KR102457940B1 - 3d 프린터를 이용한 적층식 건축모형 제조방법 - Google Patents
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Abstract
3D 프린터를 이용한 적층식 건축모형 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 적층식 건축모형 제조방법은, 3D(Dimension) 프린터를 이용한 건축모형 제조방법에 있어서, (a) 사진측량에 기반한 DSM(Digital Surface Model)에 설정된 간격의 격자형태로 배분된 점들을 투영하는 단계; (b) 투영되는 각각의 점들 중 면에 적용할 점들을 선택하는 단계; (c) 선택된 점들에 기반하여 바닥판을 제조하는 단계; (d) 제작하려는 건축모형의 가로 및 세로의 비율에 따라 하부뼈대를 제조하는 단계; 및 (e) DSM, 바닥판 및 하부뼈대를 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 분말조형 3D 프린터를 사용한 건축모형 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사진측량에 의한 격자모델을 이용함으로써 복잡한 요소들에 대하여 정밀한 표현이 가능하며, 바닥판에 대한 최적의 두께를 확보하여 강성을 오랫동안 유지할 수 있고, 재료밀도 또는 열에 의한 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있는, 3D(Dimension) 프린터를 이용하여 적층식으로 건축모형을 제조하는, 3D 프린터를 이용한 적층식 건축모형 제조방법에 관한 것이다.
기존 또는 계획 예정인 대상물(실물)의 입체적인 특성을 명시하기 위하여 실물을 본 떠 모형을 제조하는 경우가 있다. 이렇게 제조되는 모형은 학문이나 산업의 각 분야에서 실험, 전시, 교육 등의 다양한 용도를 가진 실용적인 것과, 장식물 또는 제작 과정을 즐기는 사람들의 취미 대상이 되는 것으로 크게 분류될 수 있다. 또한, 모형은 그 크기에 따라 확대 모형, 실물 크기 모형, 축소 모형 등으로 분류되거나 용도에 따라 분류되기도 한다.
이러한 모형은 고대의 이집트나 중국에서 부장품으로 사용된 이래 오랜 역사를 지니며, 학문이나 산업발전에 호응하여 그 중요성이 높아지고 있으며, 특히, 모형은 대상물 예컨대, 아파트, 빌딩 등과 같은 건물의 건축, 도시 건설 등을 시행하기 위한 선행 작업으로 많이 이루어지고 있다.
모형 작업은 해당 대상물과 더불어 주변의 환경 및 현황 예컨대, 산, 논, 밭 등과 같은 녹지 등도 함께 제작될 수 있는데, 이와 같이 건설과 토목을 포함하는 거주 환경을 본 뜬 모형을 건축모형이라 한다.
그런데, 일반적으로 건축모형은 디테일이 높을수록 많은 노동이 수반되고, 요철부는 그 방향을 특정하기 어려울 만큼 다양하여 일률적인 두께를 구현하기가 상당히 어려운데, 이러한 과정에서 문제가 발생하면 디테일이 생략되거나, 건축모형에 구조적인 취약부 더 나아가 구멍과 같은 불량이 발생한다. 또한, 최근에 사용되는 3D 프린팅 장비는 밀도에 큰 차이가 생기면 경화 과정에 변형이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 사진측량에 의한 격자모델을 이용함으로써 복잡한 요소들에 대하여 정밀한 표현이 가능하며, 바닥판에 대한 최적의 두께를 확보하여 강성을 오랫동안 유지할 수 있고, 재료밀도 또는 열에 의한 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있는, 3D 프린터를 이용하여 적층식으로 건축모형을 제조하는, 3D 프린터를 이용한 적층식 건축모형 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 3D 프린터를 이용한 적층식 건축모형 제조방법은, 3D(Dimension) 프린터를 이용한 건축모형 제조방법에 있어서, (a) 사진측량에 기반한 DSM(Digital Surface Model)에 설정된 간격의 격자형태로 배분된 점들을 일정방향으로 투영하는 단계; (b) 투영되는 상기 각각의 점들 중 면에 적용할 점들을 선택하는 단계; (c) 상기 선택된 점들에 기반하여 바닥판을 제조하는 단계; (d) 제작하려는 건축모형의 가로 및 세로의 비율에 따라 하부뼈대를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 DSM, 상기 바닥판 및 상기 하부뼈대를 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 투영되는 상기 각각의 점들은 상기 DSM에 대응하는 높이 값을 갖는다.
