KR20180080962A - 3 차원 인쇄 장치 및 인쇄 교정 방법 - Google Patents

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Abstract

3D 인쇄 장치 및 인쇄 교정 방법이 제공된다. 3D 인쇄 장치는 인쇄 노즐, 인쇄 플랫폼 및 콘트롤러를 포함한다. 인쇄 노즐은 이동 평면상에서 움직이도록 제어된다. 인쇄 플랫폼은 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 감지하는 제 1 틸트 센서를 포함한다. 콘트롤러는 제 1 틸트 센서에 결합된다. 3D 인쇄 장치에 적합화된 인쇄 교정 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 제 1 틸트 센서를 이용함으로써 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 감지하는 단계; 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 변화시키기 위하여 인쇄 플랫폼상의 제 1 위치에서 내리 누르도록 인쇄 노즐을 제어하는 단계; 및, 제 1 틸트 센서에 의해 감지된 인쇄 플램폼의 틸트 상태의 변화 및 제 1 위치에 의하여 이동 평면과 인쇄 플랫폼의 상대적인 위치를 교정하는 단계.

Description

3 차원 인쇄 장치 및 인쇄 교정 방법{3D PRINTING DEVICE AND PRINTING CORRECTION METHOD}
본 발명은 전체적으로 3 차원(3D) 인쇄 기술에 관한 것으로서, 특히, 인쇄 헤드 및 인쇄 플랫폼의 교정 방법과, 3D 인쇄 장치에 관한 것이다.
콤퓨터 보조 생산(Computer-Aided Manufacturing (CAM))의 진전과 함께, 3D 인쇄 기술은 제조업에서 발전되고 있으며, 설계의 근원적 개념이 3D 인쇄기를 이용함으로써 급속하게 제조될 수 있다. 3D 인쇄 기술은 사실상 일련의 신속 프로토타이핑(Rapid Prototyping (RP)) 기술에 대한 일반 명칭이며, 그것의 일반적인 원리는 첨가 제조(additive manufacturing)이다. RP 기계는 최종적으로 3D 대상물을 형성하기 위하여, XY 평면에서 스캐닝 방식으로 대상물의 섹션 형상을 형성하고, Z 좌표를 따라서 층의 두께로 변위를 간헐적으로 수행한다.
3D 인쇄 프로세스에서, 3D 모델을 유지하도록 구성된, 인쇄 플랫폼의 틸트 상태는 인쇄 품질에 영향을 미치는 중요한 변수이다. 틸트 상태가 심각해지면 자연스럽게 인쇄 품질이 나빠진다. 따라서, 3D 인쇄가 수행되기 전에 매번 틸트 상태를 교정하기 위하여 인쇄 플랫폼과 인쇄 헤드의 상대적인 위치를 우선 교정할 필요가 있다. 그러나, 인쇄 헤드 위치를 교정하기 위한 통상적인 기술들은 복잡하고 시간 소모적이어서, 3D 인쇄기의 초기화가 가속화될 수 없게 된다. 따라서, 단순하고, 정확하며, 효율적인 3D 인쇄 장치의 제공은 여전히 당업자가 큰 노력을 기울이는 목표들중 하나이다.
본 발명의 목적은 3 차원 인쇄 장치 및 인쇄 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 인쇄 헤드 및 인쇄 플랫폼을 교정하는 방법과 3D 인쇄 장치를 제공하는데, 여기에서 인쇄 플랫폼의 틸트 상태는 교정 프로세스에 의해 소비된 시간을 감소시키기 위하여 인쇄 플랫폼상의 틸트 센서를 이용함으로써 측정 및 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예의 3D 인쇄 장치는 인쇄 헤드, 인쇄 플랫폼 및 콘트롤러를 포함한다. 인쇄 헤드는 이동 평면상에서 움직이도록 콘트롤러에 의해 제어된다. 인쇄 플랫폼은 제 1 틸트 센서를 구비한다. 제 1 틸트 센서는 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 감지하도록 구성된다. 콘트롤러는 제 1 틸트 센서에 결합된다. 콘트롤러는 제 1 틸트 센서에 의해 감지된 틸트 상태의 변화 및 제 1 위치를 이용함으로써, 인쇄 플랫폼과 이동 평면 사이의 상대적인 위치 관계를 교정하고 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 변화시키도록 인쇄 플랫폼상의 제 1 위치에서 내리 누르도록 인쇄 헤드를 제어한다.
