KR100806183B1

KR100806183B1 - 신체 보조 기구용 인조 피부, 인조 신체 모형, 이를포함하는 신체 보조 기구 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100806183B1
Application number: KR1020060086027A
Authority: KR
Inventors: 이태서
Original assignee: 주식회사 태산솔루젼스
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-02-22

Abstract

본 발명은 의수나 의족과 같은 신체 보조기구를 제공하기 위한 것으로, 서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 단계, 스캐닝된 3차원적 신체 부분을 거울상으로 반전시키는 단계, 상기 반전된 3차원적 신체 부분의 디지털 데이터로부터 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 해당 신체 형상의 상면이 인각된 상부 캐비티, 해당 신체 형상으로 제작된 코어부 및 해당 신체 형상의 바닥면이 인각된 하부 캐비티 각각의 금형을 제작하는 단계, 상부 캐비티와 하부 캐비티 상에 코어부를 두고 상부 캐비티와 하부 캐비티 사이의 코어부를 감싸도록, 경화성 실리콘 수지 조성을 흘려보내고, 경화시키는 단계; 및 코어부로부터 경화물을 벗겨 내는 단계를 포함하여 인조 신체 모형을 제조하고, 이를 이용하여 의수나 의족과 같은 신체 보조기구를 제조하는 방법을 제공함으로써 오므렸다 폈다하는 반복적인 신축운동에 대한 내구성이 우수하여 로봇과 같은 센서에 의한 작동에도 용이하게 대응할 수 있고, 인조 신체 모형이나 신체 보조기구를 필요로 하는 사람의 신체 부분을 3D 스캐닝하여 모형을 제작함으로써 모형의 제작이 용이하고, 또한 모형이 해당 사람의 신체와 그 형상이 같으므로 심리적인 안정감과 외형상의 균형성을 부여할 수 있는 발명을 제공한다.

Description

신체 보조 기구용 인조 피부, 인조 신체 모형, 이를 포함하는 신체 보조 기구 및 그 제조방법{Artificial skin, artificial body mold, assistant device for body and manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 인조 신체 모형 및 신체 보조기구를 제조하는 데 사용된 금형의 분해사시도이고,

도 2는 본 발명의 인조 신체 모형 및 신체 보조기구를 제조하는 데 사용된 금형 중 하부 캐비티의 평면도이고,

도 3은 본 발명의 인조 신체 모형 및 신체 보조기구를 제조하는 데 사용된 금형 중 코어부의 평면도이고,

도 4는 본 발명의 인조 신체 모형 및 신체 보조기구를 제조하는 데 사용된 금형 중 상부 캐비티의 저면도이고,

도 5는 본 발명의 인조 신체 모형 및 신체 보조기구를 제조하는 데 사용된 금형 중 코어부의 A-A 단면도이며,

도 6은 본 발명의 인조 신체 모형 및 신체 보조기구를 제조하는 데 사용된 금형 중 코어부에 경화성 실리콘 수지 조성액을 주입하여 도포된 상태를 보여주기 위한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 - 상부 캐비티 12 - 하부 캐비티

20 - 코어부

21 - 중심관 22 - 가지관

23 - 홀(hole)

본 발명은 의수나 의족과 같은 신체 보조기구의 제조에 사용할 수 있는 인조피부, 인조 신체 모형, 이로부터 얻어진 신체 보조기구, 그리고 이들을 제조하는 방법에 관한 것이다.

팔이나 다리를 불의의 사고 등으로 잃어버린 사람들은 장애부분에 대한 보조를 위해 의수나 의족을 사용해야만 한다.

종래 의수나 의족과 같은 신체보조기구는 작동이 제어되는 형태라기 보다는 절단된 부분에 형상을 부여하여 외형을 맞추는 역할에 그치는 것이 대부분이었다.

이와 같이 형상을 부여하는 역할을 하기 위한 신체 보조기구의 제조방법과 관련하여 대한민국 특허등록 10-0338835에는, 통상의 방법에 의하여 소망하는 신체 부위를 복제하여 얻어진 전조 금형을 사용하여 의수, 의족과 같은 신체 보조기구를 제조하는 방법에 있어서, 전조금형의 내측면상에 이형재를 도포하고 저온실에 넣어 -1 내지 3℃로 유지, 보관시키는 단계; 실리콘 수지로 된 주재료와 경화재를 10:1의 중량비로 혼합시키고 기포의 발생이 없도록 교반시켜 얻은 실리콘 원액을 상기 저온실에 넣어 -1 내지 3℃로 유지, 보관시키는 단계; 상기 전조금형 및 실리콘 원액을 상기 저온실에서 꺼내고, 상기 전조금형 내부로 상기 실리콘 원액을 2/3 내지 4/5의 높이까지 채워넣는 실리콘 주입단계; 실리콘 원액이 주입된 상기 전조 금형을 열수조내에 위치시키고, 상기 실리콘 원액이 채워진 높이까지 열수조 내에 열수를 가하고, 상기 금형을 기울이면서 회전시켜 상기 전조금형의 최상단부까지 실리콘 원액이 도포되게 하면서 30초 내지 1분간 유지시켜 상기 전조금형의 내측에 접하여 있는 실리콘 원액을 소정의 표피 두께로 응고시키는 1차 경화단계; 상기 전조금형을 상기 열수조로부터 끄집어내고 급랭시킨 후 응고되지 않는 잔량의 실리콘 원액을 상기 전조금형으로부터 쏟아내어 회수하는 단계; 상기 전조금형을 40 내지 60℃의 온도에서 5 내지 15분간 유지, 건조, 경화시키는 2차 경화단계; 상기 전조 금형을 90 내지 100℃의 고온에서 25 내지 35분간 유지, 건조, 경화시키는 3차 경화단계; 상기 전조금형을 상온으로 서냉시킨 후 상기 전조 금형으로부터 경화된 실리콘 재질의 신체 보조기구를 꺼내는 탈형단계; 및 상기 탈형된 기초 신체 보조기구의 내부에 통상의 방법으로 피부와 동일한 색상의 착색제를 도포시키고 건조시켜 신체보조기구를 완성시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신체 보조기구의 제조방법이 개시되어 있다.

