KR20030069562A - Co2레이저를 이용한 멜라민 용기의 디자인 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열경화성 멜라민용기 내,외면에 디자인을 형성하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 멜라민 용기 표면에 레이저빔을 조사하여 멜라민 용기표면에 원하는 마킹과 조각형태의 디자인을 형성하고 조사된 부위에 세라믹 코팅제를 입혀서 80-180도로 10-20분간 경화시켜 원하는 문양,마크,문자등 다양한 디자인을 형성하는 레이저를 이용한 멜라민성형품의 디자인 형성에 관한 것으로, 통상의 공정과정을 거치지않고 완성된 용기 표면에 레이저를 조사하여 원하는 디자인을 정밀하게 형성할 수 있도록 컴퓨터로 자동화해 디자인을 형성함으로써 전사지 및 실크인쇄를 이용하여 용기 표면에 디자인을 형성하는 종래의 공정에 비해 매우 견고하게 각인되고 디자인을 형성하는 전과정을 컴퓨터를 이용하여 자동화 할 수 있어 생산성이 매우 높아 멜라민 용기의 고품위와 제조원가를 절감할 수 있는 것이다.

Description

Co2레이저를 이용한 멜라민 용기의 디자인 형성방법{Co2 Laser make use of melamine ware a design formation method}

멜라민용기는 도자기류의 용기에 비해서 값이 저렴하며 가볍고 쉽게 깨지지 않는 등 취급상의 편리성으로 인하여 업소,급식용으로 많이 이용하고 있다.

그러나 멜라민용기는 경도가 강하고 내열,내산,내마모성과 제작공정자체가 단순함등의 뛰어난 특성이 있는데도 불구하고 업소용 수준에 그치는 문제점을 안고있다.

열경화성수지로서 멜라민수지의 가공분야에 있어서 성형재료 분야는 거의 정형화된 형태로 이어져 내려오고 있다.

제조공법상으로 여러가지가 있으나 현재 가장 많이 쓰이는 방법은 암모니아와 탄산가스를 중합반응에 의해서 요소를 추출하고 요소와 암모니아를 합성 순수 멜라민을 만든다.

여기에 멜라민과 포름알데이드를 1:1.4-2로 혼합시켜서 펄프등을 합성분말화해서 성형수지로 쓰인다.

열경화성 코팅제인 멜라민 코팅제는 순수멜라민에 포름알데이드 그리고 알키드.에폭시.폴리에스터.아크릴수지등과 혼합하여 친화성조절을 위하여 알코올과 알콕시화 반응을 시켜 분말화 한 수지이다.

압축성형되어 성형되어 지면 성분상 소재와 코닝제가 하나가 되어서 성형화 된다.

성형재료를 이용 용기를 제작하는 공정은 다음과 같다.

일반적으로 멜라민 성형품의 제작방법은 멜라민성형재료를 용기를 만들 수 있는 적정량을 예열기에 넣어 20-50초간 80-110도에서 15-60초간 예열작업을 통해서 떡처럼 말랑해진 성형재료를 예열된 금형에 넣어 130-170도의 온도에 80-450kg/cm2의 압력으로 30-60초간 압축성형을 한다.

형틀내부에 넣고 이를 가열 압축하여 멜라민수지상의 본체를 성형한 후 필요시 접착층이 하부에 위치하고 인쇄층이 상부에 위치한 전사지를 올려놓고 가열 압착하여 그 상부에 멜라민 분말상의 코팅제를 도포후 압축성형하여 투명의 멜라민 코팅층을 형성하여 완성하는 것이다.

멜라민용기는 단면코팅으로써 통상적으로 내부에 코팅을 하나 필요시 외부에 전사인쇄시는 외부에 코팅을 하는 방법도 쓰이고 있다.

이러한 전사인쇄 방법은 코팅제를 투명한 것만 적용해야 하는 문제가 있어서 고급화하기 위한 칼라 코팅제를 적용할 수 없는 문제도 있다.

일반적으로 멜라민용기의 표면에 디자인을 형성하는 방법으로는 전사지를 이용하는 것이 가장 널리 이용되고 있다.