본 발명의 실시예의 인쇄 헤드 및 인쇄 플랫폼을 교정하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 제 1 틸트 센서를 이용함으로써 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 감지하는 단계; 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 변화시키기 위하여 인쇄 플랫폼상의 제 1 위치에서 내리 누르도록 인쇄 헤드를 제어하는 단계; 및, 제 1 틸트 센서에 의해 감지된 틸트 상태 및 제 1 위치에 따라서 인쇄 헤드가 위치된 이동 평면과 인쇄 플랫폼 사이의 상대적인 위치 관계를 교정하는 단계.
상기에 기초하여, 본 발명에서, 제 1 틸트 센서를 인쇄 플랫폼상에 배치함으로써, 인쇄 헤드에는 리미트 스위치가 제공되지 않을 수 있으며, 이는 인쇄 헤드의 중량을 감소시킴으로써, 인쇄 헤드의 이동 속도가 감소된다. 더욱이, 본 발명의 3D 인쇄 장치는 인쇄 헤드를 이동시키도록 구성된 이동 메커니즘 및 인쇄 플랫폼상에 배치된 틸트 센서들을 이용함으로써 이동 메커니즘과 인쇄 플랫폼의 틸트 정도(tilt degree)를 알 수도 있고, 틸트 정도에 따라서 교정을 수행함으로써, 3D 인쇄 장치를 교정하는데 소비되는 시간을 효과적으로 절감시킨다.
본 발명의 상기 특징들 및 장점이 이해될 수 있도록, 도면을 참조하여 실시예들을 아래에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 3D 인쇄 장치의 개략적인 도면이다.
도 2 는 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 인쇄 교정 방법의 순서도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 3D 인쇄 장치의 개략적인 도면을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 인쇄 교정 방법의 순서도이다.
우선, 다음의 예시적인 실시예들에서 제 1 축, 제 2 축 및 제 3 축은 도 1 및 도 3 에 도시된 XYZ 축 공간에서 각각 X 축, Y 축 및 Z 축에 대응하지만, 본 발명이 그에 한정되지 않음을 주목할 필요가 있다. 본 발명에서, 제 1 축 및 제 2 축은 평행하지 않게 배치되지만, 제 1 축과 제 2 축 사이에 포함된 각도가 본 발명에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서, 제 1 축 및 제 2 축에 의하여 이동 평면(movement plane)이 구성된다. 즉, 도 1 및 도 3 에 도시된 XYZ 축 공간에서 XY 평면은 다음의 예시적인 실시예들에서 하나의 예로서 사용되지만, 본 발명의 이동 평면이 그에 제한되지 않는다. 적절한 범위에서, 이동 평면은 XY 평면의 것과 상이한 법선 벡터(normal vector)를 가진 다른 평면일 수 있다. X 축, Y축 및 Z 축은 단지 상이한 방향 벡터들을 나타내도록 사용되며, 본 발명은 X 축, Y 축 및 Z 축의 표시 방식에 제한되지 않는다.
본 발명의 3D 인쇄 장치는 작동 장치에 의해 제공되는 인쇄 정보에 따라서 3D 모델을 인쇄한다. 일반적으로, 작동 장치는 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 스마트폰 또는 슬레이트 컴퓨터(slate computer)와 같이 작동 성능을 가지는 전자 장치이다. 상세하게는, 작동 장치는 컴퓨터 보조 설계(Computer-Aided Design; CAD) 또는 애니메이션 모델링 소프트웨어(animation modeling software)를 이용하여 3D 모델을 구성하고, 상기 구성된 3D 모델을 복수개의 단면 층들로 분할(slice)하고, 단면 층들의 인쇄 정보를 3D 인쇄 장치에 제공할 수 있다. 3D 인쇄 장치는 3D 모델을 형성하기 위하여 단면 층들의 인쇄 정보에 따라서 순차적으로 복수개의 분할 대상물(slice objects)을 구성하고 적층시킬 수 있다. 본 발명의 2 가지 상이한 예시적 실시예들이 아래에 보다 상세하게 설명될 것이다.
