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3 차원 금속 프린팅을 위한 다중 3 차원 적층 알고리듬(3DL)
Three Dimensional Layering Algorithm for 3-D Metal Printing Using 5-axis 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.38 no.8, 2014년, pp.881 - 886  

류수아 (홍익대학교 기계공학과) ,  지해성 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
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5 축 기반 3 차원 금속 프린팅에서는 파트형상에 overhang/undercut 형상이 존재하여도 tilting과 rotating의 2 축을 이용하여 파트형상의 조형 방향을 자유롭게 바꾸어 지지구조물(support structure) 형상피처의 추가 없이 3-D 적층(3DL: 3-D layering)이 가능하게 된다. 이를 위해서는 overhang/undercut의 형상근처에서 국부적으로 tilting과 rotating 정보에 맞는 조형 층 적층 정보를 제공하는 새로운 전처리기(preprocessor) 기능이 필요하게 된다. 본 논문에서는 overhang/undercut 과 같은 형상들을 자동으로 진단하고 검출하여 3 차원 layering 이 가능할 수 있도록 방사형 기울기 측정법(calculation of radial gradient: CRG)과 은유적 자동 분할 알고리듬(implicit auto-partitioning algorithm: IAP)을 통해 다중 적층 알고리듬(Multi-part Layering Algorithm: MPL)을 구현함을 제시하고 이를 실제 STL 형상파일에 적용하여 제시된 이론을 검증하고자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of three-dimensional (3-D) metal printing using 5-axis is to deposit metal powder by changing the orientation of the deposited structure to be built for the overhang or undercut feature on part geometry. This requires a complicated preprocess functionality of providing three dimensionall...

주제어

#3 차원 프린팅   #5 축기반   #3 차원 적층   #방사형 기울기   #은유적 자동 분할  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서 제안하는 3 차원 적층 알고리듬은 5 축기반 3 차원 금속 프린팅 공정을 전제로 구축되었으며 이 알고리듬의 적용을 위해서 오버행/언더컷을 진단하기 위한 방사형 기울기 측정법의 적용과 이를 통해 하나의 파트형상 내에서 다중적층 알고리듬을 수행하는 과정을 기술하고자 한다.
  • 5-D 적층 공법에서 한 걸음 더 나아가 3-D 적층이 가능하며 이에 따라 기존의 단순한 2-D 층 단면화 이론에서 한 단계 진화된 층 단면화 기술이 필요하다. 본 연구에서는 2-D 층 단면화 방법을 통해 얻어진 서로 인접한 층 정보를 비교하여 오버행/언더컷 형상을 검출하는 방사형 기울기 측정법을 통해 전체파트 형상을 진단하고 오버행/언더컷 형상을 지지구조물 없이 적층 조형하기 위한 은유적 자동 분할 알고리듬을 통해 3 차원 적층 알고리듬을 구현하고 그 과정을 기술한다.
  • 본 연구에서는 5 축 기반의 3 차원 금속 프린팅을 위한 다중 3 차원 적층 알고리듬(3-D Layering:3DL)을 제시하고자 하였으며 이를 뒷받침하기 위해 방사형 기울기 측정법(calculation of radial gradient: CRG)과 은유적 자동 분할 알고리듬 (implicit auto-partitioning algorithm: IAP), 그리고 다중 적층 알고리듬(Multi-part Layering Algorithm: MPL)등 3 가지 이론을 예제 파트형상에 적용하여 제시된 이론을 검증하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
5 축 기반의 3 차원 금속 프린팅 적층 기기의 특징은 무엇인가? 1.b에 도시된 바와 같이 작업대에 기울임(tilting), 회전(rotating) 축이 추가되므로 다양한 적층 방향 제어를 통하여 복잡한 형상이 포함된 파트형상도 지지구조물 없이 적층 조형이 가능하다.(5~7)
일반적으로 오버행(overhang)/언더컷(undercut) 형상을 포함하고 있는 3-D 파트 형상을 3 차원 금속 프린팅 기술을 통해 적층 가공을 수행하기 위해서 필요한것은 무엇인가? 일반적으로 오버행(overhang)/언더컷(undercut) 형상을 포함하고 있는 3-D 파트 형상을 3 차원 금속 프린팅 기술을 통해 적층 가공을 수행하기 위해서는 powder bed 기반의 공정을 선택하거나 조형공간 내에 지지구조물을 필요로 한다. 그러나 5 축 기반 3 차원 금속 프린팅 기술은 기존의 2.
방사형 기울기 측정법의 목적은 무엇인가? 방사형 기울기 계산은 실제 STL 파트형상에 포함된 오버행/언더컷 형상을 진단, 검출하기 위한 알고리듬이다. 이를 위해 우선 전체 파트 형상을 기존의 2-D 층 단면화 과정을 수행하고 서로 인접한 두 개의 층 단면정보를 기준으로 그 부위의 형상파트 외곽에서의 언더컷 형상의 유무를 검출 한다.
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참고문헌 (13)

