KR20150028776A - 3d 개머트 맵핑을 갖는 컬러 3차원 프린팅 시스템 - Google Patents

3d 개머트 맵핑을 갖는 컬러 3차원 프린팅 시스템 Download PDF

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KR20150028776A
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제임스 트래버스
필립 키이난
핀탄 맥코르맥
코노 맥코르맥
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엠코 테크놀로지즈 리미티드
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Abstract

본 발명은 색채화된 3차원(3D) 객체를 형성하도록 구성된 층을 이룬 객체 제조(LOM) 시스템을 제공하며, 이 시스템은 다수의 표면들로 형성된 3D 객체를 정하고, 상기 정해진 3D 객체와 일치하는 프린팅 레짐(printing regime)을 제공하는 3D 객체 개머트 맵핑 모듈(3D object gamut mapping module)로서, 상기 3D 객체 개머트 맵핑 모듈이 프린트될 다수의 매체 층들 각각의 표면의 방향을 분석하도록 구성되어, 상기 층에 대해 프린트된 컬러를 수정하는, 3D 객체 개머트 맵핑 모듈; 및 상기 프린트된 레짐에 따라 다수의 층들 각각의 제1 표면의 적어도 일부를 컬러 프린트하도록 구성된 프린터를 포함한다. 또한, 3D 객체 매체 층에서 프린트-스루 영역을 제공하기 위한 컬러 3D 객체 매체 층 프린팅 모듈이 제공된다. 또한, 3D 객체 개머트 맵핑 방법 그리고 프린팅 모듈을 포함하는 층 객체 제조(LOM) 시스템에서 사용하기 위한 잉크가 제공된다.

Description

3D 개머트 맵핑을 갖는 컬러 3차원 프린팅 시스템{Colour 3-Dimensional Printing with 3D Gamut Mapping}
본 발명은 급속 프로토타입핑(rapid prototyping, RP)을 위한 층을 이루는 객체 제조(Layered Object Manufacture; LOM) 시스템에 관한 것으로서, 특히 프린팅 모듈 그리고 LOM 시스템에서 컬러 3D 객체를 형성하기 위한 프린팅 3차원(3D) 객체 층들을 위한 3D 객체 가매ㅌ 개머트 맵핑(gamut mapping) 방법에 관련한다. 본 발명은 또한 그러한 LOM 시스템에서 사용을 위한 잉크를 제공한다.
급속 프로토타입핑(ptorotyping)은 컴퓨터 제어된 첨가물 제작으로써 정의되고, 객체는 재료의 제거 또는 공제(subtraction)에 의존한 전통적인 기계 가공 방법들보다는 재료의 상기 추가에 의하여 제작될 수 있다. 상기 용어 “급속(rapid)”은 상대적인 용어로 인식되고, 그러나 상기 기술에서, 특정 의미를 가지고, 그런 마무리된 3차원 객체의 구성은 몇 시간에서 몇 일이 걸릴 수 있고, 상기 사용된 방법과 사이즈와 모델의 복잡성에 의존한다. 빠른 프로토타입핑 층을 이루는 객체 제조(layered object manufacture, LOM)의 상기 일반적인 분야에서 채용된 알려져 있는 많은 방법론들은 성공적으로 서로 접착되고 칼 또는 레이저 커터와 함께 형태를 위해 잘라진 접착제 도포 종이(adhesive-coated paper), 플라스틱, 또는 금속 적층체들의 상기 성공적인 레이어링(layering)에 관련된 급속 프로토타입핑의 하나의 형태이다.
다른 급속 프로토타이핑 기술들과 유사한 LOM은 전통적으로 캐드(CAD) 패키지에서 발생된 스테레오리소그라피(stereolithography, STL) 또는 다른 적합한 포맷 파일로부터, 만들어지기 위한 객체/부분의 3차원(3D) 컴퓨터 지원된 디자인(computer aided design, CAD)의 상기 사용과 관련된다. STL 파일은 사용된 기질 재료의 두께와 일치하는 두께에서 상기 Z-축에서 사실상 처리되고 잘라진다. 이것은 상기 부분의 일련의 횡단면을 생성하고 어떤 특정 높이에서 각각은 간단한 2차원(2D) 프로파일(profile)을 갖는다. 프로파일링, 또는 커팅, 장치들은 상기 2D 프로파일들을 추적하기 위하여 사용되고 그리고 따라서 상기 모양들을 가공되지 않은 재료의 얇은 시트(sheet)들로 자른다. LOM에서, 각각 개별적인 얇은 시트는 완성된 3D 객체를 생산하기 위하여 또 다른 상부 위에 하나로 적층되고 결합될 수 있다. 상기 프로파일링, 적층 및 결합 처리들의 상기 순서는 상호 교체될 수 있다.
컬러 3D 프린팅은 3D 프린트된(printed) 물품의 상기 제작에서 사용된 상기 각각의 층들에 디지털 방식으로 컬러를 적용하는 것을 포함한다. 컬러는 아래와 같이 상기 최종 3D 프린트된 물품의 각각의 표면에 상기 요구된 강도에서 요구된다:
정면 - 프린트된 매체(media)의 가장 위의 면
후면 - 프린트된 매체의 밑면
프로파일된 모서리 - 3D 매체에서 층을 위한 디지털 프로파일에 따라 절단된 매체의 모서리
각 객체층이 그의 체적에 걸쳐 컬러를 요구함에 따라, 잉크는 종이와 같은 매체 층에 의하여 그의 전체 두께(뒤배임(strike through) 또는 인쇄된(print through)으로써 언급된)에 걸쳐 흡수되는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적인 컬러 3D 프린팅에서, 잉크는 이미지를 잉크가 매체와 함께하는 초기 접촉 영역을 넘어서 퍼지도록 야기하는 매체의 개방 다공성에 걸쳐서 스며드는 경향이 있다. 이것은 특히 3D 컬러 프린팅이 매체 혼자의 일면으로부터 일어날 때 문제가 된다.
예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 일반적인 3D 컬러 프린터를 사용한 파우더 층(120)과 같은 매체의 잉크제트 프린팅 컬러(inkjet printing colour)(80a)는 오직 일면으로부터 프린팅에 의존한다. 잉크 흡수 과정 동안, 잉크(80a)는 층(120)의 두께로 확산되고 도 1b에 도시된 바와 같이 초기 접촉 면에 비하여 넓은 영역으로 확산되는 것을 지속한다. 게다가 도 1b에 도시된 것처럼, 프린트된 층들의 혼합을 유도하는, 타겟 층(120) 아래의 미리 프린트된 층(130)으로 지속적으로 확산하는 것을 방지하기 위한 물리적인 장벽이 없다. 혼합 영역은 도면 번호 80c에 의해 지시된다. 혼합된 잉크와 층의 확산 모두는 이미지 예민함의 저하(degradation), 즉 이미지의 흐릿함과 확산 컬러를 야기한다. 도 1c는 분산된 표면들과 컬러 혼합 영역들(80c)을 포함하는 마무리된 객체를 도시한다. 이것은 상기 3D 환경 내에 컬러를 제공하는 반면에 이러한 해결책이 최적의 해결책을 제공하지 않는 것으로 인식될 것이다. 더욱이, 도 1d를 참조하면, 오직 상기 매체 층의 일면으로부터 프린팅에 의해, 특히 상기 아래 층 면에서 상기 매체 층의 영역들이 프린트되지 않게 남지 않는 것을 보장하기 위해 인접한 점들을 충분히 서로 가깝게 프린트하는 것이 필수적이다. 잉크 점들을 서로 합침에 의하여 X와 Y 평면에서의 잉크 점들의 후속 블리드(bleed)는 잉크 점들을 수렴시키고 갈색 또는 검정색으로 일반적으로 나타나는 혼합된 컬러를 만들어 낼 것이다. 컬러 혼합을 피하기 위하여, 잉크들의 상기 혼합(intermixing)을 피하기 위하여 상기 프린팅 밀도는 감소되어야만 하고, 그리고 도 1e에 도시된 것처럼, 최적의 잉크 방울(drop) 밀도보다 낮은 것을 가진 표면들이 야기될 것이다.
일반적인 잉크제트 프린팅의 또 다른 측면에서, 흐름을 위한 경로들을 찾기 위한 잉크를 가능하게 하기 위한 다공성의 상기 양을 감소시킴에 의해, 상기 프린트된 정면으로부터 상기 매체의 상기 후면까지, 잉크의 상기 이송에 물리적으로 적게 민감한 상기 매체를 만들기 위하여, 상기 매체는 사이징 에이전트(sizing agent) 또는 필러(filler)와 함께 다루어진다. 표면 사이징 에이전트들(상기 매체 표면에 적용된)은 잉크 흐름과 침투를 위한 물 반발과 저항성의 정도를 생성하는, 상기 셀룰로오스 섬유들(cellulose fibres)과 마주보는 친수성의 엔드들(ends), 그리고 상기 잉크를 향하여 맞서는 소수성 테일(hydrophobic tails)과 함께 양친매성의 분자들인 젤라틴(gelatin), 또는 알킬 케텐 이량체(alkyl ketene dimers)와 같은 녹말, 하이드로 콜로이드(hydro colloids)로 한정될 수 있다. 잉크제트 프린팅에 사용되는 전형적인 잉크는 유력한 용매로써 물을 사용한다.
컬러 3D 프린팅에서 상기 종이가 3차원에서 착색되도록 상기 잉크는 상기 매체를 완전히 흠뻑 적시는 것이 바람직하다. 종이와 같은, 전통적인 LOM 시스템들에서 사용되기 적합한 매체의 상기 종류들에는 제한들이 있다. 종이가 섬유의 임의로 섬세한 층으로 구성됨으로써, 상기 구조는 가지각색의 다공성의 정도들을 가질 수 있는 것이 따라온다. 종이는 높은 다공성 재료이고 70% 이상의 공기를 함유한다. 시트의 상기 다공성은 상기 종이의 상기 수분 흡수 용량의 지표이고, 또는 잉크 또는 물을 받아들이기 위한 종이의 특정 시트의 상기 능력이다. LOM을 위한 종이의 특정 종류를 선택할 때, 그러므로 상기 매체의 상기 다공성을 고려하는 것이 중요하다.
공통적으로, 종이에 데스크탑(desktop) 잉크제트 프린팅에 사용되는 잉크는 바인더들, 그리고 색을 주는 염료들 또는 색소들과 함께 물이 베이스가 된다.
다수의 매체 물질 층들이 형성된 후, 프로파일링 및 층 결합 과정(layer bonding process)이 수행된다. 다수의 층들이 서로 결합되고, 그리고 그때 상기 3D 프린트된 객체를 드러내기 위하여 상기 프린트된 매체 무더기로부터 원하지 않는 지지 재료를 제거하는 것을 포함하는 프로파일링 또는 위딩(weeding) 과정이 수행된다. 전통적으로, 상기 위딩 과정 동안, 위딩 동안 그/그녀가 상기 원하지 않는 층들을 제거하는 동안 기술자는 컴퓨터 스크린으로 3D 모델 객체를 관찰하기 위한 상기 업무를 수행한다.
