KR20220107961A - 3차원 인쇄 물체의 주변부들에서 양자화 에러를 방지하도록 재료 액적 분출 3차원(3d) 물체 프린터를 동작시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

3차원 인쇄 물체의 주변부들에서 양자화 에러를 방지하도록 재료 액적 분출 3차원(3d) 물체 프린터를 동작시키기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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에이 슈바이드 스튜어트
에이 맨텔 데이비드
티 청빈 크리스토퍼
틸리 데이비드 쥐
시아오 월터
데비 구길아푸 프리얀카
코니어 다니엘
크리스나 쿠마 자야발 디네쉬
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팔로 알토 리서치 센터 인코포레이티드
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Abstract

재료 액적 분출 3차원(3D) 물체 프린터 내의 슬라이서는 물체 층에 주변부를 형성하기 위해 분출할 재료 액적들의 수를 결정하고, 주변부를 형성하는 층들에 걸쳐 양자화 에러를 분산시킨다. 슬라이서는 또한 청색 잡음 생성기를 사용하여 주변부를 형성하기 위해 분출되는 제1 재료 액적에 대한 위치를 식별한다.

Description

3차원 인쇄 물체의 주변부들에서 양자화 에러를 방지하도록 재료 액적 분출 3차원(3D) 물체 프린터를 동작시키기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING A MATERIAL DROP EJECTING THREE-DIMENSIONAL (3D) OBJECT PRINTER TO PREVENT QUANTIZATION ERROR IN PERIMETERS OF A THREE-DIMENSIONAL PRINTED OBJECT}
본 개시는 3차원(3D) 물체들을 형성하기 위해 재료의 액적(drop)들을 분출하는 3차원(3D) 물체 프린터들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 그러한 프린터들로 제조되는 3D 물체들에서의 주변부(perimeter)들의 형성에 관한 것이다.
적층 제조(additive manufacturing)로도 알려진 3차원 인쇄는 사실상 임의의 형상의 디지털 모델로부터 3차원 입체 물체를 제조하는 프로세스이다. 많은 3차원 인쇄 기술은 적층 제조 디바이스가 이전에 퇴적된 층들 위에 부품의 연속적인 층들을 형성하는 적층 프로세스를 사용한다. 이러한 기술들 중 일부는 광중합체들 또는 탄성중합체들과 같은, 용융 재료들의 액적들을 분출하는 분출기들을 사용한다. 프린터는 전형적으로 하나 이상의 분출기를 동작시켜, 다양한 형상들 및 구조들을 갖는 3차원 인쇄 물체를 형성하는 열가소성 재료의 연속적인 층들을 형성한다. 3차원 인쇄 물체의 각각의 층이 형성된 후에, 플라스틱 재료는 경화되며, 따라서 그것은 굳어져 그 층을 3차원의 인쇄 물체의 밑에 있는 층에 접합시킨다. 이러한 적층 제조 방법은 절삭 또는 드릴링과 같은 제거 프로세스(subtractive process)에 의한 작업물(work piece)로부터의 재료의 제거에 주로 의존하는 전통적인 물체-형성 기술과는 구별 가능하다.
최근에, 하나 이상의 분출기로부터 용융 금속의 액적들을 분출하여 3D 물체들을 형성하는 몇몇 3D 물체 프린터들이 개발되었다. 이러한 프린터들은 가열 챔버 내로 공급되는, 와이어(wire)의 롤 또는 펠릿(pellet)들과 같은, 고체 금속의 소스(source)를 가지며, 가열 챔버에서 고체 금속은 용융되고 용융 금속은 분출기의 챔버 내로 유동한다. 비절연 전기 전도성 와이어가 챔버 주위에 감긴다. 전류가 도체를 통과하여 전자기장을 생성하며, 이 전자기장은 챔버의 노즐에 있는 용융 금속의 메니스커스(meniscus)가 챔버 내에 있는 용융 금속으로부터 분리되고 노즐로부터 추진되게 한다. 분출기의 노즐 반대편에 있는 플랫폼이 액추에이터(actuator)들을 동작시키는 컨트롤러에 의해 플랫폼의 평면에 평행한 X-Y 평면 내에서 이동되며, 따라서 분출된 금속 액적들은 플랫폼 상에 물체의 금속 층들을 형성하고, 다른 액추에이터는 분출기와 형성되고 있는 금속 물체의 최상부 층 간의 일정한 거리를 유지하기 위해 수직 또는 Z 방향에 있어서의 분출기 또는 플랫폼의 위치를 변경하도록 컨트롤러에 의해 동작된다. 이러한 유형의 금속 액적 분출 프린터는 자기유체역학 프린터(magnetohydrodynamic printer)로도 알려져 있다.
인쇄 물체들의 주변부들 및 인필(infill)들을 형성하기 위해 열가소성 재료를 계속적으로 압출하는 공지된 3D 물체 프린터들에서, 폐쇄 주변부의 단위 길이당 압출되는 재료의 양은 주변부 길이와는 무관하다. 그러나, 열가소성 재료 또는 용융 금속의 액적들을 분출하는 3D 물체 프린터들에서, 프로세스는 연속적이지 않다. 대신에, 폐쇄 주변부는 이산 수(discrete number)의 액적들을 사용하여 인쇄된다. 인쇄된 마지막 액적부터 인쇄된 첫 번째 액적까지의 거리가 주변부의 나머지를 형성하는 데 사용되는 액적 간격과 동일하지 않은 경우, 국소적 이상(anomaly)이 발생하는데, 이 국소적 이상은, 특히 연속적인 층들에서 에러가 반복되는 경우, 국소적 부품 기형을 야기한다. 간격이 변경되는 경우에도, 주변부의 층들 내의 재료의 양은 부정확한 부품 높이를 야기한다.
