KR20190023813A - 3d 프린터 - Google Patents

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KR20190023813A
KR20190023813A KR1020170110109A KR20170110109A KR20190023813A KR 20190023813 A KR20190023813 A KR 20190023813A KR 1020170110109 A KR1020170110109 A KR 1020170110109A KR 20170110109 A KR20170110109 A KR 20170110109A KR 20190023813 A KR20190023813 A KR 20190023813A
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KR1020170110109A
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조길완
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아이캐스트 주식회사
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Abstract

본 발명은, 내부에 광경화수지가 수용되는 수지수용조, 상기 광경화수지를 경화시키기 위해 상기 수지수용조에 이미지를 투사하기 위한 적어도 하나의 프로젝터 및 상기 수지수용조 내에 수용된 상기 광경화수지가 순차적으로 경화되도록 경화된 상기 광경화수지를 이동시키기 위한 수지이동부를 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 이미지가 입사되는 상기 수지수용조의 투사면을 촬영하기 위한 카메라, 상기 투사면에 형성된 기준패턴 및 상기 프로젝터는 테스트패턴을 투사하되, 상기 카메라에 의해 촬영된 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴을 근거로 상기 프로젝터에 의해 투사되는 이미지를 보정하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 제공한다.

Description

3D 프린터 {3D PRINTER}
본 발명은 DLP방식 3D프린터에서 자외선광 투사이미지와 실제 설계한 3D data값과의 편차를 보정하는 것이다.
일반적으로 3D 프린터는 프린터 재료 분사 장치 또는 경화 장치의 X축, Y축, Z축 제어를 통해 공간에 3차원 형상을 제작하기 위한 장치로, 통상 2차원 단면을 연속적으로 재구성하여 소재를 한 층씩 형성하면서 적층하는 방식으로 3차원 형상이 구현된다.
이러한 연속적 적층 방식을 통한 고품질, 고속의 3차원 입체 제작을 위해서는 고도의 재료 경화 기술이 전제되어야 하는 것으로, 위 재료 경화 기술로는 통상 열, 레이저, UV 광(Ultraviolet)을 이용한 방식이 통상 사용되고 있다.
여러가지 방식 중 다른 방식들에 비해 고속으로 고품질의 출력물 획득이 가능한 UV 광를 이용한 재료 경화 방식, 즉 광경화수지가 내부에 수용되는 수지수용조의 하부로 광을 조사하여 광이 조사된 부분만 경화되는 원리를 이용한 DLP(Digital Light Processing) 방식이 선호되고 있다.
도 1은 종래 DLP 방식의 3D 프린터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이 종래 3D 프린터(10)는 광경화수지(A)가 내부에 저장된 수지수용조(13)의 하부로 프로젝터(11)가 광을 조사한다. 투명소재의 수지수용조(13)의 내부에 조형스테이지(12)가 삽입된 상태에서 광이 조사된 영역이 경화됨으로써, 조형스테이지(12) 상에 성형품의 단면 형상에 대응되는 경화층이 조형된다. 이후 조형스테이지(12)가 상승하고 연속·반복적으로 조형된 경화층이 다층으로 적층됨으로써 입체형상의 성형품이 조형된다.
한편, 출력 결과물의 크기(Size)가 도면상의 설계 사이즈와 정확히 일치해야 함에도 불구하고, DLP 방식의 3D 프린터는 3D 프린터를 조립하는 과정에서 발생하는 조립 오차나 광학계의 오차로 인하여 보정을 하지 않으면, 출력 결과물은 설계 사이즈보다 크거나 작게 조형될 수 있으며, 출력 결과물이 왜곡되어 조형될 수도 있는 문제점이 있다.
또한, DLP 방식의 3D 프린터는 DLP 광학 모듈의 출력 크기 향상을 위하여 2개의 프로젝터를 병렬로 놓을 경우 광학 모듈의 배열은 매우 중요하며, 이때, 2개의 투사면이 겹쳐서도 안되고, 그 사이가 떨어져도 안되며, 광학계의 오차로 인해 배율의 차이가 발생하여 동일한 설계사이즈에 대해 광학모듈별로 출력부의 크기가 달라져서도 안된다. 즉, 광학계의 오차로 인해 출력 결과물이 실제 크기와 일치하지 않고 초과하여 출력되는 경우와 출력 결과물이 기울어진 경우, 출력 결과물이 수직과 수평이 맞지 않는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 본 발명자는 한국특허출원번호 제2016-0046117호에서 포토센서를 이용하여 3D 프린터에서 투사되는 이미지의 크기 및 배치를 자동으로 보정하는 방법을 출원하였으나, 이 이외에 투사 이미지를 보정하는 새로운 방식에 대한 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.
