WO2022255717A1

WO2022255717A1 - 금속 3d 프린팅의 출력 안정화를 위한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법 및 시스템

Info

Publication number: WO2022255717A1
Application number: PCT/KR2022/007388
Authority: WO
Inventors: 신화선; 전성환; 이혜인; 신재호; 박성훈
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2022-12-08
Also published as: KR102396959B1

Abstract

금속 3D 프린팅의 출력 안정화를 위한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법은, 모델 출력 방향 결정 시스템이, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산하는 형태 특성 파라미터 도출 단계; 모델 출력 방향 결정 시스템이, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하는 열 데이터 변화량 수집 단계; 모델 출력 방향 결정 시스템이, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하는 열 데이터 변화량 분석 단계; 및 모델 출력 방향 결정 시스템이, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 출력 방향 결정 단계;를 포함한다. 이에 의해, 출력 방향에 따라 변화되는 잔류 열량을 시뮬레이션을 통해 측정하여 모델의 열 빠짐 특성을 분석한 후 출력 안정화에 적합한 출력 방향들을 도출하여, 공정 작업자에게 출력 방향을 제안함으로써, 금속 3D 프린팅의 출력 안정화에 기여할 수 있다.

Description

금속 3D 프린팅의 출력 안정화를 위한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법 및 시스템

본 발명은 금속 3D 프린팅의 출력 안정화를 위한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력 중 모델의 적층면(Layer)의 열 빠짐 특성을 시뮬레이션을 통해 예측함으로써 최적의 열 빠짐 특성을 나타내는 출력 방향을 분석하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법 및 시스템에 관한 것이다.

3D 프린팅 출력 소프트웨어의 단계별 사용 순서는 ‘모델 입력→출력 방향 조정→서포트 생성→슬라이싱→공구경로 생성→실제 출력’이다.

이때, ‘모델을 어떤 출력 방향으로 조정하느냐’에 따라 이어지는 단계의 모든 요소(서포트의 위치 및 부피, 슬라이싱 단면, 공구 경로)가 변경되어 출력 품질에까지 직접적인 영향을 끼친다.

도 1은 모델 방향에 따라 변경되어 생성되는 서포트가 예시된 도면이고, 도 2는, 모델 방향에 따른 열 빠짐 문제 영역이 발생되는 모습이 예시된 도면이다.

금속 프린팅의 경우, 공구 경로에 따라 도포된 금속 분말을 레이저가 고속으로 이동하며 600~1600도의 열을 발생시켜 금속 분말을 용융시키는데, 레이저의 이동에 따라 발생한 고온의 열은 금속분말을 용융시킨 후, 모델의 주변부나 서포트를 통해 열 배출이 되어야만 한다. 이때, 열 빠짐이 안될 경우, 출력물의 결함을 발생시켜 출력 실패로 이어진다.

도 1c의 빨간 테두리 영역과 같은 부분은 모델의 다른 영역과 달리 수평적으로도 열이 빠질 수 있는 영역이 부족하고, 서포트를 통해 베드(bed)까지 열이 전달되어야 하는 거리가 멀어 열 빠짐이 더딜 수 밖에 없다. 이런 경우, 도 2a에 예시된 바와 같이 열 빠짐 문제로 인해 출력이 실패할 수 있다.

종래에는 공정 작업자의 노하우 및 모델의 형태적인 특성(높이, 너비, 무게 중심 등)에 근거하여 열 빠짐이 잘 될 수 있는 출력 방향을 결정하였으나, 이런 방식은 적절한 출력 방향을 찾는 데 시간, 재료, 인력 등의 비용이 지속적으로 발생하며, 직원이 교체될 경우 경험이 없는 공정 작업자가 동일한 금속 적층제조 출력물을 만들어 내기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 출력 방향에 따라 변화되는 잔류 열량을 시뮬레이션을 통해 측정하여 모델의 열 빠짐 특성을 분석한 후 출력 안정화에 적합한 출력 방향들을 도출하여, 공정 작업자에게 출력 방향을 제안하는 금속 3D 프린팅의 출력 안정화를 위한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 공정 작업자에게 공정 안정화에 적합한 출력 방향 결정에 대한 판단 근거를 제시하여 공정 작업자들의 숙련도에 관계없이 열 빠짐 특성이 고려한 출력 방향을 결정할 수 있도록 하는 금속 3D 프린팅의 출력 안정화를 위한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법은, 모델 출력 방향 결정 시스템이, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산하는 형태 특성 파라미터 도출 단계; 모델 출력 방향 결정 시스템이, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하는 열 데이터 변화량 수집 단계; 모델 출력 방향 결정 시스템이, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하는 열 데이터 변화량 분석 단계; 및 모델 출력 방향 결정 시스템이, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 출력 방향 결정 단계;를 포함한다.

