KR20180115468A

KR20180115468A - 3d printing device

Info

Publication number: KR20180115468A
Application number: KR1020170047812A
Authority: KR
Inventors: 정성원; 신재호
Original assignee: 메타리버테크놀러지 주식회사
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-10-23
Also published as: KR101958766B1

Abstract

The present invention provides a three-dimensional printing device which prevents a change error generated in an actual printing process using a three-dimensional printer. The three-dimensional printing device of the present invention comprises: an obtaining part obtaining a first code when the first code controlling the three-dimensional printer is arranged to print a first object; and an identifying part identifying the change error that the first object is differently changed from an initial design value in the actual printing process of the first object before the actual printing process of the first object.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a 3D printing device,

본 발명은 3D 프린터를 이용해서 3차원 물체를 생성하는 3D 프린팅 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing apparatus and method for generating a three-dimensional object using a 3D printer.

3D 프린팅이란 3D로 구현된 디지털 설계 데이터를 바탕으로 분말(파우더), 액체, 실의 형태로 된 재료를 노즐을 통해 분사, 용융, 응고시킴으로써, 입체적인 물건을 매우 얇게 한 층씩 바닥부터 꼭대기까지 쌓아가며 3차원 물체를 제조하는 기술이다.3D printing is the process of spraying, melting, and solidifying powdered (powder), liquid, and yarn-shaped materials through nozzles based on digital design data implemented in 3D, so that three-dimensional objects are stacked very thinly one by one from the bottom to the top It is a technique of manufacturing a three-dimensional object.

3D 프린팅은 재료를 깎아 제조하는 절삭가공과 대비되는 개념으로 공식적인 용어는 적층제조(AM : Additive Manufacturing) 혹은 쾌속조형(RP : Rapid Prototyping)이라고 하며, 3D 프린터는 3D 프린팅 프로세스를 구현할 수 있는 기계장비이다.3D printing is a concept compared to the cutting process that carves out material. The official term is AM (Additive Manufacturing) or Rapid Prototyping (RP). 3D printer is a machine that can implement 3D printing process to be.

3D 프린팅은 단 한 개의 물건만을 제조하는 경우에도 그 비용은 일반 가공법에 비해 저렴하고, 어떤 모양이든 자유롭게 만들어 낼 수 있다는 장점이 있다.3D printing is advantageous in that even if only one item is manufactured, the cost is lower than the general processing method, and any shape can be freely produced.

3D 프린팅 기술은 필연적으로 '재료의 분사', '재료의 용융', '재료 간의 결합', '재료의 응고'라는 물리적 현상을 수반한다. 이러한 물질의 상변화(phase change) 현상은 시간의 변화에 따른 물질의 특성 변화를 의미하며, 각각의 현상을 겪은 재료는 전혀 다른 성질을 가진 물질로 거동하게 된다. 이런 상황은 '재료의 용융을 위해 가해지는 에너지', '재료를 적층하기 위해 움직이는 노즐의 속도와 경로', '형상화하고자 하는 제품의 국소적 두께', '제품의 표면과 내부의 열전달 특성'등에 따라 적층되는 특성이 일정하지 않게 되는 요인이 된다. 이런 요인들은 의도하지 못한 변형 에러를 유발할 수 있다.3D printing technology necessarily involves physical phenomena such as 'injection of material', 'melting of materials', 'bonding between materials' and 'solidification of materials'. The phase change phenomenon of these materials means the change of the properties of the material with time, and the material that undergoes each phenomenon behaves as a material with completely different properties. These situations include 'the energy applied to melt the material', 'the speed and path of the nozzle moving to stack the material', 'the local thickness of the product to be shaped', 'the surface heat transfer characteristics of the product' So that the characteristics of lamination are not constant. These factors can cause unintentional deformation errors.

한국공개특허공보 제2016-0112092호에는 모니터에 보여지는 3D 모델을 3D 프린터로 출력했을 경우에 대한 프리뷰를 제공하는 3D 프린팅 시뮬레이션 장치가 나타나 있다. 그러나, 해당 3D 프린팅 시뮬레이션은 단순 프리뷰를 제공하는 정도에 불과할 뿐 변형 에러의 유발을 탐지하는 내용은 나타나지 않고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0112092 discloses a 3D printing simulation apparatus that provides a preview of a 3D model displayed on a monitor as a 3D printer. However, the 3D printing simulation provides only a simple preview, but does not detect the occurrence of deformation errors.

한국공개특허공보 제2016-0112092호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0112092

본 발명은 3D 프린터를 이용한 실제 프린팅 과정에서 발생되는 변형 에러를 방지하는 3D 프린팅 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a 3D printing apparatus for preventing a deformation error generated in an actual printing process using a 3D printer.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. Other objects, which will be apparent to those skilled in the art, It will be possible.

본 발명의 3D 프린팅 장치는 제1 대상물을 프린팅하기 위해 3D 프린터를 제어하는 제1 코드가 마련될 때, 상기 제1 코드를 획득하는 획득부; 상기 제1 대상물의 실제 프린팅 과정에서 상기 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 사전에 파악하는 파악부; 상기 변형 에러가 보정된 제2 코드를 생성하는 보정부;를 포함할 수 있다.The 3D printing apparatus of the present invention includes an acquiring unit for acquiring the first code when a first code for controlling a 3D printer for printing a first object is provided; A grasping unit for grasping a deformation error in which the first object is deformed differently from an initial design value in an actual printing process of the first object; And a correcting unit for generating a second code in which the deformation error is corrected.

본 발명의 3D 프린팅 장치는 제1 대상물을 실제로 프린팅하는 과정에서 제1 대상물이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러를 파악하고, 변형 에러를 보정할 수 있다.The 3D printing apparatus of the present invention can grasp the deformation error in which the first object is deformed differently from the initial design value in the process of actually printing the first object and correct the deformation error.

본 발명의 3D 프린팅 장치는 제1 코드를 이용해 생성되는 제1 대상물을 단순 프리뷰하는 것이 아니라, 열 변형 등이 가미된 실제 환경에서 제1 대상물을 생성하는 과정을 가상 공간에서 시뮬레이션할 수 있다.The 3D printing apparatus of the present invention can simulate a process of generating a first object in a virtual space in a real environment in which a thermal deformation or the like is added instead of simply previewing a first object generated using a first code.

열 변형 등이 가미되지 않은 단순 프리뷰를 확인한 후 3D 프린터로 실제 작업을 진행하면 초기 설계값과 다르게 형상이 변하는 변형 오류로 인해 시간과 재료가 낭비될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 시뮬레이션을 통해 변형 오류를 확인할 수 있으므로, 불필요한 자원의 낭비를 방지할 수 있으며, 변형 오류의 대비 방안을 사전에 마련할 수 있는 효과가 있다.If you do a real job with a 3D printer after confirming a simple preview that does not include thermal deformation, time and materials may be wasted due to deformation errors that change shapes differently from initial design values. However, according to the present invention, a deformation error can be confirmed through simulation, unnecessary waste of resources can be prevented, and a countermeasure against deformation error can be prepared in advance.

본 발명의 3D 프린팅 장치는 3D 프린터로 제공되는 제1 코드를 가로챌 수 있다. 3D 프린팅 장치는 가로챈 제1 코드를 기초로 변형 에러가 보정된 제2 코드를 생성해서 3D 프린터로 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 3D 프린팅 장치에 따르면, 변형 에러를 고려하지 않은 제1 코드가 3D 프린터로 제공되더라도 자동으로 변형 에러가 보정된 제2 코드가 생성될 수 있다. 제2 코드는 제1 코드를 대신해서 3D 프린터로 제공될 수 있다.The 3D printing apparatus of the present invention can intercept the first code provided in the 3D printer. The 3D printing apparatus can generate a second code in which a deformation error is corrected based on the intercepted first code and provide the second code to the 3D printer. Therefore, according to the 3D printing apparatus of the present invention, even if a first code that does not consider a deformation error is provided to a 3D printer, a second code in which a deformation error is corrected automatically can be generated. The second code may be provided to the 3D printer instead of the first code.

결과적으로, 본 발명에 따르면 제1 코드가 목적한 제1 대상물의 제작 공정이 현실 환경을 반영해서 가상 공간에서 시뮬레이션되거나, 제1 코드가 목적한 제1 대상물이 현실 공간에서 그대로 구현될 수 있다.As a result, according to the present invention, the process of manufacturing the first object for the first code can be simulated in the virtual space reflecting the real environment, or the first object for the first code can be implemented as it is in the real space.