여기서의 전조금형이라 함은 규격화되어 있는 팔이나 다리의 원형에 RTV(Roon Temparature Vulcanization) 수지를 이용하여 그 형태로 본을 뜬 것으로, 상술한 종래 기술에서는 이와 같이 얻어진 전조금형의 내부에 실리콘 수지와 경화제의 혼합물을 채운 후 소정 두께만큼으로 경화시켜서 신체 보조기구를 제작한 것이며, 여기서 사용된 실리콘 수지는 일본의 도시바사의 TSE3453으로 이는 고경도의 수지로서 제조된 신체 보조기구는 실질적으로 신체와 유사한 정도의 감촉이나 신축성을 보이지 않는, 그야말로 형상을 유지하고 있는 정도에 불과하다. 또한 전조금형이라는 것이 신체 보조기구를 필요로 하는 사람으로부터 얻어진 것이 아니어서, 존재하는 신체 부위와 다른 크기와 형상을 갖게 되어 완전하게 신체의 균형을 찾아주지도 못하는 것이었다.

한편, 의수나 의족은 절단자들에게 가능한 한 정상적인 삶을 주고자 하는 어려움 임무를 띠고 있는 것이지만, 사람 동작의 복잡성으로 인하여, 지금까지의 통상적인 의수나 의족들은, 가장 정교한 장치들조차도, 수동적인 메카니즘만을 사용하여 오고 있는 실정이다. 통상적인 의수나 의족들은 실제 사람의 팔이나 다리와 비교하여 매우 제한되어 있어서 어떤 기능들은 완전히 수행되지 못하고 있다.

그런데, 근래 들어서는 로봇 산업이 발달함에 따라서 의수나 의족 또한 단순히 형태를 유지하는 차원에서 벗어나 동작이 가능한, 특히 센서를 이용한 동작이 가능한 정도로 진일보 하고 있다.

따라서 종래의 실리콘재의 의수나 의족만으로는 신체의 동작, 일예로 오므렸 다 폈다 하는 동작 등을 수행할 만큼의 신축성을 갖지 못하고, 반복적인 신축에 대하여 내구성이 결여되어 있었다.

또한 신체와는 다른 느낌의 촉감으로 인해 사용자 및 상대방에게 거부감을 주고 있는 것이 사실이다.

이에 본 발명은 사람의 피부와 거의 동등한 정도의 감촉을 나타내며 신축성 및 반복적인 신축에 대한 내구성을 갖는 신체 보조기구용 인조피부를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 용이한 방법으로 그 형상을 제작할 수 있으면서, 사람의 피부와 거의 동등한 정도의 감촉을 나타내며 신축성 및 반복적인 신축에 대한 내구성을 갖는 인조 신체 모형을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 사람의 피부와 거의 동등한 정도의 감촉을 나타내며 신축성 및 반복적인 신축에 대한 내구성을 갖는 신체 보조기구용 인조피부를 갖는 신체 보조기구를 제공하는 데도 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 본 발명은 용이한 방법으로 그 형상을 제작할 수 있으면서, 사람의 피부와 거의 동등한 정도의 감촉을 나타내며 신축성 및 반복적인 신축에 대한 내구성을 갖는 인조 신체 모형을 외형으로 포함하는 신체 보조기구를 제공하는 데도 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 신체 보조기구를 요망하는 절단자로부터 유래된 팔이나 다리 로부터 전조금형을 제작하고, 이를 이용하여 용이한 방법으로 유연하고 내구성을 갖는 인조 신체 모형을 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 신체 보조기구를 요망하는 절단자로부터 유래된 팔이나 다리로부터 전조금형을 제작하고, 이를 이용하여 용이한 방법으로 유연하고 내구성을 갖는 인조 신체 모형을 외형으로 하고, 그 내부에 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 뼈대를 삽입함으로써 신체 보조기구를 제조하는 방법을 제공하는 데도 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적달성을 위한 본 발명에 따른 신체 보조 기구용 인조피부는, 21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부; 및 유연재 25 내지 35중량부를 포함하는 조성으로부터 얻어진 것이다.

바람직하게는, 피부 묘사용 물감과 고농도의 알콜을 조합한 채색조성으로부터 얻어진 채색층이 더 포함된 것임을 특징으로 하는 신체 보조 기구용 인조피부.

바람직하게는, 인조모 또는 인모(人毛)가 식모된 층을 더 포함하는 신체 보조 기구용 인조피부.