컬러 3D 프린팅에서는, 각각의 매체 층에 대한 3가지 면들, 상기 수평의 정면(위를 바라보는), 상기 수평의 후면(아래를 바라보는) 그리고 상기 프로파일된(잘린) 수직의 벽들이 있다. 상기 완성된 3D 객체의 각각의 표면은 빛에 노출되는 앞/뒤/수직의 표면 영역의 가지각색의 비율들을 가질 수 있다. 상기 3D 객체의 상기 각이 있는 벽들에 비교할 때 상기 앞/뒤 표면들 사이의 컬러 강도에는 약간의 변화가 있을 수 있다.
이러한 변화들은 상기 벽(수직 및 수평 면들의 혼합)의 면의 특성에 의존할 수 있고, 2개의 기여 요인들에 의존할 수 있다:
1. 매체 층의 양면들로부터 프린트된 잉크는 매체 층 모서리의 상기 중심을 향해 균일하게 관통하지 못한다. 이것은 시각 효과의 상기 결과에서 생긴 상기 매체 층 컬러의 구성인 것을 의미하고, 따라서 일반적으로 컬러 채도(colour saturation)가 감소된다.
2. 매체 층 모서리에 의하여 야기되는 상기 단계에 기인하는 셰이딩(shading)은 프린트된 컬러를 어두워지게 하도록 제공될 수 있다. 그러나, 이것은 주관적이며 또한 문제의 시야각 그리고 표면에 대한 광원의 각도에 의존할 수 있다. 따라서, 광원과 시야각 모두 표면에 정상적인 것이 가정된다. 이러한 경우, 셰이딩은 기여 요소가 아니다.
도 1f는 광원에 대하여 지향하는 프린트된 매체 층들의 적층체(1200)를 도시한다. 상기 수평의 상면 및 하면들(1200a, 1200b)은 측면들(facets) 및 균일한 시각적인 강도 프로파일 없이 상기 입사 빛에 그들 자신들을 나타낸다. 도 1g에서, 상면(1200a)은 수평면에 대하여 30도에서 경사지고, 그것은 평면, 깎인(faceted) 면들이 없는 것보다 더 많은 빛을 반사하는 상기 스텝(step) 영역들에서 페이지 모서리들을 포함하는 수평 벽들(122)(대부분) 및 수직 벽들(124)의 혼합을 나타낸다. 도 1h에서, 상면(1200a)은 상기 수평면에 대하여 45도에서 지향되고, 그것은 더 많은 수평 및 수직 벽들(122, 124)의 동일한 혼합 및 더 높은 단위 면적당 스텝들(steps)의 빈도를 생산할 수 있다. 도 1i는 가파른 벽들(상기 수평면에 대하여 60도)을 도시하고, 그것은 수평 벽들(122)보다 수직 벽들(124)을 더 산출하고, 면들에서 증가이다. 마지막 예인 도 1j에서, 표면은 수직 면들에 대한 90도에서 지향되는 상기 광원과 함께 전체적으로 수직 면들로 구성된다. 도 1j에서, 입사 빛과 마주보는 표면은 수평면(1200a, 1200b)과 다른 지형을 갖고, 다수 적층(multi-laminate) 구조이다.
컬러 개머트(colour gamut)는 장치 또는 이미지 포맷, 또는 카메라 또는 진짜의 인간 시청자와 같은 입력 장치에 의하여 감지될 수 있는 범위에 의하여 나타날 수 있는 시각의 자극의 상기 범위를 묘사한다. 일반적으로 사용되는 묘사는 도 1k에 도시된 상기 CIE 1931 XY 색도 도표이다. 축들은 개머트의 장소(locus) 주변을 그리는 파장들과 함께 조정하는 XY 컬러 공간을 나타낸다. 더 큰 로브(lobe) 형태의 개머트는 인간 시각의 지각의 정도들을 나타낸다; 또한 그려진 것은 상당히 더 작은 sRGB 장치 개머트의 예이다. 컬러 프린터를 위한 상기 개머트는 상기 3자극(tri-stimulus) sRGB 공간에 대한 4개 구성 잉크들의 사용 때문에 전형적으로 다시 더 작고 형태에 있어서 더 고르지 못하다.
전형적인 컴퓨터 모니터 출력 포맷에서 나타나는 이미지를 프린트하기 위하여 시도할 때 문제가 발생한다. 상기 모니터 개머트의 큰 면적은 상기 프린팅 장치에 가능하지 않고 따라서 개머트 맵핑(gamut-mapping)의 상기 분야는 하나의 장치 개머트를 또 다른 것으로 컬러 변환할 때 시작(play) 상태가 된다. 순수한(naive) 접근은 개머트들 둘 다에 공통의 모든 컬러들을 보존되도록 하고 그때 상기 출력 개머트의 모서리에 가장 근접한 상기 입력 개머트의 모든 외진(outlying) 컬러들을 재배치한다. 이것은 몇몇 컬러들을 위한 정확도를 보존할 것이나 다른 것들에 대해서는 출력 개머트 모서리를 따라 컬러들의 작은 세트를 위하여 모든 외진 값들을 지도를 만들 것이다. 이로부터 야기된 열악한 시각적 효과는 다른 더 적은 컬러 정확도 접근들이 일반적으로 사용되는 것을 의미한다. .
위의 설명은 2D 종이 프린터들, 컬러 모니터들 등에 적용되는 전통적인 2D 형상화(imagery)에 관련된다. 컬러에서 3D 제조의 상기 분야를 고려할 때, 위의 맵핑(mapping)에 대한 또 다른 치수; 즉 특정 물리적 지향 또는 지향들에 대한 잠재적인 컬러 의존이 생긴다. 이것은 종이를 사용한 급속 프로토타입핑(rapid prototyping)에 기초한 층을 이루는 객체 제조(Layered Object Manufacturing, LOM), 그러나 또한 다른 3D 프린팅 기술들에서 발생할 수 있다. 이러한 경우에서 상기 물리적 지향 의존은 그러한 잉크가 상기 종이를 완전히 관통할 수 없는 상기 가능성 때문에 발생한다. 이것은 종이 면들의 하나 또는 둘 다에 포화된 컬러를 위한 것을 의미하고, 상기 종이 모서리로부터 볼 때 바뀐 시각의 효과를 생산하기 위해 상기 잉크와 함께 결합된 상기 종이 컬러의 구성이 있을 수 있다.
도 1l에서 이중 컬러화된 접합된 종이의 적층체의 경우를 위한 문제가 도시한다; 잉크들이 완전히 관통되지 않고, 따라서 종이의 상기 기초 컬러가 아직도 페이지 두께의 중간에 존재한다. 이것은 오직 상기 종이의 상기 상면만이 보이는 0° 각도에서는 문제가 되지 않는다; 상기 효과는 상기 동일한 컬러의 2D 프린트를 위한 것으로써 동일하다. 그러나, 상기 측면, 또는 90°로부터 볼 때, 상기 종이 컬러 구성은 잉크가 관통되지 않은 곳에서 상기 프로파일의 상기 일부로부터 시작(play) 상태가 된다. 상기 시각 효과는 상기 기초 종이 컬러과 상기 프린트된 초록색: 상기 초기 프린트된 색의 포화도를 저하시킨 버전과 거의 정확한 어떤 것 사이의 색 혼합일 수 있다.
상기 채도 저하의 영향은 부분의 다른 경사진 측면(facet)에 걸쳐 색 균일도에 가시적인 끊어짐일 수 있다.
따라서, 신속한 프로토타입을 위한 LOM 시스템에서의 사용을 위한 컬러 3D 프린팅 공정에서는 해결할 필요가 있는 많은 문제가 있다.
이것들과 다른 문제들은 본 발명에 따라 제공되는 컬러 3D 프린팅 프로세서를 수행하도록 구성된, 층으로 이루어진 객체 제조(Layered Object Manufacturing, LOM) 시스템에 의해 해결된다.
이것들과 다른 문제들은 본 발명에 따라 제공되는 컬러 3D 프린팅 프로세서를 수행하도록 구성되는 층으로 이루어진 객체 제조(Layered Object Manufacturing, LOM) 시스템에 의해 해결된다.
본 발명은 제1항에서 상세하게 한정된 바와 같은 LOM 시스템을 제공한다. 또한, 제34항에 따른 프린팅 모듈이 제공된다. 또한, 제60항에 따른 3D 객체 개머트(gamut) 맵핑 방법이 제공된다. 또한, 제75항에 따른 컴퓨터 소프트웨어 프로그램이 제공된다. 또한, 제78항 및 제83항 각각에 따른 컬러 3D 프린팅 잉크 및 매질이 제공된다. 또한, 제84항에 따른 다른 LOM 시스템이 제공된다. 유익한 특징들은 종속항들에 제공된다.
본 발명의 위의 특징들 및 다른 특징은 하기의 도면을 참고로 하여 더욱 이해될 것이다.
도 1a는 종래의 방법에서, 석고층(gypsum layer) 상에 잉크제트 프린팅 컬러를 나타내는 단면도.
도 1b는 종래의 방법에서, 이전 층과 상호 작용하는 현재의 프린팅 층의 잉크를 도시한 도면.
도 1c는 종래의 방법을 이용하여 얻어진 확산 표면 및 색상 혼합 영역을 보여주는 완성된 개체를 도시한 도면.
도 1d는 매체층의 한 면에만 프린팅하는 종래의 방법을 도시한 도면.
도 1e는 매체층의 한 면에만 컬러 도트를 프린팅하는 종래의 방법을 도시한 도면.
도 1f는 측면(facet)들을 포함하지 않고, 균일한 광 강도 프로파일을 갖는 입사광 지향의 수평 상면 및 하면을 가지는 매체층들의 스택의 단면을 도시한 도면.
도 1g는 수평면에 30도 배향 상면을 갖는 매체층의 스택 단면을 도시한 도면으로서, 스택은 평면보다 더 많은 빛을 반사하는 단차(step) 지역(원)의 면 가장자리를 포함하는 수평(주로) 및 수직 벽들의 혼합물과 비-측면(non-faceted) 표면을 나타냄.
도 1h는 수평면에 45도 배향 상면을 갖는 매체층의 스택 단면을 도시한 도면으로서, 스택은 수평 및 수직 표면의 혼합물 동등 이상 및 단위 면적당 단차(step)의 더 많은 빈도를 나타냄.
도 1i는 수평면에 60도 배향 상면을 갖는 매체층의 스택 단면을 도시한 도면으로서, 상기 스택은 수평면 및 측면(facet)의 증가보다는 수직면을 나타냄.
도 1j는 완전히 수직 측면(facet)으로 이루어지는 매체층의 스택의 단면도.
도 1k는 CIE 1931 XY 색도도를 도시한 도면.
도 1l은 잉크가 층의 전체 두께에 침투하지 않은 컬러 프린팅된 용지의 스택을 도시한 도면.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 층으로 이루어진 객체 제조 (Layered Object Manufacturing, LOM) 시스템의 블록도.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 층으로 이루어진 객체 제조(Layered Object Manufacturing, LOM) 시스템의 블록도;
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 층으로 이루어진 객체 제조(Layered Object Manufacturing, LOM) 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 객체 매체층의 정면 이미지를 프린팅하는 프린팅 모듈을 도시한 도면.
도 4는 전면 이미지의 대칭 이미지인 후면을 프린팅하는 과정을 도시한 도면.
도 5는 프린트 헤드 캐리지 쌍을 이용한 수평 및 수직 동시 양방향 프린팅을 도시한 도면.
