KR101732970B1 - 3d 캐드 데이터 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 트리 구조를 구성하고 상기 트리 구조의 최하위 노드인 바디의 형상 정보를 산출하고; 상기 트리 구조를 기반으로 상기 바디의 형상 정보를 사용하여 3D 프린팅 영역 내에 배치되는 바디를 선정하여 3D 프린팅 파일을 작성하는 데이터 처리부를 포함하는 3D 캐드 데이터 처리 장치를 제공한다.

Description

3D 캐드 데이터 처리 방법 및 장치{Method and device of processing 3D CAD data}
본 발명은 3D 캐드(CAD) 데이터 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에, 3D 프린터에 대한 관심이 급속도록 높아지고 있으며 산업 분야나 의료 분야 등 모든 분야에 광범위하게 적용되고 있는 추세이다.
3D 프린터를 통해 대상 3D 객체를 출력함에 있어, 해당 객체에서 실제 형상을 갖는 솔리드 데이터를 3D 프린팅 파일로 만들어 출력하게 된다.
이와 관련하여, 3D 객체를 정의하는 3D 캐드 파일의 데이터는 어셈블리 구조를 갖게 된다. 이때, 어셈블리 구조의 최하위 계층인 바디는 실제 형상을 구성하는 것으로서, 바디를 정의하는 데이터가 실제 형상을 갖는 솔리드 데이터에 해당된다.
따라서, 3D 객체를 출력하기 위해서는, 해당 3D 캐드 파일을 구성하는 모든 바디에 대한 솔리드 데이터 각각을 3D 프린팅 파일로 생성할 필요가 있다. 이처럼, 하나의 3D 객체를 출력하기 위해 솔리드 데이터 각각에 대해 3D 프린팅 파일을 생성하고 재배치한 후 출력해야 하는 번거로움이 따른다.
또한, 각 바디에 대해 3D 프린팅을 수행하여 출력한다 하더라도, 출력 후 해당 객체의 어셈블리 구조를 재확인하면서 조립하는 것이 용이하지 않은 문제가 있다. 즉, 출력된 각 바디를 어떻게 조립해야 하는지 우선순위가 어떻게 되는지 일일이 3D 캐드 파일을 확인하면서 조립해야 하는 어려움이 존재한다.
본 발명은 3D 프린팅 파일 생성과 3D 출력물 조립을 효율적으로 수행할 수 있는 방안을 제공하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 트리 구조를 구성하고 상기 트리 구조의 최하위 노드인 바디의 형상 정보를 산출하고; 상기 트리 구조를 기반으로 상기 바디의 형상 정보를 사용하여 3D 프린팅 영역 내에 배치되는 바디를 선정하여 3D 프린팅 파일을 작성하는 데이터 처리부를 포함하는 3D 캐드 데이터 처리 장치를 제공한다.
여기서, 상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 바운딩 박스를 포함할 수 있다.
상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 무게 중심을 더 포함할 수 있다.
상기 3D 프린팅 파일은 선정된 바디와 연관된 분류 태그 정보를 포함하고, 상기 분류 태그 정보는 상기 트리 구조의 노드에 대한 정보일 수 있다.
상기 3D 프린팅 파일은 이에 구성된 바디들이 프라 모델 구조로 배치되도록 작성될 수 있다.
상기 데이터 처리부는 3D 프린팅 파일을 기반으로 조립 구성도를 작성할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 3D 캐드 데이터 처리 장치에서, 3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 트리 구조를 구성하고 상기 트리 구조의 최하위 노드인 바디의 형상 정보를 산출하는 단계와; 상기 트리 구조를 기반으로 상기 바디의 형상 정보를 사용하여 3D 프린팅 영역 내에 배치되는 바디를 선정하여 3D 프린팅 파일을 작성하는 단계를 포함하는 3D 캐드 데이터 처리 방법을 제공한다.
여기서, 상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 바운딩 박스를 포함할 수 있다.
상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 무게 중심을 더 포함할 수 있다.
상기 3D 프린팅 파일은 선정된 바디와 연관된 분류 태그 정보를 포함하고, 상기 분류 태그 정보는 상기 트리 구조의 노드에 대한 정보일 수 있다.
상기 3D 프린팅 파일은 이에 구성된 바디들이 프라 모델 구조로 배치되도록 작성될 수 있다.
상기 데이터 처리부는 3D 프린팅 파일을 기반으로 조립 구성도를 작성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 트리 구조를 구성하고 이를 기반으로 하여 프라 모델 구조의 3D 프린팅을 구현할 수 있는 3D 프린팅 파일을 작성하고 나아가 이에 조립 구성도를 제공할 수 있게 된다.