바람직하게는, 내측에 섬유층을 더 포함하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적달성을 위한 본 발명에 따른 인조 신체 모형은, 21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부; 및 유연재 25 내지 35중량부 포함하는 조성으로부터 얻어진 것이다.

바람직하게는, 모형은 손이나 발 형상인 것임을 특징으로 하는 인조 신체 모형.

바람직하게는, 모형은 내부가 빈 형상인 것임을 특징으로 하는 인조 신체 모형.

바람직하게는, 피부 묘사용 물감과 고농도의 알콜을 조합한 채색조성으로부터 얻어진 채색층이 더 포함된 것이다.

바람직하게는, 인조모 또는 인모(人毛)가 식모된 층을 더 포함하는 것이다.

바람직하게는, 최내측에 섬유층을 더 포함하는 것이다.

상기와 같은 목적은 또한 상기한 것과 같은 인조피부를 갖는 신체 보조 기구로부터 달성될 수 있다.

또한 상기와 같은 목적은 상기한 것과 같은 인조 신체 모형을 외형으로 포함하는 신체 보조 기구로부터 달성될 수 있다.

바람직하게는, 인조 신체 모형의 내부는 센서에 의해 제어되거나 또는 제어되지 않는 뼈대 구조가 포함된 것이다.

바람직하게는, 인조 신체 모형의 내부는 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 뼈대 구조 및 뼈대 구조 중 일부 또는 전체를 둘러싸 외피를 지지하는 역할을 하는 지지층을 포함하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 인조 신체 모형의 제조방법은 서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 단계; 스캐닝된 3차원적 신체 부분을 거울상으로 반전시키는 단계; 상기 반전된 3차원적 신체 부분의 디지털 데이터로부터 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 해당 신체 형상의 상면이 인각된 상부 캐비티, 해당 신체 형상으로 제작된 코어부 및 해당 신체 형상의 바닥면이 인각된 하부 캐비티 각각의 금형을 제작하는 단계; 상부 캐비티와 하부 캐비티 상에 코어부를 두고 상부 캐비티와 하부 캐비티 사이의 코어부를 감싸도록, 경화성 실리콘 수지 조성을 흘려보내고, 경화시키는 단계; 및 코어부로부터 경화물을 벗겨 내는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 경화성 실리콘 수지 조성물은 21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부 및 유연재 25 내지 35중량부를 포함하는 조성을 사용하는 것이다.

바람직하게는, 경화 후 또는 경화물을 벗겨 낸 이후 채색작업을 더 수행하는 것이다.

바람직하게는, 채색작업 이후 상기 실리콘 수지-경화제 혼합물에서 사용된 실리콘 수지를 스프레이하여 재도포하는 단계를 더 수행하는 것이다.

바람직하게는, 실리콘 수지를 스프레이하여 재도포하는 단계 이후로 식모작업을 더 수행하는 것이다.

바람직하게는, 식모작업 이후 실리콘 수지 스프레이 단계를 더 수행하는 것이다.

바람직하게는, 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 얻어진 코어부 금형은 경화물의 두께만큼 축소 제작된 것이다.

바람직하게는, 코어부 금형은 그 내부에 외부로부터 경화 조성을 흘려보내기 위한 중심관, 중심관과 연결되며 신체의 형상에 따라 분지되는 다수의 가지관이 뼈대 형상으로 존재하며, 중심관 및 가지관 내 및 말단에는 코어부 금형 외부까지 관통되는 소정의 홀이 형성되어 있어 경화조성이 흘러나가도록 제작된 것이다.

바람직하게는, 상부 캐비티, 코어부 및 하부 캐비티 금형을 제작한 후 각각의 사이에 이형제를 도포하는 단계를 더 수행하는 것이다.

바람직하게는, 이형제로는 식물성 오일을 사용하는 것이다.

바람직하게는, 서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 단계는 신체 부분을 직접 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 방법 또는 존재하는 신체 부분으로부터 마스터를 제작하고 마스터 내에 경화성 수지를 충진하여 경화시키는 통상의 진공주형방법으로 주형물을 얻은 다음 그 주형을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 방법으로 수행되는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 신체 보조 기구의 제조방법은, 서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 단계; 스캐닝된 3차원적 신체 부분을 거울상으로 반전시키는 단계; 상기 반전된 3차원적 신체 부분의 디지털 데이터로부터 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 해당 신체 형상의 상면이 인각된 상부 캐비티, 해당 신체 형상으로 제작된 코어부 및 해당 신체 형상의 바닥면이 인각된 하부 캐비티 각각의 금형을 제작하는 단계; 상부 캐비티와 하부 캐비티 상에 코어부를 두고 상부 캐비티와 하부 캐비티 사이의 코어부를 감싸도록, 경화성 실리콘 수지 조성을 흘려보내고, 경화시키는 단계; 및 코어부로부터 경화물을 벗겨 내는 단계를 포함하여 외형을 제작하는 단계; 및

미리 제작된, 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 골격을 상기 외형 내에 삽입하는 단계를 포함하는 것이다.

바람직하게는, 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 골격을 외형에 삽입하기 전에 외형을 지지할 수 있는 지지층을 골격의 전부 또는 일부에 형성하는 단계를 더 수행하는 것이다.