종래 전사지를 이용하여 멜라민 용기 표면에 디자인을 형성하여 제조하는 일련의 과정은 도1의 흐름에 도시된 바와 같다.

즉 용기 표면에 형성할 디자인의 전사지를 제조하는 전사지 제조과정과 전사지의 멜라민 용기 표면에 밀착시켜 디자인 층을 형성하는 디자인 전사과정과 전사처리 된 멜라민 용기를 코팅처리 하는 과정으로 크게 나누어 진다.

상기 용기 표면에 형성할 디자인의 전사지 제조과정을 살펴보면 창작 또는 선택된 디자인을 원색분해기법에 의해서 색분해하고 분해된 각 원색별로 필름을 제작하고 각 원색별로 스크린 인쇄판을 제작한다 .

이러한 작업은 전문성을 요하는 작업과 자체시설을 하기에는 경제성과 공정의 복잡성으로 인해서 대부분 외부에 의뢰해서 작업해야 하는 어려움이 따른다.

이와 같이 전사지를 이용하여 디자인을 형성하는 종래의 방법은 전사지제조에 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또한 외부에서 작업된 전사지필름을 용기 표면에 밀착시켜 디자인을 전사하는 과정은 자동화가 불가능한 수작업으로 이루어 지므로 고도의 숙련된 작업자를 필요로 하는 문제점이 있다 .

즉 전사지를 용기에 붙이는 작업은 상당한 숙련을 요하는 손으로 위치를 잡아서 일일히 작업해야만 한다.

많은 작업성과 함께 시간이 많이 소요되면서 불량률이 많아 생산성이 매우 낮다.

이러한 멜라민수지 용기는 최상부의 코팅층 하부에 인쇄층이 형성되어 코팅층이 매우 얄게 형성되어 긁힘이나 마모등의 손상으로 그대로 인쇄층이 노출되므로 인쇄무늬가 쉽게 상하거나 긁혀 제품의 디자인이 흉하므로 제품의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

제품개발에 있어서 최종적으로 남는 과제는 디자인이라 할 정도로 디자인은 제품의 고급화,다양화 ,차별화 측면에서 비중이 매우 크다.

디자인은 경영의 필수적 수단이며 기업의 성패를 좌우하는 매우 중요한 단계까지 왔다.

디자인이란 다품종소량 맞춤형이란 시대가 요구하는 가장 중요한 요인이다.

멜라민 제품은 일반 편의품과는 달리, 고객의 구매하기 전에 제품의 품질, 가격 ,특성 디자인등에 관심이 크며, 상호 비교평가하고 싶어하는 상품으로서, 동일한 제품들 중에서 그의 상대적 가치가 우선하는 양질의 제품을 요구하는 선매품이므로 고품질을 유지해야 되는 산업이다.

멜라민 용기는 수백가지가 넘는 품목으로서 전형적인 다품종소량 및 맞춤형으로서 특히 필요로 하는 고객의 입장에서는 다품종소량 및 맞춤형을 원하나 제작공정상 몰드교체에 의해서 가동시까지의 많은 시간소요가 필요해서 기본수량(한품목당 수백개)이 주어지지 않는 한 제작이 어려운 문제가 있다.

따라서 예상되는 판매수량을 예측해서 다양한 용기를 미리 제작하여 재고로 보유하던가 주문수량 이상을 제작해야 하는 과제가 있다.

특히 문양이나 로고,마크,상호등의 고객 맞춤형일 경우에는 상당한 수량이 주어지거나 고가로 제작되어지는 문제점이 있다.

따라서 소량제작의 경우에는 기존 제고품을 이용해 표면에 실크인쇄로 처리하고 있다.

실크인쇄란 등사판과 유사한 일종의 공판 인쇄법으로서, 결이 거친 견포에 인쇄용 도료의 여과를 차단하도록 한 문자나 그림의 형을 만들고, 이 천을 간단한 틀에 바른 것을 고무 롤러를 사용하여 인쇄한다.

국내에서는 소량 인쇄시 대부분 수작업으로 인쇄를 한다.

실크인쇄는 성형품이 다품종소량의 판매위주에서 대부분의 고객이 업소인 관계로 자체적인 상호,로고,마크,문구등을 원하지만 제고품을 활용할 수밖에 없어 용기표면에 인쇄를 한다.

