WO2018174338A1 - 3d 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법 - Google Patents

3d 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법 Download PDF

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WO2018174338A1
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송원호
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making 3D objects, e.g. desktop manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06T7/00—Image analysis
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30144—Printing quality

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional (3Dimensional, hereinafter referred to as '3D') printing system and an error checking and control method thereof, and more particularly, to check whether an error occurs in the 3D printing process, and rework if an error occurs A 3D printing system to perform and error checking and control method thereof.
  • '3D' three-dimensional (3Dimensional, hereinafter referred to as '3D') printing system and an error checking and control method thereof, and more particularly, to check whether an error occurs in the 3D printing process, and rework if an error occurs
  • a 3D printing system to perform and error checking and control method thereof.
  • the 3D printer is a manufacturing technology that produces a printout by outputting a continuous layer of material like a 2D printer and stacking the same, and various types of 3D printers have been developed according to a use and a lamination method.
  • the basic principle of 3D printing manufacturing technology is to shape plastic products, plastic powder, wood, rubber, bio materials, and polymer materials by lamination according to CAD design.
  • 3D printers are manufacturing technologies that produce physical models or prototype parts and tools based on 3D design data such as CAD design files, industrial and medical scanners, and video games.
  • 3D printing technology reduces energy consumption and shortens the supply chain cycle, reducing the use of energy such as electricity and fossil fuels used to manufacture products.
  • Patent Document 1 discloses a photocuring 3D printer technology according to the prior art.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0081354 (July 8, 2016 published)
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Registration No. 10-1593219 (announced February 11, 2016)
  • the 3D printer according to the prior art checks whether or not an error occurs in the 3D printing process of shaping a product by sequentially laminating and curing synthetic resin (plastic), metallic powder, wood, rubber, bio materials and polymer materials according to the CAD design. There is no way to do it.
  • a product manufactured in the 3D printer may fall short of a reference value which is a standard of quality of shapes, dimensions, etc. due to an error in the 3D printing process, that is, a defect may occur.
  • An object of the present invention is to solve the problems described above, and to provide a 3D printing system and an error checking and control method thereof that can check whether an error occurs in the product manufactured during the 3D printing process.
  • Another object of the present invention is to provide a 3D printing system and an error checking and control method thereof capable of removing an error part and performing a task of an error part when an error occurs in the 3D printing process.
  • the 3D printing system is a 3D printer for outputting the output, the photographing module for photographing the output and the design of the output and the design information of the designed output generated and generated design information And a control terminal for controlling the driving of the 3D printer and checking whether an error occurs using the image information photographed by the photographing module.
  • the control terminal may be designed based on a user's input information and a design unit for generating an output and design information of the designed output, a comparison unit comparing the image information photographed by the photographing module and the design information, based on a comparison result of the comparison unit. Determining whether an error occurs based on a comparison result of the error information generation unit and the comparison unit for generating error shape information and generating a control signal for controlling the driving of the 3D printer and the error elimination module according to design information or error shape information. It characterized in that it comprises a control unit.
  • the photographing module includes a plurality of cameras for photographing the 3D image of the output
  • the control terminal is a storage unit for storing a program and various information for driving each device, the signal to each device by wire or wireless communication method
  • a communication unit for transmitting and receiving, an image synthesizer for synthesizing the images taken by the plurality of cameras provided in the photographing module to form a 3D image of the output, and a display unit for displaying the driving state of each device and the shape of the output photographed by the photographing module It is characterized by including.
  • the controller may control driving of the display unit to display an error occurrence on a screen when an error occurs in the output, and control driving of the communication unit to notify the fact that the error occurs to a mobile terminal of a preset administrator.
  • the error checking and control method of the 3D printing system comprises the steps of (a) designing the output at the control terminal, and generating the design information of the output, (b) Driving the 3D printer based on the generated design information to output an output and 3D printing; (c) photographing the output in a photographing module; and (d) image information and the design information photographed by the control terminal. And comparing the error of the output.
  • the present invention is characterized in that it further comprises the step of (e) if the error of the output of the test result of the step (d) occurs, removing the error occurrence portion by driving the error removal module.
  • step (c) the photographing module captures a 3D image of the output using a plurality of cameras spaced apart from the output, and in step (d), the image synthesizing unit of the control terminal is photographed by the plurality of cameras. And synthesizing the generated images to form a 3D image of the output.
  • step (d) (d1) comparing the image information photographed by the photographing module with the design information using the comparison unit of the control terminal, and (d2) the controller determines whether an error occurs based on a comparison result of the comparison unit. And determining (d3) an error occurrence on the screen in the display unit when an error occurs in the output, and notifying the fact that the error has occurred to the mobile terminal of the administrator preset through the communication unit.
