KR20200010975A - 잉크젯 폭 조절 방법 및 3차원 출력 장비 - Google Patents

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Abstract

3차원 출력 장비에 적합한 잉크젯 폭 조절 방법이 제공된다. 예시적인 실시예 중 하나의 방법이 이하에서 제공된다. 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델 상에 슬라이싱 처리가 수행되어 레이어 오브젝트를 생성하고, 레이어 오브젝트는 단면 윤곽을 구비한다. 3차원 디지털 모델로부터 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도가 얻어지고, 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도에 따라 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭이 계산된다. 출력 모듈이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈이 제어되어 이상적인 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사한다. 추가적으로, 3차원 출력 장비도 제공된다.

Description

잉크젯 폭 조절 방법 및 3차원 출력 장비 {INKJET WIDTH ADJUSTMENT METHOD AND THREE-DIMENSIONAL PRINTING EQUIPMENT}
본 발명은 3차원 출력의 잉크젯 기술에 관한 것이며, 더 구체적으로는 잉크젯 폭 조절 방법 및 3차원 출력 장비에 관한 것이다.
컴퓨터-보조 제조(Computer-Aided Manufacturing)의 발달로, 제조 산업은 오리지널 디자인 컨셉트를 시제품으로 빨리 만드는 데 사용될 수 있는 3차원 출력 기술을 발달시켜 왔다. 사실, 3차원 출력 기술은 일련의 고속 프로토타입핑(rapid prototyping) 기술들의 총칭이다. 기본적인 원리는 출력 플랫폼 상에 적층 가공을 행하고, 고속 프로토타입핑 기계(rapid prototyping machine)가 수평면에서 오브젝트(object)를 스캔하여 복수의 레이어 오브젝트들을 순차적으로 출력 플랫폼에 출력하여 레이어 오브젝트들을 쌓음으로써 3차원 오브젝트를 창조하는 것이다. 용융 적층 모델링(fused deposition modeling, FDM) 기술에서, 성형 재료들(forming materials)은 전선을 생성하기 위해 사용되고, 성형 재료들은 열로 용융되어 원하는 형상/윤곽에 따라 성형 플랫폼 상에 레이어 단위로 쌓여 3차원 오브젝트를 형성한다.
컬러 3차원 출력에 대한 요구를 충족시키기 위하여, 현재의 3차원 출력 기술은 출력되는 중인 3차원 오브젝트에 분사 잉크를 더 포함한다. 달리 말하면, 3차원 출력 장치는 레이어 오브젝트들을 출력하고, 반면 동시에 레이어 오브젝트들의 각각의 레이어에 잉크를 분사하여 컬러 3차원 오브젝트를 생성한다. 컬러 3차원 출력 기술에서, 3차원 출력 장치는 잉크를 미리 정해진 동일한 잉크젯 폭에 따라 각각의 레이어 오브젝트들의 윤곽 가장자리들에 분사하고, 따라서 레이어 오브젝트들이 쌓임으로써 형성된 3차원 오브젝트의 표면이 색상을 드러내게 된다. 그러나, 레이어 오브젝트들 상의 잉크젯 영역의 범위가 레이어 오브젝트들의 점착과 색상 효과에 영향을 미치게 된다.
예컨대, 두 개의 수직으로 인접한 레이어 오브젝트들의 절단면 가장자리들 사이의 거리가 미리 정해진 잉크젯 폭 보다 크면, 3차원 오브젝트의 표면은 채색되지 않은 부분을 드러낼 것이다. 따라서, 컬러 3차원 출력의 출력 품질이 영향을 받게 된다. 도 1은 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사하는 실시예를 도시한다. 도 1에 도시된 것과 같이, 위쪽의 레이어 오브젝트(L1)의 절단면 가장자리와 아래쪽의 레이어 오브젝트(L2)의 절단면 사이의 거리(D1)이 미리 정해진 잉크젯 폭(Wd1)보다 크면, 3차원 오브젝트의 표면 상에 노출된 레이어 오브젝트(L2)의 일부분은 채색되지 않은 부분(B1)을 포함하게 된다. 특히, 3차원 오브젝트의 표면이 완만하게 기울어진 경우에는, 도 1에 도시된 것과 같은 상황이 더 명백하다. 그러므로, 어떻게 컬러 3차원 출력을 하는 더 바람직한 방법을 고안해내는가 하는 것이 관련 업자들이 생각해내야 할 문제 중의 하나가 되었다.
본 발명은 잉크젯 폭 조절 방법 및 3차원 출력 장비를 제공하며, 이것은 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도(surface tilt degree)에 기초하여 이상적인 잉크젯 폭을 결정할 수 있어서 3차원 출력 장비가 잉크를 3차원 오브젝트 상에 채색 용도로 정확하게 분사할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예는 컬러 3차원 오브젝트를 생성하기에 적합한 잉크젯 폭 조절 방법을 제공한다. 예시적인 실시예들 중의 하나에서 잉크젯 폭 조절 방법은 이하의 단계들을 포함한다. 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델 상에 슬라이싱 처리가 수행되어 레이어 오브젝트를 생성하는데, 여기서 레이어 오브젝트는 단면 윤곽을 구비한다. 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도가 3차원 디지털 모델로부터 얻어지고, 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭이 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도에 따라 계산된다. 출력 모듈이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈이 제어되어 이상적인 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사한다.
본 발명의 일 실시예에서, 3차원 디지털 모델로부터 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도를 얻고 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도에 따라 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 단면 윤곽에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬(polygon mesh)가 3차원 디지털 모델로부터 얻어진다. 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 표면 기울기도를 나타내는 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각(included angle)이 계산된다. 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭이 적어도 하나의 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 계산된다.
본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따른 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 적어도 하나의 끼임각의 코탄젠트 값과 레이어 두께의 곱이 계산된다. 이 곱과 미리 정해진 잉크젯 폭 중에서 최대값이 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭으로서 취해진다.
본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 폴리곤 메쉬는 제1 폴리곤 메쉬와 제2 폴리곤 메쉬를 포함한다. 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각을 계산하는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 제1 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 제1 끼임각이 계산되고, 제2 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 제2 끼임각이 계산된다.
본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 이상적인 잉크젯 폭의 제1 이상적인 잉크젯 폭이 제1 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 계산되고, 이상적인 잉크젯 폭의 제2 이상적인 잉크젯 폭이 제2 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 계산된다.