그리고 형태 특성 파라미터 도출 단계는, 변화하는 출력 방향에 따라 각 출력 방향에 대한 모델의 서포트 영역 크기, 외곽 박스 부피, 높이, 무게 중심이 포함된 형태 특성 데이터를 계산할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법은, 사용자의 입력에 따라, 모델 출력 방향 결정 시스템이, X축, Y축 및 Z축 중 적어도 하나의 회전축을 분석할 기준 회전축으로 설정하고, 분석 대상이 되는 출력 방향 각도 범위와 단위 각도를 설정하는 초기 사용자 설정 단계;를 더 포함할 수 있다.

그리고 초기 사용자 설정 단계는, 설정된 기준 회전축의 개수와 각도의 범위, 단위 각도의 크기에 따라 열 빠짐 현상 분석을 위한 계산량이 결정될 수 있다.

또한, 열 데이터 변화량 수집 단계는, 출력 방향이 변화하여 모델의 외곽 박스의 형태가 변경되면, 변경된 외곽 박스의 하단 면적을 일정 간격으로 분할한 후, 분할된 영역을 열 배출을 담당할 수 있는 영역으로 설정하는 단계; 분할된 영역의 중심점을 열 빠짐 현상 분석을 위한 임시 서포트의 생성 위치로 설정하고, 설정된 생성 위치에 임시 서포트를 생성하는 단계; 및 출력 모델의 열 데이터 시뮬레이션 결과를 수집하는 단계;를 포함할 수 있다.

그리고 출력 모델의 열 데이터 시뮬레이션 결과를 수집하는 단계는, 각각의 임시 서포트가 담당하고 있는 열 배출 담당 영역 내의 층별 열 데이터를 도출하는 단계; 모델과 임시 서포트 영역을 분리하는 단계; 및 영역 내 최대 잔류 열 데이터 값 및 최소 잔류 열 데이터 값을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 열 데이터 변화량 분석 단계는, 각각의 열 배출 담당 영역 내에서 계산된 최대 잔류 열 데이터 및 최소 잔류 열 데이터를 기반으로 선형 열 배출 그래프를 생성하는 단계; 생성된 선형 열 배출 그래프를 기준으로 각각의 열 배출 범위별 특이점들을 도출하는 단계; 도출된 특이점들과 선형 열 배출 그래프 간의 차를 계산하는 단계; 및 출력 방향별로 계산된 차들의 정규화 및 합산를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

그리고 열 데이터 변화량 분석 단계는, 각 출력 방향별로 정규화 및 합산가 수행된 결과들을 비교하여 값이 다른 출력 방향보다 상대적으로 작은 출력 방향을 상대적으로 열 빠짐 특성이 좋은 출력 방향으로 판단할 수 있다.

또한, 열 데이터 변화량 분석 단계는, 출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터 도출 시, 사용자에 의해 입력된 가중치가 적용되며, 출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터의 결과 값(Value)은, ThermalData가 열 변화량 분석 데이터이고, ModelFeatureData가 모델 형태 특성 데이터이며, SupportArea가 서포트 영역 크기이고, OutBoxVolume이 모델 외곽 박스 부피이며, ModelHeight가 모델 높이이고, CenterOfGravity가 모델의 무게 중심이며, α, β, γ, δ, w, θ가 각각의 형태 특성에 부여되는 가중치이고, 최종 가중치(Wresult)가 제1 가중치(W1)와 제2 가중치(W2)의 합이며, 제1 가중치(W1)가 하기의 수식 1에 따라 정의되고, 제2 가중치(W2)가 하기의 수식 2에 따라 정의되며, ModelFeatureData가 하기 수식 3에 의해 정의되는 경우, 하기 수식 4에 의해 산출될 수 있다.

