에 결합될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 헤드모듈에는 다수개의 노즐(220)이 배치될 수 있고, 노즐(220)의 개수에 대응되는 개수의 바디부(221) 또한 마련될 수 있다. 바디부(221)는 적층물질이 수용되는 부분으로, 바디부(221)의 상단(222)은 압력라인을 통해 압력원(미도시) 또는 압력탱크(미도시)가 연결되어, 압력탱크로부터 적층물질을 공급받거나, 압력원을 통해 압력을 공급받아 노즐(220)에서 적층물질이 분사되도록 할 수 있다. 다수개의 바디부(221)는 압력탱크 또는 압력원과 병렬로 연결될 수 있다.

적층 제조 장치(200)의 이동부는 헤드모듈(210a)을 이동시키는 역할을 한다. 이동부에서 헤드모듈(210a)을 이동시키는 이유는, 헤드모듈(210a)에 포함된 노즐(220)을 이동시키면서 적층물질을 분사해야지만 원하는 삼차원형상을 정밀하게 표현할 수 있기 때문이다. 이동부는 헤드모듈(210a)을 삼차원 방향으로 이동시킬 수 있으며, 구체적으로는 서로 직교하는 X축, Y축, Z축 방향으로 제1헤드모듈(210a)을 이동시킬 수 있다. 이동부는 하나의 헤드모듈을 이동시키므로, 이동부에 의해 이동하는 헤드모듈에 포함된 노즐(220)들은 동일한 삼차원형상을 형성하게 되며, 이러한 구성을 통해 본 실시예에 의한 적층 제어 시스템은 양산에 적합할 수 있다.

도 3을 참조하면, 이동부는 제1헤드모듈(210a)을 이동시키기 위해 X축 이동부재(231), Y축 이동부재(232), Z축 이동부재(233) 및 X축 레일(234)을 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, X축 레일(234)은 이송부(400)가 스테이지를 이동시키는 방향, 즉 X축 방향으로 연장 형성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1헤드모듈에 연결된 X축 이동부재(231)는 상기 X축 레일(234)에 결합되어 있으며, X축 방향으로 슬라이딩 가능하게 구성되어 있다. X축 이동부재(231)의 일면에는 Y축 이동부재(232)가 결합되어 있으며, X축 이동부재(231)의 일면에는 Y축 이동부재(232)가 슬라이딩되어 이동 가능하도록 레일이 형성되어 있으며, 마찬가지로 Y축 이동부재(232)의 일면에도 Z축 이동부재(233)가 Z축 방향으로 슬라이딩되어 이동 가능하도록 레일이 형성되어 있다. Z축 이동부재(233)에는 연결부재(241)를 통해 헤드모듈이 결합되어 있다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 이동부는 X축 이동부재(231), Y축 이동부재(232) 및 Z축 이동부재(233)를 각각 별개로 구동시킬 수 있는 동력원을 포함할 수 있으며, 상기 동력원은 각각의 이동부재들의 정밀한 이동 제어가 가능한 장치를 포함하여 구현되어, 상술한 제어부에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, X축 이동부재(231) 및 Y축 이동부재(232)의 정밀한 제어를 위한 동력원은 리니어 모터가 사용될 수 있고, Z축 이동부재(233)는 Z축으로 이동한 후 고정되어야 하기 때문에, Z축 이동부재(233)를 이동시키는 동력원은 서보 모터가 사용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 하나의 X축 레일(234)에는 제1헤드모듈(210a) 및 제2헤드모듈(210b) 각각이 X축 이동부재(231)를 통해 결합될 수 있다. 제1헤드모듈(210a) 및 제2헤드모듈(210b)이 하나의 X축 레일(234)을 공유함에 따라, 보다 경제적으로 각각의 헤드모듈의 이동구조를 구성할 수 있으며, 다수개의 헤드모듈을 결합함으로써, 삼차원형상을 대량생산하는 공정, 즉 양산에 유리한 효과가 있다. X축 레일(234) 상에 결합된 서로 다른 헤드모듈은 서로 일정거리 이격되도록 배치될 수 있다. 본 실시예는 제1헤드모듈(210a) 및 제2헤드모듈(210b)이 하나의 X축 레일(234)을 공유하지만, 서로 일정거리 이격되어 서로의 움직임을 간섭하지 않는다면 각 헤드모듈별로 서로 다른 삼차원형상을 형성할 수 있어, 제품의 다양화 또는 생산속도 향상 측면에서 유리할 수 있다. 제1헤드모듈(210a) 및 제2헤드모듈(210b) 각각이 서로 다른 종류의 삼차원형상을 형성하는 동작 실시예에 대해서는 후술한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템에서 노즐(220) 및 바디부(221)가 서로 다른 방식으로 구현된 것을 정면에서 개략적으로 도시한 것이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템에서 노즐(220) 및 바디부(221)는 도 4에 도시된 바와 같은 밸브 타입으로 구현될 수 있다. 밸브 타입이란 도 4에 도시된 바와 같이 대용량의 적층물질이 수용되는 압력탱크(250)와 바디부(221)가 제1압력라인(2)을 통해 서로 연결되고, 제1압력라인(2)에서 각각의 바디부(221)가 제2압력라인(3)을 통해 병렬로 연결되며, 압력탱크(250)가 각각의 바디부(221)에 적층물질을 공급해 각각의 바디부(221)의 하단에 결합된 노즐(220)로 적층물질이 분사되도록 하는 방식이다. 도 4에는 생략되어 있지만, 제1압력라인(2)과 제2압력라인(3)이 연결되는 부분에 설치되는 장치가 도 3에 도시된 매니폴드(223)일 수 있으며, 압력탱크(250), 제1압력라인(2), 매니폴드(223) 또는 바디부(221)에는 별도의 밸브가 형성되고, 적층 제조 장치의 제어부는 상기 밸브를 열거나 닫아 적층물질의 분사를 조절할 수 있다. 압력탱크(250), 제1압력라인(2), 매니폴드(223) 또는 바디부(221)에 형성되는 밸브에는 다양한 종류의 밸브가 적용될 수 있으며, 대표적으로 솔레노이드 밸브가 적용될 수 있다. 매니폴드(223) 또는 제2압력라인(3)에 개별적인 밸브가 적용될 경우, 적층 제조 장치의 제어부는 제2압력라인(3) 별로 개별적인 밸브를 제어하여, 사용/미사용하는 바디부(221)와 노즐(220)을 선택할 수 있다.

