WO2023033490A1 - 3ｄ 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치 - Google Patents

3ｄ 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치 Download PDF

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WO2023033490A1
WO2023033490A1 PCT/KR2022/012909 KR2022012909W WO2023033490A1 WO 2023033490 A1 WO2023033490 A1 WO 2023033490A1 KR 2022012909 W KR2022012909 W KR 2022012909W WO 2023033490 A1 WO2023033490 A1 WO 2023033490A1
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support
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line
printing
coverage
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PCT/KR2022/012909
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Inventor
김명각
정관영
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(주)메타몰프
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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
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating a 3D printing support, and more particularly, to a method and apparatus for positioning a 3D printing support.
  • 3D printing refers to a technology that creates three-dimensional objects by injecting various raw materials based on three-dimensional design data. 3D printing, which is called the third industrial revolution, is expected to bring industrial innovation close to a revolution by changing the technological paradigm in many fields, including manufacturing.
  • Methods for making three-dimensional objects include additive manufacturing (AM), which manufactures three-dimensional objects by stacking specific solid materials layer by layer, and subtractive manufacturing, which cuts or shaves three-dimensional objects through mechanical processing. Manufacturing) is divided into manufacturing methods.
  • the cutting manufacturing method is commonly referred to as a 4-axis or 5-axis machine, and it has already been commercialized and is widely used in industrial settings, so the technology mainly used in 3D printers refers to the additive manufacturing method.
  • Additive manufacturing is classified according to the method of operation or material.
  • the FDM (Fused Deposition Modeling) method is a method that melts plastic material and sprays it from a nozzle to laminate it. It is significantly cheaper than other 3D printers and consumes less material.
  • the SLS (Selective Laser Sintering) method is a method of making a product by spreading powder material thinly on the field and sintering only the selected part with a laser, and has advantages such as high precision and the use of various raw materials.
  • the 3DP (3 Dimension Printing) method is similar to the SLS method, in which the powder material is laid thinly, but is hardened by spraying an adhesive rather than a laser.
  • the LOM (Laminated Object Manufacturing) method using metal materials and photocuring 3D printing are technologies that create three-dimensional objects by injecting various raw materials based on three-dimensional design data.
  • 3D printing which is called the third industrial revolution, is expected to bring industrial innovation close to a revolution by changing the technological paradigm in many fields, including manufacturing.
  • Methods for making three-dimensional objects include additive manufacturing (AM), which manufactures three-dimensional objects by stacking specific solid materials layer by layer, and subtractive manufacturing, which cuts or shaves three-dimensional objects through mechanical processing. Manufacturing) is divided into manufacturing methods.
  • the cutting manufacturing method is commonly referred to as a 4-axis or 5-axis machine, and it has already been commercialized and is widely used in industrial settings, so the technology mainly used in 3D printers refers to the additive manufacturing method.
  • Additive manufacturing is classified according to the method of operation or material.
  • the FDM (Fused Deposition Modeling) method is a method that melts plastic material and sprays it from a nozzle to laminate it. It is significantly cheaper than other 3D printers and consumes less material.
  • the SLS (Selective Laser Sintering) method is a method of making a product by spreading powder material thinly on the field and sintering only the selected part with a laser, and has advantages such as high precision and the use of various raw materials.
  • the 3DP (3 Dimension Printing) method is similar to the SLS method, in which the powder material is laid thinly, but is hardened by spraying an adhesive rather than a laser.
  • LOM Laminated Object Manufacturing
  • DLP Digital Light Processing
  • the 3D printing process of the DLP method consists of the following procedures. 1) Load a 3D model, 2) Slice at specific intervals in the Z direction, 3) Create cross-section image data of the 3D model at each location, 4) Create a pattern using the generated image, and apply UV light to the area where the pattern is created. After curing the resin while irradiating, the cured layers are piled up layer by layer.
  • a 3D printer needs a support to prevent the three-dimensional object from collapsing because it outputs a three-dimensional object in a layered manner. That is, as shown in FIG. 1, when the length of a cantilever shape (cantilever beam) in which only one end is fixed is long and the overhang angle is large, since this shape is easily deformed, deflection due to gravity occurs, and the release force Transformation may occur due to In addition, as shown in FIG.
  • the conventional slicer program fills the overhang area with a specific pattern in the case of an overhang case, and fills the area of the lowest region with a specific pattern in the case of a minimum area case.
  • FIG. 3 (a) shows a drawing in which grid patterns are arranged at specific intervals in an overhang area
  • FIG. 3 (b) shows a drawing in which random patterns are arranged in an overhang area.
  • Both (a) and (b) of FIG. 3 are views of the overhang surface viewed from below.
  • Grid arrangement can support the model more firmly than random pattern arrangement, but there is a possibility that too many supports are created, and the position of the grid pattern is fixed, so the support creation point may vary depending on the location of the model.
  • Figure 4 (a) shows a view in which the pattern is arranged in the lowest area formed in the form of a dot
  • Figure 4 (b) shows a view in which the pattern is arranged in the lowest area formed in the form of a line
  • Figure 4 (c) represents a drawing in which a pattern is arranged in the lowest region formed in the form of a plane.
  • the support is formed in a pattern similar to that of the overhang case (ie, grid pattern or random pattern).
  • a cantilever shape appears on the outer line, which may cause the outer line to collapse.
  • the edge line in the overhang case and the lowest area case may collapse, and in the case of a shape where sharpness is important (eg, a sharp cone shape), there is a possibility that the details of the original shape will collapse during post-processing.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2016-0112093
  • Patent Document 2 Japanese Patent Registration No. 2011-501251
  • the present specification has been devised to solve the above problems, and an object thereof is to provide a 3D printing support positioning method and apparatus for preventing collapse of the edge line in the overhang case and the lowest area case.
  • Another object of the present invention is to provide a 3D printing support positioning method and apparatus for preventing collapse of details of an original shape during post-processing in the case of a shape in which sharpness is important.
