KR102272633B1 - 일괄적으로 데이터 처리가 가능한 3d 프린터 시스템 제어방법 - Google Patents

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.

Description

일괄적으로 데이터 처리가 가능한 3D 프린터 시스템 제어방법{Control method of 3D printer system for batch data processing}

본 발명은 레이저 3D 프린터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 일괄적으로 데이터 처리가 가능한 3D 프린터 시스템 제어방법에 관한 것이다.

3D 프린터는 연속적인 레이어를 적층함으로써 입체적인 형태의 물체를 만드는 제조기술이다.

3D 프린터는 사용자가 원하는 3차원정보를 바탕으로 빠르게 2차원 대상물로 변환하여 3차원으로 제조할 수 있어, 프로토 타입 샘플제작 등에 활용된다.

3D 프린터는 3차원 물체의 설계도면을 형성하는 모델링 단계, 원료를 적층하여 물건을 실제로 만드는 프린팅 단계, 출력된 물체를 굳히거나 표면처리를 하는 후처리단계로 이루어진다.

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.

3D 프린터에 의하여 사용자가 원하는 다양한 형태를 자유롭게 인쇄할 수 있으므로 제조업, 의료, IT 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.

도 1은 종래의 3D 프린터 시스템의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 3D 프린터 시스템은 머신 구동 시스템(프린팅 모듈)과, 제어/모니터링 시스템이 분리되어 있다.

따라서 3D 출력을 위해 2차원으로 슬라이싱 된 프린팅 코드를 제어 소프트웨어에 넣고, 레이어들을 쌓기 위해 CNC 소프트웨어로 기구부를 구동하여 동시에 작동해야 한다.

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.

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.

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.

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.

또한, 시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 3D 객체 데이터는 STL 파일, OBJ 파일, 3MF 파일 중 어느 하나의 파일인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 3D 프린팅 코드는 M-CODE 및 G-CODE 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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.

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.

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.

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.

또한, 3D 프린터 시스템의 제어모듈은 시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 포함한다.

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 구성도

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.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 시스템(1)의 예시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 시스템(1)의 개념도이다.

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.

특히, 슬라이스 데이터를 2차원 벡터형식의 사진파일인 SVG 파일로 변환하고, 프린팅될 3D 객체를 시각적으로 미리 표시함으로써, 사용자가 각 층의 적층과정을 미리 확인 할 수 있다.

또한, 3D 프린팅 코드를 통해 각각의 층이 적층될 때 각 층의 적층상태를 비전 카메라로 모니터링하여 각 층의 적층상태를 실시간 모니터링 할 수 있다.

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.

도 4는 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)의 구성도이고, 도 5는 3D 프린터 시스템(1)의 제어모듈의 기능블록의 구성도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)의 3D 프린터 시스템 제어방법은 다음과 같이 이루어진다.

우선, 3D 캐드파일을 미리 설정된 3D 객체 데이터로 자동변환하는 단계가 진행된다.

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.

다음으로, 3D 객체 데이터를 2D 형태의 슬라이스 데이터로 변환하고, 3D 프린팅 코드를 생성하는 단계가 진행된다.

3D 프린터는 층층이 적층하는 방식을 통해 3D 객체를 형성하므로, 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)은 2D 형태의 슬라이스 데이터를 생성한다.

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.

다음으로, 3D 프린팅 코드를 통해 각각의 층이 적층될 때 각 층의 적층상태를 비전 카메라로 모니터링 하는 단계가 진행된다.

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.

이때, 비전 카메라는 영상인식을 통해 실제로 적층된 각 층의 적층구조와, SVG 파일의 적층구조를 자동비교하여 그 비교결과를 피드백한다.

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.

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.

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.

한편, 노즐이 복수 개 구비될 경우, 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)은 각 노즐의 위치관계를 고려하여 복수의 노즐에 각각 대응되는 3D 프린팅 코드를 생성한다.

예를 들어, 제1 노즐 및 제2 노즐이 구비되고 제1 노즐 및 제2 노즐의 간격이 설정되어 조절될 수 있고, 제1 노즐 및 제2 노즐이 평행하게 회전할 수 있다고 가정하면,

3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)은 제1 노즐에 대응되는 제1 3D 프린팅 코드와, 제2 노즐에 대응되는 제2 3D 프린팅 코드를 각각 생성한다. 이때 제1 3D 프린팅 코드 및 제2 3D 프린팅 코드에는 제1 노즐 및 제2 노즐에 대응되는 위치 정보가 포함되어 있다.

만약, 제1 노즐 및 제2 노즐이 초기위치(최초 3D 프린팅 코드가 생성될 때의 위치)에서 간격 및 회전방향이 조절되어 프린팅 작업이 진행되어야 하는 경우, 3D 프린트 시스템(1)의 제어모듈(Control Module)은 제1 노즐 및 제2 노즐 위치보정 데이터를 실시간으로 다시 생성하여 제공하는 동작을 진행할 수 있다.

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.

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.

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.

또한, 3D 프린터 시스템의 제어모듈은 시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 포함한다.

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.

Claims (6)

1. 3D 캐드파일을 미리 설정된 3D 객체 데이터로 자동변환하는 단계;
   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.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   시각적 미리보기로 3D 객체를 여러 개의 솔리드 부품으로 절단하기 위한 툴체인을 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 시스템 제어방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 3D 객체 데이터는 STL 파일, OBJ 파일, 3MF 파일 중 어느 하나의 파일인 것을 특징으로 하는 3D 프린터 시스템 제어방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 3D 프린팅 코드는 M-CODE 및 G-CODE 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 시스템 제어방법.
   
6. 삭제

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