도 6은 페이지-와이드 배열 프린트-헤드(page-wide array print-heads)를 이용한 수평 및 수직 동시 양방향 프린팅을 도시한 도면.
도 7은 전방 및 후방 이미지를 정렬하는데 사용되는 얼라이먼트 장치의 사진 이미지.
도 8은 전-후 이미지 얼라이먼트 장치를 도시한 도면.
도 9a는 매체층의 양면에 “M”자 형태를 프린트하고 오정렬한 얼라이먼트 장치를 도시한 도면.
도 9b는 매체층의 양면에 “M”자 형태를 프린트하고 완벽히 정렬한 얼라이먼트 장치를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 매체층의 전면으로부터 매체층 상에 증착된 잉크를 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 매체층에 대략 반쯤 관통하도록 충분한 잉크가 증착된 방법을 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전방 측 이미지에 일치하는 위치에서 후방 측으로부터 매체층 상에 증착된 잉크를 도시한 도면.
도 13은 전방 및 후방 측면 이미지로부터 흡수된 잉크를 조합하는 방법을 도시한 도면.
도 14는 본 발명에 따른 결합 공정 후의 2개의 선-프린팅된 층을 도시한 도면.
도 15는 결합 및 불필요한 매체를 제거하는 위딩(weeding) 후, 조합된 층의 가장자리와 컬러 프로파일을 도시한 도면.
도 16은 위딩(weeding) 후에 형성될 3차원 객체의 평면도 및 단면도.
도 17은 프린팅된 후 위딩(weeding) 전에 3D 객체의 평면도 및 단면도.
도 18은 부분적으로 제거된 객체를 컬러 해칭으로 나타낸 도면.
도 19는 본 발명에 따른 3D 객체 개머트(gamut) 맵핑 방법을 이용한 4D 변환의 일예를 시각적으로 표현함을 도시한 도면.
도 20은 본 발명에 따른 3D 객체 개머트(gamut) 맵핑 방법 중 교정(calibration) 단계를 이용한 팔각형 테스트 부분의 기본적인 예를 도시한 도면.
도 21은 위딩(weeding) 과정 중 컬러 3D 객체의 사진 이미지.
도 22는 위딩(weeding) 후 컬러 3D 객체의 사진 이미지.
본 발명에 따라 제공된, 층으로 이루어진 객체 제조(Layered Object Manufacturing, LOM) 시스템의 예시적인 장치는 본 발명의 이점의 이해를 돕기 위하여 설명될 것이다. 이러한 장치는 시스템의 타입의 예시로서 이해될 것이며, 상기 시스템의 제공 및 변경 실시가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 기재된 것과 같이 제조 될 수 있는 하나의 특정 구성에 대한 본 발명 내용을 제한하도록 의도되지 않은 시스템의 타입의 예시로서 이해될 것이다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 층으로 이루어진 객체 제조(LOM) 시스템은 컬러 3 차원(3D) 개체를 형성하는 개별 복수의 층을 조립하도록 구성된 시스템이 제공된다. 본 발명의 문맥 내에서, 상기 층은 매체층이며, 개별 매체층은 별도의 물리적 요소 또는 엔티티(entities)를 고려할 수 있다. 이런 식으로 그것들은 개별적으로 포착되고 배치되거나 그렇지 않으면 시스템 내에서 전송될 수 있다. 다른 구성에 있어서, 예를 들면 석고 재료를 사용한 3D 객체의 구축 동안 그 자리에서 상기 층은 형성될 수 있다. 이것은 개별적으로 식별 가능하지만 객체의 구축까지 형성되지 않는다.
상기 시스템은 복수의 층의 각각의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 컬러 프린트로 형성되는 프린터를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 층은 매체층이며, 상기 시스템은 3D 객체를 형성하기 위해 복수의 개별 매체층을 조립하도록 구성된 병합기(collator)를 더 포함할 수 있다. 개별 매체층 각각은 개별적으로 또는 독립적으로 프린팅 될 수 있다.
3D 객체를 형성하기 위한 3D 객체 매체층을 프린팅하기 위하여 프린팅 모듈이 제공될 수 있다. 본 발명은 프린팅 모듈, 프로파일링, 개별 3D 객체 매체층을 절단하기위한 층 접합 모듈 및 완성된 3D 객체를 형성하기 위해 개별층을 함께 본딩하는 것을 포함하는 LOM 시스템을 제공한다. 또한 3D 객체 매체층의 모든면의 전체 컬러 강도를 정규화기위한 3D 객체 개머트(gamut) 맵핑 방법이 제공된다. 또한 컬러 3D 프린트용 잉크를 제공한다. 또한, 본 발명은 각 계층에 대한 부가 정보를 프린팅하기 위한 컬러 3D 오프셋 프린팅 방법을 제공한다. 이 정보는 오류 정정 및 컬러 프린팅층의 스택을 절단 프로파일에 대한 프로파일링 및 층 결합 모듈에 구축 지시를 제공한다.
상기 프린팅 모듈은 종래 LOM 배열의 일부 형태일 수 있는 병합기로부터 물리적 분리 과정 모듈일 수 있다. 이러한 예는 우리의 공동출원PCT/EP2008/066473이다. 일 실시예에서 상기 프린팅 모듈은 그 이면에 프린팅할 때, 자동으로 매체를 반전하는 양면 모듈을 구비하는 잉크제트 프린터를 포함할 수 있다. 프린터가 대조 전에 컬러를 적용하도록 구성될 수 있다. 상기 컬러는 대조 처리 동안 적용될 수 있다. 컬러는 다른 잉크의 사용을 통해 적용된다. 상기 병합기는 복수의 매체층 중 각각을 결합하도록 구성되는 결합 모듈을 포함할 수 있다. 상기 결합 모듈은 수성 접착제를 사용하도록 구성될 수 있다. 프린터가 매체층의 제 1면과 제 2면에 프린팅하도록 구성될 수 있다. 상기 제1면과 제2면 상의 프린팅은 객체의 표면의 각도에 관계없이 실시할 수 있게 이미지 번짐을 줄이고 컬러 정확도를 유지할 수 있다. 상기 프린터는 하나 이상의 복수개의 개별 매체층의 하나 이상의 표면에 여러 컬러를 적용할 수 있도록 형성될 수 있다. 상기 병합기는 3D 객체 내에서 희망한 3D 형상이 형성되도록 복수개의 매체층 중 개별 매체층의 프로파일에 영향을 주도록 형성되는 프로파일링 모듈을 포함할 수 있다. 프로파일링 모듈과 결합 모듈은 단일 프로파일링 및 층 결합 모듈이 통합될 수 있다.
적합한 프린터들은 대용량 입력 및 출력 용지함을 가지고 표준 양면 프린팅 유닛을 갖추고 있는 사무실 프린터들을 포함할 수 있다. 또한, 프린트 모듈(100)은 층 결합 모듈과 프로파일 모듈에 통합될 수 있다. 즉시 컬러 프린팅이 프로파일링 및 접합 프로세스를 우선으로 한다.
본 발명에 있어서, 대부분의 셀룰로오스 매체 유형에 침투가 최적화할 수 있는 프린팅 모듈로 이용되는 프린팅 잉크가 이용될 수 있다. 이러한 잉크의 예는 후술한다. 다음은 컬러 프린팅 공정에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따라 완성된 3 차원 객체는 조립 및 원하는 최종 기하학적 형상을 형성하도록 형상되는 개별 매체층의 스택으로 형성된다. 바람직한 구성에서, 상기 개별 매체층은 프린팅되거나 그렇지 않으면 조립 배치 전에 처리될 수 있는 셀룰로오스 기반의 용지이다. 따라서, 예시적인 셀룰로스계 종이인 복수의 3D 객체 매체층은 완성된 컬러 3D 프린터된 문서를 형성하기 위한 준비로 프린트될 수 있다. 컬러 3D 프린팅된 문서를 위한 전체 층 스택은 각 프린팅된 층이 프로파일되고 컬러 3D 프린팅된 문서의 제작이 완료되도록 결합될 때 프로파일링 및 층 결합 모듈에 로드된 프린팅된 스택 후에, 오프라인 프린팅 모듈이 미리 프린팅된 양면 프린팅일 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LOM 시스템(500)의 블록도이다. 도 2a를 참조하면, LOM 시스템(500)은 3D 컬러 프린팅 모듈(510), 용지 공급 장치(520) 및 프로파일링 및 층 결합 모듈(530)을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 상기 층은 매체 층이며, 더욱이 매체, 용지의 특정 형태이다. 상기 용지는 완성된 컬러 3D 객체를 생성하도록 용지 공급 메커니즘(520)을 통해 프로파일링 및 층 결합 모듈(530)에 공급되기 전에 3D 컬러 프린팅 모듈(510)에서 양면 프린팅될 수 있다. 도 2b에서, 용지가 용지 공급 메커니즘(520)을 통해 3D 컬러 프린팅 모듈(510)로 공급될 수 있고, 완성된 컬러 3D 객체를 생성하도록 프로파일링 및 층 결합 모듈(530)에서 프로파일되고 결합된다. 프로파일링 및 층 결합 모듈(530)은 각각 별도의 프로파일링 및 층 결합 모듈을 포함할 수 있다. 도 2c에서, 용지는 통합된 3D 컬러 프린팅으로 용지 공급 메커니즘(520)을 통해 공급될 수 있고, 프로파일링 및 층 결합 모듈(540)은 프린팅, 프로파일링 및 결합 공정을 수행할 수 있고, 이에 의해 완성된 컬러 3D 객체를 생성할 수 있다. 도 2c의 실시 예에서, 프린팅은 매체의 일측에서만 수행된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 객체 매체층을 프린팅하는 프린팅 모듈(100)을 도시한다. 프린트 모듈(100)은 매체층의 양면에 색의 도포를 제공하도록 구성될 수 있다. 컬러를 일면에만 도포하는 기술과 반대로 양면으로부터 이동시켜(migrate) 컬러를 전달한다. 양면으로부터 매체의 착색을 제공하기 위해, 3D 객체를 위한 이미지, 프로파일 및 컬러 정보를 포함하는 디지털 프린트 파일이 생성될 수 있다. 이후 이것은 프린팅 모듈(100)에 전송되거나 그렇지 않으면 로드된다. 디지털 프린터 파일은 최종 스택의 각 층에 대한 전방 - 후방 측 이미지 쌍 시리즈를 포함할 수 있다. 프린트 파일의 컬러부는 프린팅될 수 있는 모든 매체층의 전방 측과 후방 측 모두에 대한 디지털 컬러 이미지 정보를 포함할 수 있다. 각 전-면-후-면-전-면 이미지 시퀀스는 디지털 파일에서 정렬될 수 있다. 또한, 상기 데이터 세트는 전후 정렬 프린팅 실행 과정 중에 유지되는 것을 보장하기 위하여 인간과 기계가 읽을 수 있는 정렬 검증 테스트를 모두 허용하는 매체 상에 프린트될 수 있는 물리적 전-면-후-면 정렬 특징을 포함한다.
