KR20240094199A - 3d 출력물의 대량생산을 위한 3d 프린팅 시스템 - Google Patents

3d 출력물의 대량생산을 위한 3d 프린팅 시스템 Download PDF

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배진만
황창욱
황기환
황선미
안상현
박재철
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Abstract

3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템은, 지면과 평행하게 구비되는 베이스 플레이트와 소정 각도를 이루면서 경사지게 마련된 프린팅 헤드에서 상기 베이스 플레이트를 향해 프린팅 재료를 출력하여 3D 출력물을 생성하고, 상기 베이스 플레이트의 상부에 마련된 컨베이어 벨트에 상기 3D 출력물이 안착된 후 상기 컨베이어 벨트를 통해 상기 3D 출력물을 자동 배출하는 3D 프린터; 소정 크기의 수용공간을 구비하며, 상기 3D 프린터로부터 배출되는 하나 이상의 상기 3D 출력물을 상기 수용공간에 순차적으로 수용하는 수거함; 상기 3D 프린터의 적어도 일 측면 및 상기 수거함에 각각 하나 이상 설치되어 상기 3D 출력물, 상기 컨베이어 벨트 및 상기 수거함을 촬영하는 촬영장치; 및 상기 촬영장치에서 촬영된 상기 3D 출력물의 제1 촬영영상, 상기 컨베이어 벨트의 제2 촬영영상 및 상기 수거함의 제3 촬영영상을 분석하여 상기 3D 프린터와 상기 수거함의 불량여부 및 불량원인을 판단하고, 상기 불량원인의 해소를 위한 조치 메시지를 생성하는 불량 처리모듈을 포함한다.

Description

3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템{3D PRINTING SYSTEM FOR MASS PRODUCING OF 3D OUTPUT}
본 발명의 실시예들은 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템에 관한 것이다.
최근, 3D 프린터를 이용한 다양한 3차원 형상의 출력물 제작이 늘어남에 따라 3D 프린터에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 3D 프린터는 고온으로 재료를 녹인 후 노즐을 통해 일정 압력으로 압출해가면서 적층하는 방식으로 출력물을 제작한다.
일반적으로, 3D 프린터의 노즐은 베이스 플레이트를 향해 수직하게 배치되어 프린팅 재료를 출력하게 되며 이에 따라 베이스 플레이트의 아래쪽부터 프린팅 재료가 적층되어 3D 출력물이 제작된다.
또한, 종래의 3D 프린터는 고정된 위치의 베이스 플레이트에 프린팅 재료를 수직으로 적층시켜 3D 출력물을 제작한다는 점에서 베이스 플레이트의 면적에 따라 3D 출력물의 규격이 정해지는 문제점이 있었으며, 제작 속도가 느려 대량생산에 적합하지 않다.
한국공개특허공보 제10-2022-0119565(2022.08.30)
본 발명의 실시예들은 경사지게 마련된 프린팅 헤드와 컨베이어 벨트를 이용하여 3D 출력물을 보다 신속하게 대량생산하고, 촬영장치를 이용하여 3D 출력물의 제작과정에서의 불량여부 및 불량원인을 실시간으로 파악하여 보다 빠르게 조치할 수 있도록 하는 수단을 제공하기 위한 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 지면과 평행하게 구비되는 베이스 플레이트와 소정 각도를 이루면서 경사지게 마련된 프린팅 헤드에서 상기 베이스 플레이트를 향해 프린팅 재료를 출력하여 3D 출력물을 생성하고, 상기 베이스 플레이트의 상부에 마련된 컨베이어 벨트에 상기 3D 출력물이 안착된 후 상기 컨베이어 벨트를 통해 상기 3D 출력물을 자동 배출하는 3D 프린터; 소정 크기의 수용공간을 구비하며, 상기 3D 프린터로부터 배출되는 하나 이상의 상기 3D 출력물을 상기 수용공간에 순차적으로 수용하는 수거함; 상기 3D 프린터의 적어도 일 측면 및 상기 수거함에 각각 하나 이상 설치되어 상기 3D 출력물, 상기 컨베이어 벨트 및 상기 수거함을 촬영하는 촬영장치; 및 상기 촬영장치에서 촬영된 상기 3D 출력물의 제1 촬영영상, 상기 컨베이어 벨트의 제2 촬영영상 및 상기 수거함의 제3 촬영영상을 분석하여 상기 3D 출력물의 불량여부 및 불량원인을 판단하고, 상기 불량원인의 해소를 위한 조치 메시지를 생성하는 불량 처리모듈을 포함하는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템이 제공된다.
상기 불량 처리모듈은, 상기 제1 촬영영상, 상기 제2 촬영영상 및 상기 제3 촬영영상을 기 학습된 학습 데이터와 비교하여 상기 3D 출력물의 불량여부를 판단하고, 상기 제1 촬영영상, 상기 제2 촬영영상 및 상기 제3 촬영영상을 분석하여 상기 불량원인을 판단할 수 있다.
상기 불량 처리모듈은, 상기 제1 촬영영상으로부터 상기 3D 프린터에서 생성된 각 3D 출력물의 출력시간을 수집하고 상기 출력시간이 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 상기 불량원인을 상기 프린팅 헤드로 판단하며, 상기 제2 촬영영상을 분석한 결과 상기 컨베이어 벨트 상에 이물질이 존재하는 경우 상기 불량원인을 상기 컨베이어 벨트의 이물질로 판단하고, 상기 제1 촬영영상을 분석한 결과 상기 3D 출력물이 설정된 각도 이상으로 기울어진 경우 또는 상기 제2 촬영영상을 분석한 결과 상기 컨베이어 벨트가 설정된 각도 이상으로 기울어진 경우 상기 불량원인을 상기 컨베이어 벨트의 수평으로 판단하며, 상기 제3 촬영영상을 분석한 결과 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 일 영역으로 상기 3D 출력물의 적재가 집중되어 상기 3D 출력물이 상기 수거함을 이탈한 경우 상기 불량원인을 상기 수거함 내 3D 출력물의 적재위치로 판단할 수 있다.
상기 수거함의 바닥면에는, 상기 수용공간으로 적재되는 3D 출력물들의 총 무게를 감지하는 무게감지센서가 구비되며, 상기 불량 처리모듈은, 상기 3D 출력물이 상기 수거함의 상기 수용공간에 하나씩 적재될 때마다 상기 무게감지센서로부터 상기 3D 출력물들의 총 무게에 관한 정보를 수신하며, 상기 총 무게에 관한 정보로부터 각 3D 출력물의 무게를 계산한 후 계산된 상기 무게가 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 상기 불량원인을 상기 프린팅 헤드 또는 상기 수거함 내 3D 출력물의 적재위치로 판단할 수 있다.