본 발명의 일 실시예에서, 방법은 이하의 단계를 더 포함한다. 잉크젯 이미지가 이상적인 잉크젯 폭 및 단면 윤곽에 따라 생성되고, 잉크젯 이미지는 이상적인 잉크젯 폭에 기초하여 형성된 잉크젯 영역을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예는 컬러 3차원 오브젝트를 생성하기에 적합한 3차원 출력 장비를 제공한다. 3차원 출력 장비는 출력 모듈, 잉크젯 모듈, 저장 장치 및 처리 장치를 포함한다. 출력 모듈은 출력 헤드를 포함하고, 잉크젯 모듈은 잉크젯 헤드를 포함한다. 저장 장치는 복수의 모듈들을 기록하고, 처리 장치는 저장 장치에 결합되며 모듈들을 실행하여 이하에서 제공되는 단계들을 구현하도록 구성된다. 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리가 수행되어 레이어 오브젝트를 생성하는데, 여기서 레이어 오브젝트는 단면 윤곽을 가진다. 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도가 3차원 디지털 모델로부터 얻어지고, 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도에 따라 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭이 계산된다. 출력 모듈이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 뒤에, 잉크젯 모듈이 제어되어 이상적인 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사한다.
전술한 것을 볼 때, 본 발명의 실시예들에 따른 잉크젯 폭 조절 방법과 3차원 출력 장비에 대하여, 이상적인 잉크젯 폭은 3차원 오브젝트 상에 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 출력 헤드가 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 3차원 출력 장비는 잉크젯 모듈을 제어하여 이상적인 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사하도록 할 수 있다. 이런 방식으로, 심지어 3차원 오브젝트의 표면 기울기도가 오히려 완만하거나 또는 심지어 두 개의 수직으로 인접한 레이어 오브젝트들 가장자리들 사이의 갭이 지나치게 큰 경우라도, 3차원 오브젝트의 외표면은 전부 정확하게 채색될 수 있고, 컬러 3차원 출력의 출력 품질이 크게 향상된다.
발명의 전술한 그리고 다른 특징들 및 장점들을 이해가능하게 만들기 위해서, 몇몇 예시적인 실시예들이 도면과 함께 이하에서 상세하게 기술된다.
이하의 도면들은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위하여 포함된 것이며, 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면들은 그 설명과 함께 본 발명의 실시예들을 도시하며, 본 발명의 원리들을 설명하는데 쓰인다.
도 1은 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사하는 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 출력 장비의 블록 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 3차원 출력 장비의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 폭 조절 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이상적인 잉크젯 폭을 결정하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 이미지의 개념도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 디지털 모델과 레이어 오브젝트의 개념도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각을 계산하는 개념도이다.
도 8은 도 7a의 실시예에 따른 레이어 오브젝트 72(3)의 잉크젯 영역의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 폭 조절 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이상적인 잉크젯 폭을 얻는 예시적인 개념도이다.
<관련 출원에의 상호 참조>
본 출원은 2018. 7. 9. 출원된 중국 출원 일련번호 제201810743541.1호의 우선권을 주장한다. 상기한 특허출원 전체는 여기에서 참조로서 통합되고 본 명세서의 일부를 이룬다.
<실시예들의 설명>
본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 예시들이 뒤따르는 도면들에 도시되어 있다. 가능한 한, 동일한 참조 번호들은 도면과 상세한 설명에서 동일하거나 유사한 부분들을 참조하기 위하여 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 출력 장비의 개념도이다. 도 2를 참조하면, 3차원 출력 장비(20)는 출력 모듈(210), 잉크젯 모듈(220), 저장 장치(230) 및 처리 모듈(240)을 포함한다. 처리 모듈(240)은 출력 모듈(210), 잉크젯 모듈(220) 및 저장 장치(230)에 결합되어 있다. 실시예에서, 처리 장치(240)는 출력 모듈(210)과 잉크젯 모듈(220)을 제어하여 3차원 출력을 수행하도록 구성된다.
실시예에서, 저장 장치(230)는 데이터를 저장하도록 구성될 수 있고, 버퍼 메모리, 내부 저장 매체, 외부 저장 매체, 다른 유형의 저장 장치들, 또는 이들의 조합일 수 있다. 버퍼 메모리는, 예컨대, 랜덤 액세스 메모리, 판독-전용 메모리, 또는 다른 유사한 장치들을 포함할 수 있다. 내부 저장 매체는, 예컨대, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 디스크, 플래시 저장 장치, 또는 다른 유사한장치들을 포함할 수 있다. 외부 저장 매체는, 예컨대, 외장 드라이브, USB 드라이브, 클라우드 드라이브, 또는 다른 유사한 장치들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 저장 장치(230)는 추가적으로 복수의 모듈들을 저장하도록 구성될 수 있고, 이 모듈들은 처리 장치(240)가 이 모듈들을 판독하거나 실행하여 본 발명의 실시예들에 따른 잉크젯 폭 조절 방법을 수행하도록 하는 소프트웨어 프로그램일 수 있다.
실시예에서, 처리 장치9240)는 처리 칩, 이미지 처리 칩, 또는, 예컨대, 중앙 처리 유닛(CPU), 또는 다른 범용 또는 특정 목적의 프로그램가능한 마이크로프로세서들, 디지털 신호 처리기(DSP), 프로그래머블 콘트롤러, 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 프로그래머블 논리 장치(PLD), 다른 유사한 처리 회로들, 이들의 조합을 포함할 수 있다.
