WO2020218723A1

WO2020218723A1 - 양자화 오류 문제를 해결하기 위한 3d 프린팅 슬라이싱 방법

Info

Publication number: WO2020218723A1
Application number: PCT/KR2020/002413
Authority: WO
Inventors: 신화선; 이혜인; 전성환; 장지민; 박성훈
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2020-10-29
Also published as: KR102035454B1; US20220055307A1

Abstract

양자화 오류 문제를 해결하기 위한 3D 프린팅 슬라이싱 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 모델 슬라이싱 방법은, 3D 프린팅할 3D 모델의 데이터를 입력받아, 입력된 3D 모델의 높이를 계산하고, 계산 결과를 기초로 3D 모델의 높이를 수정하여, 수정된 3D 모델을 슬라이싱한다. 이에 의해, 3D 프린터의 적층 두께를 변경하지 않고서도 슬라이싱 양자화 오류 문제를 간편하고 확실하게 해결할 수 있게 된다.

Description

양자화 오류 문제를 해결하기 위한 3D 프린팅 슬라이싱 방법

본 발명은 3D 프린팅 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린팅 과정에서 발생할 수 있는 슬라이싱 양자화 오류 문제를 해결하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

3D 프린팅은 3D 모델을 다수의 레이어들로 슬라이싱한 후에 슬라이싱된 레이어들을 적층하는 과정으로 수행된다. 이때, 3D 프린팅하고자 하는 3D 모델의 높이가 적층 두께(layer thickness)의 정수배가 아닌 경우 치수 오차가 발생할 수 있다.

이는 슬라이싱 양자화 오류라 불리우며, 일 예로, 적층 두께를 "2"로 가정하는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 높이가 "7"인 3D 모델이 그 보다 작은 "6"으로 3D 프린팅 되는 것이다. 다른 예로, 적층 두께를 "4"로 가정하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 높이가 "7"인 3D 모델이 그 보다 높은 "8"로 3D 프린팅될 수도 있다.

이를 해결하기 위해, 3D 프린팅 시에 3D 모델의 높이를 미리 인지하여 적층 두께를 조절하거나 가변 슬라이싱(Adaptive slicing)으로 처리하여 주는 방법이 있다.

하지만, 3D 모델 높이를 미리 인지하는 방법은, 높이가 정확히 나누어 떨어지지 않아 소수점 단위의 작은 수치가 남아 있을 수 있어, 양자화 오류의 궁극적이 해결책이 될 수 없다.

또한, 가변 슬라이싱 방법은 3D 프린터 제어를 필요로 하는데, 이 것이 불가능하거나 어려운 경우에는 양자화 오류 문제 해결을 위한 해결책으로 적정하지 못하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 3D 프린터의 적층 두께를 변경하지 않고서도 슬라이싱 양자화 오류 문제를 해결하기 위한 방안으로, 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 되도록 베이스 서포트를 부가한 후에 슬라이싱을 수행하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 모델 슬라이싱 방법은, 3D 프린팅할 3D 모델의 데이터를 입력받는 단계; 입력된 3D 모델의 높이를 계산하는 단계; 계산 결과를 기초로, 3D 모델의 높이를 수정하는 단계; 및 수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 단계;를 포함한다.

수정 단계는, 3D 프린팅에서 적층 두께를 기초로, 계산된 3D 모델의 높이를 수정할 수 있다.

수정 단계는, 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 되도록, 3D 모델의 높이를 수정할 수 있다.

수정 단계는, 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 아닌 경우, 3D 모델의 높이를 수정할 수 있다.

수정 단계는, 3D 모델에 베이스 서포트를 부가하여, 3D 모델의 높이를 수정할 수 있다.

베이스 서포트는 3D 모델의 하부에 부가될 수 있다.

베이스 서포트의 높이는, 아래의 수학식을 만족하며,

베이스 서포트의 높이 = 적층 두께 * n - 3D 모델의 높이

여기서, n은 우변을 양수가 되게 하는 최소 정수값일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 모델 슬라이싱 방법은, 슬라이싱된 3D 모델을 적층하여, 3D 모델을 3D 프린팅하는 단계; 및 3D 프린팅된 3D 모델에서 베이스 서포트를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

