KR102254436B1 - Laser 3D printer laser and monitoring system simultaneous control method - Google Patents
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Abstract
3D 프린터 시스템 제어방법은 하나의 소프트웨어로 3D 캐드파일을 미리 설정된 3D 객체 데이터로 자동변환하는 단계와, 3D 객체 데이터를 2D 형태의 슬라이스 데이터로 변환하고 3D 프린팅 코드를 생성하는 단계와, 생성된 프린팅 코드로 레이저 및 모션제어를 통해 3D 객체를 출력하고, 3D 프린팅 코드를 통해 각각의 층이 적층될 때 각 층의 적층상태를 비전 카메라로 모니터링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The 3D printer system control method includes the steps of automatically converting 3D CAD files into preset 3D object data with one software, converting 3D object data into 2D slice data and generating 3D printing codes, and generated printing. It characterized by including the step of outputting a 3D object through laser and motion control with a code, and monitoring the stacking state of each layer with a vision camera when each layer is stacked through the 3D printing code.
Description
본 발명은 레이저 3D 프린터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 일괄적으로 레이저 및 모니터링 시스템의 데이터 처리가 가능한 3D 프린터 시스템 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a
3D 프린터는 연속적인 레이어를 적층함으로써 입체적인 형태의 물체를 만드는 제조기술이다.3D printer is a manufacturing technology that creates a three-dimensional object by stacking successive layers.
3D 프린터는 사용자가 원하는 3차원정보를 바탕으로 빠르게 2차원 대상물로 변환하여 3차원으로 제조할 수 있어, 프로토 타입 샘플제작 등에 활용된다.The 3D printer can be quickly converted into a 2D object based on 3D information desired by the user and manufactured in 3D, so it is used for prototype sample production.
3D 프린터는 3차원 물체의 설계도면을 형성하는 모델링 단계, 원료를 적층하여 물건을 실제로 만드는 프린팅 단계, 출력된 물체를 굳히거나 표면처리를 하는 후처리단계로 이루어진다.A 3D printer consists of a modeling step to form a design drawing of a three-dimensional object, a printing step to actually make an object by stacking raw materials, and a post-processing step to harden or surface-treat the printed object.
프린팅 단계의 구현방법에 따라 3D 프린터를 구현하는 방법은 크게 UV(Ultraviolet:자외선) 레이저를 액체 재료 상에 조사하여 재료를 경화시켜 적층하는 방법, 잉크젯 헤드를 이용하여 재료 잉크를 떨어뜨리고 경화시켜 적층하는 방법 및 프로젝터를 이용하여 UV광을 원하는 패턴으로 재료에 조사하여 경화시켜 적층하는 방법으로 분류할 수 있다.Depending on the implementation method of the printing step, the method of implementing a 3D printer is largely a method of irradiating a UV (Ultraviolet: ultraviolet) laser on a liquid material to cure the material and laminating it. It can be classified into a method of using a projector and a method of laminating by curing by irradiating the material with UV light in a desired pattern.
3D 프린터에 의하여 사용자가 원하는 다양한 형태를 자유롭게 인쇄할 수 있으므로 제조업, 의료, IT 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.Since the 3D printer can freely print a variety of shapes desired by the user, it can be used in various ways in manufacturing, medical, and IT fields.
도 1은 종래의 3D 프린터 시스템의 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a conventional 3D printer system.
도 1을 참조하면, 종래의 3D 프린터 시스템은 머신 구동 시스템(프린팅 모듈)과, 제어/모니터링 시스템이 분리되어 있다.Referring to FIG. 1, in a conventional 3D printer system, a machine driving system (printing module) and a control/monitoring system are separated.
따라서 3D 출력을 위해 2차원으로 슬라이싱 된 프린팅 코드를 제어 소프트웨어에 넣고, 레이어들을 쌓기 위해 CNC 소프트웨어로 기구부를 구동하여 동시에 작동해야 한다.Therefore, for 3D output, the printing code sliced in two dimensions must be put into the control software, and the mechanical part must be operated simultaneously by driving the mechanical part with the CNC software to stack the layers.
