KR20220006121A - 적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 모두 독립 청구항들의 전문들에 따른 본 발명의 방법을 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 제품뿐만 아니라 본 발명에 따른 방법에 의해 획득 가능한 적층 제조된 물품에 관한 것이다. 방법은 준결정질 구조물로 하나 이상의 일체형 물품 부품들 각각을 충전 및/또는 빌딩하는 단계(들)를 포함한다. 방법을 수행함으로써 획득 가능한 적층 제조된 물품은 준결정질 구조물 및/또는 준주기적 최소 표면 충전재 및/또는 준주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 충전재를 포함한다. 본 발명은 또한 적층 제조 프로세스에서 전처리를 위한 골격 그래프의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 적층 제조된 물품(additively manufactured article)의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 모두 독립 청구항들의 전문들에 따른 본 발명의 방법을 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 제품뿐만 아니라 본 발명에 따른 방법에 의해 획득 가능한 적층 제조된 물품에 관한 것이다.
공간을 채우는 주기적 격자(space-filling, periodic lattice)가 구성될 수 있는 방식들은 공간 그룹들로 불리는 213개의 일반 대칭적 구조물들로 제한되고, 이러한 방식들은 병진운동들, 회전들 및 반사들과 같은 일련의 복사 동작들을 사용하여 공간의 한 지점을 반복하는 문제에 대한 조합 해결책 전체를 설명한다. 그러나, 이러한 규칙에 대한 예외: 준결정(quasicrystal)들로 불리는 무한, 비주기적 구조물들이 존재한다. 주기적 공간 그룹들 중 하나로 표현되는 격자들과 마찬가지로, 준결정들은 무한히 많은 유형들의 기본 셀들이 아니라 하나 또는 복수로 형성된다. 이러한 셀들의 반복이 대규모에서는 결코 반복되지 않는 유사한(또는 심지어 동일한) 배열들을 소규모로 계속 생성하기 때문에, 준결정들은 (비주기성보다는) <준주기성>으로 불리는 피처(feature)를 나타낸다. 준결정들은 반복 없이 공간을 채울(≪타일링할≫) 수 있다. 2차원 준결정질 타일링들(이를테면, 잘 알려진 펜로즈 타일링(Penrose tiling))이 둘 이상의 유형들의 장사방형(rhomb)들로 구성되지만, 3차원 준결정들은 둘 이상의 장사방형 형상의 셀들로 제조된다.
준결정들을 생성하는 2개의 방법들: 6차원 이상의 패턴이 3차원 공간에 투영하는 투영 방법, 및 공간의 3개 이상의 벡터들이 차례로 준결정의 열거(specification)로 이어지는 일련의 평면 패밀리들을 생성하는 드 브루인(de Bruijn)의 그리드 방법이 일반적으로 사용된다.
최소 표면들은 모든 각각의 지점에서 수직으로 측정된 2개의 곡률(curvature)들의 평균이 0이 되어야 하는 요건을 충족시키는 만곡된, 2차원, 공간 점유 수학적 구조물들이다. 따라서, 표면이 특정 방향으로 일정량 만곡되면, 해당 방향에 수직으로 측정된 곡률이 제1 곡률의 네거티브의 값이 되도록 모든 각각의 지점이 정의된다. 최소 표면들이 특정 세트의 지점들을 연결하는 가장 덜 굽힘된 표면들이라는 사실 때문에, 그들은, 구(sphere)들 및 쇠사슬 형상(catenary)들(이들 중 후자는 자체적으로 최소 표면임)을 제외하고, 가장 효율적인 힘 도관(force conduit)들을 허용하는 이상적인 지오메트리들을 구성한다. 이것은, 최소 표면이, 예컨대, 3D 인쇄 부품들의 구조물들, 및 효과적으로 모든 각각의 하중 지탱 구조물(load-bearing structure) 내부에서 하중들 및 힘들을 분산하는 것을 이상적으로 만든다. 기본 셀들이 모든 방향들로 반복 ― 따라서 무한 공간을 타일링함 ― 될 수 있는 방식으로 구조화된 최소 표면들은 TPMS(triply periodic minimal surfaces)로 불린다.
적층 제조(≪AM≫, ≪3D 인쇄≫, ≪급속 프로토타이핑(Rapid Prototyping)≫)는, 다양한 재료들로 제조된 물품들의 물리적 형성을 허용하는 광범위한 컴퓨터 제어 생산 프로세스들을 포괄하는 포괄적인 용어(umbrella term)이다. 본 발명의 범위에 대해, 적층 제조는 부품들에 의한 로봇 조립을 또한 포함하는 것으로 이해될 것이다.
물체가 3D 인쇄될 수 있기 전에, 이것은, 정점들(vertices), 에지들, 면들의 좌표들 및 3D 모델로 둘러싸인 공간을 설명하는 이들의 상호관계들을 통해 또는 3차원 복셀 행렬(voxel matrix)(<복셀>은 <볼륨> 및 <픽셀>을 결합한 합성어임)로서, 가상 컴퓨터 모델(≪CAD 모델≫, ≪3D 모델≫) 형태로 정의되어야 하고, 여기서 그의 지오메트리는 수학 함수들(≪CAD 표면들≫)로 표현된다. 대부분의 표준화된 3D 모델 교환 포맷들에서, 물체 지오메트리는 삼각형 및/또는 사변형 면들(볼륨을 형성하는 정점들, 에지들 및 면들의 좌표들 및 상호관계들)로 구성된 다각형 메시(polygon mesh)로서 표현된다. 다각형 메시 표현이 매우 유연하고 자신의 지오메트리의 수학적 분석(CAD 표면 표현을 사용할 때 필요함)을 필요로 하지 않고서, 거의 모든 형상을 설명하는 데 사용할 수 있지만, 이것은 주지의 사실로서(notoriously) 에러를 발생시키기 쉽고, 대용량 데이터를 산출하는 경향이 있고 따라서 높은 네트워크 트래픽 및 높은 컴퓨팅 부하 발생시킨다.
대부분의 유형들의 AM 프로세스에서, 물품은 하나 이상의 물질들의 연속적인 층별 도포, 또는 바인딩, 또는 경화, 또는 중합(polymerization)에 의해 형성된다. 바인딩, 경화 또는 중합 프로세스는, 도포 직후, 각각의 층이 완료된 후 또는 빌드 프로세스의 끝에서 또는 실제 프린터 기계 외부의 완전히 별개의 프로세스에서 연속적으로 유도될 수 있다. 따라서, 3D 모델의 3D 인쇄 준비는 3D 모델에 포함된 공간 정보를 각각의 층(≪슬라이스들≫)에 대한 <재료/무재료> 정보 패킷들로 변환하는 것("전처리")을 수반한다. 대부분의 경우들에서, 슬라이스들은 원하는 인쇄 층 높이와 관련된 단순한 비트맵 이미지들이며, 여기서 흑색은 <재료>를 나타내고, 백색은 재료의 부재를 나타낸다. 한편으로, 슬라이스의 각각의 픽셀은 층의 하나의 최소 인쇄 유닛에 대응하고(예컨대, 프린터 기계의 특징들, 레이저 포인트의 최소 직경, 레이저 경로 등에 따라 의존함), 반면에 이것은 인쇄된 물품에서 하나의 복셀을 나타낸다. 일부 경우들에서, 슬라이스는, 레이저 에너지 또는 레이저 운동 속도와 같은 프린터- 또는 물품-특정 파라미터들에 관련된 추가 제어 정보를 포함하고, 이것은 각각의 층마다 상이하거나 층 내에서 다를 수 있다.
전처리의 다른 작업들은 프린터 기계 및/또는 인쇄 프로세스 및/또는 시뮬레이션의 특성들 및/또는 그의 시뮬레이션에 기반하는 글로벌 파라미터 조정들 및 중량 감소(≪경량화≫)와 같은 최적화들을 포함한다.
AM은, 고전적인 생산 방법들로 빌딩하기가 (불가능하지는 않더라도) 매우 어려울 매우 복잡한 물품들의 형성을 허용한다. 물품의 지오메트리, 사용된 인쇄 방법 및 재료에 의존하여, 물품의 정확하고 에러 없는 생산을 확인하기 위한 외부 빌드 지지 구조물(≪빌드 지지부≫)가 필요로 된다. 일부 방법들 및/또는 재료들은, 형성되는 동안, 매체 자체에 의해 안정화되기 때문에 빌드 지지부들을 필요로 하지 않는다. 그러나 강철, 알루미늄, 티타늄 등과 같은 금속들로 물품들을 형성하는 데 사용되는 대부분의 방법들은 인쇄물의 에러 없는 형성 및 정확한 지오메트리를 확인할 뿐만 아니라 잉여 열(surplus heat)을 방산시키기 위한 빌드 지지부를 필요로 한다. 후처리 동안 빌드 지지부들의 제거는 종종 힘들고, 빌드 지지부들이 내부에 있거나 물품의 형상으로 인해 접근하기 어려운 경우에, 물체를 손상시키지 않고서는 거의 불가능하거나 단순히 할 수는 없다.
따라서, 물품 자체를 더 많이 지지할수록 ― 성공적인 빌드 프로세스를 위해 더 적은 빌드 지지부들이 필요로 됨 ― 더 좋다. 중량을 최소화하면서 세기를 최대화하기 위해, 그리고 복잡한 AM에서, <바이오닉> 또는 비정질 지오메트리들이 추가 비용 또는 노력 없이 생성될 수 있기 때문에, 물품의 형상은 종종 최소 재료 사용 및 물품의 구조적 및 기하학적 요건들을 충족시키는 최적의 형상을 위해 파라미터적으로 최적화된다. 일부 경우들에서 <고전적인> 단일체(monolithical)인 물품의 초기 설계와 비교할 때, 이러한 최적화된 형상은 종종 구멍들, 분기들, 돌출부(bulge)들 및 힘줄(tendon)들을 소유하고 있고, 따라서 이 형상으로 이어지는 프로세스는 '토폴로지 최적화'라고 불리는데, 그 이유는 물품의 토폴로지 ― 물품이 소유하고 있는 구멍들의 수(그의 "종수(genus)")가 변경되기 때문이다.
이러한 최적화는, 종종 FEM(≪finite element modeling≫)이라 불리는 컴퓨터 방법을 사용하여, 기하학적 제약들, 힘들, 스트레스들 및 모션들이 시뮬레이팅되는 CAE(≪computer-aided engineering≫) 프로세스의 일부이다. 일부 물품들은 FEM 시뮬레이션을 필요로 하지 않거나 도움 없이 설계 및 제조되고, 이들은 최적으로 최적화될 필요가 없는 가장 흔한 물품들이다. 반면에 중량 대 강도 비율이 중요한 물품들(이를테면, 항공 우주 또는 산업 응용 분야들)은 항상 FEM 또는 유사한 방법들을 사용하여 엔지니어링된다. 힘들이 물체의 내부를 통하지 않고 물체의 표면을 따라 흐르는 경향이 있기 때문에, 물체는 원칙적으로 얇은 스킨으로 감소될 수 있다. 당연히, 힘들을 전달하고, 기하학적 무결성을 확인하고, 재료 특성들 및 물품에 작용하는 스트레스들을 감안하기 위해 특정 재료 단면이 유지될 필요가 있다.
일부 경우들에서, 스킨의 측면들을 연결하는 내부 구조물의 추가는, 스트레스 하에서 물품의 기하학적 무결성을 확인하지 않는 경우 그리고 빌드 프로세스 동안에 전체 안정성을 크게 향상시킨다. 그러나, <고전적으로> 형상화된 물품 또는 토폴로지 최적화된 물품 둘 모두에서 이러한 중공(hollowing)이 생산 시간 및 비용의 감소, 상당한 중량 이득들, 및 때로는 심지어 개선된 안정성으로 이어지지만, 대부분의 물품들은 여전히 중실 형태(solid form)로 생산된다. 이것은 주지된 사실로서 에러가 발생하기 쉬운 대형 다각형 메시들을 처리하는 것의 복잡성에 부분적으로 기인하고, 그리고 물품의 형상 및 지오메트리 ― 이는 일관성 있고 잘 설계되고 잘 설계된 내부 구조물이 없는 경우, 빌드 프로세스, 사용 동안 그리고/또는 하중 하에서 왜곡에 취약할 수 있음 ― 의 무결성 을 확인할 필요성을 인한 것이다.
