KR20170053375A

KR20170053375A - 3d 복사기

Info

Publication number: KR20170053375A
Application number: KR1020150155805A
Authority: KR
Inventors: 신화선; 조충상; 강주형
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2017-05-16

Abstract

3D 복사기가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 복사기는, 원본 물체를 3D 스캐닝하여 3D 스캐닝 데이터를 생성하고, 생성된 3D 스캐닝 데이터를 3D 프린팅 데이터로 변환하며, 변환된 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여 복사 물체를 생성한다. 이에 의해, 일반 사용자들이 보유하고 있는 물체들을 손쉬운 방법으로 3D 복사할 수 있게 된다.

Description

3D 복사기{3D Copy Machine}

본 발명은 3D 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 물체를 생성하는 3D 기기에 관한 것이다.

3D 프린터는 3D 데이터를 이용하여 3D 물체를 생성한다. 3D 데이터가 확보되지 않은 경우라면, 카메라를 이용하여 3D 데이터를 생성하는 작업이 선행되어야 한다.

하지만, 이 작업을 전문가가 아닌 일반 사용자가 관련 장비 없이 수행하는 것은 사실상 불가능하다. 가정용/일반용 3D 프린터의 보급이 확대되고 있음에도 불구하고, 그 활용은 널리 확장되지 못하는 문제로 이어진다.

3D 프린터로 인쇄하고 싶은 물체에는, 가상의 세계에 있는 물체(이를 테면, 영화나 만화 속에 등장하는 인물이나 로봇)도 포함되겠지만, 실제 보유하고 있는 애장품도 포함됨은 당연하다. 3D 데이터를 인터넷을 통해 확보할 수 있는 전자와 달리, 후자는 3D 데이터 확보가 불가능하다.

이에, 전문적인 기술과 관련 장비를 보유하고 있지 않은 일반 사용자들도 원하는 물체들을 3D 프린터로 자유롭게 생성할 수 있도록 하기 위한 방안의 모색이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 3D 스캐닝 기능과 3D 프린팅 기능을 결합한 3D 복사기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 복사기는, 원본 물체를 3D 스캐닝하여, 3D 스캐닝 데이터를 생성하는 3D 스캐닝 모듈; 생성된 3D 스캐닝 데이터를 3D 프린팅 데이터로 변환하는 프로세서; 및 변환된 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여, 복사 물체를 생성하는 3D 프린팅 모듈;을 포함한다.

그리고, 상기 프로세서는, 상기 3D 스캐닝 데이터에 오류가 있는 경우, 상기 원본 물체를 다시 3D 스캐닝하여 상기 3D 스캐닝 데이터를 재생성하도록 상기 3D 스캐닝 모듈을 제어할 수 있다.

또한, 상기 3D 스캐닝 모듈은 상기 복사 물체를 3D 스캐닝하고, 상기 프로세서는, 상기 복사 물체에 대한 3D 스캐닝 데이터를 이용하여, 상기 복사 물체를 보정하기 위한 제어를 수행할 수 있다.

그리고, 상기 복사 물체를 절삭하는 절삭가공 모듈;을 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 원본 물체와 상기 복사 물체의 차이를 보정하기 위해, 상기 절삭가공 모듈을 제어하거나, 상기 3D 프린팅 모듈을 제어할 수 있다.

또한, 상기 복사 물체에 대한 보정은, 상기 복사 물체에 대한 3D 프린팅 완료 후 및/또는 3D 프린팅 과정에 수행될 수 있다.

그리고, 상기 3D 스캐닝 모듈과 상기 3D 프린팅 모듈은, 구동에 필요한 부품을 일부 공유할 수 있다.

또한, 상기 원본 물체와 상기 복사 물체를 이동시키는 물체 이동 모듈;을 더 포함할 수 있다.

그리고, PC 또는 모바일 기기와의 유무선 연결할 수 있다.

또한, PC 또는 모바일 기기 내에는 3D 복사기 S/W가 설치되어 있을 수 있다.

