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KR-102961304-B1 - METHOD FOR PRINTNG 3D OBJECT AND AN APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME

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Abstract

3D 프린팅 방법 및 이를 수행하는 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 3D 프린팅 출력 방법은 소재 특성 요구치에 기초하여 3D 객체를 프린팅하기 위해 사용될 적어도 하나의 소재에 대한 소재 데이터를 생성하는 단계와, 상기 3D 객체를 설계하는 단계와, 상기 소재 데이터에 기초하여 설계된 3D 객체에 대해 시뮬레이션을 수행하는 단계와, 평가 기준 및 상기 시뮬레이션 결과에 기초하여 상기 3D 객체를 3D 프린팅하기 위한 3D 프린팅 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.

Inventors

  • 배영식
  • 도원석

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20191115
Priority Date
20190516

Claims (11)

  1. 소재 특성 요구치에 기초하여 3D 객체를 프린팅하기 위해 사용될 적어도 하나의 소재에 대한 소재 데이터를 생 성하는 단계; 상기 3D 객체를 설계하는 단계; 상기 소재 데이터에 기초하여 설계된 3D 객체에 대해 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 평가 기준 및 상기 시뮬레이션 결과에 기초하여 상기 3D 객체를 3D 프린팅하기 위한 3D 프린팅 데이터를 생성하는 단계 를 포함하되, 상기 소재 데이터를 생성하는 단계는, 단일 소재 또는 이종 소재를 결정하기 위한 소재 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 융복합 소재를 결정하기 위한 소재 융복합 시뮬레이션을 수행하는 단계 중에서 적어도 하나를 수행하고, 상기 3D 객체를 설계하는 단계는, 상기 3D 객체에 대한 3D 모델링 데이터에 기초하여 3D 외형을 설계하는 단계; 부품 객체에 대한 부품 데이터 및 부품 객체 간의 연결 관계에 대한 연결 데이터를 획득하는 단계; 상기 부품 데이터에 기초하여 상기 부품 객체를 상기 3D 외형 내에 배치하는 단계; 및 상기 연결 데이터에 기초하여 상기 3D 외형 내에 배치된 부품 객체 간의 연결부를 설계하는 단계 를 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 소재 시뮬레이션을 수행하는 단계는, 상기 소재 특성 요구치에 기초하여 소재 리스트에 포함된 복수의 소재들을 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 시뮬레이션 결과에 기초하여 상기 복수의 소재들 중에서 적어도 하나의 소재를 선택하는 단계 를 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소재 융복합 시뮬레이션을 수행하는 단계는, 융복합 방법 및 융복합 소재 기초 데이터에 기초하여 융복합 소재 리스트에 포함된 복수의 융복합 소재들을 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 시뮬레이션 결과에 기초하여 상기 복수의 융복합 소재들 중에서 적어도 하나의 융복합 소재를 선택하는 단계 를 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 융복합 소재들을 시뮬레이션하는 단계는, 상기 복수의 융복합 소재들의 적합 융복합 비율을 추정하는 단계; 및 각 융복합 소재마다 추정된 적합 융복합 비율에 따라 융복합 되는 융복합 소재의 소재 특성에 대한 정보를 확인하는 단계 를 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 3D 객체를 설계하는 단계는, 상기 소재 데이터에 기초하여 상기 3D 객체의 각 영역에 소재를 할당하는 단계 를 더 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 할당하는 단계는, 상기 부품 객체와 상기 연결부를 제외한 상기 3D 외형 내의 공간을 상기 3D 외형에 따라 특정 소재로 채우는 단계 를 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 시뮬레이션을 수행하는 단계는, 상기 설계된 3D 객체에 대한 전기적 특성에 대해 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 상기 설계된 3D 객체에 대한 물리적 특성에 대해 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 상기 설계된 3D 객체에 대한 바이오 특성에 대해 시뮬레이션을 수행하는 단계 를 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시뮬레이션을 수행하는 단계는, 상기 설계된 3D 객체를 3D 프린팅하기 위한 최적의 출력 경로를 계산하는 단계 를 더 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 3D 프린팅 데이터를 생성하는 단계는, 상기 시뮬레이션 결과가 상기 평가 기준을 만족하지 않는 경우, 시뮬레이션 리포트를 피드백하는 단계; 또는 상기 시뮬레이션 결과가 상기 평가 기준을 만족하는 경우, 상기 시뮬레이션 리포트에 기초하여 상기 3D 프린팅 데이터를 생성하는 단계 를 포함하는 3D 프린팅 출력 방법.