상기 컨베이어 벨트의 일단에는, 상기 3D 출력물의 배출위치를 가이드하기 위한 가이드부가 하나 이상 형성되며, 상기 컨베이어 벨트의 타단에는, 상기 컨베이어 벨트의 이물질을 제거하기 위한 열풍 발생기 및 브러쉬가 구비되고, 상기 3D 프린터는, 상기 가이드부, 상기 열풍 발생기 및 상기 브러쉬의 동작을 제어하기 위한 제어모듈을 구비하며, 상기 제어모듈은, 상기 불량 처리모듈로부터 상기 불량원인에 관한 정보 및 상기 불량원인의 해소를 위한 조치 메시지를 수신하고, 상기 불량원인이 상기 수거함 내 3D 출력물의 적재위치인 경우 상기 조치 메시지에 따라 상기 가이드부를 동작시키고, 상기 불량원인이 상기 컨베이어 벨트의 이물질인 경우 상기 조치 메시지에 따라 상기 열풍 발생기 및 상기 브러쉬를 동작시킬 수 있다.
상기 불량 처리모듈은, 상기 불량여부 및 상기 불량원인으로부터 불량이 최초로 발생된 3D 출력물을 식별하고, 식별된 상기 3D 출력물로부터 폐기대상이 되는 하나 이상의 3D 출력물을 결정할 수 있다.
상기 베이스 플레이트의 하부는, 설정된 복수 개의 구획으로 구분되어 각 구획별로 히팅베드가 마련되며, 상기 제어모듈은, 상기 3D 출력물이 안착된 컨베이어 벨트의 영역에 대응되는 구획의 상기 히팅베드만을 동작시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 출력물은 프린팅 재료가 수직 방향이 아닌 대각선 방향으로 적층됨으로써 제작될 수 있다. 또한, 이 과정에서 컨베이어 벨트가 일 방향 또는 그 반대 방향으로 실시간으로 이동함으로써 3D 출력물의 제작이 보다 효율적으로 수행될 수 있다. 이 경우, 3D 출력물의 규격에 대한 제한이 불필요하게 되며 제작 속도 또한 종래의 3D 프린터에 비해 현저히 상승하여 3D 출력물의 대량 생산에 용이해진다. 또한, 수직 적층방식이 아닌 대각선 적층방식으로 3D 출력물이 제작됨으로써 3D 출력물의 제작에 필요한 지지대의 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 컨베이어 벨트가 이동하는 과정에서 발생될 수 있는 3D 출력물의 불량여부 및 불량원인을 즉각적으로 감지하고 이에 따른 조치 메시지를 자동으로 생성함으로써, 관리자로 하여금 3D 프린터의 동작을 중지시키고 보다 신속하게 불량해소를 위한 조치를 실시할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 실시간으로 판단된 3D 출력물의 불량원인에 따라 상기 불량원인의 해소를 위한 조치를 자동으로 수행할 수 있도록 함으로써, 자동화된 불량감지 및 처리 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템의 상세 구성을 나타낸 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 일 방향에서 바라본 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 다른 방향에서 바라본 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨베이어 벨트가 장착된 3D 프린터를 나타낸 예시
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 측면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 정면도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 헤드의 예시
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 출력물이 제작되는 과정을 나타낸 예시
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템에서 3D 출력물의 제작과정에서의 불량여부 및 불량원인을 실시간으로 파악해서 처리하는 과정을 나타낸 예시
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치를 통해 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 획득하는 과정을 나타낸 예시
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈의 제어에 따라 가이드부의 동작이 제어되는 과정을 나타낸 예시
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈의 제어에 따라 프린팅 헤드의 위치가 제어되어 3D 출력물이 컨베이어 벨트 상에 안착되는 위치가 동적으로 변경되는 과정을 나타낸 예시
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 수거함의 위치가 제어되는 과정을 나타낸 예시
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈의 제어에 따라 열풍 발생기 및 브러쉬의 동작이 제어되는 과정을 나타낸 예시
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈의 제어에 따라 히팅베드의 동작이 제어되는 과정을 나타낸 예시
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템(500)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템(500)은 3D 프린터(100), 수거함(200), 복수 개의 촬영장치(300) 및 불량 처리모듈(400)을 포함한다.
3D 프린터(100)는 3D 출력물을 생성하여 배출하는 장치이다. 본 실시예들에 있어서, 3D 출력물은 3D 프린터(100)를 통해 생성되는 3차원 형상의 물체로서 예를 들어, 3차원 형상의 액세서리, 장난감, 조형물 등이 될 수 있다. 3D 프린터(100)는 종래의 3D 프린터와 달리 경사지게 마련된 프린팅 헤드와 컨베이어 벨트를 구비하며, 이를 통해 3D 출력물을 연속으로 대량생산할 수 있다. 3D 프린터(100)의 상세 구성에 대해서는 도 2 내지 도 15를 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.
수거함(200)은 소정 크기의 수용공간을 구비하며, 3D 프린터(100)로부터 배출되는 하나 이상의 3D 출력물을 상기 수용공간에 순차적으로 수용한다. 수거함(200)은 예를 들어, 상부가 개방된 직사각형 형태의 수용공간을 가지도록 형성될 수 있으나 수거함(200)의 형태, 크기 등이 특별히 한정되는 것은 아니다.
촬영장치(300)는 3D 프린터(100)의 적어도 일 측면 및 수거함(200)에 각각 하나 이상 설치되어 3D 출력물, 3D 프린터(100)의 컨베이어 벨트 및 수거함(200)을 촬영하는 장치이다. 촬영장치(300)는 예를 들어, 카메라, 캠코더 등이 될 수 있다. 촬영장치(300)는 후술할 3D 프린터(100)의 제1 프레임, 제2 프레임, 제3 프레임, 제4 프레임 등에 설치될 수 있다. 또한, 촬영장치(300)는 수거함(200)의 상부 일측면에 설치될 수 있다. 다만, 촬영장치(300)는 3D 출력물, 3D 프린터(100)의 컨베이어 벨트 및 수거함(200)을 촬영할 수 있는 위치에 하나 이상 설치되면 족하며, 촬영장치(300)의 설치위치, 설치개수 등이 특별히 한정되는 것은 아니다.
불량 처리모듈(400)은 촬영장치(300)에서 촬영된 촬영영상으로부터 3D 출력물의 불량여부 및 불량원인을 판단하는 모듈이다. 불량 처리모듈(400)은 3D 프린터(100) 및 수거함(200)과 별도의 하드웨어로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 3D 프린터(100) 또는 수거함(200)의 내부에서 이들의 일 부품으로서 장착될 수도 있다.
