KR20160049704A

KR20160049704A - 3d 프린터 인쇄방법

Info

Publication number: KR20160049704A
Application number: KR1020140147220A
Authority: KR
Inventors: 문원하
Original assignee: 문원하
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-05-10

Abstract

본 발명은 3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서, 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역으로 이루어지고, 가장자리 영역의 인쇄두께보다 내부채움 영역의 인쇄두께를 두껍게 형성한다.
본 발명은 3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서, 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역으로 이루어지고, 내부채움 영역에는 블록이 놓여지며, 가장자리 영역은 적층 인쇄된다.

Description

3D 프린터 인쇄방법{PRINTING METHOD FOR 3D PRINTER}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로 목적물을 인쇄할 때 내부 영역의 인쇄두께를 가장자리 영역보다 두껍게 하여 한층 또는 여러 층을 인쇄하거나 내부 영역에 특정한 블록을 사용하여 인쇄품질을 향상시키면서 인쇄시간을 줄일 수 있는 3D 프린터의 인쇄방법에 관한 것이다.

쾌속 조형(rapid prototyping) 기술인 3d 프린터는 적층성형(Layer manufacturing) 기술로도 불리운다. 즉 3d 프린터의 대표적인 방법 중 하나인 FDM방식의 경우 공급된 필라멘트를 용용하고 노즐을 통해 토출하여 층상(layer by layer)으로 적층한다.

종래의 방식은 목적물(object)의 품질을 향상시키기 위해 각 층의 인쇄두께를 작게 하여 인쇄할 경우 인쇄시간이 증가하게 된다. 반대로 인쇄시간을 줄이기 위해 층 두께를 크게하면 목적물의 품질이 떨어지게 된다. 다시 말해 목적물의 품질을 위한 인쇄두께와 인쇄시간은 trade-off 관계가 있다.

일반적으로 인쇄시간을 줄이기 위해 목적물의 내부채움(infill)의 양을 줄이거나, 심지어 내부채움을 생략하기도 한다. 목적물의 내부채움을 줄임으로써 인쇄시간을 단축시킬 수는 있으나 목적물의 강도 및 기계적 특성 등을 감소시키게 된다. 또한 내부채움은 인쇄 시 목적물의 지지대(support) 역할을 하기도 하므로 지나친 내부채움의 감소는 목적물의 품질에 영향을 줄 수도 있다.

또한 언급된 문제를 해결하기 위해 복수의 노즐을 구성하는 경우가 있으나 노즐위치 및 이동에 대한 공간적 제약과 장치의 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2014-0072093호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 3D 프린팅시 목적물의 품질을 유지시키면서 인쇄 속도를 향상시킬 수 있는 3D 프린터의 인쇄방법을 제공하려는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 아울러 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 인쇄방법은, 3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서, 상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역으로 이루어지고, 상기 가장자리 영역의 인쇄두께보다 내부채움 영역의 인쇄두께를 두껍게 형성한다.

또한, 상기 내부채움 영역을 인쇄한 후 가장자리 영역을 인쇄하거나, 가장자리 영역을 인쇄한 후 내부채움 영역을 인쇄한다.

또한, 상기 내부채움 영역을 먼저 인쇄할 경우, 해당 영역은 하부는 넓고 상측으로 갈수록 점차적으로 좁게 형성되거나, 하부와 상부가 동일한 크기 및 형상을 갖도록 형성된다.

또한, 상기 가장자리 영역을 먼저 인쇄할 경우, 내부채움 영역은 하부는 좁고 상측으로 갈수록 점차적으로 넓게 형성되거나, 하부와 상부가 동일한 크기 및 형상을 갖도록 형성된다.

본 발명에 따른 인쇄방법은, 3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서, 상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역으로 이루어지고, 상기 내부채움 영역에는 블록이 놓여지며, 블록을 제외한 내부채움 영역과 가장자리 영역은 적층 인쇄된다.

또한, 상기 블록은 플랫폼 또는 중간 목적물의 상부에 형성된 돌기와 결합되되, 상기 블록의 하면에는 돌기와 대응되는 홈이 형성된다.

또한, 상기 블록은 중간 목적물의 상부에 형성된 홈과 결합되되, 상기 블록의 하면에는 홈과 대응되는 돌기가 형성된다.

그리고 돌기와 홈은 프린팅하여 형성된다.

