KR20220099206A - 3d 프린터의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 프린터의 동작 방법에 관한 것으로서, 본 개시의 목적은, 위 설명한 3D 프린팅 기반 혈관 프린팅 기술 및 실리콘 디핑(Dipping) 및 캐스팅(Casting) 공정의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제작 공정 개선을 통한 전산 모델링 형상과의 오차를 최소화하며, 분사 및 건조 공정을 활용한 심혈관 모형 제작의 자동화 기술을 구현하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 목적은 다양한 점도를 가지는 실리콘을 재료로 하여 대동맥, 뇌혈관 등 다종의 심혈관 모사 가능한 실리콘 혈관을 제작하고, 다양한 혈관 탄성도를 모사할 수 있는 혈관 제작 기술을 확보할 수 있는 효과를 가지는 3D 프린터의 동작 방법을 제공하기 위한 것이다.

Description

3D 프린터의 동작 방법{Operating method for 3D printer}
본 개시의 실시 예들은 3D 프린터의 동작 방법에 관한 것이다.
오늘날 3D 프린팅 기술의 발전으로 기존의 의료 영상으로 이해하기 어려운 인체 장기들을 3D 프린터로 직접 출력이 가능하게 되었다. 의료 분야에 있어서 3D 프린팅 기술은 환자들의 신체조건에 최적화된 환자 맞춤형 모델을 시술과 수술 전 치료 가이드 또는 가상 시뮬레이터로 사용하고 있으며, 임상 활용 사례들이 소개되면서 점차 3D 프린팅 기술의 수요가 증가하고 있다. 따라서 환자 맞춤형 피부, 혈관, 근육 조직 등 치료 가이드 및 교육용으로 3D 프린팅 기술의 수요가 증가하는 추세이다.
한편, 심장 판막 수술은 정상적인 심장 판막의 기능을 다시 살려주는 재건 기술(conctructive surgery)을 기본으로 한다. 그 중 판막 교체술(valve replacement)의 경우, 인공 판막의 삽입 후에 금속 판막 조직을 체내에 삽입함으로써 혈전 예방을 위한 항응고제 복용이 평생 요구되었지만, 판막 성형술(valve repair)은 자기 조직을 이용하여 판막을 재건하기 때문에 항응고제의 복용이 필요하지 않아 환자들에게 선호된다.
판막 성형술은 다양한 모양으로 변형된 환자의 판막을 환자의 신체조건에 맞춰 성형하여 판막이 정상 기능을 하도록 만들어야 하기 때문에 경험이 많지 않은 심장외과 의사의 경우 판막 성형술을 실패하는 경우가 있어 환자들의 불안함을 야기할 수 있는 문제점이 있다.
이렇듯, 현재 3D 프린팅을 활용하여 혈관 및 심장 판막 등의 신체기관을 모사하고 이를 기반으로 하는 가상 시술 또는 수술에 대한 요구가 증가하여, 연성 재질이 출력 가능한 3D 프린터가 상용화 되었지만, 사용 가능한 재질이 제한적이며, 재료가 대부분 탄성이 없는 딱딱한 플라스틱 출력물이므로 인체를 정확히 모사하여 시술 연습을 하기에는 한계가 있어왔다. 인체의 대부분인 근육, 혈관, 조직 등은 탄성력이 있는 연성 재질임에도 불구하고 현재 3D 프린팅 기술의 제한으로 플라스틱 재질로 출력되어 인체를 모사하기에 탄성도 및 인장 특성이 적합하지 않아 실제 신체와 가깝게 구현하지 못하는 현실적인 문제점이 있다.
현재, 해외 업체에서 실리콘 재료의 인체 모델을 제작 판매하고 있지만 대부분의 실리콘 제품이 3D 몰드를 기반으로 하는 실리콘 딥핑(Dipping) 및 캐스팅(Casting)으로 제작되어 작업자의 수공업을 기반으로 하여 작업자의 숙련도에 따라 제품의 품질이 달라지며, 대량 생산이 불가하다는 문제가 발생한다.
따라서 기존 수술 현장에서 시행되는 직감적인 시도 외에 3D 프린팅에 기반한 시뮬레이터로 심장 판막을 제조해 미리 수술해 볼 수 있다면 직감에 의존하던 방식을 바꿀 수 있으며, 환자들의 불안함도 해소할 수 있다.
또한, 현재 개발된 다양한 탄성의 실리콘이 출력 가능한 3D 프린팅 시스템은 직접 실리콘 사출을 활용한 제품 생산의 공정문제로 제작가능한 제품의 형상 및 크기가 제한되었고 또한 대량생산의 어려움이 있어 시장 경쟁력이 떨어진다. 이를 바탕으로 향후 실용화 및 시장성을 위해 제품의 대량 생산 및 자동화 공정이 필요하며, 이에 본 발명자들은 실리콘 스프레이 자동화 공정 기술로 이러한 문제점을 해결할 수 있을 것이라 생각하여 본 발명을 완성하였다.