(수식 1)

(수식 2)

(수식 3) ModelFeatureData = αSupportArea + βOutBoxVolume + γModelHeight + δCenterOfGravity

(수식 4)

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 시스템은, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산하고, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하며, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하고, 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 프로세서; 및 출력 방향에 대한 추천 결과가 화면에 출력되는 화면 출력부;를 포함한다.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 모델 출력 방향 결정 시스템이, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산하는 형태 특성 파라미터 도출 단계; 모델 출력 방향 결정 시스템이, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하는 열 데이터 변화량 수집 단계; 모델 출력 방향 결정 시스템이, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하는 열 데이터 변화량 분석 단계; 및 모델 출력 방향 결정 시스템이, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 출력 방향 결정 단계;를 포함하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법은, 모델 출력 방향 결정 시스템이, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하는 열 데이터 변화량 수집 단계; 모델 출력 방향 결정 시스템이, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하는 열 데이터 변화량 분석 단계; 및 모델 출력 방향 결정 시스템이, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 출력 방향 결정 단계;를 포함한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 출력 방향에 따라 변화되는 잔류 열량을 시뮬레이션을 통해 측정하여 모델의 열 빠짐 특성을 분석한 후 출력 안정화에 적합한 출력 방향들을 도출하여, 공정 작업자에게 출력 방향을 제안함으로써, 금속 3D 프린팅의 출력 안정화에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 출력 방향 결정에 대한 공정 작업자 개인의 숙련도에 의존도와 공정 안정화에 최적화된 출력 방향을 공정 작업자들이 선택함으로써 출력 실패율을 낮추어 적층 제조 비용을 절감시킬 수 있다.

도 1은, 모델 방향에 따라 변경되어 생성되는 서포트가 예시된 도면,

도 2는, 모델 방향에 따른 열 빠짐 문제 영역이 발생되는 모습이 예시된 도면,

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법의 설명에 제공된 도면,

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 데이터 변화량 수집 단계의 더욱 상세한 설명에 제공된 도면,

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 배출 담당 영역 설정의 설명에 제공된 도면,

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 데이터 변화량 분석 단계의 더욱 상세한 설명에 제공된 도면,

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 열 배출 그래프가 예시된 도면,

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터 도출 시 적용되는 가중치의 설명에 제공된 도면,

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 시스템의 설명에 제공된 도면, 그리고

도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 화면 출력부에 출력되는 화면이 예시된 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법의 설명에 제공된 도면이다.

본 실시예에 따른 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법은, 출력 방향에 따라 변화되는 잔류 열량을 시뮬레이션을 통해 측정하여 모델의 열 빠짐 특성을 분석한 후 출력 안정화에 적합한 출력 방향들을 도출하여, 공정 작업자에게 출력 방향 및 출력 방향 결정에 대한 판단 근거를 제시하기 위해 마련된다.

도 3을 참조하면, 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법은, 초기 사용자 설정 단계, 형태 특성 파라미터 도출 단계, 열 데이터 변화량 수집 단계, 열 데이터 변화량 분석 단계 및 출력 방향 결정 단계를 포함할 수 있다.

초기 사용자 설정 단계에서는, 사용자의 입력에 따라, X축, Y축 및 Z축 중 적어도 하나의 회전축을 분석할 기준 회전축으로 설정하고(S310), 분석 대상이 되는 출력 방향 각도 범위와 단위 각도를 설정할 수 있다(S320).

또한, 초기 사용자 설정 단계에서는, 형태 특성 파라미터에 대하여 사용자가 정한 가중치가 입력될 수 있으며, 설정된 기준 회전축의 개수와 각도의 범위, 단위 각도의 크기에 따라 열 빠짐 현상 분석을 위한 계산량이 결정될 수 있다.

