KR20190079465A - Atypical structure modeling apparatus and method applicable to 3d printer - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an atypical structural modeling apparatus applicable to a three-dimensional printer and a method thereof. The atypical structural modeling method applicable to a three-dimensional printer comprises: an input step of receiving two-dimensional data having cross-sectional information of a specific object; a three-dimensional data forming step of forming three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object by using the two-dimensional data; a coordinate extraction step of acquiring coordinate data from three-dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object; a volume data forming step of forming volume data of the specific object using the coordinate data; and a structure forming step of forming an atypical structure in the volume data.

Description

3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법{ATYPICAL STRUCTURE MODELING APPARATUS AND METHOD APPLICABLE TO 3D PRINTER}Technical Field [0001] The present invention relates to an atypical structural modeling apparatus and method applicable to 3D printers,

본 발명은 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 실제 생체 조직과 흡사한 비정형 구조를 갖는 물체를 3D 프린터로 생성하기 위한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an irregular structure modeling apparatus and method applicable to a 3D printer, and more particularly, to an irregular structure modeling apparatus and method for generating an object having an irregular structure similar to an actual living tissue with a 3D printer .

3D 프린터는 입력된 설계도에 따라 3차원 입체적 물품을 만들어내는 장치이다. 3D 프린터는 형상 파악을 위한 시제품 제작용으로 사용되었으나, 근래에는 자동차 부품과 같은 실제 활용 부품을 저인력 및 저비용으로 생산하기 위한 수단으로 이용되고 있다.A 3D printer is a device that produces a three-dimensional solid article according to the input scheme. 3D printers have been used to create prototypes for shape recognition, but in recent years, they have been used as a means to produce practical parts such as automobile parts with low labor and low cost.

이러한 3D 프린터는 캐드 같은 3차원 도면을 운용하는 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 사용하여 판형 시트를 조형하고 적층하여 조형물을 완성한다. In such a 3D printer, a three-dimensional shape modeled through software for operating a three-dimensional drawing such as CAD is converted into slice data divided into a plurality of thin cross-sectional layers, and then a plate-shaped sheet is formed and laminated by using the slice data.

특히 바이오 산업 분야와 관련하여, 3D 프린터를 이용하여 생체 조직을 대체할 수 있는 조형물을 생산하려는 시도가 계속적으로 증가하고 있다. 기존의 생체 조직 대체 조형물은 제조 단가가 비싼 문제점이 있으나, 3D 프린터를 이용할 경우 저비용으로 생체 조직 대체 조형물의 생산이 가능하므로, 상술한 문제점을 해결할 수 있고, 이에 따라, 생체 조직 대체물을 생산하는 수단으로 3D 프린터가 각광받고 있는 실정이다.In particular, with respect to the field of bio-industry, there is an increasing number of attempts to produce sculptures capable of replacing living tissues using 3D printers. Although the existing biopsy replacement sculpture has a problem in that it is expensive to manufacture, when the 3D printer is used, it is possible to produce the replacement sculpture at a low cost, so that the above-described problems can be solved, 3D printers are attracting attention.

이와 관련하여, 종래에는 3D 프린터를 이용하여 생체 조직 대체 조형물을 형성할 경우, 먼저 비특허문헌 1과 같이 특정 물체의 단면 정보들을 병합하여 입체 형상을 만든 후, 이러한 입체 형상이 생체 조직과 유사한 구조를 갖도록 하기 위해 소프트웨어를 이용하여 입체 형상에 정형 구조를 모델링한 후 모델링된 파일을 3D 프린터를 통해 프린팅하였다.In this regard, conventionally, when a 3D printer is used to form a living tissue replacement sculpture, first, cross-sectional information of a specific object is merged to form a three-dimensional shape as shown in Non-Patent Document 1, The model was modeled in a three-dimensional shape using software, and then the modeled file was printed through a 3D printer.

그러나, 정형화된 구조만으로는 비정형화된 구조를 갖는 생체 조직의 역할을 대체할 수 없어, 위와 같은 방식으로 형성된 생체 조직 대체 조형물이 실제 인체의 뼈, 장기 등의 손상된 일부분을 대체하기 위해 손상된 영역에 이식되는 경우 상기 생체 조직 대체 조형물이 제 기능을 발휘하지 못하는 문제점이 발생하였다.However, the modified structure can not substitute for the role of a living tissue having an irregular structure. Thus, a living tissue replacing sculpture formed in the above-described manner is actually transferred to a damaged area to replace a damaged part of a human body, There is a problem that the biotissue replacement sculpture can not exert its function.