  • the overhang angle formed by the Z-axis of the virtual plate and the inclined surface of the output according to the 3D modeling data is predetermined a support-required position search unit for searching for a support-required position by determining whether the value of is greater than the value of and whether the shape is formed in a region separated from the model formed while the output is in progress; a minimum shape classification unit for classifying the lowest shape of the support required position searched by the support required position search unit into a point, line, and plane shape; And for the lowest shape in the form of points and lines, draw a circle based on the points and lines, designate the point where the created circle meets the shape as the position for creating a support, and for the lowest shape in the form of a face, draw the outline of the face A support position designation unit for designating a point at which a circle is drawn as a reference and a point where the generated circle meets the shape and a point at
  • the support location designation unit designates a support creation position for the lowest shape of a line, along the detected line. It is characterized in that the support generation position is designated at a position separated by the diameter of the support support coverage.
  • the overhang angle formed by the Z-axis of the virtual plate and the inclined surface of the output according to the 3D modeling data is predetermined a support-required position search unit for searching for a support-required position by determining whether the value of is greater than the value of and whether the shape is formed in a region separated from the model formed while the output is in progress; a minimum shape classification unit for classifying the lowest shape of the support required position searched by the support required position search unit into a point, line, and plane shape; And for the lowest shape in the form of points and lines, designate the support generation position on the point or line while maintaining a predefined maximum distance, and for the lowest shape in the form of a plane, while maintaining the maximum distance After specifying the position of the support on the outer line, a support position designation unit for designating the position of the support on the inside of the surface maintaining the minimum distance between each support is included.
  • the support location designation unit designates a support creation position for the lowest shape of a line, along the detected line. It is characterized in that the support generation position is designated at a position separated by the diameter of the support support coverage.
  • the support position designation unit designates a corresponding position as a support creation position even if support zone coverage areas overlap each other.
  • a circular area that can be supported by one support is defined as the support coverage
  • the radius of the support coverage is defined as a minimum distance, and is composed of lines connecting the centers of the three support coverage areas, and three
  • the support location designation unit designates the support generation position for the lowest shape of the face shape, along the outline of the face. Specifying the outline support creation position at a distance as much as the diameter of the support coverage, and designating the vertices of the equilateral triangle set that do not overlap with the support coverage of the outline support while overlapping the equilateral triangle set and the face, as the internal support creation position. to be characterized
  • the support position designating unit draws a virtual line from an unspecified virtual vertex to a hypotenuse opposite to the equilateral triangle, and extracts points where the virtual line and the outlines of the support coverage meet. It is characterized in that the midpoint between the extracted points is designated as the internal support creation position.
  • the support location designation unit designates the midpoint between the vertices of the equilateral triangle set that do not overlap with the support coverage of the outline support and the extracted points as the internal support creation position, but does not cover the corresponding area. It is characterized in that the center of gravity of is designated as the internal support creation position.
  • the inclined surface of the output and the virtual plate by 3D modeling data Searching for a position where a support is required by determining whether an overhang angle formed by the Z-axis of is greater than or equal to a predetermined value and whether the shape is formed in a region away from the model formed while output is in progress; Classifying the minimum shape of the searched support required position into a point, line, and plane shape; And for the lowest shape in the form of points and lines, designate the support generation position on the point or line while maintaining a predefined maximum distance, and for the lowest shape in the form of a plane, while maintaining the maximum distance After specifying a support generation position on the outer line, designating a support generation position at a point maintaining a minimum distance between each support zone on the inside of the surface.
  • FIG. 1 is a view showing a case where the overhang angle is large in the form of a long cantilever shape (cantilever) in which only one end is fixed;
  • FIG. 2 is a view showing a shape (lowest region) that begins to be formed in a region far from the model formed as output progresses;
  • FIG. 3 is a view in which a specific pattern is arranged in an overhang area
  • 5 is a diagram for defining a maximum distance
  • FIG. 6 is a diagram for defining a set of equilateral triangles
  • FIG. 7 is a block configuration diagram showing a schematic configuration of the inside of a 3D printing support positioning device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of hardware capable of realizing the functions of a 3D printing support positioning device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view for explaining a method of specifying a support on the lowest line
  • FIG. 10 is a view for explaining a method of specifying a support in the case of a U-shaped path even at the lowest line;
  • 11 is a view for explaining a method of assigning a support to the outer line of the lowest surface
  • FIG. 12 is a view for explaining a method of specifying a support on the inside of the lowest surface
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a method of designating a support position when only two points in a triangle are determined
  • FIG. 14 is a view for explaining a method for specifying supports for points, lines, and planes, and specifying supports for areas that are not covered even after specifying supports when only two points in a triangle are confirmed;
  • 15 is a flowchart illustrating a method for specifying a position of a 3D printing support according to an embodiment of the present invention.
  • first and second used in this specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
  • an area that can be supported by one support is defined as support coverage.
  • the support coverage may vary depending on the shape of the support, the shape of the model, and the type of material.
  • the support base coverage is circular, but is not limited thereto, and may have various shapes including elliptical and polygonal shapes.
  • the radius of the support coverage area is defined as the minimum distance.
  • FIG. 5 it is composed of lines connecting the centers of the three supporter coverage areas 510, 520, and 530, and the three supporter coverage areas 510, 520, and 530 meet at one point.
  • the length of one side of the equilateral triangle 540 is defined as the maximum distance.
  • a collection of equilateral triangles 540 having one side length equal to the maximum distance is defined as an equilateral triangle set 600 .
  • FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the inside of a 3D printing support positioning device according to an embodiment of the present invention.
  • the 3D printing support positioning device may include a support required position search unit 110, a minimum shape classification unit 120, and a support position designation unit 130.
  • the support required position search unit 110 may search for a support required position by determining whether an overhang angle formed between the inclined surface of the printout based on the 3D modeling data and the Z-axis of the virtual plate is equal to or greater than a predetermined value. That is, when the overhang angle is greater than or equal to a predetermined value, the position search unit 110 may determine that the support position is required. For example, when the overhang angle is set based on 45 degrees, the support required position search unit 110 determines that the support position is required when the overhang angle is 45 degrees or more, and the support position required when the overhang angle is within 45 degrees. It can be judged that it is not. Meanwhile, the user may arbitrarily set an area that is determined not to be a position requiring a support as a position requiring a support.
  • the support position search unit 110 may search for a support position by determining whether the shape is formed in a region away from the model formed while the 3D printer is being output.
