KR20160132441A

KR20160132441A - 완전 컬러 3차원 물체의 제조

Info

Publication number: KR20160132441A
Application number: KR1020167028138A
Authority: KR
Inventors: 유린 진; 에밋 랄리쉬; 크리스 엔 아이버슨; 제시 맥가타; 샤넨 제이 보엣처
Original assignee: 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-11-18
Also published as: US9434108B2; CN106103054B; US20150251357A1; CN106103054A; WO2015138149A3; US20160342150A1; US10539950B2; WO2015138149A2; EP3117279B1; EP3117279A2; KR102362658B1

Abstract

완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법, 컴퓨팅 시스템, 및 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 본원에서 제공된다. 본 방법은 3차원 모델을 색상 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하는 것, 면 상의 색상, 텍스처 상의 색상, 및/또는 그라디언트 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것, 및 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들에 기초하여 유색 재료들로부터 물체를 제조하기 위한 도구 경로를 결정하는 것에 의해 3차원 모델을 제조 디바이스에 대한 명령어들로 변환하는 단계를 포함한다. 도구 경로를 결정하는 것은 색상을 바꾸기 전에 동일한 색상의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 유색 재료를 도포하고, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 색상을 바꾸는 것에 의해 물체의 외부를 매끄럽게 하며, 색상을 바꿀 때 충전재 영역, 지지 구조물, 및/또는 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함한다.

Description

완전 컬러 3차원 물체의 제조{FABRICATING FULL COLOR THREE-DIMENSIONAL OBJECTS}

디지털 모델을 생성하고 그 모델로부터 거의 모든 형상의 3차원 솔리드 물체를 제조하는 다수의 프로세스들이 있다. 이 프로세스들은 3차원 프린팅(three-dimensional printing), 쾌속 조형(rapid prototyping), 용융 필라멘트(fused-filament), 적층 가공(additive manufacturing) 등이라고 지칭될 수 있다. 하나의 기술은 자외선(UV) 감응 수지를, 레이저 또는 투사(projection) 중 어느 하나일 수 있는, 자외선(UV) 광으로 경화시키는 것을 수반한다. 물체를 인쇄하기 위해, 물체 상에 극미한 층이 남아 있도록 물체를 배트(vat) 내로 하강시키는 것 또는 물체를 바닥 바로 가까이까지 배트 내에 침적시키는 것 중 어느 하나에 의해, 그 물체가 수지의 층으로 프라이밍(prime)된다. UV 광은 수지를 그 층에 대한 원하는 형상으로 경화시킨다. 그렇지만, 이 기술은 제조될 수 있는 수지들의 개수를 제한할 수 있다.

층들에, 열가소성 필라멘트와 같은, 재료를 추가하는 다른 기술은 열가소성 필라멘트를, 용융된 필라멘트가 각각의 층을 적층 방식으로(one atop the next) 제작하면서 연속적인 지오메트리를 채우기 위해 3차원으로 그렇지만 전형적으로는 단지 수평 방향과 수직 방향으로 이동될 수 있도록 가소성 필라멘트를 용융시키기 위해 가열되는, 압출기(또는 핫 엔드(hot end)) 도구 헤드(tool head)를 통해 압출하는 것을 수반한다. 재료는 노즐로부터의 압출된 후 거의 바로 경화된다.

이 기술들은 전형적으로 단일 컬러 또는 듀얼 컬러 능력은 갖지만, 예를 들어, 기계 컴포넌트의 면에서, 색 공간에서의 전체 색역(full gamut of colors)을 표현하는 능력이 없다. 그에 부가하여, 종래의 기술들 중 어느 것도, 디바이스 상에서 완전 컬러 모델을 전체 색역(full color gamut)을 발생시키는 기계 명령어들로 변환할 수 없기 때문에, 어느 색을 생성해야 하는지를 정확하게 결정하지 못한다. 앞서 언급된 것들(이들로 제한되지 않음)을 비롯한, 이러한 종래의 기술들에 의해 부과되는 제한들은 완전 컬러 3차원 물체 제조에 제약을 가한다.

이하는 본원에 기술되는 일부 양태에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 혁신의 간략화된 요약을 제공한다. 이 발명의 내용은 청구된 발명 요지의 전반적인 개요가 아니다. 이 요약은 청구된 발명 요지의 핵심적인 또는 중요한 요소들을 확인하기 위한 것이 아니며 본 혁신의 범주를 정하기 위한 것도 아니다. 이 발명의 내용의 유일한 목적은 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서문으로서 청구된 발명 요지의 일부 개념들을 간략화된 형태로 제시하는 데 있다.

일 실시예는 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법을 제공한다. 본 방법은 3차원 모델을 색상 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하는 것, 면(face) 상의 색상, 텍스처(texture) 상의 색상, 및/또는 그라디언트 색상(gradient color)에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것, 및 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들에 기초하여 유색 재료들로부터 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로(tool path)를 결정하는 것에 의해 3차원 모델을 제조 디바이스에 대한 명령어들로 변환하는 단계를 포함한다. 도구 경로를 결정하는 것은 색상을 바꾸기 전에 동일한 색상의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 유색 재료를 도포하고, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점(internal vertex)에서 색상을 바꾸는 것에 의해 완전 컬러 3차원 물체의 외부(exterior)를 매끄럽게 하며, 색상을 바꿀 때 충전재 영역(infill area), 지지 구조물(support structure), 및/또는 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료(transitional material)를 퇴적시키라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함한다.

다른 실시예는 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템을 제공한다. 컴퓨팅 시스템은 제조 디바이스 및 제조 디바이스에 통신가능하게 결합되는 제조 관리자를 포함한다. 제조 관리자는 저장된 명령어들을 실행하도록 구성되어 있는 프로세서 및 시스템 메모리를 포함한다. 시스템 메모리는 3차원 모델을 색상 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하고, 면 상의 색상, 텍스처 상의 색상, 및/또는 그라디언트 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들 - 각각의 2차원 폴리곤은 단일의 색상을 포함함 - 을 발생시키도록 구성된 코드를 포함한다. 시스템 메모리는 또한 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들에 기초하여 유색 재료들로부터 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로를 결정하도록 구성된 코드를 포함한다. 도구 경로를 결정하는 것은 색상을 바꾸기 전에 동일한 색상의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 유색 재료를 도포하고, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 색상을 바꾸며, 색상을 바꿀 때 충전재 영역, 지지 구조물, 및/또는 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함한다. 제조 디바이스는 명령어들에 기초하여 완전 컬러 3차원 물체를 제조하도록 구성되어 있다.

그에 부가하여, 다른 실시예는 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 제공한다. 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 하나 이상의 처리 디바이스들에 의해 실행될 때, 3차원 물체를 제조하는 시스템을 제공한다. 컴퓨터 판독가능 명령어들은 3차원 모델을 재료 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하고, 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함한다. 각각의 2차원 폴리곤은 단일 유형의 재료를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 명령어들은 또한 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들에 기초하여 상이한 유형의 재료들로부터 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로를 결정하도록 구성된 코드를 포함한다. 도구 경로를 결정하는 것은 재료를 바꾸기 전에 동일한 재료의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 재료를 도포하고, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 재료를 바꾸며, 재료를 바꿀 때 충전재 영역, 지지 구조물, 및/또는 3차원 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함한다.

이하의 설명 및 첨부 도면은 청구된 발명 요지의 어떤 예시적인 양태들을 상세히 기재하고 있다. 그렇지만, 이 양태들은 본 혁신의 원리들이 이용될 수 있는 다양한 방식들 중 단지 몇 개만을 나타낸 것이며, 청구된 발명 요지가 모든 이러한 양태들 및 그의 등가물들을 포함하는 것으로 의도되어 있다. 청구된 발명 요지의 다른 장점들 및 새로운 특징들이, 도면과 관련하여 살펴볼 때, 본 혁신에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 하나 이상의 예시적인 구현들에 따른, 3차원 모델을 유색 재료들을 혼합하기 위한 명령어들로 변환하는 제조 디바이스의 블록도.
도 2는 도 1과 관련하여 기술된 제조 디바이스와 같은, 제조 디바이스에 대한 예시적인 압출기 구성을 나타낸 개략도.
도 3은 제조 디바이스에 대한 조율된 명령어 세트(coordinated instruction set)를 발생시키는 방법의 프로세스 흐름도.
도 4는 물체의 3차원 모델에 대한 색상 값들을 계산하는 방법의 프로세스 흐름도.
도 5는 특정 명령어들을 실행하는 것에 의해 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법의 프로세스 흐름도.
도 6a는 본원에 기술되는 실시예들에 따라 사용될 수 있는 3차원 모델을 나타낸 개략도.
도 6b는 면 상에 색상을 갖는 3차원 모델을 나타낸 개략도.
도 6c는 레이어별 프로세스에 따라 레이어들로 분해된 3차원 모델을 나타낸 개략도.
도 6d는 3차원 모델의 단일의 레이어에 대한 그 결과 얻어진 2차원 폴리곤들을 나타낸 개략도.
도 7a는 추가된 정점들을 갖는 면을 나타낸 개략도.
도 7b는 추가된 정점들을 갖는 다수의 면을 나타낸 개략도.
도 8a는 그라디언트 색상을 갖는 지오메트리의 표면을 나타낸 개략도.
도 8b는 3 개의 레이어들로 분해된 표면을 나타낸 개략도.
도 9는 본원에 기술되는 실시예들에 따라 사용될 수 있는 방사형 그라디언트(radial gradient)를 나타낸 개략도.
도 10은 본원에 기술되는 실시예들에 따라 사용될 수 있는 삼각형 그라디언트(triangular gradient)를 나타낸 개략도.
도 11a는 2 개의 상이한 색상의 9 개의 선분을 갖는 폴리곤을 나타낸 개략도.
도 11b는 그 결과 얻어진 닫힌 적색 폴리곤 및 닫힌 흑색 폴리곤을 갖는 폴리곤을 나타낸 개략도.
도 12는 상이한 색상의 몇 개의 폴리곤은 물론 외부 지지 구조물을 포함하는 3차원 모델의 레이어를 나타낸 개략도.
도 13은 물리적 물체의 3차원 모델을 제조 디바이스에 대한 명령어들로 변환하는 방법의 프로세스 흐름도.
도 14는 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 시스템 및 방법을 구현하는 데 사용될 수 있는 컴퓨팅 환경의 블록도.

본원에 기술되는 실시예들은 일반적으로, 실행될 때, 제조 디바이스로 하여금 다수의 유색 재료를 사용하여 완전 컬러 3차원 물체를 제조하게 하는 명령어 세트를 발생시키도록 구성된 제조 관리자에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 명령어 세트는 완전 컬러 3차원 물체를 생성하기 위해 제조 디바이스의 도구 헤드가 따라가게 될 정확한 도구 경로는 물론, 색상을 바꿀 적절한 때와 각각의 시점에서 퇴적될 재료의 양을 기술한다. 도구 헤드는, 로컬 또는 원격일 수 있는, 노즐 및 한 세트의 모터들을 갖는 헤드를 포함할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 도구 헤드는 다수의 헤드들 - 각각이 그 자신의 노즐을 가짐 - 을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제조 관리자는 색상을 바꿀 때 물체의 외부를 매끄럽게 하는 것이 최적회되고 재료 사용이 최소화되도록 명령어 세트를 발생시킨다. 게다가, 제조 관리자는, 이하에서 추가로 기술되는 바와 같이, 완전 컬러 3차원 모델을 레이어들로 슬라이싱하고 각각의 레이어에 대한 특정 명령어들을 제공하는 것에 의해 명령어 세트를 발생시킬 수 있다.

