KR20200010976A - 잉크젯 위치 조절 방법 및 3차원 출력 장비 - Google Patents

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신-타 시에
위-팅 황
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엑스와이지프린팅, 인크.
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Abstract

잉크젯 위치 조절 방법 및 3차원 출력 장비가 제공된다. 잉크젯 위치 조절 방법은 이하의 단계들을 포함한다. 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리가 수행되어 단면 윤곽을 가진 레이어 오브젝트가 생성된다. 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향이 3차원 디지털 모델로부터 얻어진다. 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리키면, 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도가 얻어지고, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 표면 기울기도에 따라 계산된다. 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역이 내부-이동량과 단면 윤곽에 따라 얻어진다. 출력모듈을 제어하여 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈이 제어되어 잉크젯 영역에 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사한다.

Description

잉크젯 위치 조절 방법 및 3차원 출력 장비 {INKJET POSITION ADJUSTMENT METHOD AND THREE-DIMENSIONAL PRINTING EQUIPMENT}
본 발명은 3차원 출력의 잉크젯 기술에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 잉크젯 위치 조절 방법 및 3차원 출력 장비에 관한 것이다.
컴퓨터-보조 제조(Computer-Aided Manufacturing)의 발달로, 제조업체들은 오리지널 디자인 컨셉트를 빠르게 구현하기 위한 3차원 출력 기술을 발달시켜 왔다. 3차원 출력 기술은 사실 일련의 고속 프로토타이핑(rapid prototyping, PR) 기술들에 대한 통칭이다. 그 기본적인 원리는 출력 플랫폼 상에 라미네이트 제조(laminate manufacturing)를 하기 위한 것으로, RP 기계가 순차적으로, 출력 플랫폼 상에, 스캐닝을 통해 수평면 내의 복수의 레이어 오브젝트들을 출력하여, 레이어 오브젝트들이 쌓여 3차원으로 출력된 오브젝트를 형성할 수 있다. 용융 적층 모델링(fused deposition modelling, FDM) 기술을 예로서 들면, 성형 제료(forming material)를 전선 형태로 변환시키고 그 후 성형 재료를 가열 및 용융하여, 3차원 오브젝트를 형성하기 위해 원하는 형상/프로파일에 따라 성형 플랫폼 상에 재료들을 레이어 단위로 적층한다.
3차원 컬러 출력에 대한 수요에 대응하여, 현재의 3차원 출력 기술은 출력 중에 출력된 3차원 오브젝트 상에 잉크젯 출력 작업을 수행하는 것을 더 포함한다. 즉, 3차원 출력 장치가 레이어 오브젝트들을 출력할 때, 3차원 출력 장치는 그 동안 각각의 레이어 오브젝트들을 레이어 단위로 채색하여 컬러 3차원 오브젝트를 생산할 수 있다. 3차원 컬러 출력 기술에서, 3차원 출력 장치는 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 각각의 레이어 오브젝트들의 윤곽 가장자리를 채색할 수 있고, 따라서, 3차원 오브젝트의 표면이 색상들을 띌 수 있다. 구체적으로는, 3차원 출력 장치가 잉크젯 출력 작업을 수행할 때, 잉크젯 헤드는 레이어 오브젝트들의 상측 표면들의 가장자리 부분들 상에 잉크를 코팅한다.
이상적으로는, 잉크젯 헤드로부터 빠져나온 잉크는 레이어 오브젝트들의 상측 표면들에 완전히 떨어져야 한다. 그럼에도 불구하고, 하나의 레이어 오브젝트의 가장자리 부분이 대롱거리는 경우, 아래 쪽에 지지를 받지 않는 채 지지되지 않은 가장자리 부분이 약간 붕괴될 수 있고, 실제로 형성되고 있는 오브젝트의 가장자리는 따라서 이상적인 오브젝트의 가장자리와 상이하다. 이 경우에, 잉크젯 헤드의 잉크젯 영역이 미리 정해진 잉크젯 폭과 레이어 오브젝트의 단면 윤곽에 기초하여 결정되고 오브젝트의 가장자리의 붕괴가 처리 소프트웨어에게 예상치 못한 사건이기 때문에, 레이어 오브젝트의 붕괴를 고려하지 않은 채 만들어진 잉크젯 영역에 따라 분사된 잉크는 레이어 오브젝트 상에 완전하게 떨어지지 않을 수 있다. 따라서, 잉크가 플랫폼이나 아래에 있는 오브젝트로 엎질러질 수 있다. 도 1은 레이어 오브젝트의 가장자리 부분 상에서 수행된 잉크젯 출력 작업의 예시를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 것처럼, 레이어 오브젝트(L1)의 가장자리 부분이 대롱거리는 경우, 가장자리 부분(11)이 약간 붕괴하고, 따라서 실제로 형성된 오브젝트의 가장자리(E1)는 이상적인 오브젝트의 이상적인 가장자리(E2)와 상이하다. 따라서, 미리 정해진 폭(Wk)과 이상적인 오브젝트의 이상적인 가장자리(E2)에 기초하여 잉크젯 헤드(12)에 의해 분사된 잉크는 엎질러져서 출력 중인 3차원 오브젝트나 플랫폼을 오염시킬 수 있다. 그러므로, 어떻게 좋은 3차원 색상 출력 방법이 설계될 수 있는지는 이 분야에서 중요한 이슈이다.
본 발명은 잉크가 엎질러지는 것을 방지하기 위한 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 잉크젯 위치를 조절할 수 있는 잉크젯 위치 조절 방법 및 3차원 출력 장비를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기에 적합한 잉크젯 위치 조절 방법을 제공한다. 잉크젯 위치 조절 방법은 이하의 단계들을 포함한다. 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리가 수행되어 단면 윤곽을 가진 레이어 오브젝트가 생성된다. 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향이 3차원 디지털 모델로부터 얻어진다. 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리키면, 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도가 얻어지고, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량(inner-shift amount)이 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 계산된다. 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역이 내부-이동량과 단면 윤곽에 따라 얻어진다. 출력 모듈이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈이 제어되어 잉크젯 영역에 따라 단면 윤곽을 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사한다.