여기서, 상기 (b) 단계는, 델라우니 삼각화 알고리즘을 이용하여 상기 투영되는 각각의 점들을 순서대로 연결하여 면을 구성하되, 각각의 점들 중 가상의 원뿔 공간 안쪽을 침범하는 점은 제외시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바닥판의 XYZ 축에서의 Z 방향의 두께는 설정된 최소두께에 2제곱근을 곱한 값 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계는, 가로 및 세로의 비율이 2 미만인 경우, 상기 건축모형을 둘러싸는 직사각형 또는 정사각형의 중심으로부터 가로 및 세로 방향의 1/2 지점 부근을 지나는 타원 또는 원에 상기 바닥판의 XYZ 축에서의 Z 방향의 두께와 동일한 두께로 도넛 형태를 형성하고, 하부면의 바닥으로부터 적어도 Z 방향의 두께가 이격되도록 높이 값을 부여하여 속이 빈 타원 또는 원통 형태로 제조된다.
또한, 상기 (d) 단계는, 가로 및 세로의 비율이 2 이상인 경우, 상기 건축모형의 외곽 사각형을 둘로 분절하며, 각각 가로 및 세로의 비율이 2 미만인 경우에 따라 속이 빈 타원 또는 원통 형태로 제조된다.
본 발명에 따르면, 사진측량에 의한 격자모델을 이용함으로써 복잡한 요소들에 대하여 정밀한 표현이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 바닥판에 대한 최적의 두께를 확보하여 강성을 오랫동안 유지할 수 있으며, 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층식 건축모형 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 사진측량에 의한 DSM의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 격자형태로 배분된 점들의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 DSM에 격자형태의 점들을 투영하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 투영되는 각각의 점들에 가상의 원뿔형 공간을 배치한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 가상의 원뿔 공간 안쪽을 침범하는 점을 제외시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 Z 축 방향의 두께를 설정하는 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 건축모형의 가로 및 세로비가 2 미만인 경우의 하부뼈대를 제조하는 예를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 건축모형의 가로 및 세로비가 2 이상인 경우의 하부뼈대를 제조하는 예를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 하부뼈대를 밑에서 바라 본 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 DSM, 바닥판 및 하부뼈대를 결합한 형태의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 2는 사진측량에 의한 DSM의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 격자형태로 배분된 점들의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 DSM에 격자형태의 점들을 투영하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 투영되는 각각의 점들에 가상의 원뿔형 공간을 배치한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 가상의 원뿔 공간 안쪽을 침범하는 점을 제외시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 Z 축 방향의 두께를 설정하는 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 건축모형의 가로 및 세로비가 2 미만인 경우의 하부뼈대를 제조하는 예를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 건축모형의 가로 및 세로비가 2 이상인 경우의 하부뼈대를 제조하는 예를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 하부뼈대를 밑에서 바라 본 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 DSM, 바닥판 및 하부뼈대를 결합한 형태의 단면도를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층식 건축모형 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 본 발명의 실시예에 따른 적층식 건축모형 제조방법은 3D 프린터와 연동되는 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터를 이용한 건축모형 제조방법은 처음부터 3D 건축모형을 직접 그려내지 않고, 이미 만들어진 건축물 또는 건축모형을 사진 측량 또는 레이저 스캐닝 등의 방법을 이용하여 도 2에 도시한 바와 같은 격자모델(DSM: Digital Surface Model)(100)을 작성하며, 작성된 격자모델을 활용한다. 사진측량으로 작성된 격자모델은 외부의 복잡한 요소들의 정밀한 표현이 가능하며, 이미지 파일에 의한 텍스쳐 매핑을 통해 외관의 색상을 결정할 수 있으므로 데이터량도 줄어들고, 새로 모델을 작성하는 것보다 시간도 절감할 수 있다. 사진측량을 통해 격자모델을 작성하는 방법은 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 사진측량에 기반한 격자모델에, 도 3에 도시한 바와 같이 설정된 간격의 격자형태로 배분된 점들을 투영한다(S102). 이때, 격자형태로 배분된 점들은 도 4의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 일정한 방향으로 투영되는 것이 바람직하다. 여기서, 도 4의 (a)는 격자모델에 투영된 점들을 격자형태의 점들을 Z축의 역방향으로 투영하였을 때의 상측에서 바라본 도면이며, (b)는 Z축의 역방향으로 격자형태의 점들을 투영하는 경우를 빗면에서 바라본 사시도이다. 이때, 격자모델에 투영된 각각의 점들은, 격자모델의 표면 높이에 대응하는 높이 값을 갖는다. 이 경우, 격자모델의 동일한 위치에는 동일한 점이 투영되기 때문에 각각의 점들에는 격자모델의 해당 위치에서의 격자모델의 높이에 대응하는 높이 값을 갖는다.