비특허문헌 1 : Three-dimensional volume reconstruction from slice data using phase-field models( Yibao Li, Jaemin Shin, Yongho Choi, Junseok Kim, Computer Vision and Image Understanding Volume 137, August 2015, Pages 115-124)Non-Patent Document 1: Three-dimensional volume reconstruction from slice data using phase-field models (Yibao Li, Jaemin Shin, Yongho Choi, Junseok Kim, Computer Vision and Image Understanding Volume 137, August 2015, Pages 115-124)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3D 프린터를 이용하여 형성한 생체 조직 대체 조형물이 비정형 구조를 가질 수 있도록 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a 3D model printer capable of being applied to a 3D printer capable of having a non- And a method thereof.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 form disclosed. There will be.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터를 입력받는 입력 단계, 상기 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 3차원 데이터 형성 단계, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 좌표 추출 단계, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 볼륨 데이터 형성 단계, 그리고, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 구조 형성 단계를 포함하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an image processing method including inputting two-dimensional data having cross-sectional information of a specific object, inputting three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object A coordinate extraction step of obtaining coordinate data from three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object, a volume data formation step of forming volume data of the specific object using the coordinate data And a structure forming step of forming an atypical structure on the volume data. The atypical structure modeling method is applicable to a 3D printer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 데이터 형성 단계는 상기 3차원 데이터 중 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계를 더 포함하고, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터는 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the three-dimensional data forming step further includes extracting three-dimensional data of a part of the specific object among the three-dimensional data, Dimensional data may be three-dimensional data for a portion of the specific object.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 좌표 추출 단계는 삼각형 분할 기법을 이용하여 획득된 좌표 데이터에 추가적인 좌표 데이터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coordinate extracting step may further include forming additional coordinate data on the coordinate data obtained using the triangulation technique.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구조 형성 단계는 상기 비정형 구조가 포함하는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 상기 비정형 구조와는 다른 비정형 구조를 상기 볼륨 데이터에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the structure forming step may include the step of forming an irregular structure different from the atypical structure in the volume data by using a size and a changing direction of a pore included in the atypical structure .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 볼륨 데이터 형성 단계는 상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계를 더 포함하고, 상기 구조 형성 단계는 압축된 상기 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the volume data forming step may further include compressing the volume data, and the structure forming step may further include restoring the compressed volume data to a state before compression have.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계는 상기 볼륨 데이터를 Z축 방향으로 기 설정된 비율만큼 압축 시키는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of compressing the volume data may include compressing the volume data by a predetermined ratio in the Z-axis direction.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역을 지니고, 상기 구조 형성 단계는 상기 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the volumetric data having the amorphous structure may have a hollow or tubular hollow region, and the structure forming step may include forming a predetermined thickness of the hollow or tubular hollow region at a predetermined position And forming a shell having a shape that fills the hollow region.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 하부 연직 방향으로 형성되는 행오버 영역을 지니고, 상기 구조 형성 단계는 상기 행오버 영역을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the volume data having the irregular structure may have a hangover area formed in the lower vertical direction, and the structure forming step may further include removing the hangover area.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구조 형성 단계는, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조의 시작 영역 및 종료 영역을 설정하고 아래 수식 (1) 및 (2)를 이용하여 상기 시작 영역으로부터 상기 종료 영역에 이르기까지 상기 비정형 구조의 크기가 커지도록, 또는, 상기 비정형 구조의 크기가 작아지도록 상기 볼륨 데이터에 상기 비정형 구조를 형성하는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the structure forming step sets the start region and the end region of the atypical structure to the volume data and uses the following equations (1) and (2) To form the amorphous structure in the volume data so that the size of the amorphous structure becomes larger or the size of the amorphous structure becomes smaller.

Figure pat00001
수식 (1)
Figure pat00001
Equation (1)

Figure pat00002
수식 (2)
Figure pat00002
Equation (2)

상기 수식 (1)과 수식 (2)에서

Figure pat00003
,
Figure pat00004
는 변수인 x와 t 두 가지 성분의 혼합물의 질량 농도,
Figure pat00005
Figure pat00006
또는
Figure pat00007
와 같이 표현할 수 있는 함수,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
는 양의 상수, x와 y는 각각 x축과 y축의 변수를 나타낸다.In the equations (1) and (2)
Figure pat00003
,
Figure pat00004
Is the mass concentration of the mixture of the two components x and t,
Figure pat00005
silver
Figure pat00006
or
Figure pat00007
The function,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
Is a positive constant, and x and y represent the variables of the x and y axes, respectively.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 특정 물체는 뼈 또는 피부일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the particular object may be bone or skin.

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램이 저장된 메모리, 그리고, 상기 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램을 실행함으로써, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터로부터 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하며, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하고, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하며, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하도록 하는 프로세서를 포함하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for modeling an unstructured structure, the method comprising: storing a program for an unstructured structure modeling method applicable to a 3D printer; executing a program for an unstructured structure modeling method applicable to the 3D printer; Dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object from the two-dimensional data having the cross-sectional information of the specific object, acquiring the coordinate data from the three-dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object, And a processor for forming volume data of the specific object using the data and forming an atypical structure on the volume data.

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 항의 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer readable recording medium having recorded thereon a program for implementing an unstructured structure modeling method applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention. do.

본 발명에 따르면, 비정형 구조를 갖는 생체 조직 대체 조형물을 3D 프린터를 이용하여 생성할 수 있고, 이러한 생체 조직 대체 조형물은 인체 조직에 이식되어 실제 인체 조직과 같은 기능을 발휘할 수 있다.According to the present invention, a bio-tissue replacement artifact having an irregular structure can be generated by using a 3D printer. Such a bio-tissue replacement artifact can be implanted into a human tissue and exhibit the same function as an actual human tissue.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 데이터 형성 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 3차원 데이터 형성 단계의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 추출 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 좌표 추출 단계에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 추출 단계에 이용되는 삼각형 분할 기법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 데이터 형성 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 볼륨 데이터 형성 단계의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조 형성 단계의 세부 과정을 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 16은 도 11에 도시된 구조 형성 단계의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a procedure of an unstructured structure modeling method applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed view illustrating a three-dimensional data forming step according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3 and 4 are views for explaining the result formed according to the detailed process of the three-dimensional data forming step shown in FIG.
FIG. 5 is a detailed flowchart illustrating a coordinate extraction step according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining the result formed according to the coordinate extraction step shown in FIG.
7 is a diagram illustrating a triangulation technique used in the coordinate extraction step according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a detailed flowchart illustrating a volume data forming step according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 9 and 10 are diagrams for explaining the result formed according to the detailed procedure of the volume data forming step shown in FIG.
11 is a view illustrating a detailed procedure of a structure forming step according to an embodiment of the present invention.
12 to 16 are diagrams for explaining the result formed according to the detailed procedure of the structure forming step shown in FIG.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있고, 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. Water, equivalents, and alternatives. In order to clearly explain the present invention, parts not related to the description are omitted, and the size, shape, and shape of each component shown in the drawings may be variously modified, and for the same / The same or similar reference numerals are attached thereto.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 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 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related art is omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed in the present specification may be blurred.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 “포함(구비 또는 마련)”할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected (connected, connected or coupled)" with another part, it is not only when it is "directly connected (connected, (Connection, contact, or combination) "between them. It is also to be understood that when a component is referred to as " comprising ", it is to be understood that it is not intended to exclude other components, .