본 발명의 일 실시예에서, 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향을 얻는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 레이어 오브젝트에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬가 3차원 디지털 모델로부터 얻어진다. 적어도 하나의 폴리곤 메쉬의 법선 벡터가 얻어지고, 법선 벡터는 3차원 디지털 모델의 외부를 가리킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 방법은 이하의 단계들을 더 포함한다. 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리키는지 여부가 결정되고, 제1 축방향은 수평면에 수직이다.
본 발명의 일 실시예에서, 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리키면, 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도가 얻어지고, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 계산되는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각(included angle)이 표면 기울기도(surface tilt degree)를 나타내기 위해 계산된다. 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 적어도 하나의 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 계산된다.
본 발명의 일 실시예에서, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 적어도 하나의 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 계산되는 단계는 이하의 단계를 포함한다. 적어도 하나의 끼임각의 코사인(cosine) 값과 기준 각도와 관련된 미리 정해진 내부-이동량, 및 조절 파라미터(adjustment parameter)의 곱이 내부-이동량을 얻기 위해 계산된다.
본 발명의 일 실시예에서, 조절 파라미터는 기준 각도의 코사인 값의 역수이며, 기준 각도는 0 내지 90도 사이이다.
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, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 적어도 하나의 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 계산되는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 내부-이동량의 제1 내부-이동량이 제1 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 계산된다. 내부-이동량의 제2 내부-이동량이 제2 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 계산된다
본 발명의 일 실시예에서, 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역이 내부-이동량과 단면 윤곽에 따라 얻어지는 단계는 이하의 단계들을 포함한다. 잉크젯 이미지가 내부-이동량, 잉크젯 폭 및 단면 윤곽에 따라 생성되고, 잉크젯 이미지는 내부-이동량에 기초하여 형성되는 잉크젯 영역을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예는 컬러 3차원 오브젝트를 제조하기에 적합한 3차원 출력 장비를 더 제공하고, 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 실행하도록 구성된다. 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리가 수행되어 단면 윤곽을 가지는 레이어 오브젝트를 생성한다. 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향이 3차원 디지털 모델로부터 얻어진다. 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리키면, 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도가 얻어지고, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 계산된다. 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역이 내부-이동량과 단면 윤곽에 따라 얻어진다. 출력 모듈이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈이 제어되어 잉크젯 영역에 따라 단면 윤곽을 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사한다.
요약하자면, 본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 잉크젯 위치 조절 방법 및 3차원 출력 장비에서, 잉크젯 위치의 내부-이동량은 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 결정될 수 있다. 게다가, 새로운 잉크젯 위치가 내부-이동량에 따라 원래의 잉크젯 위치를 이동시키는 것에 의해 생성된다. 레이어 오브젝트가 출력 헤드에 의해 출력된 후에, 3차원 출력 장비는 잉크젯 모듈을 제어하여 조절된 잉크젯 영역에 따라 단면 윤곽을 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사할 수 있다. 이런 방식으로, 레이어 오브젝트의 가장자리가 붕괴할 때 3차원 오브젝트 또는 플랫폼 아래에 잉크가 엎질러지는 것이 방지된다.
상술한 내용을 더 이해할 수 있게 하기 위해서, 몇몇 실시예들이 도면과 함께 이하에서 상세히 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 레이어 오브젝트의 가장자리 부분에서 수행된 잉크젯 출력 작업의 예시를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 출력 장비의 개념적 블록 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 3차원 출력 장비의 개념적 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 위치 조절 방법의 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이상적인 잉크젯 영역을 결정하는 개념적 다이어그램들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각의 개념적 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 폭 조절 방법의 흐름도이다.
본 발명을 좀 더 이해할 수 있게 만들기 위하여, 몇몇 실시예들이 이하에서 본 발명의 구현의 예시들로서 설명될 것이다. 게다가, 동일한 참조 번호들을 가진 요소들/성분들/단계들이 도면 및 실시예들에서 동일하거나 유사한 부분들을 나타내기 위하여 사용되었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 출력 장비를 도시하는 개념적 다이어그램이다. 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 출력 작업을 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. 예컨대, 버퍼 메모리는 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 하드 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, 모듈들은 처리 장치(240)로 하여금 모듈들을 판독하거나 실행하여 본 발명의 실시예들에 따른 잉크젯 위치 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 제어기, 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 프로그래머블 논리 장치(PLD), 다른 유사한 처리 회로들, 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 처리 장치(240)는 출력 모듈(210)과 잉크젯 모듈(220)을 제어하여 3차원 디지털 모델에 기초한 3차원 출력 작업과 잉크젯 작업을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 출력 작업은 출력 모듈(210)을 통하여 성형 플랫폼 상에 성형 물질들을 압출성형하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로, 잉크젯 모듈(220)은 성형 물질이 경화된 후에 또는 성형 물질이 경화될 때 성형 플랫폼 상의 성형 물질 상에 잉크젯 출력 작업을 수행할 수 있다. 게다가, 당업자라면 3차원 출력 장비(20)가 출력 모듈(210) 및 잉크젯 모듈(220)과 함께 3차원 출력 작업 및 잉크젯 출력 작업을 수행하는데 필요한 다른 요소들(예컨대, 플랫폼, 공급 라인, 잉크젯 라인, 출력 헤드 연결 메커니즘, 드라이빙 모터 등)도 포함할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 3차원 출력 장비(20)는 컴퓨터 호스트 및 출력 모듈(210)과 잉크젯 모듈(220)을 가진 3차원 프린터를 포함할 수 있고, 처리 장치(240)는 컴퓨터 호스트의 프로세서 및 3차원 프린터의 프로세서 및/또는 제어기로서 구현될 수 있다는 것을 주목하라. 예컨대, 3차원 출력 장비(20)는 노트북 컴퓨터 또는 데스크탑 컴퓨터, 및 3차원 프린터에 의해 구성될 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 있고, 처리 장치(240)는 3차원 프린터의 프로세서 및/또는 제어기로서 구현될 수 있다. 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. 여기서, 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 운반하기 위한 운반 표면(carrying surface)(S1)을 포함한다. 성형 플랫폼(250)이 출력 헤드(210a)와 잉크젯 헤드(220a) 아래에 배치된다.