  1. Mohib and Cho, C., 2005, "Printing the Products: An Overview of the Three Dimensional Printing(3DP) Process," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, pp. 576-579 

  2. Kim, J. H. and Kim, J. J., 1998, "Slicing Using Orthogonal Arrays for Rapid Prototyping," J. Precis. Eng. Manuf, Vol. 17, No. 6, pp.169-174. 

  3. Prabhjot, S. and Dutta, D., 2001, "Multi-Direction Slicing for Layered Manufacturing," Journal of Computing and Information Science in Engineering Vol. 1, No. 2, pp.129-142. 

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  4. Lan, R., Sparks, T., Ruan, J. and Liou, F., 2010, "Integrated Process Planning for a Multiaxis Hybrid Manufacturing System." Journal of Manufacturing Science and Engineering," Vol. 132, No. 2, pp.021006-1-021006-7. 

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  5. Liou, F., Slattery, K., Kinsella, M., Newkirk, J., Chou, H.-N. and Landers, R., 2007, "Applications of a Hybrid Manufacturing Process for Fabrication of Metallic Structures," Rapid Prototyping Journal, Vol. 13, No. 4, pp.236-244. 

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  6. Zhang, J. and Liou, F., 2013, "Multi-Axis Planning of a Hybrid Material Deposition and Removal Combined Process," Journal of Machinery Manufacturing and Automation, Vol. 2, No. 3., pp.46-57 

  7. Jianzhong, R., Sparks, T. E., Panackal, A. and Liou, F. W., 2007, "Automated Slicing for a Multiaxis Metal Deposition System," Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 129, No. 2, pp.303-310. 

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  8. Zhang, J. and Liou, F., 2004, "Adaptive Slicing for a Multi-Axis Laser Aided Manufacturing Process," Journal of Mechanical Design, Vol. 126, pp.254-261. 

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  9. Sriram, P., and F. Liou, W., 2011, "Feasibility of Building an Overhang Structure Using Direct Metal Deposition," Proceeding of the 5th Annual ISC Research Symposium, pp.1-6. 

  10. Banerjee, A. G., Kumar, A., Tejavath, S. and Choudhury, A. R., 2009, "Adaptive Slicing with Curvature Considerations," International Journal of CAD/CAM, Vol. 3, No. 1. 

  11. Zhiwen, Z. and Luc, Z., 2000, "Adaptive Direct Slicing of the Solid Model for Rapid Prototyping," International Journal of Production Research, Vol. 38, No. 1, pp69-83 

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  12. Justin, T. and Bohn., J. H., 1998, "Local Adaptive Slicing," Rapid Prototyping Journal, Vol. 4, No. 3, pp118-127 

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  13. Weiyin, M., But, W.-C. and He, P., 2004, "NURBSBased Adaptive Slicing for Efficient Rapid Prototyping," Computer-Aided Design, Vol. 36, No. 13, pp1309-1325 

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