촬영장치(300)에서 3D 출력물을 촬영함으로써 획득되는 영상을 제1 촬영영상, 촬영장치(300)에서 3D 프린터(100)의 컨베이어 벨트를 촬영함으로써 획득되는 영상을 제2 촬영영상, 촬영장치(300)에서 수거함(200)을 촬영함으로써 획득되는 영상을 제3 촬영영상이라 가정하는 경우, 불량 처리모듈(400)은 상기 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 기 학습된 학습 데이터와 비교하고 이들을 분석함으로써 3D 출력물의 불량여부 및 불량원인을 판단할 수 있다. 불량 처리모듈(400)이 3D 출력물의 불량여부 및 불량원인을 판단하는 구체적인 방법은 도 9 내지 도 15를 참조하여 후술하기로 한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(100)를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(100)를 일 방향에서 바라본 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(100)를 다른 방향에서 바라본 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨베이어 벨트(112)가 장착된 3D 프린터(100)를 나타낸 예시이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(100)의 측면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(100)의 정면도이다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(100)는 제1 프레임(102), 제2 프레임(104), 제3 프레임(106), 제4 프레임(108), 베이스 플레이트(110), 컨베이어 벨트(112), 노즐 가이드부(114) 및 프린팅 헤드(116)를 포함한다. 또한, 도 2 내지 도 6에서 도시되지는 않았으나 3D 프린터(100)는 제어모듈(150), 가이드부(160), 열풍 발생기(170), 브러쉬(180) 및 히팅베드(190)를 추가적으로 구비할 수 있다. 제어모듈(150), 가이드부(160), 열풍 발생기(170), 브러쉬(180) 및 히팅베드(190)는 도 9 내지 도 15를 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.
제1 프레임(102)은 3D 프린터(100)의 외형을 이루는 프레임 중 하나로서, 3D 프린터(100)의 바닥 부분에 형성된다. 제1 프레임(102)은 XY 평면 상에 마련될 수 있다. 제1 프레임(102)은 지면에 안착될 수 있으며, 소정 간격을 두고 평행하게 이격되도록 복수 개가 마련될 수 있다. 후술할 바와 같이, 복수 개의 제1 프레임(102) 사이에는 지면과 평행하도록 베이스 플레이트(110)가 하나 이상 구비될 수 있다.
제2 프레임(104)은 3D 프린터(100)의 외형을 이루는 프레임 중 하나로서, Z축 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제2 프레임(104)은 제1 프레임(102)의 일단에서 제1 프레임(102)의 상측으로 연장 형성될 수 있다. 이때, 제2 프레임(104)은 제1 프레임(102)의 일단과 수직하게 연장 형성되는 대신 제1 프레임(102)의 일단과 소정 각도를 이루도록 연장 형성될 수 있다. 여기서, 소정 각도는 예를 들어, 45도일 수 있다. 일 예시로서, 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)은 상호 연결되어 45도 각도를 이룰 수 있다.
또한, 제2 프레임(104)의 내측에는 제1 가이드 레일이 형성될 수 있다. 후술할 바와 같이, 노즐 가이브부(114)는 상기 제2 프레임(104)의 내측에 마련된 제1 가이드 레일을 따라 이동할 수 있으며 이에 따라 프린팅 헤드(116)의 위치 및 베이스 플레이트(110)로부터의 거리(높이)가 가변될 수 있다.
제3 프레임(106)은 3D 프린터(100)의 외형을 이루는 프레임 중 하나로서, Z축 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제3 프레임(106)은 제1 프레임(102)의 타단에서 제1 프레임(102)의 상측으로 연장 형성될 수 있다. 이때, 제3 프레임(106)은 제1 프레임(102)의 타단에서 제1 프레임(102)과 각각 소정 각도를 이루면서 제2 프레임(104)과 연결될 수 있다. 여기서, 소정 각도는 예를 들어, 45도일 수 있다. 일 예시로서, 제1 프레임(102)과 제3 프레임(106)은 상호 연결되어 45도 각도를 이룰 수 있다. 즉, 제1 프레임(102), 제2 프레임(104) 및 제3 프레임(106)은 삼각 형태로 상호 연결될 수 있으며, 이 경우 제2 프레임(104)과 제3 프레임(106) 간의 각도는 90도가 될 수 있다.
제4 프레임(108)은 3D 프린터(100)의 외형을 이루는 프레임 중 하나로서, 3D 프린터(100)의 최상층에 구비된다. 제4 프레임(108)은 제2 프레임(104)과 제3 프레임(106)이 만나는 지점에서 형성되고, 복수 개의 제2 프레임(104) 사이에서 상기 복수 개의 제2 프레임(104)과 각각 연결되며 복수 개의 제3 프레임(106) 사이에서 상기 복수 개의 제3 프레임(106)과 각각 연결될 수 있다. 제4 프레임(108)은 제2 프레임(104) 및 제3 프레임(106)과 각각 연결되어 이들을 지지하며, 이에 따라 3D 프린터(100)의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.
여기서, 제1 프레임(102), 제2 프레임(104), 제3 프레임(106) 및 제4 프레임(108)은 브라켓에 볼트/너트가 결합되는 방식으로 상호 연결, 체결될 수 있으나 제1 프레임(102), 제2 프레임(104), 제3 프레임(106) 및 제4 프레임(108) 간의 연결 및 체결 방식이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
베이스 플레이트(110)는 3D 출력물을 지지하기 위한 판으로서, 복수 개의 제1 프레임(102) 사이에서 지면과 평행하도록 구비된다. 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(110)는 소정 면적을 가지는 하나 이상의 판으로 이루어지며, 복수 개의 제1 프레임(102) 사이에서 지면과 평행하도록 구비될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예들에 따른 3D 출력물은 고정된 위치의 베이스 플레이트(110)에 직접적으로 안착되는 것이 아니라 후술할 컨베이어 벨트(112)에 안착되어 3D 출력물의 제작 과정에서 그 위치가 가변될 수 있다.
컨베이어 벨트(112)는 3D 출력물이 직접적으로 안착되는 부분으로서, 베이스 플레이트(110)의 상부에 마련될 수 있다. 컨베이어 벨트(112)는 제1 프레임(102)의 일단과 제1 프레임(102)의 타단 사이에서 이동 가능하도록 구비될 수 있다. 이를 위해, 컨베이어 벨트(112)의 양 끝단에는 컨베이어 벨트(112)의 이동을 위한 풀리(pulley)가 마련될 수 있다. 컨베이어 벨트(112)는 양 끝단의 풀리가 회전하면서 일 방향으로 이동할 수 있다. 컨베이어 벨트(112)는 3D 출력물의 제작 과정에서 그 진행상태에 따라 이동방향 및 속도가 제어되도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 프린팅 재료가 3D 출력물에 적층되는 위치가 자동으로 제어될 수 있다. 또한, 3D 출력물은 그 제작이 완성되는 경우 컨베이어 벨트(112)에 의해 3D 프린터(100)의 외부로 자동으로 배출될 수 있으며, 이에 따라 다음 3D 출력물의 작업을 보다 신속하게 진행할 수 있다. 나아가, 컨베이어 벨트(112)에 의해 3D 출력물의 작업 위치가 실시간으로 이동 및 변동되므로, 3D 출력물의 크기가 베이스 플레이트(110)의 크기보다 작아야 할 필요가 없다.