이에 따라, 3D 프린팅 파일 생성과 3D 출력물 조립이 손쉽고 효율적으로 수행될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 캐드 데이터 처리 시스템을 포함한 3D 프린팅 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 캐드 데이터의 트리 구조의 일예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 파일을 사용하여 3D 프리팅된 출력물의 일예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 캐드 데이터 처리 방법을 도시한 흐름도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 캐드 데이터 처리 시스템을 포함한 3D 프린팅 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템(10)은, 3D 캐드 데이터 처리 장치(100)와 3D 프린터(200)를 포함할 수 있다.
3D 캐드 데이터 처리 장치(100)는 3D 프린팅 객체를 정의하는 3D 캐드 데이터를 처리하여 3D 프린팅 데이터 즉 3D 프린팅 파일을 생성하는 구성으로서, 이와 같은 3D 캐드 데이터 처리 장치(100)로서는 연산 처리 기능을 갖는 장치인 컴퓨터가 사용될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 광의의 개념으로서, 데스크탑 컴퓨터나 랩탑 컴퓨터 뿐만 아니라, 스마트폰, 태블릿 등의 이동기기와 같이 캐드 데이터를 연산 처리할 수 있는 모든 종류의 연산 처리 장치를 의미한다.
이와 같은 3D 캐드 데이터 처리 장치(100)는 3D 캐드 데이터를 처리하여 3D 프린팅 파일을 생성하는 데이터 처리부(110)를 포함할 수 있다. 이때, 데이터 처리부(110)는 소프트웨어로 구성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않으며 하드웨어와 함께 구성될 수도 있다.
데이처 처리부(110)는 출력 대상 객체에 대한 3D 캐드 데이터를 분석하여 어셈블리, 파트, 바디로 계층화된 트리(tree) 데이터 구조를 구성하고, 이 트리 구조를 기반으로 3D 프린팅 파일을 작성하는 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 3D 캐드 데이터의 트리 구조에 대해 도 2를 참조할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 캐드 데이터의 트리 구조의 일예를 도시한 도면이다. 도 2에서는 트리 구조가 매트릭스 형태로 구성된 경우를 예로 들고 있다.
도 2를 참조하면, 3D 캐드 데이터는 어셈블리(assembly), 파트(part), 바디(body)로 계층화된 트리 구조로 구성되는데, 상위 계층인 어셈블리는 그 하위 계층인 파트로 구성되고, 파트는 그 하위 계층인 바디로 구성될 수 있다. 이때, 트리 구조의 최하위 계층에 해당되는 바디는 출력 대상 객체에서 실제 형상을 갖는 단위 부분으로서 이는 솔리드 데이터에 의해 정의된다.
한편, 객체의 형태에 따라 어셈블리 계층을 계층화할 수도 있는데, 도 2에 도시한 바와 같이, 상위 어셈블리(ASS01)의 하위 계층으로서 하위 어셈블리(ASS02,ASS03)가 구성될 수 있다.
그리고, 트리 구조에 있어, 이를 구성하는 구성요소들 즉 노드들의 분류 편의성 등을 고려하여 각 노드에 대해 트리 구조의 계층을 기반으로 한 이름이 부여될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2에 도시한 바와 같이, "NAME" 항목에 해당 노드의 이름이 부여될 수 있게 되는데, 예를 들면 노드 (1,1)에는 해당 이름 "ASS01"이 부여될 수 있고, 노드 (4,1)에는 해당 이름 "BO01"이 부여될 수 있다.
또한, 각 바디의 바운딩 박스(bounding box)(즉, 각 바디가 차지하는 체적)와 무게 중심(center of mass)을 계산할 수 있다.
이와 같이 산출된 각 바디의 바운딩 박스를 사용하여, 3D 프린터(200)에서 한번에 출력 가능한 3D 프린팅 영역에 바디를 최적화하여 배치할 수 있다.
이와 관련하여, 도 3을 참조할 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 파일을 사용하여 3D 프리팅된 출력물의 일예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 3D 프린팅 영역(PA) 내에는 바디들(BO01 내지 BO11)이, 도 2의 트리 구조를 기반으로 하여 트리 형태로 그룹화되어 분류 배치되어 있는데, 이는 프라 모델 배치에 해당된다.
이와 관련하여, 바디들은 이가 속하는 상위 노드인 파트를 단위로 분류 배치되어, 동일 파트에 속하는 바디들은 이를 지지하는 지지체인 가지(BR)를 통해 서로 연결된 형태로 배치되며, 서로 다른 파트에 속하는 바디들은 서로 연결되지 않고 구분된 형태로 배치된다. 예를 들면, 노드 (3,1)에 위치하는 파트 PA1에 속하는 바디들인 BO01 내지 BO04가 함께 연결된 형태로 배치된다. 더욱이, 파트들은 이가 속하는 상위 노드인 어셈블리를 단위로 분류 배치된다.