다양한 실시예에서, 물체의 지오메트리를 표현하기 위해, 제조 관리자는 물체의 3차원 모델(예컨대, 메시 모델)을 레이어들로 파티셔닝(partition)하고, 각각의 레이어를 기하학적 요소들(예컨대, 2차원 폴리곤)로 분해하며, 각각의 요소를 물체의 쉘(shell)을 형성하는 레이어의 평면 상으로 투사한다. 2차원 폴리곤은 3차원 모델 내의 면 상의 색상, 텍스처 상의 색상, 및/또는 그라디언트 색상을 기술한다. 주어진 인스턴스에서 퇴적될 수 있는 유색 재료의 대략적인 최소 또는 가장 적은 양을 결정한 후에, 제조 관리자는 각각의 단위가 특정 기하학적 요소 또는 그의 일부분에 대한 색상을 표현하도록 물체의 쉘 상의 주소지정가능 단위(addressable unit)를 정의하기 위해 그 양을 사용한다. 이 단위는 색상 변화가 식별될 수 있게 하여, 제조 동안 다수의 색상들 간의 매끄러운 전이(seamless transitioning)를 제공한다. 이 단위는 또한 제조 디바이스가 임의의 주어진 인스턴스에서 상이한 체적의 재료를 압출할 수 있게 한다. 색상 해상도(color resolution)가 또한 단위 크기에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 이 기법은, 특히 물체의 내부 부분이 투명하거나 반투명한 쉘을 통해 외부에서 보일 수 있도록 반투명 재료가 사용 중인 경우, 외측 쉘(outer shell)을 비롯한, 물체의 체적 전체에 적용될 수 있다.

유의할 점은 물체 구성(object construction)이 2차원 평면에서 동작하는 것으로 제한되지 않는다는 것이다. 이것은 슬라이서(slicer)에 대한 단순화에 불과하다. 실시예들은 동시에 제작하는 물체의 표면 상에서 이 기법들을 3차원으로 적용할 수 있다.

하나의 예시적인 구현은 주소지정가능 단위를 복셀화된 데이터(voxelized data)(예컨대, 복셀화된 데이터 구조)로서 표현한다. 하나의 예시적인 구현에 따르면, 제조 디바이스의 3차원 공간이 압출가능 재료의 최소 체적의 단위로 분해(factor)되기만 하면, 제조 관리자는 그 결과 얻어지는 체적을 복셀 단위(voxel unit)(예컨대, 체적 픽셀(volumetric pixel))로서 정의한다. 각각의 복셀 단위는 일반적으로 그 단위의 체적에서의 물체의 지오메트리에 대응하는 각종의 정보를 포함한다. 이러한 정보의 예는 3차원 메시 모델, 재료 정보, 색상 정보, 조명 정보 및/또는 텍스처 정보(예컨대, 텍스처 패턴)를 포함한다. 조명 정보는 광도 값(luminosity value), 반사/굴절 비(reflection/refraction ratio) 및/또는 기타를 포함할 수 있다. 제조 관리자는 조명 효과를 시뮬레이트하기 위해 색상 정보에서의 값들을 조정하는 데 조명 정보를 사용할 수 있다. 다른 정보는 암시적 표면 값들(예컨대, 물체 표면 메시(object surface mesh)까지의 거리)을 포함할 수 있다. 이러한 정보의 또 다른 예는 물체의 일부분이 복셀 단위에 의해 표현되는 체적을 실제로 차지하는지 여부를 나타내는 확률을 포함한다.

제조 관리자는 각각의 복셀 단위에 대한 색상 값을 계산하기 위해 텍스처 정보를 사용할 수 있다. 제조 관리자가 3차원 물체를 인쇄하기 위한 도구 경로를 식별할 때, 제조 관리자는 또한 텍스처 정보를 사용하여 물체 내의 내부 위치들 및/또는 물체의 외측 또는 외부 쉘(예컨대, 표면 메시)에 적용되어야 하는 색상들을 식별할 수 있다. 제조 관리자는 재료가 열에 의해 그리고/또는 화학적 반응에 의해 액체로 되고 노즐을 통해 압출되는 프로세스를 통해 (예컨대, 물체 내부의 색상이 요망되는 경우) 유색 텍스처 패턴을 외부 물체 쉘에 그리고/또는 각각의 레이어에 적용하는 것에 의해 완전 컬러를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 재료는 수지일 수 있다. 대안적으로, 제조 관리자는 명시적 색상 선언, 그라디언트, 보간, 및 다른 수학적 절차를 사용하는 것에 의해 텍스처 정보 없이 복셀화된 데이터에 대한 색상 값들을 계산한다.

이하에서는 완전 컬러 3차원 물체 제조 동안 압출을 위해 유색 재료를 블렌딩하도록 구성된 인쇄 도구의 예시적인 실시예들을 기술한다. 예시적인 압출기 구성은 모터들의 배열과 혼합 챔버(mixing chamber) 및 노즐을 가지는 도구 헤드를 포함한다. 예시적인 압출기 구성은 또한 챔버 내의 교반기(stir), 또는 색상들을 혼합하기 위한 임의의 다른 적당한 메커니즘을 포함할 수 있다. 도구 헤드는 또한 유색 재료를 미리 정해진 온도로 용융시키기 위한 가열 요소를 포함할 수 있다. 모터들의 배열은 유색 재료들의 조합을 혼합 챔버 내로 그리고, 충분히 가열되고 그리고/또는 블렌딩되었을 때, 도구 헤드를 통해 물체 상에 퇴적되도록 이동시키기 위해 협력한다. 도구 헤드와 관련하여, 혼합 챔버 및/또는 노즐은 부가 메커니즘을 사용함이 없이 유색 재료들을 자동으로 블렌딩하도록 구성되어 있다. 예시를 위해, 하나의 예시적인 조합은 청록색(cyan), 황색, 흑색, 및 녹색을 포함하고, 여기서 녹색은 입력 색상에 있지 않고, 그 대신에, 청록색과 황색의 혼합물이다. 따라서, 압출기 구성은 제1 체적의 청록색 재료, 제2 체적의 황색 재료, 제3 체적의 흑색 재료, 및 (적절한 체적의 청록색 재료와 황색 재료를 블렌딩하는 것에 의해) 제4 체적의 녹색 재료를 도포한다. 유의할 점은 본원에 기술되는 실시예들이 앞서 언급된 색상 조합으로 제한되지 않고 오히려, 예를 들어, 백색 및 투명을 비롯한, 임의의 수의 다른 적당한 색상들을 포함할 수 있다는 것이다.

예비적 사항으로서, 도면들 중 일부는 개념들을 하나 이상의 구조적 컴포넌트들 - 기능부, 모듈, 특징부, 요소 등으로 다양하게 지칭됨 - 과 관련하여 기술한다. 도면들에 도시된 다양한 컴포넌트들은 임의의 방식으로, 예컨대, 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 통해, 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 다양한 컴포넌트들은 실제 구현에서 대응하는 컴포넌트들을 사용하는 것을 반영할 수 있다. 다른 실시예에서, 도면들에 예시되어 있는 임의의 단일 컴포넌트가 복수의 실제 컴포넌트들에 의해 구현될 수 있다. 도면들에서 임의의 2 개 이상의 개별 컴포넌트들이 도시되어 있는 것은 단일의 실제 컴포넌트에 의해 수행되는 상이한 기능들을 반영할 수 있다. 이하에서 논의되는 도 1은 도면들에 도시된 기능들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 하나의 시스템에 관한 상세를 제공한다.

다른 도면들은 개념들을 플로우차트 형태로 기술하고 있다. 이러한 형태에서, 특정 동작들은 특정 순서로 수행되는 상이한 블록들을 구성하는 것으로 기술되어 있다. 이러한 구현들은 예시적이며 제한하는 것이 아니다. 본원에 기술되는 특정 블록들은 서로 그룹화되고 단일의 동작에서 수행될 수 있으며, 특정 블록들은 복수의 컴포넌트 블록들로 분해될 수 있으며, 특정 블록들이 본원에 예시되어 있는 것과 상이한 순서 - 블록들을 수행하는 병렬 방식을 포함함 - 로 수행될 수 있다. 플로우차트들에 도시된 블록들은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 수동 처리 등에 의해 구현될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 하드웨어는 컴퓨터 시스템, ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 개별 논리 컴포넌트 등을 포함할 수 있다.

용어에 관해서, "~하도록 구성된(configured to)"이라는 문구는 임의의 종류의 기능부가 식별된 동작을 수행하도록 구성될 수 있는 임의의 방식을 포괄한다. 기능부는, 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 등을 사용하여 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.

"논리(logic)"라는 용어는 작업을 수행하기 위한 임의의 기능부를 포괄한다. 예를 들면, 플로우차트들에 예시되어 있는 각각의 동작은 그 동작을 수행하기 위한 논리에 대응한다. 동작은, 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 등을 사용하여 수행될 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, "컴포넌트", "시스템" 등과 같은 용어들은 컴퓨터 관련 엔티티 - 하드웨어, 소프트웨어(예컨대, 실행 중인 소프트웨어), 또는 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합 중 어느 하나 - 를 지칭하는 것으로 의도되어 있다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서 상에서 실행 중인 프로세스, 객체, 실행 파일, 프로그램, 함수, 서브루틴, 컴퓨터, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합일 수 있다. "프로세서"라는 용어는 일반적으로, 컴퓨터 시스템의 처리 유닛과 같은, 하드웨어 컴포넌트를 지칭하는 것으로 이해된다.

게다가, 청구된 발명 요지가 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 생성하는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기법들을 사용하여 컴퓨팅 디바이스를 제어해 개시된 발명 요지를 구현하는 방법, 장치, 또는 제조 물품으로서 구현될 수 있다. "제조 물품"이라는 용어는, 본원에서 사용되는 바와 같이, 임의의 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스 또는 매체로부터 액세스가능한 컴퓨터 프로그램을 포괄하는 것으로 의도되어 있다.

컴퓨터 판독가능 저장 매체는 자기 저장 디바이스(예컨대, 그 중에서도 특히, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 스트립), 광 디스크(예컨대, 그 중에서도 특히, CD(compact disk), DVD(digital versatile disk)), 스마트 카드, 그리고 플래시 메모리 디바이스(예컨대, 그 중에서도 특히, 카드, 스틱, 및 키 드라이브)를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 이와 달리, 컴퓨터 판독가능 매체(즉, 저장 매체가 아님)는 일반적으로, 그에 부가하여, 무선 신호 등에 대한 전송 매체와 같은 통신 매체를 포함할 수 있다.

도 1은 하나의 예시적인 구현에 따른, 3차원 모델을 유색 재료들을 혼합하기 위한 명령어들로 변환하는 제조 디바이스(100)의 블록도이다. 제조 디바이스(100)는, 제1 메커니즘(104)에 결합되고 제1 메커니즘(104) 및 제2 메커니즘(106)에 대한 명령어들을 실행하도록 구성된, 제어 유닛 또는 제어기(102)를 포함할 수 있다. 제2 메커니즘(106) 내에 구성된 챔버(108)는, 물체(110)를 제조할 때, 유색 재료들이 준비(예컨대, 가열)되고 그리고/또는 블렌딩될 수 있게 한다. 예를 들어, 챔버(108)는 유색 필라멘트들 또는 호환가능 재료들의 조합의 용융, 혼합, 및 압출을 가능하게 한다.

명령어 세트(112)에 저장되어 있는, 앞서 언급된 명령어들은 총칭하여 조율된 명령어들이라고 지칭될 수 있는데, 그 이유는 이러한 명령어들이, 대부분, 잘 조화되어 실행되기 때문이다. 본원에 기술되는 다양한 실시예에 따르면, 제조 관리자(114)는 다수의 구현들에서 명령어들을 조율할 수 있다. 예를 들어, 압출기 구성에서의 상이한 스테퍼 모터들에 대한 명령어들이 적절한 유색 재료가, 매끄러운 색상 변화를 가능하게 하면서, 챔버(108) 내로 피드되도록 조율될 수 있다. 따라서, 양쪽 스테퍼 모터들이 병렬로, 순차적으로, 또는 낭비를 감소시키고, 제조 시간을 빠르게 하며, 그리고/또는 품질을 향상시키는 임의의 순서로 동작할 수 있도록, 하나의 스테퍼 모터에 대한 명령어들이 다른 스테퍼 모터에 대한 명령어와 시간상 동기화될 수 있다. 이 명령어들은 제1 메커니즘(104)을 본원에 기술되는 바와 같이 이동시키기 위한 명령어들과 추가로 조율될 수 있다.