또한, 일반 컴퓨터에서 캐드 프로그램을 이용하여 CNC용 3D 캐드파일을 읽어 들이고 3D 객체 데이터로 변환하여 저장한 후, 소프트웨어(슬라이싱 소프트웨어)를 사용하여 다시 프린팅 코드로 변환하여, 최종적으로 생성된 프린팅 코드를 3D 프린터 시스템에 업로드하는 과정을 거쳐야 한다.In addition, after reading the 3D CAD file for CNC using a CAD program in a general computer, converting it to 3D object data, saving it, and converting it back to printing code using software (slicing software), the finally generated printing code is saved. You have to go through the process of uploading to the 3D printer system.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 3D 캐드파일을 3D 객체 데이터로 자동변환한 후 모션 컨트롤러에 레이저 제어 기능이 융합된 G-code를 생성하고, 하나의 소프트웨어로 3D 출력과 그 적층과정을 모니터링 할 수 있는 통합제어가 가능한 3D 프린터 시스템의 제어방법을 제공한다. The present invention has been proposed to solve the above technical problem, automatically converts a 3D CAD file into 3D object data, generates a G-code in which a laser control function is fused to a motion controller, and
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 3D 캐드파일을 미리 설정된 3D 객체 데이터로 자동변환하는 단계와, 상기 3D 객체 데이터를 2D 형태의 슬라이스 데이터로 변환하고, 3D 프린팅 코드를 생성하는 단계와, 상기 3D 프린팅 코드를 통해 각각의 층이 적층될 때 각 층의 적층상태를 비전 카메라로 모니터링 하는 단계를 포함하는 3D 프린터 시스템 제어방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention for solving the above problem, automatically converting a 3D CAD file into preset 3D object data, converting the 3D object data into 2D slice data, and generating a 3D printing code And monitoring the stacking state of each layer with a vision camera when each layer is stacked through the 3D printing code.
또한, 본 발명에서 슬라이스 데이터를 2차원 벡터형식의 사진파일인 SVG 파일로 변환하고, SVG 파일을 통해 프린팅될 3D 객체를 시각적으로 미리 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, it is characterized in that it further comprises the step of converting the slice data into an SVG file, which is a photo file in a 2D vector format, and visually displaying a 3D object to be printed through the SVG file in advance.
또한, 시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it further comprises the step of providing a tool chain for cutting the 3D object into a plurality of solid parts by visual preview.
또한, 본 발명에서 3D 객체 데이터는 STL 파일, OBJ 파일, 3MF 파일 중 어느 하나의 파일인 것을 특징으로 한다.In addition, the 3D object data in the present invention is characterized in that any one of an STL file, an OBJ file, and a 3MF file.
또한, 본 발명에서 3D 프린팅 코드는 M-CODE 및 G-CODE 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the 3D printing code is characterized in that it includes M-CODE and G-CODE.
또한, 적층전의 객체(프린팅 전)와 적층후의 객체(프린팅 후)가 소정의 영상 유사도 값 이상을 가질 경우, 영상을 추상화하고 영상을 차분화하여 추가인식영역을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the object before stacking (before printing) and the object after stacking (after printing) have a predetermined image similarity value or more, abstracting the image and differentiating the image to set an additional recognition area. do.
본 발명에 실시예에 따른 3D 프린터 시스템 제어방법은 CNC용 3D 캐드파일을 미리 설정된 형식의 3D 프린팅 코드로 자동변환하고, 적층과정의 모니터링을 통합적으로 진행할 수 있어 작업 효율성이 향상된다.The method of controlling a 3D printer system according to an embodiment of the present invention automatically converts a 3D CAD file for a CNC into a 3D printing code in a preset format, and can integrally monitor the lamination process, thereby improving work efficiency.
예를 들어 3D 캐드파일을 특정 3D 프린터가 사용하는 3D 프린팅 코드(G-Code)로 자동 변환해서 적층형으로 출력할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 3D 프린터 시스템의 제어모듈은 노즐의 경로를 생성하여 해당 경로를 채울 재료의 양을 계산하며, 사용자가 인쇄 과정을 시각적으로 모니터링 할 수 있다.For example, a 3D CAD file can be automatically converted into a 3D printing code (G-Code) used by a specific 3D printer and output in a stacked format. In addition, the control module of the 3D printer system according to the present invention calculates the amount of material to fill the path by generating the path of the nozzle, and allows the user to visually monitor the printing process.