도 1은 본 발명의 3D 프린팅 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 제1 대상물을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 파악부를 나타낸 블럭도이다.
도 4는 구조 본드 모델을 나타낸 개략도이다.
도 5는 열 본드 모델을 나타낸 개략도이다.
도 6은 복셀을 나타낸 개략도이다.
도 7은 복셀이 적용된 제1 대상물을 나타낸 개략도이다.
도 8은 파티클을 복셀화하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 3D 프린팅 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.1 is a block diagram showing a 3D printing apparatus of the present invention.
2 is a photograph showing the first object.
3 is a block diagram showing the grasping portion of the present invention.
4 is a schematic view showing a structure bond model.
5 is a schematic diagram showing a thermal bond model.
6 is a schematic view showing a voxel.
7 is a schematic view showing a first object to which a voxel is applied;
8 is a conceptual diagram illustrating a process of voxelizing particles.
9 is a flowchart illustrating an operation of the 3D printing apparatus of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.

도 1은 본 발명의 3D 프린팅 장치를 나타낸 블럭도이고, 도 2는 제1 대상물(10)을 나타낸 사진이다.FIG. 1 is a block diagram showing a 3D printing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a photograph showing a first object 10.

도 1에 도시된 3D 프린팅 장치(100)는 획득부(110), 파악부(130) 및 보정부(150)를 포함할 수 있다.The 3D printing apparatus 100 shown in FIG. 1 may include an acquiring unit 110, a grasping unit 130, and a corrector 150.

제1 대상물(10)을 프린팅하기 위해 3D 프린터(200)를 제어하는 제1 코드(1st code)가 마련될 때, 획득부(110)는 제1 코드를 획득할 수 있다.When the first code (1st code) for controlling the 3D printer 200 is prepared for printing the first object 10, the obtaining unit 110 can obtain the first code.

3D 프린터(200)는 입력된 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어낼 수 있다. 3D 프린터(200)는 한 층씩 프린트 소재를 적층시켜 가며 제1 대상물(10)을 형성할 수 있다.The 3D printer 200 can generate a three-dimensional solid article based on the input drawing. The 3D printer 200 may form the first object 10 by laminating the print materials one layer at a time.

프린트 소재를 출력하는 3D 프린터(200)를 이용해서 3차원 입체 형상을 갖는 제1 대상물(10)을 생성하기 위해서는 3D 프린터(200)를 적절하게 움직일 수 있는 제어 신호가 필요하다. 이때, 제1 코드는 3D 프린터(200)를 움직이는 제어 신호 자체를 포함하거나, 해당 제어 신호를 생성하는 프로그램 또는 파일을 포함할 수 있다.In order to generate the first object 10 having a three-dimensional shape using the 3D printer 200 that outputs the print material, a control signal capable of appropriately moving the 3D printer 200 is required. At this time, the first code may include a control signal itself for moving the 3D printer 200, or may include a program or a file for generating the corresponding control signal.

3D 프린터(200)를 이용해서 제1 대상물(10)을 생성하는 과정은 다음과 같은 순서로 진행될 수 있다.The process of generating the first object 10 using the 3D printer 200 may be performed in the following order.

먼저, 디자인부(30)를 이용해서 제1 대상물(10)의 디자인이 설계될 수 있다. 디자인부(30)는 autocad, NX, solidworks 등의 CAD(Computer Aided Design) 프로그램을 포함할 수 있다.First, the design of the first object 10 can be designed using the design unit 30. [ The design unit 30 may include a computer aided design (CAD) program such as autocad, NX, solidworks, and the like.

도 2의 (a)는 디자인부(30)에서 소프트웨어적으로 설계된 제1 대상물(10)의 디자인을 나타낸다. 제1 대상물(10)의 디자인은 실제 3D 프린터(200)에 의해 성형된 제1 대상물(10)과 비교하여 색깔이나 질감 등에서 다를 수 있다.2 (a) shows a design of a first object 10 that is designed in software in the design section 30. As shown in Fig. The design of the first object 10 may be different from that of the first object 10 formed by the actual 3D printer 200 in terms of color or texture.

디자인부(30)는 3D 프린터(200)에서 사용하는 프린트 소재의 색깔 또는 질감 등을 제1 대상물(10)의 디자인에 반영해서 프리뷰 이미지를 생성할 수 있다. 사용자는 프리뷰 이미지를 통해 3D 프린터(200)를 통해 제조된 제1 대상물(10)의 실제 이미지를 미리 확인할 수 있다.The designing unit 30 may reflect the color or texture of the print material used in the 3D printer 200 to the design of the first object 10 to generate a preview image. The user can preview the actual image of the first object 10 manufactured through the 3D printer 200 through the preview image.

사용자는 프리뷰 이미지를 확인하면서 필요한 부분을 수정해서 최종적으로 제1 대상물(10)의 디자인을 확정할 수 있다.The user can confirm the design of the first object 10 by finally correcting the necessary parts while confirming the preview image.

디자인부(30)는 최종적으로 확정된 제1 대상물(10)의 디자인을 변환부(50)로 전달할 수 있다. 이때, 디자인부(30)로부터 출력되는 제1 대상물(10)의 디자인은 3차원 데이터를 표현하는 국제 표준 형식인 STL(STereoLithography) 파일의 형식을 취할 수 있다. STL 파일은 다양한 종류의 3D 프린터(200)와 호환되는 형식일 수 있다.The designing unit 30 may transmit the finally determined design of the first object 10 to the converting unit 50. [ At this time, the design of the first object 10 output from the design unit 30 can take the form of STL (STEREO LITHOGRAPHY) file, which is an international standard format for expressing three-dimensional data. The STL file may be in a format compatible with various kinds of 3D printers 200.

변환부(50)는 제1 대상물(10)의 디자인에 해당하는 STL 파일을 G 코드(G code)로 변환할 수 있다. G 코드는 수치 제어에서 사용되는 프로그램 언어로, 3D 프린터(200)를 포함한 자동 제어 공작 기계를 통한 컴퓨터 지원 제조에 주로 사용된다.The converting unit 50 may convert the STL file corresponding to the design of the first object 10 into a G code (G code). The G code is a programming language used in numerical control and is mainly used for computer-aided manufacturing through automatic control machine tools including the 3D printer 200.

변환부(50)는 3차원 입체 형상에 해당하는 제1 대상물(10)의 디자인에서의 가상적인 단면을 만들어내고, 3D 프린터(200)의 노즐이 움직이는 속도와 경로가 정의된 G 코드(G code)를 생성할 수 있다.The conversion unit 50 creates a virtual cross section in the design of the first object 10 corresponding to the three-dimensional solid shape, and generates a G code (G code Can be generated.

변환부(50)는 slic3r, curaengine, skeinforge 등의 슬라이서(slicer) 프로그램을 포함할 수 있다.The conversion unit 50 may include a slicer program such as slic3r, curaengine, and skeinforge.

변환부(50)로부터 출력된 G 코드는 3DP 컨트롤러(70)로 입력될 수 있다.The G code output from the conversion unit 50 may be input to the 3DP controller 70. [

3DP 컨트롤러(70)는 G 코드에 따라 3D 프린터(200)를 움직일 수 있다. 3DP 컨트롤러(70)는 3D 프린터(200)에 마련될 수 있다. 디자인부(30), 변환부(50)가 구비되며 3D 프린터(200)와 통신하는 단말기 또는 서버가 마련될 때, 3DP 컨트롤러(70)는 단말기 또는 서버에 마련되어도 무방하다.The 3DP controller 70 can move the 3D printer 200 according to the G code. The 3DP controller 70 may be provided in the 3D printer 200. The 3DP controller 70 may be provided in a terminal or a server when a terminal or a server communicating with the 3D printer 200 is provided with the design unit 30 and the conversion unit 50. [

본 발명의 3D 프린팅 장치는 소프트웨어 또는 하드웨어로 형성될 수 있는데, 소프트웨어로 형성된 경우 디자인부(30) 및 변환부(50)가 구비된 단말기 또는 서버에 설치될 수 있다. 본 발명의 3D 프린팅 장치는 디자인부(30) 및 변환부(50)와 다른 단말기 또는 다른 서버에 마련되어도 무방하다.The 3D printing apparatus of the present invention may be formed of software or hardware, and may be installed in a terminal or a server equipped with the design unit 30 and the conversion unit 50 when the software is formed of software. The 3D printing apparatus of the present invention may be provided in a different terminal or another server than the design section 30 and the conversion section 50. [

G 코드는 제1 대상물(10)을 생성하기 위한 것이므로, 3DP 컨트롤러(70)에 의해 제어되는 실제 3D 프린터(200)에 의해 실제 환경에서 제1 대상물(10)이 성형될 수 있다.Since the G code is for generating the first object 10, the first object 10 can be formed in the actual environment by the actual 3D printer 200 controlled by the 3DP controller 70. [

그런데, 실제 환경에서 3D 프린터(200)에 의해 프린팅된 제1 대상물(10)은 디자인부(30)에서 초기 설계된 디자인과 다를 수 있다.However, in the actual environment, the first object 10 printed by the 3D printer 200 may be different from the design originally designed in the design unit 30. [

3D 프린팅 기술은 필연적으로 재료의 분사, 재료의 용융, 재료 간의 결합, 재료의 응고라는 물리적 현상을 수반한다. 이러한 물질의 상변화(phase change) 현상은 시간의 변화에 따른 물질의 특성 변화를 의미할 수 있다. 이때의 특성 변화로 인해 의도하지 못한 변형 에러(19)가 유발될 수 있다.3D printing technology necessarily involves physical phenomena such as injection of materials, melting of materials, bonding between materials, and solidification of materials. The phase change phenomenon of these materials can mean a change in the properties of the material with time. At this time, an unintended deformation error 19 may be caused by the characteristic change.