본 개시의 목적은, 위 설명한 3D 프린팅 기반 혈관 프린팅 기술 및 실리콘 디핑(Dipping) 및 캐스팅(Casting) 공정의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제작 공정 개선을 통해 제조된 실리콘 어셈블리와 전산 모델링 형상과의 오차를 최소화하며, 분사 및 건조 공정을 활용하여 심혈관 모형 제작의 자동화 기술을 구현하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 목적은 다양한 점도를 가지는 실리콘을 재료로 하여 대동맥, 뇌혈관 등 다종의 심혈관 모사 가능한 실리콘 어셈블리를 제작하고, 다양한 혈관 탄성도를 모사할 수 있는 혈관 제작 기술을 확보할 수 있는 효과를 가지는 3D 프린터의 동작 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 목적은, 투명한 실리콘을 기반으로 시술 또는 수술의 시뮬레이터를 제작함으로써, 사람의 대동맥, 뇌혈관 등 심혈관 시스템과 유사한 관 형상의 실리콘 어셈블리를 제작할 수 있는 3D 프린터의 동작 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 목적은, 3D 프린팅 기술을 기반으로 대동맥 심장판막 형상을 환자 맞춤으로 모사하는 실리콘 어셈블리를 개발하고 이를 의료진이 대동맥 심장판막 협착 및 역류를 가지는 환자를 수술하기 전 연습용 시뮬레이터로 개발하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 목적은, 대동맥 심장판막 형상을 환자맞춤으로 모사하는 실리콘 제품을 개발하고 사용자인 의료진의 요구에 맞추어 다양한 탄성도를 모사 가능한 3D 프린팅 심장 판막 제품을 개발하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 목적은 3차원 3D CT 영상 기반의 대동맥 및 심장 판막 형상을 모사하는 3D 프린팅 제품을 개발하고, 실리콘의 분사량을 조절하여 1mm급 두께의 심장 판막 구조물 제작이 가능한 실리콘 분사 건조법을 개발하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 목적은, 3D 프린팅의 자동화 생산을 위한 최적 실리콘 분사 유량 및 건조 제어 알고리즘을 개발하기 위한 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 대상체인 관의 내부 공간을 형상화하는 몰드, 상기 몰드를 배치하는 작업대, 적어도 하나의 실리콘 흡입관, 실리콘 분사 노즐, 및 열풍기를 포함하는 3D 프린터의 동작 방법에 있어서, 상기 몰드의 가로, 세로 및 높이에 해당하는 몰드의 크기를 측정하는 단계; 상기 몰드의 크기에 기초하여 분사(spray) 영역을 결정하는 단계; 상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계; 및 건조 시간에 대한 정보에 기초하여 열풍기를 동작시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법은, 상기 대상체에 대한 3차원 모델링 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 3차원 모델링 데이터에 기초하여 3차원 구조물인 상기 몰드를 출력하는 단계;를 더 포함하고, 상기 3차원 모델링 데이터는 상기 대상체에 대한 3차원 CT 영상에 기초하는 것을 포함하는, 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법에서, 상기 몰드의 크기에 기초하여 분사(spray) 영역을 결정하는 단계는, 상기 실리콘 분사 노즐의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법에서, 상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계;는, 공압에 대한 정보, 실리콘 유량에 대한 정보, 건조 시간에 대한 정보, 실리콘 분사 시간에 대한 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계를 포함하는, 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법에서, 상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계는, 상기 대상체의 특성에 대한 정보에 기초하여 제 1 실리콘 흡입관으로 흡입된 제 1 실리콘을 분사하거나, 제 2 실리콘 흡입관으로 흡입된 제 2 실리콘을 분사하거나, 제 1 실리콘 흡입관 및 제 2 실리콘 흡입관으로 흡입된 제 1 실리콘 및 제 2 실리콘을 동시에 분사하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 실리콘은 제 1 탄성도를 가지며, 상기 제 2 실리콘은 제 2 탄성도를 가지며, 상기 제 1 탄성도 및 상기 제 2 탄성도의 탄성 범위는 서로 상이하고, 상기 제 1 실리콘 흡입관 및 상기 제 2 실리콘 흡입관은 상기 적어도 하나의 실리콘 흡입관에 포함된 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법은, 상기 작업대는 x,y,z 방향 중 y축 또는 z축으로 이동이 가능하고, x-y 평면상 회전이 가능한, 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법에서, 상기 실리콘 분사 노즐은 x,y,z 방향 중 x축 또는 z축 중 적어도 하나의 축에 대하여 -45°내지 +45°범위 내에서 회전이 가능한, 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법에서, 상기 실리콘은 20,000 cps 내지 23,000 cps의 점도 범위를 가지는, 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법에서, 상기 실리콘 분사 노즐의 분사 압력은 1.2 내지 2.0 bar의 범위를 가지는 3D 프린터의 동작 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 3D 프린터의 동작 방법을 통해 제작된 혈관은 3차원 CT 영상을 이용하여 몰드를 제작함으로써 5% 이하의 형상 오차를 확보할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 3가지 점도의 실리콘을 이용하여 제작함으로써, 3가지 종류 이상의 혈관 탄성도를 모사할 수 있는 혈관 제작 기술을 확보할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 대퇴 동맥(femoral artery) 등 주요 혈관에서 카테터 가이드 와이어 포트를 설치할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 3차원 CT 영상에 기초하여 몰드를 출력하고 실리콘 분사를 통해 제품을 제조하기 때문에 3D 프린팅 및 실리콘 스프레이 도포 공정을 활용한 반자동 생산 기법을 개발할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 3D 프린팅을 활용하여 혈관 몰드를 생성할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 실리콘 디핑(Dipping) 및 캐스팅(Casting) 공정에서 발전하여 실리콘 스프레이(spray) 및 건조 공정을 활용한 심혈관 모형 제작 자동화 기술을 확보할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 에어 컴프레서, 실리콘 분사 노즐, 열풍 건조, 2축 모델 작업대를 포함한 스프레이 및 건조 시스템의 외형을 구축할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 광범위한 영역에 마이크로미터 급 미세 분무가 가능한 실리콘 분사 노즐을 이용하여 몰드의 전 영역에 고른 두께의 코팅이 가능한 3D 프린터의 동작 방법을 구축할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 실리콘 분사 노즐, 열풍기, 및 작업대를 포함하는 동시에 제어 가능한 3D 프린터의 동작 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 공압에 대한 정보, 실리콘 유량에 대한 정보, 건조 시간에 대한 정보 및 분사 시간에 대한 정보 중 적어도 하나에 기초하여 3D 실리콘 어셈블리의 자동화 생산을 위한 최적의 알고리즘을 도출할 수 있다.