본 발명에 따른 인쇄방법은, 3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서, 상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역을 포함하고, 중간 목적물이 놓여질 수 있도록 인쇄되며, 인쇄된 해당 영역에 블록이 놓여지고, 상기 인쇄영역의 높이는 블록의 높이보다 낮게 형성된다.

또한, 상기 적층이 이루어진 중간 목적물의 상부에 돌기 또는 홈을 형성하고, 상기 블록의 하면에는 상기 돌기 또는 홈과 대응되는 형상이 형성된다.

본 발명에 따른 인쇄방법은, 3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서, 상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역을 포함하고, 가장자리 영역을 인쇄한 후 내부채움 영역을 형성하되, 상기 내부채움 영역과 가장자리 영역은 적층이 이루어진 중간 목적물의 상부에 형성되며, 중간 목적물의 상부에 블록이 놓여질 수 있도록 인쇄되며, 인쇄된 해당영역에 블록이 놓여지고, 상기 인쇄영역의 높이는 블록의 높이보다 동일하거나 높게 형성된다.

본 발명에 따른 3D 프린터 인쇄방법은, 3D 캐드작업 및 내부영역 블록을 선정하는 제1 단계와, 블록을 놓을 위치에 돌기 또는 홈을 우선하여 인쇄하는 제2 단계와, 해당 내부영역 블록을 해당 위치에 놓는 제3 단계와, 가장자리 영역을 포함한 나머지 부분을 인쇄하는 제4 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 3D 프린터 인쇄방법은, 내부채움과 가장자리의 영역을 분할하고 슬라이싱을 최적화하는 단계와, 블록 사용 여부를 결정하는 단계와, 가장자리를 포함한 나머지 영역을 인쇄하는 단계를 포함하고, 상기 블록사용 여부를 결정하는 단계는, 블록 사용이면 내부영역 블록 형태를 지정한 후, 지정된 블록을 지정된 위치에 놓는 단계를 더욱 포함하고, 블록사용을 하지 않으면, 내부채움 인쇄 단계를 더욱 포함한다.

본 발명에 따른 3D 프린터 인쇄방법은, 내부채움과 가장자리의 영역을 분할하고 슬라이싱을 최적화하는 단계와, 블록 사용 여부를 결정하는 단계와, 가장자리 영역을 인쇄하는 단계를 포함하고, 상기 블록사용 여부를 결정하는 단계는, 블록 사용이면 내부영역 블록 형태를 지정한 후, 지정된 블록을 지정된 위치에 놓는 단계를 더욱 포함하고, 블록사용을 하지 않으면, 내부채움 인쇄 단계를 포함한다.

또한, 상기 블록은 필라멘트와 동일한 재질로 형성되거나, 금속, 세라믹, 플라스틱과 같은 이종재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 블록의 내부에는 전자 소자가 개재될 수 있다.

또한, 상기 블록은 전자소자로 이루어진다.

본 발명에 따르면 종래의 인쇄 방식과는 달리 영역별로 인쇄두께를 다르게 하여 적층하거나 일정 영역에 블록을 사용함으로써 목적물의 품질을 향상시키면서 인쇄시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 3D 프린터의 인쇄방법을 나타낸 것이다.
도 2는 종래 방법에 따른 시험인쇄 결과를 나타낸 것이다.
도 3는 종래의 인쇄방법과 본 발명에 따른 인쇄방법의 차이를 나타낸 것이다.
도 4는 내부채움 영역과 가장자리 영역을 서로 다른 인쇄두께에 의해 인쇄된 목적물을 나타낸다.
도 5는 도 4(a)에서 내부채움 영역을 먼저 인쇄할 경우 내부채움 영역의 경사구조 유무에 따른 노즐의 동태를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 인쇄폭과 인쇄두께에 따른 해당 목적물의 인쇄시간을 나타낸 것이다.
도 7은 블록을 사용할 경우 블록을 위치시키는 다양한 방법들을 나타낸 것이다.
도 8은 내부영역 블록을 사용하여 목적물을 조형하는 과정을 나타낸 것이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 목적물을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터의 인쇄방법을 나타낸 것이다.
도 11은 목적물을 하층과 상층으로 나누어 인쇄하는 방법을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 이하의 설명에서 ‘내부영역 블록’은 내부채움 영역의 해당부분과 대응되거나 내부채움 영역보다 작게 형성되는 블록을 의미하며, ‘내부영역 블록’과 ‘블록’은 동일한 의미로 사용한다.