예시적인 제 1 실시예
도 1 은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 3D 인쇄 장치의 개략적인 다이아그램이다. 도 1 을 참조하면, 이러한 예시적인 실시예의 3D 인쇄 장치는 프린트 헤드(110), 인쇄 플랫폼(120), 콘트롤러(130) 및, 이동 요소(142)와 고정 요소(144)에 의하여 구성되는 이동 메커니즘을 구비한다.
인쇄 헤드(110)는 인쇄에 필요한 물질을 스프레이하도록 구성된다. 상이한 유형의 인쇄 헤드들이 3D 인쇄 장치의 형태들에 대하여 배치된다. 예를 들어, 인쇄 헤드(110)는 라미네이트 물질(laminated material)을 가열, 용융 및 스프레이하도록 구성된 인쇄 헤드일 수 있거나, 또는 라미네이트 물질을 직접 스프레이하는 인쇄 헤드일 수 있으며, 본 발명이 인쇄 헤드(110)의 형태에 제한되는 것은 아니다.
인쇄 헤드(110)는 이동 메커니즘상에 배치된다. 이동 메커니즘은 이동 요소(142) 및 고정 요소(144)를 구비한다. 이동 요소(142)는 제 1 축을 따라서 배치되고, 고정 요소(144)는 제 2 축을 따라서 배치되고, 이동 요소(142)는 고정 요소(144)에 연결된다. 이동 요소(142) 및 고정 요소(144)는 전기 슬라이드 레일(electric slide rail), 가동 모터 또는 그와 유사한 것에 의한 이행을 수행하지만, 본 발명이 그에 제한되지 않는다.
상세하게는, 인쇄 헤드(110)가 이동 메커니즘의 이동 요소(142)상에 배치되고, 인쇄 헤드(110)는 제 1 축을 따라서 움직이도록 이동 요소(142)에 의하여 작동된다. 더욱이, 제 2 축을 따라서 인쇄 헤드(110)가 간접적으로 움직일 수 있도록, 이동 요소(142)는 고정 요소(144)에 연결되고, 이동 요소(142)는 고정 요소(144)에 의하여 제 2 축을 따라서 움직이도록 작동된다. 또한, 예를 들어 가동의 긴 로드(long rod)와 같은 수직 요소는 이동 요소(142)와 인쇄 헤드(110) 사이에 배치된다. 인쇄 헤드(110)는 수직 요소에 의하여 제 3 축을 향하여 움직이도록 작동된다. 따라서, 이동 요소(142), 고정 요소(144) 및 수직 요소의 작동에 의하여, 인쇄 헤드(110)는 공간에서 제 1 축 방향, 제 2 축 방향 및 제 3 축 방향을 따라서 움직일 수 있고, 라미네이트 물질을 스프레이함으로써 3D 모델을 인쇄한다.
인쇄 플랫폼(120)은 인쇄된 3D 모델을 운반하도록 구성된다. 인쇄 플랫폼(120)에는 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(a platform tilt adjusting mechanism 124)도 제공되는데, 이것은 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 조절하도록 구성된다. 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(124)은 복수개의 스텝 모터들에 의한 높이 조절 및 수평 조절을 수행하지만, 본 발명이 그에 제한되는 것은 아니다.
콘트롤러(130)는 인쇄 정보를 수신하고, 상기 인쇄 정보에 따라서 인쇄 헤드(110)를 제어함으로써 3D 인쇄를 수행하도록 구성된다. 콘트롤러(130)는 예를 들어 센트럴 프로세싱 유닛(CPU), 프로그래머블 마이크로프로세서, 프로그래머블 콘트롤러, 어플리케이션 스페시픽 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit (ASIC)), 다른 유사한 장치 또는 상기 장치들의 조합이다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 3D 인쇄 장치는 예를 들어 송신 수신 포트 및 저장 유닛을 더 구비한다. 송신 수신 포트(transmission receiving port)는 다른 작동 장치로부터 송신된 제어 명령 또는 인쇄 정보를 수신하도록 구성된다. 송신 수신 포트는 예를 들어 시리얼 어드밴스드 테크롤로지 어태치먼트 스탠다드(Serial Advanced Technology Attachment (SATA) standard), 유니버설 시리얼 버스 스탠다드(Universal Serial Bus (USB) standard), 패러렐 어드밴스드 테크놀로지 어태치먼트 스탠다드(Parallel Advanced Technology Attachment (PATA) standard) 또는 다른 적절한 스탠다드에 부합한다. 저장 유닛은 다른 작동 장치로부터 송신된 제어 명령 또는 인쇄 정보를 저장하도록 구성되며, 예를 들어, 하드 디스크 드라이브(HDD), 랜돔 액세스 메모리(RAM), 플래쉬 메모리(flash memory), 또는 상기 다양한 구성 요소들의 조합이다.