실시예에서, 처리 장치(240)는 출력 모듈(210)과 잉크젯 모듈(220)을 통해 3차원 출력 작업과 잉크젯 출력 작업을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 출력 작업은, 성형 플랫폼 상에 성형 물질들을 공급하는 것을 포함할 수 있고, 잉크젯 모듈(220)은 성형 플랫폼 상의 경화된 또는 경화 중인 성형 물질들 상에 잉크를 분사할 수 있다. 추가적으로, 당업자라면 3차원 출력 장비(20)가 3차원 출력 및 잉크젯 출력을 수행하기 위하여 출력 모듈(210) 및 잉크젯 모듈(220)과 함께 일하도록 구성된 다른 요소들(예컨대, 플랫폼, 공급 파이프, 잉크젯 파이프, 출력 헤드 연결 메커니즘, 드라이버 모터 등)을 더 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 3차원 출력 장비(20)는 호스트 컴퓨터 및 출력 모듈(210)과 잉크젯 모듈(220)을 가진 3차원 프린터를 포함할 수 있고, 처리 장치(240)는 호스트 컴퓨터의 프로세서 및 3차원 프린터의 프로세서 및/또는 콘트롤러를 포함할 수 있다는 것을 주목하라. 예컨대, 3차원 출력 장비(20)는 랩탑 컴퓨터 또는 데스크탑 컴퓨터, 및 3차원 프린터에 의해 구현될 수 있지만, 본 발명은 이에 관하여 한정을 하려는 의도가 아니다. 다른 실시예에서, 3차원 출력 장비(20)는 또한 3차원 디지털 모델을 처리할 수 있는 3차원 프린터일 수 있지만, 본 발명은 이에 관하여 한정을 하려는 의도가 아니다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 3차원 출력 장비의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 출력 모듈(210)은 출력 헤드(210a)를 포함하고, 잉크젯 모듈(220)은 잉크젯 헤드(220a)를 포함한다. 한편, 카테시안 좌표 체계(Cartesian coordinate system)가 관계 요소들과 그들의 움직임을 기술하기 위하여 제공된다. 성형 플랫폼(250)은 출력 중인 채색된 3차원 오브젝트(80)를 베어링(bearing)하기 위한 베어링 표면(S1)을 포함한다. 성형 플랫폼(250)이 출력 헤드(210a)와 잉크젯 헤드(220a) 아래에 배치된다.
자세하게는, 실시예에서, 처리 장치(240)는 폴리곤 파일 포맷(PLY), STL, 또는 OBJ 등과 같은 3차원 파일 포맷과 호환되는 3차원 디지털 모델을 얻을 수 있다. 위의 3차원 파일 포맷에서 3차원 디지털 모델은 복수의 폴리곤 메쉬들로 구성되고, 각각의 폴리곤 메쉬들은 각각 다른 좌표점들을 가지는 복수의 꼭지점들을 가진다. 실시예에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리를 수행하여 복수의 레이어 오브젝트들을 생성하여 각각의 레이어 오브젝트들에 관한 레이어 정보를 얻도록 구성될 수 있다. 위의 레이어 정보는 레이어 오브젝트의 단면 윤곽, 잉크젯 영역 등을 포함한다. 처리 장치(240)는 위의 레이어 정보에 따라 3차원 출력 장비(20)를 제어하여 3차원 출력 장비(20)가 레이어 단위로 복수의 레이어 오브젝트들을 생성하고 레이어 단위로 그 레이어 오브젝트들을 채색하도록 할 수 있다.
실시예에서, 3차원 출력 장비(20)는 용융 적층 모델링(FDM) 기술을 사용하여 컬러 3차원 오브젝트(80)를 출력한다. 즉, 출력 헤드(210a)는 X-Y 평면을 따라 그리고 X-Y 평면의 법선 방향(z 방향)을 따라 움직이도록 배치된다. 성형 물질(F1)이 공급 파이프를 통해 출력 헤드(210a)에 들어가서 열에 의해 용융되고 출력 헤드(210a)에 의해 압출성형되어 나오는데, 성형 플랫폼(250)의 베어링 표면(S1) 상에 레이어 단위로 복수의 레이어 오브젝트들이 지어진다(도 3은 예시적인 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)를 도시한다). 이런 방식으로, 레이어 단위로 지어진 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)는 베어링 표면(S1) 상에 서로 쌓여서 컬러 3차원 오브젝트(80)를 형성한다. 구체적으로는, 성형 물질(F1)은 용융 필라멘트 제조(fused filament fabrication, FFF), 용융 및 압출 모델링(melted and extrusion modelling) 등과 같은 방법들에 의해 제조된 열용융 물질에 의해 형성될 수 있지만, 본 발명은 이에 관해 한정되려는 것이 아니다.
실시예에서, 잉크젯 헤드(220a)는 잉크(I1)를 각각의 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c) 상에 레이어 단위로 분사하여, 잉크(I1)가 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)의 상측 표면들을 오버랩하고 커버하게 된다. 그러므로, 잉크젯 헤드(220a)는 잉크(I1)를 포함하도록 구성되는 잉크 카트리지(220b)를 포함할 수 있다. 잉크젯 헤드(220a)는 처리 장치(240)에 의해 제어되어 잉크 카트리지(220b) 안에 있는 잉크(I1)를 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c) 상에 분사하여 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)를 채색한다. 비록 도 3이 오직 하나의 잉크 카트리지 (220b)만을 도시하고 있지만, 본 발명은 잉크 카트리지와 잉크 색상의 숫자를 한정하지 않는다. 예컨대, 잉크젯 모듈(220)은 4개의 다른 색상(예컨대, 노랑(Y), 마젠타(M), 시안(C), 및 검정(K))을 가진 잉크 카트리지들 및 4개의 대응되는 잉크젯 헤드들을 포함할 수 있다.
그러한 배열과 함께, 출력 헤드(210a)가 성형 플랫폼(250) 상에 레이어 오브젝트(80a)를 출력한 뒤에, 잉크젯 헤드(220a)는 레이어 오브젝트(80a)의 상측 표면에 잉크를 분사하여 레이어 오브젝트(80a)를 채색할 수 있다. 그 후, 출력 헤드(210a)가 성형 플랫폼(250) 상에 다른 레이어 오브젝트(80c)를 출력한 후에, 잉크젯 헤드(220a)는 잉크를 레이어 오브젝트(80c)의 상측 표면에 분사하여 레이어 오브젝트(80c)를 채색할 수 있다. 3차원 출력 작업 및 잉크젯 출력 작업을 교대로 수행함으로써, 다중 채색된 레이어 오브젝트들이 순차적으로 쌓여서 컬러 3차원 오브젝트를 형성하는 것으로 이해된다.
