KR20210084960A - 3d 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내 건축분야에서 비정형 구조물의 벽면을 시공하기 위한 비정형 패널을 3D 프린팅 할 때의 경로를 최소화하여 비정형 패널의 생산시간을 줄일 수 있도록 된 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법에 관한 것이다.
이를 위해 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법은 내측부와 외측부를 갖는 제1 비정형 패널, 상기 제1 비정형 패널과 일정 간격을 두고 배치되면서 내측부와 외측부를 갖는 제2 비정형 패널을 포함하고, 3D 프린팅을 이용하여 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 동시에 출력되며, 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 출력함에 있어 비출력 경로를 최소화하는 단계를 포함한다.

Description

3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법{MANUFACTURING METHOD OF IRREGULARLY PANEL FOR USING 3D PRINTING}

본 발명은 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법에 관한 것이다.

최근 들어, 건축물의 외측면을 철이나 알루미늄 또는 유리 등의 다양한 재질의 패널로 마감하는 경우가 늘어가고 있다.

그리고, 이러한 건축물은 건축물이 복잡한 기하학적 형태로 구성됨에 따라, 이러한 패널의 형태 역시, 건축물의 형태에 따라, 불규칙한 비정형 곡면형태로 제작된다.

즉, 비정형을 활용한 디자인은 최근 다양한 곳에서 이루어지고 있고, 많은 관심을 받고 있다. 이를 통해 다양한 건축물과 공공시설물이 제작되고 있으며, 다양한 기술을 통해 구현되고 있으나 시공방법에 있어 많은 문제점이 나타나고 있기 때문에 실질적으로 구현되기는 어려운 실정이다.

상기와 같은 비정형 디자인의 구현은 비정형 패널이나 마감재를 생산하여야 하지만 정형적인 생산 방식과는 많은 차이가 있기 때문에 생산 시 시간 및 비용이 과도하게 소요되어 경제적인 측면에서 문제가 있다.

종래의 비정형 디자인 구현을 위한 생산 부분에서는 기본적으로 마감재 CNC 가공, 형태가공, 접합부 제작 등 다수의 고정을 통해 비정형 패널을 생산하고 있으나, 비정형 패널의 생산 시 많은 시간과 노력이 소요되고 있는 실정이다.

최근들어 상기의 문제를 극복하기 위하여 3D 프린터를 이용하여 비정형 패널을 생산하는 시도가 있으나 그 효과는 미미한 실정이다.

즉, 종래의 비정형 패널은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 벽면에 연결부재를 통해 비정형 패널(100)이 고정될 수 있다. 상기 비정형 패널(100)을 3D 프린터를 이용하여 단일로 출력할 경우, 상기 비정형 패널(100)의 상부에 오버행(overhang) 부분(A)이 발생하여 생산이 불가능해진다. 상기 오버행 부분(A)은 비정형 패널(100)의 출력 시 하부지지체가 없이 공중에서 출력해야 하는 부분이다.

평면방향으로 비정형 패널(100)을 출력하는 방식은 곡선형태의 평면이 지지될 공간이 없는 오버행이 되어 공중에서 출력되므로 하부에 서포트나 거푸집과 같은 지지대가 필요하기 때문에 비효율적이라는 단점이 있다.

또한, 상기와 같이 단일로 비정형 패널(100)을 출력할 경우, 출력 하단(B)이 좁아 축을 벗어나 출력하는 경우가 발생하고, 이에 따라 비정형 패널(100)이 쉽게 넘어지는 문제가 있었다.

평면에 대해 직각으로 비정형 패널(100)을 출력하는 방식은 하부에서 지지되기 때문에 프레임의 오버행 부분(A)만 지지하면 되므로 효율적이나 평면의 곡면변화가 급격하고 무게 중심축이 심하게 벗어나는 형태의 경우 출력 도중 비정형 패널(100)이 넘어질 수 있는 단점이 있다.

그러므로, 상기와 같이 비정형 패널(100)을 생산하기가 까다롭기 때문에 생산성이 저하되고, 비정형 패널(100)을 생산하기 위한 시간과 비용이 과다하게 소요되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1914525호(발명의 명칭: 공종별 분리가 가능한 콘트롤 포인트 기반 비정형 외장패널의 3D 프린팅 시스템 및 방법, 2018. 04. 09. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1911405호(발명의 명칭: MPF 기반 비정형 외장패널 3D 프린팅 시스템 및 방법, 2018. 04. 09. 공개)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 실내 건축분야에서 비정형 구조물의 벽면을 시공하기 위한 비정형 패널을 3D 프린팅 할 때의 경로를 최소화하여 비정형 패널의 생산시간을 줄일 수 있도록 된 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법은 내측부와 외측부를 갖는 제1 비정형 패널, 상기 제1 비정형 패널과 일정 간격을 두고 배치되면서 내측부와 외측부를 갖는 제2 비정형 패널을 포함하고, 3D 프린팅을 이용하여 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 동시에 출력되며, 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 출력함에 있어 비출력 경로를 최소화하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 출력함에 있어 비출력 경로의 최소 값을 구하고, 상기 최소 값에 따라 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 배치하여 동시에 출력할 수 있다.

