KR20210067103A

KR20210067103A - 3d 프린팅을 위한 2d 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법

Info

Publication number: KR20210067103A
Application number: KR1020190156390A
Authority: KR
Inventors: 이혜인; 신화선; 전성환; 박성훈; 장지민
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-08
Also published as: WO2021107456A1; US11798231B2; US20220262071A1; KR102300485B1

Abstract

적층제조 시 재료 사용량이나 출력물 무게를 줄이기 위해, 3D 모델의 중공구조(Hollow Structure)를 2D 적층 단면 외곽선 기반으로 생성하는 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법은, 3D 모델을 슬라이싱하는 단계; 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계; 인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하는 단계; 오버행 영역의 검출 결과에 따라 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및 재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 2D 적층 단면 데이터를 이용하기 때문에, 별도의 데이터 처리없이 중공구조를 생성할 수 있어, 연산 부담을 절감시킬 수 있다. 또한, 중공구조 생성 시 오버행 영역이 생기지 않도록 처리하기 때문에 내부에 서포트가 필요하지 않으므로 후처리가 용이하다.

Description

3D 프린팅을 위한 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법{Method for creating of hollow structure based on sliced plane outline of two dimensions for three dimensions printing}

본 발명은 적층제조 시 재료 사용량이나 출력물 무게를 줄이기 위해, 3D 입력 모델의 속을 비워서 출력하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층제조 시 재료 사용량이나 출력물 무게를 줄이기 위해, 3D 모델의 중공구조(Hollow Structure)를 2D 적층 단면 외곽선 기반으로 생성하는 방법에 관한 것이다.

기존에는 도 1에 예시된 바와 같이 적층제조에서 재료 사용량을 줄이거나 출력물 무게를 줄이기 위해 3D 입력 모델의 속을 비워 속 비움 구조(중공구조)로 출력한다.

이러한 기존의 속 비움 구조는 복셀 데이터를 이용하거나 3D 메시 버텍스의 오프셋(확장, 축소) 연산을 통해 만드는데, 이렇게 만들어진 속 비움 구조는 서포트가 필요한 오버행 영역이 생기는 문제점이 발생한다.

또한, 서포트는 적층제조 시, 출력 영역을 지지해주는 별도의 지지체로 모델 내부에 생기는 경우 후처리 단계에서 제거하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 적층제조 시, 재료 사용량과 출력물 무게를 줄이기 위한 중공구조에 서포트가 필요한 오버행 영역이 생기지 않도록 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법은, 3D 모델을 슬라이싱하는 단계; 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계; 인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하는 단계; 오버행 영역의 검출 결과에 따라 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및 재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함한다.

또한, 슬라이싱 단계는, 3D 모델을 레이어 두께만큼 z축으로 슬라이싱하여, 2D 단면 외곽선을 생성할 수 있다.

그리고 중공구조 외곽선 생성 단계는, 슬라이싱 결과 생성된 2D 적층 단면의 외곽선을 설정 값만큼 내측 방향으로 오프셋 연산을 수행하여, 중공구조 외곽선을 생성할 수 있다.

또한, 오버행 영역 검출 단계는, 중공구조 외곽선의 최상위 레이어에서 한 레이어씩 내려오면서 인접한 적층면의 중공구조 외곽선과 차분을 통해 오버행 영역을 검출할 수 있다.

그리고 오버행 영역 검출 단계는, 상위 레이어에서 오버행 영역으로 계산된 영역이 하위 레이어에서도 오버행 영역으로 누적될 수 있다.

또한, 중공구조 외곽선 재계산 단계는, 오버행 영역이 생기지 않도록, 중공구조 외곽선을 재계산할 수 있다.

그리고 중공구조 외곽선 재계산 단계는, 최상위 레이어에서 한 레이어씩 내려오면서 오버행 영역으로 산정된 영역을 고려하여, 중공구조 외곽선을 오프셋 연산을 통해 재계산할 수 있다.

또한, 중공구조 외곽선 재계산 단계는, 각 레이어의 중공구조 외곽선을 인접한 상위 레이어의 오버행 영역을 최소 영역만큼 외측 방향으로 확장시킨 외곽선으로 재계산할 수 있다.