또한, 3D 프린터 시스템의 제어모듈은 사용자에게 친숙한 UI로 모델 배치를 통해 작업 및 사용자 설정을 위한 도구 등을 편리하게 사용할 수 있고, 실시간 알림과 다양한 모니터링 기능을 제공한다.In addition, the control module of the 3D printer system is a user-friendly UI that allows convenient use of tools for work and user setting through model arrangement, and provides real-time notifications and various monitoring functions.
또한, 3D 프린터 시스템의 제어모듈은 시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 포함한다.In addition, the control module of the 3D printer system includes a tool chain for cutting 3D objects into multiple solid parts by visual preview.
도 1은 종래의 3D 프린터 시스템의 예시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 시스템(1)의 예시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 시스템(1)의 개념도
도 4는 3D 프린터 시스템(1)의 제어모듈의 구성도
도 5는 3D 프린터 시스템(1)의 제어모듈의 기능블록의 구성도1 is an exemplary diagram of a conventional 3D printer system
2 is an exemplary view of a
3 is a conceptual diagram of a
4 is a configuration diagram of a control module of the
5 is a block diagram of a functional block of a control module of the
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough to enable a person of ordinary skill in the art to easily implement the technical idea of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 시스템(1)의 예시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 시스템(1)의 개념도이다.2 is an exemplary diagram of a
도 2 및 도 3을 참조하면, 3D 프린터 시스템(1)은 3D 캐드파일을 미리 설정된 3D 객체 데이터로 자동변환하고, 3D 객체 데이터를 2D 형태의 슬라이스 데이터로 변환하고 마지막으로 3D 프린팅 코드를 생성하는 일괄동작을 진행할 수 있다.2 and 3, the
특히, 슬라이스 데이터를 2차원 벡터형식의 사진파일인 SVG 파일로 변환하고, 프린팅될 3D 객체를 시각적으로 미리 표시함으로써, 사용자가 각 층의 적층과정을 미리 확인 할 수 있다.In particular, by converting the slice data into an SVG file, which is a two-dimensional vector format photo file, and visually displaying the 3D object to be printed in advance, the user can check the stacking process of each layer in advance.
또한, 3D 프린팅 코드를 통해 각각의 층이 적층될 때 각 층의 적층상태를 비전 카메라로 모니터링하여 각 층의 적층상태를 실시간 모니터링 할 수 있다.In addition, when each layer is stacked through a 3D printing code, the stacking state of each layer can be monitored with a vision camera, so that the stacking state of each layer can be monitored in real time.
참고적으로, 3D 객체 데이터는 STL 파일, OBJ 파일, 3MF 파일 중 어느 하나를 포함하는데, 3D 객체 데이터는 폴리곤 형태의 변환 데이터로 정의된다. 또한, 3D 프린팅 코드는 M-CODE 및 G-CODE 을 포함한다. 본 발명에서 G-code는 모션 컨트롤러에 레이저 제어 기능이 융합되어 있다.For reference, the 3D object data includes any one of an STL file, an OBJ file, and a 3MF file, and the 3D object data is defined as transformed data in the form of a polygon. In addition, the 3D printing code includes M-CODE and G-CODE. In the present invention, the laser control function is fused to the motion controller in the G-code.
도 4는 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)의 구성도이고, 도 5는 3D 프린터 시스템(1)의 제어모듈의 기능블록의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a control module of the
도 4 및 도 5를 참조하면, 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)의 3D 프린터 시스템 제어방법은 다음과 같이 이루어진다.4 and 5, a method of controlling a 3D printer system by a control module of the
우선, 3D 캐드파일을 미리 설정된 3D 객체 데이터로 자동변환하는 단계가 진행된다. First, a step of automatically converting a 3D CAD file into preset 3D object data proceeds.
참고적으로 3D 캐드파일은 절삭가공을 진행하기 위한 CNC 용 파일로 정의되며, 3D 객체 데이터는 STL 파일, OBJ 파일, 3MF 파일 등과 같은 폴리곤 정보를 갖는 데이터로 정의된다.For reference, a 3D CAD file is defined as a file for CNC for cutting processing, and 3D object data is defined as data having polygon information such as an STL file, an OBJ file, and a 3MF file.
다음으로, 3D 객체 데이터를 2D 형태의 슬라이스 데이터로 변환하고, 3D 프린팅 코드를 생성하는 단계가 진행된다. Next, a step of converting the 3D object data into 2D slice data and generating a 3D printing code proceeds.
