KR20030086496A - 조절형 분사노즐을 통한 산화피막용 다색구현 기법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조절형 분사노즐을 통한 산화피막용 다색구현 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재에 산화피막을 형성하고 메탈 산화피막에 노즐형 분사 시스템을 이용한 착색 기법으로 다색을 구현 할 수 있을 뿐만 아니라 산화 피막에 사진이나 그림을 인쇄할 수 있는 기법에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재를 준비하여 세정하고 전해액에 넣은 후 전압을 가해 산화피막을 형성하는 단계, 형성된 산화피막의 이물질을 제거하고 중화시킨 후 건조시키는 단계, 형성된 산화피막 표면의 상태에 따라서 분사노즐을 조절하고 조절된 노즐을 통하여 프린트 방식으로 다색 구현 및 홀을 마감하는 단계로 이루어진 것에 특징을 두고 있는 기술이다.

Description

조절형 분사노즐을 통한 산화피막용 다색구현 기법 { Multi-color painting of oxide substrate film by the controlled spray nozzle }

본 발명은 조절형 분사노즐을 통한 산화피막용 다색 구현 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재에 산화피막을 형성하고 분사 노즐의 크기를 조절함으로써, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재의 메탈효과도 충분히 살리고 다색 구현 및 디지털화된 도면, 그림, 사진 등을 인쇄할 수 있는 기법에 관한 것이다.

일반적으로 잘 알려진 산화피막은 자연적으로 발생하며, 한번 형성된 피막은 매우 반응성이 적고 안정하여 피막 내부 물질을 보호하는 효과가 있다. 이와 같은 알루미늄 산화 피막은 육각판상형으로 매우 규칙적인 구조로 형성되고 이러한 규칙성 피막은 원기둥 형태의 홀을 형성한다. 이러한 홀 크기는 옥사이드 형성 조건에 따라 다르며 보통 수십 ㎚의 크기로 형성되고 박막의 두께는 5 ~ 50 ㎛에 이른다. 이와 같은 필름에는 일정 크기의 입자들이 출입할 수 있으며, 출입하는 입자의 특성에 따라 필름에 기능성을 부여할 수 있다.

알루미늄 산화피막에 색을 구현하는 일반적인 방법으로는 화학적 방법, 전기 화학적 방법, 염료를 이용하는 방법으로 분류할 수 있다. 또한 페인팅 기법이나 실크스크린 기법에 의해서도 색을 구현할 수도 있다. 이러한 구현 방법에 산화피막 처리 후 착색에 관한 공정과정은 도 1과 같다.

그 일례로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재를 액 조에 담궈서 착색하여 색을 얻는 방법이 있다. 이 과정은 염료나 안료가 들어있는 액 조에 알루미늄 산화피막을 넣으면, 알루미늄 판재가 용액에 닿은 부분에 염료 또는 안료가 다공질 산화피막에 흡착되고 일부는 화학적 결합에 의해 착색(P15)이 이루어진다.

그러나 이와 같은 기법은 단색을 구현하기에는 유용하나, 다색을 구현하기 위해서는 보다 복잡한 과정을 거쳐야한다. 한 판재에 2가지 색을 구현하기 위한 방법을 살펴보면, 우선 처리되는 색과 나중 처리되는 색으로 구별하여 공정 하는데 나중 처리되는 색 부위를 적당히 가리고 우선 처리되는 색의 액 조에 판재를 담궈 첫 번째 색을 착색한다. 다음으로 가려진 부분을 제거하고 두 번째 색의 액 조에판재를 담궈서 두 번째 색을 구현한다. 이와 같은 방법을 이용하여 다색을 구현하기 위해서는 복잡한 공정과정을 거쳐야하므로, 디지털 화된 그림이나 사진을 구현하기는 매우 힘들다. 또한 작업 적인 측면에서 여러 색을 구현하기 위해서는 작업장에 여러 색에 대한 액 조가 준비 죄어야하고, 판재 전체를 담궈야 하므로 대량의 착색 액이 필요하다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재의 또 다른 착색 방법으로는 전해발색법 및 전해착색법이 있다. 전해발색법은 염료나 안료를 사용하는 착색법과는 달리 양극산화를 함과 동시에 피막이 착색(P15)되는 방법이다. 또 아노다이징 후 교류전해에 의해서 착색(P15)시키는 방법이 전해착색법이다.

