KR101688083B1

KR101688083B1 - 3d 프린터의 입체 모델링 방법

Info

Publication number: KR101688083B1
Application number: KR1020150127730A
Authority: KR
Inventors: 강원식; 주형진
Original assignee: 강원식; 주형진
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2016-12-20

Abstract

3D 프린터의 입체 모델링 방법이 개시된다. 본 발명의 3D 프린터의 입체 모델링 방법은, 분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델의 전체 데이터를 3D 프린터에 입력하는 단계; 3D 프린터의 제어부에서 입체 모델을 구성하는 복수의 단위 입체모델을 분할 출력하되 복수의 단위 입체모델의 각각의 X축, Y축 및 Z축에 식별부가 마련되도록 출력하는 단계; 및 식별부를 이용하여 복수의 단위 입체모델을 X축, Y축 및 Z축 중 어느 한 방향을 기초로 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3D 프린터의 입체 모델링 방법{3D MODELING METHOD FOR 3D PRINTER}

본 발명은, 3D 프린터의 입체 모델링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델링 데이터를 3D 프린터의 사양에 따라 또는 사용자의 설정에 따라서 조립할 수 있는 형태로 자동 분할 출력하여 입체 모델의 설계 시간을 단축함과 아울러 소형 3D 프린터의 활용도 및 보급효과를 높일 수 있는 3D 프린터의 입체 모델링 방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원의 입체 형상을 가진 성형품을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목업(Mock up) 제작 방식과 CNC 공작 기계에 의한 수치제어식 자동 제작방식 등이 있다.

그러나 목업(Mock up) 제작방식은 수작업에 의하므로 정교한 형상가공이 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 공작기계 의한 제작방식은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구 간섭에 의하여 가공할 수 있는 형상에 제약이 있다.

이에 최근에는 제품의 디자이너 또는 설계자가 3차원 모델링 툴을 통해 설계된 3D 설계도면 데이터를 저장한 컴퓨터를 이용하여 3차원 입체 형상의 성형품을 제작하는 3D 프린터가 등장하였다.

3D 프린터는 광경화성 수지에 레이져 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA 방식(StereoLithography Apparatus)과, SLA 방식에서 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS방식(Slective Laser Sintering)과, FDM방식(Fused Deposition Modeling)과, 광경화성 수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용한 DLP방식(Digital Light Processing)이 있다.

전술한 이전의 3D 프린터는 3D 프린터의 크기에 대응되는 입체 모델을 만들 수 있으므로 소형 3D 프린터의 경우 작은 크기의 입체 모델만을 만들 수 있어 활용도나 보급도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한 이전에 사용자가 원하는 형상의 입체 모델을 만들기 위해서는 3차원 모델링 기능을 갖는 소프트웨어를 사용하여 일일이 입체 도면을 작성하거나, 실제 모델을 스캐닝한 후 편집하여 사용하였다.

이 경우 큰 사이즈의 입체 모델을 설계하는 경우 입체 모델 전체를 설계해야 하므로 설계에 많은 시간이 소요되므로 이에 대한 개선책이 요구된다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

한국특허공개공보 제2014-0142201호(권순일) 2014. 12. 11

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델링 데이터를 3D 프린터의 사양에 따라 또는 사용자의 설정에 따라서 조립할 수 있는 형태로 자동 분할 출력하여 입체 모델의 설계 시간을 단축함과 아울러 소형 3D 프린터의 활용도 및 보급효과를 높일 수 있는 3D 프린터의 입체 모델링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델의 전체 데이터를 3D 프린터에 입력하는 단계; 상기 3D 프린터의 제어부에서 상기 입체 모델을 구성하는 복수의 단위 입체모델을 분할 출력하되 상기 복수의 단위 입체모델의 각각의 X축, Y축 및 Z축에 식별부가 마련되도록 출력하는 단계; 및 상기 식별부를 이용하여 상기 복수의 단위 입체모델을 상기 X축, 상기 Y축 및 상기 Z축 중 어느 한 방향을 기초로 조립하는 단계를 포함하는 3D 프린터의 입체 모델링 방법이 제공될 수 있다.

상기 식별부는 요철 구조로 마련될 수 있다.

상기 입체 모델의 외관을 설계하여 목업(mock up)을 출력하는 경우 상기 입체 모델의 내부를 프린팅 재료로 선택적으로 채울 수 있다.

외부로 노출되지 않는 상기 입체 모델의 내부는 선택적으로 프린팅 재료로 채워질 수 있다.

상기 입체 모델의 내부에는 격자 부재가 채워질 수 있다.

상기 격자 부재를 이용하여 상기 입체 모델의 내부에 채워지는 상기 프린팅 재료의 비중을 퍼센트(%)로 설정할 수 있다.

상기 복수의 단위 입체모델의 두께는 조절될 수 있다.