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 분산되어 실시되는 구성요소들은 특별한 제한이 있지 않는 한 결합된 형태로 실시될 수도 있다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise, and the components distributed in the present specification may be embodied in a combined form unless otherwise specified. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법(이하, “비정형 구조 모델링 방법”이라 함)의 절차를 도시한 흐름도이다1 is a flowchart showing a procedure of an unstructured structure modeling method (hereinafter referred to as "unstructured structure modeling method") applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention

도 1을 참조하면, 비정형 구조 모델링 방법은 입력 단계(S110), 3차원 데이터 형성 단계(S120), 좌표 추출 단계(S130), 볼륨 데이터 형성 단계(S140) 및 구조 형성 단계(S150)를 포함한다.1, an unstructured structure modeling method includes an input step S110, a three-dimensional data forming step S120, a coordinate extracting step S130, a volume data forming step S140, and a structure forming step S150 .

먼저, 입력 단계(S110)는 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터를 입력받는 과정을 의미한다. 여기서, 특정 물체는 사람이나 동물의 뼈 또는 피부일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 3D 프린팅을 통해 생성될 수 있는 모든 조형물을 포함하는 의미로 해석되어야 한다.First, input step S110 is a process of receiving two-dimensional data having cross-sectional information of a specific object. Here, the specific object may be a bone or a skin of a person or an animal, but is not limited thereto, and should be interpreted to include all sculptures that can be generated through 3D printing.

3차원 데이터 형성 단계(S120)는 입력 단계(S120)를 통해 획득한 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 과정을 말한다. 이 때, 입력 단계(S120)를 통해 획득한 2차원 데이터는 특정 물체의 단면 정보를 갖고 있는 바, S120 단계에서는 특정 물체의 하나 이상의 단면 정보를 병합하여 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성할 수 있다. 병합하는 방법은 비특허문헌 1에 개시된 Allen-Cahn과 Cahn-Hilliard 방정식을 기반으로 형성된 알고리즘을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The three-dimensional data forming step S120 is a process of forming three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object using the two-dimensional data acquired through the inputting step S120. At this time, the two-dimensional data acquired through the input step (S120) has the cross-sectional information of the specific object. In step S120, the cross-sectional information of one or more specific objects is merged to generate three- Can be formed. The method of merging can be performed using an algorithm based on the Allen-Cahn and Cahn-Hilliard equations disclosed in Non-Patent Document 1, but is not limited thereto.

좌표 추출 단계(S130)는 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 과정을 의미한다. The coordinate extraction step S130 refers to a process of obtaining coordinate data from three-dimensional data having three-dimensional shape information of a specific object obtained through the three-dimensional data formation step S130.

좌표 추출 단계(S130)에서 획득한 좌표 데이터란, 예컨대, 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 X, Y, Z축 상에 위치시키고, 3차원 데이터의 외형을 인식할 수 있도록 기 설정된 개수의 좌표값들의 합일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The coordinate data obtained in the coordinate extracting step (S130) is obtained by, for example, positioning the three-dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object obtained through the three-dimensional data forming step (S130) on the X, Y, But may be a predetermined number of coordinate values so as to recognize the outline of the three-dimensional data. However, the present invention is not limited thereto.

3차원 데이터에서 좌표 데이터를 생성하기 위해 Lengyel-Epstein 모델을 이용한 알고리즘을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.An algorithm using the Lengyel-Epstein model can be used to generate coordinate data from three-dimensional data, but is not limited thereto.

볼륨 데이터 형성 단계(S140)는 좌표 추출 단계(S130)를 통해 획득한 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 과정을 의미한다. 여기서 볼륨 데이터란 상술한 3차원 데이터와는 상이한 것으로, 3차원 데이터는 입체 형상 그 자체라고 이해될 수 있으나, 볼륨 데이터는 좌표 추출 단계(S130)에서 획득된 좌표 값들의 합을 통해 형성된 인식될 수 있는 형체로 이해될 수 있다.The volume data forming step S140 is a process of forming volume data of the specific object using the coordinate data obtained through the coordinate extracting step S130. Here, the volume data is different from the above-described three-dimensional data. The three-dimensional data can be understood as the three-dimensional shape itself, but the volume data can be recognized through the sum of the coordinate values obtained in the coordinate extracting step S130 Can be understood as a form.

마지막으로, 구조 형성 단계(S150)는 볼륨 데이터 형성 단계(S140)에 따라 생성된 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 과정을 말한다. 여기서 비정형 구조란 종래의 균일한 무늬나 구조를 갖는 정형 구조에 반대되는 의미로 해석될 수 있으며, 비정형 다공 구조로 명명될 수도 있다. Finally, the structure forming step S150 is a process of forming an atypical structure on the volume data generated according to the volume data forming step S140. Here, the atypical structure can be interpreted as a contrary to a conventional regular structure having a uniform pattern or structure, and may be called an irregular porous structure.

