KR102288177B1 - 샌드 바인더 젯팅 방식 바인더 사용량 감소를 위한 슬라이싱 2d 데이터 기반 패턴 적용 방법 - Google Patents

Abstract

샌드 바인더 젯팅 적층제조 방식에서 바인더 사용량은 감소시키고 강도와 형태를 유지하도록 모델 내부를 패턴으로 채운 출력코드를 생성하는 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법은, 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 단계; 설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 출력 모델을 구성하는 Layer 중 적어도 하나에 내부 패턴을 생성하는 단계; 및 생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 내부 패턴 적용을 통한 바인더 사용량 감소로 적층제조 출력물의 생산 단가를 감소시킬 수 있다. 또한, 바인더 사용량 감소로 인해 기존 보다 적은 힘으로 주형파괴가 가능하도록 하고, 바인더 사용량 감소로 주물사의 재사용 비율을 증가시키고, 주물사의 회수 처리 비용을 감소시킬 수 있다. 그리고 통기성 증가로 인한 주물 결함을 감소시킬 수 있다.

Description

샌드 바인더 젯팅 방식 바인더 사용량 감소를 위한 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법{Method for applying pattern based on slicing 2-Dimensions data for reduced usage of binder of Sand Binder Jetting type}

본 발명은 샌드 바인더 제팅 방식에서 바인더 사용량을 감소하기 위한 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바인더 사용량 감소를 위해 적층 모델 내부를 인지하고 내부에 패턴을 적용하여, 바인더 사용량을 감소했음에도 출력물 강도 및 형태가 유지되는 기술에 관한 것이다.

적층제조 방식 중 바인더 젯팅(BJ : Binder jetting)은 도 1에 예시된 바와 같이 분말 형태의 재료 위에 액체 형태 접착제와 잉크를 분사하여 형상을 적층해 나가는 방법을 말한다.

이러한 바인더 젯팅 방식은 재료 선택(플라스틱, 세라믹, 모래, 금속 등)의 폭이 넒고, 샌드 캐스팅용 몰드, 코어 등 대형 부품 출력이 가능하고, 복잡한 형상 출력이 가능하며, 서포트가 필요 없다는 점과 같은 장점들이 있으며, 출력 직후 강도가 약해서, 강도를 높이는 후처리가 필요하다는 단점이 있어, 출력 직후(그린바디) 상태에서 강도는 약하지만 강도를 높이는 재료별 후처리 공정을 통해 강도를 높여 사용되고 있다.

특히, 샌드 바인더 젯팅은 기존 사형주조와 동일하게 소형부터 대형까지 주조가 가능하며 더 나아가 사형주조가 할 수 없는 복잡한 형상을 제작할 수 있어 제조 산업에서 큰 관심을 갖고 있다.

사형주조는 주형을 만드는 비용과 만들어진 주형을 파괴해 주물사로 재사용하는 비용이 상대적으로 저렴해 다른 주조 방식보다 경제성에서 큰 장점이 있다.

현재 사형주조에서는 주형을 경화시키기 기존에 열을 이용하는 방법 외에도 가스를 사용하는 콜드박스 공법 등이 개발되어 있으며, 샌드 바인더 젯팅은 바인더를 이용해 주형을 경화시키는 사형주조 공법 중 하나로 생각해 볼 수도 있다.

일반적으로 샌드 바인더 젯팅 방식은 출력 모델 내부를 빈 공간이 없도록 모두 채워 출력해야 한다.

구체적으로, 예를 들면, 도 2a에 도시된 출력 모델을 슬라이싱해서 도 2b에 도시된 출력 코드로 만들 수 있는데, 이때 출력 코드에서 검은색 영역으로 나타난 부분이 바인더를 분사하는 영역으로 100% 채워서 출력해야 한다.

기존의 상용 샌드 바인더 젯팅 업체들을 살펴보면, 장비 설정을 변경해 바인더 분사량을 조절하는 기능 외에 출력 모델에 따라서 분사량을 조절하거나 그라데이션 효과처럼 같은 Layer에서 분사량을 조절하는 기능은 없다는 문제점이 존재한다.

더불어, 샌드 바인더 젯팅으로 만든 주형은 내부에 주입되는 용탕의 압력을 견뎌야하기 때문에 바인더를 충분히 분사해 주형을 단단하게 출력하려는 의도를 보이지만, 과도한 바인더 사용과 주형을 붕괴시켜 주물사로 재사용하기 어렵다는 단점이 존재한다.

이러한 단점을 갖고 있기 때문에, 샌드 바인더 젯팅 방식은 생산 원가를 높여 다른 공법에 많은 장점이 있음에도 산업 현장에 느리게 도입되는 문제로 이어진다.

