KR100874492B1 - 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법 - Google Patents

물체표면의 나노패턴 질감 복제방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법에 관한 것으로, 특히 물체 표면의 질감을 임프린팅된 몰드로 전주 복제하는 방법에 있어서, 표면 질감을 복제할 대상 물체를 선택하는 과정; 선택된 물체의 표면을 전처리하는 과정; 전처리된 물체의 표면을 나노 임프린팅하여 플라스틱 몰드로 복제하는 과정; 플라스틱 몰드 표면을 기상증착으로 금속화하고 전주 복제하여 금속 모듈마스터 몰드를 제작하는 과정; 금속 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 마이크로 가공하여 다수 연결하며 전주 복제하여 대면적의 금속 유니트마스터 몰드로 제작하는 과정; 및 금속 유니트마스터 몰드로 전주하여 표면 질감을 복제 생산하는 과정; 이 포함되는 구성을 특징으로 하여, 선택된 천연 대상물의 표피를 금속물에 균일한 두께로 복제 생산하는 효과가 있다.
천연물, 인공물, 가공물, 표면복제, 임프린트, 질감, TEXTURE

Description

물체표면의 나노패턴 질감 복제방법{METHOD OF DUPLICATING NANO PATTERN TEXTURE ON OBJECT'S SURFACE BY NANO IMPRINTING AND ELECTROFORMING}
도 1은 본 발명에 의한 것으로 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법 순서도,
도 2 는 본 발명의 일예에 의하여 천연 가죽 표면이 임프린팅된 다수의 모듈 마스터 몰드를 테두리 가공하여 제작된 대면적 마스터 몰드의 사진 도시도,
도 3 은 본 발명의 일예에 의하여 나노 임프린팅 몰드 처리할 천연 가죽 앞면의 2배 확대된 사진 도시도,
도 4 는 본 발명의 일예에 의하여 천연 가죽의 앞면이 나노 임프린팅된 몰드의 2배 확대된 사진 도시도,
도 5 는 본 발명의 일예에 의하여 나노 임프린팅 몰드 처리할 천연 가죽 뒷면의 2배 확대된 사진 도시도,
도 6 은 본 발명의 일예에 의하여 천연 가죽의 뒷면이 나노 임프린팅된 몰드의 2배 확대된 사진 도시도.
도 7 은 본 발명의 일예에 의하여 물체 표면의 나노패턴 질감이 복제된 완성물 상태의 사진 도시도 이다.
본 발명은 물체의 표면을 나노(NANO) 단위로 복제하는 것으로, 특히 복제대상 물체의 미세하고 미려한 표면을 나노 임프린팅과 전주 기술로 복제하여 원래의 질감을 느끼도록 하는 물체표면의 나노패턴 복제방법에 관한 것이다.
식물, 곤충, 가죽, 광물, 나무, 섬유와 직물 등과 같이 자연계에 천연적으로 존재하는 물체의 표피 또는 표면은 일반적으로 매우 아름답고 부드러운 구조, 질감과 천연적인 색상을 나타내므로, 대량 생산되는 공업용 제품의 외관으로 장식하고자 하는 노력과 개발이 계속되고 있다. 특히, 가격이 비싸고 고급화 추세인 이동통신용 휴대단말기, PDA, 노트북 등의 경우, 항상 휴대하므로 마모가 적으면서 오래 유지되는 표면을 선호하고, 또한 항상 타인에게 보여 짐으로 부드럽고 고급스러운 질감 또는 느낌의 외관을 선호한다.
표면의 마모를 적게 하기 위하여서는 금속재질을 사용하고 부드러운 느낌을 주기 위하여서는 천연재질을 사용하는 것이 일반적이므로, 마모가 적은 금속재질로 부드러운 느낌을 주는 외관 또는 표면을 개발하기 위하여 많은 시간과 비용이 투자되고 있다. 또한 플라스틱 재질에 복제하는 방법도 함께 개발되고 있다.
일반적으로 복제할 문양을 표현할 물체가 부드러운 재질인 경우 복잡하고 세밀한 표면의 복제가 용이하지만, 복제에 사용되는 금형 또는 몰드의 제작이 어렵다. 또한, 복잡하고 세밀한 문양을 생산하기 위하여 사진기술과 화학적 부식 기술 에 의한 식각 방법을 사용할 수 있으나 대량 생산에 적합하지 않다.