자세하게는, 본 실시예에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델을 얻을 수 있다. 3차원 디지털 모델은 폴리곤 파일 포맷(PLY), STL(stereolithography) 파일 포맷, 또는 OBJ 파일 포맷과 같은 3차원 파일 포맷과 호환된다. 3차원 파일 포맷에서 3차원 모델은 복수의 폴리곤 메쉬들에 의해 형성된다. 각각의 폴리곤 메쉬들은 복수의 꼭지점들에 의해 구성되고, 각각의 꼭지점들의 좌표들은 상이하다. 본 실시예에서, 처리 장치(240)는 3차원 모델에 슬라이싱 처리를 수행하여 복수의 레이어 오브젝트들을 생성하여, 각각의 레이어 오브젝트들의 레이어 정보를 얻도록 구성될 수 있다. 레이어 정보는 레이어 오브젝트의 단면 윤곽, 잉크젯 영역 등을 포함한다. 레이어 정보에 기초하여, 처리 장치(240)는 3차원 출력 장비(20)를 제어하여, 3차원 출력 장비(20)가 레이어 단위로 레이어 오브젝트들을 생산하고 레이어 단위로 그 레이어 오브젝트들을 채색하도록 할 수 있다.
본 실시예에서, 3차원 출력 장비(20)는 용융 적층 모델링(FDM) 기술로 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 구성된다. 성형 물질(F1)이 공급 라인을 통해 출력 헤드(210a)에 공급되어 열에 의해 용융되고 출력 헤드(210a)에 의해 압출성형되어 나오는데, 성형 플랫폼(250)의 운반 표면(S1) 상에 레이어 단위로 복수의 레이어 오브젝트들이 형성된다(도 3은 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)를 예시로 들고 있다). 이런 의미에서, 레이어 단위로 형성된 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)는 운반 표면(S1) 상에 서로 쌓여서 채색된 3차원 오브젝트(80)를 형성한다. 구체적으로는, 성형 물질(F1)은 용융 필라멘트 제조(fused filament fabrication, FFF) 제조 방법, 용융 및 압출 모델링(melted and extrusion modelling) 제조 방법 등에 적합한 열용융 물질로 구성될 수 있지만, 본 발명은 이에 관해 한정을 하려는 의도가 아니다.
본 실시예에서, 잉크젯 헤드(220a)는 잉크(I1)를 각각의 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)의 윤곽 가장자리 부분 상에 레이어 단위로 분사하여, 잉크(I1)가 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)의 상측 표면들을 오버랩하고 커버하게 된다. 그러므로, 잉크젯 헤드(220a)는 잉크 카트리지(220b)를 포함할 수 있고, 잉크 카트리지(220b)는 잉크(I1)을 포함하도록 구성된다. 잉크젯 헤드(220a)는 처리 장치(240)에 의해 제어되어 잉크 카트리지(220b) 안에 있는 잉크(I1)를 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)에 분사하여 레이어 오브젝트들 (80a) 및 (80c)의 가장자리 부분들을 채색한다. 비록 도 3이 단지 하나의 잉크 카트리지 (220b)만을 도시하지만, 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 잉크를 레이어 오브젝트(80a)의 상측 표면에 분사하여 레이어 오브젝트(80a)의 가장자리 부분을 채색할 수 있다. 그 후, 출력 헤드(210a)가 성형 플랫폼(250) 상에 다른 레이어 오브젝트(80c)를 출력한 후에, 잉크젯 헤드(220a)는 레이어 오브젝트(80c)의 상측 표면에 잉크를 분사하여 레이어 오브젝트(80c)의 가장자리 부분을 채색할 수 있다. 따라서, 채색된 레이어 오브젝트들이 순차적으로 쌓여서 3차원 출력 작업과 잉크젯 출력 작업을 차례로 반복적으로 수행하는 것을 통해 컬러 3차원 오브젝트가 형성된다.
본 발명의 실시예들에서, 3차원 출력 장비(20)는 잉크젯 출력 작업을 미리 정해진 잉크젯 폭에 따른 각각의 레이어 오브젝트들의 윤곽 가장자리 상에서 수행할 수 있고, 따라서, 3차원 오브젝트의 표면은 색상들을 나타낼 수 있음을 주목하라. 구체적으로는, 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 단면 외측 가장자리에 분사된다. 각각의 레이어 오브젝트들의 단면 외측 가장자리가 채색되면서, 최종적으로 몰딩된 컬러 3차원 오브젝트의 외표면은 다양한 색상들을 보일 수 있다. 즉, 각각의 레이어 오브젝트들의 잉크젯 영역은 레이어 오브젝트의 단면 윤곽과 잉크젯 폭에 기초하여 결정된다. 더 구체적으로는, 처리 장치(240)는 레이어 오브젝트의 단면 윤곽에 따라 먼저 각각의 레이어 오브젝트들에 대응하는 잉크젯 이미지를 생산할 수 있고, 잉크젯 모듈(220)을 제어하여 잉크젯 이미지들에 따라 X-Y 평면 상에 잉크젯 출력 작업을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에서, 각각의 레이어 오브젝트들의 단면 윤곽에 기초하여 결정되는 잉크젯 위치는 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 이동될 수 있다. 게다가, 잉크젯 위치의 이동을 결정하도록 구성된 내부-이동량은 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 결정된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 색상 출력 방법의 흐름도이다. 본 실시예의 방법은 도 2 및 도 3의 3차원 출력 장비에 적합하다. 본 실시예의 잉크젯 위치 조절 방법의 단계들이 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, 3차원 색상 출력 기능을 수행하도록 구성된 관련 정보로 변환된다. 처리 장치(240)는 먼저 3차원 디지털 모델 상에 슬라이싱 처리를 수행하여 복수의 레이어 오브젝트들을 생산한다. 일반적으로, 처리 장치(240)는 그들 사이를 고정된 간격의 복수의 레이어 평면들에 의해 3차원 디지털 모델을 슬라이싱하여 레이어 오브젝트들의 단면 윤곽들을 얻는다. 여기서, 3차원 모델을 슬라이싱하기 위한 슬라이싱 간격은 각각의 레이어 오브젝트들의 레이어 두께로 여겨질 수 있다.