KR 10-1533374 B1
본 발명은, 프로젝터로부터 투사된 이미지의 크기, 기울어짐 또는 일그러짐 등을 자동으로 보정할 수 있는 3D 프린터를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 내부에 광경화수지가 수용되는 수지수용조, 상기 광경화수지를 경화시키기 위해 상기 수지수용조에 이미지를 투사하기 위한 적어도 하나의 프로젝터 및 상기 수지수용조 내에 수용된 상기 광경화수지가 순차적으로 경화되도록 경화된 상기 광경화수지를 이동시키기 위한 수지이동부를 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 이미지가 입사되는 상기 수지수용조의 투사면을 촬영하기 위한 카메라, 상기 투사면에 형성된 기준패턴 및 상기 프로젝터는 테스트패턴을 투사하되, 상기 카메라에 의해 촬영된 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴을 근거로 상기 프로젝터에 의해 투사되는 이미지를 보정하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 크기를 비교하고, 상기 테스트패턴의 크기가 상기 기준패턴의 크기에 상응할 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 크기를 보정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 기울기를 비교하여, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 선이 평행이 될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기울기를 보정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 모서리를 비교하여, 상기 모서리의 일그러짐 편차가 제거될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 왜곡을 보정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 프로젝터이 복수인 경우, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 어느 하나의 코너를 비교하여, 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점과 서로 일치할 때까지, 또는 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점으로부터 소정 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점과 서로 일치할 때까지, 상기 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기준점을 보정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 크기를 비교하고, 상기 테스트패턴의 크기가 상기 기준패턴의 크기에 상응할 때까지, 상기 테스트패턴의 크기를 보정하고, 이후, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 기울기를 비교하고, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 선이 평행이 될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기울기를 보정하며, 이후, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 모서리를 비교하여, 상기 모서리의 일그러짐 편차가 제거될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 왜곡을 보정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 프로젝터이 복수인 경우, 상기 테스트패턴의 기울기를 보정한 이후, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 어느 하나의 코너를 비교하여, 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점과 서로 일치할 때까지, 또는 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점으로부터 소정 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점과 서로 일치할 때까지, 상기 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기준점을 보정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴은 사각형 테두리 또는 사각형 그리드패턴일 수 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터는, 프로젝터로부터 투사된 이미지의 크기, 기울어짐 또는 일그러짐 등을 자동으로 보정함으로써, 3D 프린터의 출력 결과물을 설계물과 일치시킬 수 있다.
또한, 복수의 프로젝터로부터 투사된 복수의 인접한 이미지 간에 중첩이나 이격없이 이미지가 연속하도록 보정할 수 있다.