플라스틱(PLASTIC) 인형, 유선전화기, 자동차 등과 같이 동일한 모양 또는 외형을 대량 복제하기 위하여 프레스 압력이 큰 금형(MOULD) 기술이 사용되고 있으나, 곤충, 식물, 가공된 가죽 및 광물, 섬유 및 직물 등의 표피와 같이 나노(NANO) 단위로 미세한 표면 형상을 반복 복제하기 위하여서는 프레스 압력의 크기로 해결할 수 없으므로 별도의 표면 처리에 의하여 원하는 색상과 문양을 표현하고 있다.
그러나 이러한 별도의 표면처리에서도 곤충, 식물, 가공된 가죽 및 광물, 섬유 및 직물 등의 표피와 같은 질감과 구조의 아름다움을 표현하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 동식물, 광물, 직물, 목재 등 물체의 표면에서 느낄 수 있는 질감을 금속류 또는 플라스틱류에 복제하여 동일한 질감을 느끼도록 하는 것으로, 특히, 나노 임프린트된 플라스틱 몰드와 전주 복제된 마스터 몰드에 의하여 금속류 또는 플라스틱류에 선택된 물체 표면의 질감을 느끼도록 복제하는 물체표면의 나노패턴 복제방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
또한, 본 발명은 복제할 물체의 표면을 스캔하고 2 차원과 3 차원의 마이크로 또는 나노 가공기술로 표준문양을 구성하며, 나노 임프린팅된 모듈마스터 몰드의 테두리를 표준문양으로 다수 결합하므로 원하는 크기의 대면적 마스터 몰드를 구성하는 물체표면의 나노패턴 복제방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 물체 표면의 질감을 임프린팅된 몰드로 전주 복제하는 방법에 있어서, 표면 질감을 복제할 대상 물체를 선택하는 과정; 선택된 물체를 배치하고 표면을 전처리하는 과정; 전처리된 물체의 표면을 나노 임프린팅하여 플라스틱 몰드로 복제하는 과정; 플라스틱 몰드 표면을 기상증착으로 금속화하고 전주 복제하여 금속 모듈마스터 몰드를 제작하는 과정; 금속 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 마이크로 가공하여 다수 연결하며 전주 복제하여 대면적의 금속 유니트마스터 몰드로 제작하는 과정; 및 금속 유니트마스터 몰드로 전주하여 표면 질감을 복제 생산하는 과정; 이 포함되는 구성을 제시한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 물체 표면의 질감을 임프린팅된 몰드로 복제하는 방법에 있어서, 물체를 선택하고 전처리한 표면을 나노 임프린팅하여 플라스틱 몰드로 제작하고 기상증착으로 금속화하며 전주 복제하여 금속 모듈마스터 몰드로 제작하는 과정; 금속 모듈마스트 몰드의 테두리를 절단하고 스캔하여 설정된 표준문양으로 2 차원과 3 차원의 마이크로 가공하여 연결 접합하고 전주 복제하여 대면적의 금속 유니트마스터 몰드로 제작하는 과정; 및 유니트마스터 몰드로 표면 질감 복제물을 생산하고 색상을 입히며 코팅하는 과정; 이 포함되는 구성을 제시한다.
이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 것으로, 전주 복제를 이용한 나노패턴 표면의 복제방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 도 1 은 본 발명에 의한 것으로 물체표면의 나노패턴 복제방법 순서도 이고, 도 2 는 본 발명의 일예에 의하여 천연 가죽 표면이 나노 임프린팅된 플라스틱 몰드의 사진 도시도 이며, 도 3 은 본 발명의 일예에 의하여 나노 임프린팅 몰드할 천연 가죽 앞면의 2배 확대된 사진 도시도 이고, 도 4 는 본 발명의 일예에 의하여 천연 가죽의 앞면이 나노 임프린팅된 몰드의 2배 확대된 사진 도시도 이며, 도 5 는 본 발명의 일예에 의하여 나노 임프린팅 몰드할 천연 가죽 뒷면의 2배 확대된 사진 도시도 이고, 도 6 은 본 발명의 일예에 의하여 천연 가죽의 뒷면이 나노 임프린팅된 몰드의 2배 확대된 사진 도시도 이며, 도 7 은 본 발명의 일예에 의하여 물체 표면의 질감이 복제된 완성물 상태의 사진 도시도 이다.
