KR20200003317A - 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치 - Google Patents

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Abstract

3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치는 입력부 및 메인 시스템을 포함한다. 상기 입력부는 3차원 모델 및 사용자 선택 사항을 입력받는다. 상기 메인 시스템은 상기 3차원 모델의 형상 정보를 분석하여, 상기 3차원 모델의 형상 정보 및 상기 사용자의 사용자 선택 사항을 기초로 3차원 프린팅 방식을 결정한다.

Description

3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치 {SIMULATION APPARATUS FOR 3D PRINTING}
본 발명은 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 모델과 사용자의 선택 사항을 입력 받아 3차원 프린팅 방식을 결정하고, 가격을 산출할 수 있는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.
3차원 프린터가 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 또한 3차원 프린팅을 위한 여러 가지 기법들이 개발되고 있다. 3차원 프린팅을 활용하는 사용자는 3차원 모델에 따라 3차원 프린팅 기법 중 어떠한 기법을 사용하는 것이 품질 면에서 적절한지, 어떠한 기법을 사용하는 경우에 비용을 절감할 수 있는지 알기 어렵다.
그에 따라 3차원 모델에 적절하지 않은 3차원 프린팅 기법을 선택하는 경우, 제품의 품질이 떨어지거나, 제품의 제조 비용이 불필요하게 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 3차원 모델과 사용자의 선택 사항을 입력 받아 3차원 프린팅 방식을 결정하고, 가격을 산출할 수 있는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치는 입력부 및 메인 시스템을 포함한다. 상기 입력부는 3차원 모델 및 사용자 선택 사항을 입력받는다. 상기 메인 시스템은 상기 3차원 모델의 형상 정보를 분석하여, 상기 3차원 모델의 형상 정보 및 상기 사용자의 사용자 선택 사항을 기초로 3차원 프린팅 방식을 결정한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 입력부는 상기 3차원 모델을 입력받는 3차원 모델 입력부 및 상기 사용자 선택 사항을 입력받는 사용자 선택 사항 입력부를 포함할 수 있다. 상기 사용자 선택 사항은 가격 조건, 출력 품질, 강도, 재질의 투명도, 재질의 색상 및 출력 소요 시간을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 시스템은 상기 3차원 모델의 형상을 분석하고, 상기 사용자 선택 사항을 분석하여, 상기 3차원 프린팅 방식을 결정하는 애널라이저, 상기 3차원 프린팅 방식에 대한 정보를 저장하는 클래시파이어, 상기 애널라이저 및 상기 클래시파이어에 의해 정해진 프린팅 방식을 기초로 출력 방향을 결정하고, 지지 구조(support)를 생성하며 출력 과정을 시뮬레이션하는 시뮬레이터 및 상기 시뮬레이터의 상기 시뮬레이션을 기초로 프린팅 가격을 산정하는 에스티메이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 시스템은 상기 사용자 선택 사항, 상기 3차원 모델의 형상 정보 및 상기 사용자의 최종 주문 정보를 학습하는 트레이닝 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 애널라이저는 상기 3차원 모델의 형상을 분석하는 3차원 모델 형상 분석부 및 상기 사용자 선택 사항을 분석하는 상기 사용자 선택 사항 분석부를 포함할 수 있다. 상기 3차원 모델 형상 분석부가 생성하는 형상 정보는 상기 3차원 모델의 가로, 상기 3차원 모델의 세로, 상기 3차원 모델의 높이, 상기 3차원 모델의 bounding box, 상기 3차원 모델의 체적, 상기 3차원 모델의 표면적, 상기 3차원 모델의 3개의 주축 방향, 상기 3차원 모델의 볼록 다각형(convex hull), 상기 3차원 모델의 얇은 박판 형상, 상기 3차원 모델의 표면 복잡도 및 상기 3차원 모델의 거칠기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시뮬레이터는 상기 bounding box, 상기 3개의 주축 방향 및 상기 볼록 다각형(convex hull)의 형상 정보를 이용하여 상기 출력 방향을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 애널라이저는 얇은 박판 형상, 상기 표면 복잡도 및 상기 거칠기의 형상 정보를 이용하여 상기 3차원 프린팅 방식을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시뮬레이터는 상기 3차원 모델을 기초로 상기 3차원 프린팅 방식의 시뮬레이션을 수행하기 위한 상기 출력 방향을 결정하는 출력 방향 판단부 및 상기 3차원 모델을 기초로 상기 3차원 프린팅 방식의 시뮬레이션을 수행하기 위한 상기 지지 구조를 생성하는 지지 구조 판단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에스티메이터는 상기 3차원 모델과 상기 지지 구조의 체적을 기반으로 상기 가격을 산정하는 볼륨 기반 산정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에스티메이터는 상기 3차원 모델을 제1 두께로 슬라이싱(slicing)하고, 상기 슬라이싱된 레이어 별로 가공 경로를 판단하며, 상기 레이어들의 상기 가공 경로의 총합을 이용하여 상기 가격을 산정하는 가공 경로 기반 산정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 FDM(fused deposition modeling) 방식을 포함할 수 있다. 