일반적으로 사용되는 중공 기법은, 물품의 <내부>에 패딩(pad)되는 단순한 기하학적 격자 구조물들(<공간 그리드들>)인 <충전재들>을 적용하는 것이다. 그러나, 이러한 기법에는 3개의 주요 단점들이 있는데, (1) FEM을 사용하여 연구하지 않은 경우, 충전재의 효과적인 구조적 영향 및 효율성이 추측의 대상이 되고, (2) 충전재 지오메트리가 빌드 지지 구조물(이것은 물론 추가 빌드 지지부에 대한 필요성 없이 항상 빌딩될 수 있음)과 유사할 필요가 있기 때문에, 충전재 지오메트리 자체가 매우 단순할 필요가 있고, (3) 충전재 구조물이 3D 모델 자체에 비해 매우 작게 스케일링되지만 여전히 정밀하게 규정될 필요가 있기 때문에, 충전재 구조물은 3D 모델의 다각형 카운트를 크게 증가(따라서 컴퓨팅 부하 및 응답 시간을 또한 증가)시킨 다는 것이다. 복잡하고 그리고/또는 정교한 충전재들이 3D 모델의 다각형 카운트를 10배 또는 10의 수 제곱배만큼 증가시킬 수 있기 때문에, 충전재들은 일반적으로 빌드 지지부들과 유사한데, 조악하게 형상화되고, 불완전하고 얇고, 구조적 효율성보다는 인쇄 가능성에 대해 최적화된다.
따라서, 공지된 것의 적어도 하나의 한계를 극복하는 적층 제조된 물품들을 전처리하는 방법들 및 수단을 제공할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 최신 기술의 단점들 중 적어도 하나를 극복하는 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 적층 제조된 물품을 제공하는 것이다. 본 발명의 특정 목적은, 동일한 물품이 종래에 설계 및/또는 경량화된 것과 비교하여, 적어도 물품의 기하학적 무결성 및/또는 하중 지탱 구조물에 관련하여 우수한 특성들을 갖는 물품의 경량화 및/또는 설계를 가능하게 하는 그러한 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 또는 물품을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 적층 제조된 물품의 제조 및 그의 전처리에 관한 것이고, 물품은 각각 안정성 개선, 중량 감소 및 생산 보조 및/또는 빌드 지지부를 제공하는 내부 구조물("충전재")을 갖는 하나 이상의 일체형 물품 부품들을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 독립항들의 특징 부분들에 따른 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 적층 제조된 물품으로 해결된다.
본 발명의 일 양상은 적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법이다. 물품은 각각 구조물을 갖는 하나 이상의 일체형 물품 부품들을 포함한다. 방법은 적어도 준결정질 구조물로 하나 이상의 일체형 물품 부품들 각각을 충전 및/또는 빌딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 하나 이상의 일체형 물품 부품들의 각각 또는 일부는 내부 구조물을 포함하고, 경량화는, 적층 제조 프로세스 동안 안정성, 중량 및 생산 보조, 각각 빌드 지지부가 본원에 설명된 방법의 단계들에 의해 영향을 받도록 하는 내부 구조물의 설계에 관련된다.
하나의 특정 실시예에서, 물품 및/또는 물품의 하나의 일체형 부품은 구조물을 필수적 요소로 하여 구성된다(consisting essentially of).
본 발명의 맥락에서, 위의 단계에 따른 충전은 본 발명에 따른 경량화의 단계로서 이해될 수 있는 반면에, 위의 빌딩 단계는 본 발명에 따른 적층 제조된 물품의 설계의 단계로서 간주될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 충전은, 본 발명에 따른 완성된 물품에서 물품의 외부 스킨에 의해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 본질적으로 숨겨진 내부 구조물을 제공하는 것으로 이해될 수 있다. 대조적으로, 설계는, 구조물이 "개방될" 때, 즉, 물품이 외부 스킨에 의해 커버되지 않을 때의 관련 방법이다. 방법 단계들 둘 모두의 조합이, 예컨대, 복수의 일체형 물품 부품들을 갖는 하나의 특정 물품에 적용될 수 있고, 본 발명에 따른 방법으로부터 발생된 완성된 물품이, 중간에 다양하게, 충전재를 덮는 스킨을 갖는 부품들, 및 외부로부터 구조물이 접근 가능한 물품 부품들로 구성될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 준결정질 구조물은, 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, 주기적이지 않지만 정렬된 구조물로서 이해될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 준결정질 구조물은, 장사방형 형상의 둘 이상의 유형들의 셀들로 제조된 3차원 준결정이다.
대안적인 실시예에서, 준결정질 구조물은 3차원 결정, 즉, 공간 그룹들 중 하나에 따라, 즉, 219개의 비-키랄(chiral) 또는 11개의 키랄 공간 그룹들 중 하나에 따라 형성된 규칙적으로 반복되는 유닛들이다.
본 발명의 맥락에서, 이러한 장사방형 형상의 셀은 평행사변형 지오메트리의 6개의 측면들을 갖는 3차원 본체로서 이해될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 준결정질 구조물은 6차원 그 이상의 패턴이 3차원 공간에 투영되는 투영 방법에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 준결정질 구조물은, 공간에서 4개 이상의 벡터들이 결국 준결정의 열거로 이어지는 일련의 평면 패밀리들을 생성하는 그리드 방법을 적용함으로써 생성될 수 있다. 준결정질 구조물을 생성하기 위한 다양한 방법들은 하나의 물품을 생산하기 위해, 예컨대, 상이한 물품 부품들에 대해 또는 심지어 후속적으로 검증 단계로서 적용될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 그리드 방법은 드 브루인(N. de Bruijn, Ned. Akad. Weten. Proc. Ser. A 43, 39(1981); 43, 53(1981))에 따른 대각화(diagonalization)에 기반한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 하나 이상의 일체형 물품 부품들 각각을 충전 및/또는 빌딩하는 것은 준주기적 최소 표면 충전재 및/또는 준주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 충전재로 충전 및/또는 빌딩하는 것이다.
특히 바람직한 실시예에서, 결과적인 충전재 및/또는 설계는 최소 표면들, 즉, 예컨대, 표면의 모든 각각의 지점에서 수직으로 측정된 2개의 곡률들의 평균이 결과적으로 0 또는 본질적으로 0이 되는 표면들을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 본질적으로 0은 물품 설계 및/또는 그의 충전재의 스케일 및 형태에 대해 최소의 표면 특성들을 실질적으로 디스플레이하기에 충분한 곡률로서 이해될 수 있으며, 훨씬 더 구체적으로, 표면에 대한 수직으로 측정된 2개의 곡률들의 평균에 대해 0 내지 최대 +/- 0.0005의 편차를 갖는 것으로 이해될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 결과적인 충전재 및/또는 설계는, 예컨대, 3차원 결정 표면들과 같은 주기적 표면들을 포함한다.
본 발명에 따른 최소 표면들의 장점들 중 하나는, 최소 표면들이 구조물들 내부에서 또는 구조물들을 통해 하중들 및 힘들을 분배하는 데 이상적일 수 있다는 것이다. 또한, 이러한 최소 표면들은 건설, 촉매, 열 교환, 배터리들 등의 분야 또는 표면 대 볼륨의 비율이 중요한 임의의 다른 범위에 응용되는 물품 부품들과 같이 큰 표면들 및/또는 표면 대 볼륨 비율들이 유리한 물품들을 생성하는 데 이상적일 수 있다. 이론에 얽매이지 않고서, 실현된 구조적 장점들은, 최소 표면들이 특정 세트의 지점들을 연결하는 최소로 굽힘된 표면들이고 따라서 이러한 지점들 사이에 매우 효율적인 힘 도관을 허용한다는 사실에 기인할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법은, 물품을 통한 효율적인 힘 도관이 가능해지도록, 준주기적 최소 표면 충전재 및/또는 준주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 충전재로 충전 및/또는 빌딩하는 것으로 수행된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 방법은, 준주기적 최소 표면 충전재 및/또는 준주기적 최소 표면 설계 구조물을 생성하기 위한 프레임워크로서 준결정질 구조물을 사용하는 추가 단계를 포함한다. 본 발명의 맥락에서, 프레임워크는, 예컨대, 달성될 준주기적 최소 표면의 종수를 정의하기 위한 골격의 생성일 수 있다. 본 발명의 대안적인 또는 부가적인 실시예에서, 방법은, 비주기적 최소 표면 충전재 및/또는 비주기적 최소 표면 설계 구조물을 생성하기 위한 프레임워크로서 준결정질 구조물을 사용하는 추가 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 방법은 준결정의 지오메트리를 생성하는 단계를 더 포함한다. 이러한 준결정 지오메트리의 생성은, 특히, 적어도 3개의 1차 벡터들을 입력하는 제1 단계에 의해 수행될 수 있다. 추가의 특정 실시예에서, 단계는 3 내지 12개의 벡터들을 입력하는 것이다. 본 발명의 맥락에서, 입력은 컴퓨터 프로그램 제품에서 개개의 특정 파라미터를 선택 및/또는 생성하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 입력은, 예컨대, 디지털 전처리 및/또는 적층 제조 소프트웨어 및 디바이스와 연관된 전처리의 구성으로 수행될 수 있다.
이러한 특정 실시예에서, 준결정의 지오메트리를 생성하는 것은, 특히, 1차 벡터들 각각의 입력에 대해 다수의 평행 평면들의 그룹들을 생성하는 추가 단계를 포함할 수 있다. 평행 평면들의 각각의 그룹은 적어도 3개의 평면들을 포함한다.
이러한 특정 실시예에서, 평행 평면들의 그룹들의 수는 사용되는 컴퓨터 시스템의 프로세싱 능력 및 메모리에 의해서만 제한된다. 그러나, 3 내지 1000개 범위의 평행 평면들의 그룹들의 수가 특히 바람직하고 3 내지 50개 범위가 훨씬 더 바람직하다는 것이 밝혀졌다. 각각의 그룹의 평면들의 수와 함께 평행 평면들의 그룹들의 수는 사용자가 선택될 수 있으며, 준결정의 "해상도"를 정의한다. 본 발명의 맥락에서, 해상도는 물품의 미리 정의된 특정 볼륨 내의 셀들의 수로서 이해될 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 사용자에 의해 선택된 평면들의 수는 사용자의 재량 하에 있지만, 특정 목표들 또는 애플리케이션들에 대한 특정 임계값들에 의해 영향을 받거나 그 임계값들 내에 있도록 요구될 수 있다. 예컨대, 필요에 따라 원하는 안정성을 달성하기 위해 또는 물품의 크기 제약들로 인한 요건들 때문에, 평면들의 특정 수가 설정될 수 있다. 언급된 바와 같이, 이론적으로 선택된 평면들의 상한 수에 대한 어떠한 제한들도 없지만, 실제로는 방법에 사용되는 컴퓨터들의 계산 능력에 의해 제한될 수 있다. 그러나, 충분히 강력한 컴퓨터들에 의해 최대 100,000개의 평면들이 처리될 수 있다는 것이 상상할 수 있다.
특정 실시예에서, 평행 평면들의 그룹들의 수는 입력된 벡터들의 수에 대응한다. 특히 바람직한 실시예에서, 평면들의 방향은 벡터들에 의해 정의된다. 훨씬 더 바람직하게는, 평면들의 방향은 선택된 벡터에 수직이다. 다시 말해서, 각각의 벡터는 벡터에 대해 90°의 각도에 걸쳐 있는 평행 평면들의 그룹과 연관될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들은 균일하게 이격된다. 이러한 맥락에서, 균일하게 이격되는 것은 하나의 특정 그룹 내의 평면들, 즉, 예컨대, 서로에 대해 한 그룹의 적어도 3개의 개개의 평면들 내의 거리를 나타낼 것이다. 특히 바람직한 실시예에서, 이러한 하나의 특정 그룹의 모든 평면들이 균일하게 이격된다. 이것은, 선행 이웃하는 평면 및 후속 이웃하는 평면에 대한 평면 각각에 대해 수직 방향으로 동일한 거리를 갖는 이러한 특정 그룹의 모든 평면들로서 이해될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들은 랜덤하게 이격된다. 훨씬 더 구체적으로, 이러한 하나의 특정 그룹 내의 모든 평면들은 랜덤하게 이격된다. 랜덤한 간격은 벡터들의 생성 시점에서 정의될 수 있다. 벡터를 입력함으로써, 해당 벡터에 수직인 랜덤하게 배열된 다수의 평면들이 생성될 수 있고, 예컨대, 이들 각각은 동일한 그룹 내의 다른 평면들에 대해 랜덤한 거리를 갖는다.