도 3에는 제1압력라인(2)이 생략되어 있지만 제1압력라인(2)의 끝단은 바디부(221)에 형성된 제1홀(224)과 연결되어, 압력탱크(250)로부터 전달되는 적층물질을 매니폴드(223)의 내부로 공급할 수 있다. 매니폴드(223)의 측면에는 제2홀(225)이 형성되어 있는데, 제2홀(225)과 바디부(221)의 상단(222)은 제2압력라인(3)을 통해 서로 연결될 수 있으며, 매니폴드(223)에 공급된 적층물질은 내부공간, 제2홀(225) 및 제2압력라인(3)순으로 이동하여, 각각의 바디부(221) 및 노즐(220)로 공급될 수 있다. 본 실시예에서는 모든 바디부(221)에 대해, 매니폴드(223)의 제2홀(225)과 바디부(221)의 상단(222)을 연결하는 제2압력라인(3)의 길이를 동일하게 하여, 바디부(221)로 공급되는 적층물질의 양을 동일하게 할 수 있다.

노즐(220) 및 바디부(221)는 도 5에 도시된 바와 같은 시린지(Syringe) 타입으로 구현될 수 있다. 시린지 타입이란 도 5에 도시된 바와 같이, 바디부(221) 자체에 적층물질이 수용되고, 바디부(221)와 압력원(260)은 압력라인(20)을 통해 서로 연결되며, 압력원(260)이 각각의 바디부(221)에 압력만을 전달하여 노즐(220)에서 적층물질이 분사되도록 하는 방식이다. 압력원(260)에서 전달되는 압력은 공압일 수 있으며, 바디부(221)에는 적층물질(12)과 압력원(260)에 의해 밀리는 공기를 구분하는 패킹(226)이 삽입되어, 압력원(260)에서 전달되는 압력에 의해 패킹(226)이 밀리며 바디부(221) 내부에 수용된 적층물질(12)을 노즐(220)로 밀어낼 수 있다. 시린지 타입은 적층물질의 변경시 대응이 용이하며 구성비용이 상대적으로 낮으나, 작업도중 재료의 소진시 교체 및 세팅 시간이 발생하는 단점이 있고, 밸브 타입은 시린지 타입과는 달리 지속적으로 사용 가능하나, 구성비용이 상대적으로 높다. 본 실시예에서는 앞서 도시된 바와 같이, 밸브 타입의 바디부(221)가 사용될 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 노즐(220)은 용기(10) 내부에 삽입된 상태에서 적층물질(12)을 분사할 수 있다. 노즐(220)이 용기(10)에 삽입되는 방향은 Z축 방향이며, 용기(10) 내부에는 바탕물질(11)이 수용될 수 있다. 바탕물질(11)과 삼차원형상을 형성하는 적층물질(12)은 그 종류가 다른 물질일 수 있으며, 구체적으로는 바탕물질(11)과 적층물질(12)은 점성, 색상 및 성분 중 적어도 하나 이상이 다를 수 있다. 바탕물질(11) 내부에 삼차원형상이 형성될 수 있으므로, 바탕물질(11)은 일정 정도 이상의 투명도를 가질 수 있다.

앞서 설명한 전자기기(100)에 포함되는 분할부는 전자기기(100)에 입력받은 삼차원형상을 입력받아 삼차원형상을 분할하지 않고 하나의 부분 모델로 설정하거나, 적어도 두 개 이상의 부분 모델로 분할하는 역할을 한다. 이때 삼차원형상을 분할하는 개수는 적층 제조 장치에 포함되는 헤드모듈의 개수일 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템에서 입력받은 삼차원 형상과 분할부에서 삼차원형상을 분할한 부분 모델들을 도시한 것이다.