노즐 가이드부(114)는 프린팅 헤드(116)의 위치를 가이드하기 위한 구성으로서, 복수 개의 제2 프레임(104) 사이에서 상기 복수 개의 제2 프레임(104) 각각에 연결된다. 노즐 가이드부(114)는 양 끝단이 제2 프레임(104)의 내측에 형성된 제1 가이드 레일에 장착될 수 있다. 노즐 가이브부(114)는 상기 제2 프레임(104)의 내측에 마련된 제1 가이드 레일을 따라 이동할 수 있으며 이에 따라 프린팅 헤드(116)의 위치 및 베이스 플레이트(110)로부터의 거리(높이)가 가변될 수 있다.
또한, 노즐 가이드부(114)의 일측에도 프린팅 헤드(116)의 위치를 가이드하기 위한 제2 가이드 레일이 마련될 수 있다. 프린팅 헤드(116)는 상기 제2 가이드 레일에 장착될 수 있으며, 제2 가이드 레일을 따라 이동할 수 있다. 이 경우, 프린팅 헤드(116)는 베이스 플레이트(110)로부터의 거리(높이)를 일정하게 유지한 채 복수 개의 제2 가이드 레일(104) 사이에서 이동할 수 있다.
프린팅 헤드(116)는 노즐 가이드부(114)에 결합되어 3D 출력물의 제작을 위해 베이스 플레이트(110)(또는 컨베이어 벨트(112))를 향해 프린팅 재료를 출력한다. 여기서, 프린팅 재료는 예를 들어 PLA(Poly Lactic Acid), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 등과 같은 필라멘트일 수 있다. 상기 프린팅 재료는 펠렛(pellet) 형태의 원료로부터 생성되며, 히팅 수단에 의해 가열되어 용융된 상태로 프린팅 헤드(116)를 통해 배출될 수 있다. 프린팅 헤드(116)는 끝단에 프린팅 재료의 배출을 위한 노즐을 구비하며, 상기 노즐을 통해 프린팅 재료를 배출할 수 있다. 프린팅 헤드(116)는 노즐 가이드부(114)에 결합되어 그 위치 및 높이가 변동될 수 있다. 일 예시로서, 노즐 가이드부(114)가 제2 프레임(104)의 연장 방향을 따라 이동(즉, 노즐 가이드부(114)가 제1 가이드 레일을 따라 이동)하거나 프린팅 헤드(116)가 노즐 가이드부(114)의 연장 방향을 따라 이동(즉, 프린팅 헤드(116)가 제2 가이드 레일을 따라 이동)하는 경우, 프린팅 헤드(116)의 위치 및 높이가 변동될 수 있다. 이러한 프린팅 헤드(116)의 위치 및 높이는 3D 출력물의 제작상태 또는 진행상황에 따라 실시간으로 변화할 수 있으며, 이는 후술할 제어모듈(150)의 제어에 따라 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 헤드(116)의 예시이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 프린팅 헤드(116)는 그 끝단이 베이스 플레이트(110) 및 컨베이어 벨트(112)를 향하도록 이루어지되, 수직 방향이 아닌 대각선 방향으로 구성될 수 있다. 일 예시로서, 프린팅 헤드(116)에서 출력되는 프린팅 재료의 출력방향과 베이스 플레이트(110) 및 컨베이어 벨트(112)는 45도 각도를 이룰 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 출력물이 제작되는 과정을 나타낸 예시이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 출력물은 프린팅 재료가 수직 방향이 아닌 대각선 방향으로 적층됨으로써 제작될 수 있다. 또한, 이 과정에서 컨베이어 벨트(112)가 일 방향 또는 그 반대 방향으로 실시간으로 이동함으로써 3D 출력물의 제작이 보다 효율적으로 수행될 수 있다. 이 경우, 3D 출력물의 규격에 대한 제한이 불필요하게 되며 제작 속도 또한 종래의 3D 프린터에 비해 현저히 상승하여 3D 출력물의 대량 생산에 용이해진다. 또한, 수직 적층방식이 아닌 대각선 적층방식으로 3D 출력물이 제작됨으로써 3D 출력물의 제작에 필요한 지지대의 소모를 최소화할 수 있다.
이하에서는, 3D 프린터(100)의 제어모듈(150), 가이드부(160), 열풍 발생기(170), 브러쉬(180) 및 히팅베드(190) 구성과 상술한 수거함(200), 촬영장치(300), 불량 처리모듈(400)을 통해 불량여부 및 불량원인을 파악하고 이를 기초로 3D 프린터(100)의 각종 구성들을 제어하는 과정에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템(500)에서 3D 출력물의 제작과정에서의 불량여부 및 불량원인을 실시간으로 파악해서 처리하는 과정을 나타낸 예시이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치(300)를 통해 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 획득하는 과정을 나타낸 예시이다.
상술한 바와 같이, 3D 프린터(100)는 지면과 평행하게 구비되는 베이스 플레이트(110)와 소정 각도를 이루면서 경사지게 마련된 프린팅 헤드(116)에서 베이스 플레이트(110)를 향해 프린팅 재료를 출력하여 3D 출력물을 생성하고, 베이스 플레이트(110)의 상부에 마련된 컨베이어 벨트(112)에 3D 출력물이 안착된 후 컨베이어 벨트(112)를 통해 상기 3D 출력물을 자동 배출할 수 있다. 이와 같이, 배출된 3D 출력물은 소정 크기의 수용공간을 갖는 수거함(200)으로 순차적으로 적재되어 수용될 수 있다.
이때, 촬영장치(300)는 3D 프린터(100)의 적어도 일 측면 및 수거함(200)에 각각 하나 이상 설치되어 3D 출력물, 컨베이어 벨트(112) 및 수거함(200)을 촬영할 수 있다. 구체적으로, 촬영장치(300)는 3D 출력물 및 컨베이어 벨트(112)의 촬영을 위해 제1 프레임(102), 제2 프레임(104), 제3 프레임(106) 및 제4 프레임(108) 중 적어도 하나에 하나 이상 설치될 수 있다. 또한, 촬영장치(300)는 수거함(200)의 촬영을 위해 수거함(200)의 상부 일측면에 하나 이상 설치될 수 있다. 촬영장치(300)는 3D 프린터(100) 및 수거함(200)의 서로 다른 위치에서 복수 개 설치되어 다양한 각도로 3D 출력물, 컨베이어 벨트(112) 및 수거함(200)을 촬영할 수 있다. 촬영장치(300)는 이와 같이 촬영된 3D 출력물의 제1 촬영영상, 컨베이어 벨트(112)의 제2 촬영영상 및 수거함(200)의 제3 촬영영상을 불량 처리모듈(400)로 전달할 수 있다.
불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 분석하여 3D 출력물의 불량여부 및 불량원인을 판단하고, 상기 불량원인의 해소를 위한 조치 메시지를 생성한다.