제거 단계는, 베이스 서포트의 높이 정보를 참조하여, 베이스 서포트를 제거할 수 있다. 단, 이 단계는 출력 대상에 따라 선택적으로 수행한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 3D 모델 슬라이싱 시스템은, 3D 프린팅할 3D 모델의 데이터가 제공되는 데이터 제공부; 제공된 3D 모델의 높이를 계산하고, 계산 결과를 기초로 3D 모델의 높이를 수정하며, 수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 프로세서;를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 3D 모델 슬라이싱 방법은, 3D 모델의 높이를 계산하는 단계; 계산된 3D 모델의 높이를 수정하는 단계; 및 수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 단계;를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에는, 3D 모델의 높이를 수정하는 단계; 및 수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법이 실행할 수 있는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 되도록 베이스 서포트를 부가한 후에 슬라이싱을 수행하여, 3D 프린터의 적층 두께를 변경하지 않고서도 슬라이싱 양자화 오류 문제를 간편하고 확실하게 해결할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는, 슬라이싱 양자화 오류를 예시한 도면들,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법의 설명에 제공되는 흐름도,

도 4는, 도 3에 도시된 3D 프린팅 과정을 도식적으로 예시하여 나타낸 도면, 그리고,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 모델 슬라이싱 시스템의 블럭도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에서는 적층 제조를 위해 입력된 3D 모델을 한 층씩 슬라이싱 하는 과정에서 발생하는 슬라이싱 양자화 오류 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 되도록 3D 모델의 하부에 베이스 서포트(Base Support)를 추가하여 수정한 후에 슬라이싱을 수행하는 방법을 제공한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 3D 프린팅할 3D 모델의 데이터가 입력되면(S110), 먼저 입력된 3D 모델의 높이(3D 모델의 Z축 길이)를 계산한다(S120).

다음, S120단계에서 계산된 3D 모델의 높이가 3D 프린터의 적층 두께의 정수배인지 확인한다(S130). S130단계는 3D 모델의 높이를 적층 두께로 나누어 떨어지는지 확인, 즉, 나누었을때 나머지가 0인지 확인하는 방법에 의한다.

3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배로 확인된 경우(S130-Y), S140단계는 수행하지 않고 S150단계를 수행한다.

반면, 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 아닌 것으로 확인된 경우(S130-N), 3D 모델에 베이스 서포트를 부가한다(S140).

S140단계에서 베이스 서포트를 부가하는 것은, 3D 모델의 높이를 수정하기 위함이다. 구체적으로, 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 되도록 하기 위해 베이스 서포트를 추가하는 것이다.

베이스 서포트는 3D 모델의 하부에 부가되는데, 베이스 서포트(HB)의 높이는 다음의 수학식을 만족하는 값으로 결정한다.

베이스 서포트의 높이(HB) = 적층 두께 * n - 3D 모델의 높이(HM)

여기서, n은 우변을 양수가 되게 하는 최소 정수값

일반적으로 3D 프린팅에서는 재료 소모량과 출력 시간을 줄이기 위해 3D 모델의 높이가 가급적 낮은 것이 유리하다. 이에 따라, n은 최소 정수값으로 하는 것이 좋다.

S140단계에 의해 3D 모델의 높이는 3D 프린터의 적층 두께의 정수배로 수정된다. 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 되도록 함에 있어 부족한 높이 만큼 베이스 서포트가 부가되기 때문이다.

S140단계가 수행되어 3D 모델에 베이스 서포트를 부가된 경우와 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배로 확인되어 S140단계가 수행되지 않은 경우 모두, 이후에는 3D 모델에 대한 슬라이싱 과정이 수행된다(S150).

이후, S150단계에서 슬라이싱된 3D 모델을 적층하여, 3D 모델을 3D 프린팅한다(S160). 다음, S160단계에서 3D 프린팅된 3D 모델에서 베이스 서포트를 제거한다(S170).

S170단계에서 제거되는 베이스 서포트는 S140단계에서 3D 모델에 부가된 것이다. 베이스 서포트 제거를 위해, S170단계를 통해 생성된 베이스 서포트의 높이 정보가 참조된다.

한편, S170단계에서는 베이스 서포트 이외의 다른 서포트들도 함께 제거될 수 있음은 물론이다.

그러나, 후처리가 필요 없는 경우 상황에 따라 선택적으로 베이스 서포트를 제거하지 않을 수도 있다.

지금까지 설명한 슬라이싱 양자화 오류 문제를 해결한 3D 프린팅 방법에 대해 이하에서 도 4를 참조하여 부연 설명한다. 도 4는, 도 3에 도시된 3D 프린팅 과정을 도식적으로 예시하여 나타낸 도면이다.

도 4의 [A] 단계는 3D 프린팅할 3D 모델 데이터를 나타낸다. 도시된 바에 따르면 3D 모델의 높이는 "7"이다.