다음으로, 단계 (S402)에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향을 얻는다. 일 실시예에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델의 폴리곤 메쉬의 법선 벡터에 따라 오브젝트 표면의 법선 방향을 얻을 수 있다. 게다가, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 적어도 하나의 3차원 폴리곤 메쉬를 얻고 레이어 오브젝트가 통과해 지나가는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬의 법선 벡터를 얻을 수 있다. STL 파일 포맷의 폴리곤 메쉬의 정의에 기초하여, 폴리곤 메쉬의 법선 벡터는 3차원 디지털 모델의 외부을 가리키고, 폴리곤 메쉬의 법선 벡터가 오른손 법칙에 따라 정의된다.
구체적으로는, 슬라이싱 처리를 수행함으로써 복수의 레이어 오브젝트들을 얻은 후에, 처리 장치(240)는 각각의 레이어 오브젝트들에 대응하는 복수의 폴리곤 메쉬들을 더 얻을 수 있다. 즉, 처리 장치(240)는 레이어 오브젝트의 레이어 표면을 분할하는 폴리곤 메쉬들을 얻고, 그 후에 레이어 오브젝트에 대응하는 폴리곤 메쉬들의 법선 벡터들을 얻는다. 오브젝트 표면의 법선 방향이 아래쪽을 면할 경우(음의 Z축을 면할 경우), 그것은 오브젝트 표면이 아래쪽을 면하고, 레이어 오브젝트의 가장자리 부분이 공중에 매달려 있음을 의미한다는 것이 알려져 있다. 달리 말하면, 아래쪽을 면하는 오브젝트 표면의 형상을 형성하기 위해서, 상측 레이어 오브젝트의 가장자리는 하측 레이어 오브젝트의 가장자리를 초과하도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서, 처리 장치(240)는 오브젝트 표면의 법선 방향이 제1 축방향(즉, Z축)의 음의 방향을 가리키는지 여부를 더 결정한다. 제1 축방향은 수평면(즉, XY 평면)에 수직한 것이다. 구체적으로는, 레이어 오브젝트에 대응하는 폴리곤 메쉬의 법선 벡터의 Z축이 양 또는 음이라는 것을 결정함으로써, 처리 장치(240)는 오브젝트 표면의 법선 방향이 Z축의 음의 방향을 가리키는지 여부를 결정할 수 있다. 만약 레이어 오브젝트에 대응하는 폴리곤 메쉬의 법선 벡터의 Z축이 음이면, 처리 장치(240)는 오브젝트 표면의 법선 방향이 Z축의 음의 방향을 가리킨다고 결정할 수 있다. 예컨대 삼각형 메쉬를 들면, 삼각형 메쉬의 3개의 꼭지점들의 좌표는 (-10, 10, 10), (10, 10, 10) 및 (0, 0, 0)이고, 따라서, 삼각형 메쉬의 법선 벡터는 (0, 1, -1)이다. 법선 벡터 (0, 1, -1)의 Z축 성분이 음수이기 때문에, 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향이 Z축의 음의 방향을 가리킨다고 결정할 수 있다.
다음으로, 단계 (S403)에서, 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리키는 경우, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도를 얻고, 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량을 계산한다. 단계 (S404)에서, 처리 장치(240)는 내부-이동량 및 단면 윤곽에 따라 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역을 얻는다. 구체적으로는, 처리 장치(240)는 내부-이동량, 잉크젯 폭, 및 단면 윤곽에 따라 잉크젯 이미지를 생성하고, 잉크젯 이미지는 내부-이동량에 기초하여 형성된 잉크젯 영역을 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들에서, 처리 장치(240)는 레이어 오브젝트의 단면 윤곽과 미리 정해진 잉크젯 폭에 따라 원본 잉크젯 영역을 결정할 수 있다. 원본 잉크젯 영역은 슬라이싱 처리에 의해 생성된 레이어 오브젝트의 단면 윤곽에 일치(conform)한다. 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리킬 경우, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 결정된 후에, 처리 장치(240)는 내부-이동량에 따라 원본 잉크젯 영역을 조정하여 새로운 원본 잉크젯 위치를 생성한다. 새로운 원본 잉크젯 영역은 더 이상 슬라이싱 처리에 의해 생성된 레이어 오브젝트의 단면 윤곽과 일치하지 않는다.