본 발명의 실시예들에서, 3차원 출력 장비(20)는 잉크젯 출력 작업을 잉크젯 폭에 따른 각각의 레이어 오브젝트들의 윤곽 가장자리 상에서 수행할 수 있음을 주목하라. 따라서, 3차원 오브젝트의 표면은 색상들을 나타낼 수 있다. 자세하게는, 잉크젯 모듈(220)이 레이어 오브젝트를 채색할 때, 잉크젯 모듈(220)은 X-Y 평면 상에서 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 움직이고, 따라서 잉크(I1)가 레이어 오브젝트의 상측 표면의 단면의 외측 가장자리에 분사된다. 각각의 레이어 오브젝트들의 단면 외측 가장자리를 채색하는 것에 의해, 최종적으로 형성된 컬러 3차원 오브젝트의 외표면은 다양한 색상들을 나타낼 수 있다. 즉, 각각의 레이어 오브젝트들의 잉크젯 영역은 레이어 오브젝트의 단면 윤곽과 잉크젯 폭에 의해 결정된다. 잉크젯 영역은 단면 윤곽에 의해 결정되는 윤곽 선형 영역으로, 잉크젯 폭은 그 선형 영역의 선폭으로 보여질 수 있다. 더 구체적으로는, 처리 장치(240)는 레이어 오브젝트의 단면 윤곽과 잉크젯 폭에 따라 먼저 각각의 레이어 오브젝트들에 대응하는 잉크젯 이미지들을 생성할 수 있고, 잉크젯 모듈(220)을 제어하여 잉크젯 이미지들에 따라 X-Y 평면에서 잉크젯 출력을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에서, 각각의 레이어 오브젝트들에 대응하는 잉크젯 폭은 3차원 오브젝트의 표면 기울기도에 따라 적절히 변화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 3차원 출력 방법의 흐름도이다. 본 실시예의 방법은 도 2 및 도 3의 3차원 출력 장비에 적합하다. 본 실시예의 잉크젯 폭 조절 방법은 3차원 출력 장비(20)의 성분들을 참조하여 이하에서 자세히 기술된다.
단계 (S401)에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델을 얻고 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리를 수행하여 단면 윤곽을 가진 레이어 오브젝트를 생성한다. 구체적으로는, 3차원 디지털 모델(예컨대, STL 파일)은 더 컴파일되고 계산되어, 컬러 3차원 출력의 기능을 수행하기 위한 관련 정보로 변환된다. 먼저, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델 상에 슬라이싱 처리를 수행하여 복수의 레이어 오브젝트들을 생성한다. 일반적으로, 처리 장치(240)는 균일한 간격으로 이격된 복수의 슬라이싱 평면들에 의해 3차원 디지털 모델을 슬라이스하여 레이어 오브젝트들의 단면 윤곽들을 추출한다. 따라서, 3차원 디지털 모델을 슬라이싱하기 위한 슬라이싱 간격은 레이어 오브젝트의 레이어 두께로 볼 수 있다.
다음으로, 단계 (S402)에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도를 얻고, 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도에 따라 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭을 계산한다. 구체적으로, 복수의 레이어 오브젝트들이 슬라이싱 처리를 통해 얻어진 후에, 처리 장치(240)는 각각의 레이어 오브젝트들의 잉크젯 영역을 더 결정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델에 기초하여 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도를 알 수 있고, 그 후에 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 의해 레이어 오브젝트의 (밀리미터로 측정된) 이상적인 잉크젯 폭을 결정할 수 있다.
예컨대, 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이상적인 잉크젯 폭을 결정하는 개념도이다. 처리 장치(240)가 반구형의 3차원 디지털 모델(51)을 얻었다고 가정한다. 처리 장치(240)는 먼저 동일한 레이어 두께로 3차원 디지털 모델(51) 상에 슬라이싱 처리를 수행하여 복수의 레이어 오브젝트들 52(1), 52(2), ... 52(k), ...52(n-1) 및 52(n)을 얻는데, n은 0보다 큰 정수이며, k는 1과 n 사이이다. 그리고 나서, 처리 장치(240)는 슬라이싱 처리를 통과한 레이어 오브젝트들 52(1) 내지 52(n)의 단면 윤곽들을 얻는다. 실시예에서, 3차원 디지털 모델(51)이 반구이기 때문에, 레이어 오브젝트들 52(1) 내지 52(n)의 단면 윤곽은 서로 간에 다른 반지름을 갖는 둥근 윤곽들이고, 동일한 레이어 오브젝트의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도는 동일하다.
레이어 오브젝트들 52(k) 및 52(n-1)이 예시로서 선택되었다. 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트 52(n-1)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T1)를 얻을 수 있고, 그 후에 레이어 오브젝트 52(n-1)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T1)에 따라 이상적인 잉크젯 폭(Wd2)을 계산할 수 있다. 유사하게, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트 52(k)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T2)를 얻을 수 있고, 그 후에 레이어 오브젝트 52(k)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T2)에 따라 이상적인 잉크젯 폭(Wd3)을 계산할 수 있다. 레이어 오브젝트 52(n-1)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T1)와 레이어 오브젝트 52(k)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T2) 사이의 차이들 때문에, 이상적인 잉크젯 폭 (Wd2)는 이상적인 잉크젯 폭 (Wd3)과 달라진다. 레이어 오브젝트 52(k)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T2)가 레이어 오브젝트 52(n-1)의 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(T1)보다 가파르기 때문에, 이상적인 잉크젯 폭 (Wd2)는 이상적인 잉크젯 폭 (Wd3)보다 크다. 즉, 일 실시예에서, 각각의 레이어 오브젝트들에 대하여, 이상적인 잉크젯 폭은 개별적으로 결정될 수 있다. 그러므로, 레이어 오브젝트 52(n-1) 상에 지나치게 좁은 폭의 잉크가 분사되어 컬러 3차원 오브젝트의 외표면이 채색되지 않은 부분을 명백하게 나타내는 것을 피할 수 있다.