또한, 격자모델에 투영된 각각의 점들에는 도 5에 도시한 바와 같이, 가상의 원뿔 형상의 공간이 배치된다. 도 5는 격자형태로 투영되는 복수의 점들 중 특정 하나의 점을 선택하여 확대한 것으로서, 투영되는 격자형태의 각각의 점들에는 도시한 바와 같은 원뿔 형태의 가상공간이 배치된다. 이때, 가상의 원뿔 형상의 공간은 중심선을 기준으로 45도의 빗각을 가질 수 있다. 그러나, 원뿔 형상의 가상공간의 빗각은 이에 한정되는 것은 아니며, 격자모델의 정밀도, 격자형태의 점들의 간격 등에 따라 변경될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 격자모델에 투영되는 각각의 점들 중 면에 적용할 점들을 선택한다(S104). 이때, 본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 델라우니 삼각화 알고리즘을 이용하여, 투영되는 각각의 점들을 순서대로 연결하여 면을 구성하되, 가상의 원뿔 공간 안쪽을 침범하는 점은 제외시키는 것이 바람직하다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 격자모델에 투영되는 각각의 점들에 대하여, 빗각이 45도인 가상의 원뿔 공간이 역으로 존재하는 것으로 가정할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 도 6에 도시한 바와 같이, 최소 반경에 도달하는 순서대로 각각의 점들을 연결하되, 45도 이내의 원뿔 공간 안을 침범하는 점들은 제외시킨 후 남은 점들을 연결하여 표면을 생성한다.
본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 단계 S104에서 선택된 점들에 기반하여 바닥판(110)을 제조한다(S106). 이때, 본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 도 7에 도시한 바와 같이, 단계 S104에서 생성되는 표면을 바닥면으로 하며, 바닥면으로부터 설정된 두께만큼 하방으로 연장시켜 바닥판(110)을 제조할 수 있다. 이 경우, 바닥판(110)의 경사지는 부분에서의 최소 두께가 t로 설정되었다고 가정할 때에 XYZ 축에서의 Z축 방향의 두께는 최소 두께에 2제곱근을 곱한 값 이상으로 설정할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 45도 이내의 원뿔 공간 안을 침범하는 점들을 제외시킨 후 남은 점들을 연결하여 바닥면을 생성하기 때문에, 도 7의 면 A에 나타난 바와 같이 각각의 점들을 연결시켜 바닥면을 생성하는 경우에 비하여 단차가 완화된 표면이 생성된다.