구체적으로, 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 기 학습된 학습 데이터와 비교하여 3D 출력물의 불량여부를 판단하고, 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 분석하여 상기 불량원인을 판단할 수 있다. 여기서, 학습 데이터는 기 촬영된 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상으로부터 학습된 정상상태의 이미지 패턴과 불량상태의 이미지 패턴에 관한 데이터일 수 있다. 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 학습 데이터와 비교하여 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상에 정상상태의 이미지 패턴과 상이한 이미지 패턴이 포함되어 있거나 불량상태의 이미지 패턴이 포함되어 있는지 확인함으로써 3D 출력물의 불량여부를 판단할 수 있다. 만약, 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상 중 적어도 하나에 정상상태의 이미지 패턴과 상이한 이미지 패턴이 포함되어 있거나 불량상태의 이미지 패턴이 포함되어 있는 경우, 불량 처리모듈(400)은 3D 프린터(100) 또는 수거함(200)이 불량인 것으로 판단하고 불량원인을 탐색할 수 있다.
일 예시로서, 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상으로부터 3D 프린터(100)에서 생성된 각 3D 출력물의 출력시간을 수집하고 상기 출력시간이 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 상기 불량원인을 프린팅 헤드(116)(또는 프린팅 헤드의 노즐)로 판단할 수 있다. 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상을 실시간으로 분석하여 3D 프린터(100)에서 생성된 각 3D 출력물의 출력시간을 카운팅(counting)할 수 있으며, 이에 따라 각 3D 출력물의 출력시간을 계산할 수 있다. 이때, 하나의 3D 출력물을 출력하는 데 걸리는 기준 출력시간이 1,800초라 가정하는 경우, 불량 처리모듈(400)은 수집된 출력시간이 1,797초 이하이거나 1,803초 이상이면 기 출력시간이 설정된 오차범위(즉, 3초)를 벗어난 것으로 판단하여 상기 불량원인을 프린팅 헤드(116)(또는 프린팅 헤드의 노즐)로 판단할 수 있다. 이러한 기준 출력시간 및 오차범위는 3D 출력물의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 관리자에 의해 설정되거나 변경될 수 있다.
다른 예시로서, 불량 처리모듈(400)은 제2 촬영영상을 분석한 결과 컨베이어 벨트(112) 상에 이물질이 존재하는 경우 상기 불량원인을 컨베이어 벨트(112)의 이물질로 판단할 수 있다. 불량 처리모듈(400)은 이미지 패턴분석을 통해 컨베이어 벨트(112) 상에 이물질이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 이물질은 컨베이어 벨트(112) 상에 존재하는 3D 출력물 이외의 물질로서, 예를 들어 먼지, 프린팅 재료의 잔여물 등이 될 수 있다. 이러한 이물질을 3D 출력물뿐 아니라 컨베이어 벨트(112)의 불량을 야기할 수 있으므로, 신속한 제거가 필요하다.
다른 예시로서, 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상을 분석한 결과 3D 출력물이 설정된 각도 이상으로 기울어진 경우 또는 제2 촬영영상을 분석한 결과 컨베이어 벨트(112)가 설정된 각도 이상으로 기울어진 경우 상기 불량원인을 컨베이어 벨트(112)의 수평으로 판단할 수 있다. 컨베이어 벨트(112)는 초기 세팅(setting)을 통해 수평이 편평한 상태(즉, 지면과 평행한 상태)로 맞춰질 수 있으며, 이 상태를 유지하면서 동작하여야 한다. 그러나, 컨베이어 벨트(112)의 수평이 초기 세팅(기준치)과 다르게 변경되는 경우, 3D 출력물이 기울어진 채로 생성될 수 있다. 이에, 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상 내 3D 출력물의 이미지와 학습 데이터를 비교함으로써 기준치로부터 상기 3D 출력물의 기울어진 정도를 파악할 수 있다. 또한, 불량 처리모듈(400)은 제2 촬영영상 내 컨베이어 벨트(112)의 이미지와 학습 데이터를 비교함으로써 기준치로부터 상기 컨베이어 벨트(112)의 기울어진 정도를 파악할 수 있다. 3D 출력물 또는 컨베이어 벨트(112)의 기울어진 정도가 설정된 각도 이상인 경우, 불량 처리모듈(400)은 상기 불량원인을 컨베이어 벨트(112)의 수평으로 판단할 수 있다.
다른 예시로서, 불량 처리모듈(400)은 제3 촬영영상을 분석한 결과 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 일 영역으로 3D 출력물의 적재가 집중되어 3D 출력물이 수거함(200)을 이탈한 경우 상기 불량원인을 수거함(200) 내 3D 출력물의 적재위치로 판단할 수 있다. 상술한 바와 같이, 수거함(200)은 소정 크기의 수용공간을 구비할 수 있다. 여기서, 수용공간은 복수 개의 영역으로 구분되어 있을 수 있으며, 3D 출력물은 3D 프린터(100)로부터 배출되어 수용공간에 적재되는 과정에서 상기 복수 개의 영역 중 하나에 안착될 수 있다. 그러나, 3D 출력물이 상기 복수 개의 영역 중 일 영역으로 반복되어 적재되는 경우, 3D 출력물이 수거함(200)을 초과하여 이탈할 수 있다. 이 경우, 3D 출력물이 수거함(200)을 이탈하는 과정에서 3D 출력물이 파손되는 등의 불량이 발생될 수 있다. 따라서, 3D 출력물이 상기 수용공간 내 복수 개의 영역에 고르게 적재될 수 있도록 3D 출력물의 적재위치를 조절할 필요가 있다.
다른 예시로서, 수거함(200)의 바닥면에는 수용공간으로 적재되는 3D 출력물들의 총 무게를 감지하는 무게감지센서(미도시)가 구비되며, 불량 처리모듈(400)은 상기 무게감지센서에서 감지된 총 무게를 이용하여 상기 불량원인을 파악할 수 있다. 구체적으로, 불량 처리모듈(400)은 3D 출력물이 수거함(200)의 수용공간에 하나씩 적재될 때마다 상기 무게감지센서로부터 3D 출력물들의 총 무게에 관한 정보를 수신하며, 상기 총 무게에 관한 정보로부터 각 3D 출력물의 무게를 계산한 후 계산된 상기 무게가 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 상기 불량원인을 프린팅 헤드(116) 또는 수거함(200) 내 3D 출력물의 적재위치로 판단할 수 있다.
이와 같이, 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상, 제2 촬영영상 및 제3 촬영영상을 분석하거나 수거함(200)의 무게감지센서를 이용하여 불량원인을 판단할 수 있다. 또한, 불량 처리모듈(400)은 상기 불량원인의 해소를 위한 조치 메시지를 생성하고, 이를 3D 프린터(100)의 제어모듈(150) 또는 수거함(200)으로 전달할 수 있다.
