KR101957981B1 - 3-dimensional printing apparatus and 3-dimensional printing method using spherical deposition model - Google Patents

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Abstract

3차원 프린팅 장치는, 프린팅 재료를 분사하도록 구성된 노즐(nozzle); 상기 노즐에 의하여 상기 프린팅 재료가 주입되는 작업 테이블; 상기 작업 테이블을 하나 이상의 축 방향으로 회전시키도록 구성된 회전 구동부; 상기 작업 테이블의 표면과 평행한 하나 이상의 축 및 상기 작업 테이블의 표면과 직교하는 축 방향으로 상기 노즐을 이동시키도록 구성된 병진 구동부; 및 프린팅하고자 하는 형상에 대응되며 복수 개의 동심구형(同心球形)상의 곡면층(spherically curved layer)으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하고, 상기 회전 구동부 및 상기 병진 구동부를 제어함으로써, 상기 노즐 및 상기 작업 테이블 사이의 계면이 상기 동심구형 곡면층의 일부에 상응하도록 상기 작업 테이블의 회전 및 상기 노즐의 이동을 제어하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다. 상기 3차원 프린팅 장치를 이용하면, 노즐과 작업 대상물 사이의 연속적이고 동기화된 상호 작용을 통하여 구형 곡면층의 형상으로 프린팅 재료를 적층함으로써, 오버행(overhang) 및/또는 언더컷(undercut) 구조를 갖는 정확한 형상의 3차원 물체를 지지구조물 없이 기존의 방법보다 효율적이고 빠른 속도로 프린팅할 수 있다.The three-dimensional printing apparatus includes a nozzle configured to eject a printing material; A work table into which the printing material is injected by the nozzle; A rotation driving unit configured to rotate the work table in at least one axial direction; A translation drive configured to move the nozzle in at least one axis parallel to a surface of the work table and in an axial direction perpendicular to a surface of the work table; Dimensional sphere lamination (spherical area layer) model corresponding to a shape to be printed and formed of a plurality of concentric spherical spherically curved layers and controlling the rotation driving unit and the translational driving unit, And a controller configured to control rotation of the work table and movement of the nozzle such that an interface between the nozzle and the work table corresponds to a portion of the concentric spherical curved layer. By using the three-dimensional printing apparatus, the printing material can be stacked in the shape of the spherical curved layer through continuous and synchronized interaction between the nozzle and the workpiece, so that an accurate (overhang) and / or undercut Dimensional objects can be printed more efficiently and at a faster speed than conventional methods without supporting structures.

Description

구면 적층 모델을 이용한 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법{3-DIMENSIONAL PRINTING APPARATUS AND 3-DIMENSIONAL PRINTING METHOD USING SPHERICAL DEPOSITION MODEL}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional printing apparatus and a three-dimensional printing method using a spherical lamination model,

실시 예들은 구면 적층 모델을 이용한 3차원 프린팅 장치 및 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 프린팅 재료를 주입하는 노즐(nozzle)과 작업 테이블 사이의 계면이 3차원 구형 곡면층(spherically curved layer)을 형성하도록 작업 테이블의 회전과 노즐의 이동을 제어하면서 3차원 프린팅을 수행하는 기술에 대한 것이다. More particularly, the present invention relates to a three-dimensional printing apparatus and method using a spherical stacking model, and more particularly, to a method and apparatus for forming a three-dimensional spherically curved layer at an interface between a nozzle for injecting a printing material and a work table The present invention relates to a technique for performing three-dimensional printing while controlling the rotation of a work table and the movement of a nozzle.

3차원 프린팅이란, 3차원 캐드(CAD) 데이터를 이용하여 재료를 한 층씩 쌓아서 적층하여 3차원 물체를 만들어내는 기술을 지칭하고, 통상 3차원 프린팅 장치를 3D 프린터(3-dimensional printer)라고 지칭한다. 3차원 프린팅 장치는 프린팅 재료를 적층하는 방식에 따라 직접 에너지 증착(Directed Energy Deposition; DED) 방식, 광경화 적층 방식, 레이저 소결 적층 방식, 수지 압출 적층 방식, 잉크젯 적층 방식, 폴리젯 적층 방식, 박막 적층 방식 등 7가지로 국제표준기구에서 구분하였다. The term "three-dimensional printing" refers to a technique of stacking and stacking materials one by one using three-dimensional CAD data to produce a three-dimensional object, and a three-dimensional printing apparatus is generally referred to as a three-dimensional printer . The three-dimensional printing apparatus can be classified into three types depending on the method of laminating the printing materials: a Directed Energy Deposition (DED) system, a photocurable lamination system, a laser sintered lamination system, a resin extrusion lamination system, an inkjet lamination system, And lamination method are classified by the International Standards Organization.

이 중 DED 방식을 이용한 3차원 프린팅 장치는, 프린팅 재료, 예컨대, 금속선 또는 금속 파우더(powder)를 노즐(nozzle)을 통하여 공급하는 동시에 레이저의 열 에너지를 프린팅 재료에 집중하여 용융시키고 이를 모재에 융착시켜서 적층을 수행한다. 최근에는, DED 방식의 3차원 프린팅 장치에 있어서, 5축 이동 메커니즘을 구비하여 오버행(overhang) 및/또는 언더컷(undercut) 구조를 지지구조물 없이 형성하는 기술이 등장하였다. Among them, a three-dimensional printing apparatus using a DED system is a system in which a printing material such as a metal wire or a metal powder is supplied through a nozzle and the thermal energy of the laser is concentrated on the printing material and melted, To perform lamination. In recent years, in the 3D printing apparatus of the DED type, a technique has been developed in which a five-axis moving mechanism is provided to form an overhang and / or an undercut structure without supporting structures.

도 1a 및 1b는 각각 3축 및5축 이동 메커니즘을 이용한 DED 방식에서의 오버행 및/또는 언더컷 구조를 적층하여 프린팅하는 기존 방식의 한 예를 나타내는 개념도이다. FIGS. 1A and 1B are conceptual diagrams showing an example of an existing method of stacking overprinting and / or undercut structures in a DED system using three-axis and five-axis moving mechanisms, respectively.

종래에는 프린팅하고자 하는 3차원 형상의 정보를 삼각형(Triangular facets)들의 집합으로 이루어진 디지털 모델로 구조화하였으며, 이를 통상 스테레오리소그래프(stereolithograph) 모델이라고 호칭하며 STL(STereoLithography) 이라는 확장자를 가지는 파일의 형태로 정의하여 사용하였다. 도 1a를 참조하면, 이는 3축 이동 메커니즘을 이용한 DED 방식의 전형적인 예로서 3차원 작업물이 놓여질 판형 플랫폼(100)이 고정되어 있고, 판형 플랫폼(100)상에 이와 평행한 층(110)들을 순차적으로 적층하는 방식으로 3차원 프린팅을 수행한다. 이때, 프린팅할 형상이 그림과 같이 오버행이나 언더컷 등 하단의 지지부와 연속적이지 않은 구조를 포함하는 경우에는, 판형 플랫폼(100)상에 지지 구조물(120)을 두고 그 위에 층(110)들을 적층해나가야 했다. Conventionally, the information of the three-dimensional shape to be printed is structured with a digital model composed of a set of triangular facets, which is usually called a stereolithograph model, and a form of a file having an extension of STL (STEREO LITHOGRAPHY) Respectively. Referring to FIG. 1A, a typical example of a DED system using a three-axis moving mechanism is a plate platform 100 to which a three-dimensional workpiece is to be placed, and a plurality of parallel layers 110 And three-dimensional printing is performed in a manner of sequentially laminating. At this time, if the shape to be printed includes a structure which is not continuous with the lower end support such as an overhang or an undercut as shown in the drawing, the support structure 120 is placed on the plate platform 100 and the layers 110 are stacked thereon I had to leave.

한편, 도 1b를 참조하면, 이는 5축 이동 메커니즘을 이용한 DED 방식의 전형적인 예로서 판형 플랫폼(100)의 회전을 제어하는 기술이 등장하면서, 도 1a에 도시된 지지 구조물(120)을 사용하지 않고도 판형 플랫폼(100)을 회전시켜 가면서 오버행이나 언더컷 구조를 적층할 수 있게 되었다. 예를 들어, 판형 플랫폼(100)을 회전시키지 않은 상태에서 I 방향으로 층(111)들을 적층하고, 그 후 판형 플랫폼(100)을 90도 회전시켜 II 방향으로 층(112)들을 적층하며, 다시 판형 플랫폼(100)을 초기 위치로 -90도 회전시킨 후 III 방향으로 층(113)들을 적층할 수 있다. 이때, 노즐(130)은 항상 동일한 방향을 향하고 있으나, 판형 플랫폼(100)의 회전에 의하여 작업물의 방향을 원하는 방향으로 제어하여 작업물과 노즐(130) 사이의 각도가 변화하면서 프린팅이 이루어진다. 1B, this is a typical example of a DED method using a five-axis movement mechanism, and a technique for controlling the rotation of the plate-shaped platform 100 is disclosed. In this case, without using the support structure 120 shown in FIG. 1A The overhang or undercut structure can be stacked while the plate-like platform 100 is rotated. For example, the layers 111 are stacked in the I direction without rotating the plate-type platform 100, and then the plate-shaped platform 100 is rotated by 90 degrees to stack the layers 112 in the II direction, After the plate platform 100 is rotated 90 degrees to its initial position, the layers 113 may be stacked in the III direction. At this time, although the nozzle 130 always faces the same direction, printing is performed by changing the angle between the workpiece and the nozzle 130 by controlling the direction of the workpiece in a desired direction by the rotation of the plate-shaped platform 100.