상기 3차원 프린팅 방식이 상기 FDM 방식일 때, 상기 시뮬레이터는 상기 지지 구조가 최소화되도록 상기 출력 방향을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 SLS(selective laser sintering) 방식을 포함할 수 있다. 상기 3차원 프린팅 방식이 상기 SLS 방식일 때, 상기 시뮬레이터는 상기 출력 방향의 높이가 가장 낮은 방향으로 상기 출력 방향을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식이 상기 SLS 방식일 때, 상기 시뮬레이션이 진행되는 바닥면에 평행하고 서로 수직하는 x축 및 y축에 대해, 파우더 공급 방향이 상기 x축일 때 상기 시뮬레이터는 상기 x축의 길이가 상기 y축보다 짧도록 상기 3차원 모델을 배치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 SLA(stereo lithography apparatus) 방식을 포함할 수 있다. 상기 3차원 프린팅 방식이 상기 SLA 방식일 때, 상기 시뮬레이션이 진행되는 바닥면에 수직한 z축에 대해, 상기 3차원 모델의 상기 z축의 단면적이 최소화되도록 상기 출력 방향을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 MJP(multi jetting printing) 방식을 포함할 수 있다. 상기 3차원 프린팅 방식이 상기 MJP 방식일 때, 상기 3차원 모델이 상기 시뮬레이션이 진행되는 바닥면으로부터 가장 낮은 높이를 가지도록 상기 출력 방향을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식이 상기 MJP 방식일 때, 상기 3차원 모델의 오목한 표면이 위를 향하도록 상기 3차원 모델을 배치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 3차원 모델과 사용자의 선택 사항을 입력 받아 상기 3차원 모델에 적합하고, 상기 사용자의 선택 사항에 부합하는 3차원 프린팅 방식을 결정하고, 3차원 프린팅에 소요되는 가격을 산출할 수 있다.
따라서, 3차원 프린팅으로 제조되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있고, 불필요하게 제조 비용이 증가하지 않을 수 있다.
또한, 3차원 프린팅을 수행하기 전에 미리 결과를 시뮬레이션할 수 있으므로, 품질이나 제조 비용에 대한 예측이 가능하므로, 전체적인 제조 비용 및 제조 시간을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 입력부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 사용자 선택 사항을 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1의 애널라이저를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1의 클래시파이어에서 사용되는 3차원 프린팅 방식의 예시들을 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 1의 시뮬레이터를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 1의 에스티메이터를 나타내는 블록도이다
도 8 및 도 9는 3차원 프린팅 방식 중 FDM 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 3차원 프린팅 방식 중 SLS 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11 내지 도 15는 3차원 프린팅 방식 중 SLA 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 16 및 도 17은 3차원 프린팅 방식 중 MJP 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상기 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치는 입력부(100) 및 메인 시스템(200)을 포함한다.
사용자가 상기 입력부(100)를 통해 출력하고자 하는 3차원 모델 파일을 상기 메인 시스템(200)에 등록하면 상기 메인 시스템(200)은 상기 3차원 모델 파일에 대한 형상 정보를 분석한다. 상기 메인 시스템(200)은 분석한 상기 형상 정보와 사용자가 입력한 선택 사항(user preference)을 기초로 최적의 프린팅 방식을 결정하고 상기 프린팅 방식에 따른 출력 방향(orientation) 및 지지 구조(support) 생성을 시뮬레이션한다.