예컨대, 도 5a와 도 5b를 함께 참조하면, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 이상적인 잉크젯 영역을 결정하는 개념적 다이어그램들이다. 처리 장치(240)가 3차원 디지털 모델(51)을 얻고, 3차원 디지털 모델(51)은 구면이 아래쪽을 면하는 반구라고 가정한다. 처리 장치(240)는 먼저 동일한 레이어 두께에 따라 3차원 디지털 모델(51) 상에 슬라이싱 처리를 수행하여 복수의 레이어 오브젝트들 52(1), 52(2), ..., 52(n-1) 및 52(n)을 얻는다. 여기서 n은 0보다 큰 정수이다. 처리 장치(240)는 이로써 슬라이싱 처리를 통해 레이어 오브젝트들 52(1) 내지 52(n)의 단면 윤곽들을 얻는다. 본 실시예에서, 3차원 디지털 모델(51)이 반구이기 때문에, 레이어 오브젝트들 52(1), 52(2), ..., 52(n-1) 및 52(n)의 단면 윤곽은 원형 윤곽들이고, 원형 윤곽들의 반지름들은 상이하다. 게다가, 동일한 하나의 레이어 오브젝트의 폴리곤 메쉬들에 대응하는 표면 기울기도는 동일하다.
레이어 오브젝트 52(2)를 예로 들면, 레이어 오브젝트 52(2)에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향은 제1 축방향(Z축)의 음의 방향을 가리킨다. 따라서 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트 52(2)에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도(T1)를 얻는다. 도 5b에 도시된 것처럼, 처리 장치(240)는 그 후에 레이어 오브젝트 52(2)의 오브젝트 표면에 대응하는 표면 기울기도(T1)에 따라 내부-이동량(Ws1)을 계산할 수 있다. 처리 장치(240)는 내부-이동량(Ws1)에 따라 (하나의 레이어 오브젝트의 각각의 폴리곤 메쉬들에 각각 대응하는 원본 잉크젯 영역 세그먼트들로 구성된) 원본 잉크젯 영역(F1)을 안쪽으로 이동시켜 새로운 잉크젯 영역(F2)을 생성한다.
다른 레이어 오브젝트 52(n-1)을 예로 들면, 레이어 오브젝트 52(n-1)에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향은 제1 축방향(Z축)의 음의 방향을 가리킨다. 따라서 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트 52(n-1)에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도(T2)를 얻는다. 도 5b에 도시된 것처럼, 처리 장치(240)는 그 후에 레이어 오브젝트 52(n-1)의 오브젝트 표면에 대응하는 표면 기울기도(T2)에 따라 내부-이동량(Ws2)을 계산할 수 있다. 처리 장치(240)는 내부-이동량(Ws2)에 따라 (하나의 레이어 오브젝트의 각각의 폴리곤 메쉬들에 각각 대응하는 원본 잉크젯 영역 세그먼트들로 구성된) 원본 잉크젯 영역(F3)을 안쪽으로 이동시켜 새로운 잉크젯 영역(F4)을 생성한다.
레이어 오브젝트 52(2)의 오브젝트 표면에 대응하는 표면 기울기도(T1)과 레이어 오브젝트 52(n-1)의 오브젝트 표면에 대응하는 표면 기울기도(T2)가 서로 상이하기 때문에, 내부-이동량(Ws1)은 내부-이동량(Ws2)과 상이함을 주목하라. 여기서, 레이어 오브젝트 52(n-1)의 오브젝트 표면에 대응하는 표면 기울기도(T2)가 레이어 오브젝트 52(2)의 오브젝트 표면에 대응하는 표면 기울기도(T1)보다 가파르기 때문에, 내부-이동량(Ws2)는 내부-이동량(Ws1) 미만이다. 즉, 일 실시예에서, 잉크젯 위치는 안쪽으로 이동될 수 있고 대응하는 내부-이동량은 각각의 레이어 오브젝트들에 대하여 개별적으로 결정될 수 있다.
다음으로, 단계 (S405)에서, 출력 모듈(210)이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 뒤에, 처리 장치(240)는 잉크젯 모듈(220)을 제어하여 잉크젯 영역에 따라 단면 윤곽을 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사한다. 도 5b를 참조하면, 처리 장치(240)는 내부-이동량(Ws1)에 따라 잉크젯 이미지(Img1)를 생산할 수 있다. 잉크젯 모듈(220)은 픽셀 위치와, 잉크젯 이미지(Img1)에 의해 기록된 잉크젯 영역(F2)의 색상 고유치(color eigenvalue)에 따라 레이어 오브젝트 52(2) 상에 잉크(I1)를 분사할 수 있다. 처리 장치(240)는 내부-이동량(Ws2)에 따라 잉크젯 이미지(Img2)를 생산할 수 있다. 잉크젯 모듈(220)은 따라서 픽셀 위치와, 잉크젯 이미지(Img2)에 의해 기록된 잉크젯 영역(F4)의 색상 고유치에 따라 레이어 오브젝트 52(n-1) 상에 잉크(I1)를 분사할 수 있다.
그럼에도 불구하고, 도 5a 및 도 5b는 단순히 본 발명의 예시들을 도시하도록 구성된 것이고 본 발명을 한정하려는 의도가 아님이 주목되어야 한다. 도 5a 및 도 5b에 기술된 도시들을 참조한 후에, 당업자는 어떻게 다른 유사한 절차가 다른 형상들을 가진 3차원 디지털 모델들에 수행될 수 있는지를 추론하기에 충분한 가르침과 제안들을 얻을 수 있다.