3D 프린터(200)를 이용한 제1 대상물(10)의 프린팅 과정 중 변형 에러(19)가 발생되면, 제조된 제1 대상물(10)은 디자인부(30)에서 설계된 디자인에 해당하는 초기 설계값과 다르게 변형될 수 있다.When the deformation error 19 is generated during the printing process of the first object 10 using the 3D printer 200, the manufactured first object 10 has an initial design value corresponding to the design designed in the design unit 30, Can be modified differently.

제1 대상물(10)의 실제 프린팅 과정에서 제1 대상물(10)이 초기 설계값과 다르게 변형되는 것을 변형 에러(19)로 정의하기로 한다. 3D 프린팅의 특성상 모든 부위에서 변형이 이루어질 수 있으며, 이 점을 고려해서 변형 에러(19)는 허용 범위를 초과해서 변형되는 것을 지칭할 수 있다.It is assumed that the first object 10 is deformed differently from the initial design value in the actual printing process of the first object 10 as the deformation error 19. Due to the nature of 3D printing, deformation may occur in all regions, and in consideration of this point, deformation error (19) may be referred to as being deformed beyond the allowable range.

일 예로, 도 2의 (b)에서 제1 대상물(10)의 오른쪽 눈부분에 변형 에러(19)가 발생해서 도 2의 (a)의 디자인과 완전히 달라진 것을 알 수 있다.For example, in FIG. 2 (b), a deformation error 19 is generated in the right eye portion of the first object 10, so that it is completely different from the design of FIG. 2 (a).

변형 에러(19)는 3D 프린터(200)로부터 출력된 프린트 소재의 열 변형, 잔류 응력 등에 기인한 것으로, 기하학적인 외형만 고려된 디자인부(30)의 디자인 또는 프리뷰 등을 통해서는 파악할 수 없다. 따라서, 변형 에러(19)는 3D 프린터(200)를 통해 제1 대상물(10)을 직접 제조한 후에만 파악될 수 있다.The deformation error 19 is caused by thermal deformation, residual stress, etc. of the print material output from the 3D printer 200, and can not be grasped through the design or preview of the design unit 30 considering only the geometric appearance. Therefore, the deformation error 19 can be grasped only after the first object 10 is directly manufactured through the 3D printer 200. [

3D 프린팅의 단점 중 하나는 제작 속도가 매우 느리다는 것이다. 이러한 단점을 갖는 상태에서, 변형 오류가 발생되면 문제가 심각해질 수 있다. 왜냐하면, 디자인과 동일한 제1 대상물(10)을 제조하기 위해, 일단 3D 프린팅을 수행하고 변형 에러(19)를 확인하며 변형 에러(19)의 대비책을 마련하고, 대비책을 반영해서 다시 3D 프린팅을 수행해야 하기 때문이다. 그 결과, 변형 에러(19)가 없는 제1 대상물(10)을 제조하는데 극악하게 긴 시간이 소요될 수밖에 없다.One of the disadvantages of 3D printing is that the production speed is very slow. With such disadvantages, if a deformation error occurs, the problem can become serious. This is because, in order to manufacture the first object 10 identical to the design, once the 3D printing is performed, the deformation error 19 is confirmed, the deformation error 19 is prepared, and 3D printing is performed again This is because we have to. As a result, it takes a long time to manufacture the first object 10 without the deformation error 19.

본 발명은 실제로 3D 프린팅이 수행되기 전에 변형 에러(19)를 파악하기 위한 것일 수 있다. 사전에 변형 에러(19)를 파악하기 위해 파악부(130)가 이용될 수 있다.The present invention may be for grasping deformation error 19 before 3D printing is actually performed. The grasping unit 130 may be used to grasp the deformation error 19 in advance.

획득부(110)에서 획득한 제1 코드는 3D 프린터(200)를 제어하는 G 코드를 포함할 수 있다.The first code acquired by the acquiring unit 110 may include a G code for controlling the 3D printer 200. [

파악부(130)는 제1 대상물(10)의 실제 프린팅 과정에서 제1 대상물(10)이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러(19)를 제1 대상물(10)의 실제 프린팅 과정 이전에 파악할 수 있다. 일 예로, 파악부(130)는 3D 프린터(200)의 노즐로부터 출력되는 프린트 소재의 열 변형과 결합 변형 중 적어도 하나를 파악할 수 있다. 열 변형 또는 결합 변형은 도 2의 (b)의 변형 에러(19)를 유발하는 요소일 수 있다.The grasping unit 130 grasps the deformation error 19 in which the first object 10 is deformed differently from the initial design value in the actual printing process of the first object 10 before the actual printing process of the first object 10 . For example, the grasp portion 130 may grasp at least one of thermal deformation and coupling deformation of the print material output from the nozzle of the 3D printer 200. [ The thermal deformation or bonding deformation may be an element causing the deformation error 19 of Fig. 2 (b).

파악부(130)에 의해 변형 에러(19)가 파악되면, 보정부(150)는 변형 에러(19)의 발생을 방지하는 대비책을 마련할 수 있다.When the deformation error 19 is recognized by the determining unit 130, the correcting unit 150 can provide a countermeasure for preventing the deformation error 19 from occurring.

보정부(150)는 제1 코드(1st code)를 기반으로 변형 에러(19)가 보정된 제2 코드(2nd code)를 생성할 수 있다. 제1 코드를 기반으로 하는 제2 코드 역시 3D 프린터(200)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제2 코드는 G 코드를 포함할 수 있다.The correction unit 150 may generate a second code (second code) in which the deformation error 19 is corrected based on the first code (1st code). The second code based on the first code can also control the 3D printer 200. As an example, the second code may include a G code.

보정부(150)는 제1 코드를 분석해서 3D 프린터(200)의 노즐의 경로를 파악하고, 변형 에러(19)를 유발하는 열 변형 또는 결합 변형의 발생이 억제되게 노즐의 경로 또는 노즐의 속도가 수정된 제2 코드를 생성할 수 있다.The correction unit 150 analyzes the first code to grasp the path of the nozzle of the 3D printer 200 and detects the path of the nozzle or the speed of the nozzle so as to suppress the occurrence of thermal deformation or coupling deformation, Can generate a modified second code.

변형 에러(19)는 3D 프린터(200)로부터 출력된 프린트 소재의 열 변형 등에 기인할 수 있다. 따라서, 기적층된 프린트 소재가 충분히 냉각될 수 있는 냉각 시간이 제공된 후 다음 층이 적층되면 변형 에러(19)의 상당 부분이 방지될 수 있다. 다시 말해, 3D 프린터(200)가 한 층씩 프린트 소재를 적층해 가며 제1 대상물(10)을 형성할 때, 각 층의 사이에 충분한 냉각 시간이 추가되면 변형 에러(19)의 발생이 억제될 수 있다.The deformation error 19 may be caused by thermal deformation of the print material outputted from the 3D printer 200 or the like. Thus, a significant portion of the deformation error 19 can be prevented if the next layer is laminated after the cooling time that allows the vaporized layered print material to cool sufficiently. In other words, when the 3D printer 200 stacks the print materials one by one and forms the first object 10, if sufficient cooling time is added between the layers, the generation of the deformation error 19 can be suppressed have.

각 층의 사이에 냉각 시간을 추가하기 위해 보정부(150)는 각 층을 제조하는 명령어의 사이마다 3D 프린터(200)를 쉬게 하는 명령어를 삽입할 수 있다.In order to add a cooling time between layers, the correcting unit 150 may insert a command for resting the 3D printer 200 between commands for manufacturing each layer.

