KR20210128234A - Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 프린터를 통해 적층체를 형성하는 과정에서 발생하는 결함을 실시간으로 모니터링하여 출력시간 및 비용을 절감하고, 품질을 향상시키기 위한 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템에 관한 것이다.
또한, 3D 모델링 데이터를 바탕으로 슬라이스된 레이어의 In-fill 영역을 연산하는 연산단계와 상기 연산단계를 통해 연산된 In-fill 영역에 기 설정된 패턴을 Drawing 하는 패턴 적용단계와 상기 패턴 적용단계를 통해 패턴이 적용된 레이어 형상에 맞춰 적층체를 형성하는 적층단계와 상기 적층단계를 통해 적층되는 레이어를 실시간으로 모니터링하는 모니터링단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템{3D printer monitoring system with Drawing type In-fill pattern technology}

본 발명은 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 프린터를 통해 적층체를 형성하는 과정에서 발생하는 결함을 실시간으로 모니터링하여 출력시간 및 비용을 절감하고, 품질을 향상시키기 위한 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 2차원 또는 3차원 형태로 제품을 제조하기 위해서는 절삭 가공 또는 사출 성형 등의 방법이 사용되고 있으며, 고가의 금형 제조비로 인해 소량 생산의 경우 대부분 절삭가공에 의존하고 있다.

반면, 공구를 이용하여 가공하는 절삭가공의 한계로 인해 제조하기 어려운 형태의 제품들이 존재하였으며, 복잡한 제품을 보다 쉽고 빠르게 제조하기 위한 필요성에 의해 입력된 3D 모델링 데이터를 바탕으로 제품을 적층하여 제조하는 3D 프린터가 개발되었다.

최근 3D 프린팅 분야의 기술 혁신으로 인해 다양한 유형의 3D 프린팅 기술과 재료를 사용하여 다양한 수준의 기하학적 복잡성을 가진 3D 형상을 제작할 수 있게 되었다.

그 중, 금속 3D 프린팅은 작은 분말 형태의 플라스틱, 금속, 유리 덩어리를 도포한 후 레이저로 용융시킨 다음 경화시키는 방식으로 적층체를 형성하는 방식이다.

적층체의 표면 조도 품질은 프린팅 공정이 완료된 후 후가공을 통해 상태를 개선할 수 있으며, 한국공개특허 제10-2019-0001752호 "후처리 일체형 3D 프린터 장치"와 같이 적층과 함께 후가공이 동시에 이루어지는 기술도 개발되었다.

하지만, 적층체의 내부 출력 품질은 적층이 완료된 후에 수정할 수 없으며, 적층하는 과정에서 발생되는 결함은 외형 결함으로 이어지는 문제점이 있었다.

특히, 프린팅 공정에 주로 사용되는 해칭 형상의 In-fill 패턴을 레이저 프린터에 사용시 파우더 용융 시 발생 되는 가스로 인해 기포가 내포되어 제품의 성능에 좋지 않은 영향을 미치는 문제점이 있었다.

또한, 결함에 따라 프린팅 중에 레이저 출력 및 레이저 경로를 수정할 수 없어, 결과적으로 출력물의 표면과 내부의 기공 발생 등으로 인한 출력물에 대한 정밀도가 현저히 낮고 불량률이 높은 문제점이 있다.

이에 따라, 3D 프린터의 적층과정에서 결함에 맞춰 보정을 실시하여 적층체의 적층 품질을 향상시키기 위한 기술 개발의 필요성이 제기되고 있다.

한국공개특허 제10-2019-0001752호 "후처리 일체형 3D 프린터 장치"