그리고 중공구조 메시 생성 단계는, 재계산된 중공구조 외곽선을 구성하는 버텍스들을 연결하여 3D 메시 데이터를 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 3D 모델을 슬라이싱하는 단계; 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계; 인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하는 단계; 오버행 영역의 검출 결과에 따라 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및 재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함하는 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법은 3D 모델의 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계; 인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하여, 오버행 영역이 생기지 않도록, 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및 재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 3D 모델의 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계; 인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하여, 오버행 영역이 생기지 않도록, 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및 재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함하는 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 2D 적층 단면 데이터를 이용하기 때문에, 별도의 데이터 처리없이 중공구조를 생성할 수 있어, 연산 부담을 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 중공구조 생성 시 오버행 영역이 생기지 않도록 처리하기 때문에 내부에 서포트가 필요하지 않으므로 후처리가 용이하다.

도 1은 기존의 속 비움 구조(중공구조) 생성 방법의 설명에 제공된 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 오버행 영역이 생기지 않는 중공구조의 개념 설명에 제공된 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법의 설명에 제공된 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공구조 외곽선 생성 단계의 설명에 제공된 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공구조 외곽선 재계산 단계의 설명에 제공된 도면, 그리고
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 오버행이 생기지 않는 다양한 형태의 중공구조가 예시된 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 오버행 영역이 생기지 않는 중공구조의 개념 설명에 제공된 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법의 설명에 제공된 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공구조 외곽선 생성 단계의 설명에 제공된 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공구조 외곽선 재계산 단계의 설명에 제공된 도면이다.

본 실시예에 따른 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법은, 3D 메시 데이터를 입력으로 받아, 재료 사용량과 출력물 무게를 줄이기 위한 중공구조가 포함된 출력 코드 및 3D 메시 데이터를 생성하는 과정에서, 도 2에 예시된 바와 같이 중공구조에 서포트가 필요한 오버행 영역이 생기지 않도록 함으로써, 내부에 서포트가 필요하지 않으므로 후처리가 용이하며, 2D 적층 단면 데이터를 이용하기 때문에, 별도의 데이터 처리없이 중공구조를 생성할 수 있어, 연산 부담을 절감시킬 수 있다.

이를 위해, 본 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법은 3D 모델을 슬라이싱하는 슬라이싱 단계(S310), 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 중공구조 외곽선 생성 단계(S310), 인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하는 중공구조 오버행 영역 검출 단계(S330), 오버행 영역의 검출 결과에 따라 중공구조 외곽선을 재계산하는 중공구조 외곽선 재계산 단계(S340) 및 재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 중공구조 메시 생성 단계(S350)로 구성될 수 있다.

슬라이싱 단계에서는 2D 적층 단면을 생성하기 위해, 3D 모델을 레이어 두께만큼 z축으로 슬라이싱하여, 2D 단면 외곽선을 생성할 수 있다.

중공구조 외곽선 생성 단계에서는 도 4에 예시된 바와 같이 슬라이싱 결과 생성된 2D 적층 단면의 외곽선을 설정 값만큼 모델 내부 방향으로 오프셋(Offset) 연산을 통해 중공구조 외곽선(outline)을 생성할 수 있다.

오버행 영역 검출 단계에서는, 중공구조 외곽선의 최상위 레이어에서 한 레이어씩 내려오면서 인접한 적층면의 중공구조 외곽선과 차분을 통해 오버행 영역을 검출할 수 있다. 이때, 상위 레이어에서 오버행 영역으로 계산된 영역은 하위 레이어에서도 오버행 영역으로 누적된다.

중공구조 외곽선 재계산 단계에서는, 오버행 영역이 생기지 않도록, 중공구조 외곽선을 재계산할 수 있다.

구체적으로, 중공구조 외곽선 재계산 단계에서는, 도 5에 예시된 바와 같이 최상위 레이어에서 한 레이어씩 내려오면서 오버행 영역으로 산정된 영역을 고려하여, 중공구조 외곽선을 오프셋 연산을 통해 재계산할 수 있다.

이때, 중공구조 외곽선으로 계산된 외곽선들 중 상위 레이어에 중공구조 외곽선이 없는 최상위 층의 경우, 서포트 없이 출력 가능한 최소 영역으로 설정할 수 있으며, 이는 3D 프린팅 방식에 따라 이 최소 영역은 변경될 수 있다.