본 발명의 특정 실시예에서, 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들은 미리 결정된 패턴에 따라 이격된다. 그런 다음, 특히 바람직하게는, 하나의 특정 그룹 내의 모든 평면들이 이러한 미리 결정된 패턴으로 배열된다. 특정 실시예에서, 간격은 특정 FEM의 결과들, 즉, 원하는 특성들에 관련하여 물품을 설계 및/또는 충전하기 위해 적용되는 유한 요소 방법(finite-elements method)에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들 중 적어도 일부는 균일하게 이격되고 그리고/또는 평면들 중 일부 평면들은 랜덤하게 이격되고 그리고/또는 일부 평면들은 미리 결정된 패턴에 따라 이격된다. 이전에 언급된 바와 같이, 평면들의 수는 준결정의 결과적인 지오메트리에 대한 해상도의 척도로서 선택될 수 있다. 추가의 특정 실시예에서, 평면들의 하나의 그룹이 특정 미리 결정된 규칙으로 생성될 수 있다. 이 예의 맥락에서, 미리 결정된 규칙은, 예컨대, 하나의 특정 그룹에서 10개의 평면들의 수가 생성되는 경우, 예컨대, 하나의 입력 벡터가 상기 벡터에 수직인, 다른 말로 하면 평면과 벡터 사이의 90°의 각도를 둘러싸는 10개의 평행 평면들의 수를 가져야 하고, 이러한 10개의 평면들 중에서, 3개의 평면들이 벡터의 확장을 따라 랜덤하게 이격되도록 정의되고, 4개의 평면들이 서로에 대해 각각 등거리 배열로 배열되고, 즉, 여기서 각각의 평면 다음에 특정, 규칙적인 거리를 두고 이러한 4개의 연속 평면이 뒤따르고, 이러한 평면들의 그룹 내의 결과적인 3개의 평면들이, 예컨대, 1:3 ― 이것은, 제2 평면이 제1 거리로 제1 평면을 뒤따르고 제3 평면이 제1 거리에 3배 길이의 제2 길이로 제2 평면을 뒤따른다는 것을 의미함 ― 일 수 있는 패턴에 따라 배열된다는 것을 정의할 수 있다. 이러한 변수들이 상호의존적인 규칙들(interdependent rulings)에 종속될 수 있고, 여기서, 예컨대, 특정 미리 결정된 패턴이 등거리로 배열된 평면들과 결합되어, 랜덤한, 미리 결정된 그리고 등거리의 3개의 요건들 모두가 본 발명에 따른 하나의 특정 준결정의 지오메트리의 생성에 통합될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.
본 발명의 특정 실시예에서, 방법은, 이등분으로부터 발생된 면들이 육각형 형태를 갖도록 장사방형 형상의 셀(들)을 이등분하는 단계를 더 포함한다. 따라서, 본 발명의 맥락에서, 이등분은 육각형 형상인 교차점을 발생시킨다.
특정 실시예에서, 장사방형 형상의 셀을 이등분하는 것은 셀에서 2개의 동일한 단삼각 절단된 사면체들(monotriatruncated tetrahedra)을 발생시킨다.
절단된 사면체는 4개의 코너 절단부를 갖는 정사면체(regular tetrahedron)이다. 본 발명의 맥락에서, 단삼각 절단된 사면체는 본 발명을 예시할 목적으로 정의된 새로운 용어이고, 4개의 코너들 중 3개만이 절단된 사면체로서 이해될 수 있다. 절단된 사면체와 비교하여, 단삼각 절단된 사면체는 8개 대신에 7개의 면들을 갖는다(그리스어; 모노 = 1 및 트리아 = 3).
본 발명의 특정 실시예에서, 장사방형 형상의 셀의 무게 중심(center of gravity)은 장사방형 형상의 셀의 이등분으로부터 발생된 교차 평면에 있다. 이러한 면은, 위에서 설명된 바와 같이, 육각형 형태이다.
본 발명의 특정 실시예에서, 이등분은 해당 장사방형 형상의 셀의 6개의 에지들을 통해, 바람직하게는 해당 6개의 세그먼트 라인들의 중간에서 수행된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 방법은 2개의 미로(labyrinth)들이 단삼각 절단된 사면체들의 2개의 그룹들로부터 형성되도록, 2개의 그룹들 중 하나에 각각의 단삼각 절단된 사면체를 할당하는 추가 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 장사방형 형상의 셀의 이등분으로부터 발생된 단삼각 절단된 사면체들 각각은 2개의 그룹들 중 어느 하나, 즉, 단삼각 절단된 사면체들의 제1 그룹 또는 단삼각 절단된 사면체들의 제2 그룹 중 어느 하나에 할당된다. 제1 그룹은 제1 미로를 형성하고, 제2 그룹은 제2 미로를 형성한다. 바람직하게는, 제1 및 제2 미로는 물품 및/또는 일체형 물품 부품의 전체 내부 구조물을 통해 확장된다.
특정 실시예에서, 본 발명의 방법은, 어떠한 지점에서도 상호 연결되지 않고서, 전체 준결정에 걸쳐 2개의 인터리빙된 골격 그래프들이 생성되도록, 장사방형 형상의 각각의 유형의 셀에 골격 그래프를 삽입하고, 특히 각각의 단삼각 절단된 사면체에 하나의 골격 그래프를 삽입하는 추가의 단계를 포함한다. 이러한 골격 그래프들 각각은, 위에서 설명된 바와 같이, 각각의 단삼각 절단된 사면체를 2개의 그룹들 중 하나에 할당함으로써 형성된 2개의 미로들 중 하나를 통해 확장된다. 골격 그래프들은, 사면체들의 표면들을 통해 동일한 그룹의 이웃하는 사면체들로 확장되는 방식으로 단삼각 절단된 사면체 내부에 배열되어, 단삼각 절단된 사면체의 특정 그룹 내부의 모든 골격 그래프들이 서로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 제1 골격 그래프는 단삼각 절단된 사면체들의 제1 그룹을 통해 확장되고, 제2 골격 그래프는 단삼각 절단된 사면체들의 제2 그룹을 통해 확장된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 각각 구조물을 갖는 하나 초과의 일체형 물품 부품들을 갖는 물품에 대해, 평면들의 수를 선택하는 단계가 개별적으로 수행된다. 이렇게 하는 것의 장점들 중 하나는, "해상도"가 증가된 영역들을 생성하는 것이 가능해진다는 것이다.
내부 구조물을 갖는 일체형 물품 부품들에 관한 특정 실시예에서, 골격 그래프들은 국부적으로 조밀화된 골격 그래프들 및/또는 덜 조밀한 골격 그래프들을 생성하기 위해 스케일링 업 및/또는 다운될 수 있다. 스케일링 업 및/또는 다운은, 물품의 3차원 지오메트리, 프린터 파라미터(들), 유한 요소 시뮬레이션 등으로 구성된 그룹으로부터 선택된 파라미터들과 같은 한 세트의 파라미터에 의존하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 골격 그래프는, 예컨대, 복수의 트리들에 의해 형성될 수 있으며, 각각의 트리는 하나의 단삼각 절단된 사면체를 채우고 복수의 세그먼트들로 구성된 작은 스케일 그래프를 나타낸다. 특히, 각각의 트리는 개개의 단삼각 절단된 사면체의 장사방형 셀의 대각선의 축을 따라 60도 회전된 미러링된 파트너가 따라온다.
특정 실시예에서, 스케일링 업 및/또는 다운은 내부 구조물을 갖는 일체형 물품 부품들의 빈 영역들을 발생시킬 수 있다. 따라서, 방법은, 골격 그래프의 스케일링 업 및/또는 다운으로부터 발생된 내부 구조물을 갖는 일체형 물품 부품들의 빈 영역들을 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이것은, 예컨대, 추가 트리들로 골격 그래프들의 느슨한 단부들을 확장함으로써 달성될 수 있다.
골격 그래프들의 지오메트리, 밀도 및 스케일을 동적으로 그리고 국부적으로 조정할 수 있게 함으로써, 맞춤형 및 적응형 충전재들 및/또는 설계들을 생성하는 것이 가능해진다. 인쇄 파라미터들이 또한 고려되면, 이전에 인쇄 지지 구조물들을 필요로 하는 프로세스에 대해 인쇄 지지 구조물들을 요구하지 않고 그리고/또는 고내력성 물품(high force resistant article)들을 인쇄하지 않고, 물품들을 인쇄 가능하게 만드는 것이 또한 가능해질 수 있다. 이러한 물품들은 정해진 공간 내에서 최대 인터페이싱 표면 및 이렇게 하기 위한 최소량의 재료를 활용하는 것을 또한 특징으로 한다. 가능한 애플리케이션들은 열 교환들, 에어-컨디셔닝, 배터리들, 투석 기계들, 다른 의료 디바이스들, 필터들, 임플란트들, 나노 스케일 재료 메타 재료들, 마이크로스케일 재료들 및 메타 재료들 등을 위한 빌딩 블록들 또는 구조물들일 수 있다. 미로들이 2개의 인터리빙되지만 분리된 연속 내부 볼륨들을 생성하기 때문에, 그들은, 2개의 컴포넌트들이, 즉, 사용 시간에 함께 혼합되기 전에, 별개로 저장되어야 하는 애플리케이션들에서 특별한 장점들을 갖고서 파우더들, 알갱이들, 액체 및/또는 기체 물질들을 위한 내충돌성 탱크(crash resistant tank)들로서 사용될 수 있다. 추가로 유리하게는, 발생된 물품들은, 연료들, 접착제들 또는 구성 재료들과 같이 2개의 컴포넌트들이 별개로 저장되고 나중에 함께 사용되는 시스템들을 위한 용기들로서 유용하다. 이것은 단지 결과적인 물품들의 예시적인 수의 가능한 애플리케이션들이다.
위에서 설명된 골격 그래프들의 스케일링에 대한 대안 또는 스케일링에 부가적일 수 있는 본 발명의 특정 실시예에서, 복셀 기반 3D 전처리가 수행되고, 여기서 내부 구조물이 스트레스에 기반하여 최적화되고 자동으로 생성된다. 이러한 실시예에서, 한 쌍의 골격 그래프들은 스케일링되지 않은 밀도, 바람직하게는 스트레스/스트레인 및 물품 형상에 의존하는 특정 작업에 필요한 최고 밀도에 대응하는 스케일링되지 않은 밀도로, 이전에 설명된 바와 같이, 생성될 수 있다. 추가의 특정 실시예에서, 복셀 기반 3D 전처리는 FEM 시뮬레이션을 포함한다. 또 다른 특정 실시예에서, 물품 형상은 균질한 밀도를 갖는 상기 골격 그래프에 맞춰진다. 물품 형상 및/또는 빌드 파라미터들 및/또는 스트레스/스트레인 분석 중 어느 하나에 기반하여, 골격 그래프들의 개별 세그먼트들 및/또는 트렁크들을 제거함으로써 골격 그래프들이 시닝 아웃되고(thinned out), 따라서 국부적으로 더 조밀하고 덜 조밀한 영역들을 생성한다.
본 발명의 맥락에서, 스케일링되지 않은 밀도의 골격 그래프는 장사방형 형상의 셀들로부터 시작하여, 셀들을 단삼각 절단된 사면체들로 이등분하고, 위에서 설명된 된 바와 같이, 단삼각 절단된 사면체들의 2개의 그룹들 모두를 통해 확장되는 골격 그래프들을 생성하고, 그리고 위에서 설명된 바와 같이 상이한 변형들 및 대안들을 포함하는, 위에 설명된 바와 같은 본 발명의 방법에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 이러한 실시예의 방법에 의해 제공되는 골격 그래프는, 예컨대, 당업계에 공지된 3중 주기적 최소 표면으로부터 기존의 골격 그래프에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 하나의 추가의 장점은 본 발명에 따른 방법을 수행함으로써 자동화 가능한 충전 시스템을 제공할 수 있다는 것이다. 이 모든 것은 FEM 시뮬레이션, 원하는 저항, 지오메트리, 크기, 중량, 개개의 인쇄 작업에 대한 자유재량에 의한 재료 및 디바이스 파라미터들을 고려한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 골격 그래프들은 2개의 그래프들에 등거리에 있는 표면들을 구성하고 골격 그래프들에 의해 정의된 2개의 미로들을 전체적으로 분리하는 데 사용된다.
추가의 특정 실시예에서, 복셀 기반 보로노이(Voronoi) 분석은 2개의 그래프들에 등거리인 표면의 제1 근사치를 생성하는 데 사용된다.