드롭 온 디맨드(drop on demand) 기반 3D 물체 프린터들은 전형적으로 고정된 밀도를 생성하기 위해 거리 단위당 미리 정의된 레이트(rate)로 액적들을 인쇄한다. 이러한 프린터들은 전형적으로 래스터(raster) 기반 프린터들이다. 인쇄하는 동안 드롭 온 디맨드 인쇄를 공구 경로 이동과 조합하는 것은 인쇄에 대한 새로운 제약들을 요구한다. 압출 프린터들에서, 압출되는 재료의 양은 아날로그 값이다. 그러나, 드롭 온 디맨드 인쇄에서, 개개의 액적들의 분출은 부품의 인필뿐만 아니라 주변부들 및 경계들의 형성에 영향을 미친다. 예로서, 원통이 형성되고 있는 경우, 원통의 각각의 층은 동일한 반경을 갖는 원으로서 인쇄된다. 예를 들어, 주변부를 따른 액적들 사이의 거리가 공칭적으로 1 mm인 경우, 2 mm 반경 원은 층당 4π개의 액적들을 필요로 하며, 그것은 약 12.57개의 액적들이다. 각각의 층에 대해, 액적들은 표준 간격으로 이격될 수 있으며 이어서 마지막(즉, 13번째) 액적이 포함되거나 배제될 수 있다. 그 결과, 12개 또는 13개의 액적들로 원통 층 주변부를 인쇄하는 것에 대한 선택이 존재한다. 13번째 액적이 배제되는 경우, 주변부에 인쇄된 첫 번째 액적과 마지막 또는 12번째 액적 사이의 거리는 연속하여 분출된 액적들 사이의 거리의 1.57배이며, 그것은 이 예에서 1.57 mm이다. 이에 따라, 국소적 보이드(void)가 발생한다. 반대로, 13번째 액적이 주변부에 마지막 액적으로서 분출되는 경우, 이 예에서 첫 번째 액적과 마지막 액적 사이의 거리는 단지 0.57 mm일 뿐이며, 이는 국소적 돌출부를 생성할 수 있다.
몇몇 공지된 방법들은 모든 가능한 주변부들에 대한 이러한 문제를 감소시킬 수 있지만, 제거하지는 못한다. 하나의 접근법은 폐쇄 주변부를 형성하는 다양한 층들의 시작 액적을 이리저리 무작위로 이동시키는 것이다. 이러한 접근법은 그 문제를 완전히 제거하지는 않지만, 그것은 국소적 이상(aberration)이 각각의 층에 대해 상이한 위치에 있고 따라서 에러들이 단일 위치에 누적되지 않는 것을 보장한다. 액적 간격 에러가 액적 간격 거리의 절반에 가까운 시나리오들에서, 결함은 그것이 위치에 있어서 무작위화되기는 하지만 매우 현저할 수 있다. 다른 가능한 정정은 분출 액적들의 간격을 정수 값으로 변경하는 것이다. 위의 예에서 언급된 바와 같은 원통을 위한 원형 층에서, 각각의 층 내의 액적들의 수는 마지막 액적 - 첫 번째 액적 갭(gap)을 줄이기 위해 13으로 반올림된다. 그러나, 특히 주변부당 액적들의 수가 작은 경우들에서, 에러의 높이가 빠르게 형성될 수 있다. 이러한 2가지 가능한 해법들에 관한 문제는 층 주변부에서의 재료의 양이, 국소적으로 또는 전역적으로, 부정확하다는 것이다. 상이한 상황들에서 둘 모두의 접근법은 주변부의 높이 및 형상에 있어서 에러들을 생성할 수 있으며 아마도, 특히 얇은 단면 부분들에 대해, 완성된 부품에서 구조적 안정성에 관한 문제들을 야기할 수 있다. 주변부의 각각의 층에서 부품 무결성을 유지하기 위해 이산 재료 액적들을 적절한 액적 간격들로 분출하는 프린터들로 제조되는 부품들에 주변부들을 형성할 수 있는 것이 유익할 것이다.
재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키는 새로운 방법은 주변부의 각각의 층에서의 부품 무결성을 위해 적절한 액적 간격들의 이산 재료 액적들로 부품들에 주변부들을 형성할 수 있다. 방법은 물체 층 데이터 모델로부터 생성된 머신 레디 명령어(machine ready instruction)들의 실행에 의해 제1 물체 층에 형성될 주변부를 식별하는 단계, 제1 물체 층에 주변부를 형성하기 위해 분출할 재료 액적들의 수 및 제1 물체 층에 대한 제1 양자화 에러(quantization error)를 식별하는 단계 - 제1 물체 층에 주변부를 형성하기 위한 재료 액적들의 식별된 수는 제1 정수임 -, 제1 물체 층에 주변부를 형성하기 위해 분출될 제1 재료 액적에 대한 위치를 식별하는 단계, 재료 액적들의 식별된 수 및 제1 재료 액적에 대한 식별된 위치를 사용하여 물체 층 데이터 모델로부터 생성된 머신 레디 명령어들을 수정하는 단계, 및 재료 액적 분출 3D 물체 프린터에 의해 형성될 제1 물체 층에 주변부를 형성하도록 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 수정된 머신-레디 명령어들을 실행하는 단계를 포함한다.
새로운 재료 액적 분출 3D 물체 프린터는 주변부의 각각의 층에서의 부품 무결성을 위해 적절한 액적 간격들의 이산 재료 액적들로 부품들에 주변부들을 형성할 수 있다. 재료 액적 분출 3D 물체 프린터는 벌크 금속(bulk metal)을 수용하고 용융시키도록 구성된 용융기, 용융기로부터 용융 벌크 금속을 수용하기 위해 용융기에 유체 연결된 노즐을 갖는 분출 헤드, 분출 헤드 반대편에 위치된 플랫폼, 플랫폼 및 적어도 하나의 분출 헤드 중 적어도 하나에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 액추에이터 - 적어도 하나의 액추에이터는 플랫폼 및 적어도 하나의 분출 헤드 중 적어도 하나를 서로에 대해 이동시키도록 구성됨 -, 및 용융기, 적어도 하나의 분출 헤드, 및 적어도 하나의 액추에이터에 동작 가능하게 연결된 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는 물체 층 데이터 모델로부터 생성된 머신 레디 명령어들의 실행에 의해 제1 물체 층에 형성될 주변부를 식별하고, 제1 물체 층에 주변부를 형성하기 위해 분출할 재료 액적들의 수 및 제1 물체 층에 대한 제1 양자화 에러를 식별하고 - 제1 물체 층에 주변부를 형성하기 위한 재료 액적들의 식별된 수는 제1 정수임 -, 제1 물체 층에 주변부를 형성하기 위해 분출될 제1 재료 액적에 대한 위치를 식별하고, 재료 액적들의 식별된 수 및 제1 재료 액적에 대한 식별된 위치를 사용하여 물체 층 데이터 모델로부터 생성된 머신 레디 명령어들을 수정하고, 재료 액적 분출 3D 물체 프린터에 의해 형성될 제1 물체 층에 주변부를 형성하도록 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 수정된 머신-레디 명령어들을 실행하도록 구성된다.