이와 같은 본 발명을 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 인조 신체 모형 및 신체 보조기구를 제조하는 데 사용된 금형을 보여주는 분해사시도이고, 도 2는 하부 캐비티(12)의 평면도, 도 3는 코어 부(20)의 평면도, 도 4는 상부 캐비티(11)의 저면도이며, 도 5는 코어부의 A-A 단면도이며, 도 6은 코어부를 경화성 실리콘 조성액이 둘러싼 상태를 보여주기 위한 단면도이다.

본 발명에 따른 신체 보조기구용 인조피부는 사람의 피부와 거의 동등한 정도의 감촉을 나타내며 신축성 및 반복적인 신축에 대한 내구성을 갖는 것으로서, 그 재질에 있어서, 21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부; 및 유연재 25 내지 35중량부를 포함하는 조성으로부터 얻어진 것이다.

이때 실리콘 수지로서 상기와 같은 경화후의 물성을 만족하지 못하는 실리콘 수지를 사용하면, 촉감이 딱딱하며 목적하는 정도의 신축성을 갖지 못하여 신체의 동작을 충분히 반영할 수 없고 또한 반복적인 신축 동작에 대한 내구성이 없어서 피부가 튿어지는 현상이 생길 수 있다.

그러나 이와 같은 경화물성을 만족하는 실리콘 수지를 경화제와 혼합하여 사용하더라도 최종적으로 목적하는 촉감과 신축성을 나타낼 수 없는바, 유연재를 첨가하는 것이 바람직하다. 여기서 유연재라 함은 실리콘유연재로서 구체 한정이 있는 것은 아니다. 유연재의 양이 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부에 대해 지나 치게 과량이면 굳지 아니하고 그 함량이 너무 적으면 피부에 유연성을 주는 데 한계가 있다.

한편, 본 발명의 신체 보조기구용 인조피부는, 별도의 채색층을 더 포함하여 사람의 피부와 유사한 외관을 갖도록 할 수 있는데, 피부 표현의 조성은 구체 한정되는 것은 아니며, 종래 알려진 피부 묘사용 물감에 고농도의 알콜을 조합한 것이면 된다. 여기서 고농도의 알콜이라 함은 알콜농도가 80% 이상인 것을 일컫는 것으로서, 알콜의 종류에 구체 한정이 있는 것은 아니다.

피부 묘사용 물감과 고농도의 알콜을 조합함에 있어서 부피비로 90 내지 97: 3:10 정도로 혼합하여 압축스프레이 등을 이용하여 피부 표면에 뿌려서 색상을 입혀 채색층을 형성할 수 있다. 채색의 구체 방법이 한정되는 것은 아니다.

채색층의 상층에는 인조피부와 동등의 실리콘 수지를 이용하여 재도포하여 색상의 벗겨짐을 방지하는 것이 바람직하다.

또한 인조피부에는 인조모 또는 인모(人毛)가 식모된 층을 더 포함할 수도 있는데, 식모기를 이용하여 식모작업을 하여 실리콘 수지액을 얇게 도포하여서 식모의 고정력을 높이는 것이 바람직하다.

또한 인조피부의 질김성을 더 향상시키기 위한 방안으로 인조피부의 내측에 섬유층을 더 포함할 수 있는데, 여기서의 섬유로는 나일론 등을 사용할 수 있으며 그 한정이 있는 것은 아니다. 섬유층의 형성은 나일론 등의 섬유를 덧대고 실리콘 수지를 도포하여 고정시키는 방법으로 수행될 수 있으나, 그 방법에 제한이 있는 것은 아니다. 섬유층을 더 포함하게 되면 섬유층을 포함하지 않는 것에 비해서 신 축성은 다소 떨어질 수 있으나 질김성이 좋아지고 하중에 대해 견디는 힘은 강해져 이후로 신체 보조기구 등에 적용시 기계 장치의 무게를 견디거나, 의수나 의족에 가해지는 외부의 힘에 대응하는 데 있어서 유리해질 수 있다.

이와 같은 인조피부는 별도의 피부를 필요로 하는 신체 보조기구의 제작에 활용될 수 있다.

한편 본 발명에 따르면 상기와 같은 재질로 인조피부를 제조할 수도 있지만, 직접적으로 신체의 모형을 제작할 수도 있는데, 여기서 신체의 모형이라 함은 손이나 발의 형상, 즉 의수나 의족의 형상일 수 있다. 그리고 신체의 모형은 외피만으로 이루어진, 즉 내부가 빈 형상으로 얻어져서 그 내부에는 후속적으로 골격을 삽입함으로써 신체 보조기구로써 제작할 수 있다.

이와 같은 신체 모형 또한 인조피부에서와 마찬가지로 채색층, 식모층 및 섬유층을 더 포함할 수 있음은 물론이다.

인조 신체 모형의 내부는 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는, 즉 수동이거나 자동적인 요소를 갖는 뼈대 구조가 삽입될 수 있는데, 뼈대 구조는 인조 신체 모형의 내부는 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 뼈대 구조 및 뼈대 구조 중 일부 또는 전체를 둘러싸 외피를 지지하는 역할을 하는 지지층을 포함하는 것이 바람직하다. 뼈대 구조만으로는 외피에 해당되는 본 발명의 인조 신체모형을 지지하는 것이 미흡하고 뼈대의 날카로움으로 인해 인조 신체모형이 손상을 입을 수도 있기 때문이다.

이하에서는 이와 같은 인조 신체 모형과 이로부터 신체 보조 기구를 제조하는 방법을 살핀다.