본 발명의 일예를 설명함에 있어서, 본 발명과 직접적으로 관련 없고, 잘 알려져 있는 기술 내용에 대하여서는 도면 도시 및 설명을 생략하므로, 본 발명의 요지를 흐리지 않고 명확하게 전달한다.
도 1 을 참조하여, 본 발명의 일예에 의한 것으로 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법을 설명하면, 복제할 대상 물체를 선택하는 과정; 복제 대상을 배치하고 세척하는 과정; 나노 임프린팅하여 플라스틱 몰드로 복제하는 과정; 기상증착하고 전주 복제하여 금속의 모듈마스터 몰드를 제작하는 과정; 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 마이크로 또는 나노 가공하여 접합 및 전주 복제하여 대면적 금속 유니트마스터 몰드를 제작하는 과정; 및 유니트마스터 몰드로 표면 나노패턴 질감의 복제물을 생산하는 과정; 생산된 표면 나노 패턴질감의 복제물에 기상증착 또는 도장하고 코팅하는 과정; 이 포함되는 구성이다.
바람직하게, 복제물 세척 건조 등의 전처리하고 전주 복제를 위하여 나노 박리막 처리하므로 이물질의 전이를 차단하고 복제물의 분리가 용이하도록 하는 과정이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 복제물의 표면 질감 복제를 위한 나노 임프린팅에는 플라스틱 종료인 열가소성 폴리머 필름을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몰드의 나노 임프린팅은 PDMS 몰딩, UV 임프린팅, 핫 엠보싱(HOT EMBOSSING), 롤 임프린팅이 포함되고 캐스팅 방식 또는 인젝션 방식 중에서 선택된 방식으로 가공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노 임프린팅은 열가소성 폴리머 필름으로 핫 엠보싱하여 몰드로 복제하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몰드의 나노 임프린팅은 UV 임프린팅과 롤 임프린팅을 병행하거나 또는 핫 엠보싱과 롤 임프린팅을 병행하는 것이 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몰드 표면의 금속화는 기상증착과 스프레이 분사하는 방식과 습 식 은경화 방식이 포함되고 선택된 어느 하나의 방식으로 금속화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전주 복제는 전해방식이거나 무전해 방식으로 도금하여 제작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유니트마스터 몰드는 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 복제 대상물의 표면을 이차원(2 D)과 삼차원(3 D)으로 스캔(SCAN)하여 설계된 소정의 연결부 표준문양으로 절단부위의 일정폭을 이차원과 삼차원으로 마이크로 또는 나노 가공하여 배열하며 접착 또는 용접으로 접합 또는 연결하여 면적이 확장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복제물은 완성된 금속의 유니트마스터 몰드로 금속 전주하거나 플라스틱 종류를 사출하거나 압출하여 생산되는 것이 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 물체 표면의 나노패턴 질감을 임프린팅된 몰드로 복제하는 방법에 있어서, 선택된 물체의 표면을 전처리하고 나노 임프린팅하여 몰드로 제작하며 증착방식으로 금속화하고 전주 복제하여 금속 모듈마스터 몰드로 제작하는 과정; 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 표준문양으로 2 차원과 3 차원 마이크로 가공하여 다수를 접합 연결하며 전주 복제하여 대면적의 유니트마스터 몰드로 제작하는 과정; 및 유니트마스터 몰드로 생산된 표면 나노패턴 질감 복제물에 색상을 입히고 코팅하는 과정; 이 포함되는 구성이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일예에 의한 것으로, 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법을 상세히 설명한다.