도 6a에 도시된 삼차원형상(20)은 꽃 형상이며, 도 6a에 도시되었던 삼차원형상(20)은 도 6b에 도시된 바와 같이, 분할부에 의해 제1부분 모델(21)과 제2부분 모델(22)로 분할될 수 있다. 도 6에 도시된 삼차원형상(20)이 제1부분 모델(21)과 제2부분 모델(22)로 분할되는 기준은 각각의 부분 모델이 어떠한 적층물질로 형성되는지 일 수 있으며, 이를 위해 전자기기(100)에 입력되는 삼차원형상의 정보에는 삼차원형상의 특정 부분이 어떠한 적층물질로 형성되는지에 대한 정보가 포함될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 제1부분 모델(21)과 제2부분 모델(22)은 삼차원형상(20)을 포함하는 제품의 목적상 서로 다른 종류의 물질일 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 기능성 물질 A 및 B 중 A로는 제1부분 모델(21)을, B로는 제2부분 모델(22)을 형성할 수 있다. 제1부분 모델(21)과 제2부분 모델(22)을 형성하는 물질의 색상은 서로 다를 수 있는데, 예를 들어 도 6에 도시된 꽃 모양의 삼차원형상(20)을 보다 구체적으로 표현하기 위해, 제1부분 모델(21)은 초록색으로 형성하여 꽃의 줄기와 잎을 표현할 수 있고, 제2부분 모델(22)은 빨간색 또는 파란색으로 형성하여 꽃잎을 표현할 수 있다.

분할부에서 분할되는 제1부분 모델(21) 및 제2부분 모델(22)은 각각 적층 제조 장치(200)의 헤드모듈들에 할당되어 나뉘어 형성될 수 있다. 보다 상세히, 앞서 설명한 제1헤드모듈(210a)에서는 제1부분 모델(21)을 형성하고, 제2헤드모듈(210b)은 제1부분 모델(21)이 형성된 용기에 제2부분 모델(22)을 형성하여, 제1헤드모듈(210a) 및 제2헤드모듈(210b)이 하나의 삼차원형상(20)을 형성할 수 있다. 단, 이렇게 되려면 제1헤드모듈(210a)과 제2헤드모듈(210b) 각각이 시간순서를 가지고 제1부분 모델(21)과 제2부분 모델(22)을 형성해야 한다. 따라서 노즐을 이용해 제2부분 모델(22)을 형성할 때, 이미 형성된 제1부분 모델(21)은 노즐에 의해 손상되지 않아야 하며, 따라서 분할부는 부분 모델이 형성되는 시간관계를 파악하여 입력받은 삼차원형상을 분할해야 한다. 보다 구체적으로 노즐이 용기의 상측에서 하측으로 삽입되어 부분 모델들을 형성한다고 했을 경우, 먼저 형성되는 제1부분 모델(21)의 일부영역과 제2부분 모델(22)의 일부영역이 서로 겹쳐지더라도, 분할부는 제1부분 모델(21)의 겹쳐지는 일부영역이 제2부분 모델(12)의 겹쳐지는 일부영역보다 상측에 위치하지 않도록 삼차원형상(20)을 분할해야 한다.

경로 최적화부는 분할부에서 분할한 부분 모델별로 노즐의 경로를 최적화한다.

도 7은 분할부에서 분할된 제1부분 모델(21)과 제2부분 모델(22) 각각을 적층방향으로 나눠, 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나눈 것을 도시한 것이다. 경로 최적화부는 상술한 바와 같이, 분할부에서 분할한 각각의 부분 모델을 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나누고, 레이어 각각에 포함된 서로 이격된 다수개의 폴리곤을 인식한다. 이후 경로 최적화부는 인식된 폴리곤들을 서로 맞닿은 폴리곤들로 이루어진 다수개의 파트로 구분하며, 각각의 파트별로 노즐이 어떤 경로로 이동할 때, 최단거리로 해당 파트를 형성할 수 있을지 노즐의 경로정보를 연산할 수 있다.

도 8은 상술한 경로 최적화부의 동작을 일예를 설명하기 위해, 알파벳 B형상의 하나의 모델의 정면을 도시한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 알파벳 B형상의 모델은 제1파트(PT1), 제2파트(PT2) 및 제3파트(PT3)로 구분되어 있으며, 각각의 파트는 레이어별로 포함된 폴리곤들 중, 서로 맞닿은 폴리곤으로 이루어져 있으며, 경로 최적화부는 각각의 파트별로 노즐의 경로정보를 연산한다.

보다 구체적으로, 경로 최적화부는 제1파트(PT1)에 포함되는 2차원의 다각형인 폴리곤들을 순차적으로 형성하도록 노즐의 경로정보를 연산할 수 있으며, 이를 제1파트(PT1)를 기준으로 설명하면, 노즐이 가장 하측에 위치한 폴리곤을 한 붓 그리기 방법으로 형성한 후, 상측 레이어로 이동하고, 다시 한 붓 그리기 방법으로 다음 레이어의 폴리곤을 형성하도록 하여, 제1파트(PT1)를 형성하도록 노즐의 경로 정보를 연산할 수 있다. 하나의 파트에 포함된 폴리곤의 형상에 따라 노즐은 적층물질의 분사/분사중단을 반복할 수 있다. 이러한 본 발명의 방식은 노즐을 일측으로만 이동시키면서 하나의 레이어에 포함된 모든 폴리곤을 형성한 후, 다음 레이어에 포함된 모든 폴리곤을 형성하는 방식에 비해 적층물질의 분사/분사중단 횟수가 감소하고, 노즐의 이동거리가 감소하기 때문에, 보다 빠르게 삼차원형상을 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 실시예는 상술한 바와 같은 경로 최적화부의 동작을 통해, 삼차원형상(20)을 형성하는 적층물질이 일정 정도 이상의 점성을 가질 경우, 적층물질의 공급/중단을 반복하는 과정에서 발생하는 거미줄 현상을 감소시켜 본 실시예를 통해 제조되는 삼차원형상의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