그러나, 도 1b를 참조하여 설명한 것과 같이 판형 플랫폼(100)을 90도씩 순차적으로 회전시키는 공정이 작업 지연을 발생시키는 문제점이 있고, 또한 노즐(130)과 판형 플랫폼(100)의 각도에 따라 노즐(130)이 판형 플랫폼(100) 또는 판형 플랫폼(100)상에 프린팅된 작업물과 물리적인 간섭(interference)을 일으킬 수 있는 문제점이 있다. However, as described with reference to FIG. 1B, there is a problem in that the process of sequentially rotating the plate-shaped platform 100 by 90 degrees causes a delay in operation. Also, there is a problem in that the nozzle (130) 130 may cause physical interference with a workpiece printed on the plate-shaped platform 100 or the plate-shaped platform 100.

도 2는 종래의 5축 메커니즘을 이용한 3차원 프린팅 장치를 이용한 프린팅 재료의 적층 방식에서 발생하는 노즐과 작업물의 간섭을 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining interference between a nozzle and a workpiece in a printing material stacking method using a conventional three-dimensional printing apparatus using a five-axis mechanism.

다양한 방향으로 연장되는 3차원 물체를 적층하기 위하여, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이 초기 상태에서 노즐(130)을 이용하여 연직 방향으로 프린팅 재료를 적층하고, 이후 도 2의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이 판형 플랫폼(100)을 -90도 회전시켜 도 2의 (a)에서 적층된 부분과 90도의 각도를 이루도록 연장되는 부분을 형성하도록 프린팅 재료를 형성하고, 이후 다시 도 2의 (d)에 도시된 것과 같이 판형 플랫폼(100)을 90도 회전시켜 초기 상태의 연직 방향으로 프린팅 재료를 적층할 수 있다. In order to stack the three-dimensional objects extending in various directions, the printing material is stacked in the vertical direction by using the nozzle 130 in the initial state as shown in FIG. 2 (a) The printing material is formed so as to form a portion extending at an angle of 90 degrees with the laminated portion in Fig. 2 (a) by rotating the plate-shaped platform 100 by -90 degrees as shown in Figs. The printing material can be stacked in the initial vertical direction by rotating the plate-shaped platform 100 by 90 degrees as shown in FIG. 2 (d).

이때, 도 2의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이 판형 플랫폼(100)이 회전된 상태에서, 프린팅 재료를 적층할 작업 위치에 따라서는 일정 영역(200)에서 노즐(120)의 이동 영역이 판형 플랫폼(100) 또는 판형 플랫폼(100)상의 작업물과 중첩되는 간섭이 발생할 수 있고, 따라서 이러한 간섭이 있을 경우 원하는 정확한 형상으로 3차원 물체를 프린팅 할 수 없게 되는 문제점이 발생할 수 있다. At this time, as shown in FIGS. 2B and 2C, in the state where the plate-shaped platform 100 is rotated, the movement of the nozzle 120 in a certain region 200 There is a possibility that an overlapping area may overlap with the work on the plate platform 100 or the plate platform 100, and thus, if there is such interference, a problem that the three-dimensional object can not be printed in a desired accurate shape may occur.

공개특허공보 제10-2017-0015442호Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0015442

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 것과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 프린팅 재료를 주입하는 노즐(nozzle)과 작업 테이블 사이의 계면이 구형 곡면층(spherically curved layer)을 형성하도록 작업 테이블의 회전과 노즐의 이동을 제어하면서 프린팅을 수행하는 3차원 프린팅 장치 및 방법을 제공할 수 있다. SUMMARY OF THE INVENTION According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a printing apparatus, including: forming a spherically curved layer between a nozzle for injecting a printing material and a work table; A three-dimensional printing apparatus and method for performing printing while controlling rotation and movement of a nozzle can be provided.

일 실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 프린팅 재료를 분사하도록 구성된 노즐(nozzle); 상기 노즐에 의하여 상기 프린팅 재료가 주입되는 작업 테이블; 상기 작업 테이블을 하나 이상의 축 방향으로 회전시키도록 구성된 회전 구동부; 상기 작업 테이블의 표면과 평행한 하나 이상의 축 및 상기 작업 테이블의 표면과 직교하는 축 방향으로 상기 노즐을 이동시키도록 구성된 병진 구동부; 및 프린팅하고자 하는 형상에 대응되며 복수 개의 동심구형(同心球形)상의 곡면 층(spherically curved layer)으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하고, 상기 회전 구동부 및 상기 병진 구동부를 제어함으로써, 상기 노즐 및 상기 작업 테이블 사이의 계면이 상기 동심구형 곡면 층의 일부에 상응하도록 상기 작업 테이블의 회전 및 상기 노즐의 이동을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.A three-dimensional printing apparatus according to one embodiment includes a nozzle configured to eject a printing material; A work table into which the printing material is injected by the nozzle; A rotation driving unit configured to rotate the work table in at least one axial direction; A translation drive configured to move the nozzle in at least one axis parallel to a surface of the work table and in an axial direction perpendicular to a surface of the work table; Dimensional sphere lamination (spherical area layer) model corresponding to a shape to be printed and formed of a plurality of concentric spherical spherically curved layers and controlling the rotation driving unit and the translational driving unit, And a controller configured to control rotation of the work table and movement of the nozzle such that the interface between the nozzle and the work table corresponds to a portion of the concentric spherical curved layer.

일 실시 예에서, 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 구성하는 복수 개의 동심구형상의 곡면 층 각각은 서로 상이한 반지름을 가지는 동심구(同心球)들의 일부의 형상을 가지며, 상기 복수 개의 동심구형 곡면층은 고정된 동심점을 중심으로 구의 반지름이 증가하는 방향으로 연속적으로 배열된다.In one embodiment, each of the plurality of concentric spherical curved layers constituting the three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model has a shape of a part of concentric spheres having different radii, and the plurality of concentric spherical shapes The curved layer is continuously arranged in a direction in which the radius of the sphere increases around a fixed concentric point.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 동심구의 반지름이 증가하는 방향으로 상기 노즐을 일정한 거리만큼 이동시켜 상기 노즐 및 상기 작업 테이블 사이의 계면이 상기 복수 개의 동심구형 곡면 층에 순차적으로 위치하도록 상기 병진 구동부를 제어한다.In one embodiment, the controller moves the nozzle by a predetermined distance in the direction of increasing the radius of the concentric sphere so that the interface between the nozzle and the work table is sequentially positioned on the plurality of concentric spherical curved layers, And controls the driving unit.

일 실시 예에서, 상기 복수 개의 동심구형 곡면 층 사이의 반지름 차이는 재료의 적층두께라는 공정변수에 의해 결정되며 상기 노즐을 통한 상기 프린팅 재료의 주입량에 기초하여 제어된다.In one embodiment, the radial difference between the plurality of concentric spherical curved layers is determined by a process variable called the lamination thickness of the material and is controlled based on the amount of the printing material injected through the nozzle.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 프린팅하고자 하는 형상의 스테레오리소그래프(stereolithograph) 모델과 상기 서로 상이한 반지름을 가지는 복수의 동심구면들 사이의 교점으로부터 각각의 구면상에 상기 동심구형 곡면층 상의 적층 정보를 생성하되, 상기 동심구들의 상이한 반지름에 따라 형성되는 각각의 상기 동심구형(同心球形) 곡면층을 생성하는 단계를 반복 수행하여 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 생성하도록 구성된 모델링부를 포함한다.In one embodiment, the control section controls the stereolithograph model of the shape to be printed and the stacking information on the concentric spherical curved layer on each spherical surface from an intersection between the plurality of concentric spherical surfaces having different radii (Spherical area layer) model by repeating the step of creating the concentric spherical surface layer of each of the concentric spherical curved surfaces, wherein each concentric spherical curved surface layer is formed according to different radii of the concentric spheres do.

일 실시 예에서, 상기 모델링부는, 상기 스테레오리소그래프 모델과 상기 상기 서로 상이한 반지름을 가지는 동심구들 각각의 사이에 생성된 교점들을 연결하여 형성되는 3차원 폐곡선 루프(loop) 들을 상기 동심구들 전체에 대해 합하여 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 생성하도록 구성된다. In one embodiment, the modeling unit may further include three-dimensional closed loop loops formed by connecting intersections generated between the stereo lithography model and each of the concentric spheres having different radii from each other to the entirety of the concentric spheres. Dimensional spherical surface layer (spherical area layer) model.