그리고 여기서의 최상위 층은 3D 입력 모델의 적층면 중 최상위 층이 아니라 중공구조 외곽선으로 계산된 외곽선들 중 상위 레이어에 중공구조 외곽선이 없는 경우를 의미한다.

예를 들면, 각 레이어의 중공구조 외곽선은 인접한 상위 레이어의 오버행 영역을 최소 영역만큼 외측 방향으로 확장시킨 외곽선으로 재계산할 수 있으나, 도 6 내지 도 9에 예시된 바와 같이 오프셋 설정값이 가변적이거나 입력 모델의 형상에 따라 오버행 영역이 생기지 않는 선에서 여러 중공구조의 형태로 재계산될 수 있다.

중공구조 메시 생성 단계에서는, 재계산된 중공구조 외곽선을 구성하는 버텍스들을 연결하여 3D 메시 데이터를 생성할 수 있다. 생성된 3D 메시 데이터는 중공구조를 3D 그래픽스 화면상에서 확인할 수 있도록 렌더링 되는 용도로 사용된다. 마지막 단계에서 메시 생성을 하는 이유는 3D 메시로 렌더링하여 시각화하기 위함이며 불필요한 경우 생략 가능하다.

더불어, 본 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법은 중공구조가 포함된 출력코드를 만들기 위한 별도의 슬라이싱을 필요로 하지 않는다. 각 적층면마다 중공구조 외곽선 정보를 계산하여 갖고 있으므로 이 외곽선이 포함된 출력코드만 재계산 하면 바로 출력이 가능하다.

적층제조 준비 과정에서 슬라이싱은 입력 모델의 메시 해상도가 높은 경우 계산 부하량이 크기 때문에 제안하는 기술이 기존 기술 대비 계산량 측면에서 효율성이 높다.

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

3D 모델을 슬라이싱하는 단계;
슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계;
인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하는 단계;
오버행 영역의 검출 결과에 따라 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및
재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 1에 있어서,
슬라이싱 단계는,
3D 모델을 레이어 두께만큼 z축으로 슬라이싱하여, 2D 단면 외곽선을 생성하는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 2에 있어서,
중공구조 외곽선 생성 단계는,
슬라이싱 결과 생성된 2D 적층 단면의 외곽선을 설정 값만큼 내측 방향으로 오프셋 연산을 수행하여, 중공구조 외곽선을 생성하는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 3에 있어서,
오버행 영역 검출 단계는,
중공구조 외곽선의 최상위 레이어에서 한 레이어씩 내려오면서 인접한 적층면의 중공구조 외곽선과 차분을 통해 오버행 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 4에 있어서,
오버행 영역 검출 단계는,
상위 레이어에서 오버행 영역으로 계산된 영역이 하위 레이어에서도 오버행 영역으로 누적되는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 4에 있어서,
중공구조 외곽선 재계산 단계는,
오버행 영역이 생기지 않도록, 중공구조 외곽선을 재계산하는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 6에 있어서,
중공구조 외곽선 재계산 단계는,
최상위 레이어에서 한 레이어씩 내려오면서 오버행 영역으로 산정된 영역을 고려하여, 중공구조 외곽선을 오프셋 연산을 통해 재계산하는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 7에 있어서,
중공구조 외곽선 재계산 단계는,
각 레이어의 중공구조 외곽선을 인접한 상위 레이어의 오버행 영역을 최소 영역만큼 외측 방향으로 확장시킨 외곽선으로 재계산하는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
청구항 7에 있어서,
중공구조 메시 생성 단계는,
재계산된 중공구조 외곽선을 구성하는 버텍스들을 연결하여 3D 메시 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
3D 모델을 슬라이싱하는 단계;
슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계;
인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하는 단계;
오버행 영역의 검출 결과에 따라 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및
재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
3D 모델의 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계;
인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하여, 오버행 영역이 생기지 않도록, 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및
재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법.
3D 모델의 슬라이싱 결과를 기반으로 중공구조 외곽선을 생성하는 단계;
인접한 중공구조 외곽선 간 오버행 영역을 검출하여, 오버행 영역이 생기지 않도록, 중공구조 외곽선을 재계산하는 단계; 및
재계산된 중공구조 외곽선을 기반으로 중공구조 메시를 생성하는 단계;를 포함하는 2D 적층 단면 외곽선 기반 중공구조 생성 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.