이하에서는 종래의 3D 인쇄방법과 본 발명의 인쇄방법을 비교하면서 본 발명의 특징적 구성을 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 3D 프린터의 인쇄방법을 나타낸 것으로, 도 1(a)는 목적물을 나타낸 것이고 도 1(b)는 목적물의 수평 단면을 나타낸 것이다.

종래에는 3D 프린터를 사용하여 인쇄할 때 한층을 인쇄완료하고 그 위에 다른 층을 쌓는 방법으로 층상(layer by layer) 적층하였다. 그러므로 목적물의 품질을 향상시키기 위해 인쇄층의 두께를 줄이면 인쇄시간이 증가하였다. 따라서 사용자가 적절한 가장자리(perimeter) 수(number) 와 내부채움(infill)의 정도를 선택하여 인쇄할 수 있었다.

도면을 참조하면, 인쇄 목적물인 육면체는 그 내부에 공간부(V)를 갖으며, 가장자리 영역(20) 내에 약 90%의 내부채움 영역(10)을 갖는다. 일반적으로 내부채움 영역은 전체 목적물에서 적어도 0% 이상으로 하여 적절한 영역을 선택할 수 있으나, 가장자리 영역에 비하여 내부채움 영역을 작게 설정할수록 인쇄시간은 감소하게 되나 목적물의 강도 등 특성에 영향을 미칠 수 있다. 또한 목적물의 위치나 영역에 따라 내부채움 영역 및 가장자리 영역의 정도나 패턴 등을 다르게 하여 인쇄할 수 있다.

다른 방법으로는 복수개의 노즐을 가지고 동시에 인쇄를 하거나 내부채움 영역을 두꺼운 폭으로 인쇄하여 인쇄시간을 줄이기도 한다.

하지만 언급된 위의 종래 방법들은 내부채움 영역과 가장자리 영역을 모두 동일한 인쇄두께로 하여 한층을 인쇄완료 한 후, 이어서 다른 층을 적층하는 방법이며 인쇄시간을 줄이는 점에 있어 한계를 가지고 있다.

종래의 인쇄방법을 적용하여, 내부채움의 양과 인쇄층 두께에 따른 인쇄시간을 계산하였다. 내부채움 영역의 인쇄속도는 가장자리 영역의 인쇄속도 보다 2배 빠르게 하였다.

시험에 사용된 목적물의 인쇄 조건은 다음과 같다. 아래에서 내부채움 영역은 사각 인쇄물의 중심을 기준으로 하였다.

- 노즐 직경 : 0.4mm

- 목적물의 크기(가로×세로×높이) : 32mm × 32mm × 32mm

- 목적물의 체적 : 28.34 cm³

- 내부채움 영역 : 20mm × 20mm × 20mm

- 내부채움(infill) 패턴 : rectlinear

도 2는 종래 방법에 따른 시험인쇄 결과를 나타낸 것이다.

인쇄 계산 결과, 내부채움 영역의 패턴모양에 따른 인쇄시간은 크게 영향을 주지 않았다. 도 2(a)에서 보여주듯, 내부채움의 양이 증가함에 따라 인쇄시간도 다소 증가하였으나, 예상한 것처럼 크게 영향을 주지 않았다. 이는 상대적으로 빠른 내부채움의 인쇄속도를 원인으로 예상할 수 있다. 물론 이와 같은 결과는 목적물의 크기 및 형태에 따라 달라질 수 있다.

도 2(b)는 인쇄두께에 따른 인쇄시간의 변화를 보여준다. 내부채움의 정도보다 인쇄두께가 인쇄시간의 변화에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다. 물론 목적물의 실제 인쇄시간과 프로그램에 의한 계산된 인쇄시간은 차이가 있을 수 있다. 하지만 계산된 결과를 바탕으로 인쇄시간 및 투입되는 필라멘트 등에 영향을 주는 인자를 추측할 수 있어 향후 인쇄시간을 줄일 수 있는 방안을 마련할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 결과를 바탕으로 제안된 것으로, 인쇄시 내부채움 영역의 인쇄두께와 가장자리 영역의 인쇄두께를 다르게 형성한다. 구체적으로는 가장자리 영역의 인쇄두께보다 내부채움 영역의 인쇄두께를 두껍게 하는 것이 바람직하다.

도 3는 종래의 인쇄방법과 본 발명에 따른 인쇄방법의 차이를 나타낸 것으로, 도 3(a)~(d)는 종래의 인쇄방법을 나타낸 것이고, 도 3(e)~(i)는 본 발명에 따른 인쇄방법을 나타낸 것이다.