어떻게 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 표면 기울기도를 얻는지를 도시하기 위해 이하에서 여러 예시적인 실시예들이 제공된다. 일 실시예에서, 3차원 디지털 모델은 복수의 폴리곤 메쉬들에 의해 형성된다. 각각의 폴리곤 메쉬들은 복수의 꼭지점들을 가지고, 각각의 꼭지점들의 좌표들은 상이하다. 예컨대, 폴리곤 메쉬들은 일반적으로 삼각형 메쉬들일 수 있고, 각각의 폴리곤 메쉬들은 세 개의 꼭지점에 의해 형성된 삼각형면(triangular facet)으로 취급될 수 있다. 슬라이싱 처리가 수행될 때, 슬라이싱 처리를 수행하도록 구성된 하나의 레이어 표면은 3차원 디지털 모델의 일부 폴리곤 메쉬들을 통과하여 레이어 오브젝트의 단면 윤곽을 추출한다. 그러므로, 일 실시예에서, 처리 장치(240)는 3차원 디지털 모델로부터 레이어 오브젝트에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬를 얻을 수 있다. 다음으로, 처리 장치(240)는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 레이어 오브젝트에 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 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각의 개념적 다이어그램이다. 삼각형 메쉬(M1)에 대응하는 레이어 오브젝트는 꼭지점 V1, V2 및 V3에 의해 구성된다고 가정한다. 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬(M1)과 수평면(HP) 사이의 끼임각을 계산하여, 오브젝트 표면의 표면 기울기도를 나타내는 끼임각이 얻어진다. 수평면(HP)는 XY 평면으로 간주된다. 게다가, 슬라이싱 공정이 수평면(HP)을 사용하여 수행된 경우, 수평면(HP)은 삼각형 메쉬(M1)를 교점 (V7)과 (V8)에서 분할한다. 교점 (V7)과 교점 (V8) 사이의 직선(Ln1)은 단면 윤곽의 일부분을 구성할 수 있다. 삼각형 메쉬(M1)와 수평면(HP) 사이의 끼임각(θ1)은 꼭지점(V1)과 2개의 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 얻어진다. 수직선(LA)은 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. 이런 방식으로, 끼임각(θ1)은 수직선(LA)과 수직선(LB) 사이의 끼임각을 계산함으로써 얻어질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 두 개의 수직선 사이의 끼임각은 0 내지 90도 사이의 제1 끼임각과 90 내지 180도 사이의 제2 끼임각을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 0 내지 90도 사이의 제1 끼임각은 삼각형 메쉬(M1)과 수평면(HP) 사이의 끼임각으로 작용할 수 있다. 처리 장치(240)는 또한 동일한 레이어 오브젝트의 다른 삼각형 메쉬와 수평면(HP) 사이의 다른 끼임각을 계산할 수 있어서, 오브젝트 표면의 표면 기울기도를 나타내는 다른 끼임각을 얻을 수 있음을 주목하라. 즉, 동일한 레이어 오브젝트에 관하여, 레이어 오브젝트는 복수의 상이한 끼임각들에 대응될 수 있다. 달리 말하면, 동일한 레이어 오브젝트에 관하여, 3차원 디지털 모델이 불규칙한 형상이기 때문에, 하나의 단일 레이어 오브젝트가 복수의 상이한 표면 기울기도들에 대응될 수 있다.
전술한 것과 같이, 슬라이싱 처리가 수평면(HP)을 사용하여 수행된 경우, 수평면(HP)은 삼각형 메쉬(M1)를 교점 (V7)과 (V8)에서 분할한다. 교점 (V7)과 교점 (V8) 사이의 직선(Ln1)은 단면 윤곽의 세그먼트 부분(segment portion)이다. 따라서, 처리 장치(240)는 삼각형 메쉬(M1)의 단면 윤곽의 세그먼트 부분에 대응하는 내부-이동량을 계산할 수 있다. 즉, 여러 상이한 삼각형 메쉬들이 동일한 레이어 표면을 통과해 지나갈 수 있다. 따라서, 동일한 레이어 오브젝트에 대하여, 처리 장치(240)는 단면 윤곽의 상이한 윤곽 세그먼트에 대응하는 복수의 내부-이동량을 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 표면 기울기도를 나타내는 적어도 하나의 끼임각을 얻은 후에, 처리 장치(240)는 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각 및 미리 정해진 내부-이동량에 따라 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량을 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 처리 장치(240)는 아래와 같은 공식 (1)에 따라 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량을 계산할 수 있다.
Figure pat00001
공식(1)
여기서, Wsideal은 내부-이동량을 나타내고, θ는 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각을 나타내고, Wd는 미리 정해진 내부-이동량을 나타내고, R1은 조절 파라미터를 나타낸다. 공식 (1)을 참조하면, 처리 장치(240)는 적어도 하나의 끼임각의 코사인 값, 미리 정해진 내부-이동량, 및 조절 파라미터의 곱을 계산하여 내부-이동량을 얻는다. 미리 정해진 내부-이동량과 조절 파라미터는 실제 필요들에 따라 설계될 수 있다. 따라서 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각이 감소함에 따라 내부-이동량이 증가하고, 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각이 증가함에 따라 내부-이동량이 감소하는 것을 볼 수 있다. 달리 말하면, 처리 장치(240)는 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각에 따라 대응하는 내부-이동량을 결정한다.
추가적으로, 일 실시예에서, 미리 정해진 내부-이동량은 기준 각도에 대응하도록 구성될 수 있다. 조절 파라미터는 기준 각도의 코사인 값의 역수일 수 있고, 기준 각도는 0 내지 90도 사이이다. 예컨대, 기준 각도가 45도이고, 45도의 기준량에 대응하는 미리 정해진 내부-이동량을 0.5cm라고 가정하면, 공식 (1)은 공식 (2)와 같이 더 설정될 수 있다,
Figure pat00002
공식(2)
여기서, Wsideal은 내부-이동량을 나타내고, θ는 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각(예컨대, 도 6에 도시된 끼임각 θ1)을 나타내고, Wd는 미리 정해진 내부-이동량을 나타내고, θr은 기준 각도를 나타낸다. 이 경우에, 공식 (2)에 따라, 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 끼임각 θ와 기준 각도가 동일(45도)한 경우, 처리 장치(240)에 의해 계산된 내부-이동량 Wsideal과 미리 정해진 내부-이동량 Wd가 동일한 것을 볼 수 있다.