또 다른 실시예에서, 이러한 표면의 제곱 평균 곡률(squared mean curvature)을 최소화함으로써, 최소 표면이 위에서 상세히 설명된 바와 같이 생성될 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 표면의 평활화(smoothing)는 라플라스 연산자(Laplace operator)를 사용한 평활화, LS3 루프 세분화(Loop subdivision), 및 곡률 흐름 알고리즘들 등, 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 방법들에 의해 수행될 수 있다. 대안적 또는 부가적 실시예에서, 이 표면의 제곱 평균 곡률을 최소화함으로써, 비주기적 최소 표면이 위에서 상세히 설명된 바와 같이 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 복셀 기반 보로노이 분석에 의해 획득된 2개의 그래프들에 대해 등거리에 있는 표면의 평활화는 다음 동작들: (1) 규칙성을 향상시키기 위해 가중된 LS3 루프 세분화의 1회 반복, (2) 코탄젠트 가중치(cotangent weighting)를 사용하여 라플라스 연산자에 의한 평활화의 1 내지 10회 반복들, 바람직하게는 3회 반복들, 및 (3) 다면체 모델 간략화 알고리즘(quadric edge collapse simplification algorithm)을 사용하여 메시 해상도의 최대 50%의 감소 또는 메시 해상도를 50%, 또는 25%, 또는 12.5%, 또는 6.25% 또는 3.125%로의 감소를 반복적으로 적용함으로써 수행될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 동작은 표면의 경계(들)에 있는 임의의 삼각형들이 그대로 터치되지 않도록 수행된다.
반복 횟수들을 증가시킴으로써, 최소 표면을 더 정확하게 근사화하는 것이 가능하다. 이것은 더 평활한 표면을 발생시킨다. 반복들의 횟수는 컴퓨터 성능, 원하는 정밀도 및 이용 가능한 컴퓨팅 시간에 의존할 수 있고, 바람직하게는 2~3회 반복들이 수행된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 등거리 표면의 곡률을 최소화 및/또는 평활화할 때의 골격 그래프들은: 종수 31, 35, 43, 51, 55 및 67의 Brakke의 다이스페노이드 표면(Disphenoid Surface)들, 종수 6, 12, 18, 24 및 30의 Brakke의 육각 평면 표면들, 종수 31, 43, 47, 55, 59, 63, 67, 71, 75, 79, 83, 87, 91, 99, 103, 115의 Brakke의 불가사리 표면들, 종수 3, 9, 15, 21, 27, 33의 Brakke의 삼각 평면 표면들, Fisher-Koch에 의한 S, C(S), Y 및 C(Y) 표면들, Lord-Mackay의 P3a 표면, Neovius의 표면 및 종수 15, 21, 27, 33, 39 및 45의 Schoen의 상보적 P 표면들, 종수 25, 41 및 57의 Schoen의 배트윙 표면들 및 Brakke의 의사 배트윙 표면, Schoen의 F-RD, F-RD(r), P, F-RD, S'-S"|P 및 S-S" 표면들, Schoen의 GW, I-WP, I-WP(r) 및 O, C-TO 표면들, Schoen의 자이로이드 표면, Schoen의 H'-T, H"-R, T'-R', H'-T|H"-R, T'-R'|H'-T 및 H"-R|T'-R' 표면들, Schoen의 하이브리드 표면들 SS", S'-S"|P, H'-T, H"-R, T'-R', H'-T|H"-R, T'-R'|H'-T 및 H"-R|T'-R', 종수 19, 35 및 51의 Schoen의 큰가오리 표면들, Schoen의 RII, RIII, I-6, I-8 및 I-9 표면들, Schoen/Brakke의 N14, N26 및 N38 표면들, Schwarz' P, D, H, CLP 표면들, Schoen의 상보적 D 표면들 및 이들의 모든 파생물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 3중 주기적 최소 표면을 생성한다.
특히 바람직하게는, 등거리 표면의 제곱 평균 곡률을 최소화할 때 또는 위에서 설명된 바와 같이 임의의 다른 수단에 의해 평활화할 때 골격 그래프들은 Schwarz P 표면 유형, Schwarz D 표면 유형, Schoen G 표면 유형, Fischer-Koch S 표면 유형, Fischer-Koch CY 표면 유형, Schoen의 GW 표면 유형 및/또는 Lord-Mackay의 P3a 표면 유형으로 구성된 그룹으로부터 선택된 삼중 주기적 최소 표면을 생성한다.
당업자는 본 발명의 교시로부터, 본원에 설명된 방법의 적용이 위의 그룹들 중 어느 하나에 주어진 바와 같이 이전에 특성화되지 않은 준주기적 및/또는 비주기적 최소 표면을 갖는 설계 및/또는 충전재를 발생시킬 수 있음을 이해한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 위에서 설명된 바와 같은 골격 그래프들의 국부적 조정, 즉, 세그먼트들의 스케일링 업 및/또는 다운 및/또는 제거는 특정 물품에 최적화된 고유한 최소 표면을 발생시킨다.
본 발명의 일 양상은 인쇄될 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 적층 제조 설계 및 전처리 단계의 설명된 방법의 적용이다. 그런 다음, 골격 그래프들의 로컬 조정 및 쌍곡선 스케일링을 위한 파라미터들은, 특정 인쇄 작업에 대한 당업자에 의해 요구되는 바와 같이, 물품 지오메트리, 하중 케이스 유한 요소 시뮬레이션, 인쇄 방법 파라미터들 등에 기반하여 결정된다.
본 발명의 하나의 추가의 양상은 적층 제조된 물품을 전처리하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이고, 물품은 각각 구조물을 갖는 하나 이상의 물품 부품들을 포함하고, 특히 이러한 구조물들 중 하나는 내부 구조물이다. 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 상에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 구성된다.
본 발명의 하나의 추가의 양상은 본 발명의 방법을 수행함으로써 획득 가능한 적층 제조된 물품이다. 물품은 준결정질 및/또는 준주기적 최소 표면 충전재 및/또는 준주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 충전재 및/또는 비주기적 최소 표면 설계 구조물을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 위에 설명된 방법에 의해 획득 가능한 적층 제조된 물품은 물품 형상을 정의하는 외부 스킨 및 충전재를 포함한다. 충전재는 본질적으로 준주기적 최소 표면을 포함한다. 본 발명의 맥락에서, 본질적으로 준주기적 최소 표면은 위의 방법 실시예들에서 설명된 바와 같이 평활화를 수행함으로써 최소 표면의 근사치일 수 있다.
추가의 특정 실시예에서, 적층 제조된 물품은 본질적으로 수직 방향으로 외부 스킨을 터치하는 최소 표면 충전재를 갖는다. 현재 맥락에서, 본질적으로 수직은 90도 각도에서 0.1도 내지 5도의 잠재적인 편차를 허용하는 것으로 이해될 수 있으며, 이것은 물품 스킨에서 충전재까지 이상적인 하중 도관을 제공한다. 특정 실시예에서, 최소 표면은 비주기적이다.
본 발명의 특정 실시예에서, 적층 제조된 물품은 금속, 훨씬 더 바람직하게는 선택적 레이저 용융에 사용되는 금속으로 구성된다.
본 발명을 사용하면, 당업자가 정의할 바와 같이, 특정 물품의 기하학적, 구조적 및 프린터 특정 요건들에 맞춰진 맞춤 제작된 구조물을 갖는 이러한 물품들을 구조화하고 충전하는 것을 가능하게 하는 적층 제조된 물품들에 대한 개조되고 최적화된 구조물들의 생성, 규격 및 치수 지정을 위한 보편적인 방법이 제시된다.
하기에서, 본 발명은 도면들 및 특정 예들에 제한되지 않고 도면들 및 특정 예들에 의해 예시된다. 여전히, 당업자는 개개의 예들을 연구함으로써 본 발명의 추가적인 유리한 실시예들 및 구현들을 도출할 수 있을 것이다.
위에 설명된 모든 실시예들이 상호 배타적이지 않은 한 임의의 조합으로 본 발명에 따른 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 물품에 통합될 수 있다는 것이 당업자에게 완전히 명백하다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 구조물 또는 내부 구조물이 어떻게 빌딩될 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방법에 의해 획득 가능한 예시적인 구조물들을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 예시적인 지오메트리들에 대해 본 발명에 따른 스케일링 다운이 어떻게 수행될 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 4a 및 도 4d는 예시적인 물체가 본 발명에 따라 적응적으로 스케일링된 구조물로 어떻게 채워질 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 추가의 실시예에 따라 예시적인 물체가 적응적으로 스케일링된 구조물로 어떻게 채워질 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 예시적인 내부 구조물들 및/또는 구조물들을 도시한다.
도 8은 도 5a 내지 도 5e에 따른 방법에 기반한 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 교시에 따라 빌딩된 외부 스킨이 없는 물품의 이미지이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방법에 의해 획득 가능한 예시적인 구조물들을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 예시적인 지오메트리들에 대해 본 발명에 따른 스케일링 다운이 어떻게 수행될 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 4a 및 도 4d는 예시적인 물체가 본 발명에 따라 적응적으로 스케일링된 구조물로 어떻게 채워질 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 추가의 실시예에 따라 예시적인 물체가 적응적으로 스케일링된 구조물로 어떻게 채워질 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 예시적인 내부 구조물들 및/또는 구조물들을 도시한다.
도 8은 도 5a 내지 도 5e에 따른 방법에 기반한 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 교시에 따라 빌딩된 외부 스킨이 없는 물품의 이미지이다.
도 1a 내지 도 1e는, 단순화된 예에서 본 발명에 따른, 단계별 접근법을 예시하고 구조물로 이어질 수 있는 다양한 프로세스 단계들을 개략적으로 안내함으로써 적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 본 발명의 방법 단계들 중 일부를 예시하는 역할을 한다.
도 1a는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 기본 시작 빌딩 블록으로서 사용될 수 있는 장사방형(1) 형상의 셀을 도시한다. 제1 단계에서, 6개의 면들을 갖는 장사방형(1) 형상의 셀이 제공되며, 본 예에서는 셀은 총 12개의 에지들(11 ... 22)을 갖는 에지들(11 ... 22)로 연결된 6개의 장사방형 면들로 구성된다. 본 예에서 장사방형(1) 형상의 셀은 2개의 인접한 에지들(11 ... 22) 사이의 각도들 중 어느 것도 직각이 아닌 능면체(rhombohedron)를 형성한다. 본 발명의 맥락에서, 장사방형은 항상 3차원 형태와 관련된 것으로 언급될 것이다.
도 1a에 도시된 장사방형(1) 형상의 셀은 그러한 셀의 예시적인 표현이다. 이 예에서, 드 브루인의 그리드 방법은, 1차 입력으로서 4개의 벡터들을 입력하고 다수의 평면 패밀리들(이들 각각은 다수의 평행 평면들로 구성됨)을 생성함으로써 사용되었다. 본 예에서, 평면 패밀리들의 수는 벡터들의 수, 즉, 4개에 대응한다.
또한 본 예의 라인에서, 각각의 평면 패밀리는 3개의 평면들을 갖는다. 일반적인 설명에서 이미 약술된 바와 같이, 평면들의 수는 결과적인 준결정 구조물의 의도된 지오메트리에 대한 원하는 해상도에 의존하여 변경될 수 있으며, 본질적으로 물품을 설계하는 데 사용되는 컴퓨터 시스템의 프로세싱 능력에 의해서만 제한된다.
본 예에서는 각각의 평면 패밀리에 대해 3개의 평면들이 사용되었고, 평면들 사이의 간격은 균일하도록 선택되었고, 즉, 각각의 평면은 이전 평면과 관련하여 개개의 연속 평면에 등거리에 배열된다. 이들 평면들 모두는 벡터에 수직이다. 위에서 이미 설명된 바와 같이, 평면들의 배열은 랜덤하게 또는 미리 결정된 특정 거리들에 따라 변경될 수 있다.
제1 단계에서, 장사방형(1) 형상의 셀이 이등분된다. 장사방형(1) 형상의 셀의 이등분은 장사방형(1) 형상의 셀 내부에 동일한 볼륨을 갖는 2개의 사면체들(30.1, 30.2)을 배치함으로써 수행되어, 개개의 사면체들(30.1, 30.2)의 최소 볼륨만이 장사방형(1) 형상의 셀 외부에 남아 있고, 장사방형(1) 형상의 셀 볼륨 중 어느 것도 개개의 사면체(30.1, 30.2)에 의해 커버되지 않는다. 도 1a의 도면에서, 사면체들(30.1, 30.2)은 점선으로 도시된다. 사면체들(30.1, 30.2)은, 피라미드형 사면체 각각이 사면체들(30.1, 30.2)의 에지들로부터 절단되도록 장사방형(1) 형상의 셀에 배치된다. 2개의 사면체들(30.1, 30.2) 사이의 접촉면은 교차면(F)을 형성할 것이다(도 1b 참조). 본 예에서, 2개의 사면체들(30.1, 30.2) 사이의 접촉면은 개개의 에지 길이의 중간에서 측면 에지들(13, 14, 15, 17, 19, 20)을 절단한다. 사면체들(30.1, 30.2)의 각도들은 장사방형(1) 형상의 셀의 각도들과 일치하도록 선택된다.