그러나, 일괄적으로 각 층마다 3D 프린터(200)를 쉬게 하는 명령어를 삽입해서 제2 코드가 형성되면, 제1 대상물(10)의 제작 시간을 줄이고자 하는 본 발명의 목적이 달성할 수 없다. 왜냐하면, 각 층마다 삽입된 냉각 시간으로 인해 3D 프린팅 시간이 대폭 증가하기 때문이다.However, if the second code is formed by inserting a command for resting the 3D printer 200 for each layer collectively, the object of the present invention for reducing the production time of the first object 10 can not be achieved. This is because 3D printing time is greatly increased due to the cooling time inserted into each layer.

일괄적으로 각 층마다 냉각 시간을 부여해서 변형 오류를 방지하는 방식은 제1 대상물(10)을 수차례 제작하면서 변형 에러(19)가 발생된 부분에만 냉각 시간을 부여해서 변형 오류를 방지하는 방식보다 오히려 변형 에러(19)가 없는 최종 제1 대상물(10)의 총 제작 시간이 느릴 수 있다.A method of preventing a deformation error by simultaneously applying a cooling time to only a portion where a deformation error 19 has occurred while manufacturing the first object 10 several times, Rather, the total production time of the finished first object 10 without deformation error 19 may be slow.

변형 에러(19)를 방지하면서 제1 대상물(10)의 제작 시간을 최소화하기 위해 파악부(130)는 변형 에러(19)가 예상되는 에러 위치를 파악할 수 있다.The grasping portion 130 can grasp the error position where the deformation error 19 is expected to minimize the manufacturing time of the first object 10 while preventing the deformation error 19. [

일 예로, 파악부(130)는 다양한 제1 대상물(10)을 실제로 제작하고, 각종 변형 에러(19)의 발생 환경을 미리 파악할 수 있다. 사전 제작 시험 결과에 따라, 일 예로, 가늘고 긴 벽 형상의 리브에서 변형 에러(19)가 자주 발생된 것으로 확인될 수 있다.For example, the grasping unit 130 may actually produce various first objects 10 and grasp the generation environment of various kinds of deformation errors 19 in advance. According to the result of the preliminary fabrication test, for example, it can be confirmed that the deformation error 19 often occurs in the elongated wall-shaped rib.

파악부(130)는 제1 코드를 분석해서 제1 대상물(10)의 기하학적 형상을 파악할 수 있다. 파악부(130)는 사전 제작 시험 데이터를 참조해서 제1 대상물(10)에서 변형 에러(19)가 발생될 것으로 예상되는 에러 위치를 결정할 수 있다.The grasping unit 130 can analyze the first code and grasp the geometric shape of the first object 10. [ The grasping unit 130 can determine an error position at which the deformation error 19 is expected to occur in the first object 10 with reference to the pre-production test data.

일 예로, 제1 대상물(10)에 가늘고 긴 벽 형상의 리브가 존재하면, 파악부(130)는 해당 리브의 위치를 에러 위치로 결정할 수 있다.For example, if the first object 10 has an elongated wall-shaped rib, the grasp portion 130 can determine the position of the rib as an error position.

이때, 보정부(150)는 제1 코드를 분석해서 에러 위치에 프린트 소재를 프린팅하도록 3D 프린터(200)를 제어하는 에러 명령어를 파악할 수 있다.At this time, the corrector 150 can analyze the first code and determine an error command to control the 3D printer 200 to print the print material at the error position.

제1 코드에 포함된 모든 명령어는 디자인부(30)로부터 출력된 제1 대상물(10)의 디자인에 기초한 것이므로, 기하학적으로는 별다른 이상이 없는 명령어일 수 있다. 그러나, 특정 위치에 적층된 프린트 소재는 열 변형 등으로 인해 디자인과 다른 형상으로 변형될 수 있으며, 이때, 변형 에러(19)가 발생된 에러 위치에 프린트 소재를 프린팅하는 명령어를 에러 명령어로 정의한다.Since all of the commands included in the first code are based on the design of the first object 10 output from the design unit 30, they may be geometrically unambiguous commands. However, the print material stacked at a specific position may be deformed into a shape different from the design due to thermal deformation or the like. At this time, an instruction to print the print material at the error position where the deformation error 19 occurs is defined as an error command .

보정부(150)는 에러 명령어 앞에 위치하는 다른 명령어와 에러 명령어 사이에만 3D 프린터(200)가 쉬어가는 쉼 명령어를 추가할 수 있다. 쉼 명령어는 에러 위치에 대한 3D 프린터의 프린팅을 설정 시간 동안 정지시킬 수 있다. 쉼 명령어는 설정 시간이 경과되면, 쉼 명령어 다음에 위치한 에러 명령어가 실행되도록 할 수 있다. 즉, 쉼 명령어는 3D 프린터(200)의 동작을 잠시 멈췄다가 다시 움직이도록 할 수 있다.The correcting unit 150 may add a pause command for restoring the 3D printer 200 only between the other commands located before the error command and the error command. The pause command can stop the printing of the 3D printer for the error location for the set time. The pause command can cause the error command that follows the pause command to be executed when the set time has elapsed. That is, the pause command may cause the 3D printer 200 to pause and then move again.

본 실시예에 따르면, 에러 위치에 대해서만 프린트 소재의 냉각 시간이 추가되므로, 냉각 시간으로 인해 증가되는 제1 대상물(10)의 총 제작 시간의 증가분이 최소화될 수 있다. 필요한 각 요소에 변형 에러(19)의 유발을 방지하는 냉각 시간이 부여된 제2 코드에 의해 3D 프린터(200)가 제어될 수 있다. 따라서, 디자인부(30)에서 설계된 디자인대로 실제 제1 대상물(10)이 한 번의 가공으로 제조될 수 있다.According to the present embodiment, since the cooling time of the print material is added only to the error position, an increase in the total production time of the first object 10, which is increased due to the cooling time, can be minimized. The 3D printer 200 can be controlled by the second code that is given a cooling time to prevent the occurrence of the deformation error 19 in each necessary element. Therefore, the actual first object 10 can be manufactured in a single process according to the design designed in the design section 30. [

변형 에러(19)의 파악 및 제2 코드의 생성은 제1 코드를 기초로 하므로, 파악부(130) 및 보정부(150)는 획득부(110)에 의해 제1 코드가 획득되어야 정상적으로 동작할 수 있다. 이는 곧 3D 프린터(200)를 제어 타겟으로 하는 제1 코드가 존재하는 것을 의미하므로, 변형 에러(19)의 유발로 인한 불필요한 자원의 낭비를 방지하기 위해 제1 코드가 3D 프린터(200)로 전달되는 것을 방지할 필요가 있다.Since the grasping of the deformation error 19 and the generation of the second code are based on the first code, the grasping unit 130 and the correcting unit 150 need to acquire the first code by the obtaining unit 110 to operate normally . This means that there is a first code that uses the 3D printer 200 as a control target, so that the first code is transmitted to the 3D printer 200 in order to prevent unnecessary waste of resources due to the generation of the deformation error 19 .

획득부(110)는 3D 프린터(200)를 타겟으로 하는 제1 코드가 3D 프린터(200)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 획득부(110)는 변환부(50)로부터 3D 프린터(200)를 향해 출력된 제1 코드를 가로채서 파악부(130)로 전달할 수 있다.The obtaining unit 110 may prevent the first code targeting the 3D printer 200 from being transmitted to the 3D printer 200. [ For example, the obtaining unit 110 may intercept the first code output from the converting unit 50 toward the 3D printer 200 and transmit the first code to the determining unit 130.

보정부(150)는 변형 에러(19)를 유발시킬 수 있는 제1 코드를 대신해서 제1 대상물(10)을 형성하면서도 변형 에러(19)의 유발을 방지할 수 있는 제2 코드를 3D 프린터(200)로 제공할 수 있다.The correcting unit 150 may replace the first code that may cause the deformation error 19 with a second code that can prevent the occurrence of the deformation error 19 while forming the first object 10, 200).

한편, 변형 에러(19) 또는 에러 위치를 예측하기 위해 사용되는 사전 제작 시험 방법은 경험에 근거한 것이므로 프린트 소재, 제1 대상물(10)의 두께 등이 다양한 현실 환경에서 정확도가 낮을 수 있다. On the other hand, since the pre-fabrication test method used to predict the deformation error 19 or the error position is based on experience, the accuracy of the print material, the thickness of the first object 10, and the like in various real environments may be low.