  • step (e) the error information generating unit of the control terminal generates shape information of the error part based on the comparison result of the comparison unit, (e2) calculating a ratio of the error part in the total volume of the output. (E3) removing the entire output and restarting the 3D printing task if the calculated ratio is greater than or equal to a preset threshold; and (e4) removing only the error portion if the calculated ratio is less than the preset threshold. It characterized in that it comprises a step of outputting and 3D printing.
  • the 3D printing system and the error checking and control method thereof according to the present invention it is possible to check whether an error occurs in the output using the photographing module, and to remove the error part using the error removing module when an error occurs. have.
  • the 3D printing operation can be resumed to shorten the working time, and the manufacturing cost can be minimized while reducing the amount of material used to manufacture the product. Lose.
  • FIG. 1 is a block diagram of a 3D printing system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an SLA-type 3D printer and a photographing module
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a step-by-step method for checking and controlling errors in a 3D printing system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a 3D printing system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the present embodiment will be described using a 3D printer of the FDM method for laminating and curing the material of the solid, liquid, powder state.
  • the present invention is not limited thereto, and it should be noted that the present invention can be applied to various types of 3D printing systems such as SLS, DLP, and SLA.
  • 3D printing system 10 according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, 3D printer for outputting the output (hereinafter abbreviated as "printer") 20, a recording module for photographing the output ( 30) and designing the output, generating design information of the designed output, controlling the driving of the printer 20 based on the generated design information, and inspecting whether an error occurs using the image information captured by the imaging module 30. It includes a control terminal 40 to.
  • control terminal 40 may further include an error removal module 50 for removing the error occurrence portion in the output.
  • the printer 20 may receive a control signal from the control terminal 40 in a wired or wireless communication manner and may be driven according to the received control signal to output a 3D output.
  • the printer 20 may be provided as another type of 3D printer such as Fused Deposition Modeling (FDM), Digital Light Processing (DLP), Stereolithography (SLA), and Selective Laser Sintering (SLS).
  • FDM Fused Deposition Modeling
  • DLP Digital Light Processing
  • SLA Stereolithography
  • SLS Selective Laser Sintering
  • the FDM method is a method of forming a shape by laminating heat-dissolved plastic on a laminated substrate by a thin layer, and is often used by an individual or a company that manufactures a prototype, and is released at a relatively low price compared to other methods. .
  • the DLP method uses a light source of a DLP projector, and prints UV (ultraviolet rays) generated by the light source on a UV curable resin and prints the cured resin, and irradiates UV to the printing shape to solidify the UV curable resin layer by layer. Complete the shape.
  • UV ultraviolet rays
  • the SLA method is a laser printing method, printing a UV resin with a material, and shooting a laser that cures the UV resin while printing at a high speed while stacking one by one.
  • the SLS method is a powder sintering method in which a powder material is partially melted and printed by a laser. Unlike other printing methods, the SLS method can print up to a metal and can be used directly to manufacture high quality products.
  • the photographing module 30 functions to photograph a process of outputting an output from the printer 20 and a process of removing an error part from the error elimination module 50.
  • the photographing module 30 may be provided by one camera, but may be provided in plural so as to photograph an accurate 3D shape of the output.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an SLA-type 3D printer and a photographing module.
  • the SLA-type 3D printer 20 responds to a light source 22 irradiating light to a 3D printing material 10 capable of full color output filled in the water tank 21 and light irradiated from the light source 22.
  • a 3D printing material 10 capable of full color output filled in the water tank 21 and light irradiated from the light source 22.
  • the building platform 23 moves outside the water tank 21, for example, upward, and a mirror 24 reflecting the laser beam emitted from the light source 22 according to the shape of the output. Can be.
  • the photographing module 30 may include first and second cameras 31 and 32 that are installed symmetrically with respect to the output to photograph the overall shape of the output.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and may be modified to include three or more cameras.
  • the error elimination module 50 may receive a control signal from the control terminal 40 in a wired or wireless communication manner and may be driven according to the received control signal to remove an error portion of the output.
  • the error elimination module 50 may be provided as a grinder 51 for grinding and removing an error portion by rotating the grinding wheel using the rotational force of the driving motor driven according to the control signal.
  • the grinder 51 may remove an error part while freely moving in the X, Y, and Z axis directions by the driving module 52 driven according to the control signal of the control terminal 40.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and may be modified to combine and apply each tool or a plurality of tools for performing different types of machining operations such as a cutter and a drill to the error elimination module 50.
  • the control terminal 40 designs the output, generates design information of the designed output, and controls the driving of the printer 20 based on the generated design information.
  • the control terminal 40 compares the shape photographed by the photographing module 30 with the design information to check whether an error occurs, and if an error occurs as a result of the inspection, the error removal module 50 to remove the error part based on the design information. ) Control the driving.
  • control terminal 40 compares the shape of the output from which the error is eliminated with the design information and controls to perform the output operation of the output based on the comparison result.
  • control terminal 40 compares the image information captured by the design unit 41 and the photographing module 30 to design the output using the input information of the user and to generate the design information of the designed output, and compares the design information.