도 1는 본 개시의 일 실시예에 따른 서버를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 몰드를 제조하는 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법을 그림으로 설명한 순서도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법을 통해 얻어진 실리콘 어셈블리를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 실제 사진이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 제어부 및 에어 컴프레서의 실제 사진이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 분사 노즐의 분사 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 분사 노즐의 분사 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 분사 노즐의 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시의 또다른 실시예에 따른 3D 프린터의 도면이다.
도 12는 본 개시의 또다른 실시예에 따른 3D 프린터의 도면이다.
도 13은 본 개시의 일실시예에 따른 3D 프린터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면 "부"는 프로세서 및 메모리로 구현될 수 있다. 용어 "프로세서"는 범용 프로세서, 중앙 처리 장치 (CPU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 제어기, 마이크로제어기, 상태 머신 등을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 몇몇 환경에서는, "프로세서"는 주문형 반도체 (ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스 (PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA) 등을 지칭할 수도 있다. 용어 "프로세서"는, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들의 조합, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 그러한 구성들의 조합과 같은 처리 디바이스들의 조합을 지칭할 수도 있다.
용어 "메모리"는 전자 정보를 저장 가능한 임의의 전자 컴포넌트를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 용어 메모리는 임의 액세스 메모리 (RAM), 판독-전용 메모리 (ROM), 비-휘발성 임의 액세스 메모리 (NVRAM), 프로그램가능 판독-전용 메모리 (PROM), 소거-프로그램가능 판독 전용 메모리 (EPROM), 전기적으로 소거가능 PROM (EEPROM), 플래쉬 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장장치, 레지스터들 등과 같은 프로세서-판독가능 매체의 다양한 유형들을 지칭할 수도 있다. 프로세서가 메모리로부터 정보를 판독하고/하거나 메모리에 정보를 기록할 수 있다면 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다고 불린다. 프로세서에 집적된 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 서버를 나타낸 도면이다. 도 1에 따르면, 3D 프린터(10)는 제어부(100)를 포함할 수 있다. 본 개시에 의한 3D 프린터의 동작 방법은, 제어부(100)의 제어신호에 의하여 제어되는 3D 프린터에 의해 수행될 수 있다. 또한 제어부(100)는 프로세서(110) 또는 메모리(120)를 포함할 수 있다.
프로세서(110)는 메모리(120)에 저장되어 있는 명령어에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(100)는 메모리를 포함하지 않고 프로세서(110)만을 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 입력 신호에 기초하여 미리 설정된 신호를 미리 설정된 시간동안 출력 라인으로 출력하도록 설정되어 있을 수 있다. 제어부(100)는 신호에 따라 미리 설정된 동작을 수행할 수 있다.
이하, 제어부(100)의 동작에 대하여 보다 자세히 설명한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터(10)는, 대상체인 관의 내부를 형상화하는 몰드, 상기 몰드를 배치하는 작업대(630), 실리콘을 흡입하여 이동시키는 적어도 하나의 실리콘 흡입관(615), 이동된 실리콘을 분사하는 실리콘 분사 노즐(610), 및 열풍기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체인 관은 대동맥과 같은 혈관일 수 있다. 몰드는 관의 내부의 비어있는 부분의 형상을 가질 수 있다. 몰드는 특정 용매에 의하여 녹는 재질일 수 있다. 예를 들어, 몰드는 물에 가용성을 갖는 재질인 PVA(Polyvinyl Alcohol)일 수 있다. 제어부(100)는 로봇팔을 이용하여 작업대(630)에 몰드를 배치하거나, 3차원 모델링 데이터를 이용하여 관의 내부를 형상화하는 몰드를 제조하도록 제어할 수 있다. 3차원 모델링 데이터를 이용한 몰드 제작 방법은 추후 도 3을 통하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2에 따르면, 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터(10)의 동작 방법은, 상기 몰드의 가로, 세로 및 높이에 해당하는 몰드의 크기를 측정하는 단계(210), 상기 몰드의 크기에 기초하여 분사(spray) 영역을 결정하는 단계(220), 상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사하는 단계(230), 및 건조 시간에 대한 정보에 기초하여 열풍기를 동작시키는 단계(240)를 포함할 수 있다.
제어부(100)는 위치 센서를 이용하여 작업대(630)에 배치된 몰드의 위치를 감지할 수 있다. 위치 센서는 대상체의 위치를 감지하는 센서를 의미한다. 예를 들어, 위치센서는 초음파 센서, 또는 레이저 센서 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 위치 센서는 대상체의 기준점을 결정할 수 있다. 기준점은 대상체가 위치한 영역의 임의의 위치일 수 있다.