재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키는 방법, 및 주변부의 각각의 층에서의 부품 무결성을 위해 적절한 액적 간격들의 이산 재료 액적들로 부품들에 주변부들을 형성하는 새로운 재료 액적 분출 3D 물체 프린터의 전술한 태양들 및 다른 특징들이 첨부 도면들과 관련하여 취해진 하기의 설명에서 설명된다. 아래에서 설명되는 방법 및 프린터는 주변부를 형성하는 각각의 층에서 발생하는 재료 밀도 층 에러를, 그 에러를 인간의 눈이 지각할 수 없게 만드는 방식으로 층들에 걸쳐 분산시킨다. 이러한 분산은 각각의 양자화 단계에 의해 생성되는 에러를 취하고, 그것을 후속의 공간 또는 시간 양자화 단계들로 분산시킨다.
도 1은 주변부를 형성하는 층들에 걸쳐 양자화 에러를 분산시키는, 그리고 각각의 층에 주변부를 형성하는 첫 번째 분출된 금속 액적을 위한 위치를 결정하는 금속 액적 분출 3D 금속 물체 프린터를 도시한다.
도 2는 이전에 형성된 층에 주변부를 형성하는 액적들의 위치에 대한, 후속 층에 주변부를 형성하는 액적들의 위치의 도면이다.
도 3은, 각각, 인접한 층들, 개재되는 층에 의해 분리된 층들, 및 2개의 개재되는 층들에 의해 분리된 층들에 대한 3개의 확률 밀도 함수를 도시한다.
도 4는 주변부를 형성하는 층들에 걸쳐 양자화 에러를 분산시키기 위해, 그리고 각각의 층에 주변부를 형성하는 첫 번째 액적의 시작 위치를 결정하기 위해 도 1의 프린터에서 슬라이서 프로그램(slicer program)을 실행하는 컨트롤러에 의해 구현되는 프로세스의 흐름도이다.
적층 제조 부품에서 주변부의 상이한 층들에 걸쳐 양자화 에러들을 분산시키는 3D 물체 프린터 및 그의 동작의 전반적인 이해를 위해서뿐만 아니라 그 프린터 및 그의 동작에 대한 상세 사항을 위해, 도면들을 참조한다. 도면들에서, 비슷한 도면 부호들은 비슷한 요소들을 지시한다.
도 1은 적층 제조 부품에서 주변부의 상이한 층들에 걸쳐 양자화 에러들을 분산시키기 위해 컨트롤러로 구현되는 수정된 슬라이서 프로그램을 구비할 수 있는 용융 금속 3D 물체 프린터(100)의 실시예를 예시한다. 아래의 설명은 도 1의 금속 액적 분출 3D 물체 프린터를 참조하여 이루어지지만, 슬라이서 프로그램은 단일 노즐 또는 다중 노즐 재료 액적 분출 3D 물체 프린터와 함께 사용될 수 있다.
도 1의 프린터에서, 용융 벌크 금속의 액적들이 단일 노즐을 갖는 분출 헤드(104)로부터 분출되고, 노즐로부터의 액적들은 플랫폼(112) 상의 물체(108)의 주변부의 층들을 위한 라인들을 형성한다. 이 문서에서 사용된 바와 같이, 용어 "벌크 금속"은 통상적으로 입수 가능한 치수(gauge)의 와이어 또는 매크로-크기 규모의 펠릿과 같은, 응집체 형태로 입수 가능한 전도성 금속을 의미한다. 금속 와이어(130)와 같은, 벌크 금속(160)의 소스가 분출 헤드 내로 공급되고 용융되어 분출 헤드 내의 챔버에 용융 금속을 제공한다. 불활성 가스 공급부(164)가 분출 헤드 내에서의 금속 산화물의 형성을 방지하기 위해 가스 공급 튜브(144)를 통해 분출 헤드(104) 내의 용융 금속의 챔버에, 아르곤과 같은, 불활성 가스(168)의 압력 조절된 소스를 제공한다.
분출 헤드(104)는, 각각, 한 쌍의 수직 배향된 부재들(120A, 120B) 내의 z-축 트랙들(116A, 116B) 내에 이동 가능하게 장착된다. 부재들(120A, 120B)은 하나의 단부에서 프레임(124)의 일측에 연결되고, 다른 단부에서 수평 부재(128)에 의해 서로 연결된다. 액추에이터(132)가 수평 부재(128)에 장착되고 분출 헤드(104)에 동작 가능하게 연결되어 분출 헤드를 z-축 트랙들(116A, 166B)을 따라 이동시킨다. 액추에이터(132)는 분출 헤드(104)의 단일 노즐과 플랫폼(112) 상의 물체(108)의 최상부 표면 사이의 거리를 유지하도록 컨트롤러(136)에 의해 동작된다.