도 3(a) 내지 도 3(d)에서 보듯, 종래의 인쇄방법이 한층을 완료한 후 그 위에 다른 층을 층상 적층하였다면, 본 발명에서는 프로그램에 의해 처리된 가능한 영역을 한층 또는 여러층 먼저 인쇄하고 나중에 나머지 영역을 인쇄한다. 즉 인쇄 층의 경우 종래의 인쇄방법은 각각의 영역이 인쇄두께가 같아 한층으로 구성되어 있으나 본 발명은 인쇄두께가 달라 상대적으로 두꺼운 내부채움 영역을 기준하였을 경우 가장자리 영역은 한 개층으로 같은 높이를 맞출 수 없다. 예를 들어 한층이 0.4mm 인쇄두께의 내부채움 영역을 인쇄할 경우 0.1mm 두께의 가장자리 영역을 인쇄한다면 4개층을 인쇄하여야 전체 두께가 0.4mm로 같아진다. 그러나 0.3mm 인쇄두께로 가장자리 영역을 인쇄한다면 내부채움 영역을 3층 인쇄하고 가장자리 영역을 4층 인쇄하여야 전체 두께가 1.2mm로 같아진다. 이때 내부채움 영역(100)의 인쇄두께는 크게 하여 전체 인쇄시간을 줄이고, 가장자리 영역(200)의 인쇄두께는 작게하여 목적물의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 4는 내부채움 영역과 가장자리 영역을 서로 다른 인쇄두께에 의해 인쇄된 목적물을 나타낸다.

도면을 참조하면, 내부채움 영역과 가장자리 영역이 서로 접하는 부분이 수직방향으로 비스듬하게 경사를 이루고 적층되어 있다. 도 4(a)를 참조하면, 내부채움 영역을 먼저 인쇄할 경우, 내부채움 영역의 인쇄형태는 하부는 넓고 상측으로 갈수록 점차적으로 좁게 형성되어, 가장자리 영역에서 내부채움 영역의 방향으로 경사를 갖는게 바람직하다.

도 4(b)를 참조하면, 가장자리 영역을 먼저 인쇄할 경우, 나중에 채워지는 내부채움 영역의 인쇄형태는 하부는 좁고 상측으로 갈수록 점차적으로 넓게 형성되게 되며, 내부채움 영역에서 가장자리 영역의 방향으로 경사를 갖는게 바람직하다.

서로 접하는 부분이 경사를 이루지 않고 수직으로 적층할 수도 있다. 그러나, 현재 많이 사용되고 있는 3축 3D 프린터로는 내부채움 영역을 인쇄한 후 가장자리 영역을 인쇄할 때, 압출기 및/또는 노즐의 사이즈 및 형태로 인해 정밀하게 그리고 충돌없이 인쇄하기는 어렵다.

도 5는 도 4(a)에서 내부채움 영역을 먼저 인쇄할 경우 내부채움 영역의 경사구조 유무에 따른 노즐의 동태를 도식적으로 보여준다.

본 발명에서는 기존의 프린터로 인쇄가 가능하도록 내부채움 영역이 수직이 아닌 경사가 있는 형태를 가질 수 있다. 도 5(a)를 참조하면, 내부채움이 수직 형태일 경우 인쇄 중 노즐(N)과 내부채움 사이에 충돌이 발생하여 가장자리 영역과 내부채움 영역이 서로 접하지 못하는 인쇄 불가 영역(P)이 발생한다. 이와 같은 인쇄 불가 영역의 발생은 노즐이 설치되어 있는 압출기의 형태도 영향을 준다. 도면에서 삼각형은 노즐을 나타낸 것이고 삼각형의 하측 모서리는 노즐 단부를 나타낸 것이다. 또한 도면에서는 용융된 필라멘트가 토출되는 것을 실선으로 표현하였으며, 실제 인쇄에서는 이전에 인쇄한 층의 상측에 바로 용융된 필라멘트를 토출하여 새로운 층을 형성한다.

본 발명에서는 내부채움 영역을 경사구조(하부는 넓고 상측으로 갈수록 좁은 구조)를 갖도록 하는 것을 실시예로 하고 있으나, 하부와 상부가 동일한 크기 및 형상을 갖도록 형성하는 것을 배제하지는 않는다. 경사 구조없이 자유자재로 인쇄하기 위해서는 노즐 및/또는 노즐 단부의 형태를 변경하거나 노즐의 방향을 조절할 수 있도록 노즐의 자유도를 높여야 한다(예: 5축 가공 등). 이러한 구조는 노즐의 형태와 이동방향에 따라 프로그램 및 컨트롤러 등에 구현될 수 있다.