전주(電鑄; GALVANOPLASTICS) 복제는 전기도금을 이용해서 원형(原型)과 똑같은 표면질감을 복제하는 방법으로, 전기 도금과정으로 금속 이온단위의 박막을 전착 코팅하므로 원형과 동일한 표면의 모형을 만드는 것이다. 원형은 비금속성과 금속성이 있으며, 비금속성 원형은 박리막 등의 전처리한 후에 도전성(導電性)을 주기위하여 표면에 흑연가루, 구리가루 등을 칠하거나 금, 은 등의 얇은 막을 입힌다. 금속성 원형의 표면에도 산화물, 흑연가루로 얇은 막, 즉, 박리막을 만든 다음, 전해조(電解槽)에 넣고 전류를 흘려 금속성분을 전착(電着)을 한다. 이와 같이 원형 표면에 전착된 금속을 떼어내면 전도된 음형(陰型: NEGATIVE MOLD)이 된다. 전착용 금속에는 구리, 니켈, 철 등이 사용된다. 전도된 상태를 그대로 이용하기도 하지만, 표면에 다시 박리막 처리를 하고 전주 복제를 반복하면, 원형과 동일한 제품을 복제할 수 있다.
일반적으로 도금과 전주복제 도금은 그 두께로 구분하는데, 일예로, 도금은 0.001 mm 에서 0.05 mm 이고, 전주복제 도금은 0.025 내지 25 mm 범위이다.
이러한 전주복제의 특징은, 전해조건에 따라 금속의 종류, 경도 등을 조절할 수 있어 광범위한 물리적 성질을 얻을 수 있고, 원형과 오차가 거의 없으며, 표면 상태를 정확히 복제하고, 복제 크기와 형상에 거의 제한이 없으며, 고순도의 금속제품을 얻을 수 있고, 한 개의 제조와 양산에 모두 적용 가능하며, 이음매 없는 관 이나 중공제품을 만들 수 있다. 그러나 결점으로는, 조작시간이 오래 걸리고, 불필요한 모양이나 긁힌 자리 등의 사소한 모양까지 복제되며, 제품제조와 원형설계 등에 매우 전문적인 지식이 필요하고, 요철 및 굴곡 등이 심한 경우는 균일한 두께로 제품화하기 어려우며 가격이 비교적 비싸다.
폴리다이메틸실록산(POLY-DIMETHYL-SILOXANE: PDMS)은 고분자 재료의 일종으로 금형에 부어 성형하는 몰딩 방법으로 100 nm 이하까지의 미세한 나노 단위 복제품을 대량 생산하기 용이한 방법이다.
플라스틱의 일종인 PDMS는 원료물질을 경화제와 혼합한 후 특정한 형상을 지닌 양각의 주형틀에서 소결시키게 되면 음각의 형태를 지닌 몰드(MOLD)를 제작할 수 있다. 이때 PDMS 몰드를 이용하게 되며 마치 도장과 잉크와의 관계처럼 몰드에 나노 임프린트된 나노 패턴을 이용하여 다른 금속 표면에 원하는 나노 패턴을 얻을 수 있게 된다. 이러한 방법을 소프트리소그래피 (SOFT LITHOGRAPHY)라고 한다. 상기 양각의 주형틀은 음각의 주형틀이 될 수도 있다.
나노 임프린트는 표면에 나노 스케일의 요철이 형성된 스탬프(STAMP)를 폴리머 레진이 도포된 기판위에 얹고 눌러서 표면의 나노 패턴을 복제하는 기술이며, 열에 의해 공정이 이루어지면 HOT-EMBOSSING(핫 엠보싱), 자외선(UV) 등을 이용하여 기판표면위의 폴리머 레진을 경화시키는 UV 임프린팅으로 나눌 수 있으며 대량생산을 위해 롤 형태의 스탬프를 사용하는 롤 임프린팅 등의 다양한 방법이 있다. 일예로서 SILICON 웨이퍼 위에 SU-8이라는 감광성의 물질을 코팅하고 포토마스크를 이용해서 패턴닝 하게 되면 결과적으로 마스터 (MASTER)가 만들어지며, 이것을 주 형으로 하여 PDMS를 CASTING 또는 INJECTION하고 소결시키면 STAMP 역할을 할 수 있는 PDMS 몰드를 완성할 수 있다. 이렇게 만들어진 PDMS STAMP를 이용한 소프트리소그래피 방법에는 MICROCONTACT PRINTING, REPLICA MOLDING, MICROTRANSFER MOLDING, CAPILLARIES를 이용한 MICROMOLDING 등이 있다.