종래에는 규격화된 신체 모형으로부터 전조금형을 제작하고 이것을 이용하여 인조 신체 모형을 제작하여 왔는데, 본 발명에서는 이것과는 달리 인조 신체모형을 소망하는 절단자 본인으로부터 정보를 얻어내고 이로부터 금형을 제작하고, 금형을 이용하여 경화성 실리콘 수지재의 인조 신체 모형을 제조하는 방법이다.

구체적으로는, 우선 서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝한다. 여기서 서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분이라 함은 팔, 다리, 손, 발 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

3차원 스캐너는 레이저를 이용하여 제시된 입체구조를 3차원적으로 읽어 들여 디지털화하는 장비로서, 만일 일정 부분 손목이 절단된 사람이라면, 정상인 다른 쪽의 손목 이하 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝한다.

그러나 만일 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 데 소요되는 시간이 길어지거나, 절단자가 노약자이어서 직접적인 3차원 스캔 작업을 수행하기가 어렵다면 스캐닝의 정밀도를 높이기 위해, 절단자의 존재하는 손과 손목 부분을 이용하여 공지된 방법으로 마스터를 제작한 후 이것으로부터 손 부분의 모형을 제작한 다음, 이를 이용하여 3차원 스캐닝하는 것도 고려할 수 있다.

마스터를 제작하여 모형을 제작하는 방법은 통상의 방법에 따르는 바, 존재 하는 신체 부분으로부터 마스터를 제작하고 마스터 내에 경화성 수지를 충진하여 경화시키는 통상의 진공주형방법으로 주형물을 얻는 것이다. 구체적으로 대상 신체 부분이 보이지 않도록 통상의 RTV 실리콘 수지 조액을 이용하여 꼼꼼히 채운 다음 예정된 경화시간이 지난 후 신체로부터 분리한다. 이와 같은 과정을 거치면 마치 고무장갑과 같은 형태의 마스터를 제작할 수 있다.

그 다음 그 내부에 우레탄 수지 등과 같은 경화성 수지를 충진한 다음 이를 굳히면 손이나 발의 틀을 제작할 수 있다.

이와 같이 얻어진 손이나 발의 틀을 이용하여 3D 스캐닝하면 절단자로부터 유래된 손이나 발의 모형을 입체적으로 디지털화할 수 있다.

그 다음 직접적으로 또는 모형 제작을 통해 스캐닝된 3차원적 신체 부분을 그대로 사용하게 되면 절단된 부분의 모형이 아니므로, 이를 디지털 작업을 통해 거울상으로 반전시킨다. 디지털 작업을 통해 거울상으로 반전시키는 작업은 각별히 한정이 있는 것은 아니며 알려진 프로그램이나 툴을 이용하면 용이하게 반전시킬 수 있다. 이와 같이 스캐닝된 데이터를 반전시키게 되면 일예로 왼손으로부터 오른손을 그대로 재현할 수 있게 되는 것이다. 따라서 종래 규격화된 모형으로 신체 보조기구를 제작함에 따른 양쪽 신체 부분의 차이를 없앨 수 있고 절단자의 신체에서 유래됨으로 인해 미세한 부분까지 동일하게 절단된 신체 부위를 복원할 수 있으므로 외관상으로나 심리적으로 안정감을 줄 수 있게 된다.

그 다음 반전된 3차원적 신체 부분의 디지털 데이터로부터 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 해당 신체 형상의 상면이 인각된 상부 캐비티(11), 해 당 신체 형상으로 제작된 코어부(20) 및 해당 신체 형상의 바닥면이 인각된 하부 캐비티(12) 각각의 금형을 제작한다.

도 1 내지 6으로 도시된 금형은 의수의 제작을 고려한 것으로서, 그 모양에 제한이 있는 것은 아니다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 보면, 상부 캐비티(11)는 손등 부분이 인각된 금형이고, 하부 캐비티(12)는 손 바닥이 인각된 금형이다. 그리고 코어부(20)는 손 전체 그대로의 모형이다.

디지털 데이터로부터 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 제어하여 부분 부분별로 나누어서 3차원 부분의 소정 부분을 금형으로 제작하는 기술 또한 당해 관련 부분의 제작업자라면 용이하게 구현할 수 있을 정도의 기술로서, 금형의 제작방법이 구체 한정되는 것은 아니다.

다만, 3차원 데이터로부터 코어 금형을 제작할 때는 임의적으로 그 크기를 조절할 필요가 있는데, 이는 코어 금형의 외면에 본 발명에 따른 인조 신체 모형 제작을 위한 경화성 실리콘 수지 조성이 도포될 것을 고려해야 하기 때문이다. 즉 요구되는 인조 신체 모형의 두께만큼 코어 금형의 전체 크기가 읽혀진 데이터에 비하여 작아지도록 다시 한번 데이터를 조정하는 과정을 더 거칠 필요가 있다.

이와 같이 제작된 상부 캐비티(11), 코어부(20) 및 하부 캐비티(12)를 적층하여 일체화한 다음에 코어부를 감싸도록 경화성 실리콘 수지 조성을 흘려보내는데, 이때 상부 캐비티(11)와 코어부(20) 사이, 코어부(20)와 하부 캐비티(12) 사이에 직접적으로 경화성 실리콘 수지를 흘려보내줄 수도 있지만 바람직하게는 경화성 실리콘 수지가 고르게 도포되고 또한 제작 도중에 일부분만이 경화되는 문제, 그리 고 균일한 두께의 모형을 얻을 수 있도록 하기 위해서 코어부 금형 내에 주입을 위한 별도의 관을 구비하는 것이 바람직하다.