공식 (1)과 공식(2)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 사용함으로써 표를 검색하여 대응하는 내부-이동량을 얻을 수 있다. 에컨대, 만약 표면 기울기도를 나타내는 끼임각이 제1 미리 정해진 각도 범위 내에 있다면, 처리 장치는 검색표에 따라 제1 미리 정해진 각도 범위에 따라 내부-이동량을 직접 얻을 수 있다. 만약 표면 기울기도를 나타내는 끼임각이 제2 미리 정해진 각도 범위 내에 있다면, 처리 장치는 검색표에 따라 제2 미리 정해진 각도 범위에 대응하는 내부-이동량을 직접 얻을 수 있다. 여기서, 제1 미리 정해진 각도 범위는 제2 미리 정해진 각도 범위와 상이하다.
추가적으로, 전술한 것처럼, 동일한 레이어 오브젝트가 불규칙한 3차원 디지털 모델의 상이한 표면 기울기도들에 대응할 수 있다. 즉, 레이어 오브젝트에 대응하는 폴리곤 메쉬들과 수평면 사이의 각도들이 상이하다. 이 경우에, 레이어 오브젝트에 대응하는 폴리곤 메쉬들은 제1 폴리곤 메쉬와 제2 폴리곤 메쉬들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 처리 장치(240)는 제1 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 제1 끼임각을 계산하고, 제2 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 제2 끼임각을 계산한다. 다음으로, 처리 장치(240)는 제1 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 내부-이동량의 제1 내부-이동량을 계산하고, 제2 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 내부-이동량의 제2 내부-이동량을 계산한다. 즉, 동일한 레이어 오브젝트가 복수의 상이한 내부-이동량들에 대응될 수 있다. 일반적으로, 유사한 부피를 가진 2개의 3차원 디지털 모델들이 제공될 경우, 더 복잡하거나 더 불규칙한 모델이 더 많은 폴리곤 메쉬 들을 가지는 반면 폴리곤 메쉬들의 사이즈는 더 작고, 따라서 더 복잡하거나 더 불규칙한 모델은 서로 다른 더 많은 내부-이동량들에 대응될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 위치 조절 방법의 흐름도이며, 그 방법의 구체적인 구현은 도 2 내지 도 6의 실시예들을 참조하여 얻어질 수 있다. 도 7을 참조하면, 단계 (S701)에서, 3차원 디지털 모델이 얻어지고, 3차원 디지털 모델 상에 슬라이싱 처리가 수행되어 단면 윤곽을 구비한 레이어 오브젝트가 생성된다. 단계 (S702)에서, 레이어 오브젝트에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬가 3차원 디지털 모델로부터 얻어진다. 단계 (S703)에서, 적어도 하나의 폴리곤 메쉬의 법선 벡터가 얻어진다. 단계 (S704)에서, 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리키고 있는지 여부가 적어도 하나의 폴리곤 메쉬의 법선 벡터에 따라 결정된다. 단계 (S705)에서, 법선 방향이 제1 축방향의 음의 방향을 가리킬 경우, 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각이 표면 기울기도를 나타내기 위해 계산된다. 단계 (S706)에서, 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량이 적어도 하나의 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 계산된다. 단계 (S707)에서, 잉크젯 이미지가 내부-이동량, 잉크젯 폭, 단면 윤곽에 따라 생성되고, 잉크젯 이미지는 내부-이동량에 기초하여 형성된 잉크젯 영역을 포함한다. 단계 (S708)에서, 출력 모듈이 제어되어 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈이 제어되어 잉크젯 영역에 따라 단면 윤곽을 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사한다.
전술한 것을 고려할 때, 본 발명의 실시예들에 의해 제공된 잉크젯 위치 조장 방법 및 3차원 출력 장비에서, 잉크젯 위치의 내부-이동량은 레이어 오브젝트에 대응하는 표면 기울기도에 따라 결정될 수 있다. 게다가, 새로운 잉크젯 위치가 내부-이동량에 따라 원본 잉크젯 위치를 이동시킴으로써 생성된다. 레이어 오브젝트가 출력 헤드에 의해 출력된 후에, 3차원 출력 장비는 잉크젯 모듈을 제어하여 조절된 잉크젯 영역에 따라 단면 윤곽을 따라 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사할 수 있다. 이런 방식으로, 레이어 오브젝트의 가장자리가 붕괴되었을 경우에 잉크가 3차원 오브젝트나 아래 플랫폼으로 엎질러지는 것이 방지된다. 그러므로, 본 발명에 의해 제공되는 3차원 출력 장비는 3차원 컬러 출력에 대하여 향상된 출력 품질을 제공할 수 있다는 것이 명백하다.