상기 메인 시스템(200)은 상기 시뮬레이션을 통해 상기 3차원 프린팅의 비용, 시간 등의 정보를 산출하여 사용자에게 제공한다.
상기 메인 시스템(200)은 애널라이저(220), 클래시파이어(240), 시뮬레이터(260), 에스티메이터(280), 트레이닝 모듈(290) 및 프린터 DB를 포함할 수 있다.
상기 사용자는 상기 3차원 프린팅의 비용, 시간 등의 정보를 기초로 제작자에게 주문을 의뢰하여 3차원 프린팅을 진행할 수 있다.
상기 사용자의 최종 주문 의뢰 정보, 상기 3차원 모델 파일에 대한 형상 정보 및 상기 사용자의 선택 사항은 상기 메인 시스템(200)에서 학습되어 상기 시뮬레이션의 최적화를 위해 활용될 수 있다.
도 2는 도 1의 입력부(100)를 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2의 사용자 선택 사항을 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 입력부(100)는 3차원 모델 입력부(120) 및 사용자 선택 사항 입력부(140)를 포함할 수 있다.
상기 3차원 모델 입력부(120)는 상기 사용자가 출력하고자 하는 상기 3차원 모델을 입력받는다. 상기 3차원 모델 입력부(120)는 다양한 형식의 3차원 모델 파일을 입력받을 수 있다. 예를 들어, 상기 3차원 모델 입력부(120)는 STL 파일, OBJ 파일, PLY 파일, VRML 파일, VTD 파일 및 AMF 파일 등을 입력받을 수 있다.
상기 사용자 선택 사항 입력부(140)는 가격 조건, 출력 품질, 강도, 재질의 투명도, 재질의 색상, 출력 소요 시간 등의 정보를 입력받을 수 있다. 상기 사용자 선택 사항 입력부(140)는 3차원 프린팅에 대한 배경 지식이 부족한 비전문 사용자도 쉽게 선택 사항을 설정할 수 있도록 구성된다.
도 4는 도 1의 애널라이저(220)를 나타내는 블록도이다. 도 5는 도 1의 클래시파이어(240)에서 사용되는 3차원 프린팅 방식의 예시들을 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 애널라이저(220)는 3차원 모델 형상 분석부(222) 및 상기 사용자 선택 사항 분석부(224)를 포함할 수 있다.
상기 3차원 모델 형상 분석부(222)는 상기 3차원 모델 입력부(120)로부터 상기 3차원 모델을 입력받는다. 상기 3차원 모델 형상 분석부(222)가 분석하는 3차원 모델의 형상 정보에는 모델의 크기(가로, 세로, 높이), bounding box, 체적, 표면적, 3개의 주축 방향, 볼록 다각형(convex hull), 얇은 박판 형상, 표면 복잡도, 거칠기 등이 있다.
상기 bounding box, 상기 3개의 주축 방향 및 상기 볼록 다각형(convex hull)은 물체의 전체적인 형상 정보를 반영하는 특성들로 물체의 출력 방향을 결정하는 데에 활용된다.
상기 얇은 박판 형상, 상기 표면 복잡도 및 상기 거칠기는 3차원 프린팅 가능 여부를 판단하고 상기 특성에 맞는 프린팅 방식을 결정하는 데에 사용된다.
상기 사용자 선택 사항 분석부(224)는 상기 사용자 선택 사항 입력부(140)로부터 상기 사용자의 선택 사항을 입력받는다. 상기 사용자의 선택 사항은 각각의 조건을 기초로 최적의 프린팅 방식을 결정하는 데에 활용된다. 예를 들어, 고품질의 출력 결과를 원하고 가격은 크게 상관없는 사용자의 입력을 받은 경우, SLS 방식과 같은 고비용 고품질의 프린팅 방식을 선택할 수 있다. 예를 들어, 투명한 재질을 원하는 사용자의 경우 SLA 방식으로 프린팅 방식을 선택할 수 있다.