일 예시로서, 상기 불량원인이 프린팅 헤드(116)인 경우, 조치 메시지는 프린팅 헤드(116) 또는 노즐에 대한 점검 또는 교체조치를 포함할 수 있다.
다른 예시로서, 상기 불량원인이 컨베이어 벨트(112)의 이물질인 경우, 조치 메시지는 컨베이어 벨트(112)의 이물질 제거조치를 포함할 수 있다. 이때, 상기 조치 메시지는 상기 이물질이 위치하는 컨베이어 벨트(112)의 좌표정보를 포함하는 위치정보를 추가적으로 포함할 수 있다. 컨베이어 벨트(112)는 복수 개의 영역으로 구분될 수 있으며, 각 영역마다 식별정보가 부여될 수 있다. 불량 처리모듈(400)은 제2 촬영영상으로부터 이물질이 존재하는 컨베이어 벨트(112)의 영역을 특정하고, 특정된 상기 영역에 대응되는 식별정보를 추출할 수 있다. 또한, 불량 처리모듈(400)은 특정된 상기 영역 내 이물질의 위치를 특정하고, 특정된 상기 위치로부터 상기 이물질이 위치하는 컨베이어 벨트(112)의 좌표정보를 파악할 수 있다. 컨베이어 벨트(112)의 각 영역에 대한 좌표정보는 데이터베이스(미도시)에 미리 저장되어 있을 수 있으며, 불량 처리모듈(400)은 상기 데이터베이스를 참조하여 이물질의 좌표정보를 획득할 수 있다.
다른 예시로서, 상기 불량원인이 컨베이어 벨트(112)의 수평인 경우, 조치 메시지는 컨베이어 벨트(112)의 수평조절 조치일 수 있다. 이때, 상기 조치 메시지는 기준치로부터 3D 출력물의 기울어진 정도(각도) 또는 기준치로부터 컨베이어 벨트(112)의 기울어진 정도(각도)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 불량 처리모듈(400)은 제1 촬영영상을 학습 데이터와 비교하거나, 또는 제2 촬영영상을 학습 데이터와 비교하여 기준치로부터 3D 출력물의 기울어진 정도(각도) 또는 기준치로부터 컨베이어 벨트(112)의 기울어진 정도(각도)를 파악하고, 상기 조치 메시지에 상기 기울어진 정도에 관한 정보를 포함시킬 수 있다.
다른 예시로서, 상기 불량원인이 수거함(200) 내 3D 출력물의 적재위치인 경우, 조치 메시지는 3D 출력물의 적재위치 조절조치일 수 있다. 이때, 상기 조치 메시지는 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 3D 출력물이 수거함(200)을 이탈한 영역에 관한 정보를 포함할 수 있다. 불량 처리모듈(400)은 제3 촬영영상으로부터 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 3D 출력물이 수거함(200)을 이탈한 영역을 특정하고, 이에 대한 정보를 획득할 수 있다.
불량 처리모듈(400)은 이러한 조치 메시지를 생성하고, 이를 3D 프린터(100)의 제어모듈(150) 또는 수거함(200)으로 전달할 수 있다.
또한, 불량 처리모듈(400)은 상기 불량여부 및 상기 불량원인으로부터 불량이 최초로 발생된 3D 출력물을 식별하고, 식별된 상기 3D 출력물로부터 폐기대상이 되는 하나 이상의 3D 출력물을 결정할 수 있다. 불량 처리모듈(400)은 폐기대상이 되는 3D 출력물의 식별정보를 획득하고, 이를 관리자 단말(미도시)로 전달할 수 있다. 관리자는 상기 3D 출력물의 식별정보로부터 폐기대상이 되는 3D 출력물을 확인하고, 이를 폐기처리하거나 재활용할 수 있다.
이하에서는, 도 11 내지 도 14를 참조하여 제어모듈(150) 및 수거함(200)이 상기 조치 메시지에 따라 불량원인을 자동으로 처리하는 과정에 대해 보다 자세히 살펴보기로 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈(150)의 제어에 따라 가이드부(160)의 동작이 제어되는 과정을 나타낸 예시이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 컨베이어 벨트(112)의 일단에는 3D 출력물의 배출위치를 가이드하기 위한 가이드부(160)가 하나 이상 형성될 수 있다. 가이드부(160)는 컨베이어 벨트(112)의 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 또한, 가이드부(160)는 컨베이어 벨트(112)의 양측면에 각각 형성될 수 있으며, 제어모듈(150)의 제어에 따라 소정 각도만큼 회전 운동할 수 있다.
도 11을 참조하면, 컨베이어 벨트(112)의 일단 양측면에는 제1 가이드부(160-1) 및 제2 가이드부(160-2)가 각각 형성될 수 있다.
도 11의 (a)는 제1 가이드부(160-1) 및 제2 가이드부(160-2)가 동작하고 있지 않은 상태를 나타낸다. 또한, 도 11의 (b)는 제1 가이드부(160-1)가 제2 가이드부(160-2) 측으로 소정 각도만큼 회전 운동하는 상태를 나타내며, 도 11의 (c)는 제2 가이드부(160-2)가 제1 가이드부(160-1) 측으로 소정 각도만큼 회전 운동하는 상태를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 불량 처리모듈(400)은 상기 불량원인이 수거함(200) 내 3D 출력물의 적재위치인 경우 상기 불량원인에 관한 정보와 조치 메시지, 즉 3D 출력물의 적재위치 조절조치에 관한 정보를 제어모듈(150)로 전달할 수 있다. 이때, 상기 조치 메시지는 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 3D 출력물이 수거함(200)을 이탈한 영역에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어모듈(150)은 상기 조치 메시지에 포함된 정보를 기반으로 가이드부(160)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어모듈(150)은 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 일 영역으로 상기 3D 출력물의 적재가 집중되지 않도록 제1 가이드부(160-1) 및 제2 가이드부(160-2)의 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 3D 출력물은 상기 수용공간 내 복수 개의 영역으로 고르게 적재될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈(150)의 제어에 따라 프린팅 헤드(116)의 위치가 제어되어 3D 출력물이 컨베이어 벨트(112) 상에 안착되는 위치가 동적으로 변경되는 과정을 나타낸 예시이다.
도 12를 참조하면, 상기 불량원인이 수거함(200) 내 3D 출력물의 적재위치인 경우, 제어모듈(150)은 상기 조치 메시지에 포함된 정보를 기반으로 노즐 가이드부(114) 및 프린팅 헤드(116)의 위치를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 노즐 가이브부(114)는 상기 제2 프레임(104)의 내측에 마련된 제1 가이드 레일을 따라 이동할 수 있으며 이에 따라 프린팅 헤드(116)의 위치 및 베이스 플레이트(110)로부터의 거리(높이)가 가변될 수 있다. 또한, 노즐 가이드부(114)의 일측에도 프린팅 헤드(116)의 위치를 가이드하기 위한 제2 가이드 레일이 마련될 수 있다. 프린팅 헤드(116)는 상기 제2 가이드 레일에 장착될 수 있으며, 제2 가이드 레일을 따라 이동할 수 있다. 이 경우, 프린팅 헤드(116)는 베이스 플레이트(110)로부터의 거리(높이)를 일정하게 유지한 채 복수 개의 제2 가이드 레일(104) 사이에서 이동할 수 있다.