용기 표면에 처리하는 인쇄처리는 쉽게 벗겨지는 문제점을 안고 있어 상품성이 매우 떨어진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 통상의 공정과정을 거치지 않고 완성된 용기 표면에 레이저를 조사하여 원하는 디자인을 정밀하게 형성할 수 있도록 한 레이저를 이용한 멜라민 용기의 디자인이 형성된 성형품을 제공하는데 그 목적이 있다.

레이저가공은 비접촉식 가공법으로 CHIP이 생기지 않는 매우 깨끗한 가공법으로서 후공정이 필요치 않으며 자동화가 용이하며 스캐너,디지털카메라 그리고 자체적인 PROGRAM의 작성 및 수정에 의해서 작업이 가능하다.

열에 의한 영향을 받는 폭이 매우 좁아 가공에 따른 손상이 적다.

다품종소량 맞춤형의 복잡한 디자인도 프로그램 변경으로 처리가 매우 용이하며 대상품목에 대한 다양한 데이터를 저장해서 필요할 때 적용해서 쓸 수 있어 생산성이 매우 높은 것이 공지된 사실이다.

현대에 있어서 고객지향의 다품종소량 맞춤형은 컴퓨터를 이용한 제조가 가능해져 광범위한 산업분야의 제조에 적용되어지고 있다.

레이저가공의 특징은 공지되어 있는 바와 같이 디자인을 스캐너에서 스캐닝한 뒤 컴퓨터에 설치된 프로그램을 사용하여 편집 및 수정해서 다양한 연출이 가능하다.

특히 비접촉식 마킹 방법이기 때문에 빠른 가공속도로 대량생산이 가능하다.

도1은 종래의 전사지를 이용한 멜라민용기 디자인 제조과정을 그린 흐름도

도2는 본 발명의 레이저를 이용한 마킹과 조각되어지는 멜라민용기의 디자인 형성과정을 그린 흐름도

도3은 본 발명의 구현에 이용되는 멜라민용기의 디자인 형성장치도

도4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마킹되어진 멜라민용기 디자인

도5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조각되어진 멜라민용기 디자인

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

100: 스캐너 200:디지털카메라

200: 컴퓨터 400: 레이저드라이버

500: 레이저발생기

본 발명에 따른 레이저를 이용한 멜라민 용기의 디자인 형성방법은 특별히 한정하지 않고 공지 내지 통상의 방법에 의해서 행할 수 있으나 레이저광을 종래 공지의 광학적수법에 의해서 적당한 크기의 스포트로 집광하고 이 레이저 스포트를 컴퓨터로 제어되는 광학거울을 여러 개 조합한 주사장치를 사용하여 용기 표면에 원하는 형상의 마크가 형성되도록 조사하는 방법이 바람직하다.

용기표면에 형성할 디자인을 스캐너,디지털카메라의 입력과정과 자체프로그램으로 처리하는 디자인 처리과정과 처리된 디자인을 따라 해당위치에 레이저를 조사하기 위하여 레이저발생기를 제어하는 레이저 제어프로그램 생성과정과 디자인을 형성시킬 용기표면에 레이저를 조사하여 디자인을 형성하는 디자인 형성과정과 세라믹 코팅제를 도포하는 것을 포함하여 이루워진 것을 특징으로 한다.

도1은 기존의 전사인쇄의 공정도를 도시한 것이다.

도2는 본 발명의 레이저를 이용한 용기의 디자인 형성과정을 보인 흐름도로서 용기 표면에 형성할 디자인을 처리하는 디자인 처리과정과 처리된 디자인에 따라 해당위치에 레이저를 조사하기 위하여 레이저 발생기를 제어하는 레이저 제어프로그램의 생성과정과 디자인을 형성시킬 용기표면에 레이저를 조사하여 마킹,조각하는 공정에 관한 순서도이다.

상기한 과정을 통해 본 발명을 구현하기 위해서는 도3에 나타낸 바와 같은 용기디자인 형성장치가 필요하다.

표면에 마킹하는 방법으로 음각형태로 가공표면에 홈(조각)을 파서 각인이 되게 하는 방법과 소재의 표면을 변색시켜 마킹이 되게 하는 방법으로 마킹의 종류에 따라 문자,기호,도형,그림 및 사진에 따라서 작용시킬 수 있다.