상기 클래시파이어(240)는 상기 3차원 프린팅 방식 등을 저장할 수 있고, 상기 3차원 프린팅 방식이 선택되기 위한 적절한 조건에 대한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 클래시파이어(240)는 FDM(fused deposition modeling), SLA(stereo lithography apparatus), SLS(selective laser sintering), MJP(multi jetting printing) 등의 3차원 프린팅 방식에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 애널라이저(220) 및 상기 클래시파이어(240)에 의해 최적화된 프린팅 방식 및 출력 방향 등은 상기 사용자의 선택에 따라 다시 변경될 수도 있다.
도 6은 도 1의 시뮬레이터(260)를 나타내는 블록도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 시뮬레이터(260)는 상기 애널라이저(220) 및 상기 클래시파이어(240)에 의해 정해진 프린팅 방식을 기초로 출력 방향을 결정하고, 지지 구조(support)를 생성하여 출력 과정 시뮬레이션을 수행한다.
상기 시뮬레이터(260)는 출력 방향(orientation) 판단부(262) 및 지지 구조(support) 판단부(264)를 포함할 수 있다.
상기 지지 구조(support)의 경우, 각 프린팅 방식에 따라 특성이 상이하기 때문에 각 방식에 적합하게 생성될 수 있다.
상기 출력 과정 시뮬레이션은 상기 출력 방향에 따라 3차원 모델 및 상기 지지 구조를 여러 개의 층으로 구분하고(slicing), 각 층 별로 출력을 위한 가공 경로를 생성하는 방식으로 이루어질 수 있다.
상기 출력 과정 시뮬레이션은 상기 사용자 선택 사항 및 프린터 DB에 저장된 프린터의 사양(specification)을 기초로 수행될 수 있다.
도 7은 도 1의 에스티메이터(280)를 나타내는 블록도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 상기 에스티메이터(280)는 볼륨 기반 산정부(282) 및 가공 경로 기반 산정부(284)를 포함할 수 있다.
상기 에스티메이터(280)는 상기 시뮬레이터(260)의 프린팅 시뮬레이션을 기초로 프린팅 가격을 산정할 수 있다. 상기 프린팅 가격 산정은 두 가지 방식으로 이루어질 수 있다.
첫 번째 방법은 상기 입력받은 3차원 모델과 상기 생성되는 지지 구조(support)의 볼륨(체적)을 기반으로 가격을 산정한다. 상기 3차원 모델의 볼륨을 계산하고, 상기 계산된 총 볼륨 값과 단위 체적 당 재료의 가격을 이용하여 프린팅 가격을 산정할 수 있다. 이 때, 물체에 hole, non-manifold 형상 등 오류 형상이 있는 경우, 힐링 기능을 통해 온전한 closed 모델을 생성한 뒤 상기 볼륨을 계산할 수 있다. 만일 얇은 판 형상으로 물체를 출력하는 경우, 프린터 특성에 따라 판 형상의 두께를 결정하고, 물체의 겉넓이 * 두께로 출력물의 볼륨을 근사할 수 있다. 상기 첫 번째 방법은 상기 볼륨 기반 산정부(282)에 의해 수행될 수 있다.
두 번째 방법은 상기 3차원 모델을 슬라이싱(slicing)한 후 생성된 가공 경로를 활용하여 가격을 산정하는 것이다. 상기 슬라이싱(slicing)은 상기 가공 경로 생성을 위한 레이어(layer) 생성 과정이다. 상기 에스티메이터(280)는 상기 3차원 프린터의 속성에 적합한 두께로 상기 3차원 모델을 슬라이싱할 수 있다. 또한, 사용자가 프린팅 결과물의 원하는 퀄리티에 따라서 상기 두께를 조정하는 것도 가능하지만 상기 프린터에서 출력이 불가능한 두께로는 설정할 수 없다. 상기 슬라이싱 후에는 상기 레이어 별로 가공 경로의 확인이 가능하다. 상기 가공 경로의 총합을 이용하여 재료의 양과 가공 시간의 예측이 가능하다. 또한, 상기 가공 경로의 종류(injecting, moving, retraction...)를 고려하여 상기 가공 시간의 예측의 정확도를 상승시킬 수 있다. 재료의 양과 단위 체적 당 재료의 가격을 이용하고 가공 시간을 통해 가격을 산정한다. 상기 두 번째 방법은 상기 가공 경로 기반 산정부(284)에 의해 수행될 수 있다.