일반적으로 특정 분야에서의 하우징을 포함하는 프린팅 모듈(100)은 프린팅 작업에 대한 매체의 충분한 블랭크 스톡(blank stock)과 함께 로드될 수 있다. 위에 설명된 바와 같이 매체가 용지를 포함 할 수 있다. 매체 후면 또는 후미, 가장자리와 우측 가장자리는 용지 공급 시 매체 위치가 재생될 수 있도록 용지 공급함이 보장되도록 정확하게 정렬될 수 있다. 도 3은 본 실시예에 따른 상기 프린팅 모듈(100)을 이용한 전면 이미지의 인쇄를 도시한다. 도 3을 참조하면, 상기 인쇄 모듈(100)은 종이를 인쇄하도록 구성되고, 프린트 헤드 캐리지(print head carriage)(10), 4개의 컬러 헤드(20), 종이 공급 롤러(미도시)와 종이 이송 기구(미도시), 및 상기 매체를 인버팅(invering)하기 위한 듀플럭스 유닛(duplex unit)(30)를 포함할 수 있다. 이들의 각 구성과 변경은 프린터의 기술분야의 당업자에게 익숙할 것이다.
상기 매체 스택(media stack)은, 각 층의 제1 및 제2 면을 가지고 층 바이 층(layer by layer) 방식으로 동시에 또는 순차적으로 인쇄되거나 또는 종이의 페이지 바이 페이지(page by page) 방식으로 동시에 또는 순차적으로 인쇄될 수 있다. 상기 각 층의 제1 및 제2 면은 서로 반대면이다. 상기 층의 제1 면은 상기 층의 전면이고, 상기 층의 제2 면은 후면일 수 있다. 상기 매체는 상기 종이 공급 롤러에 의해 상기 프린트 모듈 내에서 구동되어 뒤로 말리거나 아니면 상기 종이 이송 기구에 의해 상기 프린팅 모듈(100)의 전방을 향해 이송될 수 있다. 그 다음, 상기 매체는, 상기 왕복 프린트 헤드 캐리지로 전해지고, 전면 이미지를 인쇄할 수 있는 하나 이상의 잉크 컬러가 구비된 페이지 와이드 프린트 바(page wide print bar)에 고정된다. 상기 전면 이미지가 한번 인쇄되면, 상기 종이 공급 롤러는 반전되어 상기 매체 층에서 상기 듀플럭스 유닛(30)으로 당길 수 있다. 상기 듀플럭스 유닛(30)은 상기 매체가 백 플립(back flip)되게 하고, 상기 컬러 헤드(20)를 통해 인쇄되도록 상기 층의 후면이 나타날 수 있게 한다. 상기 후면에 프린트된 이미지는 상기 전면 이미지의 미러 이미지(mirror image)일 수 있다. 도 4는 전면이 미리 프린트되어 있는 매체 층의 후면 이미지를 프린트하는 과정을 나타낸 도면이다.
상술한 예는 싱글 프린트 헤드 캐리지를 이용한 양방향 인쇄에 대하여 설명한 것이다. 여기서 상기 싱글 프린트 헤드 캐리지는 인쇄 도중에 상기 매체 층의 폭을 가로질러 스캔하고, 뒤를 이어 상기 듀플럭스 유닛이 상기 매체 층의 아래쪽을 인쇄할 수 있도록 상기 매체 층를 뒤집는다. 다른 구성요소들 또한 적용될 수 있다. 예를 들어, 페이지 와이드(page-wide) 정렬 프린트 헤드는 스캐닝 프린트 헤드 캐리지 대신 사용될 수 있다. 이러한 방식에서, 이송 기구는 오직 상기 매체 공급 롤러인 것이 적절하다. 또 다른 실시예는 듀플럭스 유닛을 생략하고 두 개의 스캐닝 캐리지 또는 상기 매체의 양쪽면을 각각 동시에 인쇄하는 두 개의 페이지-와이드(page wide) 프린트 헤드가 적용될 수 있다. 이러한 방식의 장점은, 상기 매체 공급 기구가 평면의 매체 공급 경로에 대하여 상당히 간소화되고, 동일한 변위 엔코더 시스템의 공유를 통해 두 개의 프린트 헤드 동작이 서로 맞물리기 때문에, 상하부 매체 사이의 기계적 미스-레지스트레이션 에러(mis-registration error)가 제거될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 인쇄는 상기 매체 층객체가 상기 프린팅 모듈에서 수평 또는 수직 평면 상에 배치되면서 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 상 하부 프린트 헤드 캐리지는 상기 매체 층의 제1 및 제2 면에서 각각 사용될 수 있다. 도 6은 수평 또는 수직에 대하여 동시에 양방향으로 인쇄하는 페이지-와이드(page-wide) 배열 프린트 헤드(110)를 도시한다. 또한, 상기 프린트 헤드는 상기 프로파일링 및 층 본딩 모듈과 통합되어 단일 스테이지 과정으로서 상기 페이퍼 공급, 프로파일링 및 층 공급 과정 간의 동작을 실시할 수 있다.
테스트 듀플럭스 프린트는, 후면 이미지 프로파일이 전면 이미지 상에서 보이고 겹쳐지도록 매체 층의 뒤쪽을 비춤으로써, 전, 후면 이미지의 정렬에 대하여 프린트되고 확인될 수 있다. 십자선과 같은 정렬 수단들은, 두 개의 이미지가 정확히 정렬된 것을 보장하기 위해서 전, 후면 이미지의 정렬이 어느 정도 필요한지 판단할 수 있도록 객체 매체 층의 두 면 상에서 사용될 수 있다.
상기 매체 층 스택의 후속의 프로파일링 및 본딩이 이루어지는 동안 층 바이 층(layer-by-layer) 베이시스(basis) 상에 오프셋 양면 인쇄된 매체 층들의 정확한 정렬이 가능해지기 위해, 상기 프로파일링 및 본딩 모듈(530) 상의 센서가 프린트된 매체 층의 상부 또는 하부 면에 있는 프린트된 기준점을 읽고, 상기 기준점의 위치 정보를 사용한다. 여기서 상기 기준전의 위치 정보는 상기 모듈이 현재 매체 층와 이전에 프린트된 매체 층를 위치적으로 일치시키도록 현지 매체 층를 이동시켜 특정 지점에 위치시키도록 하는 정보를 의미한다..
도 7은 전후면 이미지를 정렬하도록 사용될 수 있는 정렬 수단(50)의 사진 이미지의 예이다. 상기 정렬 수단 양면의 이미지가 서로 일치하고 어떠한 조정 불량도 없을 때 십자선(cross-hair)이 정렬되도록 설계될 수 있다. 도 8에서, 상부 오른쪽 사분면은 상기 매체 층의 전방에 인쇄된 것이고, 하부 왼쪽 사분면은 상기 매체 층의 후방에 인쇄된 것이다. 도 8을 참조하면, 전방 이미지는 너무 오른쪽에 있어서 후방 이미지보다 높게 위치한다. 상기 정렬 장치(50) 각각에 있는 수직 라인이나 수평 라인은 정확히 정렬되어 있지 않다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 문자 “M”은 상기 매체 층의 양면에 인쇄되어 있고, 이들은 서로 정렬되어 있지 않다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 정렬 수단이 완벽히 정렬될 때 전방 이미지와 후방 미러 이미지는 완전히 겹쳐지게 된다.
상술한 방법은 3차원 대상 매체 층(오프셋 인쇄)의 양면 상에 컬러 견본 인쇄 단계를 포함한다. 수 많은 각 층가 형성된 후에, 3차원 컬러 인쇄물의 형성이 완료되도록 상기 층들은 함께 본딩되고 프로파일될 수 있다. 상기 프로파일링 과정은 미리 설정된 패턴에 따라 상기 매체 층를 커팅하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 인쇄는 충분한 양의 잉크를 가지고 매체 층의 양면에서부터 상기 매체 층의 두께의 대략 중간 정도로 관통할 때까지 양면 각각에서 일어난다. 도 10은 매체 층(120)의 전면(90)에 놓인 잉크(80)를 도시하고 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 잉크(80)는 상기 매체 층(120)의 대략 중간 정도까지 관통되도록 스며들 수 있다. 인쇄 중에 잉크는 상기 매체 층에 접촉하자 마자 입체적으로, 상기 매체 층의 평면(X, Y축)으로, 그리고 상기 매체의 두께를 통해 매체 층에 흡수되기 시작한다. 그 결과, 프린트된 도트 픽셀의 크기는 초기 접촉 크기보다 커지게 된다. 상기 매체 층의 양면을 프린팅함으로써 도트 크기의 스프레드(spread)는 이미지 상에서 대략 절반의 값으로 줄어들고, 일면부터 상기 매체 층의 두께 전체를 통해 인쇄되도록 원했던 하나를 갖는다.
잉크(80)는 양면 인쇄를 통해 동시에 또는 상기 매체 층(120)가 듀플럭스 유닛을 통해 뒤집힌 후에, 상기 매체 층(120)의 후면(95) 상에 유사하게 놓일 수 있다. 이러한 단계는 도 12에 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전후면 이미지가 일치되어 프린트-스루 영역(print-through region)(85)이 생성되도록 구성될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이 프린트-스루 영역(print-through region)은 잉크를 포함하는 매체 층(120) 영역의 전체 두께를 의미한다.
도 2b를 참조하면, 각 매체 층의 스택(stack)이 상기 프린팅 모듈(10)에서 인쇄된 후, 상기 스택은 프로파일링 및 층 본딩 모듈(530)로 전달될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 미리 조립된 개별 매체 층들의 스택 상에 인쇄하는 것이 가능하다. 또한, 도시되지는 않았으나, 듀플럭스 매체 층들을 오프셋 인쇄하고 그들을 즉시 프로파일링 및 층 본딩 모듈(530)로 공급하는 것이 가능하다.
제1 층을 상기 프로파일링 및 층 본딩 모듈(530) 상에 위치시킬 수 있다. 상기 제1 층은 컴퓨터로 제어되는 블레이드(blade)로 프로파일 컷(profile cut)될 수 있다. 이러한 컷(cut)은 레기드(ragged)와 비교하여 정밀한 컬러 엣지 정의를 제공할 수 있고, 리퀴드 플로우 엣지(liquid flow edge)는 잉크젯 프린팅만을 사용하여 달성될 수 있다. 그 다음 층가 이전 층 상에 위치되고, 본딩된 다음 프로파일 컷이 진행될 수 있다. 이러한 과정은 모든 이전 프린트된 층가 본딩되고 프로파일 컷이 될 때까지 상기 프로파일링 및 층 본딩 모듈(530)을 통해 계속하여 진행된다. 도 14는 본딩 후 미리 프린팅된 두 개의 매체 층(120, 130)를 도시하고, 도 15는 본딩 및 프로파일링 또는 위딩(weeding) 후 두 개의 매체 층(120, 130)의 엣지와 컬러 프로파일을 도시한다. 상기 프로파일링 또는 위딩 과정은 상기 매체 층층들의 원치 않은 부분을 제거하는 단계를 포함한다.