상기 비출력 경로의 최소 값은 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널의 배치 방법에 따라 좌표 값을 설정하고, 상기 좌표 값에 따른 알고리즘을 통해 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 배치할 수 있다.

상기 제1 비정형 패널의 내측부와 상기 제2 비정형 패널의 내측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 선대칭으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

상기 제1 비정형 패널의 내측부와 상기 제2 비정형 패널의 외측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 동일한 방향으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

상기 제1 비정형 패널의 외측부와 상기 제2 비정형 패널의 내측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 동일한 방향으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

상기 제1 비정형 패널의 외측부와 상기 제2 비정형 패널의 외측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 선대칭으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널의 사이에 연결 서포트가 구비되어 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 서로 연결된 상태로 출력될 수 있다.

본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법에 따르면, 비정형 패널의 생산 시 3D 프린팅 할 때의 경로를 최소화함으로써 생산공정을 축소시켜 보다 경제적으로 비정형 패널을 생산할 수 있다.

또한, 3D 프린팅을 이용하여 비정형 패널을 출력함에 있어 출력되지 않는 경로를 최소화하여 출력시간을 줄이고, 비정형 패널의 출력 시 쌍을 이루면서 2개의 비정형 패널이 동시에 출력되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 비정형 패널의 벽면을 도시한 도면이다.
도 2는 3D 프린터를 이용하여 비정형 패널을 단일로 출력하는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용하여 생산되는 비정형 패널의 배치상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 패널 두장을 연결하여 출력한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 패널의 3D 프린팅 시 비출력 경로를 최소화 하기 위한 프로세스를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용하여 생산되는 비정형 패널의 배치상태를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 패널 두장을 연결하여 출력한 상태를 도시한 도면이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법은 내측부(10a)와 외측부(10b)를 갖는 제1 비정형 패널(10), 상기 제1 비정형 패널(10)과 일정 간격을 두고 배치되면서 내측부(20a)와 외측부(20b)를 갖는 제2 비정형 패널(20)을 포함하고, 3D 프린팅을 이용하여 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)이 동시에 출력되며, 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)을 출력함에 있어 비출력 경로를 최소화하는 단계를 포함한다.

즉, 3D 프린팅을 이용하여 2개 이상의 비정형 패널을 출력할 수 있다. 이는 상기 비정형 패널을 프린팅 할 때의 경로를 최소화하여 비정형 패널의 생산에 소요되는 시간을 최소화 할 수 있다.

본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법은 최소 2장의 비정형 패널을 평면 상에 수직된 방향으로 동시에 출력하여 상기 제1 비정형 패널(10)과 제2 비정형 패널(20)이 서로 지지하는 방식으로 출력하게 된다.

따라서, 상기 제1 비정형 패널(10)과 제2 비정형 패널(20)이 서로 지지하기 위하여 추후 제거가 가능한 서포트를 통해 서로 연결하는 상태로 2장의 비정형 패널을 동시에 출력할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)을 출력함에 있어 비출력 경로의 최소 값을 구하고, 상기 최소 값에 따라 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)을 배치하여 동시에 출력할 수 있다.

상기 비출력 경로의 최소 값은 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)의 배치 방법에 따라 좌표 값을 설정하고, 상기 좌표 값에 따른 알고리즘을 통해 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)을 배치할 수 있다.

즉, 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법은 3D 프린팅의 비출력 경로를 최소화하기 위한 방법으로서, 어떤 비정형 패널을 어느 방향으로 놓고 출력하느냐에 따라 출력 노즐의 경로가 바뀌게 되고, 상기 비정형 패널의 내부를 채우는 경로는 패널의 형태에 따라 이동경로가 결정되어 두 패널의 레이어(layer)를 이동하는 경로는 두 패널의 배치에 따라 이동경로가 결정될 수 있다.

따라서, 3D 프린팅의 출력 속도를 향상시키기 위해서는 비정형 패널과 비정형 패널 사이를 이동하는 출력 노즐의 경로를 최소화하여 비출력 경로를 최소화 할 수 있다. 이에 최적화 알고리즘을 적용하여 비출력 경로가 최소화되는 비정형 패널의 출력 순서와 배치를 최적화하게 된다. 비출력 경로는 비정형 패널과 비정형 패널 사이를 이동하는 경로가 되고, 이는 두 비정형 패널 사이의 거리(간격)으로 판단할 수 있다.

본 실시예에서, 3D 프린팅의 비출력 경로를 최소화하기 위한 상기 제1 비정형 패널(10)과 제2 비정형 패널(20)과의 배치는 다양하게 존재할 수 있다. 3차원 비정형으로 각 레이어의 평면은 레이어에 따라 지속적으로 변동하게 되고, 3D 프린팅 시 현재의 레이어에 의해 제1 비정형 패널(10)과 제2 비정형 패널(20)의 간격이 좁더라도 상부 레이어에서는 거리가 멀어질 수 있기 때문에 전체 간격을 고려하여 설계하는 것이 바람직하다.