상기 트레이닝 모듈(290)은 사용자 선택 사항, 상기 3차원 모델의 형상 정보 및 상기 최종 주문 정보를 학습하고, 상기 학습된 정보를 바탕으로 추후 새로운 3차원 모델이 입력될 때, 더욱 최적화된 출력 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
도 8 및 도 9는 3차원 프린팅 방식 중 FDM 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 도 10은 3차원 프린팅 방식 중 SLS 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 도 11 내지 도 15는 3차원 프린팅 방식 중 SLA 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 도 16 및 도 17은 3차원 프린팅 방식 중 MJP 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 17을 참조하면, 다양한 방식의 3차원 프린팅 방식 중 FDM 방식은 상기 3차원 모델의 overhang을 고려하여 overhang 각도가 45도 이상인 곳과 self-supported가 불가능한 영역(도 13 및 14 참조)에 지지 구조(support)를 생성한다. 여기서 overhang이란 프린팅 시 새로 만들어지는 layer가 아래의 layer에 의해서만 부분적으로 지지되는 영역을 의미한다. 그리고 프린팅 시에 빌드 플랫폼과 각도가 생기는 부분 역시 overhang 영역으로 간주한다.
상기 FDM 방식에서는 생성되는 지지 구조를 최소화시켜 재료 소모량을 줄일 수 있는 출력 방향을 설정한다. 도 8 및 도 9를 보면, 도 8의 상기 overhang 면적이 도 9의 상기 overhang 면적보다 작고, 도 8의 상기 지지 구조의 체적인 도 9의 상기 지지 구조의 체적보다 작다. 따라서, 프린팅 방식의 최적화를 위해, FDM 방식이 선택된 경우 도 9와 같은 출력 방향보다는 도 8과 같은 출력 방향이 선택될 수 있다.
3차원 프린팅 방식 중 SLS 방식은 별도의 지지 구조를 필요로 하지 않는다. 따라서, 출력 시간과 재료를 최소화하기 위해 도 10과 같이 출력 방향의 높이가 가장 낮은 방향으로 출력 방향을 설정한다.
상기 SLS 방식으로 프린팅을 진행할 시에 프린팅한 물체가 온도에 의해서 변형되는 컬링 현상이 발생할 수도 있다. 그렇기 때문에 분할 면이 있는 3차원 모델을 프린팅하는 경우, 분할 면을 위쪽으로 설정할 수 있다.
상기 SLS 방식에서 파우더 공급 방향(도 10의 프린터 헤드 이동 방향)을 x축이라고 했을 때, x축의 길이가 y축보다 길게 되면 파우더의 이송량이 많아져 제작 가능한 시제품의 높이가 감소하게 되며, 파우더 밀도가 불균일하게 되기 때문에 제품의 품질이 나빠질 수 있다. 따라서, x축의 길이를 y축보다 짧게 위치할 수 있도록 해준다. 여기서, 상기 x축 및 y축은 바닥면과 평행하고, 서로 수직한 방향을 의미한다.
상기 SLS 방식에서 상기 3차원 모델을 사용하는 빌드 플랫폼의 중심부에 위치하게 하는 것이 표면 정도를 뛰어나게 해 줄 수 있다.
3차원 프린팅 방식 중 SLA 방식의 경우, 물체를 출력하는 중에 프린터에서 액체 형태의 재료(resin)를 고르게 펴주는 peeling 작업이 진행된다. 이때 출력물에 상기 resin과 다른 색상의 줄이 생성될 수도 있다. 그렇기 때문에 peeling 작업 시 출력물과 접촉하는 단면적을 최소화하여 생성된 줄이 육안으로 보이지 않게 하기 위해 기울어진 형태의 출력 방향을 선정할 수 있다.
또한, 출력 과정 중 layer 적층 과정에서 다음 layer를 출력하기 위해 바닥면으로부터 물체를 조금 들어올리게 된다. 이 때 resin 탱크 바닥 부분에 모델이 붙어 있을 수 있고, 상기 바닥 부분에 붙어 있는 단면적이 클수록 달라 붙어 있는 힘이 커져 출력물의 품질에 악 영향을 미칠 수 있다. 그렇기 때문에 도 12와 같이, z축의 단면적을 최소화시키는 출력 방향을 설정해 줄 수 있다. 그리고 3차원 모델의 overhang을 고려하여 self-supported가 불가능한 지역(도 13 및 14 참조)과 island 영역(도 15 참조)에 지지 구조를 생성한다. 여기서 island 영역이란 SLA 프린팅 시에 출력되는 다른 부분과 연결되는 부분이 없는 영역을 의미할 수 있다.