추가로, 둘 중 제1 사면체(30.1)는 제1 그룹(A)에 할당되는 반면에, 제2 사면체(30.2)는 제2 그룹(B)에 할당된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 장사방형(1) 형상의 셀의 이등분은, 각각의 코너가 장사방형(1) 형상의 셀의 개개의 측면 에지 상에 있는, 그리고 본 예에서, 정확히 상기 에지의 중간에 있는 육각형인 교차면(F)을 발생시킨다. 장사방형(1) 형상의 셀은 동일한 볼륨의 2개의 본체들로 이등분된다. 본 발명의 목적으로, 이들 2개의 본체들은 단삼각 절단된 사면체들(2, 2')로 명명되었다. 위에서 이미 약술된 바와 같이, 본 발명의 맥락에서, 절단된 사면체는 4개의 코너들이 잘린 정사면체로서 이해될 수 있다. 반면에 단삼각 절단된 사면체는 4개의 코너들 중 3개만 잘린 사면체이다. 절단된 사면체와 비교하여, 단삼각 절단된 사면체는 8개의 면들 대신 7개의 면들을 갖는다.
따라서 이등분은, 이등분에 사용된 사면체에 대응하고 장사방형(1) 형상의 셀의 개개의 절반에 맞춰진 2개의 단삼각 절단된 사면체들(2, 2')을 발생시킨다. 이러한 단삼각 절단된 사면체들(2, 2') 각각은 그룹들(A 또는 B) 중 하나에 속한다. 도 1b의 예시에서, 좌측의 단삼각 절단된 사면체(2)는 그룹(A)에 속하는 반면, 우측의 단삼각 절단된 사면체(2')는 그룹(B)에 속한다. 이러한 분할이 순전히 임의적이라는 것이 당업자에게 완전히 명백하며, 본 발명의 교시를 예시할 목적으로, 장사방형 형상의 임의의 하나의 셀에 기반하여, 셀을 2개의 동일한 볼륨의 사면체들로 이등분함으로써 ― 이들 각각은 본질적으로 장사방형 형상의 다수의 셀들을 갖는 구조물 내부에 있음 ― , 2개의 그룹들(A, B)이 생성되며, 이들 각각은 아래에 나중에 더 자세히 설명할 바와 같은 미로를 형성한다는 것이 관련이 있다.
본 예의 경우, 단삼각 절단된 사면체(2, 2')를 그룹들(A 또는 B) 중 하나에 초기에 할당한 후, 본질적으로 하나의 구조물 내부의 장사방형 형상의 모든 셀들에 대해 동일한 논리가 추종되어야 한다. 다시 말해서, "좌측"의 절반이 그룹(A)에 속하도록 선택되면, 완전한 구조물에 걸쳐, 논리적으로 "좌측" 절반들인 모든 절반들이 그룹(A)에 속하는 단삼각 절단된 사면체(2)를 형성할 것이다.
이러한 단삼각 절단된 사면체들(2, 2')을 하나의 그룹에 할당하는 것은 이미 구조물 내부에 2개의 얽힌 연속적이고 준주기적 무한 다면체를 생성한다.
도 1c는 추가적인 방법 단계를 예시한다. 결과적인 단삼각 절단된 사면체들(2, 2') 각각에서 골격 그래프(A', B')가 삽입된다. 도 1c에 도시된 골격 그래프들(A', B')은, 그러한 골격 그래프들이 어떻게 개개의 단삼각 절단된 사면체(2, 2')에 삽입될 수 있는지에 대한 예시적인 예들이다. 개개의 구조물의 장사방형 형상의 각각의 셀에 대해 그렇게 함으로써, 골격 그래프들(A', B')은 구조물의 전체 볼륨에 걸치기 위해 확장된다. 각각의 골격 그래프(A', B')는 동일한 그룹의 이웃하는 단삼각 절단된 사면체의 골격 그래프(들)(A', B')와 연결된다. 본 예에서 그룹 소속(affiliation)을 예시하기 위해, 골격 그래프들은 그들이 속하는 그룹과 동일한 문자로 참조되고, 즉, 도 1c의 골격 그래프(A')는 그룹(A)에 속하는 모든 단삼각 절단된 사면체들(2)에 의해 생성된 볼륨으로 확장된다.
도 1d에 도시된 본 예에서, 골격 그래프(A')는 2개의 내부 노드들(N1, N2)로부터 분기된다. 내부 노드들(N1, N2)은 그룹(A)에 속하는 단삼각 절단된 사면체(2)의 볼륨 내부의 특정 영역(N) 내부에 배열될 수 있다. 이것은 단삼각 절단된 사면체(2) 내부의 골격 그래프에 대해 트리형 구조물의 "트렁크"를 발생시킬 수 있다. "트렁크"는, 제1 내부 노드(N1) 및 제2 내부 노드(N2)가 동일하고, 즉, 동일한 지점에 있고 "트렁크" 길이가 0인 특정 실시예까지 다양한 크기를 갖는다.
본 예에서, 제1 내부 노드(N1)와 제2 내부 노드(N2)는 이격되어 각각 3개의 가지(limb)들로 분기된다. 도면의 명료성을 위해, 분기는 그룹(B)에 속하는 단삼각 절단된 사면체(2')에서 참조된 예에 의해 예시된다. 여기서, 제1 및 제2 내부 노드들은 이격되어 트렁크(b1)에 의해 연결된다. 각각의 내부 노드는 3개의 가지(limb)들로 분기되며, 이 가지들은 특정 영역들에서 단삼각 절단된 사면체(2')의 표면들을 절단한다. 그룹(B)에 속하는 골격 그래프(B')의 구성을 위해, 각각의 단삼각 절단된 사면체(2')는 인접한 단삼각 절단된 사면체들에 연결되고, 특정 노드 면(G ... L)에서 개개의 이웃하는 단삼각 절단된 사면체의 연결 노드를 터치하는 연결 노드(bi ... bl)를 갖는다. 예컨대, 도 1d의 골격 그래프(B')의 제1 노드의 분기는 노드 면(G)을 통해 확장되고 연결 노드(bg)에서 해당 면을 절단한다. 이러한 연결 노드(bg)는, 이웃하는 골격 그래프의 개개의 가지가 도 1d의 단삼각 절단된 사면체(2')의 골격 그래프와 연결되는 지점이다.
결과적인 골격 그래프들(A', B')은, 어떠한 지점에서도 상호 연결되지 않고 전체 준결정에 걸쳐 있고 이를 포함한다. 도 1e는 2개의 골격 그래프들에 등거리에 있는 표면을 구성함으로써 최소 표면 충전 구조물을 생성하는 단계를 도시한다. 이것은 본 발명에 따른 구조물로부터 충전재로 채워지거나 빌딩되도록 설계된 완전한 구조물의 볼륨을 2개의 별개의 볼륨들(A, B)로 분리한다. 구조물은 물품의 다양한 지오메트리들에 맞게 동적으로 조정될 수 있으며, 본 발명의 장사방형(1) 형상의 셀이 도 1a 내지 1e에서 의도적으로 단순하도록 선택되었기 때문에, 구조물 내부에서, 장사방형 형상의 압축, 확장 또는 왜곡된 다수의 셀들이 존재할 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 2개의 골격 그래프들에 등거리에 있는 표면을 구성하는 것은 2개의 골격 그래프들에 등거리에 있는 표면의 근사치를 포함할 수 있다.
본 예에서, 구조물(10)은 2개의 개개의 골격 그래프들(A', B') 및 하나의 특정 그룹(A 또는 B)에 속하는 골격 그래프들(A', B')이 확장되는 개개의 내부 볼륨(A, B)을 갖는 것으로 도시된다.
이 특정 예에서, FEM 기반 컴퓨터 프로세스들에 의해 2개의 그래프들에 등거리에 있는 표면들의 제곱 평균 곡률을 최소화하는 것이 적용되었다. 물품에 대해 정해진 공간적, 기하학적 및 기계적 제약들 및 하중 케이스들에 의존하여, 본 방법을 사용하면, 구조물이 고유하고 물품에 맞게 특별히 조정된다. 본 발명의 이러한 가장 기본적인 원리에 의해, 하중 지탱을 위한 충전재 및 내부 구조물 또는 다른 구조적 원인들로서 위에 설명된 바와 같은 구조물로 구성되거나 위에 설명된 바와 같은 구조물을 포함하는 셀 수 없이 많은 수의 물품들이 빌딩될 수 있는 방법이 제공된다. 또한, 본 발명의 방법이 본질적으로 정해진 볼륨을 2개의 동일한 미로들로 완벽하게 분리하기 때문에, 그러한 볼륨을 2개의 구획들로 나누는 것이 바람직한 애플리케이션들은 본 발명의 교시로부터 큰 이익을 얻는다.
도 2a는 장사방형(1, 1', 1") 형상의 복수의 셀들을 가짐으로써 물품(50)이 어떻게 빌딩될 수 있는지를 예시한다. 예시의 목적들로 도 2a의 현재 예에서, 장사방형(1, 1', 1") 형상의 총 4개의 셀들이 도시되며, 여기서 장사방형(1", 1") 형상의 이들 셀들 중 2개의 셀들은 서로 동일하고 2개의 추가 셀들(1, 1')은 서로 상이하며 앞서 언급된 유형의 장사방형(1", 1") 형상의 셀과 상이하다. 도 2a에서 볼 수 있듯이, 구조물(10)에 의해 볼륨(B)으로부터 분리된 볼륨(A)을 통해 확장되는 골격 그래프(A')는 장사방형(1, 1', 1") 형상의 셀들 각각을 통해 걸쳐 있다. 구조물은 제조될 물품의 특정 요구에 기반하여 추가 셀들을 사용하여 확장될 수 있으며, 도 2b에서는, 물품이 얼마나 크게 형성되고 얼마나 많은 셀들이 추가되는지에 관계없이, 기본 빌딩 블록들이 장사방형(1) 형상의 셀과 동일한 원리를 따르고, 개개의 단삼각 절단된 사면체들(2, 2')이 여전히 기본 빌딩 블록들을 형성하고 내부 볼륨들(A, B)을 통해 확장되고 물품의 전체 볼륨에 걸쳐 있는 개개의 골격 그래프들(A', B')의 배치를 가능하게 하는 것이 예시된다.
본 발명의 하나의 유리한 개념이 도 3a 및 도 3b에 예시된다. 본 발명의 방법은 물품들의 다양한 지오메트리들을 수용하도록 쉽게 적용될 수 있고, 물품의 지오메트리에 따라 구조물을 스케일링으로써 매우 많은 수의 물품들에 대한 구조적 무결성 및 하중 케이스를 최적화하는 것으로 이어질 수 있다.
도 3a는 외부 스킨(23) ― 여기서 스킨(23)은 물품 형상을 정의함 ― 을 포함하는 물품의 전방 단부에 대한 충전재가 골격 그래프(A')에 쌍곡선 스케일링을 적용함으로써 조정되는 예를 도시한다. 물론 동일한 스케일링이 골격 그래프(B')(명료함을 위해 이러한 도면에는 도시되지 않음)에 적용된다.
물품의 전방 단부의 테이퍼링으로 시작하여, 골격 그래프(A')를 더 조밀한 골격 그래프(A")로 조밀화함으로써 내부 구조물이 스케일링된다. 이것은, 물품의 전방 단부의 테이퍼링된 지오메트리가 어느 지점에서도 스킨(23)의 표면 아래에 약점들을 갖는 내부 구조물을 갖는 것을 방지한다. 골격 그래프(A')를 스케일링 다운함으로써, 물품에 대한 내부 구조물을 제공하는 결과적인 최소 표면 구조물은 지오메트리에 맞게 조정하여, 최적의 안정성 및 충전재가 모든 지오메트리들에 제공된다. 이것은, 지오메트리가 더 작은 스케일 충전재를 요구하는 경우 더 작은 스케일 충전재를 사용하거나, 더 큰 스케일 충전재가 바람직한 경우 더 큰 규모의 충전재(도 3a에는 도시되지 않음)를 사용하여, 최적화된 내부 구조물 및 충전재를 가진 물품들의 적층 제조를 가능하게 한다. 스케일링은 또한 물품의 3차원 지오메트리에 의해 영향을 받을 수 있을 뿐만 아니라 개개의 물품에 대한 프린터 파라미터들 또는 하중 케이스들에 따라 달라질 수 있다.