프레임(124)에 평면 부재(140)가 장착되며, 이 평면 부재는 플랫폼(112)의 이동을 위한 신뢰성 있게 견고한 지지를 제공하기 위해 화강암 또는 다른 튼튼한 재료로 형성될 수 있다. 플랫폼(112)은 X-축 트랙들(144A, 144B)에 부착되고 따라서 플랫폼(112)은 도면에 도시된 바와 같이 X-축을 따라 양방향으로 이동할 수 있다. X-축 트랙들(144A, 144B)은 스테이지(stage)(148)에 부착되고 스테이지(148)는 Y-축 트랙들(152A, 152B)에 부착되며, 따라서 스테이지(148)는 도면에 도시된 바와 같이 Y-축을 따라 양방향으로 이동할 수 있다. 액추에이터(122A)가 플랫폼(112)에 동작 가능하게 연결되고 액추에이터(122B)가 스테이지(148)에 동작 가능하게 연결된다. 컨트롤러(136)는 액추에이터들(122A, 122B)을 동작시켜 플랫폼을 X-축을 따라 이동시키고 스테이지(148)를 Y-축을 따라 이동시켜, 플랫폼을 분출 헤드(104) 반대편에 있는 X-Y 평면 내에서 이동시킨다. 용융 금속(156)의 액적들이 플랫폼(112)을 향해 분출될 때 플랫폼(112)의 이러한 X-Y 평면 이동을 수행하는 것은 물체(108) 상에 용융 금속 액적들의 라인을 형성한다. 컨트롤러(136)는 또한 액추에이터(132)를 동작시켜 분출 헤드(104)와 기재(substrate) 상의 가장 최근에 형성된 층 사이의 수직 거리를 조정하여서 물체 상에의 다른 구조물들의 형성을 용이하게 한다. 용융 금속 3D 물체 프린터(100)가 도 1에서 수직 배향으로 동작되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 대안적인 배향들이 채용될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 실시예는 X-Y 평면 내에서 이동하는 플랫폼을 갖고 분출 헤드가 Z 축을 따라 이동하지만, 다른 배열들이 가능하다. 예를 들어, 분출 헤드(104)는 X-Y 평면 내에서 그리고 Z 축을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(136)는 프로그램된 명령어들을 실행하는 하나 이상의 일반적인 또는 전문적인 프로그램 가능 프로세서로 구현될 수 있다. 프로그램된 기능들을 수행하는 데 필요한 명령어들 및 데이터는 프로세서들 또는 컨트롤러들과 연관된 메모리에 저장될 수 있다. 프로세서들, 그들의 메모리들, 및 인터페이스 회로는 전술된 동작들뿐만 아니라 후술되는 동작들을 수행하도록 컨트롤러들을 구성한다. 이러한 컴포넌트들은 인쇄 회로 카드 상에 제공되거나 ASIC(application specific integrated circuit) 내의 회로로서 제공될 수 있다. 회로들 각각이 별개의 프로세서로 구현될 수 있거나, 다수의 회로들이 동일한 프로세서 상에 구현될 수 있다. 대안적으로, 회로들은 VLSI(very large scale integrated) 회로들 내에 제공된 개별 컴포넌트들 또는 회로들로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 회로들은 프로세서들, ASIC들, 개별 컴포넌트들, 또는 VLSI 회로들의 조합으로 구현될 수 있다. 금속 물체 형성 동안, 생성될 구조물에 대한 이미지 데이터가 처리 및 분출 헤드(104)로 출력되는 분출 헤드 제어 신호들의 생성을 위해 스캐닝 시스템 또는 온라인 또는 워크 스테이션 접속 중 어느 하나로부터 컨트롤러(136)를 위한 프로세서 또는 프로세서들로 전송된다.
용융 금속 3D 물체 프린터(100)의 컨트롤러(136)는 금속 물체 제조에 대해 프린터를 제어하기 위해 외부 소스들로부터의 데이터를 필요로 한다. 일반적으로, 형성될 물체의 3차원 모델 또는 다른 디지털 데이터 모델이 컨트롤러(136)에 동작 가능하게 연결된 메모리에 저장되거나, 컨트롤러가 디지털 데이터 모델이 저장된 원격 데이터베이스에 서버 등을 통해 액세스할 수 있거나, 디지털 데이터 모델이 저장된 컴퓨터 판독 가능 매체가 액세스를 위해 컨트롤러(136)에 선택적으로 결합될 수 있다. 이러한 3차원 모델 또는 다른 디지털 데이터 모델은 컨트롤러로 구현된 슬라이서에 의해 처리되어 물체의 각각의 층을 식별하는 데이터를 생성하고 이어서 프린터(100)의 컴포넌트들을 동작시키고 모델에 대응하는 금속 물체를 형성하기 위해 공지된 방식으로 컨트롤러(136)에 의한 실행을 위한 머신-레디 명령어들을 생성한다. 머신-레디 명령어들의 생성은 중간 모델들 - 예를 들어, 물체에 대한 CAD 디지털 데이터 모델이 STL 물체 층 데이터 모델로 변환될 때 -, 또는 다른 다각형 메시 또는 다른 중간 표현의 생성을 포함할 수 있으며, 이는 결국 처리되어 프린터에 의한 디바이스의 제조를 위한, g-코드와 같은, 기계 명령어들을 생성할 수 있다. 이 문서에서 사용된 바와 같이, 용어 "머신-레디 명령어들"은 플랫폼(112) 상에 금속 물체들을 형성하도록 3D 금속 물체 적층 제조 시스템의 컴포넌트들을 동작시키기 위해 컴퓨터, 마이크로프로세서, 또는 컨트롤러에 의해 실행되는 컴퓨터 언어 커맨드들을 의미한다. 컨트롤러(136)는 머신-레디 명령어들을 실행하여 분출 헤드(104)로부터의 용융 금속 액적들의 분출, 스테이지(148) 및 플랫폼(112)의 위치설정뿐만 아니라, 분출 헤드(102)와 플랫폼(112) 상의 물체(108)의 최상부 층 사이의 거리를 제어한다.
슬라이서가 시스템(100) 내의 다른 프로세서로 구현될 수 있지만, 컨트롤러(136)에 의해 구현된 슬라이서는 시스템(100)에 의해 제조되는 부품에 형성된 주변부의 상이한 층들에서 발생하는 양자화 에러를 분산시키고 층에 주변부를 형성하는 분출 재료의 첫 번째 액적의 위치를 결정한다. 슬라이서는 디지털 데이터 모델에 대응하는 물체를 형성하도록 프린터의 컴포넌트들을 동작시키는 머신-레디 명령어들을 생성하는 데 사용되는 3D 물체 층 데이터를 생성한다. 디지털 데이터 모델에 대한 통상적으로 사용되는 포맷은 STL 포맷이지만, 3MF, AMF, 및 PLY와 같은 다른 포맷들이 사용될 수 있다. STL 포맷에서, 물체 표면은 삼각형 면들의 에지(edge)들 및 코너(corner)들에 의해 정의된다. 슬라이서는 이러한 STL 데이터를 물체의 2차원(2D) 수평 슬라이스들로 변환하고, 이어서 분출 헤드를 도구 경로들을 따라 이동시키도록 액추에이터들을 동작시키는, 그리고 물체를 형성하기 위해 금속 액적들을 분출하도록 분출 헤드를 동작시키는 머신-레디 명령어들을 생성한다. 이러한 변환은, 일 실시예에서, g-코드를 야기하는데, 이 g-코드는 인쇄 시스템을 초기화하고 분출 헤드가 그를 따라 이동되는 경로들을 정의하며, 부품의 층들을 형성하기 위해 용융 금속 액적들을 분출하도록 분출 헤드를 동작시킨다.