3차원 프린팅 방식 중 MJP 방식의 경우, 상기 3차원 모델의 모든 overhang 영역에서 지지 구조를 생성하지만 물체와 지지 구조를 동시에 출력할 수 있기 때문에 지지 구조가 최소로 생성될 수 있도록 도 17과 같이 제일 낮은 높이를 가지는 출력 방향을 설정한다.
상기 MJP 방식에서, 3차원 모델을 사용하는 프린터 헤더 길이에 최대한으로 맞추어 헤더의 이동 경로와 총 layer 수를 감소시켜 프린팅 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 3차원 모델은 빌드 플랫폼의 가장자리에 위치시키고 제일 높은 부분부터 프린팅될 수 있도록 설정한다. 이와 같이 하여 프린팅 시간을 감소시키고 파트 생성을 위한 print-block에 필요한 변형을 감소시킬 수 있다. 또한, 생성되는 지지 구조에 사용될 재료를 줄이기 위하여 상기 3차원 모델의 오목한 표면을 위로 가도록 설정할 수 있다. 또한, 세밀한 장식 부분을 위로 향하게 하여 Z축에 따른 해상도를 향상시키고 지지 구조의 소모되는 재료의 양을 감소시킴으로써 표면 품질 개선 및 비용절감을 할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 3차원 모델과 사용자의 선택 사항을 입력 받아 상기 3차원 모델에 적합하고, 상기 사용자의 선택 사항에 부합하는 3차원 프린팅 방식을 결정하고, 3차원 프린팅에 소요되는 가격을 산출할 수 있다.
또한, 각각의 3차원 프린팅 방식에 맞추어 제품의 품질을 향상시키고 비용을 절감하기 위한 최적화 작업이 수행될 수 있다.
따라서, 3차원 프린팅으로 제조되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있고, 불필요하게 제조 비용이 증가하지 않을 수 있다.
또한, 3차원 프린팅을 수행하기 전에 미리 결과를 시뮬레이션할 수 있으므로, 품질이나 제조 비용에 대한 예측이 가능하므로, 전체적인 제조 비용 및 제조 시간을 절감할 수 있다.
본 발명은 3차원 프린팅이 생산 가능한 다양한 제품들에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 입력부 120: 3차원 모델 입력부
140: 사용자 선택 사항 입력부 200: 메인 시스템
220: 애널라이저 222: 3차원 모델 형상 분석부
224: 사용자 선택 사항 분석부 240: 클래시파이어
260: 시뮬레이터 262: 출력 방향 판단부
264: 지지 구조 판단부 280: 에스티메이터
282: 볼륨 기반 산정부 284: 가공 경로 기반 산정부
290: 트레이닝 모듈

Claims (16)

  1. 3차원 모델 및 사용자 선택 사항을 입력받는 입력부; 및
    상기 3차원 모델의 형상 정보를 분석하여, 상기 3차원 모델의 형상 정보 및 상기 사용자의 사용자 선택 사항을 기초로 3차원 프린팅 방식을 결정하는 메인 시스템을 포함하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력부는
    상기 3차원 모델을 입력받는 3차원 모델 입력부; 및
    상기 사용자 선택 사항을 입력받는 사용자 선택 사항 입력부를 포함하고,
    상기 사용자 선택 사항은 가격 조건, 출력 품질, 강도, 재질의 투명도, 재질의 색상 및 출력 소요 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메인 시스템은
    상기 3차원 모델의 형상을 분석하고, 상기 사용자 선택 사항을 분석하여, 상기 3차원 프린팅 방식을 결정하는 애널라이저;
    상기 3차원 프린팅 방식에 대한 정보를 저장하는 클래시파이어;
    상기 애널라이저 및 상기 클래시파이어에 의해 정해진 프린팅 방식을 기초로 출력 방향을 결정하고, 지지 구조(support)를 생성하며 출력 과정을 시뮬레이션하는 시뮬레이터; 및
    상기 시뮬레이터의 상기 시뮬레이션을 기초로 프린팅 가격을 산정하는 에스티메이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 메인 시스템은
    상기 사용자 선택 사항, 상기 3차원 모델의 형상 정보 및 상기 사용자의 최종 주문 정보를 학습하는 트레이닝 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 애널라이저는
    상기 3차원 모델의 형상을 분석하는 3차원 모델 형상 분석부; 및
    상기 사용자 선택 사항을 분석하는 상기 사용자 선택 사항 분석부를 포함하고,