상기 제1 비정형 패널(10)과 제2 비정형 패널(20)의 배치 상태는 4가지로 존재할 수 있다.

첫째, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 비정형 패널(10)의 내측부(10a)와 상기 제2 비정형 패널(20)의 내측부(20a)가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)이 선대칭으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

둘째, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 비정형 패널(10)의 내측부(10a)와 상기 제2 비정형 패널(20)의 외측부(20b)가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)이 동일한 방향으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

셋째, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 비정형 패널(10)의 외측부(10b)와 상기 제2 비정형 패널(20)의 내측부(20a)가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)이 동일한 방향으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

넷째, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 비정형 패널(10)의 외측부(10b)와 상기 제2 비정형 패널(20)의 외측부(20b)가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)이 선대칭으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력될 수 있다.

또한, 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)의 사이에 연결 서포트(30)가 구비되어 상기 제1 비정형 패널(10)과 상기 제2 비정형 패널(20)이 서로 연결된 상태로 출력될 수 있다. 상기 연결 서포트(30)는 비정형 패널의 출력 후 제거된다. 상기 연결 서포트(30)는 상기 제1 비정형 패널(10)과 제2 비정형 패널(20) 사이에 복수개가 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 패널의 3D 프린팅 시 비출력 경로를 최소화 하기 위한 프로세스를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 비정형 패널(10)과 제2 비정형 패널(20)과의 사이 간격의 총 합을 구하기 위하여 8개의 좌표(A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4)가 필요하고, 상기 제1 비정형 패널(10)을 모두 출력한 다음 상기 제2 비정형 패널(20)로 넘어가 출력하는 방법의 경로는 (A2-B1) 또는 (B4-A3)이 될 수 있다.

상기 제1 비정형 패널(10)의 한쪽면을 출력하고 상기 제2 비정형 패널(20)로 넘어가 제2 비정형 패널(20)을 모두 출력한 후, 제1 비정형 패널(10)의 나머지면을 출력하는 경로는 (A2-B1)+(B4-A3)이 될 수 있다.

비정형 패널의 레이어에 따라 어떤 경로가 최소일지 모르기 때문에 상기 두 경우를 모두 고려하여 3D 프린팅을 수행하는 것이 바람직하다. 또한 비정형 패널의 방향이 바뀔 경우 좌표의 점들이 바뀌기 때문에 상기 비정형 패널의 4가지 배치 상태를 모두 고려하여야 한다.

상기 비정형 패널의 생산방법에 있어 제한조건은 상기 비정형 패널이 겹치면 안되고, 출력 품질을 위해 비정형 패널과 비정형 패널과의 사이에 일정 간격을 주어야 한다.

따라서, 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널의 생산방법을 통해 비정형 패널의 생산 시 3D 프린팅 할 때의 경로를 최소화함으로써 생산공정을 축소시켜 보다 경제적으로 비정형 패널을 생산할 수 있다.

또한, 3D 프린팅을 이용하여 비정형 패널을 출력함에 있어 출력되지 않는 경로를 최소화하여 출력시간을 줄이고, 비정형 패널의 출력 시 쌍을 이루면서 2개의 비정형 패널이 동시에 출력되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10: 제1 비정형 패널 10a: 내측부
10b: 외측부 20: 제2 비정형 패널
20a: 내측부 20b: 외측부
30: 연결 서포트 100: 비정형 패널

Claims (8)

1. 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법. 내측부와 외측부를 갖는 제1 비정형 패널, 상기 제1 비정형 패널과 일정 간격을 두고 배치되면서 내측부와 외측부를 갖는 제2 비정형 패널을 포함하고,
   3D 프린팅을 이용하여 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 동시에 출력되며, 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 출력함에 있어 비출력 경로를 최소화하는 단계를 포함하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 출력함에 있어 비출력 경로의 최소 값을 구하고, 상기 최소 값에 따라 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 배치하여 동시에 출력하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 비출력 경로의 최소 값은 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널의 배치 방법에 따라 좌표 값을 설정하고, 상기 좌표 값에 따른 알고리즘을 통해 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널을 배치하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비정형 패널의 내측부와 상기 제2 비정형 패널의 내측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 선대칭으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비정형 패널의 내측부와 상기 제2 비정형 패널의 외측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 동일한 방향으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비정형 패널의 외측부와 상기 제2 비정형 패널의 내측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 동일한 방향으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비정형 패널의 외측부와 상기 제2 비정형 패널의 외측부가 서로 마주보는 형상으로 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 선대칭으로 배치되어 비출력 경로를 최소화하면서 동시에 출력되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널의 사이에 연결 서포트가 구비되어 상기 제1 비정형 패널과 상기 제2 비정형 패널이 서로 연결된 상태로 출력되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 이용한 비정형 패널 생산방법.

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