일 실시 예에서, 상기 작업 테이블은, 기초 테이블 및 상기 기초 테이블상에 회전 가능하게 결합된 판형 플랫폼을 포함한다.In one embodiment, the work table includes a base table and a plate platform rotatably coupled on the base table.

일 실시 예에서, 상기 회전 구동부는, 상기 작업 테이블의 표면에 대해 직교하는 방향을 회전 축으로 하여 상기 판형 플랫폼을 회전시키며(rotating), 상기 판형 플랫폼의 회전 축과 직교하는 방향을 회전 축으로 하여 상기 기초 테이블을 회전시키도록(tilting) 더 구성된다.In one embodiment, the rotation driving unit rotates the plate-type platform with the rotation axis orthogonal to the surface of the work table as a rotation axis, and rotates in a direction orthogonal to the rotation axis of the plate- And is further configured to tilting the base table.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 3차원 프린팅 장치의 모델사양에 기초하여, 상기 노즐이 상기 판형 플랫폼과 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위하여 프린팅 최초작업 시 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 결정하도록 구성된 간섭 방지부를 포함한다.In one embodiment, the control unit determines, based on the model specification of the three-dimensional printing apparatus, a minimum size of the attachment to be attached to the base material in the initial printing operation in order to prevent the nozzle from interfering with the plate- And an interference prevention unit configured to determine the interference.

일 실시 예에 따른 3차원 프린팅 장치는, 상기 노즐에 금속 파우더를 공급하도록 구성된 파우더 공급부; 및 상기 노즐에 공급되는 상기 파우더에 레이저를 조사함으로써 상기 파우더가 소결된 상기 프린팅 재료를 생성하도록 구성된 레이저 공급부를 더 포함한다.A three-dimensional printing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes: a powder supply unit configured to supply metal powder to the nozzle; And a laser supply unit configured to generate the printing material to which the powder is sintered by irradiating a laser to the powder supplied to the nozzle.

일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 3차원 프린팅 장치의 제어부가, 프린팅하고자 하는 형상에 대응하여 복수 개의 동심구형 곡면층으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하는 단계; 및 프린팅 재료가 주입되는 노즐 및 작업 테이블 사이의 계면이 3차원 모델의 상기 동심구형 곡면층의 일부에 상응하도록 상기 작업 테이블의 회전 및 상기 노즐의 이동을 제어하면서, 상기 노즐을 통해 상기 작업 테이블상에 상기 프린팅 재료를 주입하는 단계를 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a three-dimensional printing method includes: determining a three-dimensional spherical surface layer model having a plurality of concentric spherical curved layers corresponding to a shape to be printed; And controlling the rotation of the work table and the movement of the nozzle so that the interface between the nozzle into which the printing material is injected and the work table corresponds to a part of the concentric spherical curved layer of the three- And injecting the printing material into the recording medium.

일 실시 예에 따른 3차원 프린팅 방법에서, 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 구성하는 복수 개의 동심구형 곡면층 각각은 서로 상이한 반지름을 가지는 동심구들의 일부의 형상을 가지며, 상기 복수 개의 동심구형 곡면층은 고정된 동심점을 중심으로 구의 반지름이 증가하는 방향으로 연속적으로 배열된다. In the three-dimensional printing method according to an embodiment, each of the plurality of concentric spherical curved layers constituting the three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model has a shape of a part of concentric spheres having different radii, The spherical curved layer is continuously arranged in a direction in which the radius of the spherical portion increases around a fixed concentric point.

일 실시 예에서, 상기 프린팅 재료를 주입하는 단계는, 상기 노즐 및 상기 작업 테이블 사이의 계면이 상기 복수 개의 동심구형 곡면층에 순차적으로 위치하도록 상기 구의 반지름이 고정된 동심점을 중심으로 증가하는 방향으로 상기 노즐을 이동시키는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of injecting the printing material may include a step of injecting the printing material in a direction in which the interface between the nozzle and the work table is sequentially positioned on the plurality of concentric spherical curved layers, And moving the nozzle with the nozzle.

일 실시 예에서, 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하는 단계는, 재료의 적층두께라는 공정변수에 의해 결정되고 상기 노즐을 통한 상기 프린팅 재료의 주입량에 기초하여 제어되는 상기 복수 개의 동심구형 곡면 층 사이의 반지름 차이를 결정하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of determining the three-dimensional spherical lamellar (spherical area layer) model comprises determining the three-dimensional spherical lamination (spherical area layer) model based on the plurality of concentric And determining a radial difference between the spherical curved layers.

일 실시 예에서, 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하는 단계는, 프린팅하고자 하는 형상의 스테레오리소그래프 모델과 미리 설정된 반지름을 가지는 복수의 동심구면 사이의 교점으로부터 상기 동심구형 곡면층을 생성하는 단계; 및 상기 구면의 반지름을 변화시키면서 상기 동심구형 곡면층을 생성하는 단계를 반복 수행하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of determining the three-dimensional spherical laminar (spherical area layer) model comprises the step of selecting the concentric spherical surface layer from an intersection between a stereolithographic model of the shape to be printed and a plurality of concentric spherical surfaces having a predetermined radius ; And generating the concentric spherical surface layer while changing the radius of the spherical surface.

일 실시예에서, 상기 동심구형 곡면층을 생성하는 단계는, 상기 스테레오리소그래프 모델과 상기 서로 상이한 반지름을 가지는 복수의 동심구면들 각각의 사이에 생성된 교점들을 연결하여 각각의 동심구면상에 형성되는 3차원 폐곡선 루프 들을 상기 동심구들 전체에 대해 합하여 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 모델링하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of creating the concentric spherical curved layer may include forming the concentric spherical curved layer by forming intersection points created between each of the plurality of concentric spherical surfaces having different radii from the stereolithographic model, (Spherical area layer) model by summing the three-dimensional closed-loop loops of the three-dimensional spherical surface loop.

일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 상기 제어부가, 상기 3차원 프린팅 장치의 모델사양에 기초하여, 상기 노즐이 상기 작업 테이블의 판형 플랫폼과 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위하여 프린팅 최초작업 시 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 결정하는 단계를 더 포함한다.The three-dimensional printing method according to an exemplary embodiment of the present invention is characterized in that the control unit controls the three-dimensional printing apparatus based on the model specification of the three-dimensional printing apparatus to prevent the nozzles from interfering with the plate- And determining the minimum size of the attachment to be attached.

본 발명의 일 측면에 따른 3차원 프린팅 장치 및 방법은, 프린팅하고자 하는 형상에 대응되며 복수 개의 동심구형(同心球形) 곡면층(spherically curved layer)으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하고, 프린팅 재료를 주입하는 노즐(nozzle)과 작업 테이블 사이의 계면이 동심구형 곡면층을 형성하도록 작업 테이블의 회전과 노즐의 이동을 제어하면서 프린팅을 수행하도록 구성된다. A three-dimensional printing apparatus and method according to an aspect of the present invention includes determining a three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model corresponding to a shape to be printed and formed of a plurality of concentric spherical curved layers And to perform printing while controlling the rotation of the work table and the movement of the nozzles so that the interface between the nozzle for injecting the printing material and the work table forms a concentric spherical curved layer.

본 발명의 일 측면에 따른 3차원 프린팅 장치 및 방법에 의하면, 노즐과 작업 대상물 사이의 연속적이고 동기화된 상호 작용을 통하여 동심구형 곡면층의 형상으로 프린팅 재료를 적층함으로써, 오버행(overhang) 및/또는 언더컷(undercut) 구조를 지지구조물 없이 적층할 경우에 종래와 같이 작업 대상물의 회전으로 인한 작업 지연의 발생을 방지하고 정확한 형상의 3차원 물체를 빠른 속도로 프린팅할 수 있는 이점이 있다. According to the three-dimensional printing apparatus and method according to one aspect of the present invention, overhang and / or overprinting can be achieved by laminating the printing material in the form of a concentric spherical curved layer through continuous and synchronized interaction between the nozzle and the workpiece When an undercut structure is stacked without a support structure, there is an advantage that a work delay can be prevented from occurring due to rotation of a workpiece, and a precise three-dimensional object can be printed at a high speed.

나아가, 본 발명의 일 측면에 따른 3차원 프린팅 장치 및 방법에 의하면, 노즐이 작업 테이블 또는 작업 테이블상의 적층체와 물리적인 간섭을 일으키는 것을 원천적으로 방지하는 동심구형 곡면기반 적층 기술을 기반으로 프린팅을 수행함으로써, 종래의 일반적 간섭 문제를 방지할 수 있는 이점이 있다. Further, according to the three-dimensional printing apparatus and method according to one aspect of the present invention, printing can be performed based on concentric spherical curved surface-based lamination technology which inherently prevents the nozzle from causing physical interference with the work table or the stack on the work table There is an advantage that the conventional general interference problem can be prevented.