상술한 3차원 컬러 프린팅 과정은 몇 가지 이점을 제공한다. 매체 층의 양면에 인쇄가 동시에 될 때, 이미지 스프레드 발생이 덜 일어기 때문에 더 나은 이미지 특징 디멘져널 컨트롤(dimensional control)을 제공할 수 있다. 인쇄된 층들 간에 일어나는 컬러의 상호작용이 없으면, 원하는 이미지의 정확도를 유지할 수 있다. 오프셋 인쇄는 독립체에 의해 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 상술한 프린팅 모듈은 층들의 프로파일링 및 라미네이션(lamination)이 일어나는 위치와 멀리 떨어져 있을 수 있다. 이는, 3차원 층 조립 전에 컬러를 프로토타이핑(prototyping) 및 조절(adjusting)하는 것뿐만 아니라 상기 프로파일링 및 층 본딩 모듈(530)이 프로파일링 및 본딩에서 완전히 활용될 수 있는 것과 같은 다수의 이점을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 3차원 객체 전반의 맵핑 방법을 제공할 수 있다. 이러한 방법은 모든 표면의 전체 강도가 정상화(normalize)되어 컬러 강도가 적응적으로 인쇄되도록 표면의 방향성을 분석할 수 있다. 상술한 바와 같이, 3차원 객첵의 각 층는 프린트-스루 영역(print-through region)이 형성되도록 일치하는 위치에 하나 이상의 측면에서 컬러로 인쇄될 수 있다. 각 층에 대하여 수평의 전면(face up), 수평의 후면(facing down) 및 프로파일된(cut) 수직의 벽과 같은 3개의 측면(facet)이 있다. 완료된 3차원 객체의 각각의 면은 감광된 전/후/수직 면적의 가변 퍼센테이지를 가질 수 있다.
이에 대한 보상을 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 방법은 층에 인쇄된 컬러를 적응적으로 수정하기 위해 프린트되도록 상기 층의 표면의 방향성을 분석하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 다수의 층의 조립체 상에 구현되고, 3차원 객체의 모든 면의 전체 강도가 정상화(normalization)된다. 이러한 과정은 추가적인 개머트 맵핑(gamut-mapping)을 암시할 수 있다. 상기 개머트 맵핑(gamut-mapping)은 층링(layering) 방향에 대한 각도와 같은 추가적인 디멘젼(dimension)을 포함할 수 있다. 상기 개머트 맵핑(gamut-mapping)은 이미 알려진 3차원 트랜스폼(3-dimensional transform)이며, 새로운 오퍼레이션은 최대로 4차원(3자극의 갑(즉 RGB + 각도)이다.
4차원의 시각적 표상의 예가 도 19A에 도시된다. XY 색도 다이어그램의 그래픽은, 도면부호 ‘700’으로 표시되고, 이는 입출력 개머트(gamut)를 나타내는데 사용된다. 즉, 3차원 공간의 2차원 시각화를 나타낸다. 삼각형(710)은 오리지널 2차원 프린터 개머트(gamut)를 나타낸다. 반면, 삼각형(720)은 출력 개머트(gamut)와 맵핑된 앵글-디펜던트(angle dependent)이다. 별개의 출력 개머트 그래프가 0°, 45° 및 90°로 도시되며, 이는 비록 해당기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것이지만, 잠재적인 입력 각의 범위를 가로질러(across) 출력 개머트(gamut) 값의 지속성이 될 수 있다.
예를 들어, 입력 컬러 공간의 값을 테이킹(taking)하고 0° 측면(facet)으로 맵핑(mapping)하는 것은 포화도가 낮은(de-saturated) 버전의 값이 인쇄될 수 있음을 의미하므로, 더 작은 출력 개머트(gamut)를 암시할 수 있다. 반면, 90° 측면(facet)으로 맵핑은 완전히 포화된 컬러가 종이 상에 프린트될 수 있으나, 상술한 프로파일링에 의해 채도가 저하(de-saturated)될 수 있음을 의미한다. 양 출력들은 뷰어(viewer)에 대하여 동일한 시각적 효과를 나타낼 수 있다.
상기 방법은 다수의 표면에 형성된 3차원 객체를 정의하는 단계, 상기 다수의 표면 중 개별적인 어느 하나를 3차원 객체 내에서 확인하는 단계, 및 다수의 표면 중 선택된 어느 하나에 대하여 3차원 객체의 모든 면의 전체 컬러 강도를 정상화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 다수의 층로부터 형성된 3차원 컬러 객체를 형성하기 위한 프린팅 모듈에 적용될 수 있으며, 컬러로 프린트된 층를 적응적으로 수정하여 프린트되도록 각 층의 표면에 대한 방향성을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 다수의 층의 조립체 상에 구현되고, 3차원 객체의 모든 표면에 대한 전체 강도가 정상화된다.
상기 방법은 다수의 층 각각에 사용되도록 잉크를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 다수의 층 각각에 대한 매체 타입을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 그러므로, 매체와 잉크 설정은 다수의 층 각각에 대하여 결정될 수 있다. 맵핑 함수(mapping function)는 적어도 하나의 보정(calibration) 3차원 객체에 따라 적용된 잉크 및/또는 매체 타입에 대하여 경험적으로(empirically) 결정될 수 있다. 상기 적어도 하나의 적어도 하나의 보정(calibration) 3차원 객체는 다수의 3차원 테스트 피스들(pieces)을 포함할 수 있다.
색도계를 이용하여 벽 각도를 달리하고 0°와 90° 사이의 벽 각도의 범위를 위한 벽 각도 대 색도를 플로팅(plotting)하여 다수의 3D 시험물을 측정함으로써 맵핑 함수는 이용된 각 잉크 및/또는 매체를 위하여 경험적으로 결정될 수 있다. 이러한 기술은 다수의 다른 응용에 유리하다. 예를 들어, 만일 위에서 설명된 채도 저하로 인하여, 수직 표면의 원색 강도(raw colour intensity)가 수평 표면의 원색 강도의 80%에서 측정된다면, 직교 3D 형상을 위한 균일한 컬러 강도를 생성하기 위하여 맵핑 공정은 수평 표면의 강도를 20% 줄일 것이다.
일반적인 2D 개머트 맵핑 중에서, 맵핑 함수는 측정된 데이터를 통하여 알 수 있는 다른 정도의 복잡성을 가질 수 있다-이는 함수가 어떻게 소프트웨어에서 실행될 수 있는지를 한정할 수 있다.
실제 변환은 입력 컬러 공간 좌표의 함수 및 각 출력 컬러 좌표를 위한 측면 영역 각도(facet angle)로서 설명될 수 있다; 이는 하기의 수학식 1 내지 3에 나타나 있다. 여기서 X 값은 입력 컬러 공간의 치수를 나타내며, Y 값은 출력 공간을 나타낸다.
수학식 1: Y1 = f1 (X1, X2, X3, θ)
수학식 2: Y2 = f2 (X1, X2, X3, θ)
수학식 3: Y3 = f3 (X1, X2, X3, θ)
입력과 출력 그리고 측면 각도(θ)를 위한 RGB 컬러 공간을 이용한 특정 예를 위하여 적색 출력을 생성하기 위한 함수가 수학식 4 내지 6에 주어진 함수로 바뀌어질 것이다.
수학식 4 : Ro = fr (Ri, Gi, Bi, θ)
수학식 5: Go = fg (Ri, Gi, Bi, θ)
수학식 6: Bo = fb (Ri, Gi, Bi, θ)
사용된 실제 함수는 검토된 제조 기술 그리고 이것이 어떻게 각도 변화를 갖는 컬러를 변화시키는지에 대해 구체적일 것이다. 본 기술이 이 예시적인 장치에 제한되는 것으로 구성되지 않아야 한다는 것이 인식될 것일지라도, 가장 복잡하지 않은 것에서 가장 복잡한 것까지 하기 방법 중 어느 것도 이용될 수 있다.
1. 선형적 관계 : 모든 측정된 값이 직선 상에 있고 그리고 각도에 따라 스케일링 계수(scaling coefficient)를 원 데이터 값에 적용시킴으로써 얻어지는 는 경우에 이는 간단하다. 고정된 4차원 스케일링은 수학식 7 내지 9에 의하여 설명될 수 있는 입력 좌표에 적용될 수 있다. 값 [a ... p] 은 컬러 보정으로부터 나온 상수이다.
수학식 7 : Y1 = aX1 + bX2 + cX3 + dθ+ e
수학식 8 : Y2 = fX1 + gX2 + hX3 +iθ+ j
수학식 9 : Y3 = kX1 + mX2 + nX3 oθ + p
2. 다항식 : 관계가 더욱 복잡하여 관계가 선형 변환으로 설명될 수 없고 그리고 연속 함수에 의하여 나타낸다면, 다항식 변환이 이용될 수 있다. 간략함의 목적을 위하여, 단지 하나의 컬러 출력 (Yi)이 3차식을 설명하는 수학식 10에 주어진다. 선택된 다항 함수는 원 데이터에 적용되어 맵핑 값(mapped value)을 얻을 수 있다. 값 [a ... n] 은 컬러 보정으로부터 나온 상수이나, 수학식 7 내지 9의 상수와는 관련이 없다.
수학식 10 : Y =aXi+bXi 2+cXi 3+dX2+eX2 2+fX2 3+gX3+hX3 2+iX3 3+jθ+kθ2 +mθ3+n
선형 변형이 다항식 접근의 간단한 1차 실현이라는 점이 주목되어야 한다. 높은 차수의 다항식을 위하여 이는 통제하기 힘들게될 수 있다는 것이 명백하다.
3. 불규칙 : 이 경우에서, 함수는 순조롭지 않을 수 있으며 또는 많은 수의 변곡점을 가질 수 있다. 다항 근사식이 너무 복잡할 수 있으며, 따라서 룩-업-테이블(LUK)이 사용되어야 할 수도 있다. 이는 또한 테이블을 완전하게 한정하기 위하여 더 많은 측정데이터를 요구할 수 있다. 이 경우에서, [X1, X2, X3, θ] 내의 4-튜플(tuple)은 [Y1, Y2, Y3] 의 각각을 위하여 분명하게 저장된 출력 값에 직접적으로 맵핑된다. 이 값들은 보정으로부터 나올 수 있으며 또한 컴퓨터 메모리 내에 저장될 수 있다. 여기서 차원 요소는 작용할 수 있으며, 예를 들어 [X1, X2, X3, θ]의 각각 그리고 출력 좌표는 8 비트로 이루어진다면, 그 결과로 얻어진 LUT는 3개의 출력 각각을 위하여 크기 면에서 ~4.3MB가 될 필요가 있을 수 있다. 실제로, 보정 단계에서 이러한 양의 데이터를 수집하는 것이 불가능할 수 있으며, 따라서 더 현실적인 접근법이 LUT를 위한 충분한 양의 데이터 포인트를 수집할 수 있어 허용 가능한 오차 범위를 제공하고 또한 4차원에서 이들 사이에 개재할 수 있어 원하는 값을 생성한다. 보간 기법(interpolation scheme)은 선형, 스플라인 또는 어떠한 다른 원하는 방법일 수 있다.
LOM 장치 내의 흰 종이 상에서의 컬러 프린팅의 예로 돌아가면, 배경 컬러는 거의 흰색 또는 대략적으로 중간색일 수 있다. 이 경우에, 채도 값을 단지 변형시키는 보다 간단한 변환 방법을 실행할 수 있게 될 것이다. RGB와 같은 컬러 공간을 위하여, 채도 조정이 모든 3가지 컬러 값에 대한 변형에 대한 요구, 즉 컬러 채도의 감소를 위하여 R, G 및 B 모두를 줄이는 것을 요구함에 따라 이는 많은 이점을 제공하지 않는다. 그러나, 컬러 좌표, 예를 들어 HSV(색조-채도-명암; hue-saturation-value) 및 HSL(색조-채도-명도; hue-saturation-luminance)의 하나로써 채도를 이용한 컬러-공간이 있다. 이 공간들 중 하나가 사용된다면, 변형은 2-차원 함수가 될 것이다. HSV의 경우에, 예를 들어, H와 V값은 입력으로부터 간단하게 복사되어 이미지를 출력하며 S값은 식 11에서 설명된 바와 같이 변환된다.