PDMS의 장점은 비독성으로 투명하고 AUTOFLUORESCENCE가 매우 적어 형광측정 등이 빈번한 생물학 실험에 특히 유용한 장점이 있다. 또한, 완성된 PDMS 표면을 플라즈마 처리 하면 그 표면이 산화되어 친수성으로 표면 특성이 변화됨과 동시에 유리나 또 다른 PDMS 재질과 접합시킬 수 있게 되어 미세유체 채널의 제작 등에도 널리 사용된다.
기상증착은 물체를 기체화하여 다른 물체의 표면에 고정시키는 기술로, 화학 기상증착법, 물리 기상증착법 등등이 있다. 화학 기상증착법(CVD)은 화학적 반응을 이용하여 물체의 표면에 막을 형성하는 것으로, 일예로, 반도체 웨이퍼 위에 화학적 반응을 조절해 막을 형성하는 등과 같이 응용된다.
이러한 화학 기상증착법(CVD) 방식에는 저압 화학 기상증착(LOW PRESSURE CVD: LPCVD) 방식과 플라즈마 향상 화학 기상증착(PLASMA ENHANCED CVD: PECVD) 방식과 대기압 화학 기상증착(ATMOSPHERIC PRESSURE CVD: APCVD) 방식 등이 있고, 물리 기상 증착(PVD) 방식에는 금속의 증기를 사용하는 증발(EVAPORATION) 증착 방식과 물질에 물리적인 충격을 주는 SPUTTERING 증착 방식 등이 있으며, 이외에도 ATOMIC LAYER DEPOSITION(ALD) 방식 등이 있다.
자연계에 천연적, 자연적, 가공 및 공예 등에 의하여 인공적으로 존재하는 가죽, 섬유의 직물, 식물, 나무, 광물, 곤충 등과 같은 물체의 표피 또는 표면의 아름답고 부드러운 질감(TEXTURE), 구조(STRUCTURE) 및 색상(COLOUR)은 공업적으로 모방하기 어려운 것이 일반적이지만, 2 차원 및 3 차원 스캔(SCAN), 마이크로 및 나노 가공, 배열, 접합 및 전주 복제 등에 의하여 원형의 표면과 유사한 나노패턴 질감을 반복 복제하는 것이 본 발명 기술이다.
상기와 같은 물체 중에서 복제하고자 하는 대상물을 하나 선택하고 일예로, 가죽을 선택하며(S100), 선택된 대상물의 표면을 세척하여 이물질을 제거하고 평면 또는 곡면의 선택된 상태로 배열 또는 배치하며, 표면을 나노(NANO) 박리막 처리 한다(S110). 박리막 처리는 세척된 대상물의 표면에 얇은 막을 형성하는 것으로 임프린팅될 몰드(MOULD)의 분리가 잘 되도록 한다.
이러한 대상물의 표면에 PDMS 몰딩 또는 핫 엠보싱(HOT-EMBOSSING) 방식으로 나노 임프린팅(IMPRINTING)하여 몰드를 제작한다(S120).
나노 임프린팅은, PDMS 몰딩, 핫 엠보싱을 포함하여 UV(ULTRAVIOLET) 임프린팅과 롤(ROLL) 임프린팅 방식이 더 포함되어 선택된 하나 이상의 방법이 적용되고, 캐스팅(CASTING) 방식이거나 인젝션(INJECTION) 방식의 기술이 선택적으로 적용될 수 있다.
일예로, 나노 임프린팅은, PDMS 몰딩 방식을 이용하거나, 열가소성 폴리머 필름으로 핫 엠보싱하거나, UV 임프린팅하거나, 롤 임프린팅하거나, UV 임프린팅과 롤 임프린팅을 병행하거나, 함 엠보싱과 롤 임프린팅을 병행하는 방식 중에서 선택 된 어느 하나의 방식으로 나노 임프린팅 한다.