제어모듈(150)은 상기 조치 메시지에 포함된 정보를 기반으로 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 일 영역으로 상기 3D 출력물의 적재가 집중되지 않도록 노즐 가이드부(114) 및 프린팅 헤드(116)의 위치를 제어할 수 있다. 즉, 제어모듈(150)은 3D 출력물을 하나씩 생성할 때마다 노즐 가이드부(114) 및 프린팅 헤드(116)의 위치를 다르게 제어하여 컨베이어 벨트(112) 상에서의 각 3D 출력물의 안착위치를 동적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 3D 출력물은 상기 수용공간 내 복수 개의 영역으로 고르게 적재될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 수거함(200)의 위치가 제어되는 과정을 나타낸 예시이다.
도 13을 참조하면, 상기 불량원인이 수거함(200) 내 3D 출력물의 적재위치인 경우, 수거함(200)은 불량 처리모듈(400)로부터 상기 불량원인에 관한 정보와 조치 메시지, 즉 3D 출력물의 적재위치 조절조치에 관한 정보를 수신할 수 있다. 수거함(200)은 상기 조치 메시지에 포함된 정보를 기반으로 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 일 영역으로 상기 3D 출력물의 적재가 집중되지 않도록 상하 또는 좌우로 이동할 수 있다. 이를 위해, 수거함(200)은 상하 이동을 위한 승강장치(미도시)에 안착될 수 있으며 상기 승강장치와의 연동을 통해 상하 이동할 수 있다. 또한, 수거함(200)은 바닥면에 좌우 이동(즉, 전진 이동 및 후진 이동)을 위한 이동 레일(미도시)에 안착될 수 있으며 상기 이동 레일 상에서 좌우 이동할 수 있다. 이와 같이, 수거함(200)은 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 일 영역으로 상기 3D 출력물의 적재가 집중되지 않도록 3D 출력물의 배출 과정에서 상하 또는 좌우로 이동할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈(150)의 제어에 따라 열풍 발생기(170) 및 브러쉬(180)의 동작이 제어되는 과정을 나타낸 예시이다.
도 14를 참조하면, 컨베이어 벨트(112)의 타단에는 컨베이어 벨트(112)의 이물질을 제거하기 위한 열풍 발생기(170) 및 브러쉬(180)가 구비될 수 있다. 열풍 발생기(170)는 제어모듈(150)의 제어에 따라 컨베이어 벨트(112)의 타단 측 풀리(112a) 측으로 열풍을 발생시킴으로써 컨베이어 벨트(112) 상에 존재하는 이물질(E)에 열을 가할 수 있다. 이에 따라, 이물질(E)과 컨베이어 벨트(112) 간의 접착력이 약해질 수 있다. 이후, 브러쉬(180)는 제어모듈(150)의 제어에 따라 동작함으로써 컨베이어 벨트(112) 상의 이물질(E)을 제거할 수 있다. 브러쉬(180)는 예를 들어, 컨베이어 벨트(112)의 타단 측 풀리(112a)의 상단에 마련될 수 있다. 브러쉬(180)는 예를 들어, 제어모듈(150)의 제어에 따라 전후 또는 좌우로 반복운동하도록 동작함으로써 컨베이어 벨트(112) 상의 이물질(E)을 제거할 수 있다. 이물질(E)은 브러쉬(180)의 동작 전 열풍 발생기(170)에 의해 열이 가해진 상태이므로 브러쉬(180)의 동작에 따라 컨베이어 벨트(112)로부터 손쉽게 제거될 수 있다.
상술한 바와 같이, 불량 처리모듈(400)은 제2 촬영영상을 분석한 결과 컨베이어 벨트(112) 상에 이물질이 존재하는 경우 불량원인을 컨베이어 벨트(112)의 이물질로 판단하고, 컨베이어 벨트(112)의 이물질 제거조치를 포함하는 조치 메시지를 제어모듈(150)로 전달할 수 있다. 이때, 상기 조치 메시지는 상기 이물질이 위치하는 컨베이어 벨트(112)의 좌표정보를 포함하는 위치정보를 추가적으로 포함할 수 있다. 제어모듈(150)은 상기 이물질의 좌표정보를 참조하여 열풍 발생기(170)에서 발생되는 열풍의 발생방향과 브러쉬(180)의 동작방향을 제어할 수도 있다. 즉, 열풍 발생기(170)와 브러쉬(180)는 평상시에는 동작하지 않으며, 이물질(E) 발생시 제어모듈(150)의 제어에 따라 선택적으로 동작할 수 있으며 열풍 발생기(170)에서 발생되는 열풍의 발생방향과 브러쉬(180)의 동작방향 또한 이물질의 좌표정보에 따라 동적으로 변화할 수 있다.
또한, 도면에서 도시하지는 않았으나, 컨베이어 벨트(112)의 하면에는 컨베이어 벨트(112)의 수평을 조절하기 위한 수평 조절부(미도시)가 구비될 수 있다. 관리자는 수평 조절부를 조작하여 컨베이어 벨트(112)의 수평을 조절할 수 있다. 상술한 바와 같이, 컨베이어 벨트(112)는 초기 세팅을 통해 수평이 편평한 상태(즉, 지면과 평행한 상태)로 맞춰질 수 있으며, 이 상태를 유지하면서 동작하여야 한다. 그러나, 컨베이어 벨트(112)의 수평이 초기 세팅(기준치)과 다르게 변경되는 경우, 3D 출력물이 기울어진 채로 생성될 수 있다. 제어모듈(150)은 불량 처리모듈(400)로부터 불량원인에 관한 정보 및 조치 메시지를 수신할 수 있다. 이때, 상기 조치 메시지는 기준치로부터 3D 출력물의 기울어진 정도(각도) 또는 기준치로부터 컨베이어 벨트(112)의 기울어진 정도(각도)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 제어모듈(150)은 상기 조치 메시지에 포함된 기울어진 정도에 관한 정보를 참조하여 상기 수평 조절부의 동작을 자동으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 컨베이어 벨트(112)의 수평이 초기 세팅과 동일하게 조절될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈(150)의 제어에 따라 히팅베드(190)의 동작이 제어되는 과정을 나타낸 예시이다.
도 15를 참조하면, 컨베이어 벨트(112)(또는 베이스 플레이트(110))의 하면에는 열 전달을 위한 히팅베드(190)가 마련될 수 있다. 상기 히팅베드(190)는 3D 출력물이 컨베이어 벨트(112) 상에 안정적으로 안착될 수 있도록 열을 발생시키는 장치이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 컨베이어 벨트(112)(또는 베이스 플레이트(110))의 하부는 설정된 복수 개의 구획으로 구분될 수 있으며, 각 구획별로 히팅베드(190)가 마련될 수 있다.