3D 인쇄를 수행하는 전체적인 프로세스에서, 정확한 위치 선정을 수행하기 위하여, 인쇄 헤드(110)가 움직이는 이동 평면과 인쇄 플랫폼(120)은 서로 평행하게 배치된다. 환경, 중력, 온도 및 하중과 같은 인자들 때문에, 인쇄 헤드(110)가 움직이는 이동 평면 및 인쇄 플랫폼(120)은 평행하지 않은 상태를 나타내기 쉬우며, 따라서 물질이 스프레이되는 위치에서 에러가 발생한다. 따라서, 3D 인쇄가 수행되기 이전의 인쇄 교정은 3D 인쇄의 중요한 부분이다. 현존의 인쇄 교정은, 리미트 스위치를 인쇄 헤드(110)상에 배치하고 인쇄 플랫폼(120)상의 복수의 지점들에서 아래로 누르도록 인쇄 헤드(110)를 제어하며 상대적인 위치 관계에 따라서 인쇄 플랫폼(120)의 틸트(tilt)를 조절함으로써, 인쇄 헤드(110)가 위치하는 이동 평면과 인쇄 플랫폼(120) 사이의 상대적인 위치 관계를 계산한다.
그러나, 리미트 스위치의 배치는 인쇄 헤드(110)의 무게를 증가시켜서, 인쇄 헤드(110)의 이동 속도를 느리게 하는 결과를 가져온다. 더욱이, 인쇄 플랫폼(120)상의 복수개의 지점들에서 내리 누르도록 인쇄 헤드(110)를 제어함으로써 상대적인 위치 관계가 계산되기 때문에, 필요한 값을 획득하고 교정의 정확도를 증가시키기 위하여, 통상의 교정에서, 교정 값을 얻도록 복수개의 지점들에서 내리 누를 필요가 있으며, 이는 지루하게 긴 교정 프로세스를 초래한다.
교정 프로세스에 의해 소비되는 시간을 감소시키기 위하여, 본 발명의 인쇄 플랫폼(120)에는 제 1 틸트 센서(122)가 제공되어 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 감지한다. 또한, 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태는 제 1 틸트 센서(122)에 의해 감지되는 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 이용함으로써 교정된다. 더욱이, 이러한 예시적인 실시예에서, 제 2 틸트 센서(146)는 이동 요소(142)상에 더 배치되어, 이동 평면의 틸트 정도를 측정한다. 콘트롤러(130)는 제 1 틸트 센서(122)에 의해 측정된 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태 및 제 2 틸트 센서(146)에 의해 측정된 이동 평면의 틸트 상태에 따라서, 인쇄 교정을 수행하기 위하여 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(124)을 더 제어하여 인쇄 플랫폼(120)을 조절한다. 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)는 가속도계, 마그네틱 센서, 전자적 콤파스 센서(electronic compass sensor), 자이로스코프, 회전 벡터 센서, 3 축 선형 가속 센서, 광 감지 틸트 센서와 유사한 것을 포함할 수 있으며, 본 발명은 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)의 유형을 제한하지 않는다.
이러한 예시적인 실시예에서 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)를 사용함으로써 3D 인쇄 장치를 교정하는 구현 방법은 도 1 및 도 2 를 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 2 는 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 인쇄 교정 방법의 흐름도를 도시한다. 도 1 및 도 2 를 동시에 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예의 인쇄 교정을 수행하는 과정에서, 인쇄 플랫폼(120) 및 이동 평면(즉, xy 평면)의 상대적인 위치들을 교정하도록 단계 210 및 230 이 우선 수행된다. 차후에, 제 3 축 방향(즉, z 축)에서 인쇄 헤드 및 인쇄 플랫폼(120)의 상대적인 위치들을 교정하도록 단계 240 및 250 이 수행된다.