제조 관리자(114)는, 원격 컴퓨팅 디바이스 및/또는 접속된 컴퓨팅 디바이스(attached computing device)와 같은, 컴퓨팅 디바이스들의 다양한 실시예들에서 동작하는 하드웨어 컴포넌트와 소프트웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 제조 관리자(114)의 하나의 예시적인 구현은 3차원 모델에서의, 제조 중인 물체에 대응하는, 포착된 체적 센서 데이터(volumetric sensor data)를 처리하고, 그 정보를 레이어들 - 각각의 레이어는, 표면 메시에 대응하는 기하학적 요소들을 포함할 수 있는, 적어도 일부 지오메트리를 포함함 - 로 파티셔닝(partition)한다. 본 개시 내용은 "레이어" 대신에 "파티션(partition)", "슬라이스(slice)", 또는 다른 유사한 용어를 사용할 수 있고, 이 용어들이 서로 바꿀 수 있는 것으로 정의될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

파티션 정보(116) 내에, 제조 관리자(114)는 3차원 모델의 지오메트리에 대응하는 색상 값들을 저장한다. 지오메트리는 일반적으로 퇴적될 유색 재료의 양을 표현할 수 있는, 3차원 폴리곤 또는 형상과 같은, 기하학적 요소들의 세트를 지칭한다. 하나의 예시적인 척도는 지오메트리의 적어도 일부분 - 그리고 따라서 유색 재료의 양 - 을 체적으로 표현한다. 예시적인 척도는 표준화된 단위들 - 각각의 단위는 주어진 시간 인스턴스에서 유색 재료의 최소 양(예컨대, 체적)을, 예컨대, 압출 폭(extrusion width)에 의해, 표현함 - 을 사용하여 지오메트리의 일부분을 정의할 수 있다. 각각의 기하학적 요소는 하나 이상의 표준화된 단위들을 포함할 수 있다.

일 예를 예시하기 위해, 3차원 메시 모델에서 표현되는, 유효한 다면체(manifold object)가, 다면체를 표현하는 각각의 삼각형을 처리하고 각각의 삼각형을 슬라이싱 평면(slicing plane)을 통해 투사하는 것에 의해, 레이어들로 파티셔닝될 수 있다. 이 투사는 궁극적으로 닫힌 경로(enclosed path)를 생성하는 방식으로 점과 다른 점들에의 연결들을 발생시킨다. 이 점으로부터, 경로가 대응하는 제조 디바이스의 특정 하드웨어 특성에 대한 가장 작은 주소지정가능 단위를 표현하는 단위들(예컨대, 기하학적 요소의 체적 척도)로 된다. 단위들이 꼭 동일한 크기이고, 축 정렬되며(axis aligned), 그리고/또는 각각의 차원에서 동일한 크기일 필요는 없다. 하나의 예시적인 구현은 x, y, 또는 z 축을 따라 상이한 크기의 비큐빅 단위(non-cubic unit)들을 이용할 수 있으며, 이는 차원마다 상이한 유효 해상도(effective resolution)를 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 지지 구조물들은 밀폐되어 있지 않고, 그 대신에, 반복하여 굽어져 있는 와플 모양의 지지물의 리본일 수 있다.

하나의 예시적인 구현에 따르면, 파티션 정보(116)는 각각의 주소지정가능 (복셀) 단위가 그 주소지정가능 단위 내의 지오메트리에 대한, 색상 값, 텍스처 값, 및/또는 조명 값과 같은, 각종의 정보를 포함하도록 복셀화된 데이터를 포함할 수 있다.

제1 메커니즘(104)은 다양한 기계 또는 전기-기계 컴포넌트를 포함하는 로봇 메커니즘(예컨대, 갠트리 로봇(gantry robot))이라고 지칭될 수 있다. 명령어 세트(112) 내의 적어도 일부 명령어들을 실행하는 것에 의해, 제1 메커니즘(104)은 이 컴포넌트들을 적어도 일부 물리적 움직임을 수행하게 작동시킬 수 있다. 작동될 때, 이 컴포넌트들은 수평으로, 수직으로, 대각선으로, 회전하게, 기타로 움직일 수 있다. 제1 메커니즘(104)의 하나의 예시적인 구현은 제조 중인 물체(110) 내의 특정 위치에 재료를 퇴적시키기 위해 인쇄 메커니즘 또는 도구를 x, y, 또는 z-축을 따라 움직이게 한다. 유의할 점은 설명의 편의상 직교 좌표가 언급된다는 것이다. 극좌표계 등과 같은, 다른 좌표계들이 그 대신에 사용될 수 있다.

제2 메커니즘(106)은 하나 이상의 인쇄 도구 헤드들을 포함하는 인쇄 메커니즘이라고 지칭될 수 있다. 재료가 인쇄 압출기 또는 핫 엔드 도구 헤드 내로 밀어넣어지거나 그로부터 빼내어질 수 있고, 재료를 가는 안내 튜브를 통해 챔버(108) 내로 밀어넣기 위해 모터들이 보다 멀리 떨어져 탑재될 수 있다. 제2 메커니즘(106)이 압출기 구성(예컨대, 단일 압출기 헤드 구성)과 유사할 수 있지만, 제2 메커니즘(106)이, 레거시 인쇄 도구 헤드를 비롯한, 임의의 호환가능 기술을 나타낸다는 것을 잘 알 것이다. 게다가, 제2 메커니즘(106)은, 유색 재료들 및/또는 투명 재료들에 부가하여, 다른 재료들을 퇴적시키도록 구성된 인쇄 도구 헤드들을 포함할 수 있다. 그에 따라, 제2 메커니즘(106)은 제조 동안, 지지 구조물, 제거 구조물(purge structure), 및/또는 기타와 같은, 특정 구조물을 인쇄할 때 다른 재료(예컨대, 중합체)를 제공하는 제2 챔버를 포함할 수 있다. 제거 구조물은 사용가능하지 않은 유색 재료가 퇴적되는 물체의 모델의 영역을 지칭한다. 일 예로서, 챔버(108) 내의 잔여(또는 "과도적") 재료는 제거 구조물에 퇴적될 수 있다. 제거 구조물이 제조 관리자(114)에 의해 물체의 모델에 추가될 수 있다.

제조 관리자(114)는, 제어기(102)에 의해 실행될 때, 제1 메커니즘(104)의 컴포넌트들을 작동시키는 - 그 결과 제2 메커니즘(106)의 움직임(들)이 물체(110)의 표면 지오메트리(예컨대, 외부 쉘)를 따라가게 할 수 있음 - 명령어들을 발생시키도록 구성되어 있다. 제조 관리자(114)는 또한, 제어기(102)에 의해 실행될 때, 제2 메커니즘(106)으로 하여금, 예를 들어, 유색 재료들을 챔버(108) 내로 피드하고 블렌딩된 유색 재료들을 노즐(118)을 통해 압출하기 위해 스테퍼 모터 동작을 제어하는 것에 의해, 챔버(108) 내의 유색 재료들을 혼합시키게 하는 다른 명령어들을 발생시킨다. 제조 관리자(114)는 양쪽 명령어 그룹들을 서로 협력하여 실행되도록 구성할 수 있으며, 그로써 물체(110)에서의 매끄러운 색상 그라디언트 및/또는 챔버(108) 및/또는 노즐(118)에서의 효과적인 블렌딩을 가능하게 한다.

선택적으로, 플랫폼(120)과 같은, 이동가능 플랫폼이 물체(110)를 인쇄하기 위한 메커니즘으로서 기능한다. 제1 메커니즘(104)은 물체(110)와 노즐(118)을 서로에게로 안내하기 위해 플랫폼(120)을 작동시킬 수 있다. 명령어 세트(112)는, x, y, 및/또는 z 방향에서 또는 x-y 평면에서의 회전에서의 일련의 움직임들을 통해, 3차원 물체(110)가 노즐(118)이 재료를 퇴적시킬 정확한 위치로 이동되도록 플랫폼(120)을 자동으로 교정하기 위한 명령어들을 포함할 수 있다.

제조 디바이스(100)의 일부 예시적인 실시예는, 제어기(102), 제조 관리자(114), 및/또는 제2 메커니즘(106)과 같은 인쇄 도구 헤드를 비롯한, 본원에 기술되는 컴포넌트들 중 적어도 일부로 보강된 레거시 디바이스들을 포함한다. 하나의 옵션으로서, 제조 디바이스(100)는, 한 세트의 모터들을 관리하고 명령(예컨대, GCode Color Change 명령)이 처리될 때 원래의 마이크로프로세서로부터 신호를 수신하기 위해, 부가의 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 구현에서, 레거시 마이크로컨트롤러는, 레거시 마이크로컨트롤러가 모터를 직접 관리하고 있는 것처럼, 모터 속도 값들을 제어기(102)로 계속하여 전달한다. 제어기(102)는 인쇄 도구 헤드가 압출할 때 이 값들에 기초하여 색상 비(color ratio)를 적용하고 표준의 인쇄 헤드를 다른 방식으로 모방한다. 레거시 마이크로컨트롤러 및/또는 펌웨어가 색상 변경을 위한 추가 신호를 지원하도록 수정될 수 있다.

도 2는 도 1과 관련하여 기술된 제조 디바이스(100)와 같은, 제조 디바이스에 대한 예시적인 압출기 구성(200)을 나타낸 개략도이다. 다양한 실시예에서, 유색 재료들(예컨대, 3 개의 유색 재료)이 소스로부터 압출기 구성(200) 내로 피드된다.

하나의 예시적인 실시예에 따르면, 압출기 구성(200)은 적어도 3 개의 유색 재료(에컨대, 필라멘트)에 대한 스테퍼 모터들을 포함한다. 이 구성은, 예를 들어, 선택적인 반투명 재료를 비롯하여, 다양한 불투명도의 4 개, 5 개, 또는 6 개의 유색 재료들에 대한 4 개, 5 개, 또는 6 개의 스테퍼 모터들로 확장될 수 있다. 압출기 구성(200)은 또한, 혼합 챔버 또는 용융 챔버라고 지칭될 수 있는, 챔버(202), 및 노즐(204)을 포함하는 인쇄 도구 헤드를 포함할 수 있다. 압출기 구성(200)에 대한 인쇄 도구 헤드는 챔버(202) 내의 유색 재료들의 용융 및 블렌딩을 제어하기 위해 가열 요소 및 온도조절기(thermostat)를 포함할 수 있다.

압출기 구성(200)의 하나의 예시적인 실시예는 개별적인 용융된 유색 가소성 필라멘트 재료를 좁은 용융 챔버 내에서 블렌딩하고 혼합물을 작은 구멍을 통해 인쇄 도구 헤드 내로 압출하는 것에 의해 동작한다. 스테퍼 모터들이 유색 재료를 챔버(202) 내로 이동시키는 속도는 색상 값에 기초한다. 색상 값은, 어쩌면 다른 속성들(예컨대, 유색 필라멘트 크기, 모터 기어 크기, 모터 등급(motor degree), 및/또는 기타) 결합하여, 각각의 유색 필라멘트의 챔버(202) 내로의 이동을 제어하는 각각의 스테퍼 모터의 속도를 결정할 수 있다. 챔버(202) 내의 재료가 보다 작은 직경의 노즐(204)(예컨대, 강선식 노즐(rifled nozzle)) 내로 밀어넣어질 때, 유색 필라멘트가 최종적으로 노즐(204)로부터 나가서 인쇄 중인 물체 상에 퇴적될 때까지 채널 내의 저항을 통해 원하는 색상으로 추가로 혼합된다.

도 3은 제조 디바이스에 대한 조율된 명령어 세트를 발생시키는 방법(300)의 프로세스 흐름도이다. 하나 이상의 하드웨어/소프트웨어 컴포넌트들(예컨대, 도 1의 제조 관리자(114))이 방법(300)을 수행하도록 구성될 수 있다. 방법(300)은 블록(302)에서 시작하고, 3차원 모델이 레이어들로 파티셔닝될 수 있는 블록(304)으로 진행한다. 각각의 레이어는 한 세트의 주소지정가능 단위들 - 각각의 단위는 기하학적 요소의 적어도 일부분을 포함함 - 로서 표현될 수 있다. 기하학적 요소들은 일반적으로 적어도 어떤 체적을 가지는 경로들로서 평면 상으로 투사되는 폴리곤들을 지칭한다. 경로들은 제조 중인 물체를 표현하는 외부 쉘을 형성할 수 있다. 외부 쉘이 투명한 외부와 함께 착색된 내부 지오메트리를 가질 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 솔리드 표현(solid representation)으로 향상될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 단위는 제조 동안 도포될 수 있는 유색 재료의 최소 양/체적으로서 정의된다. 따라서, 예시적인 단위에서의 경로, 또는 그의 일부분은 유색 재료의 상기 최소 양/체적보다 작거나 같은 체적을 가질 수 있다. 다른 실시예는 각각의 단위를 다른 방식으로, 예를 들어, 하나 이상의 기하학적 요소들을 포함하는 복셀로서 정의할 수 있다.