그 후에, 단계 (S403)에서, 출력 모듈(210)이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 뒤에, 처리 장치(240)는 잉크젯 모듈(220)을 제어하여 이상적인 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사한다. 구체적으로, 처리 장치(240)가 이상적인 잉크젯 폭을 결정한 후에, 처리 장치(240)는 이상적인 잉크젯 폭에 따라 대응 잉크젯 이미지를 생성하여 잉크젯 모듈(220)이 잉크젯 이미지에 따라 레이어 오브젝트의 절단면 가장자리들에 잉크를 분사하도록 할 수 있다. 예컨대, 도 5의 실시예가 추가적인 설명을 위해 사용된다. 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 이미지의 개념도이다. 처리 장치(240)가 이상적인 잉크젯 폭 (Wd2)을 계산한 후에, 처리 장치(240)는 레이어 오브젝트 52(n-1)의 단면 윤곽(C1)과 이상적인 잉크젯 폭 (Wd2)에 따라 잉크젯 이미지(Img1)를 생성할 수 있다. 처리 장치(240)가 이상적인 잉크젯 폭(Wd3)을 계산한 후에, 처리 장치(240)는 레이어 오브젝트 52(k)의 단면 윤곽(C2)과 이상적인 잉크젯 폭(Wd3)에 따라 잉크젯 이미지(Img2)를 생성할 수 있다. 이런 방식으로, 잉크젯 모듈(220)은 잉크(I1)를 잉크젯 이미지(Img2)에 의해 기록된 픽셀 위치와 색상 특징값에 따라 레이어 오브젝트 52(k)의 가장자리들에 분사할 수 있다. 게다가, 잉크젯 모듈(220)은 잉크(I1)를 잉크젯 이미지(Img1)에 의해 기록된 픽셀 위치와 색상 특징값에 따라 레이어 오브젝트 52(n-1)의 가장자리들에 분사할 수 있다.
어떻게 단면 윤곽의 표면 기울기도를 얻는지를 도시하기 위해 이하에서 여러 예시적인 실시예들이 제공된다. 일 실시예에서, 3차원 디지털 모델은 복수의 폴리곤 메쉬들에 의해 형성된다. 게다가, 각각의 폴리곤 메쉬들은 각각 상이한 좌표값들을 가진 복수의 꼭지점들을 가진다. 예컨대, 폴리곤 메쉬들은 일반적으로 삼각형 메쉬들일 수 있고, 각각의 폴리곤 메쉬들은 세 개의 꼭지점들에 의해 형성된 삼각형면(triangular facet)으로 취급될 수 있다. 슬라이싱 처리가 수행될 때, 슬라이싱 처리를 수행하도록 구성된 하나의 슬라이싱 표면은 3차원 디지털 모델의 일부 폴리곤 메쉬들을 통과하여 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 추출한다. 그 후에, 일 실시예에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 단면 윤곽에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬를 얻을 수 있다. 그 후에, 처리 장치(240)는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도를 나타내는 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각을 계산할 수 있다. 구체적으로, 처리 장치(240)는 폴리곤 메쉬와 폴리곤 메쉬의 꼭지점들의 좌표값들에 따른 수평면 사이의 끼임각을 계산할 수 있다.
도 7a를 참조하면, 도 7a는 3차원 디지털 모델과 본 발명의 실시예에 따른 레이어 오브젝트의 개념도이다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬들 M1, M2, M3 등과 같은 12개의 삼각형 메쉬들에 의해 형성되는 3차원 디지털 모델(71) 상에 슬라이싱 처리를 수행한다고 가정된다. 여기서, 삼각형 메쉬 M1은 세 개의 꼭지점 V1, V2 및 V3를 가진다. 삼각형 메쉬 M2는 세 개의 꼭지점 V1, V3 및 V4를 가진다. 삼각형 메쉬 M3는 3개의 꼭지점 V4, V3 및 V5를 가진다. 처리 장치(240)가 레이어 두께에 따라 3차원 디지털 모델(71) 상에 슬라이싱 처리를 수행한 후에, 6개의 레이어 오브젝트들 72(1) 내지 72(6)이 생성될 수 있다고 가정하자. 레이어 오브젝트들 72(1) 내지 72(6)의 단면 윤곽들은 사각형의 형상이고 상이한 크기들을 가진다. 레이어 오브젝트 72(3)을 예로 들면, 처리 장치(240)는 레이어 오브젝트 72(3)의 단면 윤곽에 따라 레이어 오브젝트 72(3)에 대응하는 복수의 삼각형 메쉬들(예컨대, 실시예에서 삼각형 메쉬들 M1, M2, M3, M4 등)을 얻을 수 있다.
다음으로, 도 7b를 참조하면, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각의 개념도이다. 삼각형 메쉬(M1)을 예로 들면, 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬(M1)과 수평면(HP) 사이의 끼임각(θ1)을 계산할 수 있다. 그러므로, 단면 윤곽(C3)의 표면 기울기도를 나타내는 끼임각(θ1)이 얻어진다. 예컨대, 슬라이싱 공정이 수평면(HP)을 사용하여 수행된 경우, 수평면(HP)은 삼각형 메쉬(M1)를 교점 (V7)과 (V8)에서 분할하고, 교점 (V7)과 (V8) 사이의 직선(Ln1)은 단면 윤곽(C3)의 일부분을 구성한다. 삼각형 메쉬(M1)와 수평면(HP) 사이의 끼임각(θ1)은 꼭지점(V1)과 교점 (V7) 및 (V8)에 의해 결정되는 삼각평면 및 수평면(HP) 사이의 끼임각이다. 삼각형 메쉬(M1)와 수평면(HP) 사이의 끼임각(θ1)은 이하의 방법으로 얻어질 수 있다. 꼭지점(V1)을 통과해 지나가고 (교점 (V7) 및 (V8) 사이의 연결선인) 직선(Ln1)에 수직한 수직선(LA)이 얻어지고 페달점(pedal point)(V9)에서 직선(Ln1)을 분할한다. 다음으로, 페달점(V9)을 통과해 지나가고, 직선(Ln1)에 수직하며, 수평면(HP) 상에 위치한 다른 수직선(LB)이 얻어진다. 그러므로, 끼임각(θ1)은 수직선(LA)과 수직선(LB) 사이의 끼임각을 계산함으로써 얻어질 수 있다. 처리 장치(240)는 또한 다른 삼각형 메쉬(M2)와 수평면(HP) 사이의 다른 끼임각을 계산한다는 것을 주목하라. 따라서, 단면 윤곽(C3)에 대응하는 표면 기울기도를 나타내는 다른 끼임각이 얻어진다. 이런 상황에서, 최고점(V3)와 두 개의 교점(즉, 수평면(HP)과 삼각형 메쉬(M2)의 두 교점들)에 의해 결정되는 삼각형 평면과 수평면(HP) 사이의 끼임각이 계산되었을 때, 역삼각형 형상의 삼각형 메쉬(M2)와 수평면(HP) 사이의 끼임각은 90도를 초과할 수 있다. 유사하게, 처리 장치(240)는 또한 다른 삼각형 메쉬(M3)와 수평면(HP) 사이의 끼임각을 계산한다. 그러므로, 단면 윤곽(C3)에 대응하는 표면 기울기도를 나타내는 다른 끼임각이 얻어진다. 달리 말하면, 동일한 레이어 오브젝트는 복수의 상이한 끼임각들에 대응될 수 있다. 즉, 동일한 레이어 오브젝트에 대하여, 3차원 디지털 모델이 불규칙한 형상이기 때문에, 레이어 오브젝트의 단면 윤곽은 복수의 상이한 표면 기울기도에 대응될 수 있다.