  • the controller 44 may generate a control signal for controlling driving of the printer 20 and the error elimination module 50 according to the error shape information.
  • control terminal 40 includes a storage unit 45 and a printer 20 for storing a program and various information for driving the control terminal 40, the printer 20, the photographing module 30, and the error removing module 50.
  • the communication module 46 for transmitting and receiving signals to and from the photographing module 30 and the error elimination module 50 in a wired or wireless communication manner, and images taken by the plurality of cameras 31 and 32 provided in the photographing module 30.
  • the display unit may further include an image synthesizer 47 for synthesizing the 3D image of the output and a display unit 48 for displaying the driving state of each device and the shape of the output image photographed by the imaging module 30.
  • the error information generating unit 43 generates shape information, that is, error shape information of a portion where an error occurs, according to the comparison result of the comparison unit 42, and the controller 44 generates an error portion based on the generated error shape information. It is possible to control the driving of the error removal module 50 to remove.
  • the controller 44 displays an error occurrence on the screen when the comparison result 42 outputs an error, and notifies the mobile terminal 60 of the administrator that the error has occurred. And control of the communication unit 46.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a step-by-step method for checking and controlling errors in a 3D printing system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • step S10 of FIG. 3 the control terminal 40 designs an output using the command and data input from the manager, generates design information of the designed output, and stores the design information in the storage 45.
  • step S12 the control unit 44 of the control terminal 40 generates a control signal for controlling the driving of the printer 30 to output the output in accordance with the design information.
  • the first and second cameras 31 and 32 provided in the photographing module 30 respectively photograph the output and transmit the photographed image information to the control terminal 40 (S14).
  • the image synthesizer 47 of the control terminal 40 synthesizes the images transmitted from the first and second cameras 31 and 32, respectively, to form a 3D image of the output.
  • the comparator 42 compares the image information of the output with the design information, and the controller 44 checks whether an error of the output occurs based on a comparison result of the comparator.
  • step S16 If the error of the test result output in step S16 is not generated, the controller 44 controls to proceed to step S30 below.
  • the error information generation unit 43 is based on the comparison result of the comparison unit 43, the error shape Generate information.
  • the controller 44 drives the display unit 48 to display the fact that an error has occurred on the screen, and controls to notify the administrator of the preset mobile terminal 60 via the communication unit 46.
  • the controller 44 calculates an error occurrence rate at which an error occurs using the error shape information generated by the error information generation unit 43, and checks whether the calculated error occurrence rate is greater than or equal to a preset threshold value (S18).
  • the threshold value is set to correspond to the case where eliminating the error-producing portion of the output and reusing the entire printed output and restarting the 3D printing process can save time and economic cost. Can be set.
  • the error incidence rate is calculated as (volume of error portion / total volume of output) * 100, and the limit value may be set to various values, such as 30% to 70%, depending on the experimental value.
  • control terminal 40 controls the driving of the error removal module 50 to remove the entire output (S20), and proceeds to step S12 to the 3D printing process To restart.
  • control terminal 44 controls the driving of the error removal module 50 to remove only the error portion based on the error shape information (S22).
  • the photographing module 30 photographs the error elimination process (S24), the control terminal 40 updates the design information using the photographed image (S26), and the error is removed based on the updated design information.
  • the driving of the printer 30 is controlled to output 3D printing on the output (S28).
  • step S30 the control terminal 40 checks whether the 3D printing job is completed, and controls to repeat steps S14 to S30 until the 3D printing job is completed.
  • control terminal 40 stops driving of each device and ends.
  • the present invention can check whether an error occurs in the output using the photographing module, and when an error occurs, the error portion can be removed using the error removing module.
  • the present invention can reduce the work time by resuming the 3D printing work after removing only the error portion of the output, and can minimize the manufacturing cost while reducing the amount of material used to manufacture the product.
  • the present invention is applied to a technique of checking whether an output error occurs using a photographing module in a 3D printing process, and removing an error part using an error removing module when an error occurs.

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Abstract

3D 프린팅 과정에서 제조되는 제품의 오류 발생 여부를 검사할 수 있는 3D 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법에 관한 것으로, 출력물을 출력하는 3D 프린터, 상기 출력물을 촬영하는 촬영모듈 및 상기 출력물을 설계하고 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하며 생성된 설계 정보에 기초해서 상기 3D 프린터의 구동을 제어하고 상기 촬영모듈에서 촬영된 영상 정보를 이용해서 오류 발생 여부를 검사하는 제어단말을 포함하는 구성을 마련하여, 촬영모듈을 이용해서 출력물의 오류 발생 여부를 검사하고, 오류 발생시 오류제거모듈을 이용해서 오류 부분을 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

3D 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법
본 발명은 3차원(3Dimensional, 이하 '3D'라 함) 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린팅 과정에서 에러 발생 여부를 검사하고, 에러가 발생하면 재작업을 수행하는 3D 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법에 관한 것이다.