다양한 실시예에서, 3차원 모델이 Z-축을 따라 Z 레이어들로 파티셔닝된다. 각각의 Z 레이어는 적어도 하나의 유색 재료로 채워지도록 되어 있는 X-Y 평면에서의 단위들을 표현한다. 각각의 레이어는 그 안에 포함된 단위들에 기초한 3차원 데이터 구조를 포함할 수 있다. Z 레이어의 높이는 제조 디바이스의 분해능 또는 품질에 의존한다.

블록(306)에서, 색상 값들이 모델에 적용될 수 있다. 하나의 예시적인 구현은, 각각의 단위의 주소가 그 텍스처 패턴에서의 좌표에 매핑되도록 텍스처 패턴을 레이어에 매핑하는 것 및 각각의 매핑을 적절한 색상으로 변환하는 것에 의해, 텍스처 정보를 단위들에 적용한다. 다른 예시적인 구현은 색상 값들을 계산하기 위해 비텍스처 정보(non-texture information)를 이용한다(예컨대, 물체 내의 위치로부터 색상 값을 도출하는 수학 공식). 일부 구현은 널리 공지된 또는 커스텀 보간 알고리즘들(예컨대, 이중 큐빅 보간(bicubic interpolation), 이중 선형 보간(bilinear interpolation), 최근접 이웃(nearest neighbor) 등)을 사용하여, (특정 허용 한도까지) 단일 색상의 블록들을 최대화하기 위해, 특정의 범위들에 걸쳐 색상들을 평균하는 것에 의해 복잡한 텍스처(예컨대, 사진)의 색상들을 단순화할 수 있다.

때로는, 상이한 색상 물리적 특성의 다음 재료가 준비되고 퇴적될 수 있기 전에 잔여(또는 "과도적") 재료가 제거될 필요가 있을 수 있다. 이와 같이, 블록(308)에서, 과도적 재료들을 퇴적시키기 위한 레이어의 잠재적 영역들이 식별될 수 있다. 식별된 영역들이 색상이 가치(예컨대, 미적 가치)를 거의 또는 전혀 제공하지 않는 하나 이상의 단위들로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 모델이 제조 중인 물체의 돌출한 부분들을 떠받치는 외부 지지 구조물을 이용한다. 지지 구조물은 제조의 끝에서 부서지거나 절단되도록 의도되어 있다. 이것은 색상 변경이 예상될 때 과도적 재료를 퇴적할 하나의 예시적인 영역이다. 다른 예는 제조가 완료되면 물체 내의 눈에 보이지 않게 밀폐될 내부 채움 영역(interior fill region)을 포함한다.

과도적 색상을 덤핑하기에 충분한 내부 채움 영역 또는 외부 지지 영역(exterior support area)이 없는 경우, 폐기 물체(waste object)가 제작 중인 주된 물체와 함께 생성될 수 있다. 이것은 (Z 축을 따라) 상위 레이어들에서 일어날 수 있다. 그에 따라, 적당한 위치를 찾아내는 것은 폐기 물체를 인쇄하는 것 및 폴리곤들을 아래로 각각의 후속 하위 레이어 상의 플랫폼까지 주입하는 것을 수반할 수 있다. 이 발생된 색상 전이 구조물 폴리곤들 각각에서, 물체의 계속된 제조에서 이러한 낭비를 방지하기 위해 색상이 재계산될 수 있다. 지지 구조물의 크기가 훨씬 더 상위의 레이어들에서 보다 클 수 있다. 그에 따라, 색상 전이 구조물을 삽입하는 것이 초기에는 모든 레이어들이 처리될 때까지 지연될 수 있다. 이 시기 동안, 색상 전이 구조물들의 개수가 각각의 레이어에서 카운트될 수 있어, 색상 전이 구조물 형상들 및 위치들을 미리 결정하는 것을 가능하게 한다. 갑작스런 색상 변경이 예상되고 과도적 재료가 제조 디바이스에 남아 있지만 이러한 재료를 퇴적시키기 위한 편리한 충전재 영역이 이용가능하지 않는 경우들을 처리하기 위해, 하나의 예시적인 구현은 물체의 지오메트리의 치수를 벗어난 외부 구조물을 3차원 모델에 추가한다. 이것은 다음 색상에 대한 재료가 이용가능할 때까지 제조 디바이스가 헤드를 세정할 수 있게 한다. 다른 예는 덤프가 일어나는 레이어에 이를 때까지 계속하여 제거 구조물을 발생시키는 데 있어서의 재료의 손실을 최소화하는 것을 가능하게 하는 디바이스 하드웨어의 덤프 영역이다.

블록(310)에서, 매끄러운 그라디언트를 발생시키기 위해 수행되는 것과 같이, 도구 경로를 따라 유색 재료들의 조합을 퇴적시키는 절차가 정의될 수 있다. 그 절차는 도구 경로를 따라 인쇄 도구를 이동시키는 것 및 도구 경로를 따라 각각의 유색 재료를 도포하는 속도를 제어하는 것을 수반할 수 있다. 하나의 예시적인 구현은 각각의 단위에 대해, 인쇄 도구가, 도구 경로를 따라, 인쇄 도구 헤드를 제조 중인 물체 상의 그 단위의 주소/위치로 이동시키는 동안, 하나 이상의 유색 재료들이 그 도구 내로 피드되는 스테퍼 모터 속도를 결정한다. 블록(312)에서, 퇴적시키는 절차 및 도구 경로에 대한 조율된 명령어 세트를 비롯한, 제조 디바이스에 대한 명령어들이 발생될 수 있다.

하나의 예시적인 구현은 로봇 메커니즘(예컨대, 도 1의 제1 메커니즘(104))을 구동하고 인쇄 도구(예컨대, 도 1의 제2 메커니즘(106))를 사용하여 유색 재료들을 퇴적시키기 위해 예시적인 조율된 명령어들(예컨대, op 코드(op code), g-코드(g-code) 및/또는 기타)을 발생시킨다. 인쇄 도구는, 로컬 또는 원격일 수 있는, 노즐 및 한 세트의 모터들을 갖는 헤드를 포함한다. 제어기는, 실행될 때, 로봇 메커니즘으로 하여금 인쇄 도구 헤드를 인쇄 메커니즘이 유색 재료들의 조합을 퇴적시키는 영역으로 이동시키게 하는 각각의 Z 레이어에 대한 도구 세트 또는 조율된 명령어 세트를 구성한다. 이러한 조합은 일반적으로 일련의 유색 재료들 - 그 중 일부는 상이한 색상들을 생성하기 위해 블렌딩될 수 있고 일부 유색 재료들은 개별적으로 도포될 수 있음 - 을 지칭한다. 예시를 위해, 하나의 예시적인 조합은 청록색, 황색, 흑색 및 녹색을 포함하고, 여기서 녹색은 입력 색상에 있지 않고, 그 대신에, 청록색과 황색의 혼합물이다. 따라서, 인쇄 메커니즘은 제1 체적의 청록색 재료, 제2 체적의 황색 재료, 제3 체적의 흑색 재료, 및 (어떤 체적의 청록색 재료와 어떤 체적의 황색 재료를 적절한 비로 블렌딩하는 것에 의해) 제4 체적의 녹색 재료를 도포한다.

적어도 일부 유색 재료가 인쇄 메커니즘에 남이 있기 때문에, 색상 변경은 현재 유색 재료를 도포하는 동안 새로운 유색 재료를 피드하는 것을 수반할 수 있다. 새로운 유색 재료가, 보다 많은 새로운 유색 재료가 인쇄 메커니즘에 의해 이동될 때 조절되는, 특정 속도(예컨대, 양의 속도(positive rate) 또는 음의 속도(negative rate))로 피드될 수 있다. 예를 들어, 현재 색상이 황색이고 인쇄 메커니즘이 새로운 색상으로서 녹색을 퇴적시키라고 지시받는 경우, 조율된 명령어들은 인쇄 메커니즘으로 하여금 황색 재료를 약간 빼내고 기존의 황색 재료와 블렌딩하도록 약간 더 많은 양의 청록색 재료를 밀어넣게 한다.

퇴적된 재료가 냉각되거나 건조될 수 있게 한 후에, 블록(314)에서, 3차원 모델의 다음 레이어를 제조할지를 결정될 수 있다. 모델에 보다 많은 레이어들이 있는 경우, 방법(300)은 블록(306)으로 되돌아간다. 그렇지 않은 경우, 방법(300)은 조율된 명령어 세트가 제조 디바이스로 전달될 수 있는 블록(316)으로 진행한다. 방법(300)은 이어서 동작(318)에서 종료된다.

도 3의 프로세스 흐름도는 방법(300)의 블록들(302 내지 318)이 임의의 특정의 순서로 실행되어야 하는 것 또는 블록들(302 내지 318) 모두가 모든 경우에 포함되어야 하는 것을 나타내는 것으로 의도되어 있지 않다. 게다가, 구체적인 구현의 상세들에 따라, 도 3에 도시되지 않은 임의의 수의 부가 블록들이 방법(300) 내에 포함될 수 있다.

도 4는 물체의 3차원 모델에 대한 색상 값들을 계산하는 방법(400)의 프로세스 흐름도이다. 하나 이상의 하드웨어/소프트웨어 컴포넌트들(예컨대, 도 1의 제조 관리자(114))이 방법(400)을 수행하도록 구성될 수 있다. 방법(400)은 블록(402)에서 시작하고, 3차원 모델의 레이어가 기하학적 요소들을 비롯한 요소들로 분해될 수 있고, 색상 변경이 식별될 수 있는 블록(404)으로 진행한다. 다양한 실시예에서, 요소들이 레이어의 3차원 평면 상으로 투사되고, 이 3차원 평면은 물체의 지오메트리에 대응하는 쉘을 형성하는 주소지정가능 단위들로 추가로 분해된다. 레이어 내의 단위들 사이에서 그리고/또는 인접한 레이어들 사이에서 색상 변경이 일어날 수 있다.

블록(406)에서, 텍스처 정보가 이용가능한지가 결정될 수 있다. 텍스처 정보는 3차원 표면 메시 모델 상에 적용할 패턴 또는 특정 색상 비트맵을 하나 이상의 외부 파일들에 기술한다. 3차원 표면 메시 모델이 텍스처 정보와 함께 네이티브 파일 포맷(native file format)의 일부로서 내보내기(export)될 수 있다. 다수의 폴리곤 면(polygonal face)들에 대해 동일한 텍스처 정보가 사용될 수 있다. 텍스처에서의 상이한 영역들이 상이한 폴리곤들에 매핑될 수 있다.

텍스처 정보가 이용가능하지 않은 경우, 방법(400)은 블록(408)으로 진행한다. 블록(408)에서, 비텍스처 데이터(non-textural data)를 사용하여 기하학적 요소들에 대해 색상 값들이 계산될 수 있다. 예를 들어, 제조 관리자는, 선형 또는 방사형 그라디언트, 무지개 패턴, 및/또는 다른 수학적으로 정의된 절차들과 같은, 관련된 수학 함수들을 사용하여 색상을 발생시킬 수 있다. 블록(408)으로부터, 방법은, 이하에서 논의되는 바와 같이, 블록(416)으로 진행한다.