나아가, 본 발명의 일 측면에 따른 3차원 프린팅 장치 및 방법에 의하면, 상기 3차원 프린팅 장치의 모델사양에 기초하여, 상기 노즐이 상기 판형 플랫폼과 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위하여 프린팅 최초작업 시 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 산출하고 이를 기반으로 프린팅을 수행함으로써 본 방법 고유의 문제에 의해 초래되는 간섭 문제 또한 미리 방지할 수 있도록 대비하였다. Further, according to the three-dimensional printing apparatus and method according to one aspect of the present invention, in order to prevent the nozzle from interfering with the plate platform on the basis of the model specification of the three-dimensional printing apparatus, The minimum size of the adhering material to be adhered is calculated and printing is performed on the basis of the minimum size of the adhering material so that the interference problem caused by the inherent problem of the present method can be prevented in advance.

도 1a 및 1b는 종래의 3차원 프린팅 장치를 이용한 프린팅 재료의 적층 방식을 나타내는 개념도이다.
도 2는 종래의 3차원 프린팅 장치를 이용한 프린팅 재료의 적층 방식에서 발생하는 노즐(nozzle)과 작업물의 간섭을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 이용한 적층 방식을 나타내는 개념도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 작업 테이블을 나타내는 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치에서 동심구형 곡면층(spherically curved layer)으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 생성하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 이용한 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 종래의 평면적층모델과 비교하여 나타내는 이미지이다.
도 8은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치에서 프린팅 최초작업 시 노즐과 작업물의 간섭이 방지되도록 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9 내지 도 11은 다양한 형상에 대하여 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 이용한 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 종래의 평면적층모델과 비교하여 나타내는 이미지이다.
도 12는 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법의 순서도이다. FIGS. 1A and 1B are conceptual diagrams illustrating a printing material stacking method using a conventional three-dimensional printing apparatus.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining interference between a nozzle and a workpiece generated in a printing method stacking method using a conventional three-dimensional printing apparatus.
3 is a configuration diagram of a three-dimensional printing apparatus according to one embodiment.
4 is a conceptual diagram illustrating a stacking method using a three-dimensional printing apparatus according to one embodiment.
5 is a perspective view illustrating a work table of the three-dimensional printing apparatus according to one embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a process of generating a three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model composed of a concentric spherical curved layer in a three-dimensional printing apparatus according to an exemplary embodiment.
FIG. 7 is an image showing a three-dimensional spherical laminar (spherical area layer) model using a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment compared with a conventional planar layer model.
FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the minimum size of an attachment adhered to a base material so as to prevent interference between a nozzle and a workpiece during a first printing operation in a three-dimensional printing apparatus according to an exemplary embodiment.
9 to 11 are images showing a three-dimensional spherical laminar (spherical area layer) model using a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment in comparison with a conventional planar layer model for various shapes.
12 is a flowchart of a three-dimensional printing method according to an embodiment.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, some exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 명세서에서 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.Where reference in the specification to "above " another part, it may be directly on the other part or be accompanied by another part therebetween. In contrast, when a section is referred to as being "directly above" another section, no other section is involved.

본 명세서에서 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션(section)들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Herein, the terms first, second and third, etc. are used to describe various parts, components, regions, layers and / or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish any moiety, element, region, layer or section from another moiety, moiety, region, layer or section. Thus, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that the presence or absence of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and / It does not exclude addition.

본 명세서에서 "아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90° 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.The term " below ", "above ", and the like, which denote relative space in this specification, can be used to more easily describe the relationship to other parts of a part shown in the drawings. These terms are intended to include other meanings or acts of the apparatus in use, as well as intended meanings in the drawings. For example, when inverting a device in the figures, certain parts that are described as being "below" other parts are described as being "above " other parts. Thus, an exemplary term "below" includes both up and down directions. The device can be rotated 90 degrees or rotated at different angles, and the term indicating the relative space is interpreted accordingly.

다르게 정의하지는 않았지만, 본 명세서에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

도 3은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 구성도이다. 3 is a configuration diagram of a three-dimensional printing apparatus according to one embodiment.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 프린팅 재료가 주입되어 3차원 물체로 형성되는 작업 공간인 작업 테이블(10)과, 작업 테이블(10)상에 프린팅 재료를 주입하기 위한 노즐(nozzle)(20)과, 작업 테이블(10)을 하나 이상의 축 방향으로 회전시키도록 구성된 회전 구동부(40)와, 노즐(20)을 복수 개의 축 방향으로 이동시키도록 구성된 병진(translation) 구동부(30)와, 회전 구동부(40) 및 병진 구동부(30)의 제어를 통하여 노즐(20)과 작업 테이블(10) 사이의 상대적인 이동을 조절하는 제어부(50)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment includes a work table 10 as a work space in which a printing material is injected and formed into a three-dimensional object, A rotation driving section 40 configured to rotate the work table 10 in at least one axial direction; a translation driving section 40 configured to move the nozzle 20 in a plurality of axial directions; And a control unit 50 for controlling the relative movement between the nozzle 20 and the work table 10 through the control of the rotation driving unit 40 and the translating driving unit 30. [

병진 구동부(30)는 작업 테이블(10)의 표면과 평행한 하나 이상의 축 및 작업 테이블(10)의 표면과 직교하는 축 방향으로 노즐(20)을 이동시키도록 구성된다. 예를 들어, 병진 구동부(30)는 노즐(20)을 작업 테이블(10)의 표면에 평행한 평면상의 x축과 y축, 및 작업 테이블(10)의 표면과 직교하는 z축 중 임의의 축 방향으로 노즐(20)을 이동시킬 수 있는 3축 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. The translation drive 30 is configured to move the nozzle 20 in an axial direction perpendicular to the surface of the work table 10 and one or more axes parallel to the surface of the work table 10. For example, the translational driving unit 30 is configured to move the nozzle 20 to any one of x-axis and y-axis on the plane parallel to the surface of the work table 10 and z-axis orthogonal to the surface of the work table 10 Axis drive mechanism capable of moving the nozzle 20 in the direction of the arrow.

회전 구동부(40)는, 작업 테이블(10)을 작업 테이블(10)의 표면과 직교하는 방향의 회전 축(예컨대, Ω축) 및 작업 테이블(10)의 표면과 평행한 일 방향의 회전 축(예컨대, Φ축) 중 임의의 축을 중심으로 회전시키기 위한 회전 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 따라서, 실시예들에 따른 3차원 프린팅 장치는 노즐(20)의 3개의 축 방향의 이동 및 작업 테이블(10)의 2개의 축을 중심으로 한 회전이 가능한 점에서 5개의 축 방향의 자유도를 갖는다. The rotary drive unit 40 drives the work table 10 to rotate in a direction perpendicular to the surface of the work table 10 For example, a < RTI ID = 0.0 > phi < / RTI > axis). Accordingly, the three-dimensional printing apparatus according to the embodiments has five axial degrees of freedom in that it can move in three axial directions of the nozzle 20 and rotate about two axes of the work table 10.

제어부(50)는, 병진 구동부(30)와 회전 구동부(40)를 통하여 노즐(20)의 이동 및/또는 작업 테이블(10)의 회전을 제어함으로써, 종래와 같이 일 방향으로의 증착 또는 작업 테이블(10)의 90도 회전을 통해 결정되는 방향으로의 증착 방식을 이용하는 대신, 노즐(20)과 작업 테이블(10) 사이의 계면이 구면의 일부가 되도록 하는 구면 적층 모델을 적용하여 3차원 물체를 프린팅한다. 이를 위하여, 일 실시예에서 제어부(50)는 프린팅하고자 하는 3차원 형상에 상응하는 구면 기반의 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 생성하는 모델링부(510)를 포함한다. The control unit 50 controls the movement of the nozzle 20 and / or the rotation of the work table 10 through the translational driving unit 30 and the rotation driving unit 40, Dimensional object in which the interface between the nozzle 20 and the work table 10 becomes a part of the spherical surface instead of using the evaporation method in the direction determined through the 90-degree rotation of the nozzle 10 and the work table 10, Print. To this end, in one embodiment, the controller 50 includes a modeling unit 510 for generating a spherical-based three-dimensional spherical surface layer model corresponding to a three-dimensional shape to be printed.

도 4는 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 이용한 적층 방식을 나타내는 개념도이다. 4 is a conceptual diagram illustrating a stacking method using a three-dimensional printing apparatus according to one embodiment.

도 1a 및 1b를 참조하여 전술한 것과 같이 종래 기술에 따른 프린팅 물질의 적층은 연직 방향으로만 이루어지며 단지 작업 대상물의 90도 회전에 의하여 대상물의 연장 방향을 변화시켰던 것과 다르게, 도 4에 도시된 것과 같이 본 발명의 실시예들에서는 작업 테이블(10)의 중심 부분을 기점으로 하여 이로부터 일정한 반지름을 가지는 구의 일부에 해당하는 동심구형(同心球形) 곡면층(spherically curved layer)(400)을 형성하도록 프린팅 재료를 적층한다. As described above with reference to Figs. 1A and 1B, the stacking of the printing material according to the prior art is made only in the vertical direction, and unlike the case where the extension direction of the object is changed by only 90 degrees rotation of the workpiece, In the embodiments of the present invention, a concentric spherical curved layer 400 corresponding to a part of a sphere having a constant radius from the central portion of the work table 10 is formed The printing material is laminated.