작업정보 생성부는 분할부에서 분할한 부분 모델의 정보와, 경로 최적화부에서 연산한 부분 모델별 노즐의 경로정보를 포함하는 부분 모델별 작업정보를 생성한다. 작업정보 생성부에서 생성된 부분 모델별 작업정보는 소정 이름의 파일에 저장되어 송신부를 통해 적층 제조 장치(200)에 전달될 수 있으며, 적층 제조 장치(200)는 수신부로 해당 파일을 수신하고, 적층 제조 장치(200)의 제어부는 파일에 포함된 부분 모델별 작업정보를 각각의 헤드모듈에 할당할 수 있다. 분할부에서 분할한 부분 모델들 중, 제1부분 모델(21)은 먼저 형성되어야 하기 때문에, 제1부분 모델(21)의 정보는 나란히 배열된 복수의 헤드모듈 중 앞서 위치한 제1헤드모듈(210a)에 할당되고, 제2부분 모델(22)은 제1부분 모델(21)보다 나중에 형성되기 때문에 제2헤드모듈(220a)에 할당된다. 앞서 위치한 적층 제조 장치의 의미는, 가장 먼저 부분 모델을 형성한다는 의미이다.

도 9는 상술한 바와 같이, 제1부분 모델(21)의 작업정보는 제1헤드모듈(210a)에, 제2부분 모델(22)의 작업정보는 제2헤드모듈(210b)에 할당되어 작업이 이루어지는 과정, 즉 본 발명의 제1동작 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

제1헤드모듈(210a)은 용기(10) 내부에 먼저 제1부분 모델(21)을 형성할 수 있으며, 제1부분 모델(21)의 형성이 완료되면, 이송부(400)는 제1부분 모델(21)이 형성된 제1스테이지(310)를 제2헤드모듈(210b)로 이동시킬 수 있다. 이송부(400)에서 제1스테이지(310)를 제2헤드모듈(210b)로 이동시키는 과정에서 제2헤드모듈(210b)은 상측, 즉 Z축 방향으로 이동할 수 있다. 제1스테이지(310)의 좌측에는 제2스테이지(320)가 배치되기 때문에, 이송부(400)에 의해 제2스테이지(320) 또한 제1헤드모듈(210a)로 이동하게 되며, 제1헤드모듈(210a) 또한 이송부(400)에서 제2스테이지(320)를 제1헤드모듈(210a)로 이동시키는 과정에서 상측, 즉 Z축 방향으로 이동할 수 있다. 이후 제2헤드모듈(210b)은 도 9에 도시된 바와 같이, 제1스테이지(310)의 상면에 위치한 용기(10) 내부에 제2부분 모델(22)을 형성함으로써 삼차원형상(20)을 형성할 수 있으며, 제1헤드모듈(210a)은 제2스테이지(320)의 상면에 위치한 용기(10) 내부에 제1부분 모델(21)을 형성함으로써, 연속적인 삼차원형상의 생산이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1헤드모듈(210a)의 바디부에는 제1압력탱크(251)가, 제2헤드모듈(210b)의 바디부에는 제2압력탱크(252)가 연결되어 있다. 제1압력탱크(251)와 제2압력탱크(252)는 서로 다른 적층물질을 각각에 연결된 바디부에 전달할 수 있다. 이러한 방식은 제1부분 모델(21)과 제2부분 모델(22)이 서로 다른 물질로 이루어질 경우, 종래의 방식과 같이 압력탱크 내부에 수용된 적층물질의 세척 및 교환과정이 생략되어, 삼차원형상의 형성속도를 향상시킬 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제1동작 실시예와 같이 동작할 경우 제1헤드모듈(210a)과 제2헤드모듈(210b)에 개별적으로 포함되어 사용되는 노즐의 배치(위치와 개수)는 서로 동일할 수 있다. 이는 제1헤드모듈(210a)과 제2헤드모듈(210b)이 각각 개별적으로 부분 모델을 형성하기 때문에, 노즐의 배치가 동일해야 하나의 삼차원형상을 제1헤드모듈(210a)과 제2헤드모듈(210b)이 함께 형성할 수 있기 때문이다.

도 10은 본 발명의 제2동작 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 앞서 설명한 제1동작 실시예 같이 제1헤드모듈(210a)과 제2헤드모듈(210b) 각각이 하나의 삼차원형상을 함께 형성하는 것이 아닌, 도 10과 같이 헤드모듈 각각이 하나의 삼차원형상을 형성하는 실시예가 있을 수 있다.