텍스처 정보가 이용가능한 경우, 방법(400)은 텍스처 영역들이 폴리곤들에 매핑될 수 있는 블록(410)으로 진행한다. 하나의 예시적인 텍스처 매핑 메커니즘은 폴리곤 지오메트리들로 미리 슬라이싱된 메시 모델을 이용하고, 텍스처 영역을 레이어 상의 폴리곤 지오메트리 전체에 매핑한다. 블록(412)에서, 각각의 정점은 텍스처 영역에서의 텍스처 좌표에 매핑될 수 있다. 그에 부가하여, 텍스처 좌표가 폴리곤 면의 정점에 직접 매핑되도록 양쪽 차원에서 스케일링될 수 있다. 블록(414)에서, 색상 값들이 폴리곤들에 적용될 수 있다. 제조 관리자는 색상 값들을 생성하기 위해 텍스처 정보를 3차원 모델에 적용하라고 지시받을 수 있다. 제조 관리자가 3차원 물체의 쉘을 인쇄하기 위한 도구 경로를 식별할 때, 제조 관리자는 또한 모델과 연관된 텍스처 정보를 사용하여 물체의 외측 쉘(outside shell)(표면 메시)에 적용될 필요가 있는 색상들을 식별한다. 블록(414)으로부터, 방법(400)은 이어서 블록(416)으로 진행한다.

블록(416)에서, 조명 효과를 추가해야 하는지가 결정될 수 있다. 조명 효과가 요망되지 않는 경우, 방법(400)은 블록(420)에서 종료된다. 그렇지 않고, 조명 효과가 추가되어야 하는 경우, 방법(400)은 블록(418)으로 진행한다. 블록(418)에서, 광도가 측정될 수 있고, 색상 값들이 조정될 수 있다. 3차원 모델은, 밝을 색상들을 가지는 물체를 그 물체가 충분한 햇볕을 받는 것처럼 또는 회색이 섞인(muting) 또는 음영(shading) 색상들을 가지는 물체를 그 물체가 어두운 장소에 있는 것처럼 시뮬레이트하는 것과 같은, 각종의 효과들을 제공하는 조명 정보를 포함할 수 있다. 조명 정보는 모델의 비조명된 색상 값을 수정하는 고유 색상(intrinsic color)을 가질 수 있다. 색상 값에 대한 조정은 물체의 텍스처를 비추는 다양한 색상들의 광을 시뮬레이트하여, 광이 모델 쪽으로 향하고 있는 것처럼 물체가 보이게 할 수 있다. 방법(400)은 이어서 동작(420)에서 종료된다.

도 4의 프로세스 흐름도는 방법(400)의 블록들(402 내지 420)이 임의의 특정의 순서로 실행되어야 하는 것 또는 블록들(402 내지 420) 모두가 모든 경우에 포함되어야 하는 것을 나타내는 것으로 의도되어 있지 않다. 게다가, 구체적인 구현의 상세들에 따라, 도 4에 도시되지 않은 임의의 수의 부가 블록들이 방법(400) 내에 포함될 수 있다.

도 5는 특정 명령어들을 실행하는 것에 의해 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법(500)의 프로세스 흐름도이다 다양한 실시예에서, 방법(500)은 제조 디바이스(예컨대, 도 1의 제조 디바이스(100))에 의해 실행된다. 예를 들어, 로봇 메커니즘(예컨대, 도 1의 제1 메커니즘(104))의 하나 이상의 하드웨어/소프트웨어 컴포넌트들(예컨대, 도 1의 제어기(102))은 다른 하드웨어/소프트웨어 컴포넌트들(예컨대, 도 1의 제조 관리자(114))에 의해 제공되는 명령어들을 실행하는 것에 의해 방법(500)을 수행하도록 구성될 수 있다. 방법(500)은 블록(502)에서 시작하고 블록(504)으로 진행한다. 블록(504)에서, 조율된 명령어 세트가 액세스되고 실행되어, 유색 필라멘트가 3차원 물체에 도포되는 3차원 물체 제조 프로세스를 시작할 수 있다.

블록(506)에서, 현재 필라멘트(들)에 대해 음의 속도가 설정될 수 있고 그리고/또는 다음 필라멘트(들)에 대해 양의 속도가 설정될 수 있다. 조율된 명령어들은 이 속도들이 실질적으로 동기하여 달성되도록 지시한다. 블록(508)에서, 인쇄 메커니즘이 조율된 명령어들에 따라 작동될 수 있다. 조율된 명령어들은 이전 색상을 제거하는 것에 의해, 예를 들어, 이전 색상의 압출기 구성의 혼합 챔버를 세정하는 것에 의해 다음 유색 필라멘트가 예상되는 곳보다 앞서 색상을 변경하도록 구성된 도구 경로들을 정의한다. 예를 들어, 황색 필라멘트가 퇴적 중에 있고 녹색 필라멘트가 다음 색상인 경우, 조율된 명령어들은 녹색 필라멘트가 예상될 때 유색 재료의 올바른 혼합물이 압출기 구성의 노즐에 도달하도록 압출기 구성으로 하여금 청록색 재료를 피드하기 시작하게 할 수 있다. 그에 부가하여, 압출기 구성은 유색 필라멘트를 변경하고 다음 레이어에 대해 채우기 절차를 시작할 수 있다. 외측 쉘에 대한 원하는 녹색을 제공하기 위해 충분한 양의 유색 재료가 압출기 구성의 혼합 챔버를 통과할 때, 임의의 과도적 재료가 충전재 영역, 하나 이상의 외부 지지 구조물들, 또는 임의의 다른 중요하지 않은 영역(non-critical area) 내로 제거될 수 있다. 이것은 내측 쉘(inside shell)에 과도적 재료를 유지하면서 3차원 물체의 외부에서의 갑작스런 극적인 색상 변경을 가능하게 한다. 대안적으로, 과도적 재료가 구조적 지지를 위해 이용될 수 있다.

다양한 실시예에서, 튜브 내의 현재 색상 및 이전에 계산된 도구 경로들에 대한 지식을 사용하여 색상 변경이 실행된다. 이것은 필라멘트의 각각의 기본 색상(base color)과 연관된 압출기 모터가 필라멘트를 특정 속도(예컨대, 양의 속도 또는 음의 속도)로 피드하기 시작하고 새로운 유색 재료가 챔버 내로 밀려들어갈 때 조절되는 '스마트한 혼합(smart mixing)' 프로세스를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 현재 색상이 황색이고 인쇄가 녹색을 필요로 하는 경우, 황색 필라멘트를 약간 빼내고 챔버 내의 기존의 황색과 혼합되도록 약간 더 많은 양의 청록색을 밀어넣기 위해 명령어들이 송신될 수 있다. 이 프로세스는, 챔버에서의 원하는 믹스에 도달할 때까지 시간에 따라 양쪽 색상의 피드 속도를 조절하면서, 점진적으로 적용될 수 있다. 이어서, 본 시스템은 적절한 녹색을 만들기 위한 보통의 값/비를 따를 수 있다.

블록(510)에서, 인쇄 메커니즘이 보류 중인 색상 변경이 있는지 모니터링될 수 있고, 새로운 색상이 예상되는 순간이 결정될 수 있다. 그 순간에 도달할 때, 방법(500)은 다음 명령어의 실행을 위해 블록(504)으로 되돌아간다. 특정 양의 시간 후에 그 순간에 도달하지 않은 경우, 방법(500)은 블록(512)으로 진행한다. 블록(512)에서, 현재 색상의 필라멘트가 블록(510)으로 루프백하기 전에 어떤 기간(예컨대, 몇 초) 동안 계속하여 도포될 수 있다. 블록(510)에서 인쇄 메커니즘이 제조 프로세스를 완료한 것으로 결정되는 경우, 방법(500)은 블록(514)에서 종료된다.

도 5의 프로세스 흐름도는 방법(500)의 블록들(502 내지 514)이 임의의 특정의 순서로 실행되어야 하는 것 또는 블록들(502 내지 514) 모두가 모든 경우에 포함되어야 하는 것을 나타내는 것으로 의도되어 있지 않다. 게다가, 구체적인 구현의 상세들에 따라, 도 5에 도시되지 않은 임의의 수의 부가 블록들이 방법(500) 내에 포함될 수 있다.

도 6a는 본원에 기술되는 실시예들에 따라 사용될 수 있는 3차원 모델(600)을 나타낸 개략도이다. 3차원 모델(600)은 면(face)(602)을 포함하는 메시(mesh)로서 표현된다. 도 6a에 도시된 실시예에서, 면(602)은 삼각형으로 이루어져 있다. 그렇지만, 면(602)이 직사각형 또는 다른 유형의 폴리곤으로 이루어져 있을 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 또한 면이 직선 근사 폴리곤화(line-fitting polygonization) 알고리즘에 의해 근사화될 수 있는 곡면(curved surface)일 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

도 6b는 면(602) 상에 색상을 갖는 3차원 모델(600)을 나타낸 개략도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 각각의 면(602)은 단색이지만, 모든 면(602)이 상이한 색상을 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 제조 관리자는 현재 Z 평면과 3차원 모델(600)의 삼각형 메시 사이의 교차 선분(intersection segment)들을 계산한다. 제조 관리자는 이어서 면(602)에서부터 면(602)과 교차하는 선분까지 색상(RBGA) 값들을 취할 수 있다. 이것은 모든 레이어에 대한 2차원 폴리곤들 상의 색상 정보의 보존을 가능하게 하는 레이어별 프로세스이다. 도 6c는 레이어별 프로세스에 따라 레이어들(604)로 분해된 3차원 모델(600)을 나타낸 개략도이다. 도 6d는 3차원 모델(600)의 단일의 레이어(604)에 대한 그 결과 얻어진 2차원 폴리곤들(606A 내지 606C)을 나타낸 개략도이다. 폴리곤(606A)은 청색 재료를 나타낸다. 폴리곤(606B)은 녹색 재료를 나타낸다. 폴리곤(606C)은 내부 과도적 재료(즉, 충전재 영역)를 나타낸다.

본원에 기술되는 실시예들에 따르면, 3차원 모델은 또한 CPU(central processing unit) 기반 텍스처 매핑 프로세스에 따라 텍스처 상의 색상을 사용해 슬라이싱될 수 있다. 텍스처로부터의 색상 값들이 면 상의 색상 값들과 상이한데, 그 이유는 경계들이 색상을 상이한 영역들로 분할하지 않기 때문이다.

다양한 실시예에서, 제조 관리자는 텍스처를 무시하면서 지오메트리를 슬라이싱하여 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것으로 시작한다. 이어서, 제조 관리자는 2차원 폴리곤 상에의 텍스처 매핑을 수행할 수 있다. 이 프로세스는 텍스처 상의 색상 정보에 기초하여 2차원 폴리곤들에 보다 많은 정점들을 추가할 수 있다. 2차원 폴리곤들은 모든 선분이 단일의 색상을 갖도록 세분화(refine)될 수 있다.

도 7a는 추가된 정점들을 갖는 면(700)을 나타낸 개략도이다. 구체적으로는, 도 7a는 면(700) 내부에 적색 꽃(702)이 있을 때 3 개의 레이어들에 대해 정점들을 선분에 추가하는 프로세스를 나타낸 것이다. 도 7b는 추가된 정점들을 갖는 다수의 면(704)을 나타낸 개략도이다. 구체적으로는, 도 7b는, 적색 꽃이 단지 하나의 면(700)이 아니라 다수의 면(704) 상에 매핑되는 것을 제외하고는, 도 7a와 동일한 프로세스를 나타낸다.

본원에 기술되는 실시예들에 따르면, 3차원 모델이 또한 그라디언트 색상을 사용해 슬라이싱될 수 있다. 그라디언트 색상을 사용해 슬라이싱하는 것은 간단한 작업이 아닌데, 그 이유는 색상 혼합 관점에서 볼 때 연속적인 색상 변화를 제어하는 것이 어렵기 때문이다. 이 작업은 모든 선분이 단일의 색상을 가질 수 있게 하지만 많은 작은 선분들을 사용하여 색상 그라디언트를 색상의 보간을 통해 단계별 개별 선분들로 시뮬레이트하는 것에 의해 단순화될 수 있다. 일 예가 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 도 8a는 그라디언트 색상을 갖는 지오메트리의 표면(800)을 나타낸 개략도이다. 다양한 실시예에서, 제조 관리자는 기하학적 정보에 기초하여 폴리곤들을 생성한다. 폴리곤들은 이어서 모든 폴리곤이 충분히 작고 단지 하나의 색상을 포함하도록 보다 많은 정점들을 사용해 세분화될 수 있다. 각각의 폴리곤에 대한 색상 값이 폴리곤의 가운데 점의 색상 값으로서 할당될 수 있다. 도 8b는 3 개의 레이어들(802A 내지 802C)로 분해된 표면(800)을 나타낸 개략도이다. 미리 정의된 길이에 기초하여, 그라디언트 색상이 4 개의 폴리곤(804A 내지 804D) - 각각이 상이한 색상을 가짐 - 을 사용하여 시뮬레이트될 수 있다. 색상 값(806A 내지 806D)이 이어서, 각각의 폴리곤의 가운데 점의 색상 값에 따라, 각각의 폴리곤(804A 내지 804D)에, 각각, 할당될 수 있다.