그리고, S/W는 3D 스캐닝 단계, 3D 프린팅 단계 및 보정 단계를 개별적으로 실행할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 3D 복사 방법은, 원본 물체를 3D 스캐닝하여, 3D 스캐닝 데이터를 생성하는 단계; 생성된 3D 스캐닝 데이터를 3D 프린팅 데이터로 변환하는 단계; 및 변환된 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여, 복사 물체를 생성하는 단계;를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 3D 복사 시스템은, 원본 물체를 3D 스캐닝하여 3D 스캐닝 데이터를 생성하고, 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여 복사 물체를 생성하는 3D 복사기; 및 상기 3D 복사기와 유선 또는 무선으로 연결되어, 상기 3D 복사기로부터 수신한 3D 스캐닝 데이터를 3D 프린팅 데이터로 변환하여 상기 3D 복사기로 전달하는 제어 기기;를 포함한다.

그리고, 상기 제어 기기에는, 3D 스캐닝 과정, 3D 프린팅 과정 및 보정 과정 중 적어도 하나의 과정을 수행하는 S/W가 설치되어 있을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 스캐닝 기능과 3D 프린팅 기능을 결합한 3D 복사기를 통해, 일반 사용자들이 보유하고 있는 물체들을 손쉬운 방법으로 3D 복사할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 스캐닝 모듈과 3D 프린팅 모듈의 상화 작용을 통해 3D 복사 완료 후는 물론 3D 복사 과정 중에도 복사 물체에 대한 정밀한 보정이 가능하여, 3D 프린팅 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 스캐닝 모듈과 3D 프린팅 모듈에서 공유할 수 있는 부품들을 공용 부품으로 설계하고, 3D 스캐닝과 절삭 가공에 필요한 물체 이동 수단을 공용할 수 있어, 3D 복사기의 부피를 줄이고 가격을 낮출 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 복사기의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도,
도 2는, 도 1에 도시된 3D 복사기에 의한 3D 복사 과정의 상세한 설명에 제공되는 도면,
도 4 내지 도 6은 3D 보정 과정의 설명에 제공되는 흐름도들, 그리고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 복사 시스템을 도시한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

1. 3D 복사기

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 복사기의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 복사기는, 3D 스캐닝 기능과 3D 프린팅 기능을 통합한 기기로, 원본 물체(10)와 동일한 복사 물체(20)를 즉석에서 생성하는 기기이다.

이와 같은 기능을 수행하는, 본 발명의 실시예에 따른 3D 복사기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 3D 스캐닝 모듈(110), 구동 모듈(120), 3D 프린팅 모듈(130), 물체 이동 모듈(140), 절삭 가공 모듈(150) 및 프로세싱 모듈(160)을 포함한다.

3D 스캐닝 모듈(110)은 원본 물체(10)를 3D 스캐닝하여, 3D 스캐닝 데이터를 생성한다. 그리고, 3D 프린팅 모듈(130)은 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여, 복사 물체(20)를 생성한다.

구동 모듈(120)은 3D 스캐닝 모듈(110)과 3D 프린팅 모듈(130)을 구동하기 위한 부품들을 구비하고 있다. 이 부품들에는, 구동 모터와 레이저 등이 포함된다. 3D 스캐닝 모듈(110)과 3D 프린팅 모듈(130)에 대해, 구동 모듈(120)을 하나로 공통시켜, 구동에 필요한 부품들을 일부 공유하도록 구성한다.

절삭 가공 모듈(150)은 복사 물체(20)를 절삭하기 위한 기구적 수단들의 집합체이다. 여기에는, 커터, 바이트, 밀링 머신, 드릴링 머신 등이 포함된다.

물체 이동 모듈(140)은 원본 물체(10)와 복사 물체(20)를 이동시키기 위한 기구적 수단으로, 회전 선반, 로봇 팔 등을 포함한다. 이동에는 직선 이동, 회전이동을 포함하며, 직선 이동에는 XY 평면 상의 이동은 물론 Z 축 상의 수직 이동을 포함한다.