도 15의 (a)는 컨베이어 벨트(112)(또는 베이스 플레이트(110))의 하부가 6개의 구획으로 구분되어 6개의 히팅베드(190)가 마련되는 예시를 나타낸 도면이며, 도 15의 (b)는 컨베이어 벨트(112)(또는 베이스 플레이트(110))의 하부가 8개의 구획으로 구분되어 8개의 히팅베드(190)가 마련되는 예시를 나타낸 도면이다.
이때, 제어모듈(150)은 3D 출력물이 안착된 컨베이어 벨트(112)의 영역에 대응되는 구획의 히팅베드(190)만을 동작시키고 나머지 히팅베드(190)에 대해서는 오프시킬 수 있다. 즉, 제어모듈(150)은 3D 출력물이 안착되는 영역에 대응되는 구획의 히팅베드(190)만을 선택적으로 동작시켜 전력손실을 최소화할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 3D 프린터
102 : 제1 프레임
104 : 제2 프레임
106 : 제3 프레임
108 : 제4 프레임
110 : 베이스 플레이트
112 : 컨베이어 벨트
112a : 풀리
114 : 노즐 가이드부
116 : 프린팅 헤드
150 : 제어모듈
160 : 가이드부
170 : 열풍 발생기
180 : 브러쉬
190 : 히팅베드
200 : 수거함
300 : 촬영장치
400 : 불량 처리모듈
500 : 3D 프린팅 시스템

Claims (7)

  1. 지면과 평행하게 구비되는 베이스 플레이트와 소정 각도를 이루면서 경사지게 마련된 프린팅 헤드에서 상기 베이스 플레이트를 향해 프린팅 재료를 출력하여 3D 출력물을 생성하고, 상기 베이스 플레이트의 상부에 마련된 컨베이어 벨트에 상기 3D 출력물이 안착된 후 상기 컨베이어 벨트를 통해 상기 3D 출력물을 자동 배출하는 3D 프린터;
    소정 크기의 수용공간을 구비하며, 상기 3D 프린터로부터 배출되는 하나 이상의 상기 3D 출력물을 상기 수용공간에 순차적으로 수용하는 수거함;
    상기 3D 프린터의 적어도 일 측면 및 상기 수거함에 각각 하나 이상 설치되어 상기 3D 출력물, 상기 컨베이어 벨트 및 상기 수거함을 촬영하는 촬영장치; 및
    상기 촬영장치에서 촬영된 상기 3D 출력물의 제1 촬영영상, 상기 컨베이어 벨트의 제2 촬영영상 및 상기 수거함의 제3 촬영영상을 분석하여 상기 3D 출력물의 불량여부 및 불량원인을 판단하고, 상기 불량원인의 해소를 위한 조치 메시지를 생성하는 불량 처리모듈을 포함하는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 불량 처리모듈은, 상기 제1 촬영영상, 상기 제2 촬영영상 및 상기 제3 촬영영상을 기 학습된 학습 데이터와 비교하여 상기 3D 출력물의 불량여부를 판단하고, 상기 제1 촬영영상, 상기 제2 촬영영상 및 상기 제3 촬영영상을 분석하여 상기 불량원인을 판단하는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 불량 처리모듈은, 상기 제1 촬영영상으로부터 상기 3D 프린터에서 생성된 각 3D 출력물의 출력시간을 수집하고 상기 출력시간이 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 상기 불량원인을 상기 프린팅 헤드로 판단하며, 상기 제2 촬영영상을 분석한 결과 상기 컨베이어 벨트 상에 이물질이 존재하는 경우 상기 불량원인을 상기 컨베이어 벨트의 이물질로 판단하고, 상기 제1 촬영영상을 분석한 결과 상기 3D 출력물이 설정된 각도 이상으로 기울어진 경우 또는 상기 제2 촬영영상을 분석한 결과 상기 컨베이어 벨트가 설정된 각도 이상으로 기울어진 경우 상기 불량원인을 상기 컨베이어 벨트의 수평으로 판단하며, 상기 제3 촬영영상을 분석한 결과 상기 수용공간 내 복수 개의 영역 중 일 영역으로 상기 3D 출력물의 적재가 집중되어 상기 3D 출력물이 상기 수거함을 이탈한 경우 상기 불량원인을 상기 수거함 내 3D 출력물의 적재위치로 판단하는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수거함의 바닥면에는, 상기 수용공간으로 적재되는 3D 출력물들의 총 무게를 감지하는 무게감지센서가 구비되며,
    상기 불량 처리모듈은, 상기 3D 출력물이 상기 수거함의 상기 수용공간에 하나씩 적재될 때마다 상기 무게감지센서로부터 상기 3D 출력물들의 총 무게에 관한 정보를 수신하며, 상기 총 무게에 관한 정보로부터 각 3D 출력물의 무게를 계산한 후 계산된 상기 무게가 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 상기 불량원인을 상기 프린팅 헤드 또는 상기 수거함 내 3D 출력물의 적재위치로 판단하는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트의 일단에는, 상기 3D 출력물의 배출위치를 가이드하기 위한 가이드부가 하나 이상 형성되며,
    상기 컨베이어 벨트의 타단에는, 상기 컨베이어 벨트의 이물질을 제거하기 위한 열풍 발생기 및 브러쉬가 구비되고,
    상기 3D 프린터는, 상기 가이드부, 상기 열풍 발생기 및 상기 브러쉬의 동작을 제어하기 위한 제어모듈을 구비하며,
    상기 제어모듈은, 상기 불량 처리모듈로부터 상기 불량원인에 관한 정보 및 상기 불량원인의 해소를 위한 조치 메시지를 수신하고, 상기 불량원인이 상기 수거함 내 3D 출력물의 적재위치인 경우 상기 조치 메시지에 따라 상기 가이드부를 동작시키고, 상기 불량원인이 상기 컨베이어 벨트의 이물질인 경우 상기 조치 메시지에 따라 상기 열풍 발생기 및 상기 브러쉬를 동작시키는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 불량 처리모듈은, 상기 불량여부 및 상기 불량원인으로부터 불량이 최초로 발생된 3D 출력물을 식별하고, 식별된 상기 3D 출력물로부터 폐기대상이 되는 하나 이상의 3D 출력물을 결정하는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 하부는, 설정된 복수 개의 구획으로 구분되어 각 구획별로 히팅베드가 마련되며,
    상기 제어모듈은, 상기 3D 출력물이 안착된 컨베이어 벨트의 영역에 대응되는 구획의 상기 히팅베드만을 동작시키는, 3D 출력물의 대량생산을 위한 3D 프린팅 시스템.
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