Description

3D 프린팅 방법 및 이를 수행하는 장치{METHOD FOR PRINTNG 3D OBJECT AND AN APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME} 아래 실시예들은 3D 프린팅 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다. 일반적으로 3D 프린터는 상품을 출시하기 전 시제품을 만들기 위해 개발되었다. 3D 프린터는 실제 상품과 똑같은 시제품 생산이 가능하며, 비용과 시간을 절약하며 실제 상품의 문제점을 알아볼 수 있는 장점이 있다. 3D 프린터는 캐드 시스템과 같은 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 사용하여 판형 시트를 조형하고, 이를 적층하여 조형물을 완성하고 있다. 3D 프린터 기술이 발달함에 따라, 더욱 정교한 제품이 생산 가능해지고 있으며 다양한 제품에 응용이 가능해지고 있다. 이러한 3D 프린터는 다양한 방식으로 제품을 제조한다. 3D 프린터의 제품 생산 방식으로 광중합 방식(photopolymerization), 분말 소결 방식(powder bed fusion), 소재 분사 방식(material jetting), 소재 압출 방식(material extrusion) 등 다양한 방법이 사용되고 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 다양한 소재 출력을 위한 3D 프린팅 방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 3D 프린팅 방법의 테크니컬 아키텍처를 나타낸다. 도 3은 일 실시예에 따른 3D 프린터 시스템의 개략적인 블록도이다. 도 4는 소재 결정기의 동작을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다. 도 5는 3D 설계기의 동작을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다. 도 6은 컨버전스 시뮬레이터의 동작을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다. 이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 도 1은 일 실시예에 따른 다양한 소재 출력을 위한 3D 프린팅 방법의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 3D 프린팅 방법의 테크니컬 아키텍처를 나타낸다. 3D 객체는 3D 프린팅 방법을 통해 형성될 수 있다. 3D 객체는 3D 외형, 하나 이상의 부품 객체, 및 부품 객체를 연결하기 위한 연결부를 포함할 수 있다. 3D 프린팅 방법은 3D 객체를 3D 프린팅으로 출력하기 위해, 다양한 시뮬레이션을 수행하고, 시뮬레이션을 통해 3D 객체를 3D 프린팅하기 위한 3D 프린팅 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션은 소재 시뮬레이션 방법(Material-Simulation method), 소재 융복합 시뮬레이션 방법(Material Convergence-Simulation method), 3D 스케메틱 변환 방법(3D Schematic Convert method), 물리적 특성 시뮬레이션 방법(Physics-Simulation method), 전기특성 시뮬레이션 방법(Electric-Simulation method), 바이오 시뮬레이션 방법(Bio Simulation method), 그 밖의 다른 시뮬레이션 방법(Other Simulation method), 다중 소재 컨버전스 시뮬레이션 방법(Multi Material Convergence Simulation method 또는 Multi Material Convergence Slicing Simulation method) 등을 포함할 수 있다. 소재 시뮬레이션 방법은 소재 별 특성 정보를 해석하기 위한 것이다. 소재 시뮬레이션 방법은 기존에 사용하는 ABS, PLA 등의 전기가 통하지 않는 비전도 소재와 전기가 통하는 Metal, Carbon등의 전도 소재 및 치아, 관절, 세포 등의 바이오 소재 특성을 분석 적용할 수 있다. 소재 시뮬레이션 방법은 단일 소재 및 이종 소재를 결정하기 위해 수행하는 것일 수 있다. 