  • the lowest shape classifying unit 120 classifies the lowest shape of the support required position searched by the support required position search unit 110 into a dot, line, and plane shape.
  • the lowest shape classifying unit 120 classifies the lowest shape of the position where the support is required into a point, line, and plane shape, but is not limited thereto, and in addition to the point, line, and plane shape, the lowest shape can be classified as an inclined shape.
  • the support position designation unit 130 designates a support generation position on a point or line while maintaining a predefined maximum distance for the lowest shape in the form of a point and a line, and for the lowest shape in the form of a plane, the maximum predefined distance. After designating the support creation position on the outer line of the face while maintaining the distance, designate the support creation position at the point where the minimum distance between each support is maintained inside the face.
  • the support position specifying unit 130 may designate the diameter of the support bar coverage area as the distance between points. That is, as shown in FIG. 9 , the support position designation unit 130 may designate a support generation position at a position separated by a diameter of the support zone coverage along a detected line (path) rather than a straight line distance. In this case, as shown in FIG. 10 , when the detected path is a U-shaped path, the support position designation unit 130 may designate the corresponding position as the support creation position even if the support zone coverage areas overlap each other.
  • the support position designation unit 130 is the diameter of the support support along the outline 1110 of the surface 1100 (if a harder support is desired, the diameter of the support support to narrow the distance between the supports)
  • the outline support creation position is designated at a position 1120 separated by a specific magnification (eg, 80% adjustable).
  • the support position designation unit 130 overlaps the equilateral triangle set 600 and the face 1100, and belongs to the inside of the face 1100 and covers the support 1120 of the outline support 1120. -1), vertices 610 of the equilateral triangle set 600 that do not overlap may be designated as internal support creation positions (primary designation).
  • the position of the equilateral triangle set 600 is fixed, it can be translated if necessary, and it is preferable that the location of the internal support is also changed as the position of the equilateral triangle set 600 is changed.
  • the support position designating unit 130 when only two vertices 1310 are determined in an equilateral triangle 1300, is a virtual hypotenuse opposite to the equilateral triangle from an unspecified virtual vertex.
  • a line 1320 of is drawn, points where the imaginary line 1320 and the outlines of the support coverage meet are extracted, and the midpoint 1330 between the extracted points can be designated as the internal support creation position (exception case processing # One).
  • the support position designation unit 130 sets the center of gravity of the region 1400 not covered by the primary designation and exception case processing #1 to the internal support creation position. (Exception case handling #2).
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of hardware capable of realizing the functions of the 3D printing support positioning device according to the embodiment of the present invention.
  • the function of the 3D printing support position designating device can be realized using, for example, hardware resources shown in FIG. 8 . That is, the function of the 3D printing support stand positioning device is realized by controlling the hardware shown in FIG. 8 using a computer program.
  • this hardware mainly has a CPU 202, a ROM (Read Only Memory) 204, a RAM 206, a host bus 208, and a bridge 210.
  • this hardware includes an external bus 212, an interface 214, an input unit 216, an output unit 218, a storage unit 220, a drive 222, a connection port 224, and a communication unit 226 have
  • the CPU 202 functions, for example, as an arithmetic processing unit or control unit, and based on various programs recorded in the ROM 204, RAM 206, storage unit 220, or removable recording medium 228 Controls all or part of the operation of each component.
  • the ROM 204 is an example of a storage device that stores programs read by the CPU 202, data used in calculations, and the like.
  • programs read by the CPU 202 and various parameters that change when the programs are executed are temporarily or permanently stored.
  • a host bus 208 capable of high-speed data transfer.
  • the host bus 208 is connected to an external bus 212 having a relatively low data transfer rate through, for example, a bridge 210 .
  • a mouse, a keyboard, a touch panel, a touch pad, a button, a switch, a lever, and the like are used, for example.
  • a remote controller capable of transmitting a control signal using infrared rays or other radio waves can be used as the input unit 216.
  • a display device such as a cathode ray tube (CRT), a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), or an electro-luminescence display (ELD) may be used.
  • an audio output device such as a speaker or headphone, or a printer may be used.
  • the storage unit 220 is a device for storing various types of data.
  • a magnetic storage device such as an HDD is used, for example.
  • a semiconductor storage device such as a solid state drive (SSD) or a RAM disk, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like may be used.
  • the drive 222 is a device that reads information recorded on a removable recording medium 228, which is a removable recording medium, or writes information to the removable recording medium 228.
  • a removable recording medium 228, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory is used.
  • a program defining the operation of the 3D printing support position designating device may be stored in the removable recording medium 228 .
  • connection port 224 is for connecting an external connection device 230, such as, for example, a universal serial bus (USB) port, an IEEE 1394 port, a small computer system interface (SCSI) port, an RS-232C port, or an optical audio terminal.
  • an external connection device 230 such as, for example, a universal serial bus (USB) port, an IEEE 1394 port, a small computer system interface (SCSI) port, an RS-232C port, or an optical audio terminal.
  • USB universal serial bus
  • SCSI small computer system interface
  • RS-232C RS-232C port
  • optical audio terminal is a port
  • printer or the like is used, for example.
  • the communication unit 226 is a communication device for connecting to the network 232 .
  • a communication circuit for wired or wireless LAN for example, a communication circuit for WUSB (Wireless USB), a communication circuit for a mobile phone network, and the like can be used.
  • the network 232 is a network connected by wire or wireless, for example.
  • the hardware of the 3D printing support positioning device has been described.
  • the hardware described above is an example, and modifications such as omitting some elements or adding new elements are possible.
  • 15 is a flowchart illustrating a method for specifying a position of a 3D printing support according to an embodiment of the present invention.
  • the 3D printing support positioning device receives 3D modeling data (S1510).
  • the 3D printing support positioning device determines whether the overhang angle formed by the Z-axis of the virtual plate and the slope of the output according to the 3D modeling data is more than a predetermined value and whether the shape is formed in a region away from the model formed as the output progresses. It is judged to search for a position where a support is required (S1520). For example, if the 3D printing support positioning device sets the overhang angle based on 45 degrees, if the overhang angle is 45 degrees or more, it is determined that the position requires support, and if the overhang angle is within 45 degrees, it is determined that the position is not required. can be judged to be
  • the 3D printing support location designation device finds a location where a support is required, it classifies the lowest shape of the searched support location into a point, line, or plane shape (S1530). At this time, the 3D printing support positioning device may classify the lowest shape into an inclined shape in addition to a point, line, and plane shape.