그리고, 트리 구조의 구성을 용이하게 구분하고 조립 편의성을 향상시키기 위해, 트리 구조의 노드 번호 및/또는 해당 노드 이름이 명시된 분류 태그(CT) 정보가 해당 바디와 연관되어 3D 프린팅 파일에 포함되고, 이 분류 태그(CT)가 해당 바디와 연관되어 출력될 수 있다. 여기서, 분류 태그(CT)는 트리 구조에서 바디의 상위 노드 태그인 파트 및/또는 어셈블리 태그를 포함될 수 있다 (예를 들어, "ASS02(2,1)", "PA1(3,1)").
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 분류 태그(CT)로서 바디 태그 또한 구성될 수도 있으며, 이 경우에 바디 분류 태그는 해당 바디의 주변이나 표면에 표시되도록 배치될 수 있다.
위와 같이 트리 구조를 기반으로 작성된 3D 프린팅 파일은 프린팅이 가능한 3D 프린팅 영역(PA) 내에 바디들을 배치하게 되는바, 바디들의 최적화 배치를 위해서는 바디가 차지하는 체적인 바운딩 박스를 계산할 필요가 있다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 트리 구조의 각 바디에 대한 바운딩 박스에 대한 계산을 수행하게 된다.
이처럼, 바디에 대한 바운딩 박스가 산출되면, 3D 프린팅 영역(PA) 내에 배치될 바디들을 선정하는 작업을 수행하게 된다.
이때, 3D 캐드 파일에 포함된 바디들의 바운딩 박스의 총합이 3D 프린팅 영역(PA)의 유효 프린팅 체적 이하이면, 해당 3D 캐드 데이터가 하나의 3D 프린팅 파일로 작성될 수 있게 된다.
반면에, 3D 캐드 파일에 포함된 바디들의 바운딩 박스의 총합이 3D 프린팅 영역(PA)의 유효 프린팅 체적보다 크면, 해당 3D 캐드 데이터는 하나의 3D 프린팅 파일로 작성될 수 없게 되고 다수의 3D 프린팅 파일로 작성된다.
여기서, 3D 프린팅 영역(PA)의 유효 프린팅 체적은 실제 프린팅이 가능한 체적으로서, 3D 프린팅 영역(PA)의 체적보다 작다. 이와 관련하여, 3D 프린팅 영역(PA) 전체는 3D 프린터(200)가 프린팅을 구현할 수 있는 영역에 해당되기는 하나, 바디들은 일정 간격 이격되어야 하므로 이를 위한 이격 체적이 요구되고, 프린팅 오차에 따른 마진 체적이 요구되며, 분류 태그(CT)와 가지(BR)와 틀(FR)과 같이 객체를 구성하지 않는 구조물이 차지하는 면적이 요구된다. 따라서, 3D 프린팅 영역(PA)의 유효 프린팅 체적은 3D 프린팅 영역(PA)의 체적에 비해 작게 되며, 이 유효 프린팅 체적을 기준으로 총합이 유효 프린팅 체적 이하인 바디들을 선정하여 선정된 바디들에 데이터로 3D 프린팅 파일을 작성하게 된다.
한편, 3D 프린팅에서 바디의 안정적 배치 등을 고려하여, 3D 프린팅 파일에서 바디들의 배치는 산출된 바디의 무게 중심을 기초로 이루어질 수 있다.
3D 캐드 데이터 처리 장치(100)의 데이터 처리부(110)는, 위와 같이 트리 구조를 기반으로 한 3D 프린팅 파일 작성과 함께 조립 구성도를 작성할 수 있다.
조립 구성도는 프린팅된 바디들을 조립하기 위한 설계도로서 3D 프린팅 파일을 기반으로 작성될 수 있는데, 이는 도 3과 같은 모습으로 제공될 수 있다. 이때, 조립 구성도는 2D로 제공되는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않으며 경우에 따라 3D로 제공될 수 있다.
이와 같은 조립 구성도를 제공함으로써, 사용자는 조립 구성도를 참조하여 프린팅된 바디를 손쉽게 조립할 수 있게 되어 사용자 편의성이 극대화될 수 있다.
이하, 도 4를 더 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 3D 캐드 데이터 처리 방법을 설명한다.
먼저, 3D 캐드 데이터 처리 장치(100)에서 3D 캐드 처리 애플리케이션을 실행한 후, 데이터 처리부(110)는 3D 캐드 파일을 읽어 들인다 (S10).