전술한 것과 같이, 슬라이싱 처리가 수평면(HP)을 사용하여 수행된 경우에, 수평면(HP)은 교점 (V7)과 (V8)에서 삼각형 메쉬(M1)를 분할한다. 교점 (V7)와 (V8) 사이의 직선(Ln1)은 단면 윤곽(C3)의 세그먼트 부분(segmental portion)이다. 따라서, 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬(M1)에 대응하는 단면 윤곽(C3)의 세그먼트 부분에 대한 이상적인 잉크젯 폭을 계산할 수 있다. 그러므로, 폭이 이상적인 잉크젯 폭과 동일하고 길이가 직선(Ln1)의 길이와 동일한 잉크젯 영역이 얻어진다. 유사하게, 슬라이싱 처리가 수평면(HP)을 사용하여 수행된 경우, 수평면(HP)은 교점 (V8)과 다른 교점(도시되지 않음)에서 삼각형 메쉬(M2)를 분할하고, 교점 (V8)과 다른 교점 사이의 다른 직선이 단면 윤곽(C3)의 다른 세그먼트 부분을 형성한다. 그러므로, 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬(M1)에 대응하는 직선(Ln1)에 대한 이상적인 잉크젯 폭을 계산할 뿐만 아니라, 삼각형 메쉬(M2)에 대응하는 (교점 (V8)과 다른 교점 사이의) 다른 직선에 대한 다른 이상적인 잉크젯 폭을 계산할 수도 있다. 삼각형 메쉬(M1)에 대응하는 직선(Ln1)의 길이는 삼각형 메쉬(M2)에 대응하는 다른 직선의 길이와 같거나 다를 수 있다. 다음으로, 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬(M2)에 대응하는 단면 윤곽(C3)의 세그먼트세그먼트에 대한 다른 이상적인 잉크젯 폭을 계산할 수 있고, 처리 장치(240)는 폭이 다른 이상적인 잉크젯 폭과 동일하고 길이가 다른 직선의 길이와 동일한 잉크젯 영역을 얻을 수 있다.
즉, 동일한 슬라이싱 평면이 복수의 상이한 삼각형 메쉬들을 통과해 지나갈 수 있기 때문에, 처리 장치(240)는 단면 윤곽의 상이한 윤곽 부분들에 대응하는 복수의 이상적인 잉크젯 폭들을 계산할 수 있다. 추가적으로, 단일 레이어 오브젝트의 단면 윤곽의 상이한 윤곽 부분들이 동일하거나 상이한 윤곽 길이들을 가질 수 있기 때문에, 상이한 윤곽 부분들에 대응하는 잉크젯 영역들은 다르거나 동일한 길이들을 가질 수 있다.
그러나, 도 7a 및 7b는 오직 예시적인 도시들만을 제공하며 본 발명은 이를 한정하려는 것이 아니다. 도 7a 및 7b의 도시들을 참조하여, 당업자는 어떻게 다른 형상의 3차원 디지털 모델에 대한 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도를 계산할 수 있는지 추론하기에 충분한 가르침과 권유를 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 표면 기울기도를 나타내는 적어도 하나의 끼임각이 얻어진 후에, 처리 장치(240)는 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭을 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 처리 장치(240)는 아래 공식(1)에 기초하여 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭을 계산할 수 있다:
Figure pat00001
공식(1)
여기서, Wdideal은 이상적인 잉크젯 폭을 나타내고, h는 레이어 두께를 나타내고, θ는 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각(예컨대, 도 7b의 끼임각 θ1)을 나타내고, Wdp는 미리 정해진 잉크젯 폭을 나타낸다. θ가 0도 내지 180도 사이에 있다는 것을 알 수 있다. 공식 (1)을 참조하면, 처리 장치(240)는 적어도 하나의 끼임각의 코탄젠트(cotangent) 값과 레이어 두께의 곱을 계산하고, 그 곱과 미리 정해진 잉크젯 폭 중의 최대값이 이상적인 잉크젯 폭으로 취해진다. 미리 정해진 잉크젯 폭은 미리 정해진 최소 잉크젯 폭이며 실제 필요들에 따라 고안될 수 있다. 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각이 90도를 초과하게 되면, cotθ가 음수가 됨을 주목하라. 따라서, cotθ의 절대값이 공식 (1)에서 채택되었다.
도 7a의 레이어 오브젝트 72(3)을 추가적인 설명을 위한 예시로 든다. 도 8을 참조하면, 도 8은 도 7a의 실시예에 따라 레이어 오브젝트 72(3)의 잉크젯 영역의 실시예를 도시한 것이다. 삼각형 메쉬들 (M3) 및 (M4)가 수평면에 수직하다고 가정하면, 단면 윤곽(C3)의 부분(C3_2)의 이상적인 잉크젯 폭은 공식 (1)에 따른 미리 정해진 잉크젯 폭(Wdp)과 동일하다. 삼각형 메쉬들 (M1), (M2) 및 (M5)가 동일 평면상에 있다고 가정하면, 단면 윤곽(C3)의 부분(C3_1)의 이상적인 잉크젯 폭은 Wd5 = h * cotθ와 같으며, θ는 도 7b의 θ1과 같다.