도 4의 [B] 단계는 3D 프린터의 적층 두께가 "2"로 설정되어 있는데, 3D 모델의 높이가 "7"이므로, 3D 모델의 높이를 "7" 보다 큰 "2"의 정수배로 수정하기 위해, 3D 모델의 하부에 높이가 "1"인 베이스 서포트를 생성한 것을 나타내었다.

"7" 보다 큰 "2"의 정수배 중 최소값은 "8"이므로, 베이스 서포트의 높이가 "1"(=2 * 4 - 7)로 결정된 것이다.

도 4의 [C] 단계는 베이스 서포트가 부가된 3D 모델을 적층 두께 "2"로 슬라이싱하는 과정을 나타내었다. 3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배이므로, 슬라이싱 과정에서 3D 모델은 남는 영역이 분할 된다.

도 4의 [D] 단계는 슬라이싱된 3D 모델을 적층하여 3D 프린팅한 결과를 나타내었고, 도 4의 [E] 단계는 후처리 단계로 [B] 단계에서 부가된 베이스 서포트를 절삭하는 과정이 나타나 있다. 단, 이 단계는 출력 대상에 따라 선택적으로 수행한다.

도 4의 [F] 단계는 최종 3D 프린팅 결과물로 도 4의 [A] 단계에 나타난 3D 모델과 동일한 높이를 갖으며, 양자화 오류로 인한 치수 오차가 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 모델 슬라이싱 시스템의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 모델 슬라이싱 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 통신부(210), 출력부(220), 프로세서(230), 입력부(240) 및 저장부(250)를 포함하여 구성되는 컴퓨팅 시스템으로 구현할 수 있다.

통신부(210)는 3D 프린터와 통신 연결하여 3D 프린팅에 필요한 데이터를 전송한다. 입력부(240)는 3D 모델 슬라이싱/프린팅에 필요한 설정/명령을 입력 받기 위한 수단이고, 출력부(220)는 3D 모델 슬라이싱/프린팅과 관련한 화면을 표시하는 디스플레이이다.

프로세서(230)는 전술한 도 3에 제시된 과정에 따라 3D 모델을 슬라이싱하고, 슬라이싱된 3D 모델 데이터를 3D 프린터에 전달하여 3D 프린팅을 수행한다.

저장부(250)는 프로세서(230)가 해당 과정을 수행함에 있어 필요한 저장공간을 제공한다. 한편, 3D 모델 데이터는 통신부(210)와 저장부(250)를 통해 프로세서(230)에 제공될 수 있다.

지금까지, 양자화 오류 문제를 해결하기 위한 3D 프린팅 슬라이싱 방법 및 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

3D 프린팅할 3D 모델의 데이터를 입력받는 단계;

입력된 3D 모델의 높이를 계산하는 단계;

계산 결과를 기초로, 3D 모델의 높이를 수정하는 단계; 및

수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 1에 있어서,

수정 단계는,

3D 프린팅에서 적층 두께를 기초로, 계산된 3D 모델의 높이를 수정하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 2에 있어서,

수정 단계는,

3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 되도록, 3D 모델의 높이를 수정하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 3에 있어서,

수정 단계는,

3D 모델의 높이가 적층 두께의 정수배가 아닌 경우, 3D 모델의 높이를 수정하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 3에 있어서,

수정 단계는,

3D 모델에 베이스 서포트를 부가하여, 3D 모델의 높이를 수정하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 5에 있어서,

베이스 서포트는

3D 모델의 하부에 부가되는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 5에 있어서,

베이스 서포트의 높이는,

아래의 수학식을 만족하며,

베이스 서포트의 높이 = 적층 두께 * n - 3D 모델의 높이

여기서, n은 우변을 양수가 되게 하는 최소 정수값인 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 5에 있어서,

슬라이싱된 3D 모델을 적층하여, 3D 모델을 3D 프린팅하는 단계; 및

3D 프린팅된 3D 모델에서 베이스 서포트를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
청구항 8에 있어서,

제거 단계는,

베이스 서포트의 높이 정보를 참조하여, 베이스 서포트를 제거하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
3D 프린팅할 3D 모델의 데이터가 제공되는 데이터 제공부;

제공된 3D 모델의 높이를 계산하고, 계산 결과를 기초로 3D 모델의 높이를 수정하며, 수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 시스템.
3D 모델의 높이를 계산하는 단계;

계산된 3D 모델의 높이를 수정하는 단계; 및

수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법.
3D 모델의 높이를 수정하는 단계; 및

수정된 3D 모델을 슬라이싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델 슬라이싱 방법이 실행할 수 있는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.