샌드 바인더 젯팅으로 만든 주형의 강도는 주물사와 바인더 조합으로 다양하게 나타날 수 있기 때문에, 용탕 압력을 충분히 견디는 조합에서 바인더 사용량을 줄여 생산원가 절감을 통해 가격 경쟁력을 도모해 볼 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 주형과 중자를 만드는 방법 중 하나인 샌드 바인더 젯팅 방식에서 형태와 강도를 유지하면서 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴을 적용해 바인더 사용량을 줄여 다른 주조 공법에 대해 경쟁력 확보할 수 있는 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법은, 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 단계; 설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 출력 모델을 구성하는 Layer 중 적어도 하나에 내부 패턴을 생성하는 단계; 및 생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법은, 출력 모델을 구성하는 각각의 Layer에 대하여 패턴 적용 여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

그리고 패턴 적용 여부를 판단하는 단계는, 패턴 적용 시, 출력 모델을 구성하는 Layer 중 바닥면 또는 지붕면에 해당하는 Layer가 제외되도록, 설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 각각의 Layer가 바닥면 또는 지붕면에 해당하는지 여부를 개별적으로 판단할 수 있다.

또한, 내부 패턴을 생성하는 단계는, 패턴 적용이 가능한 것으로 판단되는 Layer에 대하여, 면 슬라이싱 데이터를 이용하여 외곽선 정보를 추출하는 단계; 추출된 외곽선 정보에 기설정된 외곽 두께를 반영하는 단계; 및 반영된 외곽 두께를 고려하여 내부 패턴을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.

그리고 내부 패턴은, 외곽선의 내주연에 맞닿게 형성되는 외곽 패턴과 외곽 패턴의 내측에 형성되는 비율 패턴으로 구성될 수 있다.

또한, 내부 패턴은, 외곽 두께와 비례한 크기로 외곽 패턴을 생성한 이후, 나머지 부분에 비율 패턴을 생성할 수 있다.

그리고 비율 패턴은, 내부 중심으로 갈수록 패턴의 채움 비율이 낮아지도록 생성될 수 있다.

또한, 내부 패턴은, 선의 두께로 패턴의 채움 비율이 조정되는 선형 패턴으로 구현될 수 있다.

그리고 내부 패턴은, 도형의 크기로 패턴의 채움 비율이 조정되는 도형 패턴으로 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 단계; 설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 출력 모델을 구성하는 Layer 중 적어도 하나에 내부 패턴을 생성하는 단계; 및 생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 단계;를 포함하는 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법은, 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 단계; 출력 모델을 구성하는 각각의 Layer에 대하여 패턴 적용 여부를 판단하는 단계; 면 슬라이싱 데이터를 이용하여 외곽선 정보를 추출하는 단계; 추출된 외곽선 정보에 기설정된 외곽 두께를 반영하는 단계; 반영된 외곽 두께를 고려하여 내부 패턴을 생성하는 단계; 및 생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 단계;를 포함한다.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 단계; 출력 모델을 구성하는 각각의 Layer에 대하여 패턴 적용 여부를 판단하는 단계; 면 슬라이싱 데이터를 이용하여 외곽선(Conture) 정보를 추출하는 단계; 추출된 외곽선 정보에 기설정된 외곽 두께를 반영하는 단계; 반영된 외곽 두께를 고려하여 내부 패턴을 생성하는 단계; 및 생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 단계;를 포함하는 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 내부 패턴 적용을 통한 바인더 사용량 감소로 적층제조 출력물의 생산 단가를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 바인더 사용량 감소로 인해 기존 보다 적은 힘으로 주형파괴가 가능하도록 하고, 바인더 사용량 감소로 주물사의 재사용 비율을 증가시키고, 주물사의 회수 처리 비용을 감소시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예들에 따르면, 통기성 증가로 인한 주물 결함을 감소시킬 수 있다.

도 1은 기존의 바인더 젯팅 적층제조 방식의 설명에 제공된 도면,
도 2는 기존의 샌드 캐스팅용 몰드와 코어모델, 그리고 이를 기반으로 생성된 출력코드가 예시된 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법의 설명에 제공된 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 출력 모델과 슬라이싱 2D 데이터가 예시된 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 패턴 적용 레이어 판단 시, 패턴 적용 제외 구간의 설명에 제공된 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외곽선 데이터 생성 과정의 설명에 제공된 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 외곽선 데이터 생성 시, 외곽 두께가 반영된 모습이 예시된 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 패턴 생성 시, 외곽 패턴과 비율 패턴이 예시된 도면,
도 9 내지 도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 패턴이 예시된 도면, 그리고
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 코드가 예시된 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법의 설명에 제공된 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 출력 모델과 슬라이싱 2D 데이터가 예시된 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 패턴 적용 레이어 판단 시, 패턴 적용 제외 구간의 설명에 제공된 도면이다.