그리고 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법은, 초기 사용자 설정 단계가 완료되면, 분석 각도 범위를 초과하지 않는 경우에(S330-No), 형태 특성 파라미터 도출 단계를 수행할 수 있다.

형태 특성 파라미터 도출 단계에서는, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산할 수 있다(S340).

구체적으로, 출력 방향 결정에 있어 형태 특성 또한 출력 목적에 따라 중요한 요인이 되기 때문에, 형태 특성 파라미터 도출 단계에서는, 변화하는 출력 방향에 따라 각 출력 방향에 대한 모델의 서포트 영역 크기, 외곽 박스 부피, 높이, 무게 중심이 포함된 형태 특성 데이터를 계산할 수 있다.

예를 들면, 형태 특성 파라미터 도출 단계에서는, 각 출력 방향에 대한 모델의 대표적인 형태 특성인 서포트 영역 크기, 모델의 외곽 박스 부피, 모델 높이, 무게 중심 등을 계산한 후. 사용자가 입력한 가중치에 따라 추후 출력 방향을 위한 최종 결과 도출 시 적용할 수 있다.

열 데이터 변화량 수집 단계에서는, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집할 수 있다(S350). 열 데이터 변화량 수집 단계에 대한 더욱 상세한 설명은 도 4 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.

열 데이터 변화량 분석 단계에서는, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 열 빠짐 특성의 분석 결과를 기반으로 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산할 수 있다(S360). 열 데이터 변화량 분석 단계에 대한 더욱 상세한 설명은 도 6 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

출력 방향 결정 단계에서는, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천할 수 있다(S370).

예를 들면, 출력 방향 결정 단계에서는, 이전 단계에서 도출된 열 데이터 변화량 분석 결과와 사용자 입력에 의한 가중치를 적용한 모델 형태 특성 데이터를 바탕으로 보다 출력 안정성이 확보된 출력 방향을 도출할 수 있으며, 최종적으로 5~10개의 출력방향을 목록으로 만들어 공정 작업자에게 제안할 수 있다.

이때, 공정 작업자는 제안된 출력 방향을 사용자 조작을 통해 확인하고, 출력 방향을 최종적으로 결정할 수 있다.

이를 통해, 공정 작업자들의 숙련도에 관계없이 열 빠짐 특성이 고려한 출력 방향을 결정하도록 함으로써, 출력 실패율을 낮추어 적층 제조 비용을 절감시킬 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 데이터 변화량 수집 단계의 더욱 상세한 설명에 제공된 도면이고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 배출 담당 영역 설정의 설명에 제공된 도면이다.

도 4를 참조하면, 열 데이터 변화량 수집 단계에서는, 출력 방향이 변화하여 모델의 외곽 박스의 형태가 변경되면, 도 5에 예시된 바와 같이 변경된 외곽 박스의 하단 면적을 일정 간격으로 분할한 후, 분할된 영역을 열 배출을 담당하는 영역(열 배출 범위)으로 설정하고(S410), 분할된 영역의 중심점을 열 빠짐 현상 분석을 위한 임시 서포트의 생성 위치로 설정하고, 설정된 생성 위치에 임시 서포트를 생성한 다음(S420), 열 데이터를 수집할 열 배출 범위가 존재하면(S430-Yes), 출력 모델의 열 데이터 시뮬레이션 결과를 수집할 수 있다.

구체적으로, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 외곽 박스의 형태가 변화하기 때문에, 열 데이터 변화량 수집 단계에서는, 출력 방향이 변화하여 모델의 외곽 박스의 형태가 변경되면, 변경된 모델의 외곽 박스의 하단 면적을 일정 간격으로 분할한 후, 분할된 영역의 중심점을 서포트 생성 위치로 설정할 수 있다.