구조 형성 단계(S150)에서 볼륨 데이터에 비정형 구조를 생성하기 위해 특정 수식을 사용할 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.In the structure forming step S150, a specific formula can be used to generate an atypical structure in the volume data, which will be described later.

도 2는 3차원 데이터 형성 단계(S120)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 3차원 데이터 형성 단계(S120)의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view showing a detailed process of the three-dimensional data forming step S120, and FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the result formed according to the detailed process of the three-dimensional data forming step S120 .

도 2를 참조하면, 3차원 데이터 형성 단계(s120)는 입력 단계(S120)를 통해 획득한 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 단계(S121) 이외에도, 상기 3차원 데이터 중 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계(S122)를 더 포함할 수 있다.2, the three-dimensional data forming step S120 may include a step S121 of forming three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object using the two-dimensional data obtained through the inputting step S120 And extracting three-dimensional data of a portion of the specific object among the three-dimensional data (S122).

도 3을 참조하면, S121단계는 입력 단계(S110)를 통해 MRI 또는 CT 등을 이용하여 생성된 2차원 이미지(단면 정보)를 획득하고, 이를 병합하여 3차원 데이터를 형성하는 과정이다.Referring to FIG. 3, step S121 is a process of acquiring a two-dimensional image (cross-sectional information) generated by using MRI, CT, or the like through an input step S110 and merging the two-dimensional image to form three-dimensional data.

또한, S122단계는 상기 3차원 데이터가 갖는 입체 이미지 또는 입체 정보 중에서 사용자가 원하는 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계를 의미한다.In addition, step S122 is a step of extracting three-dimensional data of a part of the specific object desired by the user from the stereoscopic image or stereoscopic information possessed by the three-dimensional data.

예컨대, 도 4를 참조하면, S121단계를 통해 형성된 3차원 이미지에서 뼈, 피부 등 필요한 일부 3차원 이미지만을 추출하는 과정이 S122단계에서 수행될 수 있다.For example, referring to FIG. 4, a process of extracting only some three-dimensional images, such as bones and skin, from a three-dimensional image formed through step S121 may be performed in step S122.

도 5는 좌표 추출 단계(S130)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 6은 좌표 추출 단계(S130)에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 7은 좌표 추출 단계(S130)에 이용되는 삼각형 분할 기법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed procedure of the coordinate extraction step S130, FIG. 6 is a diagram illustrating the result formed according to the coordinate extraction step S130, FIG. 7 is a coordinate extraction step S130, FIG. 2 is a diagram illustrating a triangulation technique used in the present invention.

좌표 추출 단계(S130)는 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 단계(S131)와 삼각형 분할 기법을 이용하여 S131에서 획득된 좌표 데이터에 추가적인 좌표 데이터를 형성하는 단계(S132)를 더 포함할 수 있다.The coordinate extraction step S 130 is a step S 130 of obtaining coordinate data from the three-dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object obtained through the three-dimensional data formation step S 130 and the step S 131 using the triangular- And forming additional coordinate data on the obtained coordinate data (S132).

도 6을 참조하면, 도 6의 왼편에 도시된 그림은 3차원 데이터 형성 단계(S130)를 통해 획득한 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 의미하고, 오른편에 위치한 그림은 상기 3차원 데이터로부터 좌표 정보들을 추출하여 형성된 좌표 데이터를 의미한다. 이러한 좌표 데이터는 꼭지점 데이터로 명명될 수 있으며, 좌표 데이터에 대한 설명은 전술하였으므로 생략하도록 한다.6, the figure on the left side of FIG. 6 represents three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object obtained through the three-dimensional data formation step S130, and the figure on the right side represents the three- And coordinate data formed by extracting coordinate information from the dimension data. Such coordinate data can be named as vertex data, and description of coordinate data has been described above, so it is omitted.

S131 단계에 의해 도 6에 도시된 왼편의 위치한 입체 형상 자체 형태인 데이터에서 오른편에 위치한 좌표 값들의 합인 좌표 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면 S132단계는 S131 단계에 의해 형성된 좌표 데이터에 삼각형 분할 기법을 이용하여 형성한 좌표 정보를 추가하여 새로운 좌표 데이터를 형성할 수 있다.In step S131, coordinate data, which is the sum of coordinate values located on the right side of the data of the three-dimensional shape itself located on the left side shown in FIG. 6, can be obtained. Referring to FIG. 7, in step S132, new coordinate data may be formed by adding coordinate information formed using the triangulation technique to the coordinate data formed in step S131.

삼각형 분할 기법이란 도 7에 도시된 바와 같이, 삼각형 각 꼭지점의 좌표로부터 특정 위치로 내린 수선 등에 의해 생성되는 새로운 꼭지점 좌표를 형성하는 방법을 의미한다. 이외에도, 다양한 방법으로 기존 좌표 데이터에 추가 좌표값을 설정할 수 있으며, 추가 좌표값을 설정하여 기존의 3차원 데이터와 유사한 볼륨 데이터가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 7, the triangulation technique refers to a method of forming new vertex coordinates generated by a line drawn from a triangle corner point to a specific point. In addition, additional coordinate values can be set in existing coordinate data by various methods, and volume data similar to existing three-dimensional data can be formed by setting additional coordinate values.

도 8은 볼륨 데이터 형성 단계(S140)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 9 및 도 10은 볼륨 데이터 형성 단계(S140)의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 8 is a view illustrating a detailed procedure of the volume data forming step (S140), and FIGS. 9 and 10 are diagrams for explaining the result formed according to the detailed procedure of the volume data forming step (S140).