본원에 기술되는 실시예들이 도 8a 및 도 8b에 도시된 직사각형 그라디언트로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 오히려, 임의의 적당한 유형의 그라디언트가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 9는 본원에 기술되는 실시예들에 따라 사용될 수 있는 방사형 그라디언트(900)를 나타낸 개략도이다. 그에 부가하여, 도 10은 본원에 기술되는 실시예들에 따라 사용될 수 있는 삼각형 그라디언트(1000)를 나타낸 개략도이다.

본원에 기술되는 실시예들에 따르면, 제조 관리자는 제조 프로세스 동안 색상을 바꿀 때 완전 컬러 3차원 물체의 외부를 매끄럽게 하는 도구 경로 최적화 프로세스를 생성할 수 있다. 제조 프로세스 동안, 인쇄 헤드는 도구 경로를 따라 이동할 때 색상을 바꿔야만 한다. 그렇지만, 외부 상의 색상을 바꾸는 것은 외부 상에 작은 버블(bubble)들을 유입시킬 것이고, 외부의 품질을 감소시킬 것이다. 따라서, 본원에 기술되는 도구 경로 최적화 프로세스는 물체 내부에서의 색상 바꾸기를 제공할 수 있다. 게다가, 다양한 실시예에서, 혼합 시간을 최소화하기 위해 레이어 상에 다양한 색상의 폴리곤들을 시퀀싱(sequence)하는 데 상이한 종류의 최적화가 사용될 수 있다. 청록색, 황색, 및 녹색을 갖는 일 예에서, 청록색의 모든 폴리곤들이 먼저, 이어서 녹색의 모든 폴리곤들이, 이어서 황색의 모든 폴리곤들이 인쇄될 수 있다. 이 순서가 유용한데, 그 이유는 청록색으로부터 황색으로보다는 청록색으로부터 녹색으로 가는 것이 시간이 덜 걸리기 때문이다. 일 예가 도 11a 및 도 11b에 도시되어 있다.

도 11a는 2 개의 상이한 색상의 9 개의 선분(1102A 내지 1102I)을 갖는 폴리곤(1100)을 나타낸 개략도이다. 구체적으로는, 폴리곤은 3 개의 적색 선분(1102A 내지 1102C) 및 6 개의 흑색 선분(1102D 내지 1102I)을 포함한다. 제조 관리자는 선분의 전체 길이에 기초하여 흑색이 배경색이라고 결정하는 것에 의해 도구 경로 최적화 프로세스를 시작할 수 있다. 제조 관리자는 이어서 적색 선분들을 닫힌 폴리곤으로 변경하기 위해 적색 선분들에 대한 오프셋을 생성할 수 있다. 다음에, 제조 관리자는 흑색 선분들을 중복하는 에지(overlapping edge)들을 갖는 닫힌 폴리곤으로 변경할 수 있다. 도 11b는 그 결과 얻어진 닫힌 적색 폴리곤(1104) 및 닫힌 흑색 폴리곤(1106)을 갖는 폴리곤(1100)을 나타낸 개략도이다.

제조 프로세스를 수행하기 위해, 도구 헤드는 내부 정점들 중 하나에서 시작할 수 있다. 재료 경로의 안정성을 증가시키기 위해, 도구 헤드가 외부로 나가기 전에 충분한 거리를 가지는 것이 바람직하다. 그 결과, 제조 관리자는 제1 내부 정점으로부터 시작하여 선분들을 따라 시계 방향 루프를 이루게 이동하라고 도구 헤드에 지시할 수 있다. 예를 들어, 도 11b에 도시된 바와 같이, 도구 헤드는 적색에 대해서는 내부 정점(1108)에서 시작할 수 있고 흑색에 대해서는 내부 정점(1110)에서 시작할 수 있다,

본원에 기술되는 실시예들에 따르면, 제조 관리자에 의해 생성된 도구 경로 최적화 프로세스는 또한 색상을 바꿀 때 재료 사용의 최소화를 가능하게 할 수 있다. 제조 디바이스의 단일의 압출기에서 색상을 바꿀 때, 챔버를 세정하기 위해 특정 길이의 재료가 사용된다. 이것은 재료의 낭비를 가져올 수 있다. 그에 따라, 본원에 기술되는 도구 경로 최적화 프로세스는 낭비되는 재료의 양을 최소화하도록 설계되어 있다. 이것은 색상 바꾸기의 횟수를 최소화하는 것에 의해 달성될 수 있다. 3차원 모델이 동일한 색상을 갖는 다수의 폴리곤들을 포함하는 경우, 그 폴리곤들 모두가 다음 색상으로 바꾸기 전에 그려질 수 있다.

앞서 기술된 도구 경로 최적화 프로세스 및 제조 프로세스가 유색 재료를 물체에 도포하는 것으로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 오히려, 그 프로세스들은 임의의 수의 상이한 유형의 재료들을 물체에 도포하는 데 사용될 수 있다. 상이한 유형의 재료들이 사용될 때, 제조 관리자는 제조 프로세스 동안 색상을 바꾸는 것과 관련하여 앞서 기술된 바와 동일한 방식으로 재료를 바꾸라고 도구 헤드에 지시할 수 있다.

제조된 3차원 물체는 전형적으로 내부 충전재 및 외부 지지물을 가진다. 내부 충전재 재료는 인쇄 프로세스가 끝난 후에 눈에 보이지 않으며, 외부 지지물은 제조 후에 제거된다. 따라서, 본원에 기술되는 도구 경로 최적화 프로세스에 따라, 충전재 및 지지물을 생성하기 위해 과도적 재료가 사용될 수 있다.

다양한 실시예에서, 도구 경로가 안전하게 색상을 바꾸기 위해 사용할 재료의 길이는 "Lc"로서 정의된다. 폴리곤 영역 및 필라멘트의 반경에 기초하여, 솔리드 폴리곤에 대해 도구 경로가 사용할 재료의 최대 길이가 계산될 수 있다. 이 최대 길이는 "Ls"로서 정의될 수 있다. 상이한 색상들의 개수는 "N"으로서 정의될 수 있다. 이 변수들을 사용하여, 폴리곤에 대한 과도적 재료가 있는지가 결정될 수 있다. 구체적으로는, 특정의 폴리곤에 대해 Lc x (N - 1) <= Ls이면, 폴리곤에 대해 과도적 재료가 없다. 그렇지만, 폴리곤에 대해 Lc x (N - 1) > Ls이면, 과도적 재료가 있고, 폴리곤이 솔리드로 된 후에 도구 헤드가 3차원 물체 밖으로 이동되어야 한다.

도 12는 상이한 색상의 몇 개의 폴리곤(1202A 내지 1202D)은 물론 외부 지지 구조물(1204)을 포함하는 3차원 모델의 레이어(1200)를 나타낸 개략도이다. 앞서 기술된 작업을 단순화시키기 위해, 흑색 배경 폴리곤(1202A)만이 비어 있는 채로 유지될 수 있다. 다른 폴리곤들(1202B 내지 1202D)은 솔리드일 수 있고, 각각의 폴리곤(1202B 내지1202D)은 4 x Rm의 폭을 가질 수 있으며, 여기서 "Rm"은 재료 라인(material line)의 반경이다. 이 예시적인 구현에 따르면, 채우기 알고리즘을 적용하기 위한 단지 하나의 흑색 배경 폴리곤(1202A)이 있다. 색상 바꾸기 도구 경로들의 총 길이가 Lc x (N - 1)이도록 하기 위해 흑색 배경 폴리곤(1202A) 내의 충전재 영역의 밀도 및 외부 지지 구조물(1204)의 밀도가 계산될 수 있다.

도 12에 도시된 예시적인 구현에 따르면, 도구 헤드는 먼저 2 개의 적색 폴리곤(1202B 및 1202C)을 적색으로 그릴 수 있다. 이어서, 도구 헤드는 청색 폴리곤(1202D)인 다음 폴리곤에 기초하여 색상을 바꾸기 위해 Lc의 거리를 사용해 충전재 도구 경로 및 외부 지지물 도구 경로를 그릴 수 있다. 도구 헤드가 색상 바꾸기를 끝낸 후에, 도구 헤드는 청색 폴리곤(1202D)을 그릴 수 있다. 이러한 방식으로, 모든 과도적 재료가 흑색 배경 폴리곤(1202A)의 충전재 영역 내에 숨겨지거나 일회용 외부 지지 구조물(1204) 내에 퇴적된다. 이것은 과도적 재료가 낭비되는 것이 아니라 제조 프로세스를 위해 사용될 수 있게 하고, 따라서 비용을 감소시키고 제조 프로세스의 효율을 증가시킨다.

도 13은 물리적 물체의 3차원 모델을 제조 디바이스에 대한 명령어들로 변환하는 방법(1300)의 프로세스 흐름도이다. 방법(1300)은 3차원 프린팅 능력을 갖는 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 수 있다. 보다 구체적으로는, 방법(1300)은, 도 1의 제조 디바이스(100)와 같은, 제조 디바이스에 통신가능하게 결합되는, 도 1의 제조 관리자(114)와 같은, 제조 관리자를 포함하는 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 수 있다.

본 방법은 3차원 모델이 색상 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱되는 블록(1302)에서 시작한다. 블록(1304)에서, 면 상의 색상, 텍스처 상의 색상, 및/또는 그라디언트 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들이 발생된다. 각각의 2차원 폴리곤은 단일의 색상을 포함한다. 다양한 실시예에서, 면 상의 색상에 기초하여 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것은 현재 레이어의 평면과 3차원 모델의 메시 사이의 교차 선분들을 계산하는 것, 교차 선분들에 대한 색상 값들을 획득하는 것, 및 색상 값들을 레이어에 대한 2차원 폴리곤들로 변환하는 것을 포함한다. 그에 부가하여, 텍스처 상의 색상에 기초하여 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것은 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것, 제조 중인 물체의 텍스처 맵 상의 색상 정보에 기초하여 부가의 정점들을 2차원 폴리곤들에 추가하는 것에 의해 2차원 폴리곤들에 대해 텍스처 매핑을 수행하는 것, 및 모든 선분이 단일의 색상을 포함하도록 2차원 폴리곤들을 세분화하는 것을 포함할 수 있다. 게다가, 그라디언트 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것은 3차원 모델에 대응하는 기하학적 정보에 기초하여 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것, 모든 선분이 단일의 색상을 포함하도록 2차원 폴리곤들을 세분화하는 것, 및 각각의 2차원 폴리곤의 가운데 선분의 색상에 기초하여 각각의 2차원 폴리곤에 색상 값을 할당하는 것을 포함할 수 있다.

블록(1306)에서, 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들에 기초하여 유색 재료들로부터 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로가 결정된다. 도구 경로를 결정하는 것은 색상을 바꾸기 전에 동일한 색상의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 유색 재료를 도포하고, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 색상을 바꾸는 것에 의해 완전 컬러 3차원 물체의 외부를 매끄럽게 하며, 색상을 바꿀 때 충전재 영역, 지지 구조물, 및/또는 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함한다. 다양한 실시예에서, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 색상을 바꾸는 것에 의해 완전 컬러 3차원 물체의 외부를 매끄럽게 하는 것이 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 시작하여 외부 정점에 도달하기 전에 가장 큰 거리를 제공하는 방향으로 이동하면서 특정의 색상의 2차원 폴리곤에 대한 유색 재료를 도포하는 것에 의해 달성된다. 그에 부가하여, 색상을 바꿀 때 충전재 영역, 지지 구조물, 및/또는 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료를 퇴적시키는 것은 색상을 바꾸는 동안 사용될 유색 재료의 길이를 계산하는 것, 계산된 길이에 기초하여 과도적 재료가 발생될 것인지를 결정하는 것, 및 과도적 재료가 발생될 것인 경우, 충전재 영역, 지지 구조물, 및/또는 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료를 퇴적시키는 것에 의해 달성될 수 있다.