그러나 이와 같은 방법도 여러 가지 색을 구현하기에는 매우 힘든 방법이다. 재료에 단색을 구현하기 위해서는 위의 조건들을 일정한 수준으로 고정하고, 전압의 조건에 의해 색을 구현할 수는 있지만, 같은 액 조내에서 서로 다른 전압을 인가하여 원하는 부위에 서로 다른 색을 구현하는 것은 매우 어려운 일이기 때문이다.

종래의 또 다른 기술로는 실크스크린 기법이나 페인팅 기법에 의해 색을 얻는 방법이 있다. 실크스크린 인쇄 기법은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재 위에 망사를 붙인 스크린 틀을 놓고 망사 구멍으로 잉크를 통과시켜 판재에 인쇄하는 방법이다. 이 방법은 평탄하고 단단한 표면 위에 패턴을 표현하는데 주로 이용된다.

그러나 이와 같은 방법으로 다색을 구현하기 위해서는 구현하는 색의 수만큼 스크린 패턴이 요구되며, 이는 공정이 패턴의 수에 의해 매우 복잡해지는 것을 말한다. 또한 실크스크린의 수는 색의 구현 단가에 직접적으로 작용하여 제작비 상승 요인이 된다. 뿐만 아니라 이렇게 구현된 판재는 안료가 피막 위를 덮는 형태로 알루미늄 원재료의 메탈 효과를 충분히 표현해 주지 못하는 단점이 있다.

페인팅 및 유기 안료에 의한 방법 또한 메탈의 금속성을 살리지 못하는 단점이 있으며, 페인트 및 안료가 표면에 덮어 짐에 따라 수 ㎛에서 수백 ㎛정도의 원재료에 대한 두께 편차를 가져올 수도 있다. 또한 유기 용매에 의한 냄새의 발생을 초래할 수 있어 쾌적한 환경을 요구하는 분야에서 사용할 수 없다.

이상과 같은 종래의 색 구현 기법들은 제공된 표면에 다양한 색을 구현하기가 힘들고, 설사 구현을 하더라도 그에 따른 처리비용이 매우 높아진다. 유기 용재 및 페인팅 기법에 의해 색을 구현하는 경우는 안료가 피막 위에 덮어지는 형태로 착색에 의한 메탈 효과를 내지 못하고, 유기 용재로 인하여 쾌적한 환경에 문제가 제기되며 공정의 전처리, 후처리의 복잡한 단계를 거쳐야하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재에 산화피막을 형성하고 산화 피막에 염색제를 미량으로 조절할 수 있는 분사 노즐 시스템을 구성하여 메탈 효과를 충분히 살리면서 프린트 방식으로 다색구현 뿐만 아니라 산화피막에 디지털 화된 사진이나 그림을 인쇄할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 알루미늄 판재에 색상을 형성하는 공정도

도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 또는 알루미늄 판재에 다색을 구현하는 공정도

도 3은 본 발명의 실시 예를 나타내는 공정도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 산화피막 판재2 : 이송장치

3 : 분사노즐 장치 및 마감장치

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재를 준비하여 세정(P21)하고 전해액에 넣은 후 전압을 가해 산화피막을 형성(P22)하는 단계, 형성된 산화피막의 이물질을 제거하고 중화 세정(P23)시킨 후 건조(P24)시키는 단계, 형성된 산화피막(1) 표면의 상태에 따라서 분사노즐(3)을 조절하고 조절된 노즐을 통하여 프린트 방식으로 다색 구현 및 홀을 마감(P25)하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2의 공정도와 같이 산화피막을 형성하기 위한 전 처리 단계로 준비된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재에 존재하는 이물질을 제거하기 위해 화학적 전 처리 방법 중의 하나로 산세정 과정(P21)을 거친다. 산세정 과정은 racking된 재료를 피막 조에 전기를 통전하고 부스 바에 재료를 걸어두면 이물질이 제거됨과 동시에 기름기도 제거할 수 있다.

세정된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재를 일반적인 아노다이징(양극산화법:Anodizing) 방법을 적용하여 산화피막을 형성(P22)한다.