이러한 나노 임프린팅은 나노 단위의 미세한 표면 패턴 복제를 위한 몰드 제작으로, 종이 위에 도장을 찍는 개념과 유사하고, 몰드 표면에 나노 구조물(NANO STRUCTURED PATTERN)을 새기는 개념이다. 나노 임프린팅 재료는 PDMS 이외에 열가소성, 열경화성, 자외선(ULTRAVIOLET: UV) 광경화 레지스트 재료 등을 이용 할 수 있으며, 고분자 성형 공정과 기본 원리가 비슷하지만 나노 크기의 구조물을 성형하기 위해서는 종래 기술에서 무시할 수 있거나 영향이 적었던 모세관(CAPILLARY TUBE) 현상, 전자기력(ELECTRO-MAGNETIC POWER), 분자(MOLECULE), 원자간 인력 등의 미세 물리현상을 철저하게 고려해야 한다는 점에서 종래 기술에 의한 일반적인 임프린팅 공정과 완전하고 명확하게 구별된다.
따라서 나노 임프린팅 공정을 구현하기 위하여서는 이와 같은 미세 물리현상을 고려한 재료가 개발되어야 하고, 제작되는 몰드 자체가 나노미터 단위이므로 일반적인 작업환경에서 발생하기 쉬운 수십 nm(나노미터)에서 수백 um(마이크로미터)에 이르는 미세먼지를 관리하는 기술이 필요하다. 또한, 작업 중에 외부에서 들어오는 진동을 극소화하는 진동절연시스템 등등의 구현이 반드시 필요하므로 종래 기술과 매우 상이하다.
이와 같이 매우 정밀하게 나노 임프린팅된 몰드(MOULD)를 분리하고, 기상증착 방식으로 금속화 처리하며, 금속화 처리된 몰드를 전주 복제하여 모듈화된 소형의 모듈마스터 몰드를 다수 확보한다.
본 발명에서는 일예로, 화학 기상증착(CVD) 방식을 적용하지만, 플라즈마 기 상증착, 대기압 화학 기상증착, 물리 기상증착 방식 등이 선택적으로 적용될 수 있다. 기상증착하기 전에 필요한 경우, 나노 박리막 처리를 선택적으로 할 수 있다. 기상증착으로 형성된 금속화 몰드로부터 전주 복제 방식으로 모듈화된 소형의 모듈마스터 몰드를 다수 제작한다(S130).
몰드의 금속화에는 기상증착 방식이외에 스프레이 분사 방식 및 습식 은경화 방식이 있으며, 이러한 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식을 사용할 수 있다.
이때, 복제할 대상물 표면의 나노패턴을 2 차원과 3 차원으로 스캔(SCAN)하여 소정의 표준문양으로 설계 및 가공 준비한다. 이러한 가공에는 일예로 식각(ETCHING) 등이 사용될 수 있다.
제작된 모듈마스터 몰드의 테두리를 일정하게 절단하고 상기 설계된 표준문양으로 테두리의 일정폭을 2 차원과 3 차원에 의한 마이크로 또는 나노 단위로 가공하며, 가공된 다수의 모듈마스터 몰드를 배열하여 접착 또는 용접으로 정밀하게 접합 또는 연결하며 전주 복제하므로 금속의 유니트마스터 몰드를 제작한다(S140).
상기 제작된 마스터 몰드가 양각이고 음각의 마스터 몰드가 필요한 경우는 전주 복제를 반복하여 확보하며, 2 차원 및 3 차원 가공은, 나노 임프린팅된 문양을 복제하여 각각 모듈화된 몰드의 테두리가 자연스럽게 연결되도록 하는 마이크로 또는 나노 단위의 가공 기술이다.
전주 복제는 전기도금으로 전기 분해의 원리를 이용하여 금속 표면에 다른 금속을 입히는 기술이며 전해 도금(ELECTRO PLATING)이라고도 한다. 즉, 도금하고자 하는 금속을 음극으로 하고 전착하고자 하는 금속을 양극으로 하여 전착하고자 하는 금속의 이온을 함유한 전해액 속에 넣고 통전하여 전해함으로 금속이온이 표면에 전해 석출되는 기술을 이용한다.