    상기 3차원 모델 형상 분석부가 생성하는 형상 정보는 상기 3차원 모델의 가로, 상기 3차원 모델의 세로, 상기 3차원 모델의 높이, 상기 3차원 모델의 bounding box, 상기 3차원 모델의 체적, 상기 3차원 모델의 표면적, 상기 3차원 모델의 3개의 주축 방향, 상기 3차원 모델의 볼록 다각형(convex hull), 상기 3차원 모델의 얇은 박판 형상, 상기 3차원 모델의 표면 복잡도 및 상기 3차원 모델의 거칠기인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시뮬레이터는 상기 bounding box, 상기 3개의 주축 방향 및 상기 볼록 다각형(convex hull)의 형상 정보를 이용하여 상기 출력 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 애널라이저는 얇은 박판 형상, 상기 표면 복잡도 및 상기 거칠기의 형상 정보를 이용하여 상기 3차원 프린팅 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 시뮬레이터는
    상기 3차원 모델을 기초로 상기 3차원 프린팅 방식의 시뮬레이션을 수행하기 위한 상기 출력 방향을 결정하는 출력 방향 판단부; 및
    상기 3차원 모델을 기초로 상기 3차원 프린팅 방식의 시뮬레이션을 수행하기 위한 상기 지지 구조를 생성하는 지지 구조 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 에스티메이터는
    상기 3차원 모델과 상기 지지 구조의 체적을 기반으로 상기 가격을 산정하는 볼륨 기반 산정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 에스티메이터는
    상기 3차원 모델을 제1 두께로 슬라이싱(slicing)하고, 상기 슬라이싱된 레이어 별로 가공 경로를 판단하며, 상기 레이어들의 상기 가공 경로의 총합을 이용하여 상기 가격을 산정하는 가공 경로 기반 산정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  11. 제3항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 FDM(fused deposition modeling) 방식을 포함하고,
    상기 3차원 프린팅 방식이 상기 FDM 방식일 때, 상기 시뮬레이터는 상기 지지 구조가 최소화되도록 상기 출력 방향을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 SLS(selective laser sintering) 방식을 포함하고,
    상기 3차원 프린팅 방식이 상기 SLS 방식일 때, 상기 시뮬레이터는 상기 출력 방향의 높이가 가장 낮은 방향으로 상기 출력 방향을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 3차원 프린팅 방식이 상기 SLS 방식일 때, 상기 시뮬레이션이 진행되는 바닥면에 평행하고 서로 수직하는 x축 및 y축에 대해, 파우더 공급 방향이 상기 x축일 때 상기 시뮬레이터는 상기 x축의 길이가 상기 y축보다 짧도록 상기 3차원 모델을 배치하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 SLA(stereo lithography apparatus) 방식을 포함하고,
    상기 3차원 프린팅 방식이 상기 SLA 방식일 때, 상기 시뮬레이션이 진행되는 바닥면에 수직한 z축에 대해, 상기 3차원 모델의 상기 z축의 단면적이 최소화되도록 상기 출력 방향을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 방식은 MJP(multi jetting printing) 방식을 포함하고,
    상기 3차원 프린팅 방식이 상기 MJP 방식일 때, 상기 3차원 모델이 상기 시뮬레이션이 진행되는 바닥면으로부터 가장 낮은 높이를 가지도록 상기 출력 방향을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 3차원 프린팅 방식이 상기 MJP 방식일 때, 상기 3차원 모델의 오목한 표면이 위를 향하도록 상기 3차원 모델을 배치하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 최적화 시뮬레이션 장치.
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