제어부(100)는 작업대(630)에 배치된 몰드의 위치에 기초하여 몰드의 가로, 세로 및 높이에 해당하는 몰드의 크기를 측정하는 단계(210)를 수행할 수 있다. 3D 프린터(10)는 몰드의 가로, 세로 및 높이에 해당하는 몰드의 크기를 측정하기 위한 크기 측정 센서를 포함할 수 있다. 크기 측정 센서는 물체의 크기를 측정하는 센서를 의미한다. 예를 들어, 크기 측정 센서는 초음파 센서, 적외선 센서, 레이저 센서 등을 포함할 수 있으며, 센서의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 몰드의 가로는 x축 방향에 해당하며, 몰드의 세로는 y축 방향에 해당하며, 몰드의 가로는 z축 방향에 해당한다. 제어부(100)는 크기 측정 센서가 몰드의 위치를 감지한 기준점으로부터 크기 측정 센서가 이동하면서 몰드의 가로 방향인 +x축 및 -x축 방향으로 몰드가 있는지 파악하고, 몰드의 세로 방향인 +y축 및 -y축 방향으로 몰드가 있는지 파악하고, 몰드의 높이 방향인 +z축 및 -z축 방향으로 몰드가 있는지 파악하여 크기를 측정할 수 있다.
제어부(100)는 상기 몰드의 위치 및 크기에 기초하여 분사(spray) 영역을 결정하는 단계(220)를 수행할 수 있다. 분사 영역은 3D 프린터(10)가 작업대(630)에 배치된 몰드에 대해 실리콘을 분사할 영역을 의미한다. 제어부(100)는 측정된 몰드의 위치 및 크기에 기초하여 몰드와 실리콘 분사 노즐(610)간의 거리를 결정할 수 있다. 제어부(100)는 측정된 몰드와 실리콘 분사 노즐(610)간의 거리에 기초하여 작업대(630)의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 작업대(630)에 배치된 몰드의 크기에 포함된 가로, 세로, 및 높이의 길이 중 최대 길이가 일정 크기 미만인 경우 작업대(630)의 z축 방향을 제어하여 작업대(630)의 높이를 높일 수 있다. 일정 크기는 미리 결정된 값일 수 있다. 예를 들어, 일정 크기는 5cm일 수 있다. 작업대(630)의 높이를 높여서 몰드와 실리콘 분사 노즐(610)간의 거리가 줄어들면 몰드에 분사되는 실리콘의 분사 영역이 더 세밀해져 대상체와 실리콘 어셈블리 간의 형상 오차를 줄일 수 있다.
또한, 제어부(100)는 측정된 몰드의 위치 및 크기에 기초하여 실리콘 분사 노즐(610)의 공압에 대한 정보 또는 실리콘 유량에 대한 정보를 제어할 수 있다. 공압에 대한 정보는, 3D 프린터(10)가 실리콘 분사 노즐(610)로 실리콘을 분사하는 압력을 의미한다. 실리콘 유량에 대한 정보는, 3D 프린터(10)가 실리콘 분사 노즐(610)로 실리콘을 분사할 때의 유량을 의미한다. 예를 들어, 제어부(100)가 측정된 몰드와 실리콘 분사 노즐(610)간의 거리가 일정 거리 이상이면, 제어부(100)는 실리콘 분사 노즐(610)의 분사 시 압력 또는 분사 유량을 높일 수 있다. 일정 거리는 미리 결정된 값일 수 있다. 제어부(100)는 초음파 센서 또는 레이저 센서에 의하여 몰드와 실리콘 분사 노즐(610)간의 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정된 몰드와 실리콘 분사 노즐(610) 간의 거리가 40cm 이상일 경우, 제어부(100)는 실리콘 분사 노즐(610)의 분사 시 압력 또는 분사 시 유량을 높일 수 있다. 제어부(100)는 실리콘 분사 노즐의 분사 시 압력 또는 분사 시 유량을 제어함으로써, 최종 결과물인 실리콘 어셈블리의 건조 시간이나 실리콘 어셈블리의 탄성도를 조절할 수 있다.
또한, 제어부(100)는 결정된 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐(610)이 상기 몰드에 실리콘을 분사하는 단계(230)를 수행할 수 있다. 제어부(100)는 상기 몰드의 위치 및 몰드의 크기에 기초하여 실리콘 분사 노즐(610)의 위치를 제어할 수 있다. 이에 대해서는 추후 도 9를 통해 상세히 설명하도록 한다.
제어부(100)는 대상체의 특성에 대한 정보에 기초하여 분사된 실리콘의 점도에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 실리콘의 분사 시간 및 실리콘의 분사 횟수 중에 적어도 하나 대한 정보를 획득할 수 있다. 대상체의 특성에 대한 정보는 미리 결정된 정보일 수 있거나, 외부의 장치로부터 수신할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 이미 설명한 바와 같이 대상체는 관 형상일 수 있다. 또한 대상체의 특성에 대한 정보는 대상체의 두께에 대한 정보를 포함할 수 있다. 두께에 대한 정보는 관의 내면과 외면 사이의 거리에 대응될 수 있다. 제어부(100)는 두께에 대한 정보가 두꺼움을 나타낼 수록, 분사된 실리콘의 점도에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 실리콘의 분사 시간 및 실리콘의 분사 횟수 중 적어도 하나를 늘릴 수 있다. 반대로 제어부(100)는 두께에 대한 정보가 얇음을 나타낼 수록, 분사된 실리콘의 점도에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 실리콘의 분사 시간 및 실리콘의 분사 횟수 중 적어도 하나를 줄일 수 있다. 실리콘을 분사하는 단계(230)는 도 13에서 설명하는 과정을 더 포함할 수 있다.