도 1은 종래 DLP 방식의 3D 프린터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수지수용조 상부에서 내려다 본 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트패턴의 크기를 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트패턴의 기울기를 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트패턴의 기준점을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트패턴의 왜곡을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트패턴를 보정하는 과정을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는 광경화수지(A)를 내부에 수용 및 저장하기 위한 수지수용조(13)와, 상기 광경화수지(A)를 경화시키기 위해 상기 수지수용조(13)에 이미지를 투사하기 위한 적어도 하나의 프로젝터(11)와, 상기 수지수용조(13) 내에 수용된 상기 광경화수지(A)가 순차적으로 경화되도록 경화된 상기 광경화수지를 이동시키기 위한 수지이동부와, 상기 이미지가 입사되는 상기 수지수용조(13)의 투사면을 촬영하기 위한 카메라(15)와, 상기 투사면에 형성된 기준패턴(110)과, 상기 프로젝터(11)는 테스트패턴(120)을 투사하되, 상기 카메라(15)에 의해 촬영된 상기 테스트패턴(120)과 상기 기준패턴(110)을 근거로 상기 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지를 보정하기 위한 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
다만, 도 2a 및 2b에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 3D 프린터가 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
수지수용조(13)는 내부에 자외선 등의 광을 받아 경화되는 광경화수지(A)를 수용하기 위한 것으로서, 상기 수지수용조(13)는 프로젝터(13)로부터 투사된 광원이 상기 수지수용조(13)에 저장된 광경화수지(A)에 미치도록 투명소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 상기 프로젝터(13)는 자외선을 조사하는 광원을 사용하고 상기 광경화수지(A)도 자외선 경화수지를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한하지 않고, 상기 프로젝터(13)의 광원이 전자선을 조사하고 상기 광경화수지(A)도 전자선 경화수지(EB 경화수지) 등일 수 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터는 2차원 평면으로 광경화수지(A)를 경화시킨 후 이를 순차적으로 적층함으로써 3차원의 입체 형상을 조형하는 것으로, 상기 수용조(13) 내의 광경화수지는 2차원 평면으로 경화되는 것이 바람직하기 때문에, 상기 수지수용조(13)의 저면, 즉 프로젝터(13)의 투사면은 프로젝터(11)의 광원의 조사면과 평행하도록 배치되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 수지수용조(13) 내부의 저면에 위치하는 광경화수지(A)만 2차원 평면으로 경화되며, 경화층을 순차적으로 경화시켜 3차원 형상으로 구현하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지이동부는 경화된 광경화수지를 높이 방향으로 이동시킬 수 있다. 경화된 광경화수지가 높이방향으로 이동한 경우, 기존 경화된 광경화수지가 있었던 위치에는 경화되지 않은 광경화수지가 이동하고, 이후 프로젝터(11)에 의해 투사된 다른 형상의 단면이미지에 의해 상기 이동된 광경화수지가 2차원 평면으로 순차로 경화됨으로써 3차원 형상을 구현하게 된다.
본 발명에 따른 수지이동부는 경화된 광경화수지를 높이방향으로 이동하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한하지 않고 다양한 방향으로 이동하여 순차 경화된 광경화수지에 의해 3차원 형상을 구현할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는 사용자가 의도한 3차원의 입체 형상을 조형하기 위해, 제어부는 성형품(B)의 입체형상에 대응하는 설계 도면 데이터를 근거로 프로젝터(11)를 이용하여 이미지나 패턴을 광경화수지가 수용된 수지수용조(130)의 하부 투사면(13a)에 투사하게 된다.
일 예로, 설계 도면의 크기가 200mm * 100mm인 경우, 출력과정에서 광학계의 오차와 프로젝터(11)에서 투사면까지의 거리 오차 등으로 인하여 실제 출력되는 이미지 등은 보정 절차가 없는 한, 실제 출력되는 도면은 설계 도면과 일치하지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는 프로젝터(11)에 의해 실제 투사되는 도면이 설계 도면과 부합되도록 하기 위해, 상기 수지수용조(13)의 하부 투사면에 형성된 기준패턴과, 테스트패턴을 상기 투사면에 투사하는 프로젝터와, 상기 기준패턴 및 테스트패턴을 촬영하기 위한 카메라(15)와, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 근거로 상기 테스트패턴을 상기 기준패턴에 대응되도록 보정하는 제어부를 포함할 수 있다.
우선, 카메라(15)는 프로젝터(11)에 의해 상기 수지수용조(13)의 하부 투사면에 투사되는 이미지나 패턴을 촬영하기 위한 것으로, 상기 카메라(15)는 상기 수지수용조(13)의 하부 투사면을 향하여 배설(配設)되되, 바람직하게는 가급적 상기 프로젝터(11)와 인접하게 설치되어 상기 카메라(15)에 의해 촬영되는 피사체, 즉 기준패턴과 테스트패턴이 기울어지거나 왜곡되지 않도록 하는 것이 좋다.