  • the 3D printing support position designation device designates the support generation position on the point or line while maintaining a predefined maximum distance for the lowest shape of the point and line form, and for the lowest shape of the plane form, After designating the support generation position on the outer line of the face while maintaining the maximum distance, the support creation position is designated at a point maintaining the minimum distance between each support in the face (S1540).
  • the 3D printing support positioning device may designate the diameter of the support coverage area as the distance between points. That is, the 3D printing support positioning device may designate a support generation position at a position separated by a diameter of the support support coverage along a detected line (path) rather than a straight line distance. In this case, when the detected path is a U-shaped path, the 3D printing support positioning device may designate the corresponding position as the support creation position even if the support coverage areas overlap each other.
  • the 3D printing support positioning device is separated by a diameter of the support coverage along the outline of the surface (adjustable to a specific magnification (e.g., 80%) of the diameter of the support coverage to narrow the distance between the supports if a more rigid support is desired).
  • the outline support creation location is specified in Location, and the vertices of the equilateral triangle set that belong to the inside of the face and do not overlap with the support coverage of the outline support can be specified as the internal support creation location (primary designation).
  • the 3D printing support positioning device draws a virtual line from an unspecified virtual vertex to the opposite hypotenuse of the equilateral triangle when only two vertices are determined in an equilateral triangle, and the point where the virtual line and the outlines of the support coverage meet are extracted, and the midpoint between the extracted points can be designated as the internal support creation position (exception case processing #1).
  • the 3D printing support position designation device may designate the center of gravity of the area not covered by the primary designation and exception case process #1 as the internal support creation position (exception case process #2).
  • inventions of the present invention may be implemented through various means.
  • embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • the method according to the embodiments of the present invention includes one or more ASICs (Application Specific Integrated Circuits), DSPs (Digital Signal Processors), DSPDs (Digital Signal Processing Devices), PLDs (Programmable Logic Devices) , Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), processors, controllers, microcontrollers and microprocessors.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs Field Programmable Gate Arrays
  • processors controllers, microcontrollers and microprocessors.
  • the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, or function that performs the functions or operations described above.
  • the software codes may be stored in a memory unit and driven by a processor.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor and exchange data with the processor by various means known in the art.
  • the present invention can be used in the 3D printer industry.

Abstract

본 발명은 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부 및 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색하는 지지대 필요 위치 탐색부; 상기 지지대 필요 위치 탐색부에 의해 탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류하는 최저형상 분류부; 및 점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 상기 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정하는 지지대 위치 지정부를 포함한다. [대표도] 도 15

Description

3Ｄ 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치
본 발명은 3D 프린팅 지지대 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치에 관한 것이다.
3D 프린팅은 3차원으로 설계된 데이터를 기반으로 다양한 원료를 사출해 입체적인 형태의 물체를 만들어내는 기술을 말한다. 제3의 산업 혁명으로 불리는 3D 프린팅은 제조 분야를 포함하여 여러 분야에서 기술 패러다임을 바꿈으로써 혁명에 가까운 산업 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
입체적인 형태의 물체를 만드는 방법은 고체 형태의 특정 물질을 한 층씩 쌓아올려 3차원 형태의 입체물을 제조하는 적층(AM: Additive Manufacturing) 제조 방식과 입체물을 기계 가공 등을 통하여 자르거나 깎는 절삭 가공(Subtractive Manufacturing) 제조 방식으로 나뉜다. 절삭 가공 제조 방식은 보통 4축, 혹은 5축 가공기라고도 불리며, 이미 상용화되어 산업 현장에서 널리 쓰이고 있어 3D 프린터에 주로 쓰이는 기술은 적층 제조 방식을 가리킨다.
적층 제조 방식은 작동 방식이나 재료에 따라 구분된다. FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 플라스틱 재료를 녹여 노즐에서 분사하여 적층하는 방식으로 다른 3D 프린터보다 가격이 월등히 저렴하고 재료의 소모가 적다는 특징이 있다. SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 분말 재료를 필드에 얇게 깔고 레이저로 선택된 부분만 소결하여 제품을 만드는 방식으로 높은 정밀도와 다양한 원료 사용 등의 장점이 있다. 또한, 3DP(3 Dimension Printing) 방식은 SLS 방식과 비슷하게 분말 재료를 얇게 깔지만 레이저가 아닌 접착제를 분사하여 굳히는 방식이다. 이외에도 금속 재료를 이용한 LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식 및 광경화3D 프린팅은 3차원으로 설계된 데이터를 기반으로 다양한 원료를 사출해 입체적인 형태의 물체를 만들어내는 기술을 말한다. 제3의 산업 혁명으로 불리는 3D 프린팅은 제조 분야를 포함하여 여러 분야에서 기술 패러다임을 바꿈으로써 혁명에 가까운 산업 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
입체적인 형태의 물체를 만드는 방법은 고체 형태의 특정 물질을 한 층씩 쌓아올려 3차원 형태의 입체물을 제조하는 적층(AM: Additive Manufacturing) 제조 방식과 입체물을 기계 가공 등을 통하여 자르거나 깎는 절삭 가공(Subtractive Manufacturing) 제조 방식으로 나뉜다. 절삭 가공 제조 방식은 보통 4축, 혹은 5축 가공기라고도 불리며, 이미 상용화되어 산업 현장에서 널리 쓰이고 있어 3D 프린터에 주로 쓰이는 기술은 적층 제조 방식을 가리킨다.
적층 제조 방식은 작동 방식이나 재료에 따라 구분된다. FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 플라스틱 재료를 녹여 노즐에서 분사하여 적층하는 방식으로 다른 3D 프린터보다 가격이 월등히 저렴하고 재료의 소모가 적다는 특징이 있다. SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 분말 재료를 필드에 얇게 깔고 레이저로 선택된 부분만 소결하여 제품을 만드는 방식으로 높은 정밀도와 다양한 원료 사용 등의 장점이 있다. 또한, 3DP(3 Dimension Printing) 방식은 SLS 방식과 비슷하게 분말 재료를 얇게 깔지만 레이저가 아닌 접착제를 분사하여 굳히는 방식이다. 이외에도 금속 재료를 이용한 LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식 및 광경화성 수지를 이용한 DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다.