도 13은 본 개시의 일실시예에 따른 3D 프린터의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 13을 참조하면 작업대(630) 위에 몰드가 수직으로 배치되어 있는 경우, 몰드의 영역(820)을 표시한 것이다. 실리콘을 분사하는 단계(230)는, 실리콘 분사 노즐(610)의 분사 영역에 기초하여 실리콘 분사 노즐(610)이 몰드의 영역(820)의 제1면(1310)에 대해 실리콘을 분사하는 단계, 제어부(100)가 실리콘 분사 노즐(610)을 +y방향으로 이동시키는 단계, 및 실리콘 분사 노즐(610)이 제1면(1310)의 반대면인 제2면(1320)에 대하여 실리콘을 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실리콘 분사 노즐(610)의 y방향으로의 이동을 통해 3D프린터는 몰드에 실리콘이 분사되지 않은 부분 없이 실리콘 어셈블리를 제작할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(100)는 건조 시간에 대한 정보에 기초하여 열풍기를 동작시키는 단계(240)를 수행할 수 있다. 건조 시간에 대한 정보는 3D 프린터(10)가 분사된 실리콘의 분사를 종료한 시점부터 제어부(100)가 분사된 실리콘의 완전 건조를 예측하는 시점까지의 시간을 의미한다. 제어부(100)는 분사된 실리콘의 점도에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 및 실리콘의 분사 시간에 대한 정보에 기초하여 건조 시간에 대한 정보를 획득할 수 있다. 분사된 실리콘의 점도에 대한 정보는 실리콘 분사 노즐(610)을 통해 분사된 실리콘의 점도를 의미한다. 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보는 실리콘 분사 노즐(610)을 통해 분사된 실리콘이 단위 시간당 분사된 양을 의미한다. 실리콘의 분사 시간에 대한 정보는 실리콘 분사 노즐(610)이 실리콘을 분사하기 시작한 시점부터 실리콘의 분사를 멈춘 시점까지의 시간을 의미한다. 예를 들어, 상기 실리콘은 20,000 cps 내지 23,000 cps 의 점도 범위를 가질 수 있다. 23,000 cps 이상의 점도는 실리콘이 경화되는 속도가 빨라 실리콘 분사 노즐(610)이 막혀버릴 수 있으며, 20,000 cps 이하의 점도에서는 분사된 실리콘이 몰드에 잘 묻지 않고 흘러 내릴 수 있다. 분사된 실리콘의 점도가 해당 범위보다 높거나, 분사된 실리콘의 유량이 많거나, 실리콘의 분사 시간이 길어지면 실리콘 어셈블리의 두께가 두꺼워지며, 실리콘 어셈블리의 두께가 두꺼울수록 실리콘 건조에 필요한 건조 시간이 길어질 수 있다. 따라서, 제어부(100)는 분사된 실리콘의 점도에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 및 실리콘의 분사 시간에 대한 정보를 획득하여 실리콘 어셈블리의 두께를 조절할 수 있다. 제어부(100)는 건조 시간에 대한 정보는 분사된 실리콘의 점도에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 및 실리콘의 분사 시간에 대한 정보에 기초하여 건조 시간에 대한 정보를 획득할 수 있다. 제어부(100)는 분사된 실리콘의 점도, 분사된 실리콘의 유량 및 실리콘의 분사 시간에 비례하여 건조 시간에 대한 정보를 획득할 수 있다. 즉, 제어부(100)는 분사된 실리콘의 점도가 높을수록, 분사된 실리콘의 유량이 많을수록, 실리콘의 분사 시간이 길수록 건조 시간에 대한 정보를 길게 결정할 수 있다.
제어부(100)는 건조 시간에 대한 정보에 기초하여 실리콘의 경화를 위한 열풍기를 동작시키는 단계(240)를 수행할 수 있다. 열풍기의 건조 시간이 지난 이후 몰드를 특정 용매로 녹임으로써 정밀한 구조의 관 형상의 실리콘 어셈블리를 생산할 수 있다. 예를 들어, 특정 용매는 물일 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 몰드를 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3에 따르면, 3D 프린터의 동작 방법은, 상기 대상체에 대한 3차원 모델링 데이터를 획득하는 단계(310) 및 상기 3차원 모델링 데이터에 기초하여 3차원 구조물인 상기 몰드를 출력하는 단계(320)를 포함할 수 있다. 3차원 모델링 데이터는 상기 대상체에 대한 3차원 CT 영상에 기초할 수 있다. 제어부(100)는 3차원 CT 영상에서 관과 관의 내부의 영역을 구분할 수 있다. 또한 제어부(100)는 관의 내부의 모습을 3차원 모델링 데이터로 변환할 수 있다. 3차원 모델링 데이터는 3차원의 형상을 컴퓨터 상에 표시하기 위해 사용되는 파일일 수 있다. 또한 3차원 모델링 데이터는 편집툴에 의하여 편집 가능할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법을 그림으로 설명한 순서도이다. 