단계 210 에서, 콘트롤러(130)는 제 2 틸트 센서(146)를 이용함으로써 이동 평면의 틸트 상태를 감지한다. 예를 들어, 이동 평면의 틸트 각도는 제 2 틸트 센서(146)를 이용함으로써 감지된다.
단계 220 에서, 콘트롤러(130)는 제 1 틸트 센서(122)를 이용함으로써 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 감지한다. 예를 들어, 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 각도는 제 1 틸트 센서(122)를 이용함으로써 감지된다. 더욱이, 단계 230 에서, 콘트롤러(130)는 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)에 의해 얻어진 틸트 값들을 같게 만들도록 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(124)을 이용함으로써 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 조절하며, 이는 인쇄 플랫폼(120) 및 이동 평면을 평행하게 하기 위함이다.
상세하게는, 인쇄된 3D 모델을 정확하게 만들기 위하여, 인쇄 헤드(110)가 배치되는 이동 평면과 인쇄 플랫폼(120)은 상대적으로 평행한 방식으로 배치된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)는 각각 인쇄 플랫폼(120) 및 이동 요소(142)상에 배치되기 때문에, 콘트롤러(130)는 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)에 의해 측정된 틸트 값들(예를 들어, 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)에 의해 측정된 틸트 정도들)에 따라서 틸트 각도들 사이의 값 차이를 직접적으로 계산하고 비교를 수행할 수 있다. 차후에, 인쇄 플랫폼(120) 및 이동 평면을 서로 평행하게 만들기 위하여, 콘트롤러(130)는 값에 따라서 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 정도를 더 조절한다.
단계 240 에서, 콘트롤러(130)는 인쇄 플랫폼(120)상의 제 1 위치(P1)에서 내리 누르도록 인쇄 헤드(110)를 제어하여 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 변화시킨다. 또한, 단계 250 에서, 콘트롤러(130)는 제 1 틸트 센서(122)에 의해 측정된 틸트 상태 및 제 1 위치(P1)에 따라서 인쇄 헤드(110)가 위치되는 이동 평면과 인쇄 플랫폼(120) 사이의 상대적인 위치 관계를 교정한다.
상세하게는, 인쇄 헤드(110)가 내리 눌러서 제 1 위치(P1)와 접촉할 때, 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태가 변화되는 것을 제 1 틸트 센서(122)가 검출하기 때문에, 콘트롤러(130)는 인쇄 헤드(110)가 인쇄 플랫폼(120)으로 내리 누르는 것을 판단한다. 이 때, 콘트롤러(130)는 제 3 축 방향에서 인쇄 헤드(110)의 변위를 얻고, 제 3 축 방향에서의 변위에 따라서 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(124)을 제어하여 인쇄 플랫폼(120)의 높이를 조절한다. 예를 들어, 제 3 축 방향에서 인쇄 헤드(110)의 변위가 제 3 축 방향에서의 사전 설정 변위 보다 높을 때, 콘트롤러(130)는 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(124)을 제어하여 인쇄 플랫폼(120)의 높이를 조절한다. 따라서, 콘트롤러(130)는 제 3 축 방향에서 인쇄 플랫폼(120)과 인쇄 헤드(110)의 상대적인 위치들을 교정한다.
단계 210 내지 250 에 의하여, 콘트롤러(130)는 우선 인쇄 헤드(110)가 움직이는 이동 평면과 인쇄 플랫폼(120)의 상대적인 위치를 교정하고, 차후에, 콘트롤러(130)는 제 3 축 방향에서 인쇄 헤드(110) 및 인쇄 플랫폼(120)의 상대적인 위치들을 더 교정한다. 따라서, 인쇄 헤드(110)의 이동 평면, 제 3 축 방향 및, 3 개 축 방향들에 대한 인쇄 플랫폼(120)의 위치들은 정확하게 교정될 수 있다.