변형 에러(19) 또는 에러 위치의 예측 정확도를 개선하기 위해 프린트 소재의 특성 등이 이용될 수 있다.The characteristics of the print material and the like can be used to improve the prediction error of the deformation error 19 or the error position.

3D 프린팅을 통해 제작된 제1 대상물(10)은 제작 과정의 특수성 때문에 가공이나 주조, 사출 등을 통해 제작된 제품과 비교할 때 재료적 특성이 두가지 측면에서 완전히 다를 수 있다.The first object (10) produced through 3D printing may have completely different material properties in two respects compared to the products manufactured through machining, casting and injection due to the specificity of the manufacturing process.

첫번째는 적층 방식으로 제품이 형성되기 때문에 등방성(isotropic)이 아닌 이방성(Anisotropic)특성을 가지게 된다는 점이고, 두 번째는 용융, 응고 과정이 수반되기 때문에 잔류 응력에 의한 문제점에 노출된다는 것이다.The first is that it has anisotropic properties rather than isotropic because the product is formed by the lamination method. The second is that it is exposed to the problem due to residual stress because it involves melting and solidification processes.

첫 번째로 언급한 이방성 특성은 제품의 세로 방향 강성이 가로방향 강성에 비해 매우 약하다는 의미인데, 이점은 기본 입자재료의 특성에 따라 그 반대가 될 수도 있다. 이 특성은 3D 프린팅 메커니즘이 필연적으로 내재하고 있는 문제이기 때문에 어느 정도 예상을 할 수는 있지만, 두 번째 특성인 잔류 응력 문제는 대단히 복잡하고 예측이 어려운 문제들을 야기한다. 즉, 아랫면 적층부와 윗면 적층부의 용융 및 응고 히스토리에 시간 차이가 존재하고, 제품 내부와 표면과의 냉각조건이 다르기 때문에 필연적으로 잔류 응력이 존재하게 된다. The first mentioned anisotropic property means that the longitudinal stiffness of the product is very weak compared to the lateral stiffness, which may be reversed depending on the nature of the basic particle material. This feature is somewhat predictable because the 3D printing mechanism is inherently inevitable, but the second characteristic, the residual stress problem, is very complicated and causes difficult-to-predict problems. That is, there is a time difference between the melting and solidifying history of the lower side laminated portion and the upper side laminated portion, and the residual stress is inevitably present due to the different cooling conditions between the inside of the product and the surface.

제1 대상물(10)에 존재하는 잔류 응력은 완전 냉각되는 과정에서 열 변형을 유발한다. 또한, 열 변형을 통해서도 해소되지 못한 잔류 응력들은 완전 냉각된 제1 대상물(10)의 내부에 남게 되는데, 이는 제품 자체의 재료 특성을 비균질(nonhomogeneous)하게 만들게 된다.The residual stress present in the first object 10 causes thermal deformation in the process of being completely cooled. In addition, residual stresses that have not been resolved through thermal deformation remain inside the fully cooled first object 10, which makes the material properties of the product itself nonhomogeneous.

도 3은 본 발명의 파악부(130)를 나타낸 블럭도이다.3 is a block diagram showing the grasping unit 130 of the present invention.

실제 환경에서 프린팅된 프린트 소재의 재료적 특성을 실제 프린팅 전에 파악하고 파악된 재료적 특성을 이용해서 변형 에러(19)를 확인하기 위해, 파악부(130)는 모델 수단(131), 모의 수단(135) 및 예상 수단(139)을 포함할 수 있다.The grasping unit 130 includes a model unit 131 and a simulation unit 130. The model unit 131 and the simulation unit 130 are configured to determine the material properties of the printed print material in a real environment before actual printing, 135 and anticipation means 139,

모델 수단(131)은 한 층씩 프린팅된 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure) 간의 결합력을 모델링할 수 있다. 모델 수단(131)은 마이크로 스트럭쳐(15) 간 결합력의 모델링을 이용해서 제1 대상물(10)의 이방성을 규정, 정의, 설정, 산출할 수 있다.The modeling means 131 can model the bonding force between the microstructures 15 including the print material printed one by one. The modeling unit 131 can define, define, set, and calculate the anisotropy of the first object 10 using the modeling of the bonding forces between the microstructures 15.

모의 수단(135)은 이방성이 반영된 상태에서 제1 코드에 따라 제1 대상물(10)이 생성되는 과정을 가상 공간에서 시뮬레이션할 수 있다.The simulation unit 135 may simulate the process of generating the first object 10 according to the first code in the virtual space in the state where the anisotropy is reflected.

예상 수단(139)은 시뮬레이션 중 이방성의 반영으로 인해 제1 대상물(10)이 초기 설계값과 다르게 변형되는 변형 에러(19)를 파악할 수 있다. 예상 수단(139)은 변형 에러(19)의 양, 변형 에러(19)가 발생된 에러 위치 등을 보정부(150)로 전달할 수 있다. The prediction means 139 can grasp the deformation error 19 in which the first object 10 is deformed differently from the initial design value due to the reflection of the anisotropy during the simulation. The estimating means 139 can transmit the amount of deformation error 19, the error position where the deformation error 19 occurred, and the like to the correcting unit 150.

모델 수단(131)은 3D 프린터(200)에 의해 시간의 순서에 따라 프린팅되는 프린트 소재의 파티클 간의 결합 상태를 모델링할 수 있다.The model means 131 can model the bonding state between the particles of the print material to be printed in order of time by the 3D printer 200. [

모델 수단(131)은 파티클 간의 열 결합 상태를 모델링하는 열 모델 수단(133), 파티클 간의 구조 결합 상태를 모델링하는 구조 모델 수단(132)을 포함할 수 있다.The model means 131 may include thermal model means 133 for modeling the thermal coupling state between the particles and structure model means 132 for modeling the structural coupling state between the particles.

열 모델 수단(133)은 파티클의 열 전달 계수, 파티클의 냉각에 따른 수축률 중 적어도 하나가 모델링된 열 본드 모델을 생성할 수 있다.The thermal model means 133 can generate a thermal bond model in which at least one of the heat transfer coefficient of the particle and the shrinkage rate due to cooling of the particle is modeled.

구조 모델 수단(132)은 3D 프린터(200)에 의해 한 층씩 프린팅된 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure) 간의 결합력이 모델링된 구조 본드 모델을 생성할 수 있다.The structural modeling means 132 can generate a structural bond model in which the bonding force between the micro structures 15 including the print material printed by the 3D printer 200 is modeled.

구조 모델 수단(132)은 구조 본드 모델의 해석 결과와 복수로 적층된 프린트 소재의 표준 시편에 대한 시험 데이터 간의 비교 분석을 통해 구조 해석에 필요한 제1 대상물(10)의 이방성을 규정할 수 있다.The structural modeling means 132 may define the anisotropy of the first object 10 required for the structural analysis through comparison analysis between the analysis results of the structure bond model and the test data for a plurality of standardized test specimens of the print material.

도 4는 구조 본드 모델을 나타낸 개략도이다.4 is a schematic view showing a structure bond model.

한 층씩 프린팅된 프린트 소재에 해당하는 마이크로 스트럭쳐(15) P 간의 결합력은 노멀 포스(normal force)와 시어 포스(shear force)가 합성된 것으로 나타낼 수 있다.The bond strength between the microstructures 15 corresponding to the layered print material can be represented by the combination of normal force and shear force.

2개의 마이크로 스트럭쳐(15) P 각각의 벡터 x_i, 벡터 x_j를 이용해서, 시간적으로 먼저 프린팅된 마이크로 스트럭쳐(15)를 기준으로 시간적으로 뒤에 프린팅된 마이크로 스트럭쳐(15)의 변위를 벡터 u_ij로 나타낸다.The displacement of the microstructures 15 printed later in time on the basis of the microstructures 15 printed first in time with the vector x _i and the vector x _j of each of the two microstructures 15 is referred to as a vector u _ij Respectively.

노멀 포스는 2개의 마이크로 스트럭쳐(15)가 서로 결합한 방향을 따라 움직인 변위(벡터 u_ij ⁿ)에 일반 탄성 계수 k_n을 곱한 것일 수 있다.The normal force may be the displacement (vector u _ij ⁿ ) moving along the direction in which the two microstructures 15 are coupled to each other, multiplied by the general elastic modulus k _n .

시어 포스는 2개의 마이크로 스트럭쳐(15)가 서로 결합한 방향에 수직한 방향을 따라 움직인 변위(벡터 u_ij ^s)에 전단 탄성 계수 k_s를 곱한 것일 수 있다.The shear force may be the displacement (vector u _ij ^s ) that is moved along the direction perpendicular to the direction in which the two microstructures 15 are joined by the shear modulus k _s .