이는 코어부(20) 금형을 제작할 당시에 제어하여 제작할 수 있는 것인 바, 이를 상세히 보이기 위해 도 3에 코어부의 평면도, 도 5에 A-A단면도를 도시하였다.

도 3 및 도 5에서 보여지는 것과 같이 코어부(20) 금형은 그 내부에 외부로부터 경화 조성을 흘려보내기 위한 중심관(21), 중심관(21)과 연결되며 신체의 형상에 따라 분지되는 다수의 가지관(22)이 뼈대 형상으로 존재하며, 중심관(21) 및 가지관(22) 내 및 말단에는 코어부(20) 금형을 관통하는 소정의 홀(23)이 형성되어 있다. 이와 같은 내부 구조를 갖는 코어부(20) 금형을 사용하게 되면, 중심관(21)을 통해 주입된 경화성 실리콘 수지 조성이 중심관(21) 및 가지관(22)을 따라 흘러가면서 중간 중간에 형성된 홀(23)을 통해 코어부(20) 금형의 외부로 흘러나가게 되고 이와 같이 흘러나간 경화성 실리콘 수지 조성은 상부 캐비티(11)와 하부 캐비티(12)로 인해서 외부로 흘러나가지 않고 코어부(20)를 감싸는 형태로 도포되게 된다.

경화성 실리콘 수지 조성액을 주입하여 코어부 내부의 중심관(21) 및 가지관(22)을 따라 수지액이 이동하여 최종적으로 코어부를 감싼 상태는, 도 6에 도시한 것과 같다.

이와 같은 방식으로 경화성 실리콘 수지 조성을 흘려보내면 흐름에 있어서 압이 걸리는 문제를 해결할 수 있고, 그 도포두께를 균일하게 말단까지 가져갈 수 있으며, 또한 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있어서 미리 경화되어 버리는 문제를 해결할 수 있다.

경화성 실리콘 수지 조성을 코어부(20) 금형에 도포하여 이후로 탈형할 때를 고려하여, 상부 캐비티(11), 코어부(20) 및 하부 캐비티(12) 사이에는 사전에 이형제를 도포해두는 것이 바람직하다. 바람직하게는 이형제로는 식물성 오일을 사용하는 것이며, 가장 바람직하게는 식용유이다.

이때 경화성 실리콘 수지 조성으로는 그 흐름성 등을 고려하여 다양하게 선택할 수 있으나, 상기한 것과 같이 사람의 피부와 동등한 촉감과 신축성 등을 고려하였을 때, 21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부 및 유연재 25 내지 35중량부를 포함하는 조성을 사용하는 것이다.

본 발명에 따른 경화성 실리콘 수지 조성은 3D 스캐닝을 통해 제작된 금형을 이용한 작업에 있어서 용이한 작업성을 보이는 조성이기도 하다.

이와 같은 경화성 실리콘 수지 조성을 금형 내에 흘려보낸 다음 일정 두께로 도포가 완료되고 나면, 경화성 실리콘 수지 조성의 경화시간에 따라서 경화시간을 조절하여 상온경화시킨다.

상기와 같은 조성을 갖는 경화성 실리콘 수지 조성을 사용한 경우라면 작업이 완료된 후 24시간 이내이면 경화가 완료된다.

경화가 완료된 후 뒤집어서 탈형하여 그 내측에는 섬유층을 덧대는 작업을 수행할 수 있다.

섬유층을 덧대게 되면 덧대기 전에 비해 신축성은 다소 떨어질 수 있으나 하중에 대해 견디는 힘은 강해져 이후로 인조 신체 모형 내에 삽입되는 기계 장치의 무게를 견디거나, 의수나 의족에 가해지는 외부의 힘에 대응하는 데 있어서 유리해질 수 있다.

또한 인조 피부에서와 마찬가지로 동등한 채색 조성을 이용하여 채색작업을 더 수행할 수 있다. 채색작업 이후 상기 실리콘 수지-경화제 혼합물에서 사용된 실리콘 수지를 스프레이하여 재도포하는 단계를 더 수행하여 채색이 벗겨지는 것을 방지할 수 있다. 그리고 나서 식모작업을 더 수행하고, 식모된 것을 유지하기 위해 실리콘 수지 스프레이 단계를 더 수행할 수 있다.

이와 같이 얻어진 인조 신체 모형을 이용하여, 의수나 의족과 같은 신체 보조기구를 제작할 수 있는데, 얻어진 인조 신체 모형을 외형으로 하고 그 내부에 의수나 의족의 골격에 해당되는 부분을 삽입하면 된다.

이때 골격은 센서에 의해 제어되는 것일 수도 있고 그 외의 수동적으로, 또는 반자동적으로 작동하는 기계적 골격일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

다만, 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 골격을 외형에 삽입하기 전에 외형을 지지할 수 있는 지지층을 골격의 전부 또는 일부에 형성하는 단계를 더 수행하는 것이 바람직한데, 골격 형태가 날카롭고 가느다란 경우에는 외형만으로는 그 형상을 지지하기 어렵고 또한 외형이 되는 실리콘재에 손상을 입힐 수도 있기 때문에 골격의 일부나 전부에 걸쳐서 실리콘재나 그와 유사한 정도의 재질을 이용하여 골격을 감싸는 형태로 지지층을 형성하는 것이 바람직하다.