여기서, DLP 방식의 3D 프린팅 공정은 다음과 같은 절차로 이루어진다. 1) 3D 모델 불러오고, 2) Z 방향 특정 간격으로 슬라이싱하고, 3) 각 위치에서의 3D 모델 단면 이미지 데이터 생성하고, 4) 생성된 이미지를 이용하여 패턴을 생성하고, 패턴이 생성된 곳에 자외선을 조사하면서 레진을 경화시킨 후, 경화된 레이어를 층층이 쌓아올린다.
한편, 3D 프린터는 적층 방식으로 입체물을 출력하기 때문에 입체물이 무너지지 않도록 하는 지지대가 필요하다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 한쪽 끝만 고정되어 있는 캔틸레버 형상(외팔보)의 길이가 길어지는 형태로 오버행 각도가 큰 경우, 이러한 형상은 변형되기 쉽기 때문에 중력에 의한 처짐이 발생하고, 이형력에 의한 변형이 올 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 출력이 진행되면서 형성된 모델과 동떨어진 지역에 형성되기 시작하는 형상(최저 영역)이 점, 선 및 면의 형태 또는 이들이 조합된 형태로 나타나는 경우, 이러한 형상은 기형성된 모델과 연결되는 부분이 없기 때문에 탈락이 일어날 확률이 높고, 이로 인해 출력 실패율이 올라갈 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래의 슬라이서 프로그램은 오버행 케이스의 경우 특정한 패턴으로 오버행 면적을 채우고, 최저영역 케이스의 경우 특정한 패턴으로 최저영역 면적을 채운다.
도 3의 (a)는 오버행 면적에 특정 간격의 Grid 패턴을 배치한 도면을 나타내고, 도 3의 (b)는 오버행 면적에 랜덤 패턴을 배치한 도면을 나타낸다. 도 3의 (a) 및 (b) 모두 오버행 면을 아래 방향에서 바라본 모습이다.
Grid 배치는 랜덤 패턴 배치보다 모델을 튼튼하게 지지할 수 있으나 지지대가 지나치게 많이 생성될 가능성이 있고, Grid 패턴의 위치가 정해져 있어 모델의 위치에 따라 지지대 생성 지점이 달라질 수 있다.
랜덤 배치는 지지대 간 간격이 일정하지 않아서 커버하지 못하는 영역이 발생할 수 있다.
도 4의 (a)는 점 형태로 이루어진 최저영역에 패턴을 배치한 도면을 나타내고, 도 4의 (b)는 선 형태로 이루어진 최저영역에 패턴을 배치한 도면을 나타내며, 도 4의 (c)는 면 형태로 이루어진 최저영역에 패턴을 배치한 도면을 나타낸다.
점 형태로 이루어진 최저영역의 경우, 중앙에 한 개의 지지대가 생성된다. 이 경우 중앙에 서포트 헤드가 생성되기 때문에, 후가공시 뾰족한 모양의 디테일이 무너질 수 있다.
선 형태로 이루어진 최저영역의 경우, 지지대가 선을 따라 일정 간격으로 생성된다. 이 경우 앞서 점 형태로 이루어진 최저영역과 마찬가지로 후가공시 디테일이 무너질 수 있다.
면 형태로 이루어진 최저영역의 경우, 오버행 케이스와 비슷한 패턴(즉, Grid 패턴 또는 랜덤 패턴)으로 지지대가 형성된다. 이 경우, 외곽 라인에 외팔보 형상이 나타나며, 이로 인해 외곽 라인이 무너질 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 슬라이서 프로그램이, 오버행 케이스의 경우 특정한 패턴으로 오버행 면적을 채우고, 최저영역 케이스의 경우 특정한 패턴으로 최저영역 면적을 채운다고 하더라도 오버행 케이스 및 최저영역 케이스에서 엣지(edge) 라인이 무너질 수 있고, 첨예도가 중요한 형상(예를 들면, 뾰족한 콘 형상)의 경우, 후가공시 원본 형상의 디테일이 무너질 가능성이 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 국내특허공개공보 제10-2016-0112093호
(특허문헌 2) 일본등록특허 제2011-501251호
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 오버행 케이스 및 최저영역 케이스에서 엣지 라인이 무너지는 것을 방지하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 첨예도가 중요한 형상의 경우, 후가공시 원본 형상의 디테일이 무너지는 것을 방지하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치를 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 일실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는, 3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부 및 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색하는 지지대 필요 위치 탐색부; 상기 지지대 필요 위치 탐색부에 의해 탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류하는 최저형상 분류부; 및 점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 점 및 선을 기준으로 원을 그리고, 생성된 원이 형상과 맞닿는 지점을 지지대 생성 위치로 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 면의 외곽 라인을 기준으로 원을 그리고, 생성된 원이 형상과 맞닿는 지점과, 상기 외곽 라인에 대한 지지대 생성 뒤, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점을 지지대 생성 위치로 지정하는 지지대 위치 지정부를 포함한다.
바람직하게는, 한 개의 지지대가 지지할 수 있는 원형의 영역을 지지대 커버리지로 정의했을 때, 상기 지지대 위치 지정부는, 선 형태의 최저형상에 대해 지지대 생성 위치를 지정함에 있어, 검출된 선을 따라 상기 지지대 커버리지의 직경만큼 떨어진 위치에 지지대 생성 위치를 지정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 일실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는, 3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부 및 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색하는 지지대 필요 위치 탐색부; 상기 지지대 필요 위치 탐색부에 의해 탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류하는 최저형상 분류부; 및 점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 상기 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정하는 지지대 위치 지정부를 포함한다.