소재 융복합 시뮬레이션 방법은 소재와 소재가 결합한 특성을 시뮬레이션하기 위한 것이다. 소재 융복합 시뮬레이션 방법은 과학적 (물리학, 화학, 생물학 등) 소재 결합에 따른 현상을 재현할 수 있다. 소재 융복합 시뮬레이션 방법은 융복합 소재를 결정하기 위해 수행하는 것일 수 있다. 3D 스케메틱 변환 방법은 설계도, 구조도, 전자 회로(electric schematic) 등을 해석하여 3D 출력이 가능하게 구성할 수 있다. 설계도, 구조도, 전자 회로는 2d schematic(예를 들어, 다양한 cad 파일 등으로 구현) 또는 3d schematic(예를 들어, 3D 기능성 변환 구현)일 수 있다. 3D 스케메틱 변환 방법은 전자 회로 뿐만 아니라 바이오, 화학 구조 등 과학적 구조 등의 데이터를 읽어드려 특성에 맞는 3D 변환(3D Schematic Convert 처럼)을 수행할 수 있다. 물리적 특성 시뮬레이션 방법(또는 기계적 특성 시뮬레이션 방법)은 소재의 물리 특성을 시뮬레이션하기 위한 것이다. 물리적 특성 시뮬레이션 방법은 물리학의 전기, 자기, 전자기, 광학, 운동, 에너지, 질량, 온도, 속도 등을 기반으로 무게(또는 무게 중심), 인장강도, 탄성 및 경도, 전자기적 현상, 광학적 현상 등을 계산할 수 있다. 전기적 특성 시뮬레이션 방법은 소재 간의 접합시 전기적 특성을 시뮬레이션하기 위한 것이다. 전기적 특성 시뮬레이션 방법은 전도 소재와 비전도 소재의 사용시 전기적 특성을 검증할 수 있다. 또한, 전기적 특성 시뮬레이션 방법은 기능 구현에 따른 시뮬레이션도 수행할 수 있다. 바이오 시뮬레이션 방법은 소재의 바이오 특성을 시뮬레이션하기 위한 것이다. 바이오 시뮬레이션 방법은 소재에 대한 결정 구조, 촉매 물성 구조, 인체 유해도, 생물학적 특성 등에 대해서 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 다중 소재 컨버전스 시뮬레이션 방법은 적층 출력장치(예를 들어, 3D 프린터)를 고려한 소재별 특성을 고려한 최적의 출력 경로를 계산할 수 있다. 또한, 다중 소재 컨버전스 시뮬레이션 방법은 물리적 특성 시뮬레이션 방법 및 전기적 특성 시뮬레이션 방법 또는 바이오 특성 시뮬레이션 방법 또는 특성 시뮬레이션 방법을 통해 소재별 출력 품질 시뮬레이션 및 최적의 출력이 가능한 출력용 데이터를 생성할 수 있다. 특성 시뮬레이션 방법에는 물리적 특성 시뮬레이션 방법, 전기특성 시뮬레이션 방법, 및 바이오 시뮬레이션 방법 이외에도 다양한 특성에 대한 시뮬레이션 방법(other simulation method)이 포함되어 수행될 수 있다. 또한, 물리적 특성 시뮬레이션 방법은 물리적(또는 기계적) 특성 외, 바이오 특성, 전기적 특성, 및 다양한 특성에 대한 시뮬레이션 방법을 포함하여 시뮬레이션을 수행할 수 있다.3D 프린팅 방법은 상술한 시뮬레이션 방법을 수행하여 3D 프린팅 데이터를 생성하고, 3D 프린팅 데이터에 기초하여 단일 소재 출력, 이종 소재 출력, 및 융복합 소재 출력을 선택적으로 수행할 수 있다. 도 3은 일 실시예에 따른 3D 프린터 시스템의 개략적인 블록도이다. 3D 프린터 시스템(10)은 데이터 제공 장치(20) 및 3D 프린터(100)를 포함한다. 데이터 제공 장치(20)는 3D 프린터(100)와는 독립 장치로 구현되어, 로컬 또는 원격 접속을 포함하는 다양한 방식으로 3D 프린터(100)에 통신가능하게 연결될 수 있다. 다만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 데이터 제공 장치(20)는 3D 프린터(100) 내에 구현될 수 있다. 데이터 제공 장치(20)는 3D 객체를 3D 프린팅으로 출력하기 위해, 다양한 시뮬레이션을 수행하고, 시뮬레이션을 통해 3D 객체를 3D 프린팅하기 위한 3D 프린팅 데이터를 생성할 수 있다. 데이터 제공 장치(20)는 컨트롤러(30) 및 메모리(90)를 포함한다. 컨트롤러(30)는 메모리(90)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다. 컨트롤러(30)는 메모리(90)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 컨트롤러(30)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다. 컨트롤러(30)는 목적하는 동작들(desired