그리고 열 데이터 변화량 수집 단계에서는, 분할된 영역이 중심에 위치한 서포트가 출력 모델로부터 열 배출을 담당하는 열 배출 담당 영역으로 설정되면, 실제 출력용 서포트가 아닌 열 빠짐 현상 분석을 위한 임시 서포트를 생성한 후, 출력 모델의 열 데이터 시뮬레이션 결과를 수집할 수 있다.

구체적으로, 열 데이터 변화량 수집 단계에서는, 출력 모델의 열 데이터 시뮬레이션 결과를 수집 시, 각각의 임시 서포트가 담당하고 있는 열 배출 담당 영역 내의 층별 열 데이터를 도출하고(S440), 모델과 임시 서포트 영역을 분리한 다음(S450), 영역 내 최대 잔류 열 데이터 값 및 최소 잔류 열 데이터 값을 계산할 수 있다(S460).

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 데이터 변화량 분석 단계의 더욱 상세한 설명에 제공된 도면이고, 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 열 배출 그래프가 예시된 도면이다.

도 6을 참조하면, 열 데이터 변화량 분석 단계에서는, 열 데이터를 수집할 열 배출 범위가 존재하면(S610-Yes), 각각의 열 배출 담당 영역 내에서 계산된 최대 잔류 열 데이터 및 최소 잔류 열 데이터를 기반으로 도 7에 예시된 바와 같이 선형 열 배출 그래프를 생성하고(S620), 생성된 선형 열 배출 그래프를 기준으로 각각의 열 배출 범위별 특이점들을 도출할 수 있다(S630).

그리고 열 데이터 변화량 분석 단계에서는, 각각의 열 배출 범위별 특이점들이 도출되면, 도출된 특이점들과 선형 열 배출 그래프 간의 차를 계산하고(S640), 출력 방향별로 계산된 차들의 정규화 및 합산를 수행할 수 있다(S650).

즉, 열 데이터 변화량 분석 단계에서는, 출력 방향별로 계산된 차들을 정규화하고, 정규화된 합의 값을 비교할 수 있으며(S660), 이때, 각 출력 방향별로 정규화 및 합산가 수행된 결과들을 비교하여 값이 다른 출력 방향보다 상대적으로 작은 출력 방향을 상대적으로 열 빠짐 특성이 좋은 출력 방향으로 판단할 수 있다.

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터 도출 시 적용되는 가중치의 설명에 제공된 도면이다.

초기 사용자 설정 단계에서 사용자의 입력에 따라 형태 특성 파라미터에 대한 가중치가 결정되면, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터 도출 시, 결정된 가중치가 적용될 수 있다.

구체적으로, 출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터의 결과 값(Value)은, α, β, γ, δ, w, θ가 각각의 형태 특성에 부여되는 가중치이고, 최종 가중치(Wresult)가 제1 가중치(W1)와 제2 가중치(W2)의 합이며, 제1 가중치(W1)가 하기의 수식 1에 따라 정의되고, 제2 가중치(W2)가 하기의 수식 2에 따라 정의되며, ModelFeatureData가 하기 수식 3에 의해 정의되는 경우, 하기 수식 4에 의해 산출될 수 있다.

(수식 1)

(수식 2)

(수식 4)

이때, ThermalData가 열 변화량 분석 데이터이고, ModelFeatureData가 모델 형태 특성 데이터이며, SupportArea가 서포트 영역 크기이고, OutBoxVolume이 모델 외곽 박스 부피이며, ModelHeight가 모델 높이이고, CenterOfGravity가 모델의 무게 중심을 의미한다.

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 시스템의 설명에 제공된 도면이고, 도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 화면 출력부에 출력되는 화면이 예시된 도면이다.

본 실시예에 따른 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 시스템은, 도 3 내지 도 8을 참조하여 전술한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법이 실행되도록 할 수 있다.

도 9를 참조하면, 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 시스템은, 통신부(110), 입력부(120), 프로세서(130), 출력부(140) 및 저장부(150)를 포함한다.

통신부(110)는 3D 프린터를 포함한 외부 기기들과 통신하고 네트워크를 통해 서버, 클라우드 등에 접속하기 위한 수단으로, 3D 프린팅에 필요한 데이터를 전송/수신/업로드/다운로드 할 수 있다.