이상의 방법에 따르면 용이한 방법으로 인조 신체 모형을 제작할 수 있으며, 얻어진 모형은 사람의 피부와 거의 동등한 정도의 감촉을 나타내며 신축성 및 반복적인 신축에 대한 내구성을 가질 수 있다.

또한 이와 같이 얻어진 인조 신체 모형은 다양한 신체 보조 기구의 제작에 활용될 수 있는데, 의수나 의족을 비롯하여 그 외에 신체의 모형이 필요한 어떤 용도로도 적용이 가능하다.

또한 이와 같이 얻어진 신체 보조기구는 신체 보조기구가 필요한 절단자로부터 정보를 얻어 그대로를 재현한 것이므로, 절단자 본인의 신체와 가까운 심리적 안정감을 줄 수 있고 또한 외형상으로도 균형적이고 친밀감있는 느낌을 줄 수 있다. 또한 신축성 및 내구성이 우수하여 미세한 동작까지도 구현하는 데 있어서 제약이 없으므로, 로봇 산업의 발전에도 크게 이바지할 수 있을 것이다.

한편 상기와 같은 방법에 따라 얻어진 인조 피부에 대하여 가로20 × 세로10×폭2(단위mm)규격으로 시편을 제작하여 이를 INSTRON사의 피로시험기에서 인장시험을 수행한 결과는 다음 표 1과 같다. 인조 피부 시편으로는 본 발명에 따라 실리콘 수지 경화물로부터 얻어진 본래의 두께가 2mm인 것으로 채색층을 형성한 이후의 것(제 1 시편)과, 내측에 섬유층을 덧댄 것(제 2 시편) 두 종류의 시편을 사용하였 다. 한편 종래의 실리콘 수지를 사용한 경우의 예로서 도시바실리콘 TSE3453T(실리콘 수지:경화제 100:10의 혼합조성)로부터 얻어진 경화물 시편에 채색층을 형성한 것을 제 3 시편으로 사용하여 동일하게 평가하였다.

	제 1 시편	제 2 시편	제 3 시편
최대 하중에서 늘어난 길이(mm)	131.465	52.011	25.135
최대하중(kgf)	1.499	3.167	2.529

상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따라 얻어진 인조 피부 시편의 경우 종래의 실리콘 수지를 사용한 것에 비하여 신축성에서 현저히 우수한 결과를 보였으며, 신축성에 있어서는 섬유층을 포함하지 않은 경우가 가장 우수하였으며, 인장강도는 섬유층을 포함한 경우가 우수함을 알 수 있다. 종래의 실리콘 수지를 사용한 경우는 인장강도는 만족스러우나 신축성에 있어서 현저히 작아서 사람의 피부와 같은 신축작용에 대응하기에는 부족하다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 특정 경화물성을 만족하는 실리콘 수지를 사용하여 유연재 등을 더 첨가하여 조액하여 얻어진 인조 피부는 촉감이 사람의 피부와 유사하면서도 신축성이 우수하고 또한 신축에 대한 내구성이 우수하여 사람의 손이나 발이 수행하는 미세한 동작들에 대해 대응능력이 탁월한 효과를 얻을 수 있다.

또한 특정 경화물성을 만족하는 실리콘 수지를 사용하여 유연재 등을 더 첨 가하여 조액하여 얻어진 인조 신체 모형의 경우 오므렸다 폈다하는 반복적인 신축운동에 대한 내구성이 우수하여 로봇과 같은 센서에 의한 작동에도 용이하게 대응할 수 있다.

또한 인조 신체 모형이나 신체 보조기구를 필요로 하는 사람의 신체 부분을 3D 스캐닝하여 모형을 제작함으로써 모형의 제작이 용이하고, 또한 모형이 해당 사람의 신체와 그 형상이 같으므로 심리적인 안정감과 외형상의 균형성을 부여할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

또한 모형의 제조에 사용되는 금형을 제작함에 있어서 경화성 실리콘 수지의 주입을 고려한 별도의 내부 관을 구비하고 홀을 통해 흘려보낼 수 있도록 함에 따라서 균일한 두께를 갖는 인조 신체 모형이나 신체 보조기구를 생산성 높게 생산할 수 있게 되었다.