3D 프린터는 층층이 적층하는 방식을 통해 3D 객체를 형성하므로, 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)은 2D 형태의 슬라이스 데이터를 생성한다.Since a 3D printer forms a 3D object by stacking layers, the control module of the
다음으로, 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)은 슬라이스 데이터를 2차원 벡터형식의 사진파일인 SVG 파일로 변환하고, 슬라이스 데이터 또는 SVG 파일을 통해 프린팅될 3D 객체를 표시화면에 시각적으로 미리 표시하는 단계를 진행한다.Next, the control module of the 3D printing system (1) converts the slice data into an SVG file, which is a two-dimensional vector format photo file, and visually displays the 3D object to be printed through the slice data or SVG file. Proceed with the step of pre-marking.
다음으로, 3D 프린팅 코드를 통해 각각의 층이 적층될 때 각 층의 적층상태를 비전 카메라로 모니터링 하는 단계가 진행된다.Next, when each layer is stacked through the 3D printing code, the stacking state of each layer is monitored with a vision camera.
즉, 사용자는 미리 보기 기능을 통해 적층될 각 층(레이어)의 구조를 미리 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 비전 카메라에서 전송된 실제로 적층된 각 층(레이어)의 적층구조를 시각적으로 확인할 수 있다.That is, the user can not only check the structure of each layer (layer) to be stacked in advance through the preview function, but also visually check the stacking structure of each layer actually stacked (layer) transmitted from the vision camera.
이때, 비전 카메라는 영상인식을 통해 실제로 적층된 각 층의 적층구조와, SVG 파일의 적층구조를 자동비교하여 그 비교결과를 피드백한다.At this time, the vision camera automatically compares the stacked structure of each layer actually stacked and the stacked structure of the SVG file through image recognition, and feeds back the comparison result.
피드백한 결과는 다음 층의 적층동작을 진행할 때, 보정 데이터로써 사용될 수 있다. 또한, 이러한 피드백 데이터 및 보정 데이터는 데이터베이스로 관리되어 동일한 제품을 프린팅 할 때 자동참고 될 수 있다.The feedback result can be used as correction data when performing the stacking operation of the next layer. In addition, these feedback data and correction data are managed as a database so that they can be automatically referenced when printing the same product.
또한, 비전 카메라가 영상인식을 통해 실제로 적층된 각 층의 적층구조와, SVG 파일의 적층구조를 자동 비교할 때, 적층전의 객체(프린팅 전)와 적층후의 객체(프린팅 후)가 소정의 영상 유사도 값 이상을 가질 경우, 영상을 추상화하고 영상을 차분화하여 추가인식영역(추가 학습영역)을 설정한 후, 추가인식영역의 차이점을 식별하여 각각의 고유 식별자를 부여할 수 있다.In addition, when the vision camera automatically compares the stacked structure of each layer actually stacked through image recognition and the stacked structure of the SVG file, the object before stacking (before printing) and the object after stacking (after printing) is a predetermined image similarity value. In the case of the above, after abstracting the image and setting the additional recognition area (additional learning area) by differentiating the image, it is possible to identify the difference between the additional recognition area and give each unique identifier.
즉, 적층전의 객체(프린팅 전)와 적층후의 객체(프린팅 후)의 영상을 비교할 때, 추가인식영역이 기준 범위이상의 차이가 발생한 부분에 고유 식별자를 각각 부여하여 관리할 수 있다. 이때, 고유 식별자에는 위치 데이터가 포함될 수 있으므로, 차이가 발생한 부분을 데이터베이스화 할 때 효율적으로 관리 가능하다. 즉, 특정 위치별 차이값 등을 통계화 하여 추후 적층시 자동반영할 수도 있을 것이다.That is, when comparing the image of the object before stacking (before printing) and the object after stacking (after printing), the additional recognition area can be managed by assigning a unique identifier to a portion where a difference greater than or equal to the reference range occurs. At this time, since the unique identifier may include location data, it is possible to efficiently manage the part where the difference occurs when converting into a database. In other words, the difference value for each specific location can be statistically reflected and automatically reflected when stacking in the future.