3D 프린터는 재료의 연속적인 레이어를 2D 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 출력물을 만드는 제조 기술로서, 용도 및 적층방법에 따라 다양한 방식의 3D 프린터가 개발되고 있다.
3D 프린팅 제조기술의 기본 원리는 합성수지(플라스틱), 금속성 가루, 목재, 고무, 바이오재료 및 고분자 물질 등을 CAD 설계도에 따라 적층제조법으로 점차 제품을 형상화하는 것이다.
즉, 3 D 프린터는 CAD 설계파일, 산업용 및 의료용 스캐너, 비디오 게임 등 3차원 설계 데이터를 기반으로 실물 모형이나 프로토 타입의 부품 및 툴 등을 인쇄하듯이 만들어내는 제조기술이다.
3D 프린팅 기술은 재료소모가 적고 공급 체인 사이클(Supply Chain Cycle)이 짧아짐에 따라, 제품 제조에 사용되는 전기 및 화석연료 등의 에너지 사용을 줄일 수 있다.
아울러 과거의 제조 기술로는 만들 수 없는 새롭게 설계된 3차원 물체를 제조할 수도 있다.
이러한 3D 프린팅 기술은 공정 방식(고체, 액체, 파우더 기반)에 따라 FDM(고체 기반, 수지압출법), SLS(파우더 기반 쾌속조형기술) 및 DLP, SLA(액체 기반, 광경화수지조형) 등으로 구분될 수 있다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 1 에는 종래기술에 따른 광경화 방식의 3D 프린터 기술이 개시되어 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0081354호(2016년 7월 8일 공개)
(특허문헌 2) 대한민국 특허 등록번호 제10-1593219호(2016년 2월 11일 공고)
그러나 종래기술에 따른 3D 프린터는 CAD 설계도에 따라 합성수지(플라스틱), 금속성 가루, 목재, 고무, 바이오재료 및 고분자 물질 등을 순차적으로 적층해서 경화시켜 제품을 형상화하는 3D 프린팅 과정에서 오류 발생 여부를 확인할 수 있는 방법이 없다.
즉, 3D 프린터에서 제작된 제품은 3D 프린팅 과정에서 오류로 인해 모양, 치수 등의 품질의 기준이 되는 기준값에 못 미치게 되는 즉, 불량이 발생할 수 있다.
이와 같이, 종래기술에 따른 3D 프린터는 3D 프린팅 과정에서 오류로 인한 불량이 발생하는 경우, 해당 제품을 버리고 다시 처음부터 작업을 수행해야 함에 따라, 경제적 및 시간적 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
따라서 3D 프린팅 과정에서 오류 발생 여부를 검사하고, 오류 발생시 설계 도면에 따라 정확한 형상으로 3D 프린팅 작업을 수행하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3D 프린팅 과정에서 제조되는 제품의 오류 발생 여부를 검사할 수 있는 3D 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 3D 프린팅 과정에서 오류 발생시 오류 부분을 제거하고 나머지 부분의 작업을 수행할 수 있는 3D 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템은 출력물을 출력하는 3D 프린터, 상기 출력물을 촬영하는 촬영모듈 및 상기 출력물을 설계하고 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하며 생성된 설계 정보에 기초해서 상기 3D 프린터의 구동을 제어하고 상기 촬영모듈에서 촬영된 영상 정보를 이용해서 오류 발생 여부를 검사하는 제어단말을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제어단말의 검사결과 출력물의 모양, 치수를 포함하는 출력물의 품질이 미리 설정된 기준값에 못 미치는 오류가 발생하면, 상기 제어단말의 제어신호에 따라 상기 출력물에서 오류 발생 부분을 제거하는 오류제거모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어단말은 사용자의 입력 정보를 이용해서 출력물을 설계하고 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하는 설계부, 상기 촬영모듈에서 촬영된 영상 정보와 설계 정보를 비교하는 비교부, 상기 비교부의 비교 결과에 기초해서 오류 형상 정보를 생성하는 오류정보 생성부 및 상기 비교부의 비교 결과에 기초해서 오류 발생 여부를 판단하고 설계 정보 또는 오류 형상 정보에 따라 상기 3D 프린터와 오류제거모듈의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 촬영모듈은 상기 출력물의 3D 영상을 촬영하는 복수의 카메라를 포함하고, 상기 제어단말은 각 장치를 구동하기 위한 프로그램 및 각종 정보를 저장하는 저장부, 각 장치와 유선 또는 무선 통신 방식으로 신호를 송수신하는 통신부, 상기 촬영모듈에 마련된 복수의 카메라에서 촬영된 영상을 합성해서 출력물의 3D 영상을 형성하는 영상 합성부 및 각 장치의 구동 상태와 상기 촬영모듈에서 촬영된 출력물 형상을 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 출력물의 오류 발생시 화면에 오류 발생 사실을 표시하도록 상기 표시부의 구동을 제어하고, 미리 설정된 관리자의 휴대단말로 오류 발생 사실을 통지하도록 상기 통신부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법은 (a) 제어단말에서 출력물을 설계하고, 상기 출력물의 설계 정보를 생성하는 단계, (b) 