구체적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수지수용조(13) 상부에서 내려다 본 모습을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 프로젝터(11)와 카메라(15)는 수지수용조(13)의 하부 중앙부에서 상기 수지수용조(13)의 하부 투사면을 향하도록 설치되되 서로 인접하도록 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 수지수용조(13)의 하부 투사면에는 기준패턴(110)이 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 기준패턴(110)은 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지나 패턴을 보정하기 위한 기준이 되는 이미지나 패턴인 것으로, 상기 수지수용조(13)는 투명한 소재로 이루어져 있기 때문에, 상기 수지수용조(13)의 바닥 내측면이나 바닥 외측면 중 어느 면에 형성되어도 무방하고, 상기 기준패턴(110)의 형상은 상기 수지수용조(13)의 단면 형상에 따라 일반적으로 사각형 테두리나 사각형 그리드 형상 등일 수 있으나 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 기준패턴(110)의 크기는 상기 카메라(15)에 의해 촬영되는 영역 내에 상기 기준패턴(110)이 전부 포함이 될 수 있도록 그 크기를 갖되, 상기 하나의 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지 또는 패턴의 최대 크기보다 큰 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 제어부는 상기 프로젝터(110)에 의해 투사된 테스트패턴(120)과 상기 기준패턴(110)을 상호 비교하고, 비교 결과를 근거로 상기 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지 또는 패턴을 보정할 수 있다. 여기서, 제어부가 기준패턴(110)과 상기 패스트패턴(120)을 인식하고, 상호 비교하는 구체적인 방법은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 설명하지 않는다.
이하, 상기 제어부가 상기 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지 또는 패턴을 보정하는 과정을 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트이미지의 크기를 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
제어부는 프로젝터(11)에 의해 실제 투사된 테스트패턴(120)과 수지수용조(13)에 표시된 기준패턴(110)을 비교하고, 만약 도 4에 도시한 바와 같이, 테스트패턴(120)이 기준패턴(110)보다 작은 경우에는, 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지 또는 패턴의 크기가 커지도록 프로젝터(11)를 제어하거나 설계 도면에 대한 보정을 할 수 있다.
제어부는 테스트패턴(120)의 크기나 후술하는 기울어짐, 일그러짐, 위치 등을 보정할 때, 카메라(15)를 통해 측정된 테스트패턴(120)과 참조가 되는 기준패턴(110)의 상호 비교에 의한 오차를 피드백 받아 이를 근거로 테스트패턴(120)에 대한 보정을 제어할 수 있다.
여기서, 제어부는 상기 테스트패턴(120)의 크기를 보정할 때, 상기 테스트패턴(120)이 상기 기준패턴(110)과 일치하거나, 상기 테스트패턴(120)이 상기 기준패턴(110)의 소정 비율만큼이 되도록 보정할 수 있다.
이렇게 제어부에 의해 보정이 완료된 경우, 보정된 설정값을 근거로 프로젝터(11)에 적용하여, 프로젝터(11)가 설계 도면을 투사면에 실제 투사할 때, 투사된 이미지나 패턴이 설계 치수에 일치하도록 할 수 있다.
미설명 부호 T는 설계 도면과 일치하는 크기로 프로젝터(11)에 의해 투사된 부분을 가리킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트이미지의 기울기를 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
제어부는 프로젝터(11)에 의해 실제 투사된 테스트패턴(120)과 수지수용조(13)에 표시된 기준패턴(110)을 비교하고, 만약 도 5에 도시한 바와 같이, 기준패턴(110)과 대비되는 테스트패턴(120)이 소정 방향으로 소정 각도만큼 기울어진 경우, 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지 또는 패턴의 기울기 오차를 보정하도록 프로젝터(11)를 제어하거나 설계 도면에 대한 보정을 할 수 있다.
구체적으로 제어부는 기준패턴(110)과 테스트패턴(120) 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 선(수직선 또는 수평선)의 기울기 편차를 근거로 하여 상기 기울기 편차가 0이 되도록 테스트패턴(120)의 기울기를 보정할 수 있다. 즉, 제어부는 기울기 보정을 통해 투사면에 투사된 보정된 테스트패턴(121)과 기준패턴(110)의 수직 또는 수직선이 서로 평행하거나 일치하도록 보정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트이미지의 왜곡을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
제어부는 프로젝터(11)에 의해 실제 투사된 테스트패턴(120)과 수지수용조(13)에 표시된 기준패턴(110)을 비교하고, 만약 도 7에 도시한 바와 같이, 테스트패턴(120)에 왜곡이 발생하여 테스트패턴(120)과 기준패턴(110) 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 모서리에 편차가 발생한 경우, 프로젝터(11)에 의해 투사되는 이미지 또는 패턴의 일그러짐 편차가 0이 되도록 테스트패턴(120)의 왜곡을 보정할 수 있다. 즉, 제어부는 일그러짐에 대한 왜곡 보정을 통해 투사면에 투사된 보정된 테스트패턴(121)과 기준패턴(110)의 상호 대응하는 모서리가 일치하거나 평행하도록 보정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트이미지의 기준점을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
프로젝터(11)가 복수인 경우, 복수의 프로젝터(11)에 의해 투사되는 복수의 화면은 서로 겹치거나 떨어질 수 있으며, 중첩되거나 이격되는 부분 없이 정확히 배열하기 위해서는 투사되는 이미지나 패턴의 기준점의 일치가 매우 중요하다. 여기서, 기준점은 복수의 프로젝터(11)로부터 투사된 복수의 이미지나 패턴들을 서로 일치시키기 위한 기준이 되는 지점으로, 상기 이미지나 패턴의 특징점을 가리키나, 일 예로, 기준패턴(110) 및 테스트패턴(120)이 사각형 테두리인 경우, 어느 한 꼭짓점을 기준점으로 할 수 있다.