구조 본드 모델이 유한 요소 해석과 이론적으로 동일하게 동작하도록, 구조 본드 모델은 결합 강도(bond stiffness)와 관련된 일반 탄성 계수 k_n, 전단 탄성 계수 k_s를 유한 요소 해석의 함수로 표현할 수 있다.In order to operate the structural bond model theoretically the same as the finite element analysis, the structural bond model can express the general elastic modulus k _n and the shear modulus k _s associated with the bond stiffness as a function of the finite element analysis.

도 5는 열 본드 모델을 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram showing a thermal bond model.

T_i의 온도를 갖는 파티클 P와 T_j의 오도를 갖는 파티클 P 사이의 열 전달이 규명되면, 프린트 소재의 프린팅 순서에 따라 이루어지는 냉각 현상을 해석할 수 있다.Once the heat transfer between particle P having a temperature of T _i and particle P having an error of T _j is identified, the cooling phenomenon that occurs according to the printing sequence of the print material can be analyzed.

인접한 파티클 간에 전달되는 열량을 계산하기 열 본드 모델은 각 파티클 P 사이의 열 저항에 해당하는 컨덕턴스 K_ij를 규정할 수 있다.Calculating the amount of heat transferred between adjacent particles The thermal bond model can define the conductance K _ij corresponding to the thermal resistance between each particle P.

컨덕턴스 K_ij는 각 파티클 P 내에서 전도되는 열 저항과 관련된 컨덕턴스 및 각 파티클의 접촉면에 형성된 열 저항과 관련된 컨덕턴스를 포함할 수 있다.The conductance K _ij may include the conductance associated with the thermal resistance conducted in each particle P and the conductance associated with the thermal resistance formed at the interface of each particle.

각 파티클의 표면에 이루어지는 표면 냉각은 자연 대류 냉각이 적용될 경우 열 전달 계수 h = 5W/m²K로 규정될 수 있다.Surface cooling on the surface of each particle can be defined as a heat transfer coefficient h = 5 W / m ² K when natural convection cooling is applied.

구조 본드 모델과 열 본드 모델을 이용하면, 프린트 소재가 가상 공간에서 한 층씩 프린팅되며 제1 대상물(10)을 형성하는 시뮬레이션에 프린트 소재의 잔류 응력 또는 열 변형 등이 반영될 수 있다. 잔류 응력 또는 열 변형은 변형 에러(19)를 유발하는 원인이 되므로, 모의 수단(135)에서 이루어지는 제1 대상물(10)의 제작 시뮬레이션 과정에 변형 에러(19)가 나타날 수 있다. 변형 에러(19)는 보정부(150)에 의해 해소될 수 있다.Using the structural bond model and the thermal bond model, the print material may be printed one layer at a time in the virtual space, and the residual stress or thermal deformation of the print material may be reflected in the simulation of forming the first object 10. The residual stress or thermal deformation may cause deformation error 19, so that the deformation error 19 may appear in the simulation process of manufacturing the first object 10 in the simulation means 135. [ The deformation error (19) can be eliminated by the correcting unit (150).

한편, 제1 대상물(10)은 수많은 프린트 소재 입자를 포함할 수 있다. 이때, 각 입자를 대상으로 모델링 및 해석이 이루어지면, 천문학적인 연산 시간이 소요될 수 있다.On the other hand, the first object 10 may include a large number of print material particles. At this time, if modeling and analysis are performed on each particle, astronomical computation time may be required.

마이크로 스트럭쳐(15) 간의 결합력, 잔류 응력, 열 변형 등이 반영된 상태로 제1 대상물(10)이 형성되는 시뮬레이션 시간을 줄이는 방안이 마련될 수 있다.A method for reducing the simulation time in which the first object 10 is formed in a state in which the bonding force, the residual stress, the thermal deformation, and the like between the microstructures 15 are reflected.

일 예로, 모의 수단(135)은 제1 대상물(10)을 형성하는 최소 단위로 제1 대상물(10)의 파티클을 대신해서 복셀(11)(voxel)을 설정할 수 있다. 이때, 복셀(11)은 복수 층으로 적층된 프린트 소재를 포함할 수 있다.For example, the simulation means 135 may set the voxel 11 in place of the particles of the first object 10 as a minimum unit forming the first object 10. At this time, the voxel 11 may include a plurality of layers of the print material.

제1 대상물(10)의 파티클은 제1 대상물(10)을 구성하는 최소 단위일 수 있다. 파티클은 3D 프린터(200)의 노즐로부터 출력된 프린트 소재의 입자를 지칭할 수 있다. 또는 파티클은 3D 프린터(200)로부터 출력된 프린터 소재의 1개 층의 두께를 각 변의 길이 또는 직경으로 하는 입체 도형을 지칭할 수 있다.The particles of the first object 10 may be the smallest unit constituting the first object 10. The particles may refer to particles of the print material output from the nozzles of the 3D printer 200. Alternatively, the particle may refer to a three-dimensional figure in which the thickness of one layer of the printer material output from the 3D printer 200 is the length or diameter of each side.

도 6은 복셀(11)을 나타낸 개략도이고, 도 7은 복셀(11)이 적용된 제1 대상물(10)을 나타낸 개략도이다.FIG. 6 is a schematic diagram showing a voxel 11, and FIG. 7 is a schematic diagram showing a first object 10 to which a voxel 11 is applied.

도 6의 (a)에 도시된 모아이(Moai) 형상의 제1 대상물(10)은 도 6의 (b)와 같이 1개 층의 두께를 갖는 파티클이 노즐의 진행 경로 path를 따라 배열된 것으로 모델링될 수 있다.The first object 10 having a Moai shape shown in FIG. 6 (a) is formed by arranging particles having a thickness of one layer along the path path of the nozzle as shown in FIG. 6 (b) .

도 6의 (b)와 같이 파티클 단위로 모델링된 경우 구조 본드 모델 또는 열 본드 모델의 연산에 많은 시간이 소요될 수 있다. 모델링 해석에 소요되는 시간을 단축시키기 위해 도 6의 (c)와 같이 복셀(11) 단위로 제1 대상물(10)을 모델링할 수 있다.6B, it takes a lot of time to calculate the structure bond model or the thermal bond model. In order to shorten the time required for the modeling analysis, the first object 10 can be modeled in units of voxels 11 as shown in FIG. 6 (c).

일 예로, 도 6에서는 정육면체 형상으로 복셀(11)을 형성하고 있다. 복셀(11)에는 복수개의 층으로 적층된 파티클이 포함될 수 있다. 모의 수단(135)은 복셀(11)을 이용해서 제1 대상물(10)이 가상 공간에 형성되는 과정을 시뮬레이션할 수 있다.For example, in Fig. 6, the voxel 11 is formed in a cuboid shape. The voxel 11 may include particles stacked in a plurality of layers. The simulation unit 135 can simulate the process of forming the first object 10 in the virtual space using the voxel 11. [

도 7에 도시된 복셀(11)로 표현된 제1 대상물(10)은 도 2의 (a)에 도시된 파티클로 표현된 제1 대상물(10)과 비교하여 표면이 투박하기는 하지만, 변형 에러(19)의 파악에는 별다른 무리가 없다. 복셀(11)에 따르면, 변형 에러(19)를 파악하기 위한 시뮬레이션 시간이 대폭 단축될 수 있다.The first object 10 represented by the voxel 11 shown in Fig. 7 has a surface roughness in comparison with the first object 10 represented by the particles shown in Fig. 2 (a) (19) There is no difficulty in grasping. According to the voxel 11, the simulation time for grasping the deformation error 19 can be greatly shortened.

실험 결과, 파티클이 적용된 시뮬레이션은 가상 공간에서 제1 대상물(10)의 제작이 완료될 때까지 대략 16시간 정도가 소요되었다. 반면, 복셀(11)이 적용된 시뮬레이션은 가상 공간에서 제1 대상물(10)의 제작이 완료될 때까지 1.5시간 정도가 소요되었다. 제1 대상물의 종류 및 복셀의 규격에 따라 달라질 수 있으나, 대체로 복셀이 적용되면 수배에서 수십배의 속도 개선 효과가 나타나는 것으로 확인되었다.As a result of the experiment, the simulation using the particle took about 16 hours to complete the fabrication of the first object 10 in the virtual space. On the other hand, the simulation using the voxel 11 took about 1.5 hours to complete the fabrication of the first object 10 in the virtual space. It is confirmed that the speed improvement effect is several times to several tens of times when the voxel is applied, though it can be changed according to the type of the first object and the standard of the voxel.