도 13의 프로세스 흐름도는 방법(1300)의 블록들(1302 내지 1306)이 임의의 특정의 순서로 실행되어야 하는 것 또는 블록들(1302 내지 1306) 모두가 모든 경우에 포함되어야 하는 것을 나타내는 것으로 의도되어 있지 않다. 게다가, 구체적인 구현의 상세들에 따라, 도 13에 도시되지 않은 임의의 수의 부가 블록들이 방법(1300) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 지오메트리가 재료 정보를 사용해 슬라이싱된다. 재료 정보를 사용해 지오메트리를 슬라이싱하는 프로세스는 색상 정보를 사용해 지오메트리를 슬라이싱하는 앞서 기술된 프로세스와 유사하다. 구체적으로는, 이러한 실시예에서, 3차원 모델을 제조 디바이스에 대한 명령어들로 변환하는 것은 3차원 모델을 재료 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하는 것 및 면 상의 재료 정보, 정점 상의 재료 정보, 및/또는 그라디언트 재료 정보에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것을 포함한다. 각각의 2차원 폴리곤은 단일 유형의 재료를 포함한다. 물체를 제조하기 위한 도구 경로가 이어서 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들에 기초하여 결정될 수 있다. 도구 경로를 결정하는 것은 재료를 바꾸기 전에 동일한 재료의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 명시된 재료를 도포하고, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 재료를 바꾸는 것에 의해 물체의 외부를 매끄럽게 하며, 재료를 바꿀 때 충전재 영역, 지지 구조물, 및/또는 물체 외측의 영역 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 이 프로세스는 투명 재료, 고무 유사 재료, 용해가능 재료 등과 같은, 각종의 상이한 유형의 재료들을 물체에 도포하는 데 사용될 수 있다. 이러한 재료들이 도 13과 관련하여 앞서 기술된 유색 재료들에 부가하여 도포될 수 있다.

게다가, 일부 실시예에서, 제조 디바이스는 다수의 도구 헤드들을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 도구 헤드는 상이한 유형의 재료를 포함한다. 이러한 실시예에서, 시스템 메모리는 완전 컬러 3차원 물체의 외측면이 균일하거나 매끄럽도록 적절한 시간 간격으로 도구 헤드를 바꾸라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함할 수 있다. 구체적으로는, 명령어들은 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 시작하여 외부 정점에 도달하기 전에 가장 큰 거리를 제공하는 방향으로 이동하면서 2차원 폴리곤에 대한 재료를 도포하라고 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것에 의해 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 도구 헤드를 바꾸라고 제조 디바이스에 지시할 수 있다. 이것은 제조 디바이스가 몇 개의 상이한 유형의 재료들을 균일하고 매끄럽게 도포하기 위해 몇 개의 상이한 도구 헤드들을 사용할 수 있게 할 수 있다. 이러한 재료들은, 유색 재료에 부가하여, 투명 재료, 고무 유사 재료, 용해가능 재료 등을 포함할 수 있다.

본원에 기술되는 실시예들이 임의의 특정 유형의 재료로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 오히려, 임의의 수의 상이한 유형의 재료들이 사용될 수 있다. 이러한 재료들은 분사 방식(jetted), 압출 방식(extruded), 다른 기계적 또는 화학적 프로세스를 통해 퇴적될 수 있다. 각각의 재료는 임의의 수의 차원들에서 상이한 물리적 특성들을 나타낼 수 있다. 이러한 물리적 특성들은, 예를 들어, 유연성, 충격에 대한 탄성, 용제 또는 온도에 대한 내성, 또는 착색제를 전달하는 능력을 포함할 수 있다. 게다가, 재료들이 다른 추가의 상이한 물리적 특성들을 갖는 혼성 재료(hybrid material)들을 생성하기 위해 상이한 비율들로 블렌딩될 수 있다. 본원에 기술되는 실시예들은 상이한 재료 조성들을 가지는 완성된 물체의 영역들을 정의하는 데 적당하다.

청구된 발명 요지의 다양한 양태들을 구현하는 것에 대한 상황을 제공하기 위해, 도 14는 본 혁신의 다양한 양태들이 구현될 수 있는 컴퓨팅 환경에 대한 간략하고 개괄적인 설명을 제공하려고 의도되어 있다. 예를 들어, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법 및 시스템은 이러한 컴퓨팅 환경에서 구현될 수 있다. 청구된 발명 요지가 일반적으로 로컬 컴퓨터 또는 원격 컴퓨터 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램의 컴퓨터 실행가능 명령어들과 관련하여 앞서 기술되어 있지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 본 혁신이 또한 다른 프로그램 모듈들과 결합하여 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정의 작업을 수행하거나 특정의 추상 데이터 유형(abstract data type)을 구현하는 루틴, 프로그램, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다.

도 14는 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 시스템 및 방법을 구현하는 데 사용될 수 있는 컴퓨팅 환경(1400)의 블록도이다. 컴퓨팅 환경(1400)은 컴퓨팅 디바이스(1402)를 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(1402)는 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 모바일 디바이스, 또는 임의의 다른 적당한 유형의 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 다양한 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스(1402)는 제조 디바이스에 연결되어 있다. 컴퓨팅 디바이스(1402)는 명령어 세트들을 발생시키고 명령어 세트들을 제조 디바이스로 송신하도록 구성될 수 있다. 제조 디바이스는 이어서 다수의 유색 재료들을 사용하여 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위해 명령어 세트들을 사용할 수 있다.

다양한 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스(1402)는 처리 유닛(1404), 시스템 메모리(1406), 및 시스템 버스(1408)를 포함한다. 시스템 버스(1408)는 시스템 메모리(1406)(이것으로 제한되지 않음)를 비롯한 시스템 컴포넌트들을 처리 유닛(1404)에 결합시킨다. 처리 유닛(1404)은 다양한 이용가능한 프로세서들 중 임의의 것일 수 있다. 듀얼 마이크로프로세서 및 다른 멀티프로세서 아키텍처들이 또한 처리 유닛(1404)으로서 이용될 수 있다.

시스템 버스(1408)는 메모리 버스 또는 메모리 제어기, 주변기기 버스 또는 외부 버스, 또는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 각종의 이용가능한 버스 아키텍처들을 사용하는 로컬 버스를 비롯한, 몇 가지 유형의 버스 구조들 중 임의의 것일 수 있다. 시스템 메모리(1406)는 휘발성 메모리(1410) 및 비휘발성 메모리(1412)를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체이다. 시동 중과 같은 때에, 컴퓨팅 디바이스(1402) 내의 요소들 사이에서 정보를 전달하는 기본 루틴들이 들어 있는 기본 입출력 시스템(BIOS)은 비휘발성 메모리(1412)에 저장되어 있다. 제한이 아닌 예시로서, 비휘발성 메모리(1412)는 ROM(read-only memory), PROM(programmable ROM), EPROM(electrically-programmable ROM), EEPROM(electrically-erasable programmable ROM), 또는 플래시 메모리를 포함할 수 있다.

휘발성 메모리(1410)는 외부 캐시 메모리로서 기능하는 RAM(random access memory)을 포함한다. 제한이 아닌 예시로서, RAM은 SRAM(static RAM), DRAM(dynamic RAM), SDRAM(synchronous DRAM), DDR SDRAM(double data rate SDRAM), ESDRAM(enhanced SDRAM), SLDRAM(Synchlink™ DRAM), RDRAM(Rambus® direct RAM), DRDRAM(direct Rambus® dynamic RAM), 및 RDRAM(Rambus® dynamic RAM)과 같은 많은 형태로 이용가능하다.

컴퓨팅 디바이스(1402)는 또한, 이동식/비이동식, 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체와 같은, 다른 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함한다. 도 14는, 예를 들어, 디스크 저장소(1414)를 나타내고 있다. 디스크 저장소(1414)는 자기 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, 재즈(Jaz) 드라이브, 집(Zip) 드라이브, LS-100 드라이브, 플래시 메모리 카드, 또는 메모리 스틱(이들로 제한되지 않음)을 포함할 수 있다.

그에 부가하여, 디스크 저장소(1414)는, 다른 저장 매체와 별도로 또는 그와 함께, CD-ROM(compact disk ROM), CD-R 드라이브(CD recordable drive), CD-RW 드라이브(CD rewritable drive) 또는 DVD-ROM(digital versatile disk ROM)과 같은 광 디스크 드라이브(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 저장 매체를 포함할 수 있다. 디스크 저장소(1414)를 시스템 버스(1408)에 연결시키는 것을 용이하게 하기 위해, 인터페이스(1416)와 같은, 이동식 또는 비이동식 인터페이스가 전형적으로 사용된다.

도 14가 사용자들과 컴퓨팅 환경(1400)에 기술된 기본적인 컴퓨터 자원들 사이의 중재자로서 역할하는 소프트웨어에 대해 기술하고 있다는 것을 잘 알 것이다. 이러한 소프트웨어는 운영 체제(1418)를 포함한다. 디스크 저장소(1414) 상에 저장될 수 있는 운영 체제(1418)는 컴퓨팅 디바이스(1402)의 자원들을 제어하고 할당하는 역할을 한다.

시스템 애플리케이션들(1420)은 시스템 메모리(1406)에 또는 디스크 저장소(1414) 상에 저장된 프로그램 모듈들(1422) 및 프로그램 데이터(1424)를 통해 운영 체제(1418)에 의한 자원들의 관리를 이용한다. 본 명세서에 기술된 실시예들에 따르면, 시스템 애플리케이션들(1420)은 명령어 세트를 발생시키도록 구성된 제조 관리자를 포함할 수 있다. 명령어 세트는 이어서 제조 디바이스로 송신될 수 있고, 제조 디바이스는 다수의 유색 재료들을 사용하여 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위해 명령어 세트를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 제조 디바이스는 컴퓨팅 디바이스(1402) 내에 통합되어 있다. 다른 실시예에서, 제조 디바이스는, 이하에서 더 논의되는 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스에 원격적으로 연결되어 있다.

사용자는 입력 디바이스들(1426)을 통해 명령 또는 정보를 컴퓨팅 디바이스(1402)에 입력한다. 입력 디바이스들(1426)은 포인팅 디바이스(마우스, 트랙볼, 스타일러스 기타 등등), 키보드, 마이크로폰, 터치 입력 디바이스, 음성 입력 디바이스, 스캐너, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 웹 카메라 등(이들로 제한되지 않음)을 포함할 수 있다. 입력 디바이스들(1426)은 인터페이스 포트(들)(1428)를 거쳐 시스템 버스(1408)를 통해 처리 유닛(1404)에 연결된다. 인터페이스 포트(들)(1428)는, 예를 들어, 직렬 포트, 병렬 포트, 게임 포트, 및 USB(universal serial bus)를 포함할 수 있다. 출력 디바이스(들)(1430)는 입력 디바이스(들)(1426)와 동일한 유형의 포트들을 사용할 수 있다. 이와 같이, 예를 들어, USB 포트는 컴퓨팅 디바이스(1402)에 입력을 제공하고 컴퓨팅 디바이스(1402)로부터의 정보를 출력 디바이스(1430)로 출력하는 데 사용될 수 있다.

예를 들어, 디스플레이 디바이스 및 스피커와 같은, 출력 디바이스들(1430)이 출력 어댑터들(1432)을 통해 액세스가능할 수 있다는 것을 나타내기 위해 출력 어댑터(1432)가 제공된다. 출력 어댑터(1432)는, 제한이 아닌 예시로서, 출력 디바이스(1430)와 시스템 버스(1408) 사이의 연결 수단을 제공하는 비디오 카드 및 사운드 카드를 포함한다. 유의할 점은, 원격 컴퓨팅 디바이스(들)(1434)와 같은, 다른 디바이스들 및/또는 디바이스들의 시스템들이 입력 능력 및 출력 능력 둘다를 제공한다는 것이다.