도 1의 컨트롤러(136)에 의해 구현된 슬라이서에 의해 수행되는 주변부의 층들에 걸친 양자화 에러의 분산은 장기 누적 에러가 결코 하나의 양자화 단위보다 많지 않음을 보장한다. 이러한 특성은 무작위 반올림으로는 달성될 수 없다. 또한, 양자화 에러 분산은 에러들이 긴 시간 또는 거리에 걸쳐 모이지 않도록 양자화된 상태들 간의 천이들이 가장 높은 가능한 주파수들로 발생하는 것을 보장한다. 주변부 층들에서의 양자화 에러를 해결하는 슬라이서에서, 에러 분산은 Z 또는 수직 방향에서만 행해지고, 따라서 각각의 주변부 층에서의 재료의 양자화로부터 발생하는 모든 에러가 다음 층으로 분산된다.
알고리즘적으로, 양자화 에러는 다음과 같이 분산된다: 프로세스에 대한 액적 에러는 0으로 초기화되고(drop_error=0), 각각의 층에 대해 다음과 같으며:
drops_accum = drops_float + drop_error;
drops_layer = floor(drops_accum + 0.5);
drop_error = drops_accum - drops_layer, 여기서 drops_float은 부동 소수점 또는 비정수 수 - 이것은 앞서 언급된 예에서 12.57임 - 로서 표현된, 주변부를 인쇄하기 위한 원하는 액적들의 수 또는 액적 질량의 양이고, 층에 대해 식별된 drop_error는 다음 층에서 drops_accum을 식별하기 위해 사용된다.
층 내의 주변부에 대한 액적들의 수의 식별 후에, 이동 동안의 액적들의 가상 축에 대한 값들이 결정된다. g-코드와 같은 머신-레디 명령어들에서, 각각의 액적은 3개의 좌표(x, y, e)에 의해 식별된다. x 및 y 좌표들은 플랫폼의 X-Y 평면 내에서의 분출기의 이동을 위한 경로를 정의하는 포인트들을 식별하고, e 좌표는 분출된 액적들의 누적 수를 식별한다. 액적들은 액적 간격 파라미터 이내의 간격들로 분출된다. 이 문서에서 사용된 바와 같이, 용어 "액적 간격"은 분출기가 층 내의 경로를 따라 이동할 때 분출되는 인접 액적들의 중심들 사이의 미리 정의된 거리를 의미한다. 경로를 따른 분출기 이동에 대해 임계치가 정의된다. 임계치는 액적 간격의 특정 부분이다. 예를 들어, 경로에 대한 정의된 액적 간격과 함께 사용하기 위한 임계치로서 0.5가 선택될 수 있으며, 이는 액적이 액적 간격을 따른 중간 위치에서 분출됨을 의미한다. 임계치를 변경함으로써, 분출 액적의 위치가 액적 간격 내에서 변경될 수 있다.
예로서, 층 내의 폐쇄 분출기 경로를 정의하는 포인트들에 대한 3개의 좌표들(x, y, e)이 아래의 표에 나타나 있다:
Figure pat00001
이러한 값들은 10개의 포인트를 나타내는데, 그 이유는 층 내의 원인 폐쇄 주변부를 정의하는 첫 번째 및 11번째 포인트들이 동일한 x, y 위치에 있기 때문이다. e 좌표는 경로의 시작에서 원점으로의 복귀까지의 누적 액적 카운트를 나타낸다. 표는 분출기가 원형 경로를 가로지르는 동안 분출기가 액적 간격의 0.5 임계치에 대해 12.57개의 액적들을 분출하는 것을 나타낸다. 전술된 바와 같이, 컨트롤러는 12.57개의 액적들을 분출하도록 분출기를 동작시킬 수 없지만, 대신에 몇몇 층들에서 12개의 액적들을 분출하도록 분출기를 동작시키고, 다른 층들에서 13개의 액적들을 분출하도록 분출기를 동작시킨다. 이에 따라, 표에 나타내어진 e 좌표들에 대한 부동 소수점 수들은 12개 액적 또는 13개 액적 스킴(scheme)으로 스케일링될 필요가 있다. 이러한 스케일링의 결과들이 다음의 2개의 표에 나타나 있다. 먼저 12개 액적들에 대한 표가 제시된다:
Figure pat00002
첫 번째 e 좌표와 마지막 e 좌표 간의 차이가 13이기 때문에, 분출기가 (x, y) 경로를 따라 이동될 때 13개의 액적들이 분출되어 원형 주변부를 형성한다.
다음에 12개 액적 경로에 대한 표가 제시된다:
Figure pat00003
첫 번째 e 좌표와 마지막 e 좌표 간의 차이가 12이기 때문에, 분출기가 (x, y) 경로를 따라 이동될 때 12개의 액적들이 분출되어 원형 주변부를 형성한다. 이 좌표들을 사용하여, 상이한 층들에서의 12개 액적 및 13개 액적 주변부들에 대해 g-코드가 생성된다.
이러한 에러 분산 계산은 각각의 주변부 층에서 사용할 액적들의 수를 결정하지만, 그것은 하나의 층부터 다른 층까지의 액적들의 위치의 관계를 결정하지 않는다. 각각의 층 내의 액적들의 수가 동일한 경우에, 위에서 식별된 에러 분산은 하나의 층 내의 액적들이 이전 층 내의 액적들로부터 사이클의 절반만큼 오프셋된 경우 더 큰 구조적 무결성을 생성한다. 이러한 위치 시프팅은 연속적인 브릭 층들을 브릭 길이의 절반만큼 시프팅하는 것과 유사하다. 유사하게, 이러한 액적 위치 시프팅은 주변부를 형성하는 데 사용되는 첫 번째 액적의 위치에 있어서의 액적 간격 거리 시프트의 절반을 사용함으로써 이전에 언급된 간단한 원통형 물체 예에서 달성될 수 있다.