바람직하게는, 한 개의 지지대가 지지할 수 있는 원형의 영역을 지지대 커버리지로 정의했을 때, 상기 지지대 위치 지정부는, 선 형태의 최저형상에 대해 지지대 생성 위치를 지정함에 있어, 검출된 선을 따라 상기 지지대 커버리지의 직경만큼 떨어진 위치에 지지대 생성 위치를 지정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 지지대 위치 지정부는, U자형 경로의 경우, 지지대 커버리지 영역이 서로 겹치더라도 해당 위치를 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 한 개의 지지대가 지지할 수 있는 원형의 영역을 지지대 커버리지로 정의하고, 상기 지지대 커버리지의 반지름을 최소 거리로 정의하며, 3개의 지지대 커버리지 영역의 중심을 잇는 선들로 이루어지고, 3개의 지지대 커버리지 영역이 한 점에서 만나도록 하는 정삼각형의 한 변의 길이를 최대 거리로 정의했을 때, 상기 지지대 위치 지정부는, 면 형태의 최저형상에 대해 지지대 생성 위치를 지정함에 있어, 면의 외곽선을 따라 상기 지지대 커버리지의 직경만큼 떨어진 위치에 외곽선 지지대 생성 위치를 지정하고, 정삼각형 집합과 면을 겹쳐놓은 채, 면 내부에 속하면서 외곽선 지지대의 지지대 커버리지와 겹치지 않는 상기 정삼각형 집합의 꼭지점들을 내부 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 지지대 위치 지정부는, 정삼각형에서 두 개의 꼭지점만 정해진 경우, 지정되지 않은 가상의 꼭지점에서 정삼각형의 반대편 빗변으로 가상의 선을 그리고, 상기 가상의 선과 지지대 커버리지의 외곽선들이 만나는 점들을 추출하며, 추출된 점들 사이의 중간점을 내부 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 지지대 위치 지정부는 상기 외곽선 지지대의 지지대 커버리지와 겹치지 않는 정삼각형 집합의 꼭지점들 및 상기 추출된 점들 사이의 중간점을 내부 지지대 생성 위치로 지정했음에도 불구하고 커버하지 못한 영역에 대해서 해당 영역의 무게중심점을 내부 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법은, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치에 의한 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법에 있어서, 3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부 및 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색하는 단계; 탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류하는 단계; 및 점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 상기 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 점 및 선 형태의 최저형상에 대해서, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치를 제공함으로써, 형상의 디테일을 살리면서 동시에 출력 성공률을 높일 수 있다.
또한, 면 형태의 최저형상에 대해서, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법 및 장치를 제공함으로써, 최소한의 지지대를 이용하여 최대의 효율을 기대할 수 있고, 외곽 형상의 변형을 최소화할 수 있다.
도 1은 한쪽 끝만 고정되어 있는 캔틸레버 형상(외팔보)의 길이가 길어지는 형태로 오버행 각도가 큰 경우를 보여주는 도면,
도 2는 출력이 진행되면서 형성된 모델과 동떨어진 지역에 형성되기 시작하는 형상(최저 영역)을 보여주는 도면,
도 3은 오버행 면적에 특정 패턴을 배치한 도면,
도 4는 최저영역에 패턴을 배치한 도면,
도 5는 최대 거리를 정의하기 위한 도면,
도 6은 정삼각형 집합을 정의하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도,
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치의 기능을 실현 가능한 하드웨어의 일례를 도시한 블록도,
도 9는 최저 선에 지지대를 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10은 최저 선에서도 U자형 경로의 경우 지지대를 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 11은 최저 면의 외곽 라인에 지지대를 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 12는 최저 면의 내부에 지지대를 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 13은 삼각형에서 두 개의 점만 확정된 경우 지지대 위치를 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 14는 점, 선, 및 면에 대해서 지지대를 지정하고, 삼각형에서 두 개의 점만 확정된 경우 지지대를 지정한 후에도 커버하지 못한 영역에 대해서 지지대를 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면, 및
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 한 개의 지지대가 지지할 수 있는 영역을 지지대 커버리지로 정의한다. 여기서, 지지대 커버리지는 지지대의 형상, 모델의 형상 및 재료의 종류에 따라 달라질 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에서 지지대 커버리지는 원형이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 타원형 및 다각형 등을 포함한 다양한 형상이 될 수 있다.
또한, 지지대 커버리지 영역의 반지름을 최소 거리로 정의한다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 지지대 커버리지 영역(510, 520, 530)의 중심을 잇는 선들로 이루어지고, 3개의 지지대 커버리지 영역(510, 520, 530)이 한 점에서 만나도록 하는 정삼각형(540)의 한 변의 길이를 최대 거리로 정의한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 변의 길이가 전술한 최대 거리가 되는 정삼각형들(540)의 모임을 정삼각형 집합(600)으로 정의한다.
[부호의 설명]
110: 지지대 필요 위치 탐색부 120: 최저형상 분류부
130: 지지대 위치 지정부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 지지대 필요 위치 탐색부(110), 최저형상 분류부(120) 및 지지대 위치 지정부(130)를 포함할 수 있다.
지지대 필요 위치 탐색부(110)는 3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색할 수 있다. 즉, 지지대 필요 위치 탐색부(110)는 오버행 각도가 소정의 값 이상인 경우 지지대 필요 위치로 판단할 수 있다. 예를 들어, 지지대 필요 위치 탐색부(110)는 45도를 기준으로 오버행 각도를 설정한 경우, 오버행 각도가 45도 이상인 경우 지지대 필요 위치로 판단하고, 오버행 각도가 45도 이내인 경우 지지대 필요 위치가 아닌 것으로 판단할 수 있다. 한편, 사용자는 임의로 지지대 필요 위치가 아닌 것으로 판단된 영역을 지지대 필요 위치로 설정할 수도 있다.
또한, 지지대 필요 위치 탐색부(110)는 3D 프린터의 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색할 수 있다.
최저형상 분류부(120)는 지지대 필요 위치 탐색부(110)에 의해 탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류한다. 한편, 본 발명의 일실시예에서는, 최저형상 분류부(120)가 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 점, 선 및 면 형태 이외에도 최저형상을 기울어진 형상으로 분류할 수 있다.
지지대 위치 지정부(130)는 점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정한다.
구체적으로는, 지지대 위치 지정부(130)는 지지대 커버리지 영역의 직경을 점 간 거리로 지정할 수 있다. 즉, 지지대 위치 지정부(130)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 직선거리가 아닌 검출된 선(경로)을 따라 지지대 커버리지의 직경만큼 떨어진 위치에 지지대 생성 위치를 지정할 수 있다. 이때, 지지대 위치 지정부(130)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 검출된 경로가 U자형 경로인 경우, 지지대 커버리지 영역이 서로 겹치더라도 해당 위치를 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다.