제안된 인쇄방법의 실시예를 위하여 도 1 목적물의 전체 사이즈를 두배로 확장하여 내부채움 인쇄두께에 대한 인쇄시간을 계산해보았다. 이때 인쇄는 가장자리 영역의 인쇄없이 내부채움(밀도:20%) 인쇄만을 진행하였다. 일반적으로 전체적인 인쇄시간은 노즐직경, 인쇄두께, 인쇄폭, 영역별 인쇄속도 및 내부채움의 정도 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는다.

또한 인쇄두께와 더불어 인쇄폭은 전체적인 인쇄시간에 영향을 미친다. 보통 인쇄폭은 필라멘트의 층간접착력, 노즐의 직경에 따른 시간당 토출량 및 목적물의 품질 등을 고려하여 노즐의 직경과 동일하거나 인쇄두께의 100~150% 정도를 선택하여 진행한다. 언급된 방법 외에도 인쇄폭은 사용자의 경험 및 다른 기술적 방법에 의해 선택되어 질 수도 있다.

도 6은 인쇄폭과 인쇄두께에 따른 해당 목적물의 인쇄시간을 보여준다. 제안된 방법과 같이, 가장자리 영역의 인쇄두께보다 내부채움 영역의 인쇄두께를 두껍게 하여 인쇄하면 목적물의 품질을 확보할 수 있으며 전체적인 인쇄시간을 줄일 수 있음을 확인하였다.

예를 들어, 0.4mm의 인쇄두께를 가지는 내부채움 영역을 먼저 인쇄한 후, 0.1mm의 인쇄두께를 가지는 가장자리를 인쇄할 경우, 기존의 인쇄방법 즉, 0.1mm의 인쇄두께로 내부채움 영역과 가장자리 영역을 모두 인쇄하는 방법을 통한 인쇄시간보다 인쇄폭을 감안하더라도 약 4배 또는 8배까지 줄일 수 있다. 물론 실제 인쇄시간은 프린터의 종류와 구조 및 노즐의 형태 등 다양한 요인에 의해 변화 할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 3D 프린터로 내부영역을 인쇄하지 않고, 사용자가 직접 내부영역 블록을 제공할 수도 있다. 내부영역 블록을 사용하여 인쇄하는 방법은 인쇄시작 시점에서 플랫폼의 상면에 내부영역 블록을 배치한 후 가장자리 영역을 포함한 나머지 부분을 인쇄하는 방법과, 인쇄가 어느 정도 진행한 후 적층된 중간 목적물 상에 내부영역 블록을 배치하는 방법이 있다.

이하, 블록을 이용하여 전체적으로 조형물을 완성하는 것을 설명한다.

도 7은 블록을 사용할 경우 블록을 위치시키는 다양한 방법들을 나타낸 것이다.

도 7(a)에서는 블록을 배치할 위치에 먼저 양각의 돌기를 인쇄한 후 돌기의 형태에 해당하는 음각의 홈을 갖는 블록을 위치시키는 것을 보여준다. 이와 달리, 도 7(b)는 음각의 홈을 인쇄한 다음 돌기 형태에 대응되는 양각의 돌기를 갖는 블록을 위치시킨다. 비록 도 7(b)에서는 홈을 형성하는 것을 실시예로 하고 있으나, 돌기를 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에서는 내부채움 영역에 블록이 놓여진다. 이때 블록의 크기는 내부채움 영역과 대응하는 크기를 갖는다. 또한 다른 실시예로서 블록의 크기는 내부채움 영역 보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 이러한 경우 블록을 제외한 내부채움 영역과 가장자리 영역을 적층 인쇄함으로써 목적물을 형성할 수 있다.

도 7(c)는 블록 하단부가 놓여질 수 있도록 인쇄한다. 도면을 참조하면 블록 하측 일부분이 인쇄된 영역에 일부 묻히는 높이로 인쇄된다. 이와 같은 인쇄방법은 음각의 홈을 갖는 도 7(b)와 유사하지만, 블록에 양각의 돌기나 음각의 홈을 형성되어 있지 않다는 점에서 차이가 있다.