상기 조립하는 단계는 상기 X축, Y축, Z축 어느 한 방향을 기준으로 조립하되 상기 Y축의 1층을 먼저 결합시키는 경우 Z축의 열을 순서대로 먼저 결합시키고, 다음으로 X축의 행을 순서대로 결합 될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 3D 프린터의 제어부에서 입체 모델을 구성하는 복수의 단위 입체모델의 각각의 X축, Y축 및 Z축에 식별부가 마련되도록 출력하고, 식별부를 이용하여 복수의 단위 입체모델을 X축, Y축 및 Z축 중 어느 한 방향을 기초로 조립하므로 분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델링 데이터를 3D 프린터의 사양에 따라 또는 사용자의 설정에 따라서 조립할 수 있는 형태로 자동 분할 출력하여 입체 모델의 설계 시간을 단축함과 아울러 소형 3D 프린터의 활용도 및 보급효과를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 입체 모델링 방법을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 실시 예에서 복수의 단위 입체모델에 식별부가 마련되어 출력된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 일부 단위 입체모델이 서로 결합 되도록 대응되는 부분에 식별부가 마련된 것을 도시한 사시도이다.
도 4는 식별부가 없는 경우에 오류가 발생 되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에서 복수의 단위 입체모델의 조립도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6과 도 7은 본 실시 예에서 외관만을 설계하여 목업(mock up)을 출력하는 경우 입체 모델의 내부를 프린팅 재료로 채우지 않은 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 실시 예에서 외부로 노출되지 않는 입체 모델의 영역을 사용자의 선택에 따라 프린팅 재료로 출력하지 않은 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 입체 모델링 방법을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 실시 예에서 복수의 단위 입체모델에 식별부가 마련되어 출력된 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 일부 단위 입체모델이 서로 결합 되도록 대응되는 부분에 식별부가 마련된 것을 도시한 사시도이고, 도 4는 식별부가 없는 경우에 오류가 발생 되는 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 실시예에서 복수의 단위 입체모델의 조립도를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6과 도 7은 본 실시 예에서 외관만을 설계하여 목업(mock up)을 출력하는 경우 입체 모델의 내부를 프린팅 재료로 채우지 않은 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 8은 본 실시 예에서 외부로 노출되지 않는 입체 모델의 영역을 사용자의 선택에 따라 프린팅 재료로 출력하지 않은 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 3D 프린터의 입체 모델링 방법은, 분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델(10)의 전체 데이터를 3D 프린터에 입력하는 단계(S100)와, 3D 프린터의 제어부(20)에서 입체 모델(10)을 구성하는 복수의 단위 입체모델(30)을 분할 출력하되 복수의 단위 입체모델(30)의 각각의 X축, Y축 및 Z축에 식별부(40)가 마련되도록 출력하는 단계(S200)와, 식별부(40)를 이용하여 복수의 단위 입체모델(30)을 X축, Y축 및 Z축 중 어느 한 방향을 기초로 조립하는 단계(S300)를 구비한다.

본 실시 예는 분할 설계 되어 있지 않은 모델링 데이터 즉 전체적인 입체 모델(10)의 데이터를 3D 프린터에 입력하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 3D 프린터의 제어부(20)에서 입체 모델(10)을 복수의 단위 입체모델(30)로 분할하여 출력한다.

이때 각각의 단위 입체모델(30)에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 식별부(40)가 마련된다. 본 실시 예에서 식별부(40)는 전체 모델의 분할 출력 시 각각의 단위 입체모델(30)이 조립할 수 있는 형태로 결합 되는 영역에 마련될 수 있다.

예를 들어 한 쌍의 단위 입체모델(30)을 결합 시, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 결합 되는 영역에 식별부(40)를 마련할 수 있다. 이 경우 식별부(40)는 요철 구조로 마련될 수 있고, 어느 하나의 단위 입체모델(30)에는 양각 모양을 다른 하나의 입체 모델(10)에는 양각 모양에 대응되는 음각 모양을 마련할 수 있다.

따라서 출력된 단위 입체모델(30)은 양각 모양과 음각 모양을 맞춰 편리하게 조립할 수 있다. 또한 단위 입체모델(30)의 다른 면에는 조립 순서를 나타내는 숫자를 양각 모양으로 표시할 수도 있다.

그리고 본 실시 예에서 식별부(40)는 식별이 가능한 기호와 문자를 포함하고, 식별부(40)의 위치는 단위 입체모델(30)의 결합면의 중앙, 모서리 등 결합의 내구성에 따라 다양한 위치에 다양한 형태로 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 복수의 단위 입체모델(30)을 출력 시 식별부(40)는 필수적인 부분이다. 본 실시 예는 복수의 단위 입체모델(30)의 X축, Y축, Z축을 기본으로 최소 3 방향을 구분하는 식별부(40)를 포함하고, 조립 시에 해당 식별부(40)를 기준으로 조립할 수 있다.

가령 식별부(40)가 없는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 조립이 불가능한 오류가 발생 될 수 있다.

