[논문]듀얼 노즐 FDM 프린터에서 노즐 간의 간섭을 최소화하는 모델의 빌드 방향 최적화를 위한 방법

김태영; 이용구

doi:10.7315/cde.2017.037

듀얼 노즐 FDM 프린터에서 노즐 간의 간섭을 최소화하는 모델의 빌드 방향 최적화를 위한 방법
A Method for Optimizing Building Position of Model to Minimize Interference between Nozzles in FDM with Dual-nozzles 원문보기

한국CDE학회논문집 = Korean Journal of Computational Design and Engineering, v.22 no.1, 2017년, pp.37 - 43

김태영 (광주과학기술원 기계공학부) , 이용구 (광주과학기술원 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

3D printing techniques can be used in various application fields and many researches have been reported. FDM (Fused Deposition modeling) can make multi-material or multi-color models with the simultaneous use of two or more filaments. In a dual-nozzle FDM printers, while the active nozzle is working, the remaining nozzle will be idle. The remaining molten resins inside an idle nozzle can ooze out unwantedly. The spill over from the resting nozzle produces unwanted remaining on the fabricated product. In this research, we suggest a method for optimizing building position of a model to minimize the unwanted spill-over that could possibly contaminate the final product. The method is based on minimizing the two intersection volumes. The first intersection volume is obtained by intersecting the volume defined by the first material and the Minkowski sum between the volume of the first material and the vector obtained by subtracting the center point of the first nozzle from the center point of the second nozzle. The second intersection volume can be obtained by reversing the role of the first and second volumes and nozzles. Some results obtained from the implementation using the Parasolid (Siemens) geometric modeling kernel is presented.

주제어

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9과 같은 결과는 바닥에 안착되어 있지 않은 상태이기 때문에 서포터가 더 많이 필요하게 되고, 적층 높이도 높아져 출력시간도 증가하게 된다. 또한, 출력 시 안정감이 떨어져서 약간의 진동에도 영향을 받을 가능성이 커질 것이다. Umetani et al.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 듀얼 노즐을 이용한 출력 시 각 노즐이 서로의 출력 영역을 침범하는 정도를 수치화하여 비교하는 방법을 찾고, 그 결과를 통해 침범이 최소화되는 빌드 방향을 알아보기 위해 Siemens사의 Parasolid를 이용하여 C++ 개발환경에서 이를 구현해보았다.
본 논문에서는 FDM 방식에서 듀얼 노즐을 이용한 출력 시 각 노즐이 다른 노즐의 영역을 침범하는 영역의 부피를 구하는 방법을 구상하였고 이 방법을 토대로 출력 모델을 회전시키며 노즐 간의 간섭을 최소화 할 수 있는 최적화된 빌드 방향을 찾아보았다. 이 방법으로 구한 빌드 방향을 출력 시 적용하면 듀얼 노즐의 간섭으로 인한 실패율을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

대상 데이터

본 연구는 문화체육관광부 및 한국콘텐츠진흥원의 2015년도 문화기술연구개발지원사업과[R2015120006, 컨텐츠형 온오프라인 3D프린팅 포털/센터 구축을 위한 통합솔루션 개발] 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터의 정보통신·방송 연구개발사업의 일환으로 수행하였음[R0190-15-2040, 창의소재 활용이 가능한 3D 프린팅 콘텐츠 형상관리 시뮬레이터 연구].

이론/모형

앞서 설명한 방법을 Siemens사의 Parasolid를 이용하여 C++ 개발환경에서 구현하였다. Parasolid는 NX와 같이 3D 제품 설계 및 해석에 관한 소프트웨어의 기반으로 사용되는 소프트웨어이다.

후속연구

[4]의 연구 내용은 출력물체의 빌드 방향에 따라 물체에 작용하는 힘을 분석하여 빌드 방향을 최적화하는 방법에 관한 것인데, 이런 부분에 대한 고려도 포함시켜야 할 필요성이 있다. 따라서 문제점을 개선하기 위해서는 적층 높이에 따른 적층 시간과 빌드 방향으로 인한 안정감, 출력 물체에 작용하는 힘 등을 고려하면서 최적화 할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FDM 방식의 특징은?	그 중에서도 필라멘트를 가열된 노즐을 통해 녹이면서 적층하는 방식인 FDM 프린터는 다른 방식에 비해 편의성이 좋아 대중들에게 가장 많이 알려지고 사용도 되고 있다. FDM 방식은 출력하고자 하는 모델을 소프트웨어를 통해 여러 층으로 나눈 뒤 각 층의 단면을 노즐의 경로로 바꾸게 된다. 소프트웨어를 통해 노즐의 경로로 바뀐 파일을 일반적으로 G-code라고 한다.
	3D 프린팅 기술은 어떤 방식이 있는가?	또한, 이로 인해 3D 프린팅 관련 시장도 급격하게 성장하고 있다. 3D 프린팅 기술은 SLA(Stereolithography), SLS(Selective Laser Sintering),FDM(Fused Deposition Modeling), Polyjet 등 다양한 방식이 있다. 그 중에서도 필라멘트를 가열된 노즐을 통해 녹이면서 적층하는 방식인 FDM 프린터는 다른 방식에 비해 편의성이 좋아 대중들에게 가장 많이 알려지고 사용도 되고 있다.
	FDM의 문제점을 해결하기 위한 방법은?	FDM은 아래부터 한 층씩 적층하는 방식이기에 복잡한 구조나 바닥면에 안착이 되지 않는 모델을 출력할 경우 실패하는 경우가 발생한다. 이를 보완하기 위해 모델에서 각 부분별로 내부를 채우는 정도를 달리하여 무게중심을 최대한 아래로 내려서 출력하거나(Asger et al.[5]) 서포터를 같이 출력하여 모델을 좀 더 안정감 있게 지지할 수 있도록 하면서 출력하는 방법도 있다(Allen et al. [1]).

참고문헌 (5)

Allen, S.W. and Dutta, D., 1995, Determination and Evaluation of Support Structures in Layered Manufacturing, Journal of Design and Manufacturing, 5, pp.153-162.
Reiner, T., Carr, N., Mech, R., Stava, O., Dachsbacher, C. and Miller, G., 2014, Dual-color Mixing for Fused Deposition Modeling Printers, Computer Graphics Forum, 33(2), pp.479-486.

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Hergel, J. and Lefebvre, S., 2014, Clean Color: Improving Multi-filament 3D Prints, Computer Graphics Forum, 33(2), pp.469-478.

상세보기
Umetani, N. and Schmidt, R., 2013, Cross-sectional Structural Analysis for 3D Printing Optimization, SIGGRAPH Asia 2013 Technical Briefs, pp.5:1-4.
Christiansen, A.N., Schmidt, R. and Baerentzen, J.A., 2015, Automatic Balancing of 3D Models, Computer-Aided Design, 58, pp.236-241.

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