도 7(d)와 도 7(e)는 블록이 해당위치에 놓여질 수 있도록 블록 높이에 해당하는 높이로 인쇄한다. 이때 인쇄가 이루어지면 블록과 동일한 형태의 음각 영역이 형성된다. 이후 블록을 위치시켰을 때 블록의 상부와 가장자리의 인쇄영역은 수평을 이룬다.

한편, 이 방법은 블록의 상부가 낮은 경우를 포함할 수 있다. 이 경우, 도 7(e)와 같이 블록의 상부가 하부보다 넓은 형태의 블록들을 사용할 수 있다.

이와 같이, 중간 목적물의 상부에 돌기와 홈을 형성하거나, 중간 목적물의 상부에 여러 층을 적층하여 블록과 대응하는 홈을 형성할 수 있다.

이와 같은 인쇄방법에 따르면, 도 7(a), 도 7(b) 및 도 7(c)의 경우에는 기존의 3축 3D 프린터와 같이 제약된 노즐의 자유도를 고려하여 측면이 경사 구조인 블록 형태가 바람직하다. 그런데, 도 7(d)와 도 7(e)의 경우에는 블록이 위치한 후 맞닿는 블록의 측면 영역을 인쇄할 필요없이 블록의 상부쪽을 인쇄하므로 기존의 3D 프린터로도 충분히 가능하다.

도 8은 내부영역 블록을 사용하여 목적물을 조형하는 과정을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 목적물을 조형하는 과정은, 3D 캐드작업 및 내부영역 블록을 선정하는 제1 단계와, 블록을 놓을 위치에 돌기 또는 홈을 우선하여 인쇄하는 제2 단계와, 해당 내부영역 블록을 해당 위치에 놓는 제3 단계와, 가장자리 영역을 포함한 나머지 부분을 인쇄하는 제4 단계를 포함한다. 여기서 제4 단계의 나머지 부분이라 함은 블록의 측면과 블록의 상면을 말한다.

구체적으로는, 목적물의 3D 캐드파일 준비한 후 인쇄조건을 설정한다. 인쇄조건에 따라 프로그램 등을 통하여 내부채움 영역 및 가장자리 영역을 포함한 모든 영역을 최적화 분할하고, 프로그램 등에 제시되어진 블록의 형태를 마련한다. 예컨대, 블록의 형태는 육면체, 원기둥, 각뿔 구조 등 다양한 형태가 될 수 있다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 기존의 3축 3D 프린터 노즐의 자유도를 고려했을 때 경사구조를 갖는 블록의 형태가 바람직하다. 이와 같은 내부영역 블록(400)은 3D 프린터 공급자가 제공하거나 미리 블록을 준비할 수도 있다.

이어서, 블록의 정확한 위치 결정을 위해 돌기(300)를 형성할 수 있다. 이때 돌기는 정확성을 위하여 1개가 아닌 최소 2개 이상 형성되는 게 바람직하나 돌기의 형태에 따라 1개로도 가능하다. 예를 들어 사각형태의 돌기의 경우에는 1개로도 가능하다. 돌기의 형태는 다양할 수 있으며, 내부영역 블록의 저면에는 해당 돌기의 형태와 대응되도록 가공되어야 한다. 돌기를 인쇄를 하지 않을 경우, 내부영역 블록이 놓여지게 되면 블록의 위치를 파악할 수 있는 센서 등과 같은 부가장치가 필요할 수도 있다.

해당 위치에 돌기를 인쇄한 후, 사용자는 직접 해당 내부영역 블록을 돌기에 맞춰 인쇄 플랫폼에 올려 놓는다. 이때, 상기 블록의 저부에는 돌기의 형상과 대응하는 음각이 형성된다. 내부영역 블록이 올려지면 3D 프린터는 가장자리 영역을 포함한 나머지 부분을 인쇄조건에 맞춰 인쇄한다.

위에서 언급한 설명은 플랫폼의 상부에 돌기를 인쇄하는 것을 실시예로 하여 설명하고 있으나, 인쇄가 어느 정도 진행된 상태에서 중간 적층물의 상부에 앞서 언급한 다양한 방법으로 내부영역 블록을 배치할 수 있다.

한편, 본 발명에서 제안된 블록은 노즐에서 토출되어 나오는 동종 재질만을 의미하지 않으며 금속, 세라믹, 다른 재질의 플라스틱 등 이종재질도 가능하다.