볼륨 데이터 형성 단계(S140)는 좌표 추출 단계(S130)를 통해 획득한 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 단계(S141)와 S141 단계에 따라 생성된 볼륨 데이터를 압축하는 단계(S142)를 포함할 수 있다.The volume data forming step S140 may include forming volume data of the specific object using the coordinate data obtained through the coordinate extracting step S130 and compressing the volume data generated according to the step S141 S142).

도 9를 참조하면, S141 단계에 의해 좌표 추출 단계(130)를 통해 획득한 좌표 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 10을 참조하면, S142 단계에 의해 S141 단계에 따라 생성된 볼륨 데이터를 압축할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that volume data can be formed using the coordinate data obtained through the coordinate extraction step 130 in step S141. Referring to FIG. 10, it can be seen that the volume data generated in step S141 can be compressed in step S142.

볼륨 데이터를 압축하는 단계(S142)는 S141에 따른 볼륨 데이터를 Z축 방향으로 기 설정된 비율만큼 압축 시키는 단계일 수 있으나, 축과 압축 비율은 다양하게 변형되어 실시될 수 있으며, 도 10에 나타난 바대로 제한되는 것은 아니다.The step of compressing the volume data (S142) may be a step of compressing the volume data according to S141 by a predetermined ratio in the Z-axis direction, but the axis and the compression ratio may be variously modified. .

S142에 따라 압축된 볼륨 데이터는 구조 형성 단계(S150)에 의해 압축 전으로 복구될 수 있으며, 이에 대한 설명은 하기하도록 한다.The volume data compressed in accordance with S142 can be recovered before compression by the structure forming step S150, and a description thereof will be given below.

도 11은 구조 형성 단계(S150)의 세부 과정을 도시한 도면이고, 도 12 내지 도 16은 구조 형성 단계(S150)의 세부 과정에 따라 형성되는 결과물을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 11 is a view illustrating a detailed process of the structure forming step S150, and FIGS. 12 to 16 are views illustrating a result formed according to a detailed process of the structure forming step S150.

구조 형성 단계(S150)는 볼륨 데이터 형성 단계(S140)에 따라 생성된 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 단계(S151), S151단계에 따라 형성된 상기 비정형 구조가 포함하는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 상기 비정형 구조와는 다른 비정형 구조를 상기 볼륨 데이터에 형성하는 단계(S152), S142 단계에 따라 압축된 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 단계(S153)를 포함할 수 있다.The structure forming step S150 includes forming an atypical structure on the volume data generated in accordance with the volume data forming step S140 S151 and changing the size of the pore included in the atypical structure formed at step S151, (S152) forming an amorphous structure different from the atypical structure in the volume data by using the direction of the volume data, and restoring the compressed volume data to the state before compression according to the step S142 (S153).

구조 형성 단계(S150)에 따라 형성되는 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 홀(hole) 형상. 폴(pore) 형상 또는 관 형상의 중공 영역과, 하부 연직 방향으로 형성되는 행오버 영역을 지닐 수 있다. 따라서, 구조 형성 단계(S150)는 상기 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘(shell)을 형성하는 단계(S154)와 상기 행오버 영역을 제거하는 단계(S155)를 더 포함할 수 있다.The volume data having an irregular structure formed in accordance with the structure forming step (S150) has a hole shape. A hollow region having a pore shape or a tubular shape, and a hangover region formed in a lower vertical direction. Accordingly, the structure forming step S150 may include forming a shell having a predetermined thickness at a predetermined position of the hollow or tubular hollow region and filling the hollow region (S154) And removing the region (S155).

구체적으로 S151 단계는 볼륨 데이터 형성 단계(S140)에 따라 형성된 볼륨 데이터에 도 12에 도시된 바와 같은 자연스러운 비정형 구조를 생성하는 절차이다.Specifically, step S151 is a procedure for creating a natural atypical structure as shown in FIG. 12 in the volume data formed according to the volume data forming step S140.

S152 단계는 S151단계에 따라 형성된 비정형 구조가 포함하는 홀(hole) 또는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 새로운 비정형 구조를 볼륨 데이터에 형성하는 단계로서, 이에 따라 형성된 구조는 도 13에 도시된 바와 같다.In step S152, a new amorphous structure is formed on the volume data by using the size and the direction of change of holes or pores included in the amorphous structure formed in step S151. As shown.

예컨대, S151단계에 따라 형성된 비정형 구조가 포함하는 홀 또는 폴의 크기를 크게 또는 작게 하고자 하는 경우, 혹은, 비정형 구조를 왼쪽에서 오른쪽, 오른쪽에서 왼쪽, 내부에서 표면으로, 표면에서 내부로 갈수록 점차 그 구조의 크기를 늘리거나 줄이고 싶은 경우에 원하는 폴 또는 홀의 크기와 변화 방향을 고려하여 새로운 비정형 구조를 볼륨 데이터에 형성할 수 있다. 이 때에도 특정 수식이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.For example, when the size of the hole or the pole included in the irregular structure formed in step S151 is increased or decreased, or when the irregular structure is changed from left to right, from right to left, from the inside to the surface, In order to increase or decrease the size of the structure, a new irregular structure can be formed in the volume data in consideration of the size and change direction of the desired pole or hole. At this time, a specific formula can also be used, which will be described later.

S153 단계에서는 도 14에 도시된 바와 같이 S142 단계에 따라 압축된 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 절차가 수행된다. S142 단계에 의해 Z축 방향으로 볼륨 데이터가 압축된 경우 Z축 방향으로 다시 복구시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In step S153, the volume data compressed according to step S142 is restored to the state before compression as shown in FIG. If the volume data is compressed in the Z-axis direction by the step S142, it is possible to restore the Z-axis direction again, but the present invention is not limited thereto.