입력부(120)는, 분석할 기준 회전 축(X, Y, Z축)의 개수, 분석 대상이 되는 출력 방향 각도 범위와 단위 각도의 크기 등을 입력 받기 위한 수단이다. 또한, 입력부(120)는 3D 프린터의 장비 설정을 위한 파라미터 등을 입력받을 수 있다.

저장부(150)는 프로세서(130)가 정상적으로 동작하는데 있어 필요한 저장공간을 제공하는 저장매체이다.

프로세서(130)는 도 3 내지 도 8을 참조하여 전술한 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법을 수행할 수 있다.

구체적으로, 프로세서(130)는, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성을 계산하고, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하며, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하고, 열 빠짐 특성의 분석 결과를 기반으로 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하여, 화면 출력부(140)를 통해, 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천할 수 있다.

화면 출력부(140)는, 프로세서(130)에 의해 생성/처리 되는 정보들이 화면에 출력하는 디스플레이이다. 구체적으로, 화면 출력부(140)는, 출력 방향에 대한 추천 결과가 화면에 출력되도록 할 수 있다.

도 10을 참조하면, 화면 출력부(140)는, 회전축 선택 영역(141), 형상 파라미터 출력 영역(142) 및 열 데이터 출력 영역(143)을 포함할 수 있다.

회전축 선택 영역(141)은, 형상 파라미터, 열 데이터 변화량 계산 시 이용되는 기준 회전축에 대하여 사용자가 입력하는 데이터가 출력되는 영역이다.

형상 파라미터 출력 영역(142)은, 사용자의 입력에 의해 정의(설정)되는 분석 각도 범위, 서포트 밀도, 형상 파라미터의 우선 순위 등이 출력되는 영역이다.

열 데이터 출력 영역(143)은, 이상적인 선형 열 확산 그래프 대비 열 변화 오차율이 계산된 결과가 출력되는 영역이다.

이를 통해, 사용자는, 형상 파라미터 출력 영역(142) 및 열 데이터 출력 영역(143)에 출력된 결과를 기반으로, 최적화된 출력 방향을 선택할 수 있다.

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

모델 출력 방향 결정 시스템이, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산하는 형태 특성 파라미터 도출 단계;

모델 출력 방향 결정 시스템이, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하는 열 데이터 변화량 수집 단계;

모델 출력 방향 결정 시스템이, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하는 열 데이터 변화량 분석 단계; 및

모델 출력 방향 결정 시스템이, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 출력 방향 결정 단계;를 포함하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 1에 있어서,

형태 특성 파라미터 도출 단계는,

변화하는 출력 방향에 따라 각 출력 방향에 대한 모델의 서포트 영역 크기, 외곽 박스 부피, 높이, 무게 중심이 포함된 형태 특성 데이터를 계산하는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 1에 있어서,

사용자의 입력에 따라, 모델 출력 방향 결정 시스템이, X축, Y축 및 Z축 중 적어도 하나의 회전축을 분석할 기준 회전축으로 설정하고, 분석 대상이 되는 출력 방향 각도 범위와 단위 각도를 설정하는 초기 사용자 설정 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 3에 있어서,

초기 사용자 설정 단계는,

설정된 기준 회전축의 개수와 각도의 범위, 단위 각도의 크기에 따라 열 빠짐 현상 분석을 위한 계산량이 결정되는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 1에 있어서,

열 데이터 변화량 수집 단계는,

출력 방향이 변화하여 모델의 외곽 박스의 형태가 변경되면, 변경된 외곽 박스의 하단 면적을 일정 간격으로 분할한 후, 분할된 영역을 열 배출을 담당하는 영역으로 설정하는 단계;

분할된 영역의 중심점을 열 빠짐 현상 분석을 위한 임시 서포트의 생성 위치로 설정하고, 설정된 생성 위치에 임시 서포트를 생성하는 단계; 및

출력 모델의 열 데이터 시뮬레이션 결과를 수집하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 5에 있어서,