생성된 설계 정보에 기초해서 3D 프린터를 구동하여 출력물을 출력해서 3D 프린팅하는 단계, (c) 촬영모듈에서 상기 출력물을 촬영하는 단계 및 (d) 상기 제어단말에서 촬영된 영상 정보와 상기 설계 정보를 비교해서 출력물의 오류 발생 여부를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (e) 상기 (d)단계의 검사결과 출력물의 오류가 발생한 상태이면, 오류제거모듈을 구동해서 오류 발생 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계에서 촬영모듈은 상기 출력물을 중심으로 이격 설치되는 복수의 카메라를 이용해서 상기 출력물의 3D 영상을 촬영하고, 상기 (d)단계에서 제어단말의 영상 합성부는 상기 복수의 카메라에서 촬영된 영상을 합성해서 출력물의 3D 영상을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 제어단말의 비교부를 이용해서 상기 촬영모듈에서 촬영된 영상 정보와 설계 정보를 비교하는 단계, (d2) 제어부에서 상기 비교부의 비교 결과에 기초해서 오류 발생 여부를 판단하는 단계 및 (d3) 상기 출력물의 오류 발생시 표시부에서 화면에 오류 발생 사실을 표시하고, 통신부를 통해 미리 설정된 관리자의 휴대단말로 오류 발생 사실을 통지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (e)단계는 (e1) 상기 제어단말의 오류정보 생성부는 상기 비교부의 비교결과에 기초해서 오류 부분의 형상 정보를 생성하는 단계, (e2) 상기 출력물의 전체 부피에서 오류 부분의 비율을 계산하는 단계, (e3) 계산된 비율이 미리 설정된 한계치 이상이면 상기 출력물 전체를 제거하고 3D 프린팅 작업을 재시작하는 단계 및 (e4) 계산된 비율이 미리 설정된 한계치 미만이면 상기 오류 부분만을 제거하고 나머지 부분을 출력하여 3D 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법에 의하면, 촬영모듈을 이용해서 출력물의 오류 발생 여부를 검사하고, 오류 발생시 오류제거모듈을 이용해서 오류 부분을 제거할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 출력물의 오류 부분만을 제거한 후, 3D 프린팅 작업을 재개해서 작업시간을 단축하고, 제품의 제조에 소용되는 소재의 양을 절감하에 제조비용을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 출력물의 오류 발생률에 따라 출력물 전체를 제거하거나 오류 부분만을 제거하도록 선택하여 작업효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 프린팅 시스템의 블록 구성도,
도 2는 SLA 방식 3D 프린터와 촬영모듈의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 에에 따른 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 프린팅 시스템 및 그의 오류 검사 및 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 프린팅 시스템의 블록 구성도이다.
본 실시 예에서는 고체, 액체, 파우더 상태의 소재를 적층해서 경화시키는 FDM 방식의 3D 프린터를 이용해서 설명하기로 한다. 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, SLS, DLP, SLA 등 다양한 방식의 3D 프린팅 시스템에 적용할 수 있음에 유의하여야 한다.
그리고 이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 프린팅 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 출력물을 출력하는 3D 프린터(이하 '프린터'라 약칭함)(20), 상기 출력물을 촬영하는 촬영모듈(30) 및 상기 출력물을 설계하고 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하며 생성된 설계 정보에 기초해서 프린터(20)의 구동을 제어하고 촬영모듈(30)에서 촬영된 영상 정보를 이용해서 오류 발생 여부를 검사하는 제어단말(40)을 포함한다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 프린팅 시스템(10)은 제어단말(40)의 검사결과 출력물의 모양, 치수 등의 품질의 기준이 되는 기준값에 못 미치는 오류가 발생하면, 제어단말(40)의 제어신호에 따라 출력물에서 오류 발생 부분을 제거하는 오류제거모듈(50)을 더 포함할 수 있다.
프린터(20)는 유선 또는 무선 통신 방식으로 제어단말(40)로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 구동되어 3D 형태의 출력물을 출력할 수 있다.
이러한 프린터(20)는 각각의 분야마다 FDM(Fused Deposition Modelling), DLP(Digital Light Processing), SLA(Stereolithography), SLS(Selective Laser Sintering) 등 다른 형태의 3D 프린터로 마련될 수 있다.
상기 FDM 방식은 적층기판에 열로 녹인 플라스틱을 가늘게 한 층씩 적층하여 형상을 만드는 방식으로, 주로 개인이 사용하거나 시제품을 제작하는 사업자가 사용하는 경우가 많으며, 타 방식에 비하여 비교적 저렴한 가격으로 출시되고 있다.