본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 제작하려는 건축모형의 가로 및 세로의 비율에 따라 하부뼈대(120)를 제조한다(S108). 이때, 도 8에 도시한 바와 같이, 제작하려는 건축모형의 가로 및 세로의 비율이 2 미만인 경우, 건축모형을 둘러싸는 정사각형 또는 직사각형의 중심으로부터 가로 및 세로 방향의 1/2 지점 부근을 지나는 원 또는 타원에, 바닥판의 XYZ 축에서의 Z축 방향의 두께와 동일한 두께로 도넛 형태의 띠를 형성하고, 하부면의 바닥으로부터 적어도 Z 축 방향의 두께가 이격되도록 높이 값을 부여하여 속이 빈 원 또는 타원 형태로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 도 9에 도시한 바와 같이, 제작하려는 건축모형의 가로 및 세로의 비율이 2 이상인 경우, 건축모형의 외곽 사각형을 길이 방향으로 둘로 분절하며, 각각 가로 및 세로의 비율이 2 미만인 경우에 따라 속이 빈 타원 또는 원통 형태로 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 하부뼈대는 밑에서 바라 보았을 때, 도 10에 도시한 바와 같이, 원 또는 타원의 도넛 형태의 띠가 형성되며, 원 또는 타원의 내부 공간에는 바닥에 접하는 원통 또는 타원통의 테두리보다 낮게 형성되기 때문에, 원 또는 타원의 내부에 문양, 상표 등을 배치할 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조된 바닥판 및 하부뼈대는 도 11에 도시한 바와 같이, 하부뼈대(120)를 최하단으로 하여 바닥판(110)이 적층되고, 그 위에 격자모델(100)이 적층된다(S110). 이때, 바닥판(110)는 설정된 두께만큼 DSM(100)으로부터 이격시킨 후, 그 테두리를 막아 폐합된 면을 생성시킬 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 건축모형 제조방법은 건축모형에 강성을 부여하게 되므로, 강도가 증진되고, 재료의 열 변형이나 반응에 의한 수축에 저항하게 되므로, 선형 정밀도를 확보할 수 있다.
또한, 투영된 점들을 일정한 논리로 선별하여 요철을 완화된 면으로 작성함으로써 비교적 일률적인 두께를 갖도록 제조되기 때문에 적층재료를 최소화하면서 동시에 바닥에 구멍이 나는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (6)
- 3D(Dimension) 프린터를 이용한 건축모형 제조방법에 있어서,
(a) 사진측량에 기반한 DSM(Digital Surface Model)을 상기 3D 프린터로 제조하며, 제조된 상기 DSM에 설정된 간격의 격자형태로 배분된 점들을 일정방향으로 투영하는 단계;
(b) 투영되는 상기 각각의 점들 중 바닥면으로 적용할 점들을 선택하는 단계;
(c) 상기 선택된 점들을 상면으로 하는 바닥판을 상기 3D 프린터로 제조하는 단계;
(d) 제작하려는 건축모형의 가로 및 세로의 비율에 따라 하부뼈대를 상기 3D 프린터로 제조하는 단계; 및
(e) 제조된 상기 DSM, 상기 바닥판 및 상기 하부뼈대를 결합하는 단계;
를 포함하며,
상기 DSM에 투영되는 상기 각각의 점들은 상기 DSM에 대응하는 높이 값을 갖고,
상기 (b) 단계는 델라우니 삼각화 알고리즘을 이용하여 상기 투영되는 각각의 점들을 순서대로 연결하여 상기 바닥면을 구성하되, 각각의 점들 중 가상의 원뿔 공간 안쪽을 침범하는 점은 제외시키는 것을 특징으로 하는 건축모형 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 바닥판의 XYZ 축에서의 Z 방향의 두께는 설정된 최소두께에 2제곱근을 곱한 값 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 건축모형 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
가로 및 세로의 비율이 2 미만인 경우, 상기 건축모형을 둘러싸는 직사각형 또는 정사각형의 중심으로부터 가로 및 세로 방향의 1/2 지점 부근을 지나는 타원 또는 원에 상기 바닥판의 XYZ 축에서의 Z 방향의 두께와 동일한 두께로 도넛 형태를 형성하고, 하부면의 바닥으로부터 적어도 Z 방향의 두께가 이격되도록 높이 값을 부여하여 속이 빈 타원 또는 원통 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 건축모형 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
가로 및 세로의 비율이 2 이상인 경우, 상기 건축모형의 외곽 사각형을 둘로 분절하며, 각각 가로 및 세로의 비율이 2 미만인 경우에 따라 속이 빈 타원 또는 원통 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 건축모형 제조방법.
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