식 11 :
Figure pct00001
여기서 사용된 함수 g는 위에서 설명된 다항식 LUT로써 다시 수행될 수 있으나, 단지 단일 변환 그리고 보다 낮은 차원수의 이점을 갖는다.
3D 개머트-맵핑 함수를 특징짓기 위하여, 위에서 언급된 바와 같이, 보정 단계는 사용된 3D 제조 공정에 요구된다. 이 공정에서, 일련의 샘플 컬러가 변화하는 각도의 측면(facets)을 갖는 테스트 부분 상에 인쇄될 수 있다. 이 부분 상에 컬러-변형이 사용될 수 없어 다른 컬러에서의 다른 각도의 효과가 측정될 수 있다. 컬러 측정 장치가 이용되어 각 측면으로부터의 결과를 읽을 수 있다. 컬러 측정 장치는 광원(예를 들어, D65)과 함께 사용되는 색도계 또는 보다 낮은 정확도 결과를 위한 간단한 평판 스캐너일수 있다. 8각형 테스트 부분의 기본적인 예가 도 20에 도시되며, 더 많은 데이터 포인트가 요구될 수 있을지라도 이 테스트 부분은 0°, 45° 그리고 90°를 위한 컬러 값을 제공할 수 있다.
충분한 보정 데이터가 수집된 후, 맵핑 함수를 선택하기 위하여 일부 초기 분석이 요구될 수 있다. 단지 채도가 변형된다면, 예를 들어 위에서 설명된 간단한 2-차원 변형이 사용될 수 있다. 또한 데이터 그리고 다항식에 대한 가능한 곡선 맞춤을 검토함에 의하여 맵핑 함수는 선택될 수 있다; 대안적으로 원자료(raw-data)가 특정 값을 위하여 후에 덧붙여질 수 있는 LUT에 삽입될 수 있다. 컬러의 요구되는 정확도는 또한 맵핑 함수의 선택에서 어플리케이션-의존성 선택 요인일 수 있다.
이미 상세하게 열거된 예시적인 어플리케이션은 종이 기반 LOM형 제조의 예이며, 여기서 물리적 매체의 프로파일링은 컬러의 시각적인 효과를 바꾼다. 그러나 3D 개머트 맵핑 공정은 3D 제조된 객체를 컬러링하기 위한 방법의 대부분에 적용될 수 있으며, 여기서 의존성은 표면의 각도와 적용된 컬러 사이에 존재한다. 다른 예가 마무리된 객체의 다른 각도의 표면 상으로의 분무 또는 제트 프린팅의 어플리케이션일 수 있다. 잉크 또는 페인트 방울이 중력에 의하여 영향을 받을 수 있다는 사실로 인하여, 바닥 표면 상으로의 상향 분무는 상단 표면 상으로의 하향 분무보다 낮은 잉크 체적을 야기할 수 있다. 이 경우, 개머트-맵핑은 또한 효과를 정상화하기 위하여 적용될 수 있다.
본 기술에 따라 제공된 한 구성에서, 3D 객체 영역 맵핑 방법은 본 기술에 따른 프린팅 모듈에 통합된 3D 객체 영역 맵핑 엔진에 의하여 수행될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 3D 객체 영역 맵핑 엔진은 소프트웨어 솔루션을 이용하여 실행될 수 있다. 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크 상에서 실행되는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램은 위에서 설명된 3D 객체 영역 맵핑 방법을 실행할 수 있다. 프로그램은 컴퓨터 내의 적절한 컴퓨터-판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 3D 객체의 개별 에지 표면을 사용 가능하게 확인하기 위하여 그리고 이 에지 표면으로의 컬러의 적용을 선택적으로 가져오기 위하여 3D 객체 영역 맵핑 엔진은 프로파일링 모듈과 인터페이스 접속되도록 구성될 수 있다. 3D 객체 내에 원하는 3D 형상을 가져오기 위하여 다수의 매체 층의 개별적인 매체 층의 프로파일링을 가져 오도록 프로파일링 모듈이 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 매체는 예를 들어, 메모리 카드, 마그네틱 디스크 드라이브, 마그네틱 테이프 드라이브 그리고 마그네틱 및 광학 매체 상에서의 메모리 저장 및 검색을 위한 광학 드라이브와 같은 제거 가능한 저장 장치 또는 비제거 가능한 저장 장치일 수 있다. 저장 매체는 제거 가능한 그리고 제거될 수 없는 휘발성 그리고 비휘발성 매체를 포함할 수 있으며, 그리고 데이터를 저장하기 위하여 사용될 수 있고 처리 장치에 의하여 접근될 수 있는, 예를 들어 RAM, ROM, EEPROM, 플래쉬 메모리, CD-ROM, DVD 또는 다른 광학 저장 매체, 마그네틱 카셋트, 마그네틱 테이프, 마그네틱 디스크, 또는 다른 마그네틱 저장 매체, 또는 어떠한 다른 메모리 기술 또는 매체 등의 다수의 구성 중 하나의 형태로 제공될 수 있다. 위에서 설명된 3D 물체 영역 맵핑 방법은 예를 들어 컴퓨터 판독 지시, 데이터 구조 및 프로그램 모듈과 같은 데이터의 저장을 위한 어떠한 방법 또는 기술을 이용하여 저장 장치에 저장될 수 있다. 저장 장치는 위에서 설명된 프린팅 모듈 또는 LOM 시스템의 부분일 수 있다.
본 기술은 또한 매체, 예를 들어 종이 그리고 3D 컬러 프린팅을 위하여 최적화된 잉크를 제공한다. 본 기술의 실시예에 따라, 3D 컬러 프린팅을 위한 매체는 매체의 몸체 내의 사이즈 제(sizing agent)의 감소된 농도 그리고 매체의 2개의 표면 상의 사이즈 제의 감속된 농도를 고려하여 설계되었다.
또한, 매체는 제조 동안에 또는 제조 후에 후 처리 표면 스프레이로서 물 속에서 0.1% 내지 1.0% 농도 사이에서 구성된 에톡시화 2, 4테트라메틸-5-데신-4, 7-디올, 에톡시화 아세틸렌 디올과 같은 비이온 계면활성제 용액으로 처리될 수 있다.
매체는 위의 방식으로 구성되고 그리고 수성 및 염료 염색 잉크제트 잉크(또는 물과 에탄올 기반 잉크의 혼합물)로 프린팅되며, 잉크 유체는 매체에 의하여 급격하게 흡수될 수 있으며 매체의 두께에 급격하게 스며들 수 있다.
컬러 3D 프린팅에 사용된 잉크에 관하여, 본 기술은 매체의 두께에 걸쳐 매체에 의하여 수용되도록 그리고 손쉽게 흡수되도록 설계된 잉크를 제공한다. 이는 잉크의 표면 장력을 더 줄일 수 있는 계면활성제의 추가에 의하여 이루어져 잉크가 대부분의 셀룰로스 매체를 침투할 수 있는 것을 보장한다. 이는 일반적인 데스크탑 잉크 젯 프린팅에 대한 직관에 반대(counter-intuitive)되는 것이며, 여기서 단지 매체 표면의 컬러 침투를 실질적으로 유지하여 매체의 몸체를 잉크 없이 그대로 두는 것이 바람직하다. 잉크 성분은 에톡시화 2, 4, 7, 9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올과 같은 비이온 계면활성제, 0.1% 내지 1.0% 잉크의 농도를 형성하는 에톡시화 아세틸렌 디올을 포함할 수 있다. 잉크 성분의 나머지는 물(75% 내지 85%), 수용성 염료(5%까지), 글리세라이드와 같은 습윤제(5%까지), 항균제, 그리고 알콜(8%까지)를 포함할 수 있다. 일반적인 2D 잉크제트 잉크는 34 내지 38 다인(dynes)/cm의 표면 장력을 갖는다; 그러나, 본 기술에 따르면, 3D 프린팅을 위하여 잉크의 표면 장력을 30 다인/cm 이하로 줄이는 것이 바람직하다. 본 발명자에 의하여 에톡시화 아세틸렌 디올 1%의 추가는 잉크의 표면 장력을 약 30 다인/cm 의 값으로 줄이는 것으로 알려졌으며, 이는 잉크가 종이에 의하여 빠르게 흡수되게 한다.
3D 오프셋 컬리 프린팅 과정 동안에, 부가적인 정보가 각 층의 여백부에 프린팅될 수 있어 오류 교정 및 구축 지시(build instructions)를 제공한다. 각각의 프린트된 층은 프로파일링 모듈에 의하여 판독될 수 있는 시퀀스 코드를 포함할 수 있으며 프로파일될 층이 정확한 시퀀스 상태에 있다는 것을 확인한다. 각각의 프린트된 층은 어떤 형태의 매체가 시퀀스 상태에 있는지를 프로파일링 모듈에 알리는 코드를 포함할 수 있다. 매체는 3D 제조 공정에서 사용 중인 기판을 언급하며 셀룰로스 종이일 수 있다. 그러나 다른 형태의 매체 또한 사용될 수 있으며, 폴리머 필름, 금속 포일, 세라믹 파우더 함침 종이 시트, 금속 파우더 함침 시트, 폴리머 파우더 함침 시트, 수용성 종이 및 왁스로 제조된 기판을 포함할 수 있다. 코드는 파로파일러에게 특정 층이 다른 프로파일링 레시피(recipe; 예를 들어, 보다 두꺼운 또는 절단하기 어려운 형태의 매체로 인하여 보다 천천히 절단 또는 보다 깊게 절단)를 필요로 한다는 것을 알릴 수 있다. 코드는 다수의 층 컷(layer cut)을 수행하기 위하여 예를 들어 다음의 3개의 층이 동일한 프로파일을 갖고 있다는 것을 프로파일러에게 알려줄 수 있다. 매체는 또한 프로파일러 테이블에 대하여 각 매체 층을 정렬시키는 방법을 프로파일러에게 알려주는 매체 정렬 마크를 포함할 수 있다.
본 기술에 따르면, 프린팅된 3D 구조물(object build) 내에 2개의 재료 구역이 있을 수 있다:
a) 접합 구역 : 이 구역 내의 매체 층들은 서로 강력하게 접합될 수 있다. 마무리된 객체는 이 층들로 구성될 수 있다.
b) 택(tack) 구역 : 이 구역 내의 매체 층들은 일시적일 수 있으며 층들을 지지할 수 있다. 이 층들은 서로 약하게 접합(고정)될 수 있으며 따라서 3D 프린팅된 객체를 드러내 보이기 위하여 프린팅된 매체 스택으로부터 원하지 않은 지지 재료가 제거될 때 위딩 과정 동안에 층들은 쉽게 분리될 수 있다.
택 구역 내의 재료는 접합 구역으로 접근하는 다수의 층을 위한 컬러 코딩일 수 있다. 이러한 컬러 코팅은 적색 횡-해칭된 영역일 수 있으며, 이는 영구적으로 접합된 층이 색상의 횡-해칭된 영역 아래에 놓여짐에 따라 위딩 동안 위딩 기술자가 신중하게 진행하는 것을 나타낸다. 도 16은 위딩(weeding) 후에 형성될 3D 객체의 평면도 및 횡단면도이다.