상기 DLP 방식은 DLP 프로젝터의 광원을 활용하는 방식으로, 광원에서 발생하는 UV(자외선)를 UV 경화성 수지에 쏴서 경화시키는 방법으로 프린팅하고, 프린팅 형상대로 UV를 조사하여 UV 경화성 수지를 한 층씩 굳히면서 형상을 완성한다.
SLA 방식은 레이저 프린팅 방식이며, UV 레진을 재료로 프린팅하며, UV 레진을 경화시키는 레이저를 쏘면 고속으로 이동하면서 한 층씩 쌓아가면서 프린팅한다.
SLS 방식은 분말 소결방식으로 분말로 된 재료를 레이저로 부분적으로 녹여 프린팅하는 방식으로, 다른 프린팅 방식과는 달리 금속까지 프린팅할 수 있으며, 고품질의 상품 제조에 바로 사용할 수 있다.
촬영모듈(30)은 프린터(20)에서 출력물을 출력하는 과정 및 오류제거모듈(50)에서 오류 부분을 제거하는 과정을 촬영하는 기능을 한다.
이러한 촬영모듈(30)은 하나의 카메라로 마련될 수 있으나, 출력물의 정확한 3D 형상을 촬영할 수 있도록 복수 개로 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 2는 SLA 방식 3D 프린터와 촬영모듈의 구성도이다.
도 2에서 SLA 방식 3D 프린터(20)는 수조(21)에 충진된 풀 컬러 출력이 가능한 3D 프린팅 재료(10)에 빛을 조사하는 광원(22)과 광원(22)에서 조사되는 빛에 반응해서 3D 프린팅된 출력물이 한층한층 쌓일 때마다 수조(21) 외측, 예컨대 상방으로 이동시키는 빌딩 플랫폼(23) 및 광원(22)에서 조사된 레이저를 출력물의 형상에 따라 반사하는 미러(24)를 포함할 수 있다.
촬영모듈(30)은 출력물을 중심으로 서로 대칭되게 설치되어 출력물의 전체 형상으로 촬영하는 제1 및 제2 카메라(31,32)를 포함할 수 있다.
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 3 이상의 카메라를 포함하도록 변경될 수 있다.
다시 도 1에서, 오류제거모듈(50)은 유선 또는 무선 통신 방식으로 제어단말(40)로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 구동되어 출력물의 오류 부분을 제거할 수 있다.
예를 들어, 오류제거모듈(50)은 제어신호에 따라 구동되는 구동모터의 회전력을 이용하여 연삭숫돌을 회전시켜 오류 부분을 연삭하여 제거하는 그라인더(51)로 마련될 수 있다.
그라인더(51)는 제어단말(40)의 제어신호에 따라 구동되는 구동모듈(52)에 의해 X,Y,Z 축 방향으로 자유롭게 이동하면서 오류 부분을 제거할 수 있다.
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 오류제거모듈(50)에 커터, 드릴 등 서로 다른 방식의 가공 작업을 수행하는 각 공구 또는 복수의 공구를 조합하여 적용하도록 변경될 수 있다.
제어단말(40)은 출력물을 설계하고, 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하며, 생성된 설계 정보에 기초해서 프린터(20)의 구동을 제어한다.
그리고 제어단말(40)은 촬영모듈(30)에서 촬영된 형상과 설계 정보를 비교해서 오류 발생 여부를 검사하고, 검사결과 오류가 발생하면 설계 정보에 기초해서 오류 부분을 제거하도록 오류제거모듈(50)의 구동을 제어한다.
또한, 제어단말(40)은 오류가 제거된 출력물의 형상과 설계 정보를 비교하고 비교결과에 기초해서 출력물의 출력 작업을 수행하도록 제어한다.
이를 위해, 제어단말(40)은 사용자의 입력 정보를 이용해서 출력물을 설계하고 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하는 설계부(41), 촬영모듈(30)에서 촬영된 영상 정보와 설계 정보를 비교하는 비교부(42), 비교부(42)의 비교 결과에 기초해서 오류 형상 정보를 생성하는 오류정보 생성부(43) 및 비교부(42)의 비교 결과에 기초해서 오류 발생 여부를 판단하고 설계 정보 또는 오류 형상 정보에 따라 프린터(20)와 오류제거모듈(50)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 제어부(44)를 포함할 수 있다.
그리고 제어단말(40)은 제어단말(40)과 프린터(20), 촬영모듈(30), 오류제거모듈(50)을 구동하기 위한 프로그램 및 각종 정보를 저장하는 저장부(45), 프린터(20), 촬영모듈(30) 및 오류제거모듈(50)과 유선 또는 무선 통신 방식으로 신호를 송수신하는 통신부(46), 촬영모듈(30)에 마련된 복수의 카메라(31,32)에서 촬영된 영상을 합성해서 출력물의 3D 영상을 형성하는 영상 합성부(47) 및 각 장치의 구동 상태와 촬영모듈(30)에서 촬영된 출력물 형상을 표시하는 표시부(48)를 더 포함할 수 있다.