도 8은 파티클을 복셀화하는 과정을 나타낸 개념도이다.8 is a conceptual diagram illustrating a process of voxelizing particles.

도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 실제 3D 프린터(200)는 1개 층씩 프린트 소재를 적층해가면서 제1 대상물(10)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 8A, the actual 3D printer 200 can form the first object 10 by laminating print materials one layer at a time.

3D 프린터(200)의 노즐 이동 방향은 제n 층(여기서, n은 자연수이다)을 적층할 때와 제n+1 층을 적층할 때 다를 수 있다. 왜냐하면, 각 층 간의 결합력 등을 개선하기 위해서이다.The nozzle moving direction of the 3D printer 200 may be different when laminating the nth layer (where n is a natural number) and laminating the (n + 1) th layer. This is to improve the bonding force between layers.

일 예로, 도 8의 (b)와 같이 3D 프린터(200)는 43층(Layer 43)의 프린트 소재 적층 방향과 44층(Layer 44)의 프린트 소재 적층 방향이 서로 교차하도록 움직일 수 있다.For example, as shown in FIG. 8B, the 3D printer 200 can move so that the direction of stacking the print material of Layer 43 and the direction of stacking the print material of Layer 44 cross each other.

도 8의 (c)는 각 층마다 교차하게 적층된 프린트 소재를 육면체 형태로 절단한 상태이다. 1개 층의 프린트 소재를 마이크로 스트럭쳐(15)로 설정한 경우, 도 8의 (c)는 복수의 마이크로 스트럭쳐(15)가 복수로 적층된 상태로 표현될 수 있다. 이와 다르게 복수 층으로 적층된 프린트 소재의 집합을 마이크로 스트럭쳐(15)로 표현해도 무방하다.FIG. 8 (c) shows a state in which the print material which is stacked alternately for each layer is cut into a hexahedron shape. When a single-layer print material is set to the microstructure 15, a plurality of microstructures 15 can be represented in a stacked state. Alternatively, a set of print materials stacked in a plurality of layers may be represented by a microstructure 15.

각 층마다 교차하게 적층된 프린트 소재가 입체 도형의 형태로 절단되거나 구분될 때, 도 8의 (d)와 같이 해당 입체 도형이 복셀(11)이 될 수 있다.When the print material stacked alternately for each layer is cut or divided into a three-dimensional figure, the three-dimensional figure can be a voxel 11 as shown in FIG. 8 (d).

파티클이 기하학적으로 복셀(11)로 변환되면, 파티클은 정상적인 모델링/해석/시뮬레이션을 위해 물성적으로도 복셀(11)로 변환되어야 한다. 즉, 대상물 분석의 최소 단위로 파티클을 대신해서 복셀(11)을 적용하기 위해서는 복셀(11)의 특성이 규정될 필요가 있다.Once the particles are geometrically transformed into voxels 11, the particles must be converted to voxels 11 in physical properties for normal modeling / analysis / simulation. That is, in order to apply the voxel 11 instead of the particle as the minimum unit of object analysis, the characteristic of the voxel 11 needs to be defined.

모의 수단(135)은 시간에 따른 파티클의 응고 상태, 파티클의 수축 상태, 각 파티클 간의 결합 상태 중 적어도 하나의 특성을 복셀(11)의 물성 변화, 복셀(11)의 부피 변화, 각 복셀(11) 간의 결합력 변화 중 하나로 구현할 수 있다.The simulating means 135 calculates at least one characteristic of the solidification state of the particle, the contraction state of the particle and the bonding state between the particles with time according to the physical property change of the voxel 11, the volume change of the voxel 11, ) Of the coupling force between the two.

마이크로 스트럭쳐(15)의 생성 시간을 평균해서 복셀(11)의 생성 과정에 대입하면 결합 순서에 따른 이방성이 구현될 수 있다.Anisotropy according to the combining order can be realized by averaging the generation time of the microstructures 15 and substituting them for the generation process of the voxel 11.

도 9는 본 발명의 3D 프린팅 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다. 도 9는 본 발명의 3D 프린팅 방법을 나타낼 수 있다.9 is a flowchart illustrating an operation of the 3D printing apparatus of the present invention. Figure 9 illustrates a 3D printing method of the present invention.

제1 코드에 따라 제1 대상물(10)이 형성되는 과정을 가상 공간 상에서 시뮬레이션하는 모의 수단(135)은 제1 대상물(10)의 파티클 간의 결합 강도를 계산하거나 구성할 수 있다(S 551).Simulation means 135 for simulating the process of forming the first object 10 according to the first code on the virtual space may calculate or construct the coupling strength between the particles of the first object 10 (S 551).

모의 수단(135)은 3D 프린터(200)의 프린팅 경로에 따라 파티클이 포함된 복셀(11) 등의 해석 요소를 자동으로 생성할 수 있다(S 552).The simulation unit 135 may automatically generate an analysis element such as a voxel 11 including particles according to the printing path of the 3D printer 200 (S552).

모의 수단(135)은 제1 대상물(10)의 경계 조건 또는 해석 요소의 경계 조건을 적용할 수 있다(S 553).The simulation means 135 may apply the boundary condition of the first object 10 or the boundary condition of the analysis element (S 553).

모의 수단(135)은 해석 요소에 작용되는 힘을 계산할 수 있다(S 554).The simulation means 135 may calculate the force acting on the analysis element (S 554).

모의 수단(135)은 해석 요소의 변형량 또는 각 해석 요소의 변위를 계산할 수 있다(S 555).The simulation means 135 may calculate the deformation amount of the analysis element or the displacement of each analysis element (S555).

모의 수단(135)은 해석 요소의 스트레인(strain tensor) 텐서 또는 스트레스 텐서(stress tensor)을 계산할 수 있다(S 556). 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서는 해석 요소에 작용되는 힘을 계산하는 단계(S 554)로 피드백될 수 있다.The simulation means 135 may calculate the strain tensor tensor or the stress tensor of the analytical element (S 556). The strain tensor or stress tensor may be fed back to step 554 of calculating the force acting on the analysis element.

파악부(130), 구체적으로 예상 수단(139)은 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서를 이용해 변형 에러(19)를 파악할 수 있다. 일 예로, 예상 수단(139)은 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서가 기설정된 설정값을 초과하면 변형 에러(19)가 발생된 것으로 파악할 수 있다. 다른 예로, 예상 수단(139)은 스트레인 텐서 또는 스트레스 텐서로 인해 변형된 제1 대상물(10)을 초기 제1 대상물(10)의 디자인과 비교하고, 둘 사이의 변형량이 설정값을 초과하면 변형 에러(19)가 발생된 것으로 파악할 수 있다.The grasping portion 130, and more particularly the anticipation means 139, can grasp the strain error 19 using a strain tensor or a stress tensor. As an example, the prediction means 139 may determine that deformation error 19 has occurred if the strain tensor or stress tensor exceeds a predetermined set value. As another example, the prediction means 139 may compare the deformed first object 10 with the design of the initial first object 10 due to the strain tensor or stress tensor, and if the deformation amount between the two objects exceeds the set value, (19) is generated.

모델 수단(131), 구체적으로 구조 모델 수단(132)은 한 층씩 프린팅된 프린트 소재가 포함된 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터를 파악할 수 있다(S 521). 또한, 모델 수단(131)은 구조 본드 모델의 해석 결과와 복수로 적층된 프린트 소재의 표준 시편에 대한 시험 데이터 간의 비교 분석을 통해 구조 해석에 필요한 제1 대상물(10)의 이방성을 규정할 수 있다(S 521).The modeling means 131 and in particular the structure modeling means 132 can grasp the geometrical data of the microstructure 15 including the print material printed one by one and the geometrical data of the first object 10 (S 521). In addition, the modeling unit 131 can define anisotropy of the first object 10 necessary for the structural analysis through comparison analysis between the analysis results of the structure bond model and the test data for the standard specimens of a plurality of laminated print materials (S 521).

모델 수단(131)은 마이크로 스트럭쳐(15)(micro structure)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터, 제1 대상물(10)의 이방성을 이용해서 마이크로 스트럭쳐(15) 간의 결합력을 모델링할 수 있다(S 522).The modeling means 131 models the bonding force between the microstructures 15 using the geometric data of the microstructure 15, the geometrical data of the first object 10 and the anisotropy of the first object 10 (S 522).

모의 수단(135)은 마이크로 스트럭쳐(15) 간의 결합력이 모델링된 구조 본드 모델을 이용해서 제1 대상물(10)의 파티클 간의 결합 강도를 구성할 수 있다(S 551).The simulation unit 135 can construct the bonding strength between the particles of the first object 10 using the structure bond model modeled by the bonding force between the microstructures 15 (S 551).