상기 3D 객체는 다수의 컬러 3D 매체 층(120)을 포함할 수 있다. 도 17은 프린트된 후 그리고 위딩(weeding)되기 전 3D 객체의 평면 및 단면을 도시한다. 상기 3D 객체는 다수의 매체 객체 층를 포함하고, 각각은 본드 존(bond zone, 127) 및 택 구역(tack zone, 128)을 포함한다. 상기 택 구역의 수 많은 층들은 크로스-해치드 패턴으로 프린트될 수 있다. 3D 프린팅 공정 동안, 상기 택 구역은 3D 프린트된 객체와 함께 프린트되어, 상기 3D 객체의 본드된 층들 위의 수 많은 택 층들이 크로스-해치드 패턴으로 프린트되어 솔리드 객체가 근접하다는 것을 나타낸다. 프린팅 후, 상기 3D 객체 및 택이된 폐기 물질(크로스-해치드 물질의 층들을 포함)이 택이되고 및 본드된 매체 층의 하나의 완전한 블록 내에 공존할 수 있다.
위딩(weeding) 동안, 언마크된 택 층는 벗겨 제거될 수 있다. 컬러된 크로스-해치드 영역에 도달될 때, 위딩 기술자는 솔리드 객체가 도달할 때까지 주의깊게 진행할 수 있다. 도 18은 택이된 물질이 제거된 것으로 밝혀진 솔리드 3D 프린트된 피라미드 구조를 나타낸다. 상기 크로스 해치드된 영역은 보다 어두운 그림자 존에 의해 도 18에 표시된다. 이들 영역은 조심해서 제거될 수 있다. 컬러 코드 및/또는 다른 마크들은 빌드 객체에 접근한 것을 나타내는 것으로 사용될 수 있다. 도 19는 위딩 공정 동안 컬러 3D 객체의 한 예의 포토그래픽 이미지이고, 도 20은 위딩이 수행된 후 완결된 컬러 3D 객체의 포토그래픽 이미지이다. 컬러링 공정 동안 오프컷(off cut) 영역으로부터 의도한 3D 객체의 영역을 정하는 것으로, 최종 3D 객체가 택이된 물질의 제거 동안 손상되지 않을 것을 보증할 수 있다.
상술된 컬러 프린팅 공정이 프로파일링 및 층 본딩 모듈에 대한 별도의 모듈에서 수행될 수 있다는 것은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 이해될 것이다. 그러나 프린팅 모듈은 대안적으로 프로파일링 및 층 본딩 모듈로 통합될 수도 있으며, 이로 인하여 상기 컬러 프린팅 공정이 일차로 수행되고, 이어서 본딩 및 프로파일링이 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 프린팅 공정은 '오프셋'이라기 보다는 어셈블리 공정으로 통합된다. 본 기술은, 개별적인 3D 객체 매체 층를 커팅하고 개별 층들을 함께 본딩하여 최종 3D 객체를 형성하는, 프린팅 모듈 및 별도의 프로파일링 및 층 본딩 모듈을 포함하는 LOM 시스템을 더 제공한다. 이 경우에 상기 컬러 프린팅는 본딩 및 프로파일에 대하여 "오프셋"이다. 또한, 본 기술에 따른 잉크는 프린팅 모듈 내에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 게다가, 상술한 바와 같이, 3D 객체 개머트(gamut) 맵핑 방법은 프린팅 모듈 또는 본 기술에 따른 LOM 시스템에서 수행될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함/포함하는"은 언급된 특징들, 정수, 단계 또는 성분들의 존재를 구체화하나 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계 성분 또는 이들의 그룹의 존제 또는 추가를 차단하는 것은 아니다.
본 발명이 일부 예시적 배열을 참조로 설명되고 있지만 이는 본 발명의 개시 내용을 그러한 배열로 제한하려는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 범위로부터 벗어나지 않고 수정이 가능하다. 이러한 방법으로, 본 발명은 첨부된 청구범위 측면에서 필요하다고 인정되는 한도에서 제한되는 것으로 이해될 것이다.

Claims (90)

  1. 컬러 3-D(three-dimensional) 객체를 형성하도록 구성된 층을 이룬 객체 제조 (Layered Object Manufacturing, LOM) 시스템으로서,
    상기 시스템은,
    a. 다수의 표면들로 형성된 3D 객체를 정하고, 상기 정해진 3D 객체와 일치하는 프린팅 레짐(printing regime)을 제공하는 3D 객체 개머트 맵핑 모듈(3D object gamut mapping module)로서, 상기 3D 객체 개머트 맵핑 모듈이 프린트될 다수의 매체 층들 각각의 표면의 방향을 분석하도록 구성되어, 상기 층에 대해 프린트된 컬러를 수정하는, 3D 객체 개머트 맵핑 모듈; 및
    b. 상기 프린트된 레짐에 따라 다수의 층들 각각의 제1 표면의 적어도 일부를 컬러 프린트하도록 구성된 프린터를 포함하는 LOM 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시스템이 상기 다수의 개별 매체 층들을 조립하여 3D 객체를 형성하도록 구성된 콜레이터(collator)를 더 포함하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프린터가 이전에 프린트된 층과 상기 층의 콜레이션하기 전에 개별 매체 층를 프린팅을 하도록, 상기 프린터 및 콜레이터가 구성된 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 프린터가 콜레이션 전에 컬러를 입히도록 구성된 시스템.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 프린터가 콜레이션 동안 컬러를 입히도록 구성된 시스템.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜레이터가 다수의 매체 층들의 개별 층들과 본드하도록 구성된 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 본딩 모듈이 수계 접착제(water-based adhesive)를 사용하도록 구성된 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린터가 매체 층들 각각의 제2 표면들을 프린트하도록 구성된 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제1 및 제2 표면들에 프린팅하는 것이 이미지 블리드(bleed)를 실시 가능하게 줄이고 상기 객체의 표면의 앵글과 무관하게 컬러 정확도를 보존하는 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린터는 다수의 층들 각각의 제1 표면의 적어도 일부에 다중 컬러를 입히도록 구성된 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3D 객체 내에 원하는 3D 형상을 얻도록 다수의 매체 층의 개별 층들을 프로파일링하도록 구성된 프로파일링 모듈을 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 3D 객체 개머트 맵핑 모듈이, 상기 프로파일링 모듈과 인터페이스로 접속하고 상기 3D 객체의 개별 엣지(edge) 표면을 실시 가능하게 확인하고, 이들 엣지 표면들에 컬러를 선택적으로 입히도록 구성된 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3D 객체 개머트 맵핑 모듈이 상기 3D 객체 내에서 상기 다수의 표면들의 개별 표면들을 확인하도록 구성된 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 다수의 표면 중 선택된 것들에 대해 상기 3D 객체의 모든 표면들의 전체 컬러 강도의 노멀리제이션(nomalisation)을 얻도록 구성된 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 층들의 어셈블리 상에, 상기 3D 객체의 모든 표면들의 전체 컬러 강도가 노멀화되도록, 상기 3D 객체 개머트 맵핑 모듈이 구성된 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린팅 레짐이 다수의 층들 각각에 대해 잉크를 정하는 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 층들 각각에 대해 매체 타입을 정하도록 구성되고, 상기 시스템이 3D 객체를 형성할 때 정해진 매체 타입을 사용하도록, 상기 3D 객체 개머트 맵핑 모듈이 구성된 시스템.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 층들 각각에 대해 설정된 잉크 및 매체를 정하도록 구성된 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 적어도 하나의 캘리브레이션 3D 객체를 사용하여 채용된 각각의 잉크 및/또는 매체 타입에 대하여 경험적으로 맵핑 함수를 결정하도록, 상기 3D 객체 개머트 맵핑 모듈이 구성된 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 수 많은 3D 테스트 피스의 측정값들의 대표적인 데이터를 수신하도록 구성되고, 상기 측정값들은, 컬러 측정 장치 및 조명(illuminant)을 사용하여 측정된 벽 각도(wall angle)을 반영하는 데이터를 포함하는 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 컬러 측정 장치는 색도계(colorimeter)을 포함하는 시스템.
  22. 제19항에 있어서, 상기 맵핑 함수는 선형 맵핑 함수(linear mapping function), 다항 맵핑 함수(polynomial) 또는 불규칙한 맵핑 함수(irregular mapping function)를 포함하는 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 맵핑 함수는 불규칙한 맵핑 함수를 포함하고, 상기 맵핑 함수는 룩-업-테이블(LUT, look-up-table)을 사용하여 결정되는 시스템.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 프린팅 레짐의 결정시 프린터 잉크와 매체 층의 자연 컬러 사이에서 컬러 믹싱을 하도록 구성된 시스템.
  25. 다수의 매체 층들을 조립하여 컬러된 3D 객체를 형성하도록 구성된 층을 이룬 객체 매뉴팩츄어링, LOM 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    a. 다수의 매체 층들 각각의 제1 표면의 적어도 일부를 컬러 프린트하고, 상기 제1 표면 반대편에 있는 제2 표면을 실시가능하게 프린팅 할 때, 상기 매체 층 내에서 프린트-스루(print-through) 영역이 제공되도록, 상기 매체 층의 제2 표면의 대응하는 부분을 컬러 프린트하도록 구성된 프린터; 및
    b. 다수의 개별 매체 층들을 조립하여 3D 객체를 형성하도록 구성된 콜게이터를 포함하는 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 프린터가 이전에 프린트된 층과 상기 층의 콜레이션하기 전에 개별 매체 층의 프린팅을 하도록 상기 프린터 및 콜레이터가 구성된 시스템.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 프린터가 콜레이션 전에 컬러를 입히도록 구성된 시스템.
  28. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 프린터가 콜레이션 동안 컬러를 입히도록 구성된 시스템.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 층들의 개별 층들을 본드하도록 구성된 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 본딩 매체는 수계 접착제를 사용하도록 구성된 시스템.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매체 층의 두께를 대략 반 정도 투과하기에 충분한 잉크로 제1 및 제2 표면 각각을 프린트하도록 상기 프린터가 구성된 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 및 제2 표면을 프린팅하는 것이 이미지 블리드를 실시 가능하게 감소시키고 객체의 표면 앵글과 무관하게 컬러 정확도를 보존하는 시스템.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린터가 다수의 개별 층들 각각의 제1 표면의 적어도 일부에 멀티 컬러를 입히도록 구성된 시스템.
  34. 3D 객체 매체 층에서 프린트-스루 영역을 제공하기 위한 컬러 3D 객체 매체 층 프린팅 모듈에 있어서,
    상기 모듈은,
    제1 이미지를 생성시키는 3D 객체 매체 층의 제1 표면을 컬러 프린트하고, 제2 이미지를 생성시키는 3D 객체 매체 층의 제2 표면을 컬러 프린트하는 프린터로서, 여기서 상기 제2 표면은 제1 표면의 맞은편이 되는, 프린터를 포함하고,
    상기 제1 이미지 및 제2 이미지들이 일치하고 상기 3D 객체 매체 층의 제2 표면을 실시가능하게 프린팅할 때 상기 3D 객체 매체 층 내에서 프린트-스루 영역이 제공되도록 상기 제2 표면이 상기 프린터에 제시되도록 상기 모듈이 구성된 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 상기 프린터는 상기 매체층(media layer) 각각의 두께를 통해 대략 절반까지 관통하기에 충분한 잉크로 상기 제1 및 제2 면의 각각을 프린트하도록 형성된 모듈.