또한, 지지대 위치 지정부(130)는 도 11에 도시된 바와 같이, 면(1100)의 외곽선(1110)을 따라 지지대 커버리지의 직경(더 단단한 지지대를 원할 경우 지지대 간 거리를 좁히기 위해 지지대 커버리지의 직경의 특정 배율(예컨대, 80 %)로 조절 가능)만큼 떨어진 위치(1120)에 외곽선 지지대 생성 위치를 지정한다. 또한, 지지대 위치 지정부(130)는 도 12에 도시된 바와 같이, 정삼각형 집합(600)과 면(1100)을 겹쳐놓은 채, 면(1100) 내부에 속하면서 외곽선 지지대(1120)의 지지대 커버리지(1120-1)와 겹치지 않는 정삼각형 집합(600)의 꼭지점들(610)을 내부 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다(1차 지정). 여기서, 정삼각형 집합(600)의 위치는 고정된 상태이지만 필요한 경우 평행이동될 수 있고, 정삼각형 집합(600)의 위치가 변경됨에 따라 내부 지지대 생성 위치 또한 변동되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 지지대 위치 지정부(130)는 도 13에 도시된 바와 같이, 정삼각형(1300)에서 두 개의 꼭지점(1310)만 정해진 경우, 지정되지 않은 가상의 꼭지점에서 정삼각형의 반대편 빗변으로 가상의 선(1320)을 그리고, 가상의 선(1320)과 지지대 커버리지의 외곽선들이 만나는 점들을 추출하며, 추출된 점들 사이의 중간점(1330)을 내부 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다(예외 케이스 처리 #1). 또한, 지지대 위치 지정부(130)는 도 14에 도시된 바와 같이, 1차 지정 및 예외 케이스 처리 #1로 커버하지 못한 영역(1400)에 대해서 해당 영역(1400)의 무게 중심점을 내부 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다(예외 케이스 처리 #2).
이하에서는, 본 발명에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치의 구체적인 구성에 대해서 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치의 기능을 실현 가능한 하드웨어에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치의 기능을 실현 가능한 하드웨어의 일례를 도시한 블록도이다.
3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치가 갖는 기능은, 예컨대, 도 8에 도시하는 하드웨어 자원을 이용하여 실현하는 것이 가능하다. 즉, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치가 갖는 기능은, 컴퓨터 프로그램을 이용하여 도 8에 도시하는 하드웨어를 제어함으로써 실현된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 이 하드웨어는, 주로, CPU(202), ROM(Read Only Memory)(204), RAM(206), 호스트 버스(208), 및 브리지(210)를 갖는다. 또한, 이 하드웨어는, 외부 버스(212), 인터페이스(214), 입력부(216), 출력부(218), 기억부(220), 드라이브(222), 접속 포트(224), 및 통신부(226)를 갖는다.
CPU(202)는, 예컨대, 연산 처리 장치 또는 제어 장치로서 기능하여, ROM(204), RAM(206), 기억부(220), 또는 리무버블 기록 매체(228)에 기록된 각종 프로그램에 기초하여 각 구성 요소의 동작 전반 또는 그 일부를 제어한다. ROM(204)은, CPU(202)에 판독되는 프로그램이나 연산에 이용하는 데이터 등을 저장하는 기억 장치의 일례이다. RAM(206)에는, 예컨대, CPU(202)에 판독되는 프로그램이나, 그 프로그램을 실행할 때 변화하는 각종 파라미터 등이 일시적 또는 영속적으로 저장된다.
이들 요소는, 예컨대, 고속의 데이터 전송이 가능한 호스트 버스(208)를 통해서 서로 접속된다. 한편, 호스트 버스(208)는, 예컨대, 브리지(210)를 통해서 비교적 데이터 전송 속도가 저속인 외부 버스(212)에 접속된다. 또한, 입력부(216)로서는, 예컨대, 마우스, 키보드, 터치 패널, 터치 패드, 버튼, 스위치, 및 레버 등이 이용된다. 또한, 입력부(216)로서는, 적외선이나 그 밖의 전파를 이용하여 제어 신호를 송신하는 것이 가능한 리모트 컨트롤러가 이용될 수 있다.
출력부(218)로서는, 예컨대, CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 또는 ELD(Electro-Luminescence Display) 등의 디스플레이 장치가 이용될 수 있다. 또한, 출력부(218)로서, 스피커나 헤드폰 등의 오디오 출력 장치, 또는 프린터 등이 이용될 수 있다.
기억부(220)는, 각종 데이터를 저장하기 위한 장치이다. 기억부(220)로서는, 예컨대, HDD 등의 자기 기억 디바이스가 이용된다. 또한, 기억부(220)로서, SSD(Solid State Drive)나 RAM 디스크 등의 반도체 기억 디바이스, 광기억 디바이스, 또는 광자기 기억 디바이스 등이 이용되어도 된다.
드라이브(222)는, 착탈 가능한 기록매체인 리무버블 기록 매체(228)에 기록된 정보를 판독하거나, 또는 리무버블 기록 매체(228)에 정보를 기록하는 장치이다. 리무버블 기록 매체(228)로서는, 예컨대, 자기 디스크, 광디스크, 광자기 디스크, 또는 반도체 메모리 등이 이용된다. 또한, 리무버블 기록 매체(228)에는, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치의 동작을 규정하는 프로그램이 저장될 수 있다.
접속 포트(224)는, 예컨대, USB(Universal Serial Bus) 포트, IEEE 1394 포트, SCSI(Small Computer System Interface), RS-232C 포트, 또는 광오디오 단자 등, 외부 접속 기기(230)를 접속하기 위한 포트이다. 외부 접속 기기(230)로서는, 예컨대, 프린터 등이 이용된다.
통신부(226)는, 네트워크(232)에 접속하기 위한 통신 디바이스이다. 통신부(226)로서는, 예컨대, 유선 또는 무선 LAN용 통신 회로, WUSB(Wireless USB)용 통신 회로, 휴대 전화 네트워크용 통신 회로 등이 이용될 수 있다. 네트워크(232)는, 예컨대, 유선 또는 무선에 의해 접속된 네트워크이다.