한편, S110 내지 S150 단계를 통해 형성된 모델링 파일을 이용하여 실제 조형물을 프린팅하여 뼈 등의 신체 조직에 이식한 경우, 원치 않는 위치에 중공 영역이 형성되어 있으면, 해당 중공 영역으로 혈액 등의 중요 성분이 빠져나갈 수 있다.On the other hand, when the actual sculpture is printed using the modeling file formed through steps S110 to S150 and is transplanted into a bodily tissue such as a bone, if a hollow area is formed at an undesired position, important components such as blood You can escape.

따라서, S154 단계를 통해 볼륨 데이터가 포함하는 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘(shell)을 형성하여 위와 같은 문제를 방지할 수 있다.Accordingly, in step S154, a shell having a predetermined thickness in a predetermined position among the hole-shaped or tubular hollow areas included in the volume data and filling the hollow area may be formed to prevent the above problem have.

또한, S110 내지 S150 단계를 통해 형성된 모델링 파일을 이용하여 실제 조형물을 프린팅하면, 앞서 설명한 행오버 영역에 의해 조형물의 특정 위치가 쳐진 형태로 프린팅되는 문제가 발생할 수 있다.If the actual molding is printed using the modeling file formed through steps S110 to S150, the problem may occur that the specific position of the molding is printed by the hangover area described above.

따라서, S155 단계를 통해 조형물의 모델링 과정에서 미리 행오버 영역을 제거함으로써, 위와 같은 문제를 방지할 수 있다.Thus, by deleting the hangover area in the modeling process of the molding model through step S155, the above problem can be prevented.

이에 더하여, 구조 형성 단계(S150)의 일 구현 예로서, 구조 형성 단계(S150)는 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조의 시작 영역 및 종료 영역을 설정하고 기 설정된 수식을 이용하여 상기 시작 영역으로부터 상기 종료 영역에 이르기까지 상기 비정형 구조의 크기가 커지도록, 또는, 상기 비정형 구조의 크기가 작아지도록 상기 볼륨 데이터에 상기 비정형 구조를 형성하는 단계일 수 있다.In addition, as an example of the structure forming step S150, the structure forming step S150 sets the start region and the ending region of the atypical structure in the volume data, The size of the amorphous structure may be increased or the size of the amorphous structure may be reduced.

여기서, 기 설정된 수식이란 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하기 위한 수식으로, 상술한 특정 수식과 유사 또는 동일할 수 있다. 기 설정된 수식과 상술한 특정 수식은 별도의 수식으로 제한되는 것은 아니며, 다양한 방정식 등의 형태를 지닐 수 있다. 예컨대, 다음과 같은 수식을 사용할 수 있다.Here, the predetermined mathematical formula is an equation for forming an atypical structure in the volume data, and may be similar or identical to the above-described specific mathematical expression. The predetermined formula and the specific formula described above are not limited to different formulas, and may have various forms such as equations. For example, the following equation can be used.

Figure pat00010
수식 (1)
Figure pat00010
Equation (1)

Figure pat00011
수식 (2)
Figure pat00011
Equation (2)

상기 수식 (1)과 수식 (2)에서

Figure pat00012
(
Figure pat00013
2는 2차원 도메인을,
Figure pat00014
3는 3차원 도메인을 나타냄),
Figure pat00015
는 변수인 x와 t 두 가지 성분의 혼합물의 질량 농도,
Figure pat00016
로서 자유에너지 함수,
Figure pat00017
는 양의 상수, x와 y는 각각 x축과 y축의 변수를 나타낸다. In the equations (1) and (2)
Figure pat00012
(
Figure pat00013
2 denotes a two-dimensional domain,
Figure pat00014
3 represents a three-dimensional domain),
Figure pat00015
Is the mass concentration of the mixture of the two components x and t,
Figure pat00016
As a free energy function,
Figure pat00017
Is a positive constant, and x and y represent the variables of the x and y axes, respectively.

M은 상수 또는 형상의 경계를 범위로 하는 농도나 형상 좌표의 함수로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 M을 해석하려는 모델의 형상 좌표에 의존적인 함수로 정의할 경우, 혼합물의 상분리 시간을 위치에 따라 다른 값으로 정의하는 효과를 갖게 되어 폴(Pore)이 방향성을 갖고 사이즈가 변화되도록 할 수 있게 되며, 다양한 형상에 대해 일정한 다공도(Porosity)를 유지하게 된다. 다음 수식은 모델의 형상에 의존적인 M을 정의한 예이다. 다만 아래 수식 (3) 및 (4) 는 M을 표현한 수식의 예시들일 뿐이며 대상 물체 형상과 응용 목적에 따라 적합한 다양한 수식을 만들어 M에 적용할 수 있다. 즉, 상기한 M은 공간 의존 유동성 변화 함수로서 형성되어 본 발명에 적용될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.M can be defined as a function of density or shape coordinates, which bound the boundary of a constant or shape. According to one embodiment of the present invention, when M is defined as a function dependent on the shape coordinates of a model to be analyzed, the effect of defining the phase separation time of the mixture as a different value depending on the position has an effect that the Pore has directionality The size can be changed, and a constant porosity is maintained for various shapes. The following equation is an example of defining M that depends on the shape of the model. However, the following equations (3) and (4) are merely examples of expressions of M, and various formulas suitable for the object shape and application purpose can be created and applied to M. That is, the above-mentioned M can be formed as a space-dependent fluidity change function and applied to the present invention, but it is not necessarily so.