본질적으로 바벨 형상의 물품의 중앙 부분에 국부적 조밀화가 적용된 대안적인 예가 도 3b에 도시된다. 골격 그래프(A')는 조밀화된 골격 그래프(A")로 쌍곡선으로 스케일링된다. 골격 그래프 위에 물품 형상을 중첩함으로써 이러한 조밀화된 구조물이 물품의 외부에 있게 될 것이다. 스케일링에 의해, 스킨(23)가 더 조밀한 내부 구조물에 의해 지지되고, 즉, 물품에 더 높은 안정성을 제공하는 더 조밀화된 영역이 생성된다.
도 4a 내지 도 4d는, 본 발명에 따른 방법으로 생성된 2개의 얽힌 골격 그래프들(A', B')의 기본 세트가 물품 형상(25)을 갖는 물품에 대한 충전재로서 채택되는 본 발명의 양상을 도시한다. 물품 형상(25)은 본질적으로 L-형상 물품이고; 상기 한 쌍의 골격 그래프들(A', B')의 이러한 사용의 제1 단계에서, 물품 형상(25)은 2개의 골격 그래프들(A', B')에 의해 형성된 격자에 중첩된다.
도 4a는 그러한 물품 형상(25)이 상면도에서 어떻게 배치되는지를 도시한다.
도 4b에서, 물품 형상(25)은 여전히 상면도에 도시되지만, 비교에 의해 골격 그래프(A')는 쌍곡선 스케일링에 의해 조밀화된 골격 그래프(A")로 조밀화된다. 표현의 용이함을 위해, 골격 그래프(B') 및 조밀화된 골격 그래프(B")로의 그 각각의 스케일링은 생략되었다. 좌측에서 우측으로, 물품 형상(25)의 돌출부가 좌측에서보다 "비교적으로 더 많은" 골격 그래프로 채워져 있음을 볼 수 있다. 이것은 더 양호한 구조적 무결성 및 잠재적으로 스킨 지지부를 제공하는 더 조밀한 영역을 발생시킨다. 그러나, 골격 그래프가, 물품 형상(25)의 내부 볼륨을 각각 골격 그래프들(A', A")에 맞는 2개의 미로들(A, B)로 분리하는 준주기적 최소 표면에 대한 템플릿 또는 청사진 역할을 한다는 것이 유의된다. 따라서, 골격 그래프들의 스케일링은 본 예시적인 물품에 대한 충전재로서 결과적인 물품에서 적층 제조된 준주기적 최소 표면의 스케일링을 발생시킨다.
도 4c는 전면에서 볼 때 조밀화된 A-그룹 골격 그래프를 갖는, 즉, 뷰어의 방향으로 돌출부가 확장되는 동일한 물품을 도시한다.
유사한 방식으로, 도 4d는 도 4b와 유사하게 조밀화된 골격 그래프(A")로의 골격 그래프(A')의 조밀화가 좌측에서 우측으로 증가하는 측면도에서 물품 형상(25)을 도시한다.
위의 모든 도면들에서, 비-스케일링된 오리지널 골격 그래프(A')는 참조 목적들로 그리고 개념을 점선 골격 그래프로 예시하기 위해 디스플레이된다.
도 5a 내지 도 5e는 충전재를 물품의 특정 지오메트리 및 위의 방법에 추가적으로 또한 사용될 수 있는 하중 지탱 요구에 맞게 조정하는 대안적인 방법을 예시한다. 이러한 예시는 방법을 안내하기 위한 것이며 실제 작업 예인 것으로 의도되지는 않는다. 이러한 이유로, 도면들에서 일부 단순화들이 이루어졌다. 그러한 하나의 단순화는 단지 하나의 골격 그래프(A')의 도시이다. 물론 실제 구현에서, 골격 그래프들의 시닝에 대한 다음의 설명은 한 쌍의 2개의 그래프들(위의 도 1에 예시된 방법으로 생성됨)에 적용될 것이다.
도 5a는 물품 형상(25)을 갖는 물품이 본질적으로 균질한 밀도의 비스케일링된 골격 그래프(A') 위에 어떻게 중첩되는지를 도시한다. 밀도는 본 예에 필요한 만큼 높게 선택되었으며, 가장 일반적으로 하중 지탱부 및 지오메트리와 관련하여 물품 형상의 예상되는 요구에 의해 드라이빙되고, 즉, 물품에서 요구되는 최고 최종 밀도만큼 높다.
도 5b(s)에서, 물품 구조물(25)은 제1 분석을 거치는데, 여기서 물품 형상(25) 및 지오메트리는 어느 영역들이 더 조밀하게 채워져야 하는지 및 어느 영역이 덜 조밀하게 채워질 수 있는지를 지시(dictate)한다. 이를 위해, 물품은, 각각의 큐브가 골격 그래프들의 최소한 몇 개의 트렁크들을 포함하고, 바람직하게는 3개 초과의 트렁크들, 훨씬 더 바람직하게는 5 내지 8개의 트렁크들, 더욱 더 바람직하게는 100개 미만의 트렁크들을 포함하는 크기의 큐브들로 분할된다. 현재, 2개의 유형들의 큐브들: 빌드 프로세스(45)를 지지하는 큐브(들) 및 물품 경계(46)에 있는 큐브(들)가 구별된다. 큐브 유형의 결정에 의존하여, 특정 큐브에서 골격 그래프들의 유닛들을 제거하는 동작이 수행될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 골격 그래프의 유닛은 하나의 특정 단삼각 절단된 사면체 내부의 분기로서 이해되어야 한다. 물론, 그들은 항상 쌍으로 제공되기 때문에, 이것은 골격 그래프들의 2개의 분기들, 즉, 원래 장사방형 형상의 동일한 셀에 속한 2개의 단삼각 절단된 사면체들 내부의 한 쌍을 제거하는 것을 의미한다.
도 5b(q)는 물품 구조물(25)에 대해 수행되는 제2 분석을 도시하고, 여기서 복셀 기반 하중 케이스 분석은 큐브들의 도움으로 다시 수행되며, 각각의 큐브는 다수의 복셀들에 걸쳐 있고, 바람직하게는 각각의 큐브는 동일한 수의 복셀들에 걸쳐 있다. 이것은, 큐브들의 스트레스/스트레인 요건들 및 특징들에 기반하여 큐브들을 분류함으로써 수행될 수 있다. 본 예에서는, 5개의 유형들: 스트레스가 0인 큐브(들)(40), 포지티브 스트레스(압축)가 거의 없는 큐브(들)(41), 네거티브의 스트레스(텐션)가 거의 없는 큐브(들)(42), 높은 포지티브 스트레스(압축)를 갖는 큐브(들)(43) 및 네거티브의 스트레스(텐션)가 높은 큐브(들)가 구별된다. 특징들에 의존하여, 특정 동작이 미리 결정될 수 있고, 예컨대, 하중 케이스 분석의 파라미터에 의존하여, 본질적으로 모든 또는 대부분의 유닛들이 제로 스트레스 큐브(들)(40) 내에서 제거될 수 있고, 유닛들의 절반이 포지티브 스트레스(압축)가 거의 없는 큐브(들)(41) 내에서 제거되고, 이러한 식이다. 물론 실제 경우에서, 많은 점점 더 증분하는 단계들 및 각각의 조정들이 이루어지며, 큐브(들)는 상당히 더 작다.
결과적으로 수정된 골격 그래프들(A"')(도면들에서 명확성을 위해 B"’가 생략됨)은 물품 형상(25) 분석을 위해 개별적으로 생성되어, 도 5c(s)에 도시된 바와 같이 형상 추종 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프(A"')(s) 및 도 5c(q)에 도시된 하중 추종 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프(A"')(q)를 발생시킨다.
완전한 물품 구조물(25)에 대해 A"'(s) 및 A"'(q)의 통합에 의해 달성된 결과적인 결합된 스케일링된 골격 그래프(A"')가 도 5d에 도시되고, 저밀도 영역들(시닝-아웃된 고해상도 골격 그래프들)(O"') 및 고밀도 영역들(고해상도 골격 그래프들)(P"')을 갖는다.
도 5e는, 개방 단부 세그먼트들(A"'(x)), 즉, 더 이상의 세그먼트들에 연결되지 않고 보이드로 끝이 나는 세그먼트들이 제거되는 최종 튜닝 단계를 도시한다. 또한, 최외측 세그먼트(들), 즉, 물품의 스킨을 횡단할 세그먼트들로부터, 스킨 외부의 부품들(A"'(o))이 제거되고 물품 내부의 세그먼트 부품(A"'(i))의 미러 이미지(A"'(m))로 교체된다. 이로써 미러 이미지는, 세그먼트에 의해 횡단되는 위치에서, 스킨에 대해 미러링되는 내부 부품의 미러 이미지이다. 이러한 튜닝 단계 후에, 앞에서 설명된 보로노이 분석이 수행되고, 골격 그래프들 사이에서 평균 곡률이 0인 표면이 계산된다. 이것은, 결과적인 최소 표면(M)(이전 예들의 구조물(10)과 유사함)이 본질적으로 수직 방향으로 물품 표면(50)을 터치하고 따라서 표면으로부터 충전재까지 이상적인 하중 도관을 제공한다는 것을 확인한다. 현재 맥락에서, 본질적으로 수직인 것은 90도 각도에서 1도 내지 5도의 편차를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 6a는, 일반적으로 복수의 빌드 지지부들을 필요로 하는 물품의 적층 제조와 함께 본 발명의 특정 예가 제조 프로세스를 위해 어떻게 실행될 수 있는지를 도시한다. 물품(50)은 본 발명의 방법에 의해 획득 가능한 최소 표면에 기반한 구조물(10)의 충전재를 포함한다. 구조물은 물품의 형상(25)에 맞게 조정되고, 인쇄 층들(54)의 추가에 의해 빌드 플랫폼으로부터 진행(62)에서 구성된다.
본 발명에 의해, 최소 수의 빌드 지지부들을 사용한 제조가 가능해진다. 이것은 도 6b에 예시적으로 예시된다.
현재 사용되는 적층 제조를 위한 방법들은 초기에 빌드 플랫폼(51)에 배치된 연속적인 층들로부터 물품을 빌딩하는 것을 포함한다. 최신 기술의 적층 재료로서 금속을 사용하는 방법들은 층에서 층까지의 최대 각도 45°에 대처해야 하며, 그 이후에는 열을 방산시키고 생산 시에 물품의 변형을 방지하기 위해 빌딩 프로세스 동안 층을 제자리에 유지하기 위한 빌드 지지부가 요구된다. 본 예의 목적을 위해, 빌드 지지부(53)에 대해 45° 미만인, 하나의 부품에 대해 경사를 갖는 물품 형상(25)을 갖는 물품을 적층 제조하기 위해 선택적 레이저 용융 급속 프로토타이핑 방법이 수행된다. 선택적 레이저 용융의 제조 방법은 레이저, 일반적으로 이테르븀 파이버(ytterbium fiber laser) 레이저를 사용하여 원하는 형상이 선택적으로 용융되는 파우더 베드에서, 연속적인 파우더의 층들이 레이저 동작으로 동시에 형상에 도포되는 하나의 평면에서 한 번에 수행된다.
도 6b의 현재 예에서, 예시 목적들로, 특정 물품 형상(25)을 갖는 물품(50)의 적층 제조를 실행하기에 충분한 단지 하나의 빌드 지지부(53)가 요구되는 것과 비교하기 위해, 최신 기술에 따른 요구되는 지지 구조물들(52)이 도시된다. 이 예를 위해, 물품 형상(25)은 물품의 외부 스킨에 대응한다. 빌드 지지부(53)로부터 시작하여, 다수의 인쇄 층들(54)이 진행 방향(62)으로 추가된다. 인쇄는 물품(50)의 접촉 영역(55)의 제1 층으로 시작하며, 접촉 영역(55)은 빌드 지지부(53)와 접촉하는 휴지 영역이다. 층들(54)의 증착은 빌드 진행 방향(62)으로 실행된다. 빌딩이 구조물(10)과 함께 진행됨에 따라, 물품의 무게 중심(58, 59, 57)은 접촉 영역(55)의 중간으로부터 좌측으로, 즉, 좌측의 돌출 부분의 방향으로 시프팅한다. 층들이 추가됨에 따라, 무게 중심(58, 59, 57, 60)의 시프트를 도시하기 위해 무게 중심 트랙(57)이 도 6b에 도시된다. 예컨대, 무게 중심(58)은, 좌측의 돌출 부분의 2개의 층들이 형성된 후에, 접촉 영역(55)의 중심으로부터 오프셋된다. 무게 중심(58, 59, 57, 60)은 좌측으로 더 이동하여, 특정 시점에서 명확하게 오프셋된 무게 중심(59) 그리고 시점(X)에서 접촉 지역의 수직 구분 기호(56)에 도달하는 무게 중심(60)까지 이동한다. 이러한 구분 기호(56)를 넘어 진행하는 것은 무게 중심을 접촉 영역(55) 너머로 시프팅하고, 그 이후에는 이러한 정해진 각도에서 어떠한 지지부들도 사용되지 않을 때, 물품(50)이 기울어지고 형태가 손상될 위험이 있다. 지지 구조물들을 필요로 하지 않고 최신 기술의 인쇄의 최대 각도는 지지되지 않는 빌드(61)에 대한 최신 기술의 최대 각도로 디스플레이된다. 이것은 본질적으로 45° 각도이다.