도면에서는 작업 테이블(10)의 위치를 고정한 상태에서 동심구형 곡면층(400)의 형상을 도시하였으나, 실제 적층에 있어서는 작업 테이블(10)과 노즐 사이의 계면이 동심구형 곡면층(400)의 표면을 따라 이동하도록 작업 테이블(10)을 하나 이상의 축 방향으로 회전시키는 것에 의하여 동심구형 곡면층(400)의 형상에 따라 프린팅 재료가 적층된다는 점이 통상의 기술자에게 용이하게 이해될 것이다. 본 실시예에 따른 구형 적층 모델을 이용하면, 프린팅 재료가 주입되는 지점이 직전 적층 위치와 인접하면서 연속적인 곡면을 형성하므로, 종래와 같이 불연속적인 작업 테이블의 회전으로 인하여 공정에 지연이 발생하는 것을 방지할 수 있다. Although the shape of the concentric spherical curved layer 400 is shown in a state where the position of the work table 10 is fixed in the figure, the interface between the work table 10 and the nozzle in actual lamination is the surface of the concentric spherical curved layer 400 It will be readily appreciated by those of ordinary skill in the art that the printing material is deposited according to the shape of the concentric spherical curved layer 400 by rotating the work table 10 in one or more axial directions to move along the concentric spherical curved layer 400. When the spherical lamination model according to the present embodiment is used, since the point where the printing material is injected forms a continuous curved surface adjacent to the immediately preceding lamination position, a delay occurs in the process due to the discontinuous rotation of the work table .

도 5는 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 작업 테이블을 나타내는 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a work table of the three-dimensional printing apparatus according to one embodiment.

도 5를 참조하면, 일 실시예에서 작업 테이블(10)은 기초 테이블(105) 및 상기 기초 테이블(105)상에서 회전 가능하게 배치되는 판형 플랫폼(100)을 포함한다. 예를 들어, 기초 테이블(105) 및 판형 플랫폼(100) 각각은 금속으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 판형 플랫폼(100)은 노즐을 통한 프린팅 재료의 주입 방향을 회전 축(즉, Φ축)으로 하여 회전할 수 있고, 본 명세서에서 이는 로테이션(rotation)이라고 지칭된다. 또한, 기초 테이블(105)은 노즐을 통한 프린팅 재료의 주입 방향과 직교하는 일 방향을 회전 축(즉, Ω축)으로 하여 회전할 수 있고, 본 명세서에서 이는 틸팅(tilting)이라고 지칭된다. 즉, 회전 구동부(40; 도 1)는 판형 플랫폼(100)의 로테이션 및/또는 기초 테이블(105)의 틸팅을 발생시키는 것에 의하여 작업 테이블(10)의 2축 방향의 회전 자유도를 달성한다. 5, in one embodiment, the work table 10 includes a base table 105 and a planar platform 100 that is rotatably disposed on the base table 105. As shown in FIG. For example, each of the base table 105 and the plate-like platform 100 may be made of metal, but is not limited thereto. The plate platform 100 can rotate with the rotation direction (i.e., the? Axis) of the direction of injection of the printing material through the nozzle, which is referred to herein as rotation. In addition, the base table 105 can be rotated in one direction orthogonal to the direction of injection of the printing material through the nozzles into the rotation axis (i.e., the? Axis), which is referred to herein as tilting. That is, the rotation driving unit 40 (FIG. 1) achieves the rotation degree of the work table 10 in the biaxial direction by causing the rotation of the plate-shaped platform 100 and / or the tilting of the base table 105.

이때, 노즐(20)과 작업 테이블(10) 사이의 계면은 작업 테이블(10)의 회전 중심을 그 중심으로 하며 일정한 반지름을 가지는 구면 상에 위치한다. 따라서, 프린팅 재료를 증착하고자 하는 상기 구면상의 특정 위치(P)가 노즐(20) 아래에 위치하도록 작업 테이블(10)의 회전 및 노즐(20)의 이동을 제어하면서, 노즐(20)을 통하여 프린팅 재료를 주입하여 상기 구면의 일부인 동심구형 곡면층에 상응하는 형상으로 프린팅 재료를 증착할 수 있다. At this time, the interface between the nozzle 20 and the work table 10 is located on the spherical surface having the center of rotation of the work table 10 and having a constant radius. Therefore, while controlling the rotation of the work table 10 and the movement of the nozzle 20 so that the specific position P on the spherical surface on which the printing material is to be deposited is positioned below the nozzle 20, The printing material can be deposited in a shape corresponding to the concentric spherical curved layer that is a part of the spherical surface by injecting the material.

도 6은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치에서 동심구형 곡면층으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 생성하는 과정을 나타내는 개념도이다.FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a process of generating a three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model including a concentric spherical curved layer in a three-dimensional printing apparatus according to an exemplary embodiment.

본 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치에서, 제어부의 모델링부는 프린팅하고자 하는 형상에 대응되며 복수 개의 동심구형 곡면층으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정한다. 예를 들어, 모델링부는 STL 파일 등을 이용하여 프린팅할 3차원 물체의 스테레오리소그래프(stereolithograph) 모델 정보를 미리 저장하고 있거나 이러한 정보를 수신하고, 상기 스테레오리소그래프 모델로부터 동심구형 곡면층들 상의 3차원 폐곡선(loop)들로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 생성할 수 있다. In the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment, the modeling unit of the control unit determines a three-dimensional spherical surface layer (spherical surface layer) model corresponding to a shape to be printed and formed of a plurality of concentric spherical curved layers. For example, the modeling unit may preliminarily store stereolithograph model information of a three-dimensional object to be printed using an STL file or the like, or may receive this information, and may extract three (3) images on concentric spherical curved layers from the stereolithographic model, Dimensional spherical laminar (spherical area layer) model consisting of dimensional closed curves (loops).

구체적으로, 도 6의 (a)를 참조하면, 생성할 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 구성하는 동심구형 곡면층상의 좌표 (x, y, z)는 작업 테이블이 위치하는 공간 상에서 구면의 반지름(r), 작업 테이블의 로테이션 각도(θ) 및 틸팅 각도(

Figure 112017063829190-pat00001
)에 의하여 하기 수학식 1과 같이 정의될 수 있다. 6A, coordinates (x, y, z) on the concentric spherical surface layer constituting the three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model to be generated are represented by coordinates The radius r, the rotation angle θ of the work table, and the tilting angle
Figure 112017063829190-pat00001
) ≪ / RTI >

Figure 112017063829190-pat00002
Figure 112017063829190-pat00002

이때, 모델링부는 도 6의 (b)에 도시된 것과 같이 스테레오리소그래프 모델을 임의의 구면상에 투영하여, 스테레오리소그래프 모델과 구면의 교점으로부터 형성된 동심구형 곡면 적층 정보인 3차원 폐곡선 루프(600)를 정의한다. 도 6에 도시된 실시예에서는, 스테레오리소그래프 모델과 구면의 교점들을 연결하여 형성되는 3차원 폐곡선 루프(600)를 정의하였다. 6 (b), the modeling unit projects the stereolithographic model onto an arbitrary spherical surface to obtain a three-dimensional closed loop loop 600 (see FIG. 6A), which is concentric spherical surface lamination information formed from the intersection of the stereolithography model and the spherical surface ). In the embodiment shown in FIG. 6, a three-dimensional closed curve loop 600 formed by connecting the intersections of the stereo lithography model and the spherical surface is defined.

다음으로, 도 6의 (c)를 참조하면, 스테레오리소그래프 모델을 투영할 구면의 반지름(r)을 증가시키면서 각각의 동심구(同心球)의 구면과 스테레오리소그래프 모델의 교점을 동심구형 곡면 적층 정보인 3차원 폐곡선 루프(600)로 정의한다. 상기 과정을 반복 수행함으로써, 구면의 반지름(r)이 증가하는 방향으로 연속적으로 배열된 복수 개의 동심구형 곡면 적층정보인 3차원 폐곡선 루프(600)를 얻을 수 있다. 즉, 삼각형정보로 이루어진 스테레오리소그래프 모델이 이상의 과정에 의하여 복수 개의 구형 곡면 적층정보인 3차원 폐곡선 루프(600)들로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델로 변환된다. 그러나, 프린팅할 형상에 대응되는 3차원 모델의 동심구형 곡면층을 정의하는 방식은 이와 상이할 수도 있고, 도 6에 도시된 형태로 한정되지 않는다. 6 (c), the intersection of the spherical surface of each concentric sphere and the stereolithographic model with the radius of the spherical surface to project the stereolithographic model is set to be the concentric spherical surface Dimensional closed loop loop 600, which is stacking information. By repeating the above process, it is possible to obtain a three-dimensional closed loop loop 600, which is a plurality of concentric spherical surface laminate information continuously arranged in a direction in which the radius r of the spherical surface increases. That is, the stereo lithography model made up of the triangle information is converted into a three-dimensional spherical surface layer model composed of the three-dimensional closed curve loops 600, which are a plurality of spherical curved surface stacking information. However, the method of defining the concentric spherical curved surface layer of the three-dimensional model corresponding to the shape to be printed may be different or is not limited to the form shown in Fig.