본 실시예에 따른 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법은, 샌드 바인더 젯팅 적층제조 방식에서 바인더 사용량은 감소시키고 강도와 형태를 유지하도록 모델 내부를 패턴으로 채운 출력코드를 생성할 수 있다.

이를 위해, 본 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법은, 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 슬라이싱 단계(S310), 출력 모델을 구성하는 각각의 Layer에 대하여 패턴 적용 여부를 판단하는 패턴 적용 Layer 판단 단계(S320), 면 슬라이싱 데이터를 이용하여 외곽선(Conture) 정보를 추출하는 외곽선 추출 단계(S330), 추출된 외곽선 정보에 기설정된 외곽 두께를 반영하는 외곽 두께 반영 단계(S340), 반영된 외곽 두께를 고려하여 출력 모델을 구성하는 Layer 중 적어도 하나에 내부 패턴을 생성하는 내부 패턴 생성 단계(S350), 생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 출력 코드 생성 단계(S360)로 구성될 수 있다.

슬라이싱 단계에서는, 도 4a에 예시된 3D 출력 모델을 슬라이싱하여, 도 4b에 예시된 바와 같은 2D 데이터를 생성할 수 있다. 도 4b에서는, 바인더를 분사하는 영역은 검은색으로 표시되고, 분사하지 않는 영역은 힌색으로 표시되었다.

패턴 적용 여부를 판단하는 단계에서는, 도 5에 예시된 바와 같이 패턴 적용 시, 출력 모델을 구성하는 Layer 중 바닥면과 지붕면에 해당하는 Layer를 제외하고, 바닥면과 지붕면에 해당하지 않는 Layer에만 패턴을 적용하기 위해, 설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 각각의 Layer가 바닥면 또는 지붕면에 해당하는지 여부를 개별적으로 판단할 수 있다.

패턴 적용 안하는 Layer 경우에는, 슬라이싱 2D 데이터를 이용해 바로 출력코드를 생성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외곽선 데이터 생성 과정의 설명에 제공된 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 외곽선 데이터 생성 시, 외곽 두께가 반영된 모습이 예시된 도면이다.

외곽선 추출 단계에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 면 슬라이싱 데이터를 이용하여 외곽선 정보를 추출하여, 슬라이싱된 모델의 내부와 외부를 구분할 수 있게 된다.

외곽 두께 반영 단계에서는 획득한 외곽 데이터를 기반으로 사용자가 설정한 두께를 반영할 수 있다. 외곽선 두께를 반영하고 남은 부분에 패턴을 채우게 되는데, 패턴이 채워지는 영역은, 도 7의 빗금 영역에 해당한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 패턴 생성 시, 외곽 패턴과 비율 패턴이 예시된 도면이고, 도 9 내지 도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 패턴이 예시된 도면이다.

내부 패턴 생성 단계에서는, 반영된 외곽 두께를 고려하여 출력 모델을 구성하는 Layer 중 적어도 하나에 내부 패턴을 생성할 수 있다.

이때, 내부 패턴은, 외곽선의 내주연에 맞닿게 형성되는 외곽 패턴과 외곽 패턴의 내측에 형성되는 비율 패턴으로 구성될 수 있으며, 내부 패턴은, 외곽 두께와 비례한 크기로 외곽 패턴을 생성한 이후, 나머지 부분에 비율 패턴을 생성할 수 있다.

예를 들면, 외곽 패턴은 외곽선에 연결된 형태로 생성되며, 사용자가 설정한 외곽 두께 만큼 크기에 생성되며 90% 고정 비율로 생성될 수 있다.

비율 패턴은, 내부 중심으로 갈수록 패턴의 채움 비율이 낮아지도록 생성되고, 내부 패턴은, 도 9에 예시된 바와 같이 선의 두께로 패턴의 채움 비율이 조정되는 선형 패턴 또는 도 10에 예시된 바와 같이 도형의 크기로 패턴의 채움 비율이 조정되는 도형 패턴 등으로 구현될 수 있다.

예를 들면, 비율 패턴이 선형 패턴으로 구현되는 경우, 적층되는 상측 Layer와 하측 Layer의 패턴 간에는 90도 또는 180도 회전 대칭된 상태로 적층될 수 있다.

도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 코드가 예시된 도면이다. 출력 코드 생성 단계에서는 사용자가 설정한 패턴을 적용해 도 11에 예시된 바와 같이 최종 출력코드를 만들 수 있다.