도 4에 따르면, 3D 프린터(10)는 대상체에 대한 3차원 CT 영상에 기초하여 대상체를 모델링할 수 있다. 3D 프린터(10)가 3차원 CT 영상에 기초하여 대상체를 모델링한다는 것은, 3차원 CT 영상에 기초하여 3차원 모델링 데이터를 생성함을 의미할 수 있다. 대상체는 관 형상일 수 있다. 또한 3D 프린터(10)는 3차원 모델링 데이터에 기초하여 대상체의 내부의 몰드를 생성할 수 있다. 즉, 몰드는 관의 내부의 빈공간을 형상화할 수 있다. 3D 프린터(10)는 대상체의 몰드를 제작한 후 대상체의 몰드에 실리콘을 분사할 수 있다. 3D 프린터(10)는 실리콘 분사 노즐(610)이 분사하는 실리콘의 분사 점도, 분사 유량 및 분사 시간을 통해 실리콘 건조에 필요한 시간을 획득하여 열풍기로 건조시키는 건조 과정을 수행할 수 있다. 3D 프린터(10)는 건조 과정 후 몰드를 녹일 수 있다. 3D 프린터(10)는 몰드를 녹인 후 건조된 실리콘은 대상체의 형상을 가질 수 있다. 3D 프린터(10)는 위와 같은 과정을 통해 실리콘 어셈블리를 제조할 수 있다. 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법을 통해 얻어진 실리콘 어셈블리를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 의한 3D 프린터의 실제 사진이다. 도 6에 따르면, 3D 프린터(10)는 실리콘을 분사하는 실리콘 분사 노즐(610), 실리콘을 흡입하여 실리콘 분사 노즐(610)로 이동시키는 실리콘 흡입관(615), 실리콘 분사 노즐(610)을 개폐하는 제 1 연결관(620), 에어 컴프레서(720)와 연결되는 제 2 연결관(625), 및 몰드를 위치시키는 작업대(630)를 포함할 수 있다. 작업대(630)는 x,y,z 방향 중 y축 또는 z축으로 이동이 가능하고, x-y 평면상에서 작업대(630)의 중심점을 회전축으로 회전이 가능할 수 있다. 몰드가 일정 크기 미만이거나 몰드와 작업대(630)의 중심점 간의 거리가 일정 거리 이상인 경우 제어부(100)는 작업대(630)를 이동시키거나 회전하도록 제어하여 몰드의 위치를 조정할 수 있다. 예를 들어, 작업대(630) 위에 배치된 몰드가 작업대의 x-y평면상의 중심점을 기준으로 +y축의 위치가 측정되면, 제어부(100)는 작업대(630)를 x-y평면상의 중심점을 기준으로 180°회전하도록 제어할 수 있다. 중심점은 회전축과 x-y평면이 만나는 점일 수 있다. 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 제어부(100) 및 에어 컴프레서(720)의 실제 사진이다.
도 8는 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 분사 노즐의 분사 영역을 설명하기 위한 도면이다. 실리콘의 분사 범위는 실리콘 분사 노즐(610)이 1초간 분사하는 공간 범위를 의미한다. 도 8을 참조하면, 3D 프린터가 실리콘 분사 노즐(610)로 몰드에 분사되는 실리콘의 분사 범위는 30도 내지 60도일 수 있다. 따라서 실리콘 노즐(610)이 몰드에서 멀어질 수록 넓은 범위에 분사할 수 있으며, 실리콘 노즐(610)이 몰드에서 가까워질 수록 좁은 범위에 분사할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 분사 노즐의 분사 범위를 설명하기 위한 도면이다. 도 9 (a) 및 도 9 (b)는 y-z평면상의 도면이며, 도 9 (c) 및 도 9 (d)는 x-y평면상의 도면이다. 도 9 (a) 및 (c)는 몰드의 영역(820)이 분사 범위보다 클 경우, 제어부(100)는 작업대(630)를 y축 방향으로 이동하도록 제어하여 실리콘 분사 노즐(610)의 분사 영역이 몰드의 영역(820)에 실리콘을 분사할 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 실리콘 분사 노즐의 위치를 제 1 위치(811) 내지 제 3 위치(813)로 이동시키면서 몰드의 영역(820)에 실리콘을 분사할 수 있다. 도 9 (b) 및 (d)도면은 몰드의 영역(820) 크기가 실리콘 분사 노즐(610)의 분사 범위에 알맞은 경우이다. 제어부(100)는 실리콘 분사 노즐의 위치를 이동시키지 않으면서 몰드의 영역(820)에 실리콘을 분사할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 분사 노즐의 회전을 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 따라, 제어부(100)는 상기 실리콘 분사 노즐(610)이 x,y,z 방향 중 x축 또는 z축 중 적어도 하나의 축에 대하여 -45°내지 +45°범위 내에서 회전하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(100)는 상기 실리콘 분사 노즐(610)이 x,y,z 방향 중 y축을 중심으로 -45°내지 +45°범위 내에서 회전하도록 제어할 수 있다. 실리콘 분사 노즐이 회전하면서 실리콘을 몰드에 분사하면 실리콘 분사 노즐이 회전하지 않을 때보다 실리콘이 분사되는 몰드의 영역이 넓어지기 때문에 신속하게 실리콘 어셈블리를 제조할 수 있다.