이러한 예시적인 실시예에서, 제 1 틸트 센서(122) 및 제 2 틸트 센서(146)를 배치함으로써, 인쇄 헤드(110)에는 더 이상 리미트 스위치가 제공될 필요가 없으며, 따라서 인쇄 헤드(110)의 중량이 감소된다. 더욱이, 콘트롤러(130)는 제 3 축 방향(예를 들어, Z 축)을 교정하기 위하여 인쇄 헤드(110)를 하나의 지점에서 내리 누르도록 제어할 필요만이 있다. 따라서, 예시적인 실시예의 구현 방식에 의하여, 3D 인쇄 장치를 교정하기 위하여 소비된 시간이 효과적으로 감소될 수 있다.
예시적인 제 2 실시예
도 3 은 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 3D 인쇄 장치의 개략적인 모습을 도시한다. 도 4 는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 인쇄 교정 방법의 순서도를 도시한다.
도 3 을 참조하면, 이러한 예시적인 실시예에서, 3D 인쇄 장치는 인쇄 헤드(110), 인쇄 플랫폼(120) 및 콘트롤러(130)를 구비한다. 인쇄 헤드(110)는 이동 요소(142) 및 고정 요소(144)에 의하여 이동 평면상에서 움직인다. 인쇄 플랫폼(120)은 제 1 틸트 센서(122) 및 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(124)을 구비한다. 인쇄 헤드(110)의 구현 방식 때문에, 인쇄 플랫폼(120) 및 콘트롤러(130)는 예시적인 제 1 실시예에 설명되어 있으며, 여기에서는 설명이 생략된다.
제 2 틸트 센서(146)가 예시적인 실시예에 배치되지 않는다는 점에서 예시적인 제 1 실시예는 제 2 실시예와 상이하다. 즉, 이러한 예시적인 실시예는 제 1 틸트 센서(122)만을 구비하며, 콘트롤러(130)는 인쇄 헤드(110)를 내리 누르는 방식으로 제 1 틸트 센서(122)에 의해 측정된 틸트 각도에 따라서 인쇄 교정을 수행한다. 예시적인 실시예의 교정 프로세서는 도 4 를 참조함으로써 설명된다.
도 4 를 참조하면, 인쇄 교정을 수행하는 프로세스에서, 도 3 과 유사하게, 콘트롤러(130)는 우선 단계 410 내지 430 을 수행하여 이동 평면(즉, xy 평면)과 인쇄 플랫폼(120)의 상대적인 위치들을 교정한다. 차후에 단계 440 내지 450 이 수행되어 제 3 축 방향(즉, z 축)에서 인쇄 헤드(110)와 인쇄 플랫폼(120)의 상대적인 위치들을 교정한다.
단계(410)에서, 제 1 틸트 센서(122)를 이용함으로써 콘트롤러(130)는 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 감지한다. 차후에, 단계(420)에서 콘트롤러(130)는 인쇄 플랫폼(120)상의 복수개의 위치들에서 내리 누르도록 인쇄 헤드(110)를 제어하여 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태를 변화시킨다. 또한, 단계 (430) 에서, 콘트롤러(130)는 제 1 틸트 센서(122)에 의해 측정된 틸트 상태 및 복수개의 위치들에 따라서 인쇄 헤드(110)가 위치된 이동 평면과 인쇄 플랫폼(120) 사이의 상대적인 위치 관계들을 교정한다.
상세하게는, 단계 420 에서, 인쇄 헤드(110)는 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)를 분리하여 내리 누른다. 인쇄 헤드(110)가 내리 눌러서 제 1 위치(P1)와 접촉할 때, 제 1 틸트 센서(122)는 인쇄 플랫폼(120)의 틸트 상태가 변화되는 것을 검출하기 때문에, 콘트롤러(130)는 인쇄 헤드(110)가 인쇄 플랫폼(120)으로 내리 누르는 것을 판단한다. 이때, 콘트롤러(130)는 인쇄 헤드(110)가 제 1 위치(P1)에서 내리 누를 때의 제 3 축 방향에서 인쇄 헤드(110)의 변위를 얻는다. 마찬가지로, 인쇄 헤드(110)가 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)에서 내리 누를 때 제 3 축 방향에서 인쇄 헤드(110)의 변위들을 각각 얻기 위하여, 콘트롤러(130)는 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)에서 내리 누르도록 인쇄 헤드(110)를 제어한다.