오류정보 생성부(43)는 비교부(42)의 비교결과에 따라 오류가 발생한 부분의 형상 정보, 즉 오류 형상 정보를 생성하고, 제어부(44)는 생성된 오류 형상 정보에 기초해서 오류 부분을 제거하도록 오류제거모듈(50)의 구동을 제어할 수 있다.
그리고 제어부(44)는 비교부(42)의 비교 결과 출력물의 오류 발생 상태이면, 화면에 오류 발생 사실을 표시하고, 미리 설정된 관리자의 휴대단말(60)로 오류 발생 사실을 통지하도록 표시부(48) 및 통신부(46)의 구동을 제어할 수도 있다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 에에 따른 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 3의 S10단계에서 제어단말(40)은 관리자로부터 입력되는 명령어와 데이터를 이용해서 출력물을 설계하고, 설계된 출력물의 설계 정보를 생성해서 저장부(45)에 저장한다.
S12단계에서 제어단말(40)의 제어부(44)는 상기 설계 정보에 따라 출력물을 출력하도록 프린터(30)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생한다.
이때, 촬영모듈(30)에 마련된 제1 및 제2 카메라(31,32)는 각각 출력물을 촬영하고, 촬영된 영상 정보를 제어단말(40)로 전송한다(S14).
그러면, 제어단말(40)의 영상 합성부(47)는 제1 및 제2 카메라(31,32)에서 각각 전송된 영상을 합성해서 출력물의 3D 영상을 형성한다.
S16단계에서 비교부(42)는 출력물의 영상 정보와 상기 설계 정보를 비교하고, 제어부(44)는 비교부의 비교결과에 기초해서 출력물의 오류 발생 여부를 검사한다.
만약, S16단계의 검사결과 출력물의 오류가 미발생한 상태이면, 제어부(44)는 아래의 S30단계로 진행하도록 제어한다.
반면, S16단계의 검사결과 출력물의 모양, 치수 등의 품질의 기준이 되는 기준값에 못 미치는 오류가 발생한 상태이면, 오류정보 생성부(43)는 비교부(43)의 비교결과에 기초해서 오류 형상 정보를 생성한다.
이때, 제어부(44)는 화면에 오류 발생 사실을 표시하도록 표시부(48)를 구동함과 동시에, 통신부(46)를 통해 미리 설정된 관리자의 휴대단말(60)로 오류 발생 사실을 통지하도록 제어한다.
그리고 제어부(44)는 오류정보 생성부(43)에서 생성된 오류 형상 정보를 이용해서 오류가 발생한 오류 발생률을 계산하고, 계산된 오류 발생률이 미리 설정된 한계값 이상인지를 검사한다(S18).
즉, 본 발명은 출력물의 오류 발생 부분을 제거해서 재사용하는 경우에 비해, 출력된 출력물 전체를 제거하고 3D 프린팅 작업을 다시 시작하는 것이 시간적, 경제적인 비용 절감이 가능한 경우에 대응되도록 상기 한계값을 설정할 수 있다.
예를 들어, 상기 오류 발생률은 (오류 부분의 부피/출력물의 전체 부피)*100로 계산되고, 상기 한계값은 실험치에 따라 다양한 값, 예컨대 30% 내지 70%로 설정될 수 있다.
만약, S18단계의 검사결과 오류 발생률이 상기 한계값 이상이면, 제어단말(40)은 출력물 전체를 제거하도록 오류제거모듈(50)의 구동을 제어하고(S20), S12단계로 진행해서 3D 프린팅 과정을 다시 시작한다.
반면, S18단계의 검사결과 오류 발생률이 상기 한계값 미만이면, 제어단말(44)은 오류 형상 정보에 기초해서 오류 부분만을 제거하도록 오류제거모듈(50)의 구동을 제어한다(S22).
이때, 촬영모듈(30)은 오류 제거 과정을 촬영하고(S24), 제어단말(40)은 촬영된 영상을 이용해서 설계 정보를 갱신하며(S26), 갱신된 설계 정보에 기초해서 오류가 제거된 출력물에 소재를 출력하여 3D 프린팅하도록 프린터(30)의 구동을 제어한다(S28).
S30단계에서 제어단말(40)은 3D 프린팅 작업이 완료되었는지를 검사하고, 3D 프린팅 작업이 완료될 때까지 S14단계 내지 S30단계를 반복 수행하도록 제어한다.