본 실시 예는 분할 출력된 복수의 단위 입체모델(30)을 도 5에 도시된 X축, Y축, Z축 중 어느 한 방향을 기준으로 조립할 수 있다.

예를 들어 도 5에 도시된 Y축의 1층(Y1)을 먼저 결합시키는 경우 Z축의 열 또는 X축의 행을 먼저 모두 결합시켜야 한다.

Z축의 열을 순서대로(Z₁,Z₂,Z₃) 먼저 결합시키고, 다음으로 X축의 행을 순서대로(X₁,X₂,X₃) 결합시킨다.

본 실시 예는 도 5에 도시된 모델의 조립도를 설명서 형태로 제공할 수도 있다.

한편 본 실시 예는 외관만을 설계하여 목업(mock up)을 출력하고자 하는 경우 완성품인 입체 모델(10)의 내부를 프린팅 재료로 채우거나, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 채우지 않을 수 있다.

본 실시 예에서 완성품인 입체 모델(10)의 내부를 프린팅 재료로 채우지 않는 경우 출력물의 두께를 두껍게 하여 최종 산출물의 견고성을 높일 수도 있고, 두께를 얇게 조정하여 재료를 절약할 수도 있다.

또한 전술한 두께를 조절하는 방법 외에 전체 내부 공간의 재료 비중을 퍼센트로 설정할 수 있다. 예를 들어 전체 내부 공간의 재료 비중을 15%, 30%, 50%, 80% 등으로 설정할 수 있고, 최종 산출물의 견고성을 고려하여 내부에 격자 부재를 채울 수 있다. 본 실시 예에서 격자 부재는 격자 프레임 구조를 포함하고, 격자 부재는 전체 내부 공간 중 프린팅 재료가 채워지는 않는 영역을 격자 부재 자체의 부피로 채우는 역할을 한다.

그리고 본 실시 예는, 도 8에 도시된 바와 같이, 외부로 노출되지 않는 부분(X₂,Y₂,Z₂)은 사용자의 선택에 따라 출력되지 않을 수 있다.

전술한 실시 예는 3D 프린터의 S/W, 드라이버(driver) 또는 해당 기술이 탑재된 3D 프린터에 적용될 수 있고, 소프트웨어나 하드웨어 등에 적용될 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 3D 프린터의 제어부에서 입체 모델을 구성하는 복수의 단위 입체모델의 각각의 X축, Y축 및 Z축에 식별부가 마련되도록 출력하고, 식별부를 이용하여 복수의 단위 입체모델을 X축, Y축 및 Z축 중 어느 한 방향을 기초로 조립하므로 분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델링 데이터를 3D 프린터의 사양에 따라 또는 사용자의 설정에 따라서 조립할 수 있는 형태로 자동 분할 출력하여 입체 모델의 설계 시간을 단축함과 아울러 소형 3D 프린터의 활용도 및 보급효과를 높일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 전체 입체 모델
20 : 제어부
30 : 단위 입체모델
40 : 식별부

Claims

분할 설계 되어 있지 않은 입체 모델의 전체 데이터를 3D 프린터에 입력하는 단계;
상기 3D 프린터의 제어부에서 상기 입체 모델을 구성하는 복수의 단위 입체모델을 분할 출력하되 상기 복수의 단위 입체모델의 각각의 X축, Y축 및 Z축에 식별부가 마련되도록 출력하는 단계; 및
상기 식별부를 이용하여 상기 복수의 단위 입체모델을 상기 X축, 상기 Y축 및 상기 Z축 중 어느 한 방향을 기초로 조립하는 단계를 포함하고,
상기 입체 모델의 내부에는 격자 부재가 채워지고,
상기 조립하는 단계는 상기 X축, Y축, Z축 어느 한 방향을 기준으로 조립하되 상기 Y축의 1층을 먼저 결합시키는 경우 Z축의 열을 순서대로 먼저 결합시키고, 다음으로 X축의 행을 순서대로 결합시키고,
상기 단위 입체모델에는 조립 순서를 나타내는 숫자가 표시되고,
전체 내부 공간 중 프린팅 재료가 채워지지 않는 영역을 상기 격자 부재의 자체의 부피로 채우는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 입체 모델링 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 식별부는 요철 구조로 마련되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 입체 모델링 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 입체 모델의 외관을 설계하여 목업(mock up)을 출력하는 경우 상기 입체 모델의 내부를 프린팅 재료로 선택적으로 채우는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 입체 모델링 방법.
청구항 1에 있어서,
외부로 노출되지 않는 상기 입체 모델의 내부는 선택적으로 프린팅 재료로 채워지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 입체 모델링 방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 격자 부재를 이용하여 상기 입체 모델의 내부에 채워지는 상기 프린팅 재료의 비중을 퍼센트(%)로 설정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 입체 모델링 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 단위 입체모델의 두께는 조절되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 입체 모델링 방법.
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