콘트롤러(130)가 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)에서 제 3 축 방향으로 인쇄 헤드(110)의 변위들을 얻은 이후에, 콘트롤러(130)는 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)에서 제 3 축 방향에서의 변위들에 따른 인쇄 플랫폼(120)과 이동 평면 사이의 상대적인 틸트 상태를 계산할 수 있다. 상세하게는, 콘트롤러(130)는 제어 인쇄 헤드(110)가 내려가는 지점들을 제어하며, 즉, 제 1 축 방향 및 제 2 축 방향에서 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)의 좌표 지점들이 알려진다. 콘트롤러(130)는 이동 평면에 대한 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)의 제 3 축방향 좌표들을 얻기 위하여, 인쇄 헤드를 내리 누름으로써 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)에서 제 3 축 방향으로의 변위들을 더 얻는다. 따라서, 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)의 모든 좌표들이 알려진다. 이와 같은 것에 기초하여, 콘트롤러(130)는 벡터 작용 또는 삼각 함수와 같은 수학적 방법에 따라서 이동 평면과 인쇄 플랫폼(120) 사이의 상대적인 틸트 상태를 계산할 수 있다. 따라서, 콘트롤러(130)는 인쇄 플랫폼(120) 및 이동 평면을 평행한 상태로 만들기 위하여, 인쇄 플랫폼(120)을 조절하도록 계산된 상대적 틸트 상태에 따라서 플랫폼 틸트 조절 메커니즘(124)을 더 제어할 수 있다.
단계 440 내지 450 은 제 3 축 방향에서 인쇄 플랫폼(120)과 인쇄 헤드(110)의 상대적인 위치들을 교정하도록 이용된다. 단계 440 내지 450 의 구현 방법들 및 프로세스들은 도 2 의 단계 210 내지 230 과 같으며, 그에 대한 설명은 여기에서 생략된다.
이러한 예시적인 실시예에서, 제 1 틸트 센서(122)를 배치함으로써, 인쇄 헤드(110)에는 더 이상 리미트 스위치가 제공될 필요가 없으며, 따라서 인쇄 헤드(110)의 중량이 감소되고, 인쇄 헤드(110)의 이동 속도가 증가된다. 따라서, 예시적인 실시예의 구현 방식에 의하여, 3D 인쇄 장치를 교정하기 위해 소비되는 시간은 효과적으로 감소될 수 있다.
결론적으로, 본 발명에서, 인쇄 플랫폼상에 제 1 틸트 센서를 배치함으로써, 인쇄 헤드에는 리미트 스위치가 제공되지 않을 수 있으며, 이는 인쇄 헤드의 중량을 감소시켜서 인쇄 헤드의 이동 속도가 빨라진다. 더욱이, 이동 메커니즘상에 제 2 틸트 센서를 더 배치함으로써, 제 1 틸트 센서 및 제 2 틸트 센서에 의해 측정된 틸트 값들에 따라서, 콘트롤러는 이동 평면 및 인쇄 플랫폼의 상대적인 위치들을 직접 조절할 수 있다. 따라서, 제 1 축 방향, 제 2 축 방향 및 제 3 축 방향에서 이동 평면과 인쇄 플랫폼의 상대적인 위치들을 교정하기 위하여, 인쇄 플랫폼상의 하나의 지점에서 인쇄 헤드를 내리 누르도록 제어할 필요성만이 있다. 그러므로, 본 발명의 3D 인쇄 장치에 의하여, 3D 인쇄 장치를 교정하는데 소비되는 시간은 효과적으로 감소될 수 있다.
비록 본 발명의 실시예들이 상기에서 개시되었지만, 이들은 본 발명을 제한하도록 의도된 것이 아니다. 당해 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위로부터 이탈하지 않으면서 어떤 변형 또는 개량을 이룰 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위의 보호 범위에 의해 정해져야만 한다.