다음으로, 데이터 처리부(110)는 3D 캐드 파일의 데이터 구조를 분석하는 과정을 진행하게 된다 (S20). 이 과정은 3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 이에 대한 트리 구조를 구성하는 과정(S21)과, 트리 구조의 최하위 계층 즉 최하위 노드인 바디의 형상 정보를 산출하는 과정(S22)을 포함할 수 있다.
다음으로, 데이터 처리부(110)는 트리 구조를 기반으로 3D 프린팅 파일을 작성하는 과정을 진행하게 된다 (S30). 이 과정은 바디의 형상 정보를 사용하여 3D 프린팅 영역 내에 배치되는 바디를 선정하는 과정(S31)과, 선정된 바디에 대한 트리 구조 기반의 분류 태그 정보를 3D 프린팅 파일에 부가하는 과정(S32)을 포함할 수 있다.
여기서, 바디를 선정하는 과정(S31)에서는 파트를 단위로 하여 파트에 구성된 바디의 총 체적을 3D 프린팅 영역의 유효 프린팅 체적과 비교하는 것이 바람직하며, 이 비교 결과에 따라 해당 파트 전체가 선정될 것인지 그리고 다른 파트의 바디가 함께 선정될 것인지 여부가 결정될 수 있다. 이와 같은 바디 선정 과정에 있어, 일예로 브랜치 및 바운드 알고리즘(branch & bound algorithm)이 사용될 수 있는데 이에 한정되지는 않는다.
다음으로, 데이터 처리부(110)는 3D 프린팅 파일에 대한 조립 구성도를 작성하게 된다 (S40).
전술한 바와 같은 과정을 통해, 트리 구조 기반의 3D 프린팅 파일을 작성하고 더욱이 조립 구성도를 작성할 수 있게 된다.
위와 같이 작성된 3D 프린팅 파일은 3D 프린터에 전송되어 출력되며, 조립 구성도를 참조하여 3D 프린팅된 바디를 조립할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 트리 구조를 구성하고 이를 기반으로 하여 프라 모델 구조의 3D 프린팅을 구현할 수 있는 3D 프린팅 파일을 작성하고 나아가 조립 구성도를 제공할 수 있게 된다.
이에 따라, 3D 프린팅 파일 생성과 3D 출력물 조립이 손쉽고 효율적으로 수행될 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
10: 3D 프린팅 시스템 100: 3D 데이터 처리 장치
110: 데이터 처리부 200: 3D 프린터

Claims (12)

  1. 3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 트리 구조를 구성하고 상기 트리 구조의 최하위 노드인 바디의 형상 정보를 산출하고; 상기 트리 구조를 기반으로 상기 바디의 형상 정보를 사용하여 3D 프린팅 영역 내에 이격되어 배치되며 함께 프린팅되는 다수의 바디들을 선정하여 3D 프린팅 파일을 작성하는 데이터 처리부
    를 포함하는 3D 캐드 데이터 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 바운딩 박스를 포함하는
    3D 캐드 데이터 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 무게 중심을 더 포함하는
    3D 캐드 데이터 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 파일은 선정된 바디와 연관된 분류 태그 정보를 포함하고,
    상기 분류 태그 정보는 상기 트리 구조의 노드에 대한 정보인
    3D 캐드 데이터 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 파일은 이에 구성된 바디들이 프라 모델 구조로 배치되도록 작성된
    3D 캐드 데이터 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는 3D 프린팅 파일을 기반으로 조립 구성도를 작성하는
    3D 캐드 데이터 처리 장치.
  7. 3D 캐드 데이터 처리 장치에서,
    3D 캐드 파일의 데이터를 분석하여 트리 구조를 구성하고 상기 트리 구조의 최하위 노드인 바디의 형상 정보를 산출하는 단계와;
    상기 트리 구조를 기반으로 상기 바디의 형상 정보를 사용하여 3D 프린팅 영역 내에 이격되어 배치되며 함께 프린팅되는 다수의 바디들을 선정하여 3D 프린팅 파일을 작성하는 단계
    를 포함하는 3D 캐드 데이터 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 바운딩 박스를 포함하는
    3D 캐드 데이터 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바디의 형상 정보는 상기 바디의 무게 중심을 더 포함하는
    3D 캐드 데이터 처리 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 파일은 선정된 바디와 연관된 분류 태그 정보를 포함하고,
    상기 분류 태그 정보는 상기 트리 구조의 노드에 대한 정보인
    3D 캐드 데이터 처리 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 파일은 이에 구성된 바디들이 프라 모델 구조로 배치되도록 작성된
    3D 캐드 데이터 처리 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 3D 캐드 데이터 처리 장치에서, 상기 3D 프린팅 파일을 기반으로 조립 구성도를 작성하는 단계
    를 더 포함하는 3D 캐드 데이터 처리 방법.
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