도 7은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 이용한 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 종래의 평면적층 모델과 비교하여 나타내는 이미지이다. FIG. 7 is an image showing a three-dimensional spherical laminar (spherical area layer) model using a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment compared with a conventional planar layer model.

도 7의 (a)는 도 1a를 참조하여 전술한 것과 같이 하나의 방향으로만 배열되는 평면적층들로 3차원 모델을 구성한 것을 나타내고, 도 7의 (b)는 도 1b를 참조하여 전술한 것과 같이 작업 테이블의 회전에 의하여 구현되는 적층 방향이 상이한 평면적층들을 포함하도록 3차원 모델을 구성한 것을 나타낸다. 한편, 도 7의 (c)는 본 발명의 실시예에 따라 회전 중심점으로부터 반지름이 순차적으로 증가하는 복수 개의 구형 곡면층으로 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 구성한 것을 나타낸다. Fig. 7 (a) shows a three-dimensional model composed of planar layers arranged in only one direction as described above with reference to Fig. 1a, and Fig. 7 (b) Dimensional model so that the lamination directions implemented by the rotation of the work table include different planar layers. Meanwhile, FIG. 7C shows that a three-dimensional spherical surface layer (spherical surface layer) model is constituted by a plurality of spherical curved layers whose radii sequentially increase from the center of rotation according to the embodiment of the present invention.

다시 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 노즐(20)에 프린팅 재료를 공급하기 위한 하나 이상의 부재를 더 포함한다. 예를 들어, 3차원 프린팅 장치가 직접 에너지 증착(Directed Energy Deposition; DED) 방식을 이용하는 경우, 3차원 프린팅 장치는 노즐(20)에 금속 파우더를 공급하도록 구성된 파우더 공급부(70) 및 노즐(20)에 공급되는 파우더에 레이저를 조사하도록 구성된 레이저 공급부(60)를 더 포함한다. 파우더 공급부(70)에 의해 공급된 파우더가 레이저에 의하여 가열됨으로써, 소결된 파우더가 노즐(20)로부터 작업 테이블(10)에 주입되어 물체를 형성한다. 일 실시예에서, 3차원 프린팅 장치는 레이저 공급부(60)에 의해 조사된 레이저를 노즐(20)에 집속시키기 위한 렌즈부(80)를 더 포함한다. Referring again to FIG. 3, the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment further includes at least one member for supplying the printing material to the nozzle 20. For example, when a three-dimensional printing apparatus uses a Directed Energy Deposition (DED) method, a three-dimensional printing apparatus includes a powder supply unit 70 and a nozzle 20, which are configured to supply metal powder to the nozzle 20, And a laser supply unit (60) configured to irradiate a laser to the powder supplied to the powder supply unit. The powder supplied by the powder supply unit 70 is heated by the laser so that the sintered powder is injected from the nozzle 20 into the work table 10 to form an object. In one embodiment, the three-dimensional printing apparatus further comprises a lens section 80 for focusing the laser irradiated by the laser supply section 60 onto the nozzle 20.

그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 프린팅 장치는 금속 파우더를 재료로 하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 실시예들에 따른 3차원 프린팅 장치는 열가소성 고체 필라멘트를 핫 엔드(hot-end) 노즐에서 녹여서 분사하는 용융 적층 조형(Fused Deposition Modeling; FDM) 방식 또는 다른 상이한 방식으로 프린팅 재료를 적층시키는 장치일 수도 있다. However, the three-dimensional printing apparatus according to the embodiments of the present invention is not limited to metal powder, and the three-dimensional printing apparatus according to the embodiments may use a thermoplastic solid filament in a hot- A fused deposition modeling (FDM) method of melt-spraying, or an apparatus for laminating printing materials in different ways.

일 실시예에서, 작업 테이블(10) 및 노즐(20)은 챔버(1) 내에 수용되며, 챔버(1) 내의 분위기는 기체 정화부(90)에 의하여 제어된다. 예를 들어, 챔버(1) 내를 진공에 가까운 상태로 유지하거나 또는 챔버(1) 내에서 프린팅 재료의 적층에 영향을 미칠 수 있는 불순물을 제거하도록 기체 정화부(90)가 동작할 수 있다. In one embodiment, the work table 10 and the nozzle 20 are received in the chamber 1, and the atmosphere in the chamber 1 is controlled by the gas purifier 90. For example, the gas purifying section 90 may operate so as to keep the inside of the chamber 1 close to vacuum or to remove impurities that may affect the stacking of the printing material in the chamber 1.

일 실시예에서, 3차원 프린팅 장치의 제어부(50)는 간섭 방지부(520)를 포함한다. 간섭 방지부(520)는, 모델링부(510)에 의해 결정된 3차원 모델을 기초로 하여, 노즐(20)이 작업 테이블(10) 또는 작업 테이블(10)상에 적층된 프린팅 재료의 적층체와 물리적인 간섭(interference)을 일으키는 것을 방지하도록 프린팅 최초작업 시 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 결정하는 역할을 한다. In one embodiment, the control unit 50 of the three-dimensional printing apparatus includes an interference prevention unit 520. The interference prevention unit 520 is a unit for preventing the interference between the stack of the printing materials stacked on the work table 10 or the work table 10 and the stack of the printing material stacked on the work table 10 based on the three dimensional model determined by the modeling unit 510 It serves to determine the minimum size of the attachment to be attached to the base material during the initial printing operation to prevent physical interference.

도 8은 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치에서 프린팅 최초작업 시 노즐과 작업물의 간섭이 방지되도록 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the minimum size of an attachment adhered to a base material so as to prevent interference between a nozzle and a workpiece during a first printing operation in a three-dimensional printing apparatus according to an exemplary embodiment.

도 8에서 a 및 b는 각각 노즐과 작업물의 간섭을 방지하기 위한 부착물의 최소 두께 및 길이를 나타내며, R은 작업 테이블의 구형 회전 반지름을 나타내고, r은 노즐이 차지하는 공간의 반지름을 나타내며, d는 작업 테이블의 두께를 나타내고, h는 노즐이 차지하는 공간의 중심과 작업 테이블의 회전 중심 사이의 거리를 나타내며, Ω는 작업 테이블의 틸팅 각도를 나타낸다. 이때, h ≥ d+r 이며, R ≥ d 이고, cosΩ = R/h 로 정의된다. 8, a and b represent the minimum thickness and length of the attachment for preventing interference between the nozzle and the workpiece, respectively, R represents the spherical radius of rotation of the work table, r represents the radius of the space occupied by the nozzle, H represents the distance between the center of the space occupied by the nozzle and the rotation center of the work table, and? Represents the tilting angle of the work table. In this case, h ≥ d + r, R ≥ d, and cos Ω = R / h.

본 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 부착물은, 프린팅 최초작업 시 모재에 부착하도록 조치되며, 전술한 파라미터들에 의하여 정의되는 작업 테이블 및 판형플랫폼의 3차원 동작이 만들어내는 구형 공간과 노즐이 차지하는 구형 공간이 서로 중첩하거나 간섭되지 않도록 그 최소 크기가 결정된다. 일 실시예에서, 상기 부착물의 최소 두께 a 및 길이 b는 각각 하기 수학식 2 및 수학식 3에 의하여 정의된다. The attachment of the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment is arranged to be attached to the base material at the initial printing operation, and the work table defined by the above-mentioned parameters and the spherical space created by the three- The minimum size is determined so that the spherical spaces do not overlap or interfere with each other. In one embodiment, the minimum thickness a and length b of the attachment are defined by the following equations (2) and (3), respectively.

Figure 112017063829190-pat00003
Figure 112017063829190-pat00003

Figure 112017063829190-pat00004
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도 9 내지 도 11은 다양한 형상에 대하여 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 이용한 3차원 구면적층(球面積層) 모델(c)을 종래의 평면적층정보모델(a, b)과 비교하여 나타내는 이미지이다.9 to 11 illustrate an image representing a three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model (c) using a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment in comparison with a conventional planar floor information model (a, b) to be.

도 7과 마찬가지로, 도 9의 (a), 도 10의 (a) 및 도 11의 (a) 각각은 하나의 방향으로만 배열되는 층들로 3차원 모델을 구성한 것을 나타내고, 도 9의 (b), 도 10의 (b) 및 도 11의 (b) 각각은 작업 테이블의 회전에 의하여 구현되는 적층 방향이 상이한 층들을 포함하도록 3차원 모델을 구성한 것을 나타낸다. 한편, 도 9의 (c), 도 10의 (c) 및 도 11의 (c)는 본 발명의 실시예에 따라 회전 중심점으로부터 반지름이 순차적으로 증가하는 복수 개의 동심구형 곡면층에 생성된 폐곡선들로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 구성한 것을 나타낸다.9 (a), 10 (a) and 11 (a) show that a three-dimensional model is constituted by layers arranged in only one direction, and FIG. 9 (b) , 10 (b) and 11 (b) respectively show that the three-dimensional model is configured so that the lamination directions implemented by the rotation of the work table include different layers. 9C, 10C, and 11C illustrate an example in which the closed curves generated in the plurality of concentric spherical surface layers in which the radius sequentially increases from the rotation center point Dimensional spherical surface layer (spherical surface layer) model composed of the spherical surface layer (spherical surface layer).