이와 대응되는 기술로, 무전해 도금(ELECTROLESS PLATING) 또는 화학도금 또는 자기 촉매 도금 기술이 있다. 무전해 도금은 수용액 내에 포름알데히드나 하이드리진 같은 환원제가 금속이온이 금속분자로 환원되도록 하는 전자를 공급하고, 이 반응은 촉매표면에서 일어나는 것으로 도금제는 구리, 니켈-인, 니켈-보론의 합금 등이 사용된다. 환원제는 다른 물질을 환원하게 하고 자신은 산화되는 물질로 수소, 탄소, 금속 나트륨, 아황산염 등이 사용된다. 무전해 도금은 전해도금에 비하여 도금층이 치밀하고 균일한 두께를 가지며 플라스틱이나 유기체 같은 다양한 원형에 적용할 수 있는 장점이 있으므로, 본 발명은 다른 일예로서 선택적으로 적용한다.
상기 유니트마스터 몰드를 금형으로 하여 금속 전주 또는 플라스틱 압출 또는 사출하므로 선택된 물체의 표면 또는 표피에 표현되는 나노패턴 질감의 복제물을 생산하고(S150), 이와 같이 생산된 복제물에 기상증착 또는 도장(PAINTING)으로 색상을 구현하는 착색처리하며 물리적 및 화학적으로 보호하는 코팅(COATING) 처리하여 완성한다(S160).
일실시 예에 의하여, 물체 표면의 나노패턴 질감과 동일한 질감의 복제물을 생산하는데 있어서, 일예로, 캐스팅에 의한 압출 공정을 살펴보면, 나노패턴이 요철 형태로 새겨진 유니트마스터 몰드로 플라스틱 종류에 압력을 인가하여 나노패턴 질감의 복제물을 생산하고 몰드를 분리한다. 생산 기술의 핵심은 정밀한 정렬, 외 부에서 인가되는 진동을 극소화하는 진동절연기술, 나노 몰드와 플라스틱류 사이의 평형화 및 기포 제거 기술, 마이크로급 또는 나노급 정밀도의 선반, 넓은 면적에서 균일한 압력이 인가되도록 하는 기술 등이 필요하므로 종래 기술과 확실한 차이가 있다. 선택된 물체 표면의 나노패턴 질감은 전주복제에 의하여 금속에도 복제할 수 있다.
도 2 를 참조하여 설명하면 본 발명의 일예에 의하여 선택된 천연 가죽의 앞과 뒤 표면이 나노 임프린팅된 다수의 소형 모듈마스터 몰드를 2 차원과 3 차원의 가공과 표준문양으로 테두리를 정교하게 가공하고 접합하여 완성된 대면적 몰드의 사진이 도시되어 있다.
즉, 크기가 작은 천연 가죽의 앞면 및 뒷면의 표면을 열가소성 폴리머 필름을 이용하여 핫 엠보싱 방식으로 임프린팅하고 표면을 스캔하여 설정된 소정의 표준문양으로 2 차원과 3 차원 테두리 가공하여 제작된 몰드의 완성된 상태이다.
도 3 은 본 발명의 일예로 표면 질감을 나노 임프린팅하기 위하여 선택된 천연가죽 앞면의 2배 확대된 사진 도시도 이고, 도 4 는 도 3 의 천연가죽을 임프린팅한 몰드의 2배 확대된 사진 도시도 이며, 도 5 는 본 발명의 일예로 임프린팅하기 위하여 선택된 천연가죽 뒷면의 2배 확대된 사진 도시도 이고, 도 6 은 도 5 의 천연가죽을 임프린팅한 몰드의 2배 확대된 사진 도시도 이다. 또한, 도 7 은 본 발명의 일실시예에 의하여 선택된 물체 표면의 나노패턴 질감이 복제된 완성물의 사 진 도시도 이다.
본 발명 기술에 의하여 선택된 물체 표면의 나노패턴 질감은 금속제 또는 플라스틱제 중에서 선택된 어느 하나에 복제 생산할 수 있다. 따라서 상기와 같은 본 발명 기술은 선택된 물체 표피 또는 표면의 나노패턴 질감을 나노 임프린팅하여 몰드로 제작하고 전주 복제의 반복에 의하여 금속 또는 플라스틱류에 복제하는 장점이 있다.