전자기기(100)에 포함되는 송신부는 상기 작업정보 생성부에서 생성한 부분 모델별 작업정보를 개별적인 적층 제조 장치에 유선 또는 무선으로 전송하거나, USB와 같은 이동식 메모리를 이용해 전달할 수 있다. 송신부가 유선 또는 무선으로 부분 모델별 작업정보를 전송할 경우, 각각의 적층 제조 장치는 부분 모델별 작업정보를 수신할 수 있는 수신부를 더 포함할 수 있다. 송신부에서 생성된 부분 모델별 작업정보가 이동식 메모리를 통해 적층 제조 장치로 전송하는 방식이 사용될 경우, 전자기기(100)는 이동식 메모리를 결합시킬 수 있는 별도의 커넥터를 포함할 수 있으며, 이동식 메모리가 전자기기(100)에 물리적으로 결합되면 수동 또는 자동으로 작업정보 생성부에서 생성된 부분 모델별 작업정보가 이동식 메모리에 저장될 수 있다. 이동식 메모리에 저장되는 부분 모델별 작업정보에는 할당될 적층 제조 장치를 식별할 수 있는 식별코드가 포함될 수 있다.

적층 제조 장치(200) 또한 전자기기(100)와 마찬가지로 이동식 메모리와 물리적으로 결합될 수 있는 커넥터가 형성될 수 있으며, 이동식 메모리가 적층 제조 장치와 결합되면, 수동 또는 자동으로 이동식 메모리에 포함된 부분 모델별 작업정보 중 하나가 적층 제조 장치로 전송될 수 있다.

도 11은 앞서 설명한 과정을 거쳐 제조된 용기(10) 내부의 삼차원형상(20)을 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 용기(10)는 뚜껑(11) 및 뚜껑(11)과 결합되는 용기(10)의 입구(14)를 포함할 수 있으며, 입구(14)로 노즐이 삽입되어 삼차원형상(20)을 형성할 수 있다. 도 11에 도시된 제품은 사용시 서로 다른 두 개의 액체(삼차원형상을 이루는 적층물질과 바탕물질)를 섞어 사용하되, 섞기 전까지는 그 형상이 유지되는 제품일 수 있다. 도 11에 도시된 제품의 대표적인 예로써 화장품, 식음료, 제약품 및 바이오 유관제품일 수 있다. 제품이 화장용 제품일 때 바탕물질은 제1화장료 조성물, 적층물질은 제2화장료 조성물일 수 있고, 제품이 식음용 제품일 때 바탕물질은 제1식음용 조성물, 적층물질은 제2식음용 조성물일 수 있으며, 제품이 제약용 제품일 때 바탕물질은 제1제약용 조성물, 바탕물질은 제2제약용 조성물일 수 있고, 제품이 바이오 유관 제품일 때, 바탕물질은 제1바이오 조성물, 적층물질은 제2바이오 조성물일 수 있다.

적층 제조 장치(200)의 상태정보 생성부는 헤드모듈별로 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 생성한다. 상태정보 생성부에서 생성된 작업 상태정보는 각각의 헤드모듈별로 할당된 부분 모델이 몇 퍼센트나 형성되었는지 정보일 수 있으며, 장치 상태정보는 각각의 헤드모듈에 연결된 압력탱크 내부 또는 헤드모듈 내부의 소모품의 잔량이 얼마나 남았는지에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상태정보 생성부에서 생성된 작업 상태정보 또는 장치 상태정보는 전자기기(100)로 전송될 수 있으며, 전자기기(100)의 작업상태 출력부는 각각의 적층 제조 장치(200)의 상태정보 생성부로부터 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 수신하여, 전자기기(100)상에 출력할 수 있으며, 도 12는 상태정보 생성부에서 출력되는 화면의 일예를 도시한 것이다.

도 12에 도시된 본 실시예에서는 전자기기(100)에 적층 제조 장치(200)의 작업 상태정보 또는 장치 상태정보가 출력되었지만, 이와는 별개로 적층 제조 장치(200) 각각이 개별적인 디스플레이장치를 포함하고, 해당 디스플레이장치에 개별적인 제조 장치의 작업 상태정보 또는 장치 상태정보가 출력되는 실시예 또한 있을 수 있다. 사용자는 전자기기(100)에 출력되는 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 직접 확인할 수 있으며, 이와는 별개로 통신 가능한 단말기를 통해 전자기기(100)에 접속하여 단말기를 통해 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 확인할 수 있다.

이하 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 방법에 관하여 설명한다.