아래의 표 1은, 도 9 내지 도 11에 도시된 것과 같이 오버행 구조를 포함하는 형상을 프린팅하는 데 소요되는 시간을, 도 9의 (b), 도 10의 (b) 및 도 11의 (b)에 도시된 종래 기술의 경우와, 도 9의 (c), 도 10의 (c) 및 도 11의 (c)에 도시된 본 발명의 실시예의 경우를 비교하여 정리한 것이다. 종래 기술과 실시예의 경우 모두 프린팅 재료의 적층 속도는 20mm/초(s)로 하였으며 각 층 두께는 400㎛로 하였다. Table 1 below shows the time required for printing the shape including the overhang structure, as shown in Figs. 9 to 11, with reference to Figs. 9 (b), 10 (b) and 11 (C), 10 (c), and 11 (c) of the present invention, as compared with the case of the prior art shown in FIG. In the case of the prior art and the embodiment, the lamination speed of the printing material was 20 mm / sec (s), and the thickness of each layer was 400 μm.

공정 소요 시간(초)Process time (seconds) 종래 기술Conventional technology 실시예Example 시간 증가율
(%)Time increment
(%) 도 9
형상 크기(mm)
108×118×3309
Shape Size (mm)
108 x 118 x 330 적층 시간Stacking time 1,332.31,332.3 1,368.81,368.8 2.72.7 회전 시간Rotation time 8.68.6 N/AN / A 도 10
형상 크기(mm)
100×100×7810
Shape Size (mm)
100 x 100 x 78 적층 시간Stacking time 970.5970.5 984.1984.1 1.41.4 회전 시간Rotation time 25.325.3 N/AN / A 도 11
형상 크기(mm)
261×135×27011
Shape Size (mm)
261 x 135 x 270 적층 시간Stacking time 1,500.21,500.2 825.1825.1 -46.8-46.8 회전 시간Rotation time 6.36.3 N/AN / A

표에 기재된 것과 같이, 도 9와 같이 단순한 형상의 경우에는 본 발명의 실시예의 경우가 종래 기술에 비해 오히려 프린팅 시간을 다소 증가시켰으나, 도 10과 같이 형상이 복잡해짐에 따라 증가되는 시간은 감소하였고, 도 11에 도시된 것과 같이 불규칙한 오버행 구조를 가지는 형상의 경우에는 본 발명의 실시예를 이용함으로써 프린팅 시간을 큰 폭으로 감소시킬 수 있었다. As shown in the table, in the case of a simple shape as shown in FIG. 9, the embodiment of the present invention increases the printing time rather than the conventional technique. However, as the shape becomes complicated as shown in FIG. 10, . In the case of the shape having an irregular overhang structure as shown in FIG. 11, the printing time can be greatly reduced by using the embodiment of the present invention.

도 12는 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법의 순서도이다. 12 is a flowchart of a three-dimensional printing method according to an embodiment.

도 12를 참조하면, 3차원 프린팅 장치의 제어부는 프린팅하고자 하는 3차원 물체의 형상 정보를 수신하고(S1), 수신된 형상을, 수신된 형상과 미리 설정된 반지름을 가지는 동심구들의 구면의 교점들을 연결하여 형성되는 폐곡선들로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델로 모델링할 수 있다(S2). 예를 들어, 제어부에 수신되는 형상 정보는 STL 확장자를 가지는 파일 형태의 스테레오리소그래프 모델일 수 있다. 제어부는, 형상을 투영하기 위한 구면의 반지름을 증가시키면서 각 동심구와 스테레오리소그래프 모델의 교점으로부터 동심구형 곡면층을 생성함으로써, 연속적으로 적층된 복수의 동심구형 곡면층상에서 만들어진 폐곡선들로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정한다(S3). 그러나, 3차원 프린팅 장치에 미리 적층정보가 저장되어 있을 경우, 상기 단계(S1 내지 S3) 중 일부 또는 전부는 생략될 수 있다. 12, the control unit of the 3D printing apparatus receives the shape information of the three-dimensional object to be printed (S1), and converts the received shape to intersections of the spherical surfaces of the concentric spheres having the predetermined shape and the predetermined shape Dimensional sphere lamination (spherical area layer) model formed by connecting closed curves (S2). For example, the shape information received at the control unit may be a stereolithographic model of a file having an STL extension. The control unit generates the concentric spherical curved layer from the intersection of each concentric sphere and the stereolithographic model while increasing the radius of the spherical surface for projecting the shape so that the three- (Spherical area layer) model is determined (S3). However, if stacking information is stored in advance in the 3D printing apparatus, some or all of the steps S1 to S3 may be omitted.

다음으로, 3차원 프린팅 장치의 제어부는 프린팅 재료가 공급되는 노즐과 작업 테이블의 계면이 3차원 모델의 구형 곡면층에 상응하도록 작업 테이블의 하나 이상의 축(예컨대, Φ축 및/또는 Ω축)을 중심으로 한 회전 및/또는 노즐의 하나 이상의 축(예컨대, x축 및/또는 y축) 방향의 이동을 제어한다(S4). 이상의 제어 과정은 제어부가 노즐에 결합된 병진 구동부 및 작업 테이블에 결합된 회전 구동부를 제어하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 이와 같이 작업 테이블의 회전과 노즐의 이동을 제어하면서 노즐에 파우더 및 레이저를 공급함으로써, 소결된 파우더가 작업 테이블상에 프린팅되도록 한다(S5). Next, the control unit of the three-dimensional printing apparatus controls one or more axes (e.g., the? Axis and / or the? Axis) of the work table so that the interface between the nozzle and the work table to which the printing material is supplied corresponds to the spherical curved layer of the three- (E.g., x-axis and / or y-axis) movement of the nozzle and / or center rotation and / or nozzle (S4). The control process described above can be performed by controlling the translational driving unit coupled to the nozzle and the rotational driving unit coupled to the working table. In this manner, while the rotation of the work table and the movement of the nozzle are controlled, the powder and the laser are supplied to the nozzle so that the sintered powder is printed on the work table (S5).

이상의 증착 과정은, 적층된 재료가 최종 두께에 도달할 때까지 반복된다. 즉, 최종 두께에 도달하기 전까지는, 제어부는 회전되지 않은 상태의 작업 테이블의 표면과 직교하는 z축 방향으로 노즐을 들어올림으로써 동심구형 곡면층에 상응하는 구면의 반지름을 증가시키고(S7), 증가된 반지름을 가지는 동심구형 곡면층상에서 전술한 회전과 이동의 제어 및 프린팅 과정(S4 내지 S5)을 반복 수행한다. 최종 두께에 도달하면 프린팅 과정은 종료된다. The above deposition process is repeated until the stacked material reaches the final thickness. That is, until the final thickness is reached, the controller raises the radius of the spherical surface corresponding to the concentric spherical surface layer (S7) by lifting the nozzle in the z-axis direction orthogonal to the surface of the work table in the unrotated state, (S4 to S5) on the concentric spherical curved layer having an increased radius. When the final thickness is reached, the printing process is terminated.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. However, it should be understood that such modifications are within the technical scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (17)