Claims

21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부; 및 유연재 25 내지 35중량부를 포함하는 조성으로부터 얻어진 신체 보조 기구용 인조피부.
제 1 항에 있어서, 피부 묘사용 물감과 고농도의 알콜을 조합한 채색조성으로부터 얻어진 채색층이 더 포함된 것임을 특징으로 하는 신체 보조 기구용 인조피부.
제 1 항에 있어서, 인조모 또는 인모(人毛)가 식모된 층을 더 포함하는 신체 보조 기구용 인조피부.
제 1 항에 있어서, 내측에 섬유층을 더 포함하는 신체 보조 기구용 인조피 부.
21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부; 및 유연재 25 내지 35중량부 포함하는 조성으로부터 얻어진 인조 신체 모형.
제 5 항에 있어서, 모형은 손이나 발 형상인 것임을 특징으로 하는 인조 신체 모형.
제 5 항에 있어서, 모형은 내부가 빈 형상인 것임을 특징으로 하는 인조 신체 모형.
제 5 항에 있어서, 피부 묘사용 물감과 고농도의 알콜을 조합한 채색조성으 로부터 얻어진 채색층이 더 포함된 것임을 특징으로 하는 인조 신체 모형.
제 5 항에 있어서, 인조모 또는 인모(人毛)가 식모된 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형.
제 5 항에 있어서, 최내측에 섬유층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 인조피부를 갖는 신체 보조 기구.
제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 인조 신체 모형을 외형으로 포함하는 신체 보조 기구.
제 12 항에 있어서, 인조 신체 모형의 내부는 센서에 의해 제어되거나 또는 제어되지 않는 뼈대 구조가 포함된 것임을 특징으로 하는 신체 보조 기구.
(정정) 제 13 항에 있어서, 인조 신체 모형의 내부는 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 뼈대 구조 및 뼈대 구조 중 일부 또는 전체를 둘러싸 외피를 지지하는 역할을 하는 지지층을 포함하는 것임을 특징으로 하는 신체 보조 기구.
서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 단계;

스캐닝된 3차원적 신체 부분을 거울상으로 반전시키는 단계;

상기 반전된 3차원적 신체 부분의 디지털 데이터로부터 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 해당 신체 형상의 상면이 인각된 상부 캐비티, 해당 신체 형상으로 제작된 코어부 및 해당 신체 형상의 바닥면이 인각된 하부 캐비티 각각의 금형을 제작하는 단계;

상부 캐비티와 하부 캐비티 상에 코어부를 두고 상부 캐비티와 하부 캐비티 사이의 코어부를 감싸도록, 경화성 실리콘 수지 조성을 흘려보내고, 경화시키는 단계; 및

코어부로부터 경화물을 벗겨 내는 단계를 포함하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 15 항에 있어서, 경화성 실리콘 수지 조성은 21.1℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 가황한 후 1일 경과 후 쇼어 A 경도값이 5이고 7일 경과 후에는 쇼어 A 경도값이 10이며, 동일 조건 하에서 7일간 가황 한 후 ASTM D412에 의거 신율을 측정하였을 때 그 값이 450 ± 25%인 실리콘 수지 100중량부에 대하여 경화제 5 내지 15중량부를 혼합한 실리콘 수지-경화제 혼합물 100중량부 및 유연재 25 내지 35중량부를 포함하는 조성을 사용하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 16 항에 있어서, 경화 후 또는 경화물을 벗겨 낸 이후 채색작업을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 17 항에 있어서, 채색작업 이후 상기 실리콘 수지-경화제 혼합물에서 사용된 실리콘 수지를 스프레이하여 재도포하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 18 항에 있어서, 실리콘 수지를 스프레이하여 재도포하는 단계 이후로 식모작업을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 19 항에 있어서, 식모작업 이후 실리콘 수지 스프레이 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 15 항에 있어서, 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 얻어진 코어부 금형은 경화물의 두께만큼 축소 제작된 것임을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 15 항 또는 제 21 항에 있어서, 코어부 금형은 그 내부에 외부로부터 경화 조성을 흘려보내기 위한 중심관, 중심관과 연결되며 신체의 형상에 따라 분지되는 다수의 가지관이 뼈대 형상으로 존재하며, 중심관 및 가지관 내 및 말단에는 코어부 금형 외부까지 관통되는 소정의 홀이 형성되어 있어 경화조성이 흘러나가도록 제작된 것임을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 15 항에 있어서, 상부 캐비티, 코어부 및 하부 캐비티 금형을 제작한 후 각각의 사이에 이형제를 도포하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 인조 신 체 모형의 제조방법.
제 23 항에 있어서, 이형제로는 식물성 오일을 사용하는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
제 15 항에 있어서, 서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 단계는 신체 부분을 직접 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 방법 또는 존재하는 신체 부분으로부터 마스터를 제작하고 마스터 내에 경화성 수지를 충진하여 경화시키는 통상의 진공주형방법으로 주형물을 얻은 다음 그 주형을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 인조 신체 모형의 제조방법.
서로 쌍을 이루며 존재하는 신체 부분 중 하나만이 존재하게 된 신체 부분을 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝하는 단계; 스캐닝된 3차원적 신체 부분을 거울상으로 반전시키는 단계; 상기 반전된 3차원적 신체 부분의 디지털 데이터로부터 금형제작기 또는 쾌속모형제작기를 이용하여 해당 신체 형상의 상면이 인각된 상부 캐비티, 해당 신체 형상으로 제작된 코어부 및 해당 신체 형상의 바닥면이 인각된 하부 캐비티 각각의 금형을 제작하는 단계; 상부 캐비티와 하부 캐비티 상에 코어부를 두고 상부 캐비티와 하부 캐비티 사이의 코어부를 감싸도록, 경화성 실리콘 수지 조성을 흘려보내고, 경화시키는 단계; 및 코어부로부터 경화물을 벗겨 내는 단계를 포함하여 외형을 제작하는 단계; 및

미리 제작된, 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 골격을 상기 외형 내에 삽입하는 단계를 포함하는 신체 보조 기구의 제조방법.
제 26 항에 있어서, 센서에 의해 제어되거나 제어되지 않는 골격을 외형에 삽입하기 전에 외형을 지지할 수 있는 지지층을 골격의 전부 또는 일부에 형성하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 신체 보조 기구의 제조방법.