시점 X에서, 물품 상부 경계(60.1)가 인쇄되고, 무게 중심이 수직 구획 기호(56)를 통과하려고 한다.
도시된 바와 같이 물품을 인쇄하기 위해, 복수의 빌드 지지부들(52)을 갖는 것 대신에, 물품의 무게 중심이 접촉 영역 수직 구분 기호 너머로 이동하거나 바로 접촉 영역 수직 구분 기호에 있는 시점 X에서 대략 상부 경계에 있는 단지 하나의 제작 지지부(53)가 물품을 지지하고 좌측의 돌출 부분의 연속을 위해 충분한 안정성을 제공하기에 충분하다. 지지되지 않는 빌드(61)에 대한 최신 기술의 최대 각도가 참조로 도시된다. 본 발명의 교시를 사용하여, 충분한 지지부를 제공하는 충전 구조물(10)에 의해 이전에 요구된 것보다 더 적은 지지부로 더 가파른 각도들로 인쇄가 가능해진다.
더 가파른 각도들을 물품을 빌딩하는 것을 가능하게 하는 것 외에, 본 발명 및 본원에 개시된 방법은 또한 빌드 구조물들 내부에 최적의 열 방산을 제공함으로써 선택적 레이저 용융에서 장점들을 제공한다. 본 발명의 최소 표면들이 항상 최적의 경로로 열을 방산시키기 때문에, 물품은 더 효율적으로 빌드 플랫폼으로 방산되고, 이것은 증가된 인쇄 속도 및/또는 용융된 표면들의 증가된 안정성 및/또는 평활함을 가능하게 할 수 있다.
본 예에서, 400W의 이테르븀 파이버 레이저가 장착된 EOS GmbH 유형 M290 프린터가 사용되었다. 합금으로서, EOS로부터 입수 가능한 NEOS maraging steel MS1/1, 2709가 20 내지 65㎛의 입도(grain size)로 사용되었다. 결과적인 물품들은 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같은 형상을 취할 수 있다. 도 7a에서, 외부 스킨(물품 형상(25)에 대응함)은 물품(50)의 내부 구조물 및 충전재를 도시하기 위해 생략되었다. 물품의 내부 볼륨은 2개의 미로들(A, B)로 세분화된다. 구조물(10)은 최소 표면 구조물이고 업스케일링된 영역(O) 및 다운스케일링된 영역(P)을 포함하며, 여기서 위에서 설명된 쌍곡선 스케일링은 정해진 영역들에서 특정 구조적 특징들을 달성하기 위해 수행되었다.
도 7a와 대조적으로, 도 7b의 물품(50)은 어떠한 외부 스킨도 갖지 않고, 물품 표면은 구조물(10) 자체에 대응한다. 본질적으로 바-벨 형상의 물품(bar-bell-shaped article)(50)은 또한 자신의 볼륨을 2개의 미로들(A, B)로 분리한다. 또한, 구조물(10)이 덜 조밀한 업스케일링된 영역(O) 및 더 안정적인 표면을 발생시키도록 구조물(10)이 조밀화되는 다운스케일링된 영역(P)이 예시된다.
도 8은 도 5a 내지 도 5e에 설명된 방법에 의해 획득 가능한 물품을 도시하고, 여기서 국부적으로 더 조밀한 영역 및 덜 조밀한 영역을 생성하기 위한 그래프들의 트렁크들 및/또는 개별 세그먼트들을 제거함으로써, 물품 형상 및/또는 빌드 파라미터들 및/또는 스트레스/스트레인 분석에 기반하여, 골격 그래프 세그먼트들의 시닝이 수행되고 도 8에 도시된다. 물품 형상(25)은 외부 스킨 없이 도시되고, 외부 스킨은 내부 뷰를 더 양호하게 제공하기 위해 제거된다. 물품 형상(25)이 존재할 경우, 물품 형상(25)은 본질적으로 정육면체일 것이다.
물품은, 형상 및/또는 하중 케이스 분석에 의존하여, 저밀도 충전재로 인쇄 가능한 것으로 밝혀졌거나 고밀도 충전재가 필요한 것으로 밝혀진 몇몇의 영역들을 갖는다. 물품 내부에서, 비주기적 최소 표면은, 충전재를 형성하는 구조물(10)에 의해 분리된 2개의 미로들(A 및 B)로 볼륨을 세분화한다. 구조물(10)은 최소 표면(M)이다. 고해상도 골격 그래프들로부터 시닝 아웃된 저밀도 영역(O"')이 물품의 상부 우측에서 볼 수 있다. 그리고 고해상도 골격 그래프들의 오리지널 밀도가 유지되는 고밀도 영역(P"')이 물품의 좌측 상부 코너 부근 O"'의 좌측에서 볼 수 있다.
도 9는 본 발명의 방법에 따라 인쇄된 물품(50)을 도시하는 사진이다.
본 발명의 방법에 의해 획득된 물품들은 매우 많은 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 가장 기본적인 애플리케이션들 중 하나는, 안정성과 중량이 중요한 요소들인 경량 빌딩을 위한 빌딩 블록으로서 도 9에 도시된 바와 같은 물품을 사용하는 것이다. 본 발명의 방법은 금속 구조물들의 인쇄가 가능하다는 것을 보여주고, 볼륨을 2개의 별개의 별도의 미로들로 분리하면서, 가볍고 최적의 열 방산을 갖는, 엄청난 안정성을 갖는 물품들을 제공한다.
본 발명의 추가의 예에서, 본 발명의 방법 및 교시는, 본 발명을 수행하도록 구성된 실행 파일을 통합하는 컴퓨터 소프트웨어를 사용함으로써 적층 제조를 위해 의도된 물품을 위한 전처리로서 사용된다. 일반적인 적층 제조 설계 및 전처리 작업 흐름들은 3차원 모델을 생성하는 제1 단계를 포함한다. 가장 일반적으로, 이것은 개개의 모델을 CAD 설계, 조정 또는 이에 문의함으로써 수행된다.
제2 단계에서, 힘들이 시뮬레이팅된다. 이것은 유한 요소 시뮬레이션(FEM)에 의해 이루어질 수 있으며, 설계를 조정하거나 힘 시뮬레이션에 필요한 토폴로지를 변경하기 위한 치수화 및 최적화 단계를 더 포함할 수 있다. 인쇄를 위한 준비는, 시뮬레이션에서 다각형 카운트를 증가시키는 간단한 충전재의 적용 및 경량화를 포함한다. 그런 다음, 인쇄 레시피가 실제로 인쇄될 수 있는지를 확인하기 위한 인쇄 시뮬레이션이 수행된다. 필요에 따라 외부 및 내부 지지물들이 또한 이러한 방법 단계에 통합된다. 인쇄를 실행하기 위해, 대부분 하드웨어 구동되는, 빌드 프로세스 파라미터들 및 프린터 설정들에 의존하는 슬라이싱이 수행된다. 그런 다음, 빌드 단계는, 물품의 적층 제조를 슬라이싱하는 이전 단계에 의존하여 층별(layer by layer)이 슬라이스별(slice-by-slice)에 대략적으로 대응하는 것이다.
본 발명은, 경량화를 수행하고 위의 전처리의 프로세스 단계들에서 약술된 바와 같이 충전재를 제공하기 위한 대안적인 또는 부가적인 툴(tool)을 포함한다.
대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명의 방법은 또한 원자재(raw)로부터 구조물을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이것은, 본 발명의 방법이 위에 자세히 설명된 바와 같이 생성된 충전재가 그 자체로 구조물인 구조물을 생성하는 데 사용될 수 있음을 의미한다.
따라서, 본 발명의 추가의 양상은, 앞서 설명된 특징들을 갖는 위에서 설명된 방법에 의해 획득 가능한 물품에 관한 것이다. 또 다른 양상은 또한, 본 발명의 교시에 기반하여 물품에 전처리를 적용하는 데 필요한 동작 명령들 및/또는 골격 그래프들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본원의 예들이 선택적 레이저 용융과 함께 설명되었지만, 당업자는, 본 발명의 방법이 개개의 프린터에 요구되는 바와 같이 그리고 해당 물품의 목적에 따라, 용기 중합(vat polymerization), 재료 분사(material jetting), 바인더 분사(binder jetting), 재료 압출(material extrusion), 직접 에너지 증착(directed energy deposition) 또는 시트 적층(sheet lamination)과 같은 임의의 다른 유형의 적층 제조 기법들에도 동일하게 적용할 수 있다는 것을 용이하게 인식할 수 있다.
본 발명의 교시는, 구조적 재료들을 위한 것뿐만 아니라 지오메트리들을 효율적으로 인쇄하고 그리고 버(burr)들 및/또는 지지 구조물의 제거와 같은 후처리를 훨씬 덜 요구하기 위한 새로운 분야의 애플리케이션들을 여는 우수한 특징들 및 속성들을 갖는 방법 및 물품을 제공한다. 본 발명의 방법으로부터 생성된 물품들은 또한, 표면들이 물품의 볼륨을 2개의 완전한 미로들로 분리하기 때문에, 재료가 더 쉽게 소개(evacuate)될 수 있다. 본질적으로, 물품의 정확한 지점에 배치된 2개의 작은 구멍들은 재료를 빼내거나 불어냄으로써 제거하기에 충분할 수 있다.