모의 수단(135)은 마이크로 스트럭쳐(15)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터를 이용해서 3D 프린터(200)의 프린팅 경로에 따라 파티클이 포함된 해석 요소를 자동으로 생성할 수 있다(S 552). 마이크로 스트럭쳐(15)의 기하학적 데이터와 제1 대상물(10)의 기하학적 데이터가 없다면, 모의 수단(135)은 복셀(11)을 어떤 규격으로 형성할지, 복셀(11)을 어떻게 쌓아갈지 결정할 수 없을 것이다.The simulation unit 135 can automatically generate the analysis element including the particles according to the printing path of the 3D printer 200 using the geometric data of the microstructure 15 and the geometric data of the first object 10 (S 552). Without the geometric data of the microstructures 15 and the geometric data of the first object 10, the simulation means 135 will not be able to determine what size to form the voxel 11 and how to stack the voxel 11 .

모의 수단(135)은 제1 데이터의 파티클이 포함된 복셀(11) 등의 해석 요소를 3D 프린터(200)의 프린팅 경로를 따라 자동으로 생성할 수 있다.The simulation unit 135 may automatically generate an analysis element such as the voxel 11 including the particles of the first data along the printing path of the 3D printer 200. [

모델 수단(131), 구체적으로 열 모델 수단(133)은 프린팅 순서에 따른 냉각 해석(S 532)이 포함된 해석 요소의 열 변형량을 계산할 수 있다(S 531). The model means 131, specifically the thermal modeling means 133, can calculate the amount of thermal deformation of the analysis element including the cooling analysis S 532 according to the printing order (S 531).

열 모델 수단(133)에서 계산된 열 변형량은 모의 수단(135)에 의해 해석 요소의 변형량 또는 각 해석 요소의 위치 변화를 계산하는데에 이용될 수 있다(S 555).The thermal deformation amount calculated in the thermal model means 133 can be used by the simulation means 135 to calculate the deformation amount of the analytical element or the positional change of each analytical element (S 555).

열 변형 등이 반영된 제1 대상물(10)의 시뮬레이션 결과는 보정부(150) 또는 표시부(170)로 전달될 수 있다.The simulation result of the first object 10 reflecting the thermal deformation or the like may be transmitted to the correction unit 150 or the display unit 170. [

보정부(150)로 전달된 시뮬레이션 결과는 변형 에러(19)가 보정된 제2 코드의 생성에 이용될 수 있다.The simulation result transmitted to the correction unit 150 can be used for generating the second code in which the deformation error 19 is corrected.

표시부(170)로 전달된 시뮬레이션 결과는 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 표시될 수 있다.The simulation results transmitted to the display unit 170 can be visually displayed to the user through the display.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

10...제1 대상물 11...복셀
15...마이크로 스트럭쳐 30...디자인부
50...변환부 70...3DP 컨트롤러
110...획득부 130...파악부
131...모델 수단 132...구조 모델 수단
133...열 모델 수단 135...모의 수단
139...예상 수단 150...보정부
170...표시부 200...3D 프린터10 ... First object 11 ... Voxel
15 ... Microstructure 30 ... design department
50 ... converter 70 ... 3DP controller
110 ... obtaining unit 130 ... holding unit
131 ... model means 132 ... structural model means
133 ... thermal model means 135 ... simulated means
139 ... prediction means 150 ... correction unit
170 ... display unit 200 ... 3D printer

Claims

An acquiring unit acquiring the first code when a first code for controlling the 3D printer is provided for printing the first object;
A grasping unit for grasping a deformation error in which the first object is deformed differently from an initial design value in an actual printing process of the first object before an actual printing process of the first object;
The 3D printing device comprising:

The method according to claim 1,
And a correcting unit for generating a second code in which the deformation error is corrected,
Wherein the obtaining unit prevents the first code targeting the 3D printer from being delivered to the 3D printer, intercepts the first code, and transfers the first code to the grasp unit,
Wherein the correcting unit provides the second code to the 3D printer instead of the first code.

The method according to claim 1,
And a correcting unit for generating a second code in which the deformation error is corrected,
Wherein the grasping unit grasps at least one of thermal deformation and coupling deformation of the print material output from the nozzle of the 3D printer,
Wherein the correcting unit analyzes the first code to determine the path of the nozzle and generates the second code in which the path of the nozzle or the velocity of the nozzle is modified such that the occurrence of the thermal deformation or the coupling deformation is suppressed, Printing device.

The method according to claim 1,
And a correcting unit for generating a second code in which the deformation error is corrected,
The grasping unit grasps an error position where the deformation error is expected,
Wherein the correcting unit analyzes the first code to determine an error command for controlling the 3D printer to print the print material at the error position,
Wherein the correcting unit adds a pause command between the error instruction and another instruction before the error instruction,
Wherein the pause command stops the printing of the error position for a set time and causes the error instruction to be executed when the set time has elapsed.

The method according to claim 1,
The grasping portion includes model means and simulation means,
When the 3D printer forms the first object by stacking the print materials one by one,
Wherein the modeling means models the bonding force between the microstructures including the print material printed one by one, defines the anisotropy of the first object using the modeling,
Wherein the simulating means simulates the process of generating the first object according to the first code in the virtual space in a state where the anisotropy is reflected.

6. The method of claim 5,
And a correcting unit for generating a second code in which the deformation error is corrected,
Wherein the determination unit includes prediction means,
Wherein the prediction means recognizes the deformation error in which the first object is deformed differently from the initial design value due to the reflection of the anisotropy during the simulation and transmits the error position where the deformation error occurred to the correction unit,
Wherein the correcting unit generates the second code using the error position.

The method according to claim 1,
The grasping portion includes model means for modeling a state of bonding between particles of a print material to be printed in order of time by the 3D printer,
The modeling means includes thermal modeling means for modeling the thermal coupling state between the particles and structural modeling means for modeling the structural coupling state between the particles,
Wherein the thermal model means generates a thermal bond model in which at least one of a heat transfer coefficient of the particle and a shrinkage rate due to cooling of the particle is modeled,
When the 3D printer forms the first object by stacking the print materials one by one,
Wherein the structural modeling means generates a structural bond model in which bonding forces between microstructures including the print material printed one by one are modeled,
Wherein the structural modeling means specifies the anisotropy of the first object required for structural analysis through a comparison analysis between the analysis result of the structural bond model and the test data for a plurality of standardized test specimens of the print material.

The method according to claim 1,
Wherein the grasping unit includes simulation means for setting a voxel in place of the particles of the first object as a minimum unit forming the first object,
Wherein when the 3D printer stacks the print materials one by one to form the first object, the voxel includes a print material laminated in a plurality of layers,
Wherein the simulating means simulates a process of forming the first object in the virtual space using the voxel.

9. The method of claim 8,
Wherein the simulating means implements at least one of the solidification state of the particle, the contraction state of the particle, and the bonding state between the particles with time according to one of the physical property change of the voxel, the volume change of the voxel, A 3D printing device.

The method according to claim 1,
Wherein the determining unit includes simulation means for simulating a process of forming the first object according to the first code in a virtual space,
Wherein the simulating means comprises:
Constituting the bonding strength between the particles of the first object,
An analysis element including the particle is automatically generated according to a printing path of the 3D printer,
Applying a boundary condition of the first object or a boundary condition of the analysis element,
Calculating a force acting on said analysis element,
Calculating a deformation amount of the analysis element or a displacement of each analysis element,
Calculating a strain tensor tensor or a stress tensor of the analysis element,
And the grasping unit grasps the strain error using the strain tensor or the stress tensor.

The method according to claim 1,
The grasping portion includes model means and simulation means,
When the 3D printer forms the first object by stacking the print materials one by one,
Wherein the modeling unit models geometric data of a micro structure including the print material printed one layer at a time and geometric data of the first object to model a coupling force between the microstructures,
Wherein the simulating means constitutes a bonding strength between the particles of the first object using a structure bond model modeled by a bonding force between the microstructures,
Wherein the simulating means uses the geometric data of the microstructure and the geometric data of the first object
And automatically generates analysis elements including the particles according to a printing path of the 3D printer.

The method according to claim 1,
The grasping portion includes model means and simulation means,
Wherein the simulation means automatically generates an analysis element including particles of the first data along a printing path of the 3D printer,
Wherein the modeling means calculates the thermal deformation amount of the analysis element including the cooling analysis according to the printing order,
Wherein the simulation means calculates a deformation amount of the analysis element or a change in position of each analysis element using the thermal deformation amount.