그러나, 주변부에서의 액적들의 수가 변할 때, 액적 간격 거리의 절반의 간단한 시프팅에 관한 하나의 문제점이 발생한다. 액적들의 수가 예를 들어 1만큼 증가하는 경우, 분출 헤드가 주변부를 따를 때 인접한 층들 사이에서 비트 주파수(beat frequency)가 발생하고 액적 간격 거리는 0.5 mm로부터 -5 mm로 된다. 위상 관계가 주변부의 시작에 대해 항상 180도 위상 불일치이기 때문에, 연속적인 층들 사이의 액적들이 항상 줄지어 있고 부근의 액적들이 매우 가깝게 정렬되는 위치가 주변부를 따라 존재한다. 이러한 동기화는 주변부가 구축됨에 따라 에러 누적을 허용한다. 층당 원하는 분수 액적 수가 0.5인 경우에, 층당 액적들의 수는 2개의 값 사이에서 토글링한다. 이러한 토글링은 액적들의 정렬을 야기하는데, 즉 모든 층에서 주변부를 따른 동일한 위치에서 후속 액적이 이전에 분출된 액적 상에 랜딩하고, 그 위치의 인근 부근에서 다른 액적들이 이전에 분출된 액적들에 가깝게 랜딩한다. 이러한 상황이 도 2에 도시되어 있으며, 여기서 X들은 현재 층 바로 전에 형성된 층에 주변부를 형성하는 액적들을 나타내고, O들은 현재 층에 주변부를 형성하는 액적들을 나타낸다.
주변부의 층들에 걸친 액적들의 양자화 에러 분산 및 시작 위치 위상 시프팅의 상호작용으로부터 발생하는 문제들을 제거하기 위해, 층들 사이의 액적 간격 거리의 절반의 고정된 시프트 대신에 시작 위치를 선택하기 위해 청색 잡음 생성기가 사용된다. 청색 잡음 생성기는 이전에 형성된 층의 첫 번째 액적으로부터 액적 간격 거리의 절반만큼 다음 층의 첫 번째 액적을 이동시키고, 이어서 삼각형 확률 분산을 갖는 백색 잡음 생성기 - 이는 확률 생성기가 균일하지 않음을 의미함 - 를 사용하여 액적 간격 거리의 음의 절반과 액적 간격 거리의 양의 절반 사이의 추가적인 거리만큼 그것을 추가로 섭동시킨다. 삼각형 확률 밀도 함수(probability density function, PDF)가 2개의 백색 잡음 PDF를 평균화함으로써 쉽게 생성된다. 최종 시프트 양은 액적 간격 거리의 음의 절반과 액적 간격 거리의 양의 절반 사이에 있도록 다시 매핑된다(-π 내지 + π).
오버행들을 갖는 영역들과 같은, 층 내의 주변부의 밀도가 이전에 형성된 층에 형성된 주변부와 비교하여 균일하지 않은 경우들에서, 위상 시프트는 하나의 층 내의 단위 길이당 액적들의 평균 수인 공칭 주변부 밀도를 사용하여 정의될 수 있다. 이러한 위상 시프트는 공칭 밀도 부근에 분산된 청색 잡음이지만, 풀 스케일은 아닌, 즉 공칭 밀도보다 낮은 밀도를 갖는 주변부들에 대해 액적 간격의 +/- 절반보다 작고 공칭 밀도보다 훨씬 큰 밀도들을 갖는 주변부들에 대해 분산된 백색 잡음에 접근하는 층들 간의 위상 차이를 생성한다.
층에 주변부를 형성하기 위한 액적들을 위치시키기 위해 슬라이서로 구현된 청색 잡음 생성기는 양자화 에러 변동이 액적 시작 위치 위상 변동과 역상관되는 것을 보장한다. 인접 층들과 2개 및 3개 층 떨어져 있는 층들 사이의 위상 차이의 확률 밀도 함수가 도 3에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 비인접 평면들 사이의 위상 관계는 층 내의 주변부에 대한 첫 번째 액적의 시작 위치를 시프트하기 위해 청색 잡음 생성기의 사용과 신속하게 역상관된다. 청색 잡음 생성기의 사용은 층 내의 주변부를 위해 분출될 액적들의 수를 결정하기 위해 양자화 에러 분산 프로세스의 사용으로 누적 비트 주파수가 발생하지 않는 것을 보장하는 것을 돕는다.
양자화 에러를 줄이고 층에 주변부를 형성하기 위한 시작 액적 위치를 결정하도록 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위한 프로세스가 도 4에 도시되어 있다. 프로세스의 설명에서, 프로세스가 어떤 작업 또는 기능을 수행하고 있다는 진술은 컨트롤러 또는 범용 프로세서가 그 작업 또는 기능을 수행하기 위해서 프린터 내의 하나 이상의 컴포넌트를 동작시키기 위해 또는 데이터를 조작하기 위해 컨트롤러 또는 프로세서에 동작 가능하게 연결된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 프로그램된 명령어들을 실행하는 것을 지칭한다. 전술된 컨트롤러(136)는 그러한 컨트롤러 또는 프로세서일 수 있다. 대안적으로, 컨트롤러는 하나 초과의 프로세서와 관련 회로 및 컴포넌트들로 구현될 수 있으며, 이들 각각은 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 작업 또는 기능을 형성하도록 구성된다. 또한, 본 방법의 단계들은 도면에 도시된 순서 또는 처리가 설명되는 순서에 관계없이 임의의 실현 가능한 시간 순서로 수행될 수 있다.