출력 모델의 열 데이터 시뮬레이션 결과를 수집하는 단계는,

각각의 임시 서포트가 담당하고 있는 열 배출 담당 영역 내의 층별 열 데이터를 도출하는 단계;

모델과 임시 서포트 영역을 분리하는 단계; 및

영역 내 최대 잔류 열 데이터 값 및 최소 잔류 열 데이터 값을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 6에 있어서,

열 데이터 변화량 분석 단계는,

각각의 열 배출 담당 영역 내에서 계산된 최대 잔류 열 데이터 및 최소 잔류 열 데이터를 기반으로 선형 열 배출 그래프를 생성하는 단계;

생성된 선형 열 배출 그래프를 기준으로 각각의 열 배출 범위별 특이점들을 도출하는 단계;

도출된 특이점들과 선형 열 배출 그래프 간의 차를 계산하는 단계; 및

출력 방향별로 계산된 차들의 정규화 및 합산를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 7에 있어서,

열 데이터 변화량 분석 단계는,

각 출력 방향별로 정규화 및 합산가 수행된 결과들을 비교하여 값이 다른 출력 방향보다 상대적으로 작은 출력 방향을 상대적으로 열 빠짐 특성이 좋은 출력 방향으로 판단하는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.
청구항 8에 있어서,

열 데이터 변화량 분석 단계는,

출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터 도출 시, 사용자에 의해 입력된 가중치가 적용되며,

출력 방향 결정을 위한 최종 분석 데이터의 결과 값(Value)은,

ThermalData가 열 변화량 분석 데이터이고, ModelFeatureData가 모델 형태 특성 데이터이며, SupportArea가 서포트 영역 크기이고, OutBoxVolume이 모델 외곽 박스 부피이며, ModelHeight가 모델 높이이고, CenterOfGravity가 모델의 무게 중심이며, α, β, γ, δ, w, θ가 각각의 형태 특성에 부여되는 가중치이고, 최종 가중치(Wresult)가 제1 가중치(W1)와 제2 가중치(W2)의 합이며, 제1 가중치(W1)가 하기의 수식 1에 따라 정의되고, 제2 가중치(W2)가 하기의 수식 2에 따라 정의되며, ModelFeatureData가 하기 수식 3에 의해 정의되는 경우, 하기 수식 4에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.

(수식 1)

(수식 2)

(수식 3) ModelFeatureData = αSupportArea + βOutBoxVolume + γModelHeight + δCenterOfGravity

(수식 4)
금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산하고, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하며, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하고, 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 프로세서; 및

출력 방향에 대한 추천 결과가 화면에 출력되는 화면 출력부;를 포함하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 시스템.
모델 출력 방향 결정 시스템이, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 변화하는 모델의 출력 방향에 따라 모델의 형태 특성 데이터를 계산하는 형태 특성 파라미터 도출 단계;

모델 출력 방향 결정 시스템이, 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하는 열 데이터 변화량 수집 단계;

모델 출력 방향 결정 시스템이, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하는 열 데이터 변화량 분석 단계; 및

모델 출력 방향 결정 시스템이, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 출력 방향 결정 단계;를 포함하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
모델 출력 방향 결정 시스템이, 금속 3D 프린팅의 출력 과정에서 출력 방향이 변화할 때마다 모델의 잔류 열 데이터에 대한 시뮬레이션 결과를 수집하는 열 데이터 변화량 수집 단계;

모델 출력 방향 결정 시스템이, 수집된 시뮬레이션 결과를 기반으로 모델 내의 열 빠짐 특성을 분석하여, 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산하는 열 데이터 변화량 분석 단계; 및

모델 출력 방향 결정 시스템이, 열 데이터 변화량 분석 단계에서 각각의 출력 방향에 대한 열 빠짐 현상 후 열 평탄도를 계산한 결과를 기반으로 모델 내 잔류하고 있는 열 평탄도가 가장 좋은 순서대로 출력 방향을 추천하는 출력 방향 결정 단계;를 포함하는 열 빠짐 특성 분석 기반 모델 출력 방향 결정 방법.