Figure pat00018
수식 (3)
Figure pat00018
Equation (3)

Figure pat00019
수식 (4)
Figure pat00019
Equation (4)

위 수식(3) 또는 수식(4)를 다양한 3D 형상에 적용함에 있어서, a, b, n, m, C값을 조정하여x, y, z축 방향으로의 폴의 사이즈를 변경할 수 있으며, 형상의 사이즈 변화 속도와 양 등을 조절할 수 있게 된다. In applying the above equation (3) or (4) to various 3D shapes, it is possible to change the size of the pole in the x, y, and z axis directions by adjusting the values of a, b, n, It is possible to control the size change rate and amount of the ink.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복잡한 형상에 대해 상기의 일반화된 모빌리티를 갖는 Cahn-Hilliard 방정식을 적용하여 폴이 원하는 사이즈로 분포되도록 비정형의 스케폴드를 모델링 할 수 있게 된다. In other words, according to an embodiment of the present invention, the Cahn-Hilliard equation having the generalized mobility can be applied to complex shapes to model irregularly shaped scaffolds so that the pawls are distributed in a desired size.

상기 수식 (1) 및 (2)를 통틀어 Cahn-Hiliard 방정식이라 할 수 있으며, Cahn-Hilliard 방정식은 2종류의 혼합물이 시간의 흐름에 따라 상 분리되는 과정을 수학적으로 모델링을 한 것으로 상 분리가 진행되면서 상술한 폴(Pore)의 사이즈가 커지게 된다. 본 명세서에서는 공간의 형상에 따라 상 분리의 경과 시간을 다르게 조정 할 수 있도록 수정한Cahn-Hilliard알고리즘을 복잡한 형상의 볼륨 데이터에 적용하여 비정형 폴(Pore)의 사이즈를 원하는 형태로 변화시킬 수 있다.The Cahn-Hilliard equation is a mathematical modeling of the phase separation of two kinds of mixtures over time, and the phase separation is performed. The size of the above-described pores is increased. In this specification, the Cahn-Hilliard algorithm modified to adjust the elapsed time of the phase separation according to the shape of the space can be applied to the volume data of a complicated shape to change the size of the atypical pole to a desired shape.

예컨대, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 먼저 조형물의 볼륨 정보가 포함되도록 6면체의 공간을 만들고 이를 동일 간격의 메쉬(mesh)로 나누어 데이터를 이산화 시킨다. 이후, 조형물 볼륨 정보의 외부는 유동장이 없는 고체 형태로 모델링하고, 내부 영역의 유동은 여러 경계 조건(위면, 아랫면, 외부, 내부)들의 조합으로 재구성하여 내부 영역의 형상과 시간의 함수로 상 분리가 변화 되도록 모델링 함으로써, 본 발명의 다양한 실시예에 의하면 조형물의 형상에 따라 폴(Pore)의 크기가 방향성을 가지고 변화되도록 할 수 있다.For example, according to various embodiments of the present invention, a space of a hexahedron is formed so that the volume information of the molding is firstly included, and the space is divided into meshes of the same interval to discretize the data. Then, the exterior of the molding volume information is modeled as a solid without flow field, and the flow of the interior region is reconstructed by combining a plurality of boundary conditions (top, bottom, exterior, interior) So that the size of the pores can be changed in accordance with the shape of the molding according to various embodiments of the present invention.

지금까지 설명한 본 발명의 일 실시예와 달리, 본 발명의 다른 실시예로서, 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램이 저장된 메모리, 그리고, 상기 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램을 실행함으로써, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터로부터 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하며, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하고, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하며, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하도록 하는 프로세서를 포함하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치를 제공할 수 있다.As another embodiment of the present invention, unlike the above-described embodiment of the present invention, a memory for storing a program for an unstructured structure modeling method applicable to a 3D printer and a method for modeling an irregular structure applicable to the 3D printer Dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object from the two-dimensional data having the cross-sectional information of the specific object by executing the program, obtaining the coordinate data from the three-dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object And a processor for forming volume data of the specific object using the coordinate data and forming an atypical structure in the volume data.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 항의 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수도 있다.As another embodiment of the present invention, a computer readable recording medium on which a program for implementing an unstructured structure modeling method applicable to a 3D printer according to an embodiment of the present invention may be provided.

지금까지 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 비정형 구조를 갖는 생체 조직 대체 조형물을 3D 프린터를 이용하여 생성할 수 있고, 이러한 생체 조직 대체 조형물은 인체 조직에 이식되어 실제 인체 조직과 같은 기능을 발휘할 수 있다.According to various embodiments of the present invention described above, it is possible to generate a replacement tissue of a living tissue having an irregular structure using a 3D printer. Such a replacement tissue of a living tissue is implanted into a human tissue, .