도 4는 양자화 에러를 줄이고 3D 물체의 층에 형성되는 주변부를 위한 시작 액적 위치를 결정하도록, 프린터(10)와 같은, 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키는 프로세스의 흐름도이다. 프로세스(400)는 슬라이서가 생성될 물체에 대한 디지털 데이터 모델을 수신하는 것으로 시작한다(블록 204). 이어서 슬라이서는 물체의 각각의 층을 형성하기 위해 물체 층 데이터 및 머신 레디 명령어들을 생성한다(블록 208). 첫 번째 층에 대해, 슬라이서는 하나 이상의 주변부가 층에 형성되는지를 결정한다(블록 212). 앞서 설명된 알고리즘과 같은, 에러 분산 프로세스를 사용하여, 주변부를 형성하기 위해 분출할 액적들의 수가 결정된다(블록 216). 슬라이서는 또한, 전술된 바와 같이, 하나 이상의 액적 위치 시프팅 기술을 사용하여 주변부를 형성하는 첫 번째 액적의 위치를 결정한다(블록 220). 층에 주변부들을 그리고 층에 임의의 인필 라인들을 형성하도록 프린터를 동작시키기 위한 이전에 생성된 머신-레디 명령어들은 수정되고 저장된다(블록 224). 이러한 수정은 X, Y 좌표들을 그대로 두지만 이전에 설명된 바와 같은 g-코드 명령어들에 대한 e 값들을 변경함으로써 수행된다. 이러한 변경은, 사실상, 거리에 기초한 피드 레이트(feed rate), 예를 들어 액적들/mm를 변경한다. 대안적으로, g-코드 명령어들이 e 값보다는, X, Y 좌표들의 세트 및 피드 레이트에 의해 기술되었다면, 시간의 함수인 피드 레이트, 예를 들어 액적들/msec이 변경된다. 다른 층이 처리되도록 의도되는 경우(블록 228), 머신-레디 명령어들이 동일한 방식으로 생성된다(블록 212 내지 224). 일단 층들 전부가 처리되고 대응하는 머신-레디 명령어들이 생성되면, 프린터의 컨트롤러는 물체를 형성하기 위해 머신-레디 명령어들을 실행한다(블록 232).
위에서 개시된 그리고 다른 특징들 및 기능들의 변형들, 또는 그의 대안들이 많은 다른 상이한 시스템들, 응용들 또는 방법들로 바람직하게 조합될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 현재는 예견되지 않는 또는 예상되지 않는 다양한 대안들, 수정들, 변형들 또는 개선들이 나중에 당업자에 의해 이루어질 수 있으며, 이들도 또한 다음의 청구항들에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (18)

  1. 재료 액적 분출 3차원(3D) 물체 프린터를 동작시키는 방법으로서,
    물체 층 데이터 모델로부터 생성된 머신 레디 명령어(machine ready instruction)들의 실행에 의해 제1 물체 층에 형성될 주변부(perimeter)를 식별하는 단계;
    상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출할 재료 액적(drop)들의 수 및 상기 제1 물체 층에 대한 제1 양자화 에러(quantization error)를 식별하는 단계 - 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 재료 액적들의 상기 식별된 수는 제1 정수임 -;
    상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 제1 재료 액적에 대한 위치를 식별하는 단계;
    재료 액적들의 상기 식별된 수 및 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 식별된 위치를 사용하여 상기 물체 층 데이터 모델로부터 생성된 상기 머신 레디 명령어들을 수정하는 단계; 및
    상기 재료 액적 분출 3D 물체 프린터에 의해 형성될 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하도록 상기 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 상기 수정된 머신-레디 명령어들을 실행하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 물체 층에 형성될 상기 주변부에 대응하는 물체 층 데이터 모델의 제2 물체 층에 형성될 주변부를 식별하는 단계;
    상기 물체 층 데이터 모델에서 상기 제1 물체 층의 상기 양자화 에러를 제2 물체 층으로 분산시키는 단계;
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출할 재료 액적들의 수 및 상기 제2 물체 층에 대한 제2 양자화 에러를 식별하는 단계 - 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 재료 액적들의 상기 식별된 수는 상기 제1 정수 수와는 상이한 제2 정수 수임 -;
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 제1 재료 액적에 대한 위치를 식별하는 단계;
    상기 물체의 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하도록 상기 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 재료 액적들의 상기 식별된 수 및 상기 식별된 위치를 사용하여 상기 물체 데이터 모델로부터 생성된 상기 머신 레디 명령어들을 수정하는 단계; 및
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하도록 상기 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 상기 수정된 머신-레디 명령어들을 실행하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 양자화 에러의 상기 분산, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수의 상기 식별, 및 상기 제2 양자화 에러의 상기 식별은 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하는 데 사용되는 재료의 양 또는 액적들의 수에 대한 비정수 수를 사용하여 결정되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 양자화 에러의 상기 분산, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수의 상기 식별, 및 상기 제2 양자화 에러의 상기 식별은 다음의 식에 의해 표현되는 프로세스를 사용하여 결정되며:
    drops_accum = drops_float + drop_error,
    drops_layer = floor(drops_accum + 0.5),
    drop_error = drops_accum - drops_layer, 상기 식에서 drops_float은 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수 또는 액적 질량의 양에 대한 상기 비정수 수이고, drops_accum은 상기 제1 양자화 에러에 의해 조정된 drops_float이고, drops_layer는 상기 제2 물체 층을 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수이고, 상기 drop_error는 상기 제2 양자화 에러이고, 상기 floor 함수는 상기 함수에 대한 인수에 대한 값에 가장 가까운 더 낮은 정수 수를 식별하는, 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치의 상기 식별은,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치를, 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치로부터, 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치와 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 다음 재료 액적의 위치 사이의 액적 간격의 절반만큼 시프트하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치의 상기 식별은,
    청색 잡음 생성기를 사용하여, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적의 상기 위치를 식별하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 청색 잡음 생성기의 상기 사용은,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적의 상기 위치를, 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적과 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 다음 재료 액적의 위치 사이의 액적 간격 거리의 절반만큼 이동시키는 것, 및
    상기 이동된 위치를, 삼각형 확률 분산을 갖는 백색 잡음 생성기를 사용하여, 상기 액적 간격 거리의 음의 절반과 상기 액적 간격 거리의 양의 절반 사이의 추가적인 거리만큼 변경하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 머신-레디 명령어들의 상기 생성은,
    상기 주변부를 형성하기 위한 액적들의 부동 소수점 수에 대한 복수의 누적 액적 값들을, 상기 제1 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 상기 식별된 제1 정수 수의 액적들에 대한 복수의 누적 액적 값들로 스케일링하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 머신-레디 명령어들의 상기 생성은,
    상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 액적들의 부동 소수점 수 또는 액적 질량의 양에 대한 복수의 누적 액적 값들을, 상기 제1 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 상기 식별된 제2 정수 수의 액적들에 대한 복수의 누적 액적 값들로 스케일링하는 것 - 상기 식별된 제2 정수 수에 대한 상기 복수의 누적 액적 값들은 상기 식별된 제1 정수 수들에 대한 상기 복수의 누적 액적 값들과는 상이함 - 을 추가로 포함하는, 방법.