마킹에 의해서 코팅제품에는 흑색과 소재측면에는 금색이 주어진다

단순한 문양이나 문자,도형등은 흑색이 주어진다

조각형태의 마킹에 의해서 좀 더 넓은층을 형성하는 문양이나 문구,도형등은 파여지는 조각에 의해서 다양한 칼라의 세라믹 코팅제를 적용되는 부위에 입혀서 디자인을 형성시킬 수 있다.

세라믹안료는 무기안료로서 일반적으로 도자기,유리,법랑등에 쓰이는 착색제이며 이를 융제,유약과 섞어서 쓰이기도 한다.

높은온도(550도이상)로 소성해야만 용융이 된다.

본 발명에 쓰이는 세라믹안료는 코팅제로서 다양한 색깔을 낼 수 있는 것으로 sol-gel process에 의한 저온소성 타입(상온-200도)으로서 무독성이며 항균성이 있는 코팅제 겸 안료이다.

sol-gel process에 의해서 제작된 본 무기코팅제는 강한 접착을 위해서는 적용되는 부위를 필연적으로 거칠게 스크래치처리(100목-280목정도)해야 만 한다.

적용부위를 코팅처리 후 건조공정 후에 마킹과 조사된 부위는 레이저로 스크래치처리가 되어 강하게 접착이 되나 그외의 부위는 알코올이나 세정액을 묻친 헝겊으로 닦거나 브러쉬로 문지르게 되면 쉽게 벗겨지게 되어 디자인된 부위에는 원하는 색상으로 된 세라믹 코팅제가 강하게 접착되어 진다.

열가소성 재질인 경우에는 강하게 마킹,조각시에는 주변부가 손상되어서 디자인 형성에 문제가 있으나 열경화성수지인 멜라민 성형품의 경우에는 손상이 없다.

멜라민 성형재료의 재질특성과 코팅제의 재질특성상 순수멜라민을 충진제,가교제와 혼합해서 성분상 같은 재질이다.

즉 소재와 코팅제의 접착은 충격이나 긁킴,마모등에 의해서 분리되어 벗겨지거나 떨어지지 않는다 .

이하 첨부도면을 참조하여 본 고안을 실시예를 통해서 상세하게 설명한다.

한편 10.6 마이크로미터 파장을 가진 탄산가스레이저(용량15W)발생기를 준비한다.

멜라민용기의 특성상 강한 열작용을 가진적외선 파장의 탄산가스레이저가 적합하다. 특히 멜라민코팅제의 성분특성상 흡수성이 아니라 반사성이 강하기 때문에 근적외선파장을 가진 ND: YAG 레이저는 적합치 않다.

레이저빔이 조사되는 평면에 위에서 언급한 용기를 설치하고 컴퓨터에 의하여 이미지정보대로 래이저빔이 용기표면에 광분사되게 먼저 용기표면에 형성할 디자인을 컴퓨터에서 처리한다.

컴퓨터에서 처리하기 위해서는 선택한 디자인을 스캐너 또는 디지털카메라의 입력장치 포토샵,일러스트레이터,CAD등을 이용하여 컴퓨터가 처리할 수 있는 데이터로 변환하여야 한다.

이어서 레이저 발생기에서 조사되는 레이저빔의 크기,강도 및 조사위치등을 제어하기 위한 제어프로그램을 생성시킨다.

계속하여 용기에 레이저를 조사하여 디자인을 형성한다.

이때 조사되는 레이저빔의 크기는 마킹과 조각에 따라서 레이저빔의 강도를 조정한다.

실시예1. 도4는 CO2 레이저빔의 강도를 약하게 해서 빔을 0.07mm의 스폿트로 반복하지 않고 단순한 문양,문자,도형을 각인되게 하였다.

가스레이저로 용기내부에 가장자리부에 라운드형의 마킹과 내부중간에 문양을 형성해서 각인하였다.

코팅층에는 열원에 의해서 선명한 흑색으로 변색된다.

코팅부위외의 용기층에는 열원에 의해서 금색으로 각인된다.