본 발명을 일예로 설명하였으나, 반드시 이러한 일예에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 일예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 선택된 물체 표면의 나노패턴 질감을 나노 임프린팅에 의하여 모듈마스터 몰드로 제작하고 2 차원과 3 차원 테두리 가공 및 전주 복제에 의하여 제작된 대면적 유니트마스터 몰드를 이용하여 금속 또는 플라 스틱에 동일한 질감으로 복제하는 산업적 이용효과가 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은, 선택된 물체 표면의 나노패턴 질감을 복제한 마스터 몰드를 이용하여 전주 복제하므로 균일한 두께의 금속물에 동일한 질감으로 복제 생산하는 산업적 이용효과가 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은, 선택된 물체의 아름답고 부드러운 질감, 구조 및 색상의 표면을 대량 복제 생산하여 공업적으로 이용할 수 있는 사용상 편리한 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 물체 표면의 질감을 임프린팅된 몰드로 전주 복제하는 방법에 있어서,
    (a)상기 표면 질감을 복제할 대상 물체를 선택하는 과정;
    (b)상기 선택된 물체를 배치하고 표면을 전처리하는 과정;
    (c)상기 전처리된 물체의 표면을 나노 임프린팅하여 플라스틱 몰드로 복제하는 과정;
    (d)상기 플라스틱 몰드 표면을 기상증착으로 금속화하고 전주 복제하여 금속 모듈마스터 몰드를 제작하는 과정;
    (e)상기 금속 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 마이크로 가공하여 다수 연결하며 전주 복제하여 대면적의 금속 유니트마스터 몰드로 제작하는 과정; 및
    (f)상기 금속 유니트마스터 몰드로 전주하여 표면 질감 복제물을 생산하는 과정; 을 포함하여 구성되는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (f)단계는
    상기 복제 생산된 표면 질감 복제물에 기상증착 또는 도장 방식 중에서 선택된 방식으로 색상을 구현하고 보호막을 코팅하는 과정; 이 더 포함되어 구성되는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계에서의 복제 대상 물체는,
    자연계에 천연적, 자연적, 가공 및 공예 등에 의하여 인공적으로 존재하는 가죽, 섬유의 직물, 식물, 나무, 광물, 곤충 등이 포함되는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)단계에서의 전처리는,
    상기 선택된 물체의 표면을 세척 건조하고 나노 박막 처리하여 이물질 전이를 차단하여 나노 임프린팅의 박리를 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 나노 박막 처리된 물체의 표면에 PDMS 몰딩 방식으로 나노 임프린팅하여 몰드로 복제하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 나노 박막 처리된 물체의 표면에 열가소성 폴리머 필름으로 핫 엠보싱하여 몰드로 복제하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 나노 박막 처리된 물체의 표면에 UV 임프린팅 또는 롤 임프린팅 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 몰드로 복제하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (c)단계는
    UV 임프린팅과 롤 임프린팅을 병행하여 나노 임프린팅하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (c)단계는
    핫엠보싱과 롤 임프린팅을 병행하여 나노 임프린팅하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d)단계에서의 금속화는,
    상기 몰드 표면을 스프레이 분사하는 방식 또는 습식 은경화 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 금속화하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e)단계에서의 마이크로 가공은,
    상기 복제할 물체의 표면을 스캔하여 소정의 연결부 문양을 결정하고 2 차원과 3 차원의 마이크로 단위로 가공하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 마이크로 단위의 가공은,
    나노 단위의 가공이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d)단계에서의 전주 복제는,
    전해와 무전해 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전해와 무전해 복제는,
    박리막 처리에 의하여 복제물의 분리를 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (e)단계에서의 금속 유니트마스터 몰드는,
    상기 금속 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 문양으로 2 차원과 3 차원 가공된 절단면을 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 금속 모듈마스터 몰드의 접합은,
    접착되거나 용접하여 연결하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 유니트마스터 몰드는,
    상기 금속 모듈마스터 몰드를 접합하여 대면적으로 만든 상태에서 전주 복제하여 금속 유니트마스터 몰드로 변환하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (f)단계는
    금속제 또는 플라스틱류로 표면 복제물을 생산하는 것을 특징으로 하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제방법.
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