  10. 금속 액적 분출 장치로서,
    벌크 금속(bulk metal)을 수용하고 용융시키도록 구성된 용융기;
    상기 용융기로부터 용융 벌크 금속을 수용하기 위해 상기 용융기에 유체 연결된 노즐을 갖는 분출 헤드;
    상기 분출 헤드 반대편에 위치된 플랫폼;
    상기 플랫폼 및 상기 적어도 하나의 분출 헤드 중 적어도 하나에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 액추에이터(actuator) - 상기 적어도 하나의 액추에이터는 상기 플랫폼 및 상기 적어도 하나의 분출 헤드 중 상기 적어도 하나를 서로에 대해 이동시키도록 구성됨 -; 및
    상기 용융기, 상기 적어도 하나의 분출 헤드, 및 상기 적어도 하나의 액추에이터에 동작 가능하게 연결된 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는,
    물체 층 데이터 모델로부터 생성된 머신 레디 명령어들의 실행에 의해 제1 물체 층에 형성될 주변부를 식별하고,
    상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출할 재료 액적들의 수 및 상기 제1 물체 층에 대한 제1 양자화 에러를 식별하고 - 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 재료 액적들의 상기 식별된 수는 제1 정수임 -,
    상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 제1 재료 액적에 대한 위치를 식별하고,
    재료 액적들의 상기 식별된 수 및 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 식별된 위치를 사용하여 상기 물체 층 데이터 모델로부터 생성된 상기 머신 레디 명령어들을 수정하고,
    재료 액적 분출 3D 물체 프린터에 의해 형성될 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하도록 상기 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 상기 수정된 머신-레디 명령어들을 실행하도록 구성되는, 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제1 물체 층에 형성될 상기 주변부에 대응하는 물체 층 데이터 모델의 제2 물체 층에 형성될 주변부를 식별하고,
    상기 물체 층 데이터 모델에서 상기 제1 물체 층의 상기 양자화 에러를 제2 물체 층으로 분산시키고,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출할 재료 액적들의 수 및 상기 제2 물체 층에 대한 제2 양자화 에러를 식별하고 - 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 재료 액적들의 상기 식별된 수는 상기 제1 정수 수와는 상이한 제2 정수 수임 -,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 제1 재료 액적에 대한 위치를 식별하고,
    상기 물체의 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하도록 상기 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 재료 액적들의 상기 식별된 수 및 상기 식별된 위치를 사용하여 상기 물체 데이터 모델로부터 생성된 상기 머신 레디 명령어들을 수정하고,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하도록 상기 재료 액적 분출 3D 물체 프린터를 동작시키기 위해 상기 수정된 머신-레디 명령어들을 실행하도록 추가로 구성되는, 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하는 데 사용되는 재료의 양 또는 액적들의 수에 대한 비정수 수를 사용하여, 상기 제1 양자화 에러의 상기 분산을 식별하고, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수를 식별하고, 상기 제2 양자화 에러를 식별하도록 추가로 구성되는, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    다음의 식에 의해 표현되는 프로세서를 사용하여, 상기 제1 양자화 에러의 상기 분산을 식별하고, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수를 식별하고, 상기 제2 양자화 에러를 식별하도록 추가로 구성되며:
    drops_accum = drops_float + drop_error,
    drops_layer = floor(drops_accum + 0.5),
    drop_error = drops_accum - drops_layer, 상기 식에서 drops_float은 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수 또는 액적 질량의 양에 대한 상기 비정수 수이고, drops_accum은 상기 제1 양자화 에러에 의해 조정된 drops_float이고, drops_layer는 상기 제2 물체 층을 형성하기 위해 분출될 재료 액적들의 상기 수이고, 상기 drop_error는 상기 제2 양자화 에러이고, 상기 floor 함수는 상기 함수에 대한 인수에 대한 값에 가장 가까운 더 낮은 정수 수를 식별하는, 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치를, 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치로부터, 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치와 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 다음 재료 액적의 위치 사이의 액적 간격의 절반만큼 시프트하는 것
    에 의해 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치를 식별하도록 추가로 구성되는, 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    청색 잡음 생성기를 사용하여, 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적의 상기 위치를 식별하는 것
    에 의해 상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적에 대한 상기 위치를 식별하도록 추가로 구성되는, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제2 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적의 상기 위치를, 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 상기 제1 재료 액적과 상기 제1 물체 층에 상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 다음 재료 액적의 위치 사이의 액적 간격 거리의 절반만큼 이동시키는 것, 및
    상기 이동된 위치를, 삼각형 확률 분산을 갖는 백색 잡음 생성기를 사용하여, 상기 액적 간격 거리의 음의 절반과 상기 액적 간격 거리의 양의 절반 사이의 추가적인 거리만큼 변경하는 것
    에 의해 상기 청색 잡음 생성기를 사용하도록 추가로 구성되는, 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 주변부를 형성하기 위한 액적들의 부동 소수점 수에 대한 복수의 누적 액적 값들을, 상기 제1 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 상기 식별된 제1 정수 수의 액적들에 대한 복수의 누적 액적 값들로 스케일링하는 것
    에 의해 상기 머신-레디 명령어들을 수정하도록 추가로 구성되는, 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 주변부를 형성하기 위해 분출될 액적들의 부동 소수점 수 또는 액적 질량의 양에 대한 복수의 누적 액적 값들을, 상기 제1 층에 상기 주변부를 형성하기 위한 상기 식별된 제2 정수 수의 액적들에 대한 복수의 누적 액적 값들로 스케일링하는 것 - 상기 식별된 제2 정수 수에 대한 상기 복수의 누적 액적 값들은 상기 식별된 제1 정수 수들에 대한 상기 복수의 누적 액적 값들과는 상이함 -
    에 의해 상기 머신-레디 명령어들을 수정하도록 추가로 구성되는, 장치.
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