기준점 일치를 위해, 어느 하나의 프로젝터(11)에 의해 투사된 테스트패턴(120)과 상기 수지수용조(13)의 하부 투사면에 형성된 기준패턴(110)을 이용할 수 있고, 제어부는 기준패턴(110)과 테스트패턴(120) 간에 상호 대응하는 어느 하나의 코너(111, 121)를 비교하고, 만약 도 6에 도시한 바와 같이, 테스트패턴(120)의 일 코너 기준점(121)이 정상 출력 패턴의 대응되는 일 코너 기준점(T1)보다 11시방향으로 치우쳐진 경우, 상기 테스트패턴(120)의 일 코너 기준점(121)이 기준패턴(110)의 일 코너 기준점(111)과 일치하거나, 상기 테스트패턴(120)의 일 코너 기준점(121)이 상기 기준패턴(110)의 일 코너 기준점(111)으로부터 소정 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점과 일치하도록 보정할 수 있다.
한편, 도 8a 내지 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터가 테스트이미지를 보정하는 과정을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는, 도 8에 도시한 바와 같이, 먼저 테스트패턴에 대한 크기를 보정하고, 이후 순차적으로 기울기 보정, 기준점 보정 및 왜곡 보정을 할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 제어 방법은, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 프로젝터(11)가 테스트패턴을 투사하는 단계(S11)와, 카메라(15)가 상기 테스트패턴(120) 및 기준패턴(110)을 촬영하는 단계(S12)와, 제어부가 상기 기준패턴(110)과 상기 테스트패턴(120)을 비교하는 단계(S13)와, 상기 테스트패턴(120)의 크기가 상기 기준패턴(110)의 크기에 상응할 때까지 상기 테스트패턴의 크기를 보정하기 위해 오차에 따른 보정값을 연산하는 단계(S15)와, 보정된 테스트패턴(120)을 투사하는 단계(S16)을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 제어 방법은, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 테스트패턴의 기울기를 보정하기 위해, 프로젝터(11)가 테스트패턴을 투사하는 단계(S21)와, 카메라(15)가 상기 테스트패턴(120) 및 기준패턴(110)을 촬영하는 단계(S22)와, 제어부가 상기 기준패턴(110)과 상기 테스트패턴(120)의 상응하는 적어도 하나의 선을 비교하여 기울기 오차를 산정하고(S23), 상기 상응하는 적어도 하나의 선이 평행하거나 일치할 때까지, 기울기 오차에 따른 보정값을 연산하여(S25), 보정된 테스트패턴(120)을 투사하는 단계(S26)를 포함할 수 있다.
이후, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 제어 방법은, 도 8c에 도시하는 바와 같이, 프로젝터가 복수인 경우 기준점을 일치시키기 위해, 프로젝터(11)가 테스트패턴을 투사하는 단계(S31)와, 카메라(15)가 상기 테스트패턴(120) 및 기준패턴(110)을 촬영하는 단계(S32)와, 제어부가 기준패턴(110)과 테스트패턴(120) 간에 상호 대응하는 어느 하나의 코너(111, 121)를 비교하는 단계(S33)와, 상기 테스트패턴(120)의 일 코너 기준점(121)이 상기 기준패턴(110)의 일 코너 기준점(111)과 일치하는지 판단하고(S33), 상기 테스트패턴(120)의 일 코너 기준점(121)이 기준패턴(110)의 일 코너 기준점(111)과 일치하거나, 상기 테스트패턴(120)의 일 코너 기준점(121)이 상기 기준패턴(110)의 일 코너 기준점(111)으로부터 소정 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점과 일치할 때까지, 기준점 오차에 따른 보정값을 연산하여(S35), 보정된 테스트패턴(120)을 투사하는 단계(S36)를 포함할 수 있다.