도 11은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 3D 프린터의 도면이다. 잠시 도 11을 살펴보면, 3D 프린터(10)는 상기 몰드를 배치하는 작업대(630), 실리콘 흡입관과 연결된 제 1 연결관(620), 에어 컴프레서(720)와 연결된 제 2 연결관(625), 실리콘 흡입관(615), 실리콘 분사 노즐(610)을 포함할 수 있다. 3D 프린터(10)는 3차원 구조물인 몰드를 출력할 수 있는 몰드 출력관(650), 및 몰드 출력관을 x,y,z 방향으로 이동시키는 몰드 출력장치(640)를 더 포함할 수 있다. 제어부(100)는 획득된 3차원 모델링 데이터에 따라 몰드 출력장치(640)로부터 몰드를 출력할 수 있다. 몰드는 대상체인 관의 내부의 형상을 가질 수 있다. 본 개시에 의한 3D 프린터는 3차원 CT 영상을 이용하여 몰드를 제작하고, 몰드의 외면에 실리콘을 분사하여 실리콘 어셈블리를 제작할 수 있다. 또한 3D 프린터는 실리콘을 건조시킨 후 내부의 몰드를 녹여서 대상체를 만들 수 있다. 실제 혈관과 제작된 실리콘 어셈블리 간의 형상 오차는 5% 이하일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 방법에서, 상기 몰드의 크기에 기초하여 분사(spray) 영역을 결정하는 단계는, 상기 실리콘 분사 노즐(610)의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐(610)이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계는, 공압에 대한 정보, 실리콘 유량에 대한 정보, 건조 시간에 대한 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 실리콘 분사 노즐(610)이 상기 몰드에 실리콘을 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 제어부(100)는 대상체의 특성에 대한 정보에 기초하여 공압에 대한 정보, 실리콘 유량에 대한 정보, 건조 시간에 대한 정보를 결정할 수 있다. 대상체의 특성에 대한 정보는 대상체의 두께에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제어부(100)는 두께에 대한 정보가 두꺼움을 나타낼 수록, 공압에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 실리콘의 분사 시간 및 실리콘의 분사 횟수 중 적어도 하나를 늘릴 수 있다. 반대로 제어부(100)는 두께에 대한 정보가 얇음을 나타낼 수록, 공압에 대한 정보, 분사된 실리콘의 유량에 대한 정보, 실리콘의 분사 시간 및 실리콘의 분사 횟수 중 적어도 하나를 줄일 수 있다.
제어부(100)는 분사된 실리콘의 점도, 분사된 실리콘의 유량 및 실리콘의 분사 시간에 비례하여 건조 시간에 대한 정보를 획득할 수 있다
공압에 대한 정보는 3D 프린터(10)가 실리콘 분사 노즐(610)로 실리콘을 분사하는 압력을 의미한다. 실리콘 유량에 대한 정보는, 3D 프린터(10)가 실리콘 분사 노즐(610)로 실리콘을 분사할 때의 유량을 의미한다. 건조 시간에 대한 정보는, 3D 프린터(10)가 분사된 실리콘의 분사를 종료한 시점부터 제어부(100)가 분사된 실리콘의 완전 건조를 예측하는 시점까지의 시간을 의미한다. 3D 프린터의 실리콘 분사 노즐(610)은 제 2 연결관(625)을 통해 실리콘이 분사되는 압력조절이 가능한 에어 컴프레서(720)와 연결될 수 있다. 제어부(100)는 에어 컴프레서(720)의 압력을 제어하여 실리콘 분사 노즐(610)의 분사 압력을 제어할 수 있다.
도 12는 본 개시의 또 다른 실시예에 의한 3D 프린터의 도면이다. 도 12에 따르면, 3D 프린터(10)는 실리콘 분사 노즐(610), 제 1 실리콘 흡입관(6151), 제 2 실리콘 흡입관(6152), 제 3 실리콘 흡입관(6153), 제 1 연결관(620), 제 2 연결관(625), 및 작업대(630)를 포함할 수 있다.
상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐(610)이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계는, 3D 프린터(10)가 대상체의 특성에 대한 정보에 기초하여 실리콘을 몰드에 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체의 특성에 대한 정보는 대상체의 탄성도를 포함할 수 있다. 대상체의 탄성도는 제 1 탄성도, 제 2 탄성도 및 제 3 탄성도 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 대상체의 특성에 대한 정보가 제 1 탄성도를 나타내는 경우, 3D 프린터(10)는 제 1 실리콘 흡입관으로부터 제 1 실리콘을 흡입하여 몰드에 분사하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 대상체의 특성에 대한 정보가 제 2 탄성도를 나타내는 경우, 3D 프린터(10)는 제 2 실리콘 흡입관으로부터 제 2 실리콘을 흡입하여 몰드에 분사할 수 있다. 상기 대상의 특성에 대한 정보가 제 3 탄성도를 나타내는 경우, 3D 프린터(10)는 제 1 실리콘 흡입관 및 제 2 실리콘 흡입관으로부터 제 1 실리콘과 제 2 실리콘을 모두 흡입하여 혼합된 실리콘을 몰드에 분사할 수 있다. 제 3 탄성도는 제 1 탄성도와 제 2 탄성도의 평균값을 가질 수 있다.
상기 제 1 실리콘은 제 1 탄성도를 가지며, 상기 제 2 실리콘은 제 2 탄성도를 가지며, 상기 제 1 탄성도 및 상기 제 2 탄성도의 탄성 범위는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 3종류의 탄성도를 가지는 실리콘 어셈블리를 제작함으로써, 다양한 혈관 탄성도를 모사할 수 있는 혈관 제작 기술을 확보할 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시예에 의하면, 3D 프린터(10)는 제 1 물질, 제 2 물질 또는 제 3 물질을 흡입할 수 있는 적어도 하나의 실리콘 이송관을 포함할 수 있다. 제 1 물질은 실리콘이며, 제 2 물질은 실리콘 경화제이며, 제 3 물질은 실리콘 가소제일 수 있다. 예를 들어, 실리콘은 실리콘 고무이며, 실리콘 경화제는 Dicumyl peroxide이며, 실리콘 가소제는 실리콘 오일일 수 있다.