1
장사방형 형상의 셀
1' 장사방형 형상의 제2 셀
1" 장사방형 형상의 제3 셀
2 단삼각 절단된 사면체 A-그룹
2' 단삼각 절단된 사면체 B-그룹
10 구조물
11 제1 에지
12 제2 에지
13 제3 에지
14 제4 에지
15 제5 에지
16 제6 에지
17 제7 에지
18 제8 에지
19 제9 에지
20 제10 에지
21 제11 에지
22 제12 에지
23 스킨
24 쌍곡선 스케일링
25 물품 형상
30.1 사면체 A-그룹
30.2 사면체 B-그룹
40 제로 스트레스 복셀
41 포지티브 스트레스(압축)가 거의 없는 복셀
42 네거티브 스트레스(텐션)가 거의 없는 복셀
43 포지티브 스트레스(압축)가 높은 복셀
44 네거티브 스트레스(텐션)가 높은 복셀
45 복셀 지지 빌드 프로세스
46 물품 경계에서의 복셀
50 물품
51 빌드 플랫폼
52 최신 기술의 빌드 지지부들
53 빌드 지지부
54 인쇄 층
55 접촉 영역
56 접촉 영역 수직 구획 기호
57 무게 중심("COG") 트랙
58 시점 #1에서의 물품 COG
58.1 시점 #1에서의 물품 상위 경계
59 시점 #4에서의 물품 COG
59.1 시점 #4에서의 물품 상위 경계
60 시점 X에서의 품목 COG
60.1 시점 X에서의 물품 상위 경계(COG가 접촉 영역 외부로 이동)
61 지지되지 않는 빌드에 대한 최대 최신 각도
62 진행
A 제1 그룹 미로
A' A-그룹 골격 그래프
A" 조밀화된 A-그룹 골격 그래프
A"'(s) 형상 추종 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프
A"'(q) 하중 추종 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프
A"' 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프: A"'(s)와 A"'(q)의 통합
A""(i) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 최외측 세그먼트의 내부 부분
A"'(o) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 최외측 세그먼트의 외부 세그먼트
A"'(m) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 최외측 세그먼트의 내부 부분의 미러링된 사본
A"'(x) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 개방 단부 세그먼트
B 제2 그룹 미로
B' B-그룹 골격 그래프
B" 조밀화된 B-그룹 골격 그래프
F 교차면
G 제1 노드 면
H 제2 노드 면
I 제3 노드 면
J 제4 노드 면
K 제5 노드 면
L 제6 노드 면
M 최소 표면
N 내부 노들의 가변 영역
N1 제1 내부 노드(골격 A-그룹)
N2 제2 내부 노드(골격 A 그룹)
O 저밀도 영역(업스케일링된 골격 그래프들)
O"' 저밀도 영역(시닝 아웃된 고해상도 골격 그래프들)
P 고밀도 영역(다운스케일링된 골격 그래프들)
P"' 고밀도 영역(고해상도 골격 그래프들)
S 물품 형상 분석
Q 하중 케이스 분석(FEM 시뮬레이션)
b1 "트렁크"
bg 연결 노드 제1 노드 면
bh 연결 노드 제2 노드 면
bi 연결 노드 제3 노드 면
bj 연결 노드 제4 노드 면
bk 연결 노드 제5 노드 면
bl 연결 노드 제6 노드 면
1' 장사방형 형상의 제2 셀
1" 장사방형 형상의 제3 셀
2 단삼각 절단된 사면체 A-그룹
2' 단삼각 절단된 사면체 B-그룹
10 구조물
11 제1 에지
12 제2 에지
13 제3 에지
14 제4 에지
15 제5 에지
16 제6 에지
17 제7 에지
18 제8 에지
19 제9 에지
20 제10 에지
21 제11 에지
22 제12 에지
23 스킨
24 쌍곡선 스케일링
25 물품 형상
30.1 사면체 A-그룹
30.2 사면체 B-그룹
40 제로 스트레스 복셀
41 포지티브 스트레스(압축)가 거의 없는 복셀
42 네거티브 스트레스(텐션)가 거의 없는 복셀
43 포지티브 스트레스(압축)가 높은 복셀
44 네거티브 스트레스(텐션)가 높은 복셀
45 복셀 지지 빌드 프로세스
46 물품 경계에서의 복셀
50 물품
51 빌드 플랫폼
52 최신 기술의 빌드 지지부들
53 빌드 지지부
54 인쇄 층
55 접촉 영역
56 접촉 영역 수직 구획 기호
57 무게 중심("COG") 트랙
58 시점 #1에서의 물품 COG
58.1 시점 #1에서의 물품 상위 경계
59 시점 #4에서의 물품 COG
59.1 시점 #4에서의 물품 상위 경계
60 시점 X에서의 품목 COG
60.1 시점 X에서의 물품 상위 경계(COG가 접촉 영역 외부로 이동)
61 지지되지 않는 빌드에 대한 최대 최신 각도
62 진행
A 제1 그룹 미로
A' A-그룹 골격 그래프
A" 조밀화된 A-그룹 골격 그래프
A"'(s) 형상 추종 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프
A"'(q) 하중 추종 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프
A"' 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프: A"'(s)와 A"'(q)의 통합
A""(i) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 최외측 세그먼트의 내부 부분
A"'(o) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 최외측 세그먼트의 외부 세그먼트
A"'(m) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 최외측 세그먼트의 내부 부분의 미러링된 사본
A"'(x) 부분적으로 시닝 아웃된 A-그룹 골격 그래프의 개방 단부 세그먼트
B 제2 그룹 미로
B' B-그룹 골격 그래프
B" 조밀화된 B-그룹 골격 그래프
F 교차면
G 제1 노드 면
H 제2 노드 면
I 제3 노드 면
J 제4 노드 면
K 제5 노드 면
L 제6 노드 면
M 최소 표면
N 내부 노들의 가변 영역
N1 제1 내부 노드(골격 A-그룹)
N2 제2 내부 노드(골격 A 그룹)
O 저밀도 영역(업스케일링된 골격 그래프들)
O"' 저밀도 영역(시닝 아웃된 고해상도 골격 그래프들)
P 고밀도 영역(다운스케일링된 골격 그래프들)
P"' 고밀도 영역(고해상도 골격 그래프들)
S 물품 형상 분석
Q 하중 케이스 분석(FEM 시뮬레이션)
b1 "트렁크"
bg 연결 노드 제1 노드 면
bh 연결 노드 제2 노드 면
bi 연결 노드 제3 노드 면
bj 연결 노드 제4 노드 면
bk 연결 노드 제5 노드 면
bl 연결 노드 제6 노드 면
Claims (25)
- 적층 제조된 물품(additively manufactured article)의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법으로서,
상기 물품은 각각 구조물을 갖는 하나 이상의 일체형 물품 부품(integral article part)들, 특히 내부 구조물을 갖는 상기 하나 이상의 일체형 물품 부품들 각각 또는 일부를 포함하고,
상기 방법은:
준결정질 구조물(quasi-crystalline structure)로 상기 하나 이상의 일체형 물품 부품들 각각을 충전(infilling) 및/또는 빌딩하는 단계를 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 준결정질 구조물은 장사방형(rhomboid) 형상의 둘 이상의 유형들의 셀들로부터 제조된 3차원 준결정인,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 일체형 물품 부품들 각각을 충전 및/또는 빌딩하는 단계는 준주기적(quasiperiodic) 또는 비주기적 최소 표면 충전재(aperiodic minimal surface infill) 및/또는 준주기적 최소(quasiperiodic minimal) 또는 비주기적 표면 설계 구조물(aperiodic surface design structure)로 충전 및/또는 빌딩하는 단계이고,
특히, 상기 방법은, 준주기적 또는 비주기적 최소 표면 충전재 및/또는 준주기적 또는 비주기적 최소 표면 설계 구조물을 생성하기 위한 프레임워크로서 상기 준결정질 구조물을 사용하는 추가 단계를 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 특히,
a. 적어도 4개의 1차 벡터(primary vector)들을 입력하는 단계;
b. a 단계에서 입력된 1차 벡터들의 수와 동일한 수의 평행 평면들의 그룹들을 생성하는 단계 ― 평행 평면들의 각각의 그룹은 적어도 3개의 평행 평면들을 포함함 ― 를 수행함으로써
준결정의 지오메트리(geometry)를 생성하는 단계를 더 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제4 항에 있어서,
상기 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들, 특히 상기 하나의 특정 그룹의 모든 평면들은 균일하게 이격되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제4 항에 있어서,
상기 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들, 특히 상기 하나의 특정 그룹의 모든 평면들은 랜덤하게 이격되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제4 항에 있어서,
상기 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들, 특히 상기 하나의 특정 그룹의 모든 평면들은 미리 결정된 패턴에 따라 이격되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제4 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평행 평면들의 하나의 특정 그룹 내의 평면들 중 적어도 일부는 균일하게 이격되고 그리고/또는 상기 평면들 중 일부는 랜덤하게 이격되고 그리고/또는 상기 평면들 중 일부는 미리 결정된 패턴에 따라 이격되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
이등분(bisection)으로부터 발생된 면들이 육각형 형태를 갖도록 장사방형 형상의 상기 셀(들)을 이등분하고, 이로써 각각의 셀에서 2개의 동일한 단삼각 절단된 사면체들(monotriatruncated tetrahedra)을 생성하는 단계를 더 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제9 항에 있어서,
2개의 미로(labyrinth)들(A, B)이 형성되도록 각각의 단삼각 절단된 사면체를 2개의 그룹들(A 또는 B) 중 하나에 할당하는 단계를 더 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
골격 그래프(skeleton graph)(들)를 장사방형 형상의 상기 유형들의 셀들 각각에 삽입하는 단계, 특히 2개의 인터리빙된 골격 그래프들(A', B')이 어떠한 지점에서도 상호 연결되지 않고서 전체 준결정에 걸쳐 생성되도록 하나의 골격 그래프(A', B')를 각각의 단삼각 절단된 사면체에 삽입하는 단계를 더 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제11 항에 있어서,
상기 골격 그래프들(A', B') 각각은 상기 2개의 미로들(A, B) 중 하나를 통해 확장되고, 특히 각각의 골격 그래프(A', B')는 단삼각 절단된 사면체들의 하나의 그룹을 통해 확장되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제4 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
원하는 내부 구조물에 대한 해상도의 척도로서 평면들의 각각의 그룹에서 평면들의 수를 선택하는 단계를 더 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 선택하는 단계는 내부 구조물을 갖는 상기 하나 이상의 일체형 물품 부품들 중 임의의 부품에 대해 개별적으로 수행되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
조밀화된 골격 그래프들(A", B")을 생성하기 위해, 특히 국부적으로 조밀화된 골격 그래프들(A", B")을 생성하기 위해 각각 내부 구조물을 갖는 상기 하나 이상의 일체형 물품 부품들 외부의 골격 그래프들(A', B')을 스케일링 다운하는 단계를 더 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 준결정질 구조물은 준주기적 최소 표면을 규정하는 데 사용되고, 특히 골격 그래프들(A', B'; A", B")은 상기 최소 표면을 지정하는 데 사용되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 준결정질 구조물은 비주기적 최소 표면을 규정하는 데 사용되고, 특히 골격 그래프들(A"', B"')은, 하중 케이스 분석 및/또는 물품 형상 분석에 따라 세그먼트들이 제거된 후, 조정된 최소 표면을 지정하는 데 사용되는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법 ― 상기 물품은 각각 구조물을 갖는 하나 이상의 일체형 물품 부품들, 특히 내부 구조물을 갖는 상기 하나 이상의 일체형 물품 부품들 각각 또는 일부를 포함함 ― , 특히 제1 항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법으로서,
a. 2개의 인터리빙된 골격 그래프들(A', B')이 어떠한 지점에서도 상호 연결되지 않고서 전체 준결정에 걸쳐 생성되도록 2개의 골격 그래프들(A', B'), 특히 단삼각 절단된 사면체들의 하나의 그룹을 통해 각각 확장되는 2개의 골격 그래프들(A', B')을 제공하는 단계;
b. 국부적인 스트레스/스트레인 분석(local stress/strain analysis)에 의존하여 상기 골격 그래프들(A', B')로부터 유닛들 및/또는 세그먼트들을 제거하는 단계를 포함하는,
적층 제조된 물품의 경량화 및/또는 설계를 위한 방법. - 각각 구조물, 특히 내부 구조물을 갖는 하나 이상의 물품 부품들을 포함하는 적층 제조된 물품의 전처리를 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 상에서 실행될 때, 제1 항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성되는,
컴퓨터 프로그램 제품. - 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행함으로써 획득 가능한 적층 제조된 물품으로서,
상기 물품은 준결정질 구조물 및/또는 준주기적 최소 표면 충전재 및/또는 준주기적 최소 표면 설계 구조물 및/또는 비주기적 최소 표면 충전재 및/또는 비주기적 최소 표면 설계 구조물을 포함하는,
적층 제조된 물품. - 제20 항에 있어서,
상기 물품은 외부 스킨 및 충전재를 포함하고, 본질적으로 평균 곡률이 0인 표면, 바람직하게는 최소 표면, 충전재는 본질적으로 수직인 각도로 상기 외부 스킨을 터치하는,
적층 제조된 물품. - 제20 항 또는 제21 항에 있어서,
상기 물품은 저밀도 영역(들)(O, O"') 및/또는 고밀도 영역(들)(P"')을 포함하는,
적층 제조된 물품. - 한 쌍의 골격 그래프들(A', B'), 특히 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 획득 가능한 한 쌍의 골격 그래프들(A', B')의 용도로서,
적층 제조 작업의 전처리 단계를 위해, 한 쌍의 골격 그래프들(A', B')이 물품의 모델과 중첩되고, 상기 골격 그래프들(A', B')은, 2개의 쌍들의 골격 그래프들(A', B') 사이에서 등거리이고 최소인 표면들에 기반하여 상기 물품의 최소 표면 충전재에 대한 템플릿을 생성하기 위해 쌍곡선으로 스케일링되는,
한 쌍의 골격 그래프들(A', B')의 용도. - 한 쌍의 골격 그래프들(A', B'), 특히 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 획득 가능한 한 쌍의 골격 그래프들(A', B')의 용도로서,
적층 제조 작업의 전처리 단계를 위해, 한 쌍의 골격 그래프들(A', B')이 물품의 모델과 중첩되고, 상기 골격 그래프들(A', B')의 세그먼트들은 물품 형상 분석 및/또는 하중 케이스 분석에 의존하여 제거되어, 조정된 골격 그래프들(A"', B"')을 발생시키는,
한 쌍의 골격 그래프들(A', B')의 용도. - 제23 항에 있어서,
상기 한 쌍의 골격 그래프들(A', B')에는, 상기 물품의 임의의 영역 및/또는 지오메트리에 의해 요구되는 최고 밀도에 대응하는 고밀도(P"')가 제공되는,
한 쌍의 골격 그래프들(A', B')의 용도.
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