프린팅 재료를 주입하도록 구성된 노즐;
상기 노즐에 의하여 상기 프린팅 재료가 주입되는 작업 테이블;
상기 작업 테이블을 하나 이상의 축 방향으로 회전시키도록 구성된 회전 구동부;
상기 작업 테이블의 표면과 평행한 하나 이상의 축 및 상기 작업 테이블의 표면과 직교하는 축 방향으로 상기 노즐을 이동시키도록 구성된 병진 구동부; 및
프린팅하고자 하는 형상에 대응되며 복수 개의 동심구형 곡면층으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하고, 상기 회전 구동부 및 상기 병진 구동부를 제어함으로써, 상기 노즐 및 상기 작업 테이블 사이의 계면이 상기 동심구형 곡면층의 일부에 상응하도록 상기 작업 테이블의 회전 및 상기 노즐의 이동을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하되,
상기 복수 개의 동심구형 곡면층 각각은 서로 상이한 반지름을 가지는 동심구들의 일부의 형상을 가지며, 상기 복수 개의 동심구형 곡면층은 고정된 동심점을 중심으로 구의 반지름이 증가하는 방향으로 연속적으로 배열되고,
상기 제어부는, 프린팅하고자 하는 형상의 스테레오리소그래프 모델과 상기 동심구의 교점들을 연결하여 3차원 폐곡선 루프를 정의하고, 상기 동심구들로부터 생성된 3차원 폐곡선 루프들을 이용하여 상기 3차원 구면적층 모델을 생성하도록 구성된 모델링부를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
A nozzle configured to inject a printing material;
A work table into which the printing material is injected by the nozzle;
A rotation driving unit configured to rotate the work table in at least one axial direction;
A translation drive configured to move the nozzle in at least one axis parallel to a surface of the work table and in an axial direction perpendicular to a surface of the work table; And
Dimensional spherical lattice (spherical area layer) model corresponding to a shape to be printed and having a plurality of concentric spherical curved layers, and controlling the rotation driving unit and the translational driving unit so that the interface between the nozzle and the working table A controller configured to control rotation of the work table and movement of the nozzle to correspond to a portion of the concentric spherical surface layer,
Wherein each of the plurality of concentric spherical curved layers has a shape of a part of concentric spheres having different radii and the plurality of concentric spherical curved layers are continuously arranged in a direction in which a radius of a sphere is increased about a fixed concentric point,
Wherein the control unit defines a three-dimensional closed loop loop by connecting the stereo lithography model of the shape to be printed with the intersections of the concentric spheres, and generates the three-dimensional spherical stacking model using the three-dimensional closed loop loops generated from the concentric spheres The three-dimensional printing apparatus comprising:
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 동심구의 반지름이 증가하는 방향으로 상기 노즐을 일정한 거리만큼 이동시켜 상기 노즐 및 상기 작업 테이블 사이의 계면이 상기 복수 개의 동심구형 곡면층에 순차적으로 위치하도록 상기 병진 구동부를 제어하도록 더 구성된 3차원 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
The control unit moves the nozzle by a predetermined distance in a direction in which the radius of the concentric circle increases so as to control the translational driving unit so that the interface between the nozzle and the work table is sequentially positioned on the plurality of concentric spherical curved layers A three-dimensional printing apparatus comprising:
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 동심구형 곡면층 사이의 반지름 차이는 재료의 적층두께라는 공정변수에 의해 결정되며 상기 노즐을 통한 상기 프린팅 재료의 주입량에 기초하여 제어되는 3차원 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the radial difference between the plurality of concentric spherical curved layers is determined by a process variable called the lamination thickness of the material and is controlled based on an injection amount of the printing material through the nozzle.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 모델링부는, 상기 스테레오리소그래프 모델과 상기 서로 상이한 반지름을 가지는 복수의 동심구면들 사이의 교점들을 연결하여 형성되는 3차원 폐곡선 루프들을 상기 동심구들 전체에 대해 합하여 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 생성하도록 더 구성된 3차원 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
Dimensional spherical surface layer (spherical surface layer) by summing the three-dimensional closed loop loops formed by connecting the intersections between the stereolithographic model and a plurality of concentric spherical surfaces having different radii, with respect to all of the concentric spheres, A three-dimensional printing apparatus further configured to generate a model.
제1항에 있어서,
상기 작업 테이블은, 기초 테이블 및 상기 기초 테이블상에 회전 가능하게 결합된 판형 플랫폼을 포함하는 3차원 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the work table comprises a base table and a plate platform rotatably coupled on the base table.
제7항에 있어서,
상기 회전 구동부는,
상기 작업 테이블의 표면에 대해 직교하는 방향을 회전 축으로 하여 상기 판형 플랫폼을 회전시키며,
상기 판형 플랫폼의 회전 축과 직교하는 방향을 회전 축으로 하여 상기 기초 테이블을 회전시키도록 더 구성된 3차원 프린팅 장치.
8. The method of claim 7,
The rotation drive unit includes:
Wherein the platform is rotated about the rotation axis of the work table in a direction orthogonal to the surface of the work table,
Wherein the base table is further configured to rotate the base table with a rotation axis perpendicular to the rotation axis of the plate platform.
제7항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 3차원 프린팅 장치의 모델사양에 기초하여, 프린팅 최초작업 시 상기 노즐이 상기 판형 플랫폼과 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위하여 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 결정하도록 구성된 간섭 방지부를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the control unit is configured to determine a minimum size of the attachment to be adhered to the base material in order to prevent the nozzle from interfering with the plate platform in the initial printing operation based on the model specification of the 3D printing apparatus Dimensional printing device.
제1항에 있어서,
상기 노즐에 금속 파우더를 공급하도록 구성된 파우더 공급부; 및
상기 노즐에 공급되는 상기 파우더에 레이저를 조사함으로써 상기 파우더가 소결된 상기 프린팅 재료를 생성하도록 구성된 레이저 공급부를 더 포함하는 3차원 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
A powder supply unit configured to supply metal powder to the nozzle; And
And a laser supply unit configured to generate the printing material in which the powder is sintered by irradiating a laser to the powder supplied to the nozzle.
3차원 프린팅 장치의 제어부가, 프린팅하고자 하는 형상에 대응하여 복수 개의 동심구형 곡면층으로 이루어진 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하는 단계; 및
프린팅 재료가 주입되는 노즐 및 작업 테이블 사이의 계면이 3차원 모델의 상기 동심구형 곡면층의 일부에 상응하도록 상기 작업 테이블의 회전 및 상기 노즐의 이동을 제어하면서, 상기 노즐을 통해 상기 작업 테이블상에 상기 프린팅 재료를 주입하는 단계를 포함하되,
상기 3차원 구면적층 모델을 구성하는 상기 복수 개의 동심구형 곡면층 각각은 서로 상이한 반지름을 가지는 동심구들의 일부의 형상을 가지며, 상기 복수 개의 동심구형 곡면층은 고정된 동심점을 중심으로 구의 반지름이 증가하는 방향으로 연속적으로 배열되고,
상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하는 단계는,
프린팅하고자 하는 형상의 스테레오리소그래프 모델과 상기 동심구의 교점들을 연결하여 3차원 폐곡선 루프를 정의하는 단계; 및
상기 동심구들로부터 생성된 3차원 폐곡선 루프들을 이용하여 상기 3차원 구면적층 모델을 생성하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 방법.
A control unit of a three-dimensional printing apparatus includes a step of determining a three-dimensional spherical surface layer model consisting of a plurality of concentric spherical curved layers corresponding to a shape to be printed; And
And a control unit for controlling the rotation of the work table and the movement of the nozzle so that the interface between the nozzle into which the printing material is injected and the work table corresponds to a part of the concentric spherical curved layer of the three- And injecting the printing material,
Wherein each of the plurality of concentric spherical curved layers constituting the three-dimensional spherical laminate model has a shape of a part of concentric spheres having different radii, and the plurality of concentric spherical curved layers have a radius of a sphere centered on a fixed concentric point Are continuously arranged in an increasing direction,
The step of determining the three-dimensional spherical laminate (spherical area layer)
Defining a three-dimensional closed curve loop by connecting intersections of the concentric sphere with a stereo lithography model of a shape to be printed; And
And generating the three-dimensional spherical laminate model using three-dimensional closed loop loops generated from the concentric spheres.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 프린팅 재료를 주입하는 단계는, 상기 노즐 및 상기 작업 테이블 사이의 계면이 상기 복수 개의 동심구형 곡면층에 순차적으로 위치하도록 상기 구의 반지름이 증가하는 방향으로 상기 노즐을 이동시키는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of injecting the printing material comprises moving the nozzle in a direction in which the radius of the sphere is increased so that the interface between the nozzle and the work table is sequentially positioned on the plurality of concentric spherical curved layers, Printing method.
제11항에 있어서,
상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 결정하는 단계는, 재료의 적층두께라는 공정변수에 의해 결정되고 상기 노즐을 통한 상기 프린팅 재료의 주입량에 기초하여 제어되는 상기 복수 개의 동심구형 곡면층 사이의 반지름 차이를 결정하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of determining the three-dimensional spherical lamellar (spherical area layer) model comprises the steps of determining the thickness of the plurality of concentric spherical curved layers And determining a radial difference.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 동심구형 곡면층상의 적층 정보를 생성하는 단계는, 상기 스테레오리소그래프 모델과 서로 상이한 반지름을 가지는 복수의 동심구면들 사이의 교점들을 연결하여 형성되는 3차원 폐곡선 루프들을 상기 동심구들 전체에 대해 합하여 상기 3차원 구면적층(球面積層) 모델을 모델링하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of generating lamination information on the concentric spherical curved layer comprises the steps of: summing three-dimensional closed loop loops formed by connecting the intersections between a plurality of concentric spherical surfaces having radii different from each other with the stereolithographic model, Dimensional model of the three-dimensional spherical laminate (spherical area layer) model.
제 11항에 있어서,
상기 제어부가, 상기 3차원 프린팅 장치의 모델사양에 기초하여, 프린팅 최초작업 시 상기 노즐이 상기 작업 테이블의 판형 플랫폼과 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위하여 모재에 부착하도록 조치된 부착물의 최소 크기를 결정하는 단계를 더 포함하는 3차원 프린팅 방법.
12. The method of claim 11,
The control unit determines a minimum size of the attachment to be attached to the base material in order to prevent the nozzle from interfering with the plate platform of the work table in the initial printing operation based on the model specification of the 3D printing apparatus ≪ / RTI > further comprising the steps of:
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