그리고 S30단계의 검사결과 3D 프린팅 작업이 완료되면, 제어단말(40)은 각 장치의 구동을 중지하고 종료한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 촬영모듈을 이용해서 출력물의 오류 발생 여부를 검사하고, 오류 발생시 오류제거모듈을 이용해서 오류 부분을 제거할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 출력물의 오류 부분만을 제거한 후, 3D 프린팅 작업을 재개해서 작업시간을 단축하고, 제품의 제조에 소용되는 소재의 양을 절감하에 제조비용을 최소화할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 3D 프린팅 과정에서 촬영모듈을 이용해서 출력물의 오류 발생 여부를 검사하고, 오류 발생시 오류제거모듈을 이용해서 오류 부분을 제거하는 기술에 적용된다.

Claims (10)

  1. 출력물을 출력하는 3D 프린터,
    상기 출력물을 촬영하는 촬영모듈 및
    상기 출력물을 설계하고 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하며 생성된 설계 정보에 기초해서 상기 3D 프린터의 구동을 제어하고 상기 촬영모듈에서 촬영된 영상 정보를 이용해서 오류 발생 여부를 검사하는 제어단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제어단말의 검사결과 출력물의 모양, 치수를 포함하는 출력물의 품질이 미리 설정된 기준값에 못 미치는 오류가 발생하면, 상기 제어단말의 제어신호에 따라 상기 출력물에서 오류 발생 부분을 제거하는 오류제거모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
  3. 제2항에서, 상기 제어단말은
    사용자의 입력 정보를 이용해서 출력물을 설계하고 설계된 출력물의 설계 정보를 생성하는 설계부,
    상기 촬영모듈에서 촬영된 영상 정보와 설계 정보를 비교하는 비교부,
    상기 비교부의 비교 결과에 기초해서 오류 형상 정보를 생성하는 오류정보 생성부 및
    상기 비교부의 비교 결과에 기초해서 오류 발생 여부를 판단하고 설계 정보 또는 오류 형상 정보에 따라 상기 3D 프린터와 오류제거모듈의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 촬영모듈은 상기 출력물의 3D 영상을 촬영하는 복수의 카메라를 포함하고,
    상기 제어단말은 각 장치를 구동하기 위한 프로그램 및 각종 정보를 저장하는 저장부,
    각 장치와 유선 또는 무선 통신 방식으로 신호를 송수신하는 통신부,
    상기 촬영모듈에 마련된 복수의 카메라에서 촬영된 영상을 합성해서 출력물의 3D 영상을 형성하는 영상 합성부 및
    각 장치의 구동 상태와 상기 촬영모듈에서 촬영된 출력물 형상을 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에서,
    상기 제어부는 상기 출력물의 오류 발생시 화면에 오류 발생 사실을 표시하도록 상기 표시부의 구동을 제어하고,
    미리 설정된 관리자의 휴대단말로 오류 발생 사실을 통지하도록 상기 통신부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템.
  6. (a) 제어단말에서 출력물을 설계하고, 상기 출력물의 설계 정보를 생성하는 단계,
    (b) 생성된 설계 정보에 기초해서 3D 프린터를 구동하여 출력물을 출력해서 3D 프린팅하는 단계,
    (c) 촬영모듈에서 상기 출력물을 촬영하는 단계 및
    (d) 상기 제어단말에서 촬영된 영상 정보와 상기 설계 정보를 비교해서 출력물의 오류 발생 여부를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법.
  7. 제6항에서,
    (e) 상기 (d)단계의 검사결과 출력물의 오류가 발생한 상태이면, 오류제거모듈을 구동해서 오류 발생 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법.
  8. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 (c)단계에서 촬영모듈은 상기 출력물을 중심으로 이격 설치되는 복수의 카메라를 이용해서 상기 출력물의 3D 영상을 촬영하고,
    상기 (d)단계에서 제어단말의 영상 합성부는 상기 복수의 카메라에서 촬영된 영상을 합성해서 출력물의 3D 영상을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법.
  9. 제8항에서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 제어단말의 비교부를 이용해서 상기 촬영모듈에서 촬영된 영상 정보와 설계 정보를 비교하는 단계,
    (d2) 제어부에서 상기 비교부의 비교 결과에 기초해서 오류 발생 여부를 판단하는 단계 및
    (d3) 상기 출력물의 오류 발생시 표시부에서 화면에 오류 발생 사실을 표시하고, 통신부를 통해 미리 설정된 관리자의 휴대단말로 오류 발생 사실을 통지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법.
  10. 제7항에서, 상기 (e)단계는
    (e1) 상기 제어단말의 오류정보 생성부는 상기 비교부의 비교결과에 기초해서 오류 부분의 형상 정보를 생성하는 단계,
    (e2) 상기 출력물의 전체 부피에서 오류 부분의 비율을 계산하는 단계,
    (e3) 계산된 비율이 미리 설정된 한계치 이상이면 상기 출력물 전체를 제거하고 3D 프린팅 작업을 재시작하는 단계 및
    (e4) 계산된 비율이 미리 설정된 한계치 미만이면 상기 오류 부분만을 제거하고 나머지 부분을 출력하여 3D 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 시스템의 오류 검사 및 제어방법.
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