전술한 것에 기초하여, 불규칙한 형상의 3차원 디지털 모델에 대하여, 동일한 레이어 오브젝트가 상이한 표면 기울기도에 대응할 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서, 레이어 오브젝트 72(3)에 대응하는 폴리곤 메쉬는 삼각형 메쉬(M1)(즉, 제1 폴리곤 메쉬)와 삼각형 메쉬(M3)(즉, 제2 폴리곤 메쉬)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 처리 장치(240)은 삼각형 메쉬(M1)과 수평면 사이의 제1 끼임각을 계산하고 삼각형 메쉬(M3)과 수평면 사이의 제2 끼임각을 계산할 수 있다. 다음으로, 처리 장치(240)는 제1 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 이상적인 잉크젯 폭의 제1 이상적인 잉크젯 폭(예컨대, 도 8의 잉크젯 영역(81)에 도시된 Wd5)을 계산하고, 제2 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 이상적인 잉크젯 폭의 제1 이상적인 잉크젯 폭(예컨대, 도 8의 잉크젯 영역(81)에 도시된 Wdp)을 계산한다. 달리 말하면, 동일한 레이어 오브젝트가 복수의 상이한 이상적인 잉크젯 폭들을 가질 수 있다. 일반적으로, 유사한 부피를 가진 2개의 3차원 디지털 모델들에 대하여, 더 복잡하거나 불규칙한 모델이 다른 모델보다 더 작은 크기의 더 많은 폴리곤 메쉬들을 가지고 따라서 더 상이한 이상적인 잉크젯 폭들에 대응할 수 있다.
공식 (1)에 의해 제시된 계산은 오직 본 발명의 구현일 뿐이라는 것을 주목하라. 다른 실시예들에서는, 처리 장치(240)는, 예컨대, 표면 기울기도를 나타내는 끼임각에 기초하여 미리 정해진 검색표(lookup table)를 통해 표를 검색하여 대응하는 이상적인 잉크젯 폭을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 이상적인 잉크젯 폭은 끼임각의 감소에 따라 증가하고, 끼임각의 증가에 따라 감소한다. 예컨대, 만약 표면 기울기도를 나타내는 끼임각이 제1 미리 정해진 범위 내에 있다면, 처리 장치는 검색표에 따라 제1 미리 정해진 범위에 대응하는 이상적인 잉크젯 폭을 직접 얻을 수 있다. 만약 표면 기울기도를 나타내는 끼임각이 제2 미리 정해진 범위 내에 있다면, 처리 장치는 검색표에 따라 제2 미리 정해진 범위에 대응하는 이상적인 잉크젯 폭을 직접 얻을 수 있다. 여기서, 제1 미리 정해진 범위는 제2 미리 정해진 범위와 상이하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 폭 조절 방법의 흐름도이며, 그 구현의 구체사항들은 도 2 내지 도 8의 실시예들에서 도시될 수 있다. 도 9를 참조하면, 단계 (S901)에서, 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델 상에 슬라이싱 처리가 수행되어 레이어 오브젝트가 생성된다. 단계 (S902)에서, 단면 윤곽에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬가 3차원 디지털 모델로부터 얻어진다. 단계 (S903)에서, 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 표면 기울기도를 나타내는 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각이 계산된다. 단계 (S904)에서, 적어도 하나의 끼임각의 코탄젠트 값과 레이어 두께의 곱이 계산된다. 단계 (S905)에서, 곱과 미리 정해진 잉크젯 폭 중의 최대값이 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭으로서 선택된다. 단계 (S906)에서, 잉크젯 이미지가 이상적인 잉크젯 폭과 단면 윤곽에 따라 생성되고 잉크젯 이미지는 이상적인 잉크젯 폭에 따라 형성된 잉크젯 영역을 포함한다. 단계 (S907)에서, 출력 모듈이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈이 제어되어 이상적인 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 이상적인 잉크젯 폭을 얻는 예시적인 개념도이다. 도 10을 참조하면, 3차원 디지털 모델(1001)은 수평하게 배치된 3차원의 달걀-형상 모델으로 가정된다. X1 레이어의 레이어 오브젝트의 단면 윤곽은 다른 표면 기울기도(예컨대, 표면 기울기도 (T3) 및 (T4)))에 대응한다. 따라서, 표면 기울기도에 기초하여 X1 레이어의 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭들을 계산함으로서, 레이어 X1의 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역(1003)이 X1 레이어의 레이어 오브젝트의 단면 윤곽 및 그에 대응하는 표면 기울기도에 기초하여 도 10에 도시될 수 있다. 잉크젯 영역(1003)에 기초하여, 표면 기울기도 (T4)가 표면 기울기도 (T3)보다 가파르기 때문에(즉, 표면 기울기도 (T3)가 표면 기울기도 (T4)보다 완만하기 때문에), 표면 기울기도 (T3)에 대응하는 이상적인 잉크젯 폭 (Wd6)은 표면 기울기도 (T4)에 대응하는 이상적인 잉크젯 폭 (Wd7)보다 큰 것을 볼 수 있다. 반면에, X2 레이어에서 레이어 오브젝트의 단면 윤곽도 상이한 표면 기울기도(예컨대, 표면 기울기도 (T5) 및 (T6))에 대응한다. X2 레이어에서 레이어 오브젝트의 단면 윤곽과 그에 대응하는 표면 기울기도에 기초하여, 레이어 X2의 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역(1002)이 도 10에 도시될 수 있다. 잉크젯 영역(1002)에 기초하여, 표면 기울기도 (T5)가 표면 기울기도 (T6)보다 더 완만하기 때문에, 표면 기울기도 (T5)에 대응하는 이상적인 잉크젯 폭 (Wd8)은 표면 기울기도 (T6)에 대응하는 이상적인 잉크젯 폭 (Wd9)보다 큰 것을 볼 수 있다. 이런 방식으로, 3차원 디지털 모델의 잉크젯 모듈은 잉크젯 영역 (1002) 및 (1003)에 따라 X1 및 X2 레이어들에서의 레이어 오브젝트들의 절단면 가장자리들의 잉크젯 출력을 수행하여 X1 및 X2 레이어들에서 레이어 오브젝트들의 외표면들을 채색한다.
전술한 것을 고려할 때, 본 발명의 실시예들에 따른 잉크젯 폭 조절 방법 및 3차원 디지털 모델에 대하여, 이상적인 잉크젯 폭이 3차원 오브젝트 상의 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 그리고 나서, 출력 헤드가 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 3차원 출력 장비는 잉크젯 모듈을 제어하여 이상적인 잉크젯 폭에 따라 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사할 수 있다. 이런 방식으로, 비록 3차원 오브젝트의 표면 기울기도가 다소 완만하거나, 또는 수직으로 인접한 레이어 오브젝트들의 가장자리들 사이의 갭이 지나치게 크다 하더라도, 3차원 오브젝트의 표면의 노출된 부분들이 모두 정확하게 채색될 수 있고, 3차원 출력의 출력 품질이 크게 향상된다. 그러므로, 본 발명에 따른 3차원 출력 장비는 더 높은 정확도로 잉크젯 영역에 따른 3차원 오브젝트 상에 잉크젯 출력을 수행할 수 있어서 완성된 3차원 오브젝트의 표면이 채색되지 않은 부분들을 드러내는 것을 방지할 수 있다.