상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (12)

특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터를 입력받는 입력 단계;
상기 2차원 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하는 3차원 데이터 형성 단계;
상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하는 좌표 추출 단계;
상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하는 볼륨 데이터 형성 단계; 및
상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하는 구조 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
An input step of inputting two-dimensional data having cross-sectional information of a specific object;
A three-dimensional data forming step of forming three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object using the two-dimensional data;
A coordinate extracting step of obtaining coordinate data from three-dimensional data having three-dimensional shape information of the specific object;
A volume data forming step of forming volume data of the specific object using the coordinate data; And
And a structure forming step of forming an amorphous structure on the volume data.
제1항에 있어서,
상기 3차원 데이터 형성 단계는 상기 3차원 데이터 중 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터를 추출하는 단계를 더 포함하고,
상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터는 상기 특정 물체의 일부분에 대한 3차원 데이터인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the three-dimensional data forming step further includes extracting three-dimensional data of a part of the specific object among the three-dimensional data,
Wherein the three-dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object is three-dimensional data of a part of the specific object.
제1항에 있어서,
상기 좌표 추출 단계는 삼각형 분할 기법을 이용하여 획득된 좌표 데이터에 추가적인 좌표 데이터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the coordinate extraction step further comprises forming additional coordinate data in the coordinate data obtained using the triangulation technique.
제1항에 있어서,
상기 구조 형성 단계는 상기 비정형 구조가 포함하는 폴(pore)의 크기와 변화 방향을 이용하여 상기 비정형 구조와는 다른 비정형 구조를 상기 볼륨 데이터에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the structure forming step further comprises forming an irregular structure different from the irregular structure on the volume data by using a size and a direction of a pore included in the irregular structure. Applicable unstructured structure modeling method.
제1항에 있어서,
상기 볼륨 데이터 형성 단계는 상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계를 더 포함하고,
상기 구조 형성 단계는 압축된 상기 볼륨 데이터를 압축 전의 상태로 복구시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the volume data forming step further comprises compressing the volume data,
Wherein the structure forming step further includes restoring the compressed volume data to a state before compression.
제5항에 있어서,
상기 볼륨 데이터를 압축하는 단계는 상기 볼륨 데이터를 Z축 방향으로 기 설정된 비율만큼 압축 시키는 단계인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step of compressing the volume data is a step of compressing the volume data by a predetermined ratio in the Z-axis direction.
제1항에 있어서,
상기 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역을 지니고,
상기 구조 형성 단계는 상기 홀 형상 또는 관 형상의 중공 영역 중 기 설정된 위치에 기 설정된 두께를 지니고 상기 중공 영역을 채우는 형태의 쉘을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method according to claim 1,
The volumetric data having the irregular structure may have a hollow or tubular hollow region,
The method of claim 1, further comprising forming a shell having a predetermined thickness at a predetermined position of the hollow or tubular hollow region and filling the hollow region. Structural modeling method.
제1항에 있어서,
상기 비정형 구조를 갖는 볼륨 데이터는 하부 연직 방향으로 형성되는 행오버 영역을 지니고,
상기 구조 형성 단계는 상기 행오버 영역을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the volume data having the irregular structure has a hangover region formed in a lower vertical direction,
Wherein the structure forming step further comprises removing the hangover area.
제1항에 있어서,
상기 구조 형성 단계는,
상기 볼륨 데이터에 비정형 구조의 시작 영역 및 종료 영역을 설정하고 아래 수식 (1) 및 (2)를 이용하여 상기 시작 영역으로부터 상기 종료 영역에 이르기까지 상기 비정형 구조의 크기가 커지도록, 또는, 상기 비정형 구조의 크기가 작아지도록 상기 볼륨 데이터에 상기 비정형 구조를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
Figure pat00020
수식 (1)
Figure pat00021
수식 (2)
상기 수식 (1)과 수식 (2)에서
Figure pat00022
,
Figure pat00023
는 변수인 x와 t 두 가지 성분의 혼합물의 질량 농도,
Figure pat00024
Figure pat00025
또는
Figure pat00026
와 같이 표현되는 함수,
Figure pat00027
,
Figure pat00028
는 양의 상수, x와 y는 각각 x축과 y축의 변수를 나타낸다
The method according to claim 1,
Wherein the structure forming step comprises:
(1) and (2), the size of the atypical structure is increased from the start region to the end region by setting the start region and the end region of the atypical structure in the volume data, And forming the atypical structure on the volume data so that the size of the irregular structure is reduced.
Figure pat00020
Equation (1)
Figure pat00021
Equation (2)
In the equations (1) and (2)
Figure pat00022
,
Figure pat00023
Is the mass concentration of the mixture of the two components x and t,
Figure pat00024
silver
Figure pat00025
or
Figure pat00026
A function expressed as < RTI ID = 0.0 &
Figure pat00027
,
Figure pat00028
Is a positive constant, and x and y are the variables of the x and y axes, respectively
제1항에 있어서,
상기 특정 물체는 뼈 또는 피부인 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the specific object is bone or skin.
3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및
3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 위한 프로그램을 실행함으로써, 특정 물체의 단면 정보를 갖는 2차원 데이터로부터 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터를 형성하며, 상기 특정 물체의 입체 형상 정보를 갖는 3차원 데이터로부터 좌표 데이터를 획득하고, 상기 좌표 데이터를 이용하여 상기 특정 물체의 볼륨 데이터를 형성하며, 상기 볼륨 데이터에 비정형 구조를 형성하도록 하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 장치.
A memory for storing a program for an unstructured structure modeling method applicable to a 3D printer; And
Dimensional data having the three-dimensional shape information of the specific object from two-dimensional data having cross-sectional information of a specific object by executing a program for an unstructured structure modeling method applicable to a 3D printer, And a processor for obtaining coordinate data from the three-dimensional data having the volume data, forming the volume data of the specific object using the coordinate data, and forming an atypical structure in the volume data Possible unstructured structure modeling device.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 3D프린터에 적용 가능한 비정형 구조 모델링 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
A computer-readable recording medium on which a program for implementing an unstructured structure modeling method applicable to the 3D printer of any one of claims 1 to 10 is recorded.
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KR100753536B1 (en) * 2006-05-04 2007-08-30 주식회사 아이너스기술 Method for detecting 2 dimension sketch data of source model data for 3 dimension reverse modeling

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