원본 물체(10)는 원본 3D 스캐닝 데이터 생성과 복사 물체(20)의 보정을 위한 3D 스캐닝 과정에서 이동이 필요하고, 복사 물체(20)는 보정을 위한 3D 스캐닝과 절삭 과정에서 이동이 필요하다. 따라서, 물체 이동 모듈(140)은 3D 스캐닝 모듈(110)과 절삭 가공 모듈(150)에 의해 공유된다고 볼 수 있다.

프로세싱 모듈(160)은 3D 스캐닝 모듈(110)에 의해 생성된 3D 스캐닝 데이터를 3D 프린팅에 이용할 3D 프린팅 데이터로 변환하여, 3D 프린팅 모듈(130)로 전달한다.

또한, 프로세싱 모듈(160)은, 물체 이동 모듈(140)과 절삭 가공 모듈(150)의 동작을 제어하여, 3D 스캐닝, 3D 프린팅, 보정의 전반적인 과정을 관할한다. 이와 같은 기능을 수행하는 프로세싱 모듈(160)은 CPU와 GPU 등을 구비하며, 복사 S/W를 실행한다. 복사 S/W는 3D 복사에 수반되는 3D 스캐닝, 3D 프린팅, 보정 등의 과정을 수행하기 위해, 작성된 프로그램이다.

2. 3D 복사 과정

도 2는, 도 1에 도시된 3D 복사기에 의한 3D 복사 과정의 상세한 설명에 제공되는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 3D 스캐닝 모듈(110)을 이용하여 원본 물체(10)를 3D 스캐닝하여, 3D 스캐닝 데이터를 생성한다. 생성된 3D 스캐닝 데이터는, 포인트 클라우드(Point Cloud) 형태의 3D 모델 데이터이다.

프로세싱 모듈(160)은 포인트 클라우드 데이터에 대해, 3D 복원(3D Reconstruction)을 수행하여, 폴리곤 메시(Polygon Mesh) 형태의 3D 데이터로 변환한다(S161).

다음, 프로세싱 모듈(160)은 폴리곤 메시 데이터가 실제로 3D 프린팅이 가능한지 오류를 검증(Verification)하고, 오류 발생시에는 보정(Correction)을 수행한다(S162).

이후, 프로세싱 모듈(160)은 오류 검증/보정이 완료된 폴리곤 메시 데이터에 대해, 3D 프린팅 슬라이싱을 수행하여 3D 모델 데이터를 레이어(Layer) 별로 슬라이스(Slice) 하고, 3D 프린팅 모듈(130)이 처리할 수 있는 기계 코드(예를 들어, G-Code 등)로 변환한다(S163). S163단계에서 생성되는 기계 코드가 전술한 3D 프린팅 데이터에 해당한다.

3D 프린팅 모듈(130)은 S163단계에서 생성된 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여, 복사 물체(20)를 생성한다.

3. 3D 보정 과정

3D 스캐닝 모듈(110)과 3D 프린팅 모듈(130)의 연동에 의한 3D 복사가 수행되는 과정은 물론, 3D 프린팅 모듈(130)에 의한 3D 프린팅 완료 후에도, 복사 물체(20)를 원본 물체(10)에 일치시키기 위한 보정이 수행된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 보정 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 3D 스캐닝 모듈(110)과 3D 프린팅 모듈(130)의 연동에 의한 3D 복사가 시작되고(S210), 프로세싱 모듈(160)이 오류 검증 과정에서 오류가 발생한 것으로 판단하면(S220-Y), 중간 오류 보정이 수행된다(S230).

중간 오류 보정 과정은, 오류가 발생한 부분 또는 전체를 다시 3D 스캐닝하는 방식의 보정으로, 도 4에 그 과정이 상세히 나타나 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 3D 스캐닝 모듈(110)로 오류가 발생한 원본 물체(10)의 해당 부분만을 다시 3D 스캐닝하고(S231), S231단계를 통해 생성된 3D 스캐닝 데이터로 3D 프린팅 데이터를 다시 생성한다(S232).

한편, S231단계에서의 스캐닝 범위를 해당 부분만이 아닌 원본 물체(10)의 전체로 확대하는 것도 가능하다.