이후, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 제어 방법은, 도 8d에 도시하는 바와 같이, 프로젝터(11)가 테스트패턴을 투사하는 단계(S41)와, 카메라(15)가 상기 테스트패턴(120) 및 기준패턴(110)을 촬영하는 단계(S42)와, 테스트패턴(120)에 왜곡이 발생하여 테스트패턴(120)과 기준패턴(110) 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 모서리에 편차가 발생하였는지, 즉 일그러짐이 발생하였는지 판단하는 단계(S43)와, 제어부는 일그러짐에 대한 왜곡 보정을 통해 투사면에 투사된 보정된 테스트패턴(121)과 기준패턴(110)의 상호 대응하는 모서리가 일치하거나 평행하도록 보정하기 위해 보정값을 연산하는 단계(S44)와, 보정된 테스트패턴(120)을 투사하는 단계(S45)를 포함할 수 있다.
이렇게 본 발명에 따른 3D 프린터는, 프로젝터로부터 투사된 이미지의 크기, 기울어짐 또는 일그러짐 등을 자동으로 보정함으로써, 3D 프린터의 출력 결과물을 설계물과 일치시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 3D 프린터 11: 프로젝터
12: 조형스테이지 13: 수지수용조
13a: 투사면 14: 출력화면
15: 카메라 110: 기준패턴
120: 테스트패턴

Claims (8)

  1. 내부에 광경화수지가 수용되는 수지수용조;
    상기 광경화수지를 경화시키기 위해 상기 수지수용조에 이미지를 투사하기 위한 적어도 하나의 프로젝터; 및
    상기 수지수용조 내에 수용된 상기 광경화수지가 순차적으로 경화되도록 경화된 상기 광경화수지를 이동시키기 위한 수지이동부;
    를 포함하는 3D 프린터에 있어서,
    상기 이미지가 입사되는 상기 수지수용조의 투사면을 촬영하기 위한 카메라;
    상기 투사면에 형성된 기준패턴; 및
    상기 프로젝터는 테스트패턴을 투사하되, 상기 카메라에 의해 촬영된 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴을 근거로 상기 프로젝터에 의해 투사되는 이미지를 보정하기 위한 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 크기를 비교하고, 상기 테스트패턴의 크기가 상기 기준패턴의 크기에 상응할 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 크기를 보정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 기울기를 비교하여, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 선이 평행이 될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기울기를 보정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 모서리를 비교하여, 상기 모서리의 일그러짐 편차가 제거될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 왜곡을 보정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로젝터이 복수인 경우,
    상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 어느 하나의 코너를 비교하여, 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점과 서로 일치할 때까지, 또는 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점으로부터 소정 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점과 서로 일치할 때까지, 상기 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기준점을 보정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 크기를 비교하고, 상기 테스트패턴의 크기가 상기 기준패턴의 크기에 상응할 때까지, 상기 테스트패턴의 크기를 보정하고,
    이후, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴의 기울기를 비교하고, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 선이 평행이 될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기울기를 보정하며,
    이후, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 적어도 하나의 모서리를 비교하여, 상기 모서리의 일그러짐 편차가 제거될 때까지, 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 왜곡을 보정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 프로젝터이 복수인 경우, 상기 테스트패턴의 기울기를 보정한 이후, 상기 테스트패턴과 상기 기준패턴 간에 상호 대응하는 어느 하나의 코너를 비교하여, 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점과 서로 일치할 때까지, 또는 상기 테스트패턴의 일 코너 기준점이 상기 기준패턴의 일 코너 기준점으로부터 소정 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점과 서로 일치할 때까지, 상기 비교 결과를 근거로 상기 테스트패턴의 기준점을 보정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테스트패턴과 상기 기준패턴은 사각형 테두리 또는 사각형 그리드패턴인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113993689A (zh) * 2019-06-21 2022-01-28 洛桑联邦理工学院 使用反馈用于校正体积断层扫描打印机中的三维物体的系统和方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101533374B1 (ko) 2014-07-07 2015-07-02 김진식 Dlp 방식 3d 프린터

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