도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 목적물을 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 블록은 ABS 또는 PLA 등과 같은 재질을 갖는 블록일 수 있다. 또한, 목적물에는 전자 소자(500)가 개재될 수 있으며, 블록(400)의 내부에 전자 소자(500)가 개재될 수 있다.

사용되어지는 블록은 ABS 또는 PLA와 같은 재질의 블록뿐만 아니라 각종 반도체 소자, 센서, 통신 소자(예를 들어, NFC 등), 제어 소자 등과 같은 전자 소자이 될 수도 있다. 또한, 블록은 그 내부에 각종 반도체 소자, 센서, NFC 등 통신 소자, 제어 소자 등이 포함될 수 있다. 목적물 내부에 전자소자를 포함함으로써 동적인 목적물을 만들 수 있다.

블록의 내부에 위치를 파악할 수 있는 통신 소자(예컨대 태그 소자)를 개재할 수 있다. 프린팅시 목적물에서 통신 소자를 검출하여 블록의 위치를 정확히 측정하고 이를 근거로 하여 블록을 제외한 영역을 인쇄할 수 있다. 이때, 위치를 파악할 수 있는 통신 소자와 더불어, 전자소자을 함께 개재하여 완성된 목적물에 동적인 목적물을 만들 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터의 인쇄방법을 나타낸 것이다.

먼저, 목적물의 3D 캐드파일을 불러들인 후, 사용자가 내부채움 영역과 가장자리 영역의 인쇄두께를 포함한 인쇄조건을 설정한다. 이때 내부채움 영역의 인쇄두께는 사용자 입력이 아닌 프로그램에 의해 최적화된 인쇄두께를 가질 수도 있다.

이어서, 인쇄조건에 따라 내부채움 영역 및 가장자리 영역을 포함한 모든 영역을 최적화 분할하고 두께에 따라 각각 층을 슬라이싱(slicing)한다.

이후 3D 프린터로 보내져 내부채움 영역과 가장자리 영역을 각각 인쇄한다. 이때 목적물의 형태에 따라 영역별 인쇄가 반복적으로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 설명에서 인쇄영역은 목적물의 전체를 의미한다. 또한 서로 다른 인쇄두께를 가지고 인쇄하는 영역은 내부채움 영역과 가장자리 영역으로 한정하는 것은 아니다. 내부채움 영역과 가장자리 영역은 목적물을 인쇄하기 위한 영역의 명칭일 뿐 다른 용어로 표현이 가능하며, 통상의 수평층(horizontal layer)을 위한 솔리드(solid) 영역 등도 사용될 수 있다.

본 발명은 가장자리 영역을 먼저 인쇄하고 나중에 내부채움 영역을 인쇄하는 것도 포함한다. 이는 목적물의 형태에 따라 설정될 수 있는 것으로, 이전에 인쇄되는 영역을 우선하여 경사지도록 형성하여야 한다. 예컨대, 가장자리 영역을 경사지도록 인쇄한 후 내부채움 영역을 이어서 형성하여 목적물을 완성한다.

도 11은 목적물을 하층과 상층으로 나누어 인쇄하는 방법을 나타낸 것이다.

우선, 제1 차 내부채움 영역을 인쇄한 후, 제1 차 내부채움 영역의 외측에 제1 차 가장자리 영역을 인쇄하여 목적물의 하층을 완성한다. 이어서 하층의 상부에 제2 차 내부채움 영역을 인쇄한 후, 제2 차 내부채움 영역의 외곽에 제2 차 가장자리 영역을 인쇄하여 목적물의 상층을 완성한다. 도면은 목적물의 단면을 나타낸 것이다.

이와 같은 복잡한 형태의 목적물은 프로그램 및 컨트롤러에 의해 내부채움이 가능한 인쇄영역으로 나누어 인쇄를 순차적으로 진행할 수 있다. 이때, 인쇄영역의 구분과 인쇄순서에 따라 다양한 형태가 존재할 수 있다.