이후, S231단계를 통해 생성된 3D 스캐닝 데이터에도 오류가 있는 경우(S233-Y), S231단계를 반복한다. 반복 횟수에는 제한을 둘 수 있으며, 반복 횟수가 제한을 초과하면, 재스캔 없이 보정 알고리즘을 통해 보정하는 방법을 수행할 수 있다.

S231단계를 통해 생성된 3D 스캐닝 데이터에도 오류가 없는 경우(S233-N), 후속 절차를 수행한다.

다시, 도 3을 참조하여 설명한다. 정해진 개수의 레이어에 대한 3D 프린팅이 완료되면(S240-Y), 프로세싱 모듈(160)은 중간 점검 보정을 수행한다(S250).

중간 점검 보정 과정은, 3D 프린팅된 레이어들이 원본 물체(10)의 해당 부분과 일치하는지 점검하고, 일치하지 않으면 추가 프린팅이나 절삭을 통해 수정하는 방식의 보정으로, 도 5에 그 과정이 상세히 나타나 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 3D 스캐닝 모듈(110)은 복사 물체(20)의 해당 레이어 부분을 3D 스캐닝하여, 3D 스캐닝 데이터를 생성한다(S251).

그러면, 프로세싱 모듈(160)은 S251단계에서 생성된 3D 스캐닝 데이터와 원본 물체(10)에 대한 3D 스캐닝 데이터와 비교하여, 보정 영역과 보정 방식을 결정한다(S252).

보정 방식이 추가 프린팅인 경우(S253-Y), 프로세싱 모듈(160)은 3D 프린팅 모듈(130)을 제어하여 해당 보정 영역에 추가적인 3D 프린팅을 수행한다(S254).

반면, 보정 방식이 절삭 가공인 경우(S255-Y), 프로세싱 모듈(160)은 절삭 가공 모듈(150)을 제어하여 해당 보정 영역을 절삭 가공한다(S256).

S253단계 내지 S255단계는, S252단계에서 결정된 모든 보정 영역에 대해 수행될 때까지 반복된다(S257).

다시, 도 3을 참조하여 설명한다. 원본 물체(10)에 대한 복사가 완료되어 복사 물체(20)가 생성되면(S260-Y), 프로세싱 모듈(160)은 최종 점검 보정을 수행한다(S270).

최종 점검 보정 과정은, 3D 복사를 통해 생성된 복사 물체(20)가 원본 물체(10)와 일치하는지 점검하고, 일치하지 않는 부분을 절삭을 통해 수정하는 방식의 보정으로, 도 6에 그 과정이 상세히 나타나 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 3D 스캐닝 모듈(110)은 복사 물체(20) 전체를 3D 스캐닝하여, 3D 스캐닝 데이터를 생성한다(S271).

그러면, 프로세싱 모듈(160)은 S271단계에서 생성된 3D 스캐닝 데이터와 원본 물체(10)에 대한 3D 스캐닝 데이터와 비교하여, 보정 영역을 결정한다(S272). 이후, 프로세싱 모듈(160)은 절삭 가공 모듈(150)을 제어하여 해당 보정 영역을 절삭 가공한다(S273).

S273단계는, S272단계에서 결정된 모든 보정 영역에 대해 수행될 때까지 반복된다(S274).

4. 3D 복사 시스템

위에서 언급한 3D 복사기의 구현 형태는 예시적인 것으로 변형이 가능하다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 3D 복사기(100)와 PC 또는 모바일 기기(300)가 유/무선으로 연결되어 구성되는 3D 복사 시스템으로 구현이 가능하다.

도 7에 도시된 3D 복사기(100)의 H/W 구성(110~150)은, 도 1에 도시된 3D 복사기의 H/W 구성(110~150)과 동일하다. 하지만, 도 1에서 3D 복사기의 프로세싱 모듈(160)이 복사 S/W를 실행하여 수행하던 기능들은 PC 또는 모바일 기기(300)의 프로세싱 모듈(350)로 이관된다.