당업자에게는 본 발명의 범위나 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 실시예들에 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 (18)

  1. 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 잉크젯 위치 조절 방법으로서, 상기 잉크젯 위치 조절 방법은:
    3차원 디지털 모델을 얻고, 상기 3차원 디지털 모델에 슬라이싱 처리(slicing processing)를 수행하여 단면 윤곽(cross-sectional contour)을 구비한 레이어 오브젝트를 생성하는 단계;
    상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향을 얻는 단계;
    상기 법선 방향이 제1 축의 음의 방향을 가리킬 경우, 상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 상기 오브젝트 표면의 표면 기울기도(surface tilt degree)를 얻고, 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 상기 표면 기울기도에 따라 상기 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량(inner-shift amount)을 계산하는 단계;
    상기 내부-이동량과 상기 단면 윤곽에 따라 상기 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역을 얻는 단계; 및
    출력 모듈을 제어하여 상기 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈을 제어하여 상기 잉크젯 영역에 따라 상기 단면 윤곽을 따라 상기 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사하는 단계;
    를 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 상기 오브젝트 표면의 상기 법선 방향을 얻는 단계는:
    상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬(polygon mesh)를 얻는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬의 법선 벡터를 얻는 단계로서, 상기 법선 벡터는 상기 3차원 디지털 모델의 외부를 가리키는, 단계;를 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방법은:
    상기 법선 방향이 상기 제1 축의 상기 음의 방향을 가리키는지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 제1 축은 수평면에 수직인, 단계;
    를 더 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 법선 방향이 상기 제1 축의 상기 음의 방향을 가리킬 경우, 상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 상기 오브젝트 표면의 상기 표면 기울기도를 얻고, 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 상기 표면 기울기도에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 잉크젯 위치의 상기 내부-이동량을 계산하는 단계는:
    상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 상기 표면 기울기도를 나타내는 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각을 계산하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 잉크젯 위치의 상기 내부-이동량을 계산하는 단계;를 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 끼임각과 상기 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 잉크젯 위치의 상기 내부-이동량을 계산하는 단계는:
    상기 적어도 하나의 끼임각의 코사인(cosine) 값과, 상기 미리 정해진 내부-이동량 및 조절 파라미터의 곱을 계산하여 상기 내부-이동량을 얻는 단계;를 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 내부-이동량은 기준 각도에 대응되고, 상기 조절 파라미터는 상기 기준 각도의 코사인 값의 역수이며, 상기 기준 각도는 0 내지 90도 사이인, 잉크젯 위치 조절 방법.
  7. 제 4 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 상기 수평면 사이의 제2 끼임각을 계산하는 단계;를 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 끼임각과 상기 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 잉크젯 위치의 상기 내부-이동량을 계산하는 단계는:
    상기 제1 끼임각과 상기 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 내부-이동량의 제1 내부-이동량을 계산하는 단계; 및
    상기 제2 끼임각과 상기 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 내부-이동량의 제2 내부-이동량을 계산하는 단계;를 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부-이동량과 상기 단면 윤곽에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 잉크젯 영역을 얻는 단계는:
    상기 내부-이동량, 잉크젯 폭 및 상기 단면 윤곽에 따라 잉크젯 이미지를 생성하는 단계로서, 상기 잉크젯 이미지는 상기 내부-이동량에 기초하여 형성된 상기 잉크젯 영역을 포함하는, 단계;를 포함하는, 잉크젯 위치 조절 방법.
  10. 컬러 3차원 오브젝트를 출력하기 위한 3차원 출력 장비로서, 상기 3차원 출력 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 모델 상에 슬라이싱 처리를 수행하여 단면 윤곽을 구비한 레이어 오브젝트를 생성하고;
    상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 오브젝트 표면의 법선 방향을 얻고;
    상기 법선 방향이 제1 축의 음의 방향을 가리킬 경우, 상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 상기 오브젝트 표면의 표면 기울기도를 얻고, 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 상기 표면 기울기도에 따라 상기 레이어 오브젝트의 잉크젯 위치의 내부-이동량을 계산하고;
    상기 내부-이동량과 상기 단면 윤곽에 따라 상기 레이어 오브젝트의 잉크젯 영역을 얻고; 또한
    출력 모듈을 제어하여 상기 레이어 오브젝트를 출력한 후에, 잉크젯 모듈을 제어하여 상기 잉크젯 영역에 따라 상기 단면 윤곽을 따라 상기 레이어 오브젝트 상에 잉크를 분사;
    하도록 구성된, 처리 장치;를 포함하는, 3차원 출력 장비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 3차원 디지털 모델로부터 상기 레이어 오브젝트에 대응하는 적어도 하나의 폴리곤 메쉬를 얻고; 또한 상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬의 법선 벡터를 얻도록 구성되고, 상기 법선 벡터는 상기 3차원 디지털 모델의 외부를 가리키는; 3차원 출력 장비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 법선 방향이 상기 제1 축의 상기 음의 방향을 가리키는지 여부를 결정하도록 구성되고, 상기 제1 축은 수평면에 수직인; 3차원 출력 장비.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬와 상기 표면 기울기도를 나타내는 수평면 사이의 적어도 하나의 끼임각을 계산하고; 또한 상기 적어도 하나의 끼임각과 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 레이어 오브젝트의 상기 잉크젯 위치의 상기 내부-이동량을 계산;하도록 구성되는, 3차원 출력 장비.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 적어도 하나의 끼임각의 코사인 값, 상기 미리 정해진 내부-이동량 및 조절 파라미터의 곱을 계산하여 상기 내부-이동량을 얻도록 구성;되는, 3차원 출력 장비.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 내부-이동량은 기준 각도에 대응되고, 상기 조절 파라미터는 상기 기준 각도의 코사인 값의 역수이고, 상기 기준 각도는 0 내지 90도 사이인, 3차원 출력 장비.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 폴리곤 메쉬는 제1 폴리곤 메쉬 및 제2 폴리곤 메쉬를 포함하고,
    상기 처리 장치는: 상기 제1 폴리곤 메쉬와 상기 수평면 사이의 제1 끼임각을 계산하고, 상기 제2 폴리곤 메쉬와 상기 수평면 사이의 제2 끼임각을 계산;하도록 구성되는, 3차원 출력 장비.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 제1 끼임각과 상기 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 내부-이동량의 제1 내부-이동량을 계산하고; 또한 상기 제2 끼임각과 상기 미리 정해진 내부-이동량에 따라 상기 내부-이동량의 제2 내부-이동량을 계산;하도록 구성되는, 3차원 출력 장비.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 장치는: 상기 내부-이동량, 잉크젯 폭, 및 상기 단면 윤곽에 따라 잉크젯 이미지를 생성하되, 상기 잉크젯 이미지는 상기 내부-이동량에 기초하여 형성된 상기 잉크젯 영역을 포함; 하도록 구성되는, 3차원 출력 장비.
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