본 발명은 필란멘트 방식의 FDM 방법을 포함한 3D 프린터의 다른 방법에 응용될 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10, 100 : 내부채움 영역
20, 200 : 가장자리 영역
300 : 돌기
400 : (내부영역) 블록
500 : 전자 부품
V : 공간부
N : 노즐
P : 인쇄 불가 영역

Claims

3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서,
상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역으로 이루어지고,
상기 가장자리 영역의 인쇄두께보다 내부채움 영역의 인쇄두께를 두껍게 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 1에 있어서,
상기 내부채움 영역을 인쇄한 후 가장자리 영역을 인쇄하거나, 가장자리 영역을 인쇄한 후 내부채움 영역을 인쇄하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 2에 있어서,
상기 내부채움 영역을 먼저 인쇄할 경우, 해당 영역은 하부는 넓고 상측으로 갈수록 점차적으로 좁게 형성되거나, 하부와 상부가 동일한 크기 및 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 2에 있어서,
상기 가장자리 영역을 먼저 인쇄할 경우, 내부채움 영역은 하부는 좁고 상측으로 갈수록 점차적으로 넓게 형성되거나, 하부와 상부가 동일한 크기 및 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서,
상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역으로 이루어지고,
상기 내부채움 영역에는 블록이 놓여지며, 블록을 제외한 내부채움 영역과 가장자리 영역은 적층 인쇄되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 5에 있어서,
상기 블록은 플랫폼 또는 중간 목적물의 상부에 형성된 돌기와 결합되되, 상기 블록의 하면에는 돌기와 대응되는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 6에 있어서,
상기 돌기는 프린팅되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 5에 있어서,
상기 블록은 중간 목적물의 상부에 형성된 홈과 결합되되, 상기 블록의 하면에는 홈과 대응되는 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 8에 있어서,
상기 홈은 프린팅되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서,
상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역을 포함하고,
중간 목적물이 놓여질 수 있도록 인쇄되며, 인쇄된 해당 영역에 블록이 놓여지고, 상기 인쇄영역의 높이는 블록의 높이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 10에 있어서,
상기 적층이 이루어진 중간 목적물의 상부에 돌기 또는 홈을 형성하고, 상기 블록의 하면에는 상기 돌기 또는 홈과 대응되는 형상이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
3D 프린터를 이용하여 목적물을 인쇄하는 방법으로서,
상기 목적물은 내부채움 영역과 가장자리 영역을 포함하고,
가장자리 영역을 인쇄한 후 내부채움 영역을 형성하되, 상기 내부채움 영역과 가장자리 영역은 적층이 이루어진 중간 목적물의 상부에 형성되며,
중간 목적물의 상부에 블록이 놓여질 수 있도록 인쇄되며, 인쇄된 해당영역에 블록이 놓여지고, 상기 인쇄영역의 높이는 블록의 높이보다 동일하거나 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 12에 있어서,
상기 적층이 이루어진 중간 목적물의 상부에 돌기 또는 홈을 형성하고, 상기 블록의 하면에는 상기 돌기 또는 홈과 대응되는 형상이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
3D 캐드작업 및 내부영역 블록을 선정하는 제1 단계와,
블록을 놓을 위치에 돌기 또는 홈을 우선하여 인쇄하는 제2 단계와,
해당 내부영역 블록을 해당 위치에 놓는 제3 단계와,
가장자리 영역을 포함한 나머지 부분을 인쇄하는 제4 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
내부채움과 가장자리의 영역을 분할하고 슬라이싱을 최적화하는 단계와,
블록 사용 여부를 결정하는 단계와,
가장자리를 포함한 나머지 영역을 인쇄하는 단계를 포함하고,
상기 블록사용 여부를 결정하는 단계는,
블록 사용이면 내부영역 블록 형태를 지정한 후, 지정된 블록을 지정된 위치에 놓는 단계를 더욱 포함하고,
블록사용을 하지 않으면, 내부채움 인쇄 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
내부채움과 가장자리의 영역을 분할하고 슬라이싱을 최적화하는 단계와,
블록 사용 여부를 결정하는 단계와,
청구항 5 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 따른 가장자리 영역을 인쇄하는 단계를 포함하고,
상기 블록사용 여부를 결정하는 단계는,
블록 사용이면 내부영역 블록 형태를 지정한 후, 지정된 블록을 지정된 위치에 놓는 단계를 더욱 포함하고,
블록사용을 하지 않으면, 내부채움 인쇄 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 16에 있어서,
상기 블록은 필라멘트와 동일한 재질로 형성되거나, 금속, 세라믹, 플라스틱과 같은 이종재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 5 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블록은 필라멘트와 동일한 재질로 형성되거나, 금속, 세라믹, 플라스틱과 같은 이종재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 18항에 있어서,
상기 블록의 내부에는 전자 소자가 개재되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.
청구항 5 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블록은 전자소자인 것을 특징으로 하는 3D 프린터 인쇄방법.