이를 통해, 내부 패턴 적용을 통한 바인더 사용량 감소로 적층제조 출력물의 생산 단가를 감소시킬 수 있다. 또한, 바인더 사용량 감소로 인해 기존 보다 적은 힘으로 주형파괴가 가능하도록 하고, 바인더 사용량 감소로 주물사의 재사용 비율을 증가시키고, 주물사의 회수 처리 비용을 감소시킬 수 있다. 그리고 통기성 증가로 인한 주물 결함을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

1. 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 단계;
   출력 모델을 구성하는 각각의 Layer에 대하여 패턴 적용 여부를 판단하는 단계;
   설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 출력 모델을 구성하는 Layer 중 적어도 하나에 내부 패턴을 생성하는 단계; 및
   생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 단계;를 포함하고,
   패턴 적용 여부를 판단하는 단계는,
   패턴 적용 시, 출력 모델을 구성하는 Layer 중 바닥면 또는 지붕면에 해당하는 Layer가 제외되도록, 설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 각각의 Layer가 바닥면 또는 지붕면에 해당하는지 여부를 개별적으로 판단하며,
   내부 패턴을 생성하는 단계는,
   패턴 적용이 가능한 것으로 판단되는 Layer에 대하여, 면 슬라이싱 데이터를 이용하여 외곽선 정보를 추출하는 단계;
   추출된 외곽선 정보에 기설정된 외곽 두께를 반영하는 단계; 및
   반영된 외곽 두께를 고려하여 내부 패턴을 생성하는 단계;를 포함하고,
   내부 패턴은,
   외곽선의 내주연에 맞닿게 형성되는 외곽 패턴과 외곽 패턴의 내측에 형성되는 비율 패턴으로 구성되며,
   내부 패턴은,
   외곽 두께와 비례한 크기로 외곽 패턴을 생성한 이후, 나머지 부분에 비율 패턴을 생성하고,
   비율 패턴은,
   내부 중심으로 갈수록 패턴의 채움 비율이 낮아지도록 생성되며,
   내부 패턴은,
   선의 두께로 패턴의 채움 비율이 조정되는 선형 패턴 또는 도형의 크기로 패턴의 채움 비율이 조정되는 도형 패턴으로 구현되고,
   비율 패턴은,
   선형 패턴으로 구현되는 경우, 적층되는 상측 Layer와 하측 Layer의 패턴 간에 90도 또는 180도 회전 대칭된 상태로 적층되는 것을 특징으로 하는 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법.
   
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10. 출력 모델을 슬라이싱하여 2D 데이터를 생성하는 단계;
    출력 모델을 구성하는 각각의 Layer에 대하여 패턴 적용 여부를 판단하는 단계;
    설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 출력 모델을 구성하는 Layer 중 적어도 하나에 내부 패턴을 생성하는 단계; 및
    생성된 내부 패턴을 적용하여 출력 코드를 생성하는 단계;를 포함하며,
    패턴 적용 여부를 판단하는 단계는,
    패턴 적용 시, 출력 모델을 구성하는 Layer 중 바닥면 또는 지붕면에 해당하는 Layer가 제외되도록, 설정되는 Layer의 두께 및 외곽 두께를 고려하여 각각의 Layer가 바닥면 또는 지붕면에 해당하는지 여부를 개별적으로 판단하며,
    내부 패턴을 생성하는 단계는,
    패턴 적용이 가능한 것으로 판단되는 Layer에 대하여, 면 슬라이싱 데이터를 이용하여 외곽선 정보를 추출하는 단계;
    추출된 외곽선 정보에 기설정된 외곽 두께를 반영하는 단계; 및
    반영된 외곽 두께를 고려하여 내부 패턴을 생성하는 단계;를 포함하고,
    내부 패턴은,
    외곽선의 내주연에 맞닿게 형성되는 외곽 패턴과 외곽 패턴의 내측에 형성되는 비율 패턴으로 구성되며,
    내부 패턴은,
    외곽 두께와 비례한 크기로 외곽 패턴을 생성한 이후, 나머지 부분에 비율 패턴을 생성하고,
    비율 패턴은,
    내부 중심으로 갈수록 패턴의 채움 비율이 낮아지도록 생성되며,
    내부 패턴은,
    선의 두께로 패턴의 채움 비율이 조정되는 선형 패턴 또는 도형의 크기로 패턴의 채움 비율이 조정되는 도형 패턴으로 구현되고,
    비율 패턴은,
    선형 패턴으로 구현되는 경우, 적층되는 상측 Layer와 하측 Layer의 패턴 간에 90도 또는 180도 회전 대칭된 상태로 적층되는 것을 특징으로 하는 슬라이싱 2D 데이터 기반 패턴 적용 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
    
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