이상, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치의 하드웨어에 대해서 설명하였다. 또한, 상술한 하드웨어는 일례이며, 일부의 요소를 생략하는 변형이나, 새로운 요소를 추가하는 변형 등이 가능하다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 3D 모델링 데이터를 입력받는다(S1510).
3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부 및 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색한다(S1520). 예를 들어, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 45도를 기준으로 오버행 각도를 설정한 경우, 오버행 각도가 45도 이상인 경우 지지대 필요 위치로 판단하고, 오버행 각도가 45도 이내인 경우 지지대 필요 위치가 아닌 것으로 판단할 수 있다.
3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 지지대 필요 위치가 탐색된 경우, 탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류한다(S1530). 이때, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 최저형상을 점, 선 및 면 형태 이외에도 기울어진 형상으로 분류할 수 있다.
끝으로, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정한다(S1540).
구체적으로는, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 지지대 커버리지 영역의 직경을 점 간 거리로 지정할 수 있다. 즉, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는, 직선거리가 아닌 검출된 선(경로)을 따라 지지대 커버리지의 직경만큼 떨어진 위치에 지지대 생성 위치를 지정할 수 있다. 이때, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는, 검출된 경로가 U자형 경로인 경우, 지지대 커버리지 영역이 서로 겹치더라도 해당 위치를 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다.
또한, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 면의 외곽선을 따라 지지대 커버리지의 직경(더 단단한 지지대를 원할 경우 지지대 간 거리를 좁히기 위해 지지대 커버리지의 직경의 특정 배율(예컨대, 80 %)로 조절 가능)만큼 떨어진 위치에 외곽선 지지대 생성 위치를 지정하고, 정삼각형 집합과 면을 겹쳐놓은 채, 면 내부에 속하면서 외곽선 지지대의 지지대 커버리지와 겹치지 않는 정삼각형 집합의 꼭지점들을 내부 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다(1차 지정).
한편, 본 발명에 따른 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 정삼각형에서 두 개의 꼭지점만 정해진 경우, 지정되지 않은 가상의 꼭지점에서 정삼각형의 반대편 빗변으로 가상의 선을 그리고, 가상의 선과 지지대 커버리지의 외곽선들이 만나는 점들을 추출하며, 추출된 점들 사이의 중간점을 내부 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다(예외 케이스 처리 #1). 또한, 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치는 1차 지정 및 예외 케이스 처리 #1로 커버하지 못한 영역에 대해서 해당 영역의 무게 중심점을 내부 지지대 생성 위치로 지정할 수 있다(예외 케이스 처리 #2).
전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 3D 프린터 산업에 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부 및 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색하는 지지대 필요 위치 탐색부;
    상기 지지대 필요 위치 탐색부에 의해 탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류하는 최저형상 분류부; 및
    점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 상기 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정하는 지지대 위치 지정부;
    를 포함하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    한 개의 지지대가 지지할 수 있는 원형의 영역을 지지대 커버리지로 정의했을 때,
    상기 지지대 위치 지정부는, 선 형태의 최저형상에 대해 지지대 생성 위치를 지정함에 있어, 검출된 선을 따라 상기 지지대 커버리지의 직경만큼 떨어진 위치에 지지대 생성 위치를 지정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지대 위치 지정부는, U자형 경로의 경우, 지지대 커버리지 영역이 서로 겹치더라도 해당 위치를 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    한 개의 지지대가 지지할 수 있는 원형의 영역을 지지대 커버리지로 정의하고,
    상기 지지대 커버리지의 반지름을 최소 거리로 정의하며,
    3개의 지지대 커버리지 영역의 중심을 잇는 선들로 이루어지고, 3개의 지지대 커버리지 영역이 한 점에서 만나도록 하는 정삼각형의 한 변의 길이를 최대 거리로 정의했을 때,
    상기 지지대 위치 지정부는, 면 형태의 최저형상에 대해 지지대 생성 위치를 지정함에 있어, 면의 외곽선을 따라 상기 지지대 커버리지의 직경만큼 떨어진 위치에 외곽선 지지대 생성 위치를 지정하고, 정삼각형 집합과 면을 겹쳐놓은 채, 면 내부에 속하면서 외곽선 지지대의 지지대 커버리지와 겹치지 않는 상기 정삼각형 집합의 꼭지점들을 내부 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지대 위치 지정부는, 정삼각형에서 두 개의 꼭지점만 정해진 경우, 지정되지 않은 가상의 꼭지점에서 정삼각형의 반대편 빗변으로 가상의 선을 그리고, 상기 가상의 선과 지지대 커버리지의 외곽선들이 만나는 점들을 추출하며, 추출된 점들 사이의 중간점을 내부 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지대 위치 지정부는 상기 외곽선 지지대의 지지대 커버리지와 겹치지 않는 정삼각형 집합의 꼭지점들 및 상기 추출된 점들 사이의 중간점을 내부 지지대 생성 위치로 지정했음에도 불구하고 커버하지 못한 영역에 대해서 해당 영역의 무게중심점을 내부 지지대 생성 위치로 지정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치.
  7. 3D 프린팅 지지대 위치 지정 장치에 의한 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법에 있어서,
    3D 모델링 데이터에 의한 출력물의 경사면과 가상의 플레이트의 Z축이 이루는 오버행 각도가 소정의 값 이상인지 여부 및 출력이 진행되면서 형성된 모델과 떨어진 영역에 형성되는 형상인지 여부를 판단하여 지지대 필요 위치를 탐색하는 단계;
    탐색된 지지대 필요 위치의 최저형상을 점, 선 및 면 형태로 분류하는 단계; 및
    점 및 선 형태의 최저형상에 대해서는, 기정의된 최대 거리를 유지하면서 점 또는 선 상에 지지대 생성 위치를 지정하고, 면 형태의 최저형상에 대해서는, 상기 기정의된 최대 거리를 유지하면서 면의 외곽 라인 상에 지지대 생성 위치를 지정한 후, 면 내부에 각 지지대 간의 최소거리를 유지하는 지점에 지지대 생성 위치를 지정하는 단계;
    를 포함하는 3D 프린팅 지지대 위치 지정 방법.
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