본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 방법은 앞서 설명한 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템을 활용할 수 있으며, a) 내지 f) 단계를 포함할 수 있다.

a) 단계는 전자기기에서 적층할 삼차원형상의 정보를 입력받는다. 전자기기에 삼차원형상의 정보를 입력하는 주체는 사용자 또는 자동화기기일 수 있다. a) 단계에서 입력된 삼차원형상은 도 6에 도시된 삼차원형상(20)일 수 있다.

b) 단계는 상기 전자기기에서 상기 삼차원형상의 작업정보를 생성하여 상기 적층 제조 장치로 전송한다. 앞서 본 발명의 일실시예에 의한 적층 제어 시스템에서 설명한 바와 같이, 적층 제조 장치는 적어도 하나 이상의 헤드모듈을 포함할 수 있다.

b) 단계에 포함되는 b-1) 단계는 상기 전자기기의 분할부에서 상기 삼차원형상을 적어도 하나 이상의 부분 모델로 분할한다. b-1) 단계에서 삼차원형상을 분할하는 개수는 적층 제조 장치에 포함되는 헤드모듈의 개수에 대응되는 개수와 동일할 수 있다. b-1) 단계는 삼차원형상을 노즐이 삽입되는 방향을 기준으로 분할할 수 있으며, 적층 제조 장치에 포함되는 헤드모듈의 개수가 하나일 경우, b-1) 단계는 삼차원형상을 다수개의 부분 모델로 분할하지 않고, 하나의 부분 모델로 설정할 수 있다.

b-2) 단계는 상기 전자기기의 작업정보 생성부에서 상기 부분 모델별 작업정보를 생성하여 상기 적층 제조 장치로 전송한다. b-2) 단계는 상기 b-1) 단계에서 분할된 부분 모델별 노즐의 경로가 최적화되도록 연산하고, 생성된 부분 모델별 작업 정보에는 연산된 노즐의 경로정보가 포함되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, b-2) 단계는 b-1) 단계에서 분할된 각각의 부분 모델을 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나누고, 상기 레이어 각각에 포함된 서로 이격된 다수개의 폴리곤을 인식한 후, 상기 다수개의 폴리곤들을 서로 맞닿은 폴리곤으로 이루어진 다수개의 파트로 나누고, 상기 노즐이 다수개의 파트를 순차적으로 형성하도록 상기 노즐의 경로정보를 연산할 수 있다. b-2) 단계에서 삼차원형상이 다수개의 파트로 구분된 상태는 도 8에 도시되어 있다.

c) 단계는 상기 적층 제조 장치에서 상기 삼차원형상의 작업정보를 수신해 상기 적층 제조 장치에 포함되는 적어도 하나 이상의 헤드모듈 각각에 상기 작업정보를 할당한다. 이때 분할된 부분 모델들 중, 노즐이 삽입되는 방향에 위치한 부분 모델의 작업정보가 순서상 앞서 배치된 헤드모듈에 할당되도록 할 수 있다. 이는 노즐이 삽입되는 반대방향에 위치한 부분 모델이 노즐이 삽입되는 방향에 위치한 부분 모델보다 먼저 형성될 경우, 노즐이 삽입되는 방향에 위치한 부분 모델을 형성할 때, 노즐이 삽입되는 방향에 위치한 부분 모델을 형성하기 위한 노즐에 의해 먼저 형성된 부분 모델이 망가질 수 있기 때문이다.

d) 단계는 헤드모듈별로 할당된 작업정보를 기반으로 상기 삼차원형상을 형성하며, 상술한 바와 같이 헤드모듈별로 서로 다른 부분 모델을 형성할 경우, 노즐이 삽입되는 방향에 위치한 부분 모델부터 노즐이 삽입되는 반대 방향에 위치한 부분 모델까지 순차적으로 형성될 수 있다.

d) 단계는 바탕물질 내부에 노즐을 삽입한 후, 노즐에서 적층물질이 분사되어 부분 모델 및 삼차원형상을 형성할 수 있다.

e) 단계는 d) 단계와 동시에 수행되며, 적층 제조 장치의 상태정보 생성부에서 헤드모듈별 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 생성하고, 전자기기로 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 송신한다.

f) 단계는 e) 단계와 동시에 수행되며, e) 단계에서 송신된 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 수신하여, 헤드모듈별로 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 출력하며, f) 단계는 도 12와 같이 수행될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1 : 사용자
2 : 제1압력라인 3 : 제2압력라인
10 : 용기 11 : 바탕물질
12 : 적층물질 13 : 뚜껑
14 : 입구 20 : 삼차원형상
21 : 제1부분 모델 22 : 제2부분 모델
100 : 전자기기 200 : 적층 제조 장치
210a : 제1헤드모듈 210b : 제2헤드모듈
220 : 노즐 221 : 바디부
222 : 바디부의 상단 223 : 매니폴드
224 : 제1홀 225 : 제2홀
231 : X축 이동부재 232 : Y축 이동부재
233 : Z축 이동부재
234 : X축 레일 241 : 연결부재
242 : 고정프레임 250 : 압력탱크
251 : 제1압력탱크 252 : 제2압력탱크
260 : 압력원 310 : 제1스테이지
320 : 제2스테이지 400 : 이송부
PT1 : 제1파트 PT2 : 제2파트
PT3 : 제3파트