110. 인쇄 헤드 130. 콘트롤러
142. 이동 요소 144. 고정 요소
120. 인쇄 플랫폼 124. 조절 메카니즘

Claims (10)

  1. 이동 평면상에서 움직이도록 제어되는 인쇄 헤드;
    인쇄 플랫폼의 틸트 상태(tilting state)를 감지하도록 구성된 제 1 틸트 센서를 포함하는 인쇄 플랫폼; 및,
    제 1 틸트 센서에 결합된, 콘트롤러;를 포함하는, 3 차원(3D) 인쇄 장치로서,
    콘트롤러는, 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 변화시키기 위하여 인쇄 플랫폼상의 제 1 위치에서 내리 누르도록 인쇄 헤드를 제어하고, 제 1 틸트 센서에 의해 감지된 틸트 상태의 변화 및 제 1 위치를 이용함으로써 인쇄 플랫폼과 이동 평면 사이의 상대적인 위치 관계를 교정하는, 3 차원 인쇄 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    이동 평면상의 인쇄 헤드를 움직이도록 구성된 이동 메커니즘을 더 구비하고,
    이동 메커니즘은 제 2 틸트 센서를 구비하고, 제 2 틸트 센서는 콘트롤러에 결합되어 이동 평면의 틸트 상태를 감지하도록 구성되고,
    콘트롤러는, 인쇄 플랫폼과 이동 평면 사이의 상대적인 위치 관계를 교정하도록 제 1 틸트 센서 및 제 2 틸트 센서에 의하여 인쇄 플랫폼 및 이동 평면의 개별적인 틸트 상태를 각각 더 얻는, 3 차원 인쇄 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    이동 메커니즘은:
    제 1 축을 따라서 배치된 이동 요소로서, 인쇄 헤드가 상기 이동 요소상에 배치되어 제 1 축을 따라서 움직이는, 이동 요소; 및,
    제 2 축을 따라서 배치된 고정 요소로서, 이동 요소가 제 2 축을 따라서 움직이도록 작동시키는, 고정 요소;를 더 포함하고,
    제 1 축 및 제 2 축은 평행하지 않게 배치되고, 제 1 축 및 제 2 축은 이동 평면을 구성하는, 3 차원 인쇄 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 2 틸트 센서는 이동 요소상에 배치되는, 3 차원 인쇄 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 조절하도록 구성된 플랫폼 틸트 조절 메커니즘을 더 포함하는, 3 차원 인쇄 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    콘트롤러는, 인쇄 플랫폼 및 이동 평면을 평행하게 만들기 위하여, 제 1 틸트 센서 및 제 2 틸트 센서에 의해 얻어지는 틸트 값(tilt values)을 같게 만들도록 플랫폼 틸트 조절 메커니즘을 이용함으로써 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 조절하는, 3 차원 인쇄 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    콘트롤러는, 제 1 틸트 센서에 의해 감지된 틸트 상태의 변화 및 위치들을 이용함으로써 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 변화시키고 인쇄 플랫폼과 이동 평면 사이의 상대적인 위치 관계를 교정하도록 인쇄 플랫폼상의 복수개의 위치들에서 내리 누르도록 프린트 헤드를 더 제어하는, 3 차원 인쇄 장치.
  8. 제 1 틸트 센서를 이용함으로써 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 감지하는 단계;
    인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 변화시키도록 인쇄 플랫폼상의 제 1 위치에서 내리 누르도록 프린트 헤드를 제어하는 단계; 및,
    제 1 틸트 센서에 의해 감지된 틸트 상태 및 제 1 위치에 따라서 프린트 헤드가 위치되는 이동 평면과 인쇄 플랫폼 사이의 상대적인 위치 관계를 교정하는 단계;를 포함하는, 인쇄 헤드 및 인쇄 플랫폼의 교정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    인쇄 헤드를 움직이도록 구성된 이동 메커니즘상에 배치되어 있는 제 2 틸트 센서를 이용함으로써 이동 평면의 틸트 상태를 감지하는 단계; 및,
    인쇄 플랫폼 및 이동 평면을 평행하게 만들기 위하여, 제 1 틸트 센서 및 제 2 틸트 센서에 의해 얻어진 틸트 값들을 같게 만들도록 플랫폼 틸트 조절 메커니즘을 이용함으로써 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 조절하는 단계;를 더 포함하는, 높이 차이 측정 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    제 1 틸트 센서에 의해 감지된 틸트 상태의 변화 및 위치들을 이용함으로써 인쇄 플랫폼의 틸트 상태를 변화시키고 인쇄 플랫폼과 이동 평면 사이의 상대적인 위치 관계를 교정하기 위하여 인쇄 플랫폼상의 복수개의 위치들에서 내리 누르도록 인쇄 헤드를 제어하는 단계;를 더 포함하는, 높이 차이 측정 방법.
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