당업자에게는 본 발명의 범위나 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 구조에 대해 다양한 수정이나 변경이 만들어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 전술한 것을 볼 때, 뒤따르는 청구항들과 그 균등물들의 범위 내에 있는 한 본 발명은 그 수정들 및 변경들을 포함하도록 의도된 것이다.

Claims (12)

  1. 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 폭 조절 방법으로서, 상기 방법은:
    3차원 디지털 모델을 얻고, 상기 3차원 디지털 모델 상에 슬라이싱 처리(slicing procedure)를 수행하여 레이어 오브젝트(layer object)를 생성하는 단계로서, 상기 레이어 오브젝트는 단면 윤곽(cross-sectional contour)을 구비한, 단계;
    상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도(surface tilt degree)를 얻고, 상기 단면 윤곽에 대응하는 상기 표면 기울기도에 따라 상기 레이어 오브젝트의 이상적인 잉크젯 폭(ideal inkjet width)을 계산하는 단계; 및
    출력 모듈이 제어되어 상기 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈을 제어하여 상기 이상적인 잉크젯 폭에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사하는 단계;를 포함하는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 폭 조절 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 단면 윤곽에 대응하는 상기 표면 기울기도를 얻고, 상기 단면 윤곽에 대응하는 상기 표면 기울기도에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계는:
    상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 단면 윤곽에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬(polygon mesh)를 얻는 단계;
    상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와, 상기 표면 기울기도를 나타내는 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각(included angle)을 계산하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계;를 포함하는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 폭 조절 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 끼임각, 상기 레이어 두께 및 상기 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계는:
    상기 적어도 하나의 끼임각의 코탄젠트(cotangent) 값과 상기 레이어 두께의 곱(product)을 계산하는 단계; 및
    상기 곱과 상기 미리 정해진 잉크젯 폭 중의 최대값을 상기 레이어 오브젝트의 상기 이상적인 잉크젯 폭으로 선택하는 단계;를 포함하는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 폭 조절 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬는 제1 폴리곤 메쉬와 제2 폴리곤 메쉬를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 상기 수평면 사이의 상기 적어도 하나의 끼임각을 계산하는 단계는:
    상기 제1 폴리곤 메쉬와 상기 수평면 사이의 제1 끼임각을 계산하고, 상기 제2 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 제2 끼임각을 계산하는 단계;를 포함하는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 폭 조절 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 끼임각, 상기 레이어 두께 및 상기 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계는:
    상기 제1 끼임각, 상기 레이어 두께 및 상기 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 이상적인 잉크젯 폭의 제1 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계; 및
    상기 제2 끼임각, 상기 레이어 두께 및 상기 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 이상적인 잉크젯 폭의 제2 이상적인 잉크젯 폭을 계산하는 단계;를 포함하는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 폭 조절 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이상적인 잉크젯 폭과 상기 단면 윤곽에 따라 잉크젯 이미지를 생성하는 단계로서, 상기 잉크젯 이미지는 상기 이상적인 잉크젯 폭에 기초하여 형성된 잉크젯 영역을 포함하는, 단계;를 더 포함하는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 폭 조절 방법.
  7. 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비로서, 상기 장비는:
    출력 헤드를 포함하는, 출력 모듈;
    잉크젯 헤드를 포함하는, 잉크젯 모듈;
    복수의 모듈들을 기록하는, 저장 장치; 및
    상기 저장 장치에 결합되고, 상기 모듈들을 실행하여:
    3차원 디지털 모델을 얻고, 상기 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리를 수행하여 레이어 오브젝트를 생성하되, 상기 레이어 오브젝트는 단면 윤곽을 구비하고;
    상기 3차원 디지털 모듈로부터 상기 단면 윤곽에 대응하는 표면 기울기도를 얻고, 상기 단면 윤곽에 대응하는 상기 표면 기울기도에 따라 이상적인 잉크젯 폭을 계산하고;
    상기 출력 모듈이 제어되어 상기 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 상기 잉크젯 모듈을 제어하여 상기 이상적인 잉크젯 폭에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 단면 윤곽을 따라 잉크를 분사;
    하도록 구성된, 처리 장치;를 포함하는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 단면 윤곽에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬를 얻고; 상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 상기 표면 기울기도를 나타내는 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각을 계산하고; 또한 상기 적어도 하나의 끼임각, 레이어 두께 및 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 이상적인 잉크젯 폭을 계산;하도록 구성되는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 적어도 하나의 끼임각의 코탄젠트 값과 상기 레이어 두께의 곱을 계산하고; 또한 상기 곱과 상기 미리 정해진 잉크젯 폭 중의 최대값을 상기 레이어 오브젝트의 상기 이상적인 잉크젯 폭으로 선택;하도록 구성되는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬는 제1 폴리곤 메쉬와 제2 폴리곤 메쉬를 포함하고,
    상기 처리 장치는: 상기 제1 폴리곤 메쉬와 상기 수평면 사이의 제1 끼임각을 계산하고; 또한 상기 제2 폴리곤 메쉬와 상기 수평면 사이의 제2 끼임각을 계산;하도록 구성되는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 제1 끼임각, 상기 레이어 두께 및 상기 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 이상적인 잉크젯 폭의 제1 이상적인 잉크젯 폭을 계산하고; 또한 상기 제2 끼임각, 상기 레이어 두께 및 상기 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 상기 이상적인 잉크젯 폭의 제2 이상적인 잉크젯 폭을 계산;하도록 구성되는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 이상적인 잉크젯 폭과 상기 단면 윤곽에 따라 잉크젯 이미지를 생성하되, 상기 잉크젯 이미지는 상기 이상적인 잉크젯 폭에 기초하여 형성되는 잉크젯 영역을 포함;하도록 구성되는, 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비.

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