Claims

적층할 삼차원형상의 정보를 입력받는 전자기기;
상기 전자기기로부터 삼차원형상의 정보를 전달받아 상기 삼차원형상을 형성하는 적층 제조 장치; 및
상기 삼차원형상이 형성되는 스테이지;를 포함하는 적층 제어 시스템에 있어서,
상기 스테이지의 일면에는 바탕물질이 수용된 다수개의 용기가 일정 간격을 두고 배치되며,
상기 적층 제어 시스템은 복수의 스테이지를 일측 방향으로 연속적으로 이동시키는 이송부;를 더 포함하고,
상기 적층 제조 장치는,
상기 다수개의 용기 내에 각각 적층물질을 분사하여 동일한 삼차원형상을 대량으로 형성하기 위한 복수개의 노즐이 상기 다수개의 용기의 간격에 대응하여 배치되는 적어도 하나 이상의 헤드모듈;
상기 헤드모듈을 이동시키는 이동부;
일측 방향으로 연속적으로 이동하는 상기 스테이지와 헤드모듈의 상대 위치를 제어하기 위한 포지셔닝 센서; 및
상기 헤드모듈, 이동부 및 이송부를 제어하는 제어부;를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는,
적층 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 헤드모듈은 복수개인 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 헤드모듈은,
상기 노즐의 개수에 대응되는 개수가 마련되고, 각각 적층물질이 수용되며, 일측에 상기 노즐이 결합된 바디부;
상기 바디부 내부 각각에 상기 바디부를 따라 이동 가능하게 삽입되며, 이동에 따라 상기 적층물질을 상기 노즐로 밀어내는 패킹부; 및
복수개의 상기 바디부 각각과 압력라인을 통해 연결되고, 압력의 공급에 따라 상기 패킹부를 밀어내 상기 노즐로 상기 적층물질을 분사시키는 압력원;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 헤드모듈은,
상기 노즐의 개수에 대응되는 개수가 마련되어 일측에 상기 노즐이 결합된 바디부; 및
적층물질이 수용되고, 복수개의 상기 바디부 각각과 압력라인을 통해 연결되어 상기 적층물질을 상기 바디부로 공급하여, 상기 노즐로 상기 적층물질을 분사시키는 압력탱크;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 헤드모듈은,
상기 압력탱크와 제1압력라인을 통해 연결되어 상기 압력탱크로부터 상기 적층물질을 공급받고, 다수개의 상기 바디부 각각과 제2압력라인을 통해 병렬로 연결되어 공급받은 상기 적층물질을 상기 바디부로 분배하는 매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제2압력라인의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 매니폴드는 상기 제2압력라인을 통해 상기 바디부로 공급되는 적층물질의 공급 여부를 제어할 수 있는 밸브가 각각의 상기 제2압력라인에 대응되어 구비되는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전자기기 삼차원형상의 부분 모델별 작업정보를 생성하는 작업정보 생성부를 더 포함하고,
상기 제어부는 부분 모델별 작업정보에 따라 상기 이송부 상의 스테이지와 헤드모듈의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제2항에 있어서,
복수개의 상기 헤드모듈은 상기 스테이지의 이송 방향을 따라 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이동부는 상기 헤드모듈을 서로 직교하는 3축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제10항에 있어서,
상기 이동부는 상기 헤드모듈을 서로 직교하는 세 방향으로 이동시키는 X축 이동부재, Y축 이동부재, Z축 이동부재 및 X축 레일을 포함하며,
상기 이송부가 상기 스테이지를 이송시키는 방향과 동일한 방향으로 형성된 하나의 상기 X축 레일에는 상기 헤드모듈의 X축 이동부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전자기기는,
상기 삼차원형상의 정보를 입력받아 상기 삼차원형상을 적어도 하나 이상의 부분 모델로 분할하는 분할부;
상기 부분 모델별 작업정보를 생성하는 작업정보 생성부; 및
상기 작업정보 생성부에서 생성된 상기 부분 모델별 작업정보를 상기 적층 제조 장치로 전송하는 전송부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제12항에 있어서,
상기 헤드모듈은 복수개이고,
상기 제어부는 전송받은 상기 부분 모델별 작업정보를 상기 헤드모듈에게 각각 할당하고, 상기 헤드모듈은 할당받은 부분 모델을 각각 형성하여, 복수의 상기 헤드모듈이 하나의 삼차원형상을 적층 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제12항에 있어서,
상기 스테이지의 일면에는 바탕물질이 수용된 용기가 배치되고,
상기 노즐은 상기 용기 내부에 삽입된 후, 적층물질을 분사하여 삼차원형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제14항에 있어서,
상기 분할부는 상기 노즐의 삽입방향을 기준으로 상기 삼차원형상을 부분 모델로 분할하고,
상기 제어부는 분할된 부분 모델 중 상기 노즐의 삽입방향에 위치한 부분 모델을 복수개의 헤드모듈 중 먼저 부분 모델을 형성하는 헤드모듈에 할당하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제12항에 있어서,
상기 전자기기는 상기 분할부에서 분할한 부분 모델별로 노즐의 경로를 최적화하는 경로 최적화부를 더 포함하고,
상기 작업정보 생성부에서 생성하는 상기 부분 모델별 작업정보에는 상기 경로 최적화부에서 연산된 노즐의 경로정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제16항에 있어서,
상기 경로 최적화부는,