컴퓨팅 디바이스(1402)는 네트워킹 환경 내에 포함될 수 있고, 원격 컴퓨팅 디바이스(들)(1434)와 같은, 하나 이상의 원격 컴퓨팅 디바이스들에의 논리적 연결들을 포함할 수 있다. 본원에 기술되는 실시예들에 따르면, 원격 컴퓨팅 디바이스(들)(1434)는 하나 이상의 제조 디바이스들을 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 원격 컴퓨팅 디바이스(들)(1434)는 원격 개인용 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 모바일 디바이스, 서버 등을 포함할 수 있다. 원격 컴퓨팅 디바이스(들)(1434)는 네트워크 인터페이스(1436)를 통해 컴퓨팅 디바이스(1402)에 논리적으로 연결되고, 통신 연결(1438)을 통해 컴퓨팅 디바이스(1402)에 물리적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 원격 컴퓨팅 디바이스(들)(1434)는 USB 케이블 또는 직렬 케이블을 통해 컴퓨팅 디바이스(1402)에 논리적으로 연결될 수 있다. 게다가, 일부 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스(1402)로부터의 데이터가 SD 카드 또는 유사한 디바이스 상에 간단히 저장될 수 있다. SD 카드는 이어서 원격 컴퓨팅 디바이스(들)(1434) 중 하나에 꽂혀질 수 있고, 데이터가 추가의 사용을 위해 원격 컴퓨팅 디바이스로 복사될 수 있다.

일부 실시예에서, 네트워크 인터페이스(1436)는 LAN(local-area network) 및 WAN(wide-area network)과 같은 유선 통신 네트워크 및/또는 무선 통신 네트워크를 포함한다. LAN 기술은 FDDI(Fiber Distributed Data Interface), CDDI(Copper Distributed Data Interface), 이더넷(Ethernet), 토큰링(Token Ring) 등을 포함한다. WAN 기술은 포인트 투 포인트(point-to-point link), IDSN(Integrated Services Digital Network) 및 그의 변형과 같은 회선 교환 네트워크(circuit switching network), 패킷 교환 네트워크(packet switching network), 및 DSL(Digital Subscriber Line)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

통신 연결(들)(1438)은 네트워크 인터페이스(1436)를 시스템 버스(1408)에 연결시키는 데 이용되는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 지칭한다. 통신 연결(1438)이 예시의 명확함을 위해 컴퓨팅 디바이스(1402)의 내부에 도시되어 있지만, 통신 연결(1438)이 컴퓨팅 디바이스(1402)의 외부에 있을 수도 있다. 네트워크 인터페이스(1436)에의 연결을 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어는, 예를 들어, 휴대폰 스위치(mobile phone switch), 보통의 전화급 모뎀, 케이블 모뎀 및 DSL 모뎀을 비롯한 모뎀, ISDN 어댑터, 및 이더넷 카드와 같은 내장형 및 외장형 기술을 포함할 수 있다.

발명 요지가 구조적 특징 및/또는 방법 동작과 관련하여 기술되어 있지만, 첨부된 청구항에 한정되어 있는 발명 요지가 앞서 기술된 구체적인 특징 또는 동작으로 꼭 제한될 필요는 없다는 것을 잘 알 것이다. 오히려, 앞서 기술된 구체적인 특징 및 동작은 청구항들을 구현하는 예시적인 형태로서 개시되어 있다.

Claims

완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법으로서,
3차원 프린팅 능력을 포함하는 컴퓨팅 디바이스를 통해,
상기 3차원 모델을 색상 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하는 것;
면(face) 상의 색상, 텍스처(texture) 상의 색상, 또는 그라디언트 색상(gradient color), 또는 이들의 임의의 조합들에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들 - 각각의 2차원 폴리곤은 단일의 색상을 포함함 - 을 발생시키는 것; 및
각각의 레이어에 대한 상기 2차원 폴리곤들에 기초하여 유색 재료들로부터 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로(tool path)를 결정하는 것 - 상기 도구 경로를 결정하는 것은,
색상을 바꾸기 전에 동일한 색상의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 유색 재료를 도포하고,
각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점(internal vertex)에서 색상을 바꾸는 것에 의해 상기 완전 컬러 3차원 물체의 외부(exterior)를 매끄럽게 하며(smooth),
색상을 바꿀 때, 충전재 영역(infill area), 지지 구조물(support structure), 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 과도적 재료(transitional material)를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함함 - 에 의해 3차원 모델을 제조 디바이스에 대한 명령어들로 변환하는 단계를 포함하는, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 면 상의 색상에 기초하여 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것은,
현재 레이어의 평면과 상기 3차원 모델의 메시(mesh) 사이의 교차 선분들을 계산하는 것;
상기 교차 선분들에 대한 색상 값들을 획득하는 것; 및
상기 색상 값들을 상기 레이어에 대한 2차원 폴리곤들로 변환하는 것을 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 텍스처 상의 색상에 기초하여 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것은,
상기 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것;
제조 중인 상기 물체의 텍스처 맵(texture map) 상의 색상 정보에 기초하여 부가의 정점들을 상기 2차원 폴리곤들에 추가하는 것에 의해 상기 2차원 폴리곤들에 대해 텍스처 매핑을 수행하는 것; 및
모든 선분이 단일의 색상을 포함하도록 상기 2차원 폴리곤들을 세분화(refine)하는 것을 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 그라디언트 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것은,
상기 3차원 모델에 대응하는 기하학적 정보에 기초하여 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것;
모든 선분이 단일의 색상을 포함하도록 상기 2차원 폴리곤들을 세분화하는 것; 및
각각의 2차원 폴리곤의 가운데 선분의 색상에 기초하여 각각의 2차원 폴리곤에 색상 값을 할당하는 것을 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 색상을 바꾸는 것에 의해 상기 완전 컬러 3차원 물체의 외부를 매끄럽게 하라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것은, 상기 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 시작하여 외부 정점에 도달하기 전에 가장 큰 거리를 제공하는 방향으로 이동하면서 특정의 색상의 2차원 폴리곤에 대한 유색 재료를 도포하라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법.
완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템으로서,
제조 디바이스; 및
상기 제조 디바이스에 통신가능하게 결합된 제조 관리자를 포함하고,
상기 제조 관리자는,
저장된 명령어들을 실행하도록 구성되어 있는 프로세서; 및
3차원 모델을 색상 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하고,
면 상의 색상, 텍스처 상의 색상, 또는 그라디언트 색상, 또는 이들의 임의의 조합들에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들 - 각각의 2차원 폴리곤은 단일의 색상을 포함함 - 을 발생시키며,
각각의 레이어에 대한 상기 2차원 폴리곤들에 기초하여 유색 재료들로부터 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로를 결정하도록 구성된 코드를 포함하는 시스템 메모리
를 포함하며,
상기 도구 경로를 결정하는 것은,
색상을 바꾸기 전에 동일한 색상의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 유색 재료를 도포하고,
각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 색상을 바꾸며,
색상을 바꿀 때, 충전재 영역, 지지 구조물, 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함하고,
상기 제조 디바이스는, 상기 명령어들에 기초하여 상기 완전 컬러 3차원 물체를 제조하도록 구성되는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.
제6항에 있어서, 상기 시스템 메모리는,
현재 레이어의 평면과 상기 3차원 모델의 메시 사이의 교차 선분들을 계산하는 것;
상기 교차 선분들에 대한 색상 값들을 획득하는 것; 및
상기 색상 값들을 상기 레이어에 대한 2차원 폴리곤들로 변환하는 것에 의해 면 상의 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.
제6항에 있어서, 상기 시스템 메모리는,
상기 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것;
제조 중인 상기 물체의 텍스처 맵 상의 색상 정보에 기초하여 부가의 정점들을 상기 2차원 폴리곤들에 추가하는 것에 의해 상기 2차원 폴리곤들에 대해 텍스처 매핑을 수행하는 것; 및
모든 선분이 단일의 색상을 포함하도록 상기 2차원 폴리곤들을 세분화하는 것에 의해 텍스처 상의 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.
제6항에 있어서, 상기 시스템 메모리는,
상기 3차원 모델에 대응하는 기하학적 정보에 기초하여 2차원 폴리곤들을 발생시키는 것;
모든 선분이 단일의 색상을 포함하도록 상기 2차원 폴리곤들을 세분화하는 것; 및
각각의 2차원 폴리곤의 가운데 선분의 색상에 기초하여 각각의 2차원 폴리곤에 색상 값을 할당하는 것에 의해 그라디언트 색상에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 메모리는, 상기 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 시작하여 외부 정점에 도달하기 전에 가장 큰 거리를 제공하는 방향으로 이동하면서 특정의 색상의 2차원 폴리곤에 대한 유색 재료를 도포하라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것에 의해 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 색상을 바꾸라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 색상을 바꿀 때, 상기 충전재 영역, 상기 지지 구조물, 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 상기 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 상기 과도적 재료를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것은,
색상을 바꾸는 동안 사용될 유색 재료의 길이를 계산하는 것;
색상을 바꾸는 동안 사용될 상기 유색 재료의 상기 길이에 기초하여 과도적 재료가 발생될 것인지를 결정하는 것; 및
과도적 재료가 발생될 것인 경우, 상기 충전재 영역, 상기 지지 구조물, 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 상기 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 상기 과도적 재료를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 모델을 상기 제조 디바이스에 대한 명령어들로 변환하는 것은,
상기 3차원 모델을 재료 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하는 것;
면 상의 재료 정보, 정점 상의 재료 정보, 또는 그라디언트 재료 정보, 또는 이들의 임의의 조합들에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들 - 각각의 2차원 폴리곤은 단일 유형의 재료를 포함함 - 을 발생시키는 것; 및
각각의 레이어에 대한 상기 2차원 폴리곤들에 기초하여 상기 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로를 결정하는 것을 포함하고,
상기 도구 경로를 결정하는 것은,
재료를 바꾸기 전에 동일한 재료의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 재료를 도포하고,
각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 재료를 바꾸는 것에 의해 상기 완전 컬러 3차원 물체의 외부를 매끄럽게 하며,
재료를 바꿀 때, 충전재 영역, 지지 구조물, 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 시스템 메모리는,
상기 3차원 모델을 재료 정보가 보존된 상태로 레이어들로 슬라이싱하고,
면 상의 재료 정보, 정점 상의 재료 정보, 또는 그라디언트 재료 정보, 또는 이들의 임의의 조합들에 기초하여 각각의 레이어에 대한 2차원 폴리곤들 - 각각의 2차원 폴리곤은 단일 유형의 재료를 포함함 - 을 발생시키며,
각각의 레이어에 대한 상기 2차원 폴리곤들에 기초하여 상기 완전 컬러 3차원 물체를 제조하기 위한 도구 경로를 결정하도록 구성된 코드를 포함하고,
상기 도구 경로를 결정하는 것은,
재료를 바꾸기 전에 동일한 재료의 모든 2차원 폴리곤들에 대한 재료를 도포하고,
각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 재료를 바꾸는 것에 의해 상기 완전 컬러 3차원 물체의 외부를 매끄럽게 하며,
재료를 바꿀 때, 충전재 영역, 지지 구조물, 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 과도적 재료를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것을 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.
제13항에 있어서, 상기 제조 디바이스는 다수의 도구 헤드들을 포함하고, 상기 시스템 메모리는, 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 시작하여 외부 정점에 도달하기 전에 가장 큰 거리를 제공하는 방향으로 이동하면서 상기 2차원 폴리곤에 대한 명시된 재료를 도포하라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것에 의해 각각의 레이어 내의 각각의 2차원 폴리곤의 내부 정점에서 도구 헤드를 바꾸라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 메모리는,
색상을 바꾸는 동안 사용될 유색 재료의 길이를 계산하는 것;
색상을 바꾸는 동안 사용될 상기 유색 재료의 상기 길이에 기초하여 과도적 재료가 발생될 것인지를 결정하는 것; 및
과도적 재료가 발생될 것인 경우, 상기 충전재 영역, 상기 지지 구조물, 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 상기 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 상기 과도적 재료를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키는 것에 의해, 색상을 바꿀 때, 상기 충전재 영역, 상기 지지 구조물, 또는 상기 완전 컬러 3차원 물체 외측의 상기 영역, 또는 이들의 임의의 조합들 내에 상기 과도적 재료를 퇴적시키라고 상기 제조 디바이스에 지시하는 명령어들을 발생시키도록 구성된 코드를 포함하는 것인, 완전 컬러 3차원 물체를 제조하는 컴퓨팅 시스템.