실시예2. 도5는 조각형태의 마크,로고,문양으로서 대상부위를 반복으로 CO2레이저빔의 강도를 높게 해서 조사하였다.

용기의 디자인화에 있어서 용기테두리는 홈이 파이는 조각형태로 빔의 강도를 조절한다.

용기 표면에 형성된 문양을 색상화 하기 위해서는 특정색채의 세라믹 코팅제를 도포하는데 용기표면에 세라믹 코팅제를 도포하는 방법으로는 조각되어진 부위에 핸드페인팅으로 도포하는 방법이 가장 무난하다.

이어서 열풍건조기에서 120-180도에서 10- 20분간 경화시킨다.

이어서 고착되지않은 세라믹 코팅제를 용기표면으로부터 브러쉬등을 사용하여 제거한다,

적용부위를 코팅처리후 건조공정후에 조사된부위는 레이저로 스크래치처리가 되어 강하게 접착이 되나 그외의 부위는 브러쉬로 문지르게 되면 쉽게 벗겨지게 되어 디자인된 부위에는 원하는 색상으로 된 세라믹 코팅제가 강하게 접착되어 진다.

이로서 색상 디자인인 경우에는 상기의 과정으로 디자인이 완성된다.

이상 설명한 내용을 통해 당 업자라면 본 고안의 기술을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정실시가 가능함을 알 수 있다 .

본 발명은 통상의 공정과정을 거치지않고 완성된 용기 표면에 레이저를 조사하여 원하는 디자인을 정밀하게 형성할 수 있도록 컴퓨터로 자동화해 디자인을 형성함으로써 전사지 및 실크인쇄를 이용하여 용기 표면에 디자인을 형성하는 종래의 방법에 비해 매우 견고하게 각인되고 디자인을 형성하는 전과정을 컴퓨터를 이용하여 자동화 할 수 있어 생산성이 매우 높아 멜라민 용기의 고품위와 제조원가를 절감할 수 있는 것이다.

Claims (8)

1. 열경화성 멜라민용기 표면에 디자인을 형성할 장치는 적외선파장의 CO2레이저 가공기로서 스캐너,디지털카메라의 입력과정과 자체프로그램으로 처리하는 디자인 처리과정과 처리된 디자인을 따라 해당위치에 레이저를 조사하기 위하여 레이저발생기를 제어하는 레이저제어프로그램 생성과정과 디자인을 형성시킬 용기표면에 레이저빔을 조사하여 마킹되어지는 것과 조각으로 이루어지는 디자인을 형성하는 디자인 형성과정과 조각되어진부위에 저온소성 타입의 sol-gel process의 다양한 색상의 세라믹 코팅제를 조사된 부위에 도포하는 것과 이 열풍건조기에서 120-180도에서 10- 20분간 경화시키고 미고착된 코팅제를 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한 가공장치와 방법.
2. 제1항에 있어서 용기는 열경화성 멜라민 재질을 특성으로 하는 성형품.
3. 제1항에 있어서 레이저가공기는 10.6μm파장 적외선의 CO2레이저를 특징으로 하는 가공장치.
4. 제1항에 있어서 디자인형성과정은 레이저빔을 조사하여 용기내,외면에 마킹되어지는 것을 특징으로 하는 가공방법
5. 제1항에 있어서 디자인형성과정은 레이저빔을 조사하여 용기내,외면에 조각되어지는 것을 특징으로 하는 가공방법.

   [청구항 5]

   제1항에 있어서 코팅제는 저온소성 타입의 sol-gel process의 세라믹 코팅제를 주성분으로 하는 코팅재료.
6. 제1항에 있어서 조각된 부위에 도포된 코팅제는 120-180도로 열풍건조기에서 10-20분간 경화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서 미고착된 코팅제를 알코올이나 브러쉬로 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항에 있어서 스캐너,디지털카메라의 입력과정과 자체프로그램으로 처리하는 디자인 처리과정과 처리된 디자인을 따라 해당위치에 레이저를 조사하기 위하여 레이저발생기를 제어하는 레이저 제어프로그램이 이루어지는 것과 레이저빔을 조사하여 피가공물에 디자인을 형성하는 장치를 특징으로 하는 레이저가공 장치.