대상체의 특성에 대한 정보가 제 1 탄성도를 가지는 경우, 3D 프린터는 제 1 비율로 제 1 물질, 제 2 물질 및 제 3 물질을 혼합하여 제 1 탄성도를 가지는 제 1 혼합 실리콘을 제조하여 몰드에 분사할 수 있다. 제 1 혼합 실리콘은 제어부(100)는 제조하고자 하는 제 1 탄성도를 가질 수 있는 혼합 비로 제 1 물질, 제 2 물질, 및 제 3 물질을 흡입하여 제 1 탄성도를 가지는 실리콘을 분사하도록 제어할 수 있다. 대상체의 특성에 대한 정보가 제 2 탄성도를 가지는 경우, 3D 프린터(10)는 제 2 탄성도를 가질 수 있는 혼합비로 제 1 물질, 제 2 물질, 및 제 3 물질을 혼합하여 제 2 탄성도를 가지는 실리콘을 분사할 수 있다. 상기 제 1 물질, 제 2 물질, 및 제 3 물질의 혼합으로 실리콘의 탄성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 탄성도를 가지는 제 1 물질 : 제 2 물질 : 제 3 물질의 혼합비는 a:b:c 일 수 있으며, 제 2 탄성도를 가지는 제 1 물질 : 제 2 물질 : 제 3 물질의 혼합비는 a:d:e 일 수 있으며, 제 3 탄성도를 가지는 제 1 물질 : 제 2 물질 : 제 3 물질의 혼합비는 a:f:g 일 수 있다. 여기서 a, b, c, d, e, f, g는 자연수 일 수 있다. 또한, a, b, c, d, e, f, g는 미리 정해진 값일 수 있다.
또한, 상기 실리콘 분사 노즐(610)의 분사 압력은 1.2 내지 2.0 bar 의 범위를 가지는 것을 포함할 수 있다. 실리콘 분사 압력을 1.2 bar 미만으로 분사하면 몰드에 실리콘을 고르게 분사할 수 없거나 실리콘 분사 노즐(610)이 막힐 수 있으며, 실리콘 분사 압력이 2.0 bar 이상으로 분사하게 되면 몰드에 실리콘이 강한 압력으로 분사되어 몰드가 상하거나 실리콘이 몰드에 잘 묻지 않고 흘러내릴 수 있다.
이제까지 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시가 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 개시의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 개시에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 상술한 본 개시의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
10 3D 프린터
100 제어부 110 프로세서
120 메모리
610 실리콘 분사 노즐 615 실리콘 흡입관
620 제 1 연결관 625 제 2 연결관
630 작업대
720 에어 컴프레서 820 몰드의 영역

Claims (9)

  1. 대상체인 관의 내부 공간을 형상화하는 몰드, 상기 몰드를 배치하는 작업대, 적어도 하나의 실리콘 흡입관, 실리콘 분사 노즐, 및 열풍기를 포함하는 3D 프린터의 동작방법에 있어서,
    상기 몰드의 가로, 세로 및 높이에 해당하는 몰드의 크기를 측정하는 단계;
    상기 몰드의 크기에 기초하여 분사(spray) 영역을 결정하는 단계;
    상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계; 및
    건조 시간에 대한 정보에 기초하여 열풍기를 동작시키는 단계;를 포함하는 3D 프린터의 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상체에 대한 3차원 모델링 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 3차원 모델링 데이터에 기초하여 3차원 구조물인 상기 몰드를 출력하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 3차원 모델링 데이터는 상기 대상체에 대한 3차원 CT 영상에 기초하는 것을 포함하는 3D 프린터의 동작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드의 크기에 기초하여 분사(spray) 영역을 결정하는 단계는,
    상기 실리콘 분사 노즐의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 3D 프린터의 동작 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계는,
    공압에 대한 정보, 실리콘 유량에 대한 정보, 건조 시간에 대한 정보 실리콘 분사 시간에 대한 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계;를 더 포함하는, 3D 프린터의 동작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사 영역에 기초하여 상기 실리콘 분사 노즐이 상기 몰드에 실리콘을 분사(spray)하는 단계는,
    상기 대상체의 특성에 대한 정보에 기초하여 제 1 실리콘 흡입관으로 흡입된 제 1 실리콘을 분사하거나, 제 2 실리콘 흡입관으로 흡입된 제 2 실리콘을 분사하거나, 제 1 실리콘 흡입관 및 제 2 실리콘 흡입관으로 흡입된 제 1 실리콘 및 제 2 실리콘을 동시에 분사하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 실리콘은 제 1 탄성도를 가지며, 상기 제 2 실리콘은 제 2 탄성도를 가지며, 상기 제 1 탄성도 및 상기 제 2 탄성도의 탄성 범위는 서로 상이하고,
    상기 제 1 실리콘 흡입관 및 상기 제 2 실리콘 흡입관은 상기 적어도 하나의 실리콘 흡입관에 포함된 3D 프린터의 동작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업대는 x,y,z 방향 중 y축 또는 z축으로 이동이 가능하고 , x-y 평면상 회전이 가능한, 3D 프린터의 동작 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 분사 노즐은 x,y,z 방향 중 x축 또는 z축 중 적어도 하나의 축에 대하여 -45°내지 +45°범위 내에서 회전이 가능한, 3D 프린터의 동작방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘은 20,000 cps 내지 23,000 cps 의 점도 범위를 가지는, 3D 프린터의 동작 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 분사 노즐의 분사 압력은 1.2 내지 2.0 bar 의 범위를 가지는, 3D 프린터의 동작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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