상술한 바와 같이, 본 발명에 실시예에 따른 3D 프린터 시스템 제어방법은 CNC용 3D 캐드파일을 미리 설정된 형식의 3D 프린팅 코드로 자동변환하고, 적층과정의 모니터링을 통합적으로 진행할 수 있어 작업 효율성이 향상된다.As described above, the 3D printer system control method according to the embodiment of the present invention automatically converts a 3D CAD file for CNC into a 3D printing code in a preset format, and can integrally monitor the lamination process, thereby improving work efficiency. do.
예를 들어 3D 캐드파일을 3D 프린터가 사용하는 3D 프린팅 코드(G-Code)로 자동 변환해서 적층형으로 출력할 수 있다. 또한 사용자가 인쇄 과정을 시각적으로 모니터링 할 수 있다.For example, a 3D CAD file can be automatically converted into a 3D printing code (G-Code) used by a 3D printer and output in a stacked format. It also allows users to visually monitor the printing process.
또한, 3D 프린터 시스템의 제어모듈은 사용자에게 친숙한 UI로 모델 배치를 통해 작업 및 사용자 설정을 위한 도구 등을 편리하게 사용할 수 있고, 실시간 알림과 다양한 모니터링 기능을 제공한다.In addition, the control module of the 3D printer system is a user-friendly UI that allows convenient use of tools for work and user setting through model arrangement, and provides real-time notifications and various monitoring functions.
또한, 3D 프린터 시스템의 제어모듈은 시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 포함한다.In addition, the control module of the 3D printer system includes a tool chain for cutting 3D objects into multiple solid parts by visual preview.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (6)
상기 3D 객체 데이터를 2D 형태의 슬라이스 데이터로 변환하고, 3D 프린팅 코드를 생성하는 단계;
상기 슬라이스 데이터를 2차원 벡터형식의 사진파일인 SVG 파일로 변환하고, 상기 SVG 파일을 통해 프린팅될 3D 객체를 시각적으로 미리 표시하는 단계;
상기 3D 프린팅 코드를 통해 각각의 층이 적층될 때 각 층의 적층상태를 비전 카메라로 모니터링함에 있어서, 상기 비전 카메라는 실제로 적층된 각 층의 적층구조와 SVG 파일의 적층구조를 자동비교하여 그 비교결과를 피드백하고 피드백 결과는 다음 층의 적층동작을 진행할 때, 보정 데이터로써 사용하는 단계;
적층전의 객체(프린팅 전)와 적층후의 객체(프린팅 후)가 소정의 영상 유사도 값 이상을 가질 경우, 영상을 추상화하고 영상을 차분화하여 추가인식영역을 설정한 후, 추가인식영역의 차이점을 식별하여 각각의 고유 식별자를 부여하는 단계; 를 포함하고,
상기 고유 식별자는 위치 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 시스템 제어방법.
Automatically converting the 3D CAD file into preset 3D object data;
Converting the 3D object data into 2D slice data and generating a 3D printing code;
Converting the slice data into an SVG file that is a two-dimensional vector format photo file, and visually displaying a 3D object to be printed through the SVG file in advance;
When each layer is stacked through the 3D printing code, when monitoring the stacking state of each layer with a vision camera, the vision camera automatically compares the stacked structure of each layer actually stacked with the stacked structure of the SVG file, and compares the stacked structure. Feeding back a result and using the feedback result as correction data when performing the stacking operation of the next layer;
If the object before stacking (before printing) and the object after stacking (after printing) have more than a predetermined image similarity value, abstract the image and differentiate the image to set the additional recognition area, and then identify the difference between the additional recognition area. Giving each unique identifier; Including,
The method of controlling a 3D printer system, wherein the unique identifier includes location data.
시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 시스템 제어방법.
The method of claim 1,
Providing a tool chain for cutting the 3D object into a plurality of solid parts by visual preview; 3D printer system control method further comprising a.
상기 3D 객체 데이터는 STL 파일, OBJ 파일, 3MF 파일 중 어느 하나의 파일인 것을 특징으로 하는 3D 프린터 시스템 제어방법.
The method of claim 1,
The 3D object data is a 3D printer system control method, characterized in that any one of an STL file, OBJ file, 3MF file.
상기 3D 프린팅 코드는 M-CODE 및 G-CODE 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 시스템 제어방법.
The method of claim 1,
The 3D printing code is a 3D printer system control method, characterized in that it comprises M-CODE and G-CODE.
Priority Applications (1)
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