  36. 제35항에 있어서, 상기 제1 및 제2 면 상의 프린팅은 상기 객체(object)의 표면의 각도와 무관하게 실시 가능하게 이미지 번짐을 줄이고, 컬러 정확도를 보존하는 모듈.
  37. 제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린터는 프린팅 동안 객체 매체층의 폭을 가로질러서 스캔하도록 형성된 프린트 헤드 캐리지(print head carriage)를 포함하는 모듈.
  38. 제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린터는 페이지-와이드 어레이 프린트 헤드(page-wide array print head)를 포함하는 모듈.
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 양방향 모듈(duplex module)을 더 포함하고, 상기 양방향 모듈은 상기 제2 면을 프린팅하기 위해 상기 프린터에 상기 매체층을 제시하기 전에 상기 매체층을 실시 가능하게 뒤집는 모듈.
  40. 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2 프린트 헤드 캐리지는 상기 객체 매체층(object media layer)의 제1 및 제2 면 상에 동시에 프린트하도록 형성된 모듈.
  41. 제39항에 있어서, 상기 객체 매체층의 제1 및 제2 면 상에 동시에 프린트하도록 형성된 제1 및 제2 페이지-와이드 어레이 프린트 헤드를 포함하는 모듈.
  42. 제34 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매체 객체 층(media object layer)은 수평적으로 배치될 때 프린트되는 모듈.
  43. 제34 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매체 객체 층은 수직적으로 배치될 때 프린트되는 모듈.
  44. 제34항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 객체 매체층의 상기 제1 및 제2 면 상의 이미지들을 정렬하도록 형성된 모듈.
  45. 제44항에 있어서, 상기 프린터는 상기 객체 매체층의 상기 제1 및 제2 면 상에 정렬 장치(alignment devices)를 프린트하도록 형성되고, 상기 모듈은 상기 제1 및 제2 면 상의 이미지들 사이에서 정렬을 제공하기 위해 상기 정렬 장치를 사용하도록 형성된 모듈.
  46. 제45항에 있어서, 상기 프린터는 결합하여 십자선(crosshair)을 형성하는 정렬 장치를 프린트하는 모듈.
  47. 제34항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프린터는 프로파일링 및 층 접착 모듈(profiling and layer bonding module)에 대해 오류 수정 및 빌드 지시(build instruction)를 제공하기 위해 상기 객체 매체층 상에 추가적인 정보를 실시 가능하게 프린트하는 모듈.
  48. 제47항에 있어서, 상기 프린터는 상기 객체 매체층의 점착 영역(tack zone) 상에 상기 추가적인 정보를 프린트하고, 상기 객체 매체층은 접착 영역(bonding zone)과 상기 점착 영역을 포함하는 모듈.
  49. 제47항 또는 제48항에 있어서, 상기 추가적인 정보는 상기 프로파일링 및 층 접착 모듈에 의해 판독 가능한 코드를 포함하는 모듈.
  50. 제49항에 있어서, 상기 코드는 프로파일될 상기 층이 정확한 시퀀스(sequence)에 있는지 확인하는 시퀀스 코드(sequence code)를 포함하는 모듈.
  51. 제49항 및 제50 항에 있어서, 상기 코드는 상기 매체층이 어떤 매체 타입인지 상기 프로파일링 및 층 접착 모듈에게 알려주는 매체 타입 코드(media type code)인 모듈.
  52. 제49항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코드는 어떤 종류의 커트(cut)가 수행될지 상기 프로파일링 및 층 접착 모듈에게 알려주는 프로파일링 레시피(profiling recipe)를 포함하는 모듈.
  53. 제52항에 있어서, 상기 프로파일링 레시피는 다수의 층 커트(multiple layer cut)를 수행하기 위해 상기 프로파일링 및 층 접착 모듈에게 알려주는 모듈.
  54. 제47항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가적인 정보는 각 매체층을 어떻게 정렬하는지 상기 프로파일링 및 층 접착 모듈에게 알려주는 매체 정렬 표시(media alignment mark)를 포함하는 모듈.
  55. 제34항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 면은 상기 매체층의 전면의 평면을 포함하고, 상기 제2 면은 상기 매체층의 후면의 평면을 포함하는 모듈.
  56. 제34 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 3D 객체 매체층을 형성하기 위한 프로세스가 반복되도록 형성된 모듈.
  57. 제56항에 있어서, 상기 프린터는 상기 다수의 3D 객체 매체층으로부터 형성된 3D 객체를 위한 이미지 및 컬러 정보를 포함하는 프린트 파일을 사용하여 상기 다수의 3D 객체 매체층을 실시 가능하게 프린트하는 모듈.
  58. 제57항에 있어서, 상기 프린트 파일은 각 층에 대해 연속한 전면-후면 이미지 쌍을 포함하는 모듈.
  59. 제34항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 항 내지 제33 항 중 어느 한 항의 시스템에 집적된 모듈.
  60. 컬러 3D 객체를 제작하기 위한 방법에서 사용되기 위한 3D 객체 전체 맵핑 방법(3D object gamut mapping method)에 있어서,
    다수의 표면으로부터 3D 객체에 대해 정의하고, 상기 3D 객체 내에서 상기 다수의 표면으로부터 개별적인 하나씩을 확인하고, 상기 다수의 표면 중에서 선택된 하나들에 대해 상기 3D 객체의 모든 표면의 전체 컬러의 강도를 정규화하는 것을 포함하는 방법.
  61. 제60항에 있어서, 다수의 층으로부터 형성되는 컬러 3D 객체를 형성하는 프린팅 모듈에 적용되고, 상기 층에 프린트될 컬러를 적응적으로 변경하기 위해 프린트될 각 층의 표면의 방향을 분석하는 것을 포함하는 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 다수의 층의 조립체 상에 형성되고, 상기 3D 객체의 모든 표면의 전체 컬러의 강도는 정규화된 방법.
  63. 제61항 또는 제62항에 있어서,
    상기 다수의 층의 각각에 대해 잉크를 결정하는 것을 포함하는 방법.
  64. 제61항 또는 제62항에 있어서,
    상기 다수의 층의 각각에 대해 매체 타입을 결정하는 것을 포함하는 방법.
  65. 제64 항에 있어서,
    상기 다수의 층의 각각에 대해 잉크 및 매체 세트를 결정하는 것을 포함하는 방법.
  66. 제63 항 내지 제65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 교정(calibration) 3D 객체를 사용함으로써 적용된 각 잉크 및/또는 매체 타입에 대해 경험적으로(empirically) 맵핑 함수(mapping function)를 결정하는 것을 포함하는 방법.
  67. 제66 항에 있어서, 컬러 측정 장치 및 광원(illuminant)을 사용하여 변화하는 벽의 각도(wall angle)로 다수의 3D 시험편(test piece)을 측정하고, 0° 및 90° 사이의 벽의 각도의 범위에 대해 컬러 강도 대비 벽의 각도를 도시하는 것을 포함하는 방법.
  68. 제67 항에 있어서, 상기 컬러 측정 장치는 색도계(colorimeter)를 포함하는 방법.
  69. 제66항 내지 제68 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맵핑 함수는 선형 (linear) 맵핑 함수, 다항적(polynomial) 맵핑 함수 또는 불규칙(irregular) 맵핑 함수를 포함하는 방법.
  70. 제69항에 있어서,
    상기 맵핑 함수가 불규칙 맵핑 함수를 포함할 때, 룩업 테이블(LUT)을 사용하는 것을 포함하는 방법.
  71. 제60항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정된(adapted) 프린트 컬러는 프린터 잉크와 상기 매체층의 천연 컬러 사이의 컬러 혼합을 포함하는 방법.
  72. 제71 항에 있어서,
    제34항 내지 제59항 중 어느 하나의 프린팅 모듈에 의해 수행되는 방법.
  73. 제60항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    LOM 시스템에서 사용되는 방법.
  74. 제60항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 스프레이 프린팅 또는 잉크제트 프린팅 시스템에서 사용되는 방법.
  75. 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크 상에서 실행될 때 제60 항 내지 제72 항 중 어느 한 항의 상기 방법을 수행하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  76. 제75항에 있어서,
    컴퓨터 판독가능 매체체에 저장된 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  77. 제75 항 또는 제76 항에 있어서, 제34 항 내지 제59 항 중 어느 한 항의 프린팅 모듈 내에 구현된 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  78. 컬러 3D 프린팅을 위한 잉크에 있어서,
    상기 프린팅 매체에 의해 흡수되는 것을 유발하여 상기 잉크의 표면 장력을 줄이는 습윤제(wetting agent)를 포함하는 잉크.
  79. 제78항에 있어서, 상기 습윤제는 비이온성 계면 활성제(non-ionic surfactant)를 포함하는 잉크.
  80. 제79항에 있어서, 상기 비이온성 계면 활성제는 에톡실레이티드 아세틸레닉 디올(ethoxylated acetylenic diol)을 포함하는 잉크.
  81. 제80항에 있어서, 상기 에톡실레이티드 아세틸레닉 디올은 상기 잉크에서 0.1% 및 1.0% 사이의 농도를 갖는 잉크.
  82. 제78항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 75% 내지 85%의 농도인 물, 최대 5%의 농도인 수용성 염료(water soluble dyes), 최대 5%의 농도인 보수제(humectants), 항세균제(anti-bacterial agent), 최대 8%의 농도인 알코올을 포함하는 잉크.
  83. 컬러 3D 프린팅을 위한 매체에 있어서,
    셀룰로스 종이(cellulous paper), 폴리머 필름(polymer film), 금속 포일(metal foils), 세라믹 파우더 함침 종이 시트(ceramic powder impregnated sheets), 금속 파우더 함침 시트(metal powder impregnated sheets), 폴리머 파우더 함침 시트(polymer powder impregnated sheets), 수용성 종이(water soluble papers) 또는 왁스로부터 형성된 기판(substrates made from waxes) 중 하나를 포함하는 매체.
  84. 컬러 3D 객체를 형성하기 위해 쾌속 조형(rapid prototyping)을 위한 층을 이룬 객체 제조(Layered object manufacturing, LOM) 시스템에 있어서,
    제34 항 내지 제59 항 중 어느 한 항의 프린팅 모듈을 포함하는 시스템.
  85. 제47항 내지 제59항 중 어느 하나에 종속할 때 제84항에 있어서, 상기 추가적인 정보에 따라 3D 객체 매체층의 스택을 프로파일하고 접착하기 위해 형성된 시스템.
  86. 제84항 또는 제85항에 있어서, 제78항 내지 제82항 중 어느 한 항의 잉크를 사용하는 시스템.
  87. 제84항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서, 제83항의 매체를 사용하는 시스템.
  88. 제84항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항의 시스템을 포함하는 시스템.
  89. 제84항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서, 제60항 내지 제74항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 시스템.
  90. 첨부된 도면을 참조하여 앞에서 설명된 것과 같이 쾌속 조형을 위한 층을 이룬 객체 제조(LOM) 시스템.
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