즉, PC 또는 모바일 기기(300)에 복사 S/W가 설치되고, 프로세싱 모듈(350)이 복사 S/W를 실행하여 위 기능들을 수행한다. 이에 의해, 도 7에 도시된 3D 복사 시스템은, PC 또는 모바일 기기(300)의 프로세싱 모듈(350)이 복사 S/W를 실행하여, 3D 복사기의 H/W 구성(110~150)을 원격에서 제어하는 제어 기기로 기능하는 시스템으로 볼 수 있다.

3D 복사기(100)의 프로세싱 모듈(160)은 PC 또는 모바일 기기(300)의 프로세싱 모듈(350)과 유/무선으로 데이터 통신하고, 그의 제어에 따라 H/W 구성(110~150)을 동작시킨다.

한편, PC 또는 모바일 기기(300)의 프로세싱 모듈(350)에서 실행되는 복사 S/W는 3D 복사 과정을 일괄적으로 수행할 수도 있고, 이를 구성하는 세부적인 과정들인 3D 스캐닝, 3D 프린팅, 보정 중 일부만을 선택적으로 수행할 수 있다.

그리고, 3D 복사 과정을 3D 스캐닝, 3D 프린팅, 보정 중 일부만을 선택적으로 수행하는 것은, 도 1에서 3D 복사기의 프로세싱 모듈(160)에서 복사 S/W가 실행되는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

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

110 : 3D 스캐닝 모듈 120 : 구동 모듈
130 : 3D 프린팅 모듈 140 : 물체 이동 모듈
150 : 절삭 가공 모듈 160 : 프로세싱 모듈
100 : 3D 복사기 300 : PC 또는 모바일 기기

Claims

원본 물체를 3D 스캐닝하여, 3D 스캐닝 데이터를 생성하는 3D 스캐닝 모듈;
생성된 3D 스캐닝 데이터를 3D 프린팅 데이터로 변환하는 프로세서; 및
변환된 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여, 복사 물체를 생성하는 3D 프린팅 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 복사기.
청구항 1에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 3D 스캐닝 데이터에 오류가 있는 경우, 상기 원본 물체를 다시 3D 스캐닝하여 상기 3D 스캐닝 데이터를 재생성하도록 상기 3D 스캐닝 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 복사기.
청구항 1에 있어서,
상기 3D 스캐닝 모듈은 상기 복사 물체를 3D 스캐닝하고,
상기 프로세서는,
상기 복사 물체에 대한 3D 스캐닝 데이터를 이용하여, 상기 복사 물체를 보정하기 위한 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 복사기.
청구항 3에 있어서,
상기 복사 물체를 절삭하는 절삭가공 모듈;을 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 원본 물체와 상기 복사 물체의 차이를 보정하기 위해, 상기 절삭가공 모듈을 제어하거나, 상기 3D 프린팅 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 복사기.
청구항 4에 있어서,
상기 복사 물체에 대한 보정은,
상기 복사 물체에 대한 3D 프린팅 완료 후 및/또는 3D 프린팅 과정에 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 복사기.
청구항 1에 있어서,
상기 원본 물체와 상기 복사 물체를 이동시키는 물체 이동 모듈;을 더 포함하고,
상기 3D 스캐닝 모듈과 상기 3D 프린팅 모듈은, 구동에 필요한 부품을 일부 공유하는 것을 특징으로 하는 3D 복사기.
원본 물체를 3D 스캐닝하여 3D 스캐닝 데이터를 생성하고, 3D 프린팅 데이터를 이용한 3D 프린팅을 수행하여 복사 물체를 생성하는 3D 복사기; 및
상기 3D 복사기와 유선 또는 무선으로 연결되어, 상기 3D 복사기로부터 수신한 3D 스캐닝 데이터를 3D 프린팅 데이터로 변환하여 상기 3D 복사기로 전달하는 제어 기기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 복사 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 제어 기기에는,
3D 스캐닝 과정, 3D 프린팅 과정 및 보정 과정 중 적어도 하나의 과정을 수행하는 S/W가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 복사 시스템.