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 적층체의 In-fill 영역에 기포가 내포되는 불량 등을 방지하기 위한 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 적층체를 적층하는 과정에서 발생되는 결함을 실시간으로 확인하고 이를 피드백하여 보정함으로써, 품질을 향상시키기 위한 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템은 3D 모델링 데이터를 바탕으로 슬라이스된 레이어의 In-fill 영역을 연산하는 연산단계와 상기 연산단계를 통해 연산된 In-fill 영역에 기 설정된 패턴을 Drawing 하는 패턴 적용단계와 상기 패턴 적용단계를 통해 패턴이 적용된 레이어 형상에 맞춰 적층체를 형성하는 적층단계와 상기 적층단계를 통해 적층되는 레이어를 실시간으로 모니터링하는 모니터링단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴 적용단계는 허니컴 형상의 패턴을 Drawing 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모니터링단계 이후에 모니터링을 통해 검출된 결함 종류에 맞춰 적층단계의 레이저 파워, 레이저 이송 속도 중 하나를 조절하는 보정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모니터링단계 이후에 모니터링을 통해 검출된 결함 종류에 맞춰 상기 패턴 적용단계를 통해 적용되는 패턴의 형상, 크기, 위치 중 적어도 하나 이상을 수정하는 패턴 수정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템에 의하면, 적층체의 In-fill 영역을 연산한 후 허니컴 형태의 패턴을 Drawing 하여 적층을 실시함으로써, 적층체의 In-fill 영역에 기포가 내포되는 불량 등을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템에 의하면, 적층체를 적층하는 과정에서 발생되는 결함을 실시간으로 확인하고 이를 피드백하여 보정함으로써, 품질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템의 동작을 순서대로 도시한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템의 다른 실시예에 따른 동작을 순서대로 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템의 또 다른 실시예에 따른 동작을 순서대로 도시한 순서도.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템의 동작을 순서대로 도시한 순서도이며, 도 2는 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템의 다른 실시예에 따른 동작을 순서대로 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템의 또 다른 실시예에 따른 동작을 순서대로 도시한 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템은 3D 모델링 데이터를 바탕으로 슬라이스된 레이어의 In-fill 영역을 연산하는 연산단계(S10)와 상기 연산단계(S10)를 통해 연산된 In-fill 영역에 기 설정된 패턴을 Drawing 하는 패턴 적용단계(S20)와 상기 패턴 적용단계(S20)를 통해 패턴이 적용된 레이어 형상에 맞춰 적층체를 형성하는 적층단계(S30)와 상기 적층단계(S30)를 통해 적층되는 레이어를 실시간으로 모니터링하는 모니터링단계(S40)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 패턴 적용단계(S20)는 허니컴 형상의 패턴을 Drawing함으로써, In-fill 영역의 구조적인 안정성을 높이면서, 해칭에 비해 적층체의 In-fill 영역에 기포가 내포되는 불량을 현저하게 낮출 수 있다.

이때, 상기 패턴 적용단계(S20)를 통해 Drawing 되는 In-fill 영역의 패턴은 최적 경로 생성 알고리즘에 따라, 최단 거리로 설정됨이 바람직하나, 모니터링단계(S40) 또는 아래에서 설명하는 보정단계나 패턴 수정단계를 통해 기 설정된 알고리즘을 바탕으로 경로 및 패턴 형태를 비롯하여 패턴의 크기, 위치, 배열형태 등이 수정되도록 구성될 수도 있다.

예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모니터링단계(S40) 이후에 모니터링을 통해 검출된 결함 종류에 맞춰 상기 패턴 적용단계(S20)를 통해 적용되는 패턴의 형상, 크기, 위치 중 적어도 하나 이상을 수정하는 패턴 수정단계(S50)를 더 포함하여 결합의 실시간으로 모니터링되는 결함의 종류에 맞춰 기 설정된 알고리즘을 바탕으로 In-fill 영역의 패턴을 수정하는 패턴 수정단계(S50)가 실시될 수 있는 것이다.

또 다른 실시예로써, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모니터링단계(S40) 이후에 모니터링을 통해 검출된 결함 종류에 맞춰 적층단계(S30)의 레이저 파워, 레이저 이송 속도 중 하나를 조절하는 보정단계(S60)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

특히, 상기 모니터링단계(S40), 패턴 수정단계(S50), 보정단계(S60)는 적층단계(S30)를 실시하는 과정에서 실시간으로 적층되는 적층체의 결함을 피드백하여 실시간으로 결함을 보정하여 적층체를 형성하는 적층단계(S30)에 실시간으로 반영되는 형태로 반복하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (4)

1. 3D 모델링 데이터를 바탕으로 슬라이스된 레이어의 In-fill 영역을 연산하는 연산단계와;
   상기 연산단계를 통해 연산된 In-fill 영역에 기 설정된 패턴을 Drawing 하는 패턴 적용단계와;
   상기 패턴 적용단계를 통해 패턴이 적용된 레이어 형상에 맞춰 적층체를 형성하는 적층단계와;
   상기 적층단계를 통해 적층되는 레이어를 실시간으로 모니터링하는 모니터링단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
   Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 패턴 적용단계는
   허니컴 형상의 패턴을 Drawing 하는 것을 특징으로 하는
   Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 모니터링단계 이후에
   모니터링을 통해 검출된 결함 종류에 맞춰 적층단계의 레이저 파워, 레이저 이송 속도 중 하나를 조절하는 보정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템.
   
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 모니터링단계 이후에
   모니터링을 통해 검출된 결함 종류에 맞춰 상기 패턴 적용단계를 통해 적용되는 패턴의 형상, 크기, 위치 중 적어도 하나 이상을 수정하는 패턴 수정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   Drawing 방식의 In-fill 패턴 기술을 구비한 3D프린터 모니터링 시스템.
   

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