상기 분할부에서 분할한 각각의 부분 모델을 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나누고, 상기 레이어 각각에 포함된 서로 이격된 다수개의 폴리곤을 인식한 후, 상기 다수개의 폴리곤들을 서로 맞닿은 폴리곤으로 이루어진 다수개의 파트로 나누고, 상기 노즐이 상기 다수개의 파트를 순차적으로 형성하도록 상기 노즐의 경로정보를 연산하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 전자기기는 상기 작업정보 생성부에서 생성된 상기 부분 모델별 작업정보를 유선 또는 무선으로 송신하는 송신부를 더 포함하고,
상기 적층 제조 장치는 상기 송신부에서 송신되는 작업정보를 수신하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적층 제조 장치는 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 생성하는 상태정보 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제19항에 있어서,
상기 상태정보 생성부는 생성된 정보를 상기 전자기기로 전송하고,
상기 전자기기는 상기 적층 제조 장치별로 상기 작업 상태정보 또는 상기 장치 상태정보를 전송받아 출력하는 상태정보 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제2항에 있어서,
적어도 하나의 상기 헤드모듈은 다른 헤드모듈과 분사하는 적층물질이 다른 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제21항에 있어서,
적어도 하나의 상기 헤드모듈은 다른 헤드모듈과 분사하는 적층물질의 색상 또는 성분이 다른 것을 특징으로 하는 적층 제어 시스템.
제1항 내지 제22항 중 선택되는 어느 한 항의 적층 제어 시스템을 이용한 적층 제어 방법에 있어서,
a) 상기 전자기기에서 적층할 삼차원형상의 정보를 입력받는 단계;
b) 상기 전자기기에서 상기 삼차원형상의 작업정보를 생성하여 상기 적층 제조 장치로 전송하는 단계;
c) 상기 적층 제조 장치에서 상기 삼차원형상의 작업정보를 수신해 상기 적층 제조 장치에 포함되는 적어도 하나 이상의 헤드모듈 각각에 상기 작업정보를 할당하는 단계; 및
d) 상기 헤드모듈에서 상기 삼차원형상을 형성하는 단계;를 포함하되.
상기 헤드모듈 각각에 작업정보를 할당하는 단계는 연속적으로 이송되는 스테이지에 위치한 용기 내부에 삼차원형상을 적층하기 위한 작업정보를 할당하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
제23항에 있어서,
상기 b) 단계는,
b-1) 상기 전자기기의 분할부에서 상기 삼차원형상을 적어도 하나 이상의 부분 모델로 분할하는 단계; 및
b-2) 상기 전자기기의 작업정보 생성부에서 상기 부분 모델별 작업정보를 생성하여 상기 적층 제조 장치로 전송하는 단계;
를 포함하고,
상기 c) 단계는 상기 적층 제조 장치에서 상기 부분 모델별 작업정보를 수신해, 적어도 하나 이상의 상기 헤드모듈 각각에 상기 부분 모델별 작업정보를 할당하며,
상기 d) 단계는 연속적으로 이송되는 스테이지의 위치를 확인하고 각 스테이지 상에 위치한 용기 내부에 상기 헤드모듈 각각에서 부분 모델을 적층 형성하여 하나의 삼차원형상을 적층 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
제24항에 있어서,
상기 d) 단계는 상기 헤드모듈들이 개별적으로 할당된 부분 모델을 순차적으로 형성하여 하나의 상기 삼차원형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
제24항에 있어서,
상기 d) 단계는 바탕물질 내부에 노즐을 삽입한 후, 상기 노즐에서 적층물질을 분사하여 부분 모델을 형성하여 삼차원형상을 형성하고,
상기 b-1) 단계에서 상기 분할부는 상기 적층 제조 장치에서 삽입될 노즐의 삽입 방향을 기준으로 상기 삼차원형상을 부분 모델로 분할하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
제24항에 있어서,
상기 b-2) 단계는 상기 b-1) 단계에서 분할된 부분 모델별 노즐의 경로가 최적화되도록 연산하고, 생성된 부분 모델별 작업 정보에는 연산된 노즐의 경로정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
제24항에 있어서,
상기 b-2) 단계는,
상기 b-1) 단계에서 분할된 각각의 부분 모델을 일측으로 적층된 다수개의 레이어로 나누고, 상기 레이어 각각에 포함된 서로 이격된 다수개의 폴리곤을 인식한 후, 상기 다수개의 폴리곤들을 서로 맞닿은 폴리곤으로 이루어진 다수개의 파트로 나누고, 상기 노즐이 다수개의 파트를 순차적으로 형성하도록 상기 노즐의 경로정보를 연산하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
제23항에 있어서,
e) 상기 d) 단계와 동시에 수행되며, 상기 적층 제조 장치의 상태정보 생성부에서 상기 헤드모듈별 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 생성하고, 상기 전자기기로 상기 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
제29항에 있어서,
f) 상기 e) 단계와 동시에 수행되며, 상기 e) 단계에서 송신된 상기 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 수신하여, 상기 헤드모듈별로 상기 작업 상태정보 또는 장치 상태정보를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제어 방법.
용기;
상기 용기 내부에 채워지는 바탕물질; 및
상기 바탕물질에 의해 둘러싸이며, 적어도 하나 이상의 서로 다른 부분 모델로 이루어지고, 적층 제조 장치에 포함되는 적어도 하나 이상의 헤드모듈이 제23항의 적층 제어 방법을 이용하여 상기 부분 모델을 순차적으로 형성하여 이루어진 삼차원형상;
을 포함하는 제품.