즉, 전해액이 유산이 경우에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재를 액 조에 넣고 양극으로 통전하면 양극에 발생하는 산소에 의해 알루미늄 판재가 산화되어 산화알루미늄(Al₂O₃)의 피막이 생기게 된다. 이때 유산 농도는 15 ~ 20 (wt%)인 것을 이용하고, DC 13 ~ 15 V 이내의 전압을 가장 많이 사용한다.

이렇게 형성된 알루미늄 산화피막은 피막 형성 시 표면에 생긴 이물질을 스펀지나 보루를 사용하여 제거하고 산에 대한 염기성 물질로 중화 세정 과정(P23)을거친 후 건조(P24)시켜 인쇄가 가능한 상태로 준비해 둔다.

산화피막이 형성된 알루미늄 판재(1)의 표면의 상태를 확인한 후, 표면의 홀에 염료가 잘 착색될 수 있도록 분사 노즐(3)의 크기를 조절한다.

분사 노즐 크기의 조절에 의해 분사되는 착색제의 량은 색을 구현하거나 그래픽, 사진 등을 인쇄하는데 매우 중요하게 작용한다. 산화피막(1)의 홀 크기가 100 ㎚ 이하로 이 홀에 착색제가 채워지게 되고 홀 이외의 부분은 착색제가 침투를 못하고 씻겨나가는 부분이 된다. 홀에 채워지는 착색제의 량이 조절되지 않으면 색 구별이 불분명해지거나 번짐 현상이 일어나 그림이나 사진 등이 제대로 표현되지 않는다.

그러므로 분사되는 착색제의 량을 알루미늄 산화피막(1)의 표면 상태를 파악하여 노즐(3)에서 분사되는 착색제의 량을 조절할 수 있는 점이 기술이다. 알루미늄 산화피막(1)의 이송장치(2)는 롤러시스템에 의해 판재가 이동한다.

분사되는 착색제의 량을 조절하기 위하여 분사노즐(3)을 조절하는 방법으로는 노즐부위에 압전소자를 부착하여 노즐 조절 후 분사하는 방법, 노즐 부위에 열전소자를 부착하여 분사하는 방법, 외부에서 미세 펌프를 사용하여 분사하는 방법이 가능하다.

미세 노즐형 분사 시스템은 도 3에서와 같이 노즐의 크기가 조절된 평판형 노즐 인쇄기를 이용하여 알루미늄 산화피막(1)에 그림, 사진 혹은 디지털 화된 도면을 인쇄한다. 여기서의 알루미늄 산화피막(1)에 색을 내는 방법은 알루미늄 산화피막위에 노즐(3)을 이용하여 염료를 분사하여 착색(P25)하는 것이다. 이것은 종이에 잉크를 분사하여 프린트하는 것과 같은 원리로 알루미늄 산화피막에 착색제를 분사하고 분사된 착색제가 산화피막 홀에 흡수되어 착색되고 미세노즐(3)을 이용하여 착색제의 량을 조절함으로써 산화피막 판재 위에 사진과 같은 고해상도의 인쇄가 가능하게 한다.

상기의 공정과정에서 마감제를 분사할 수 있는 장치(3)가 함께 부착되어 있어서 이미지 구현 이외의 채워지지 않은 홀 부분을 마감제로 처리(P25)하여 착색 시 고해상도의 선명한 이미지를 얻을 수 있도록 한다. 이는 일반 착색 방법에서는 홀 마감제를 처리하는 공정 단계를 따로 실시해야하는 번거로움을 줄일 수 있는 효과가 있다. 이는 구현하고자하는 발명의 두 번째 특징이다.

이상에서와 같이 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금판재에 산화피막을 형성하고 메탈 산화피막에 노즐형 분사 시스템을 적용한 다색 구현 기법으로써, 산화피막의 조건에 따라 다양한 미디어 효과를 낼 수 있다. 또한 메탈 특성을 살려 사진이나 그림을 출력할 수 있으며, 디지털 화된 정보처리로 반복 출력이 가능하다. 뿐만 아니라 색 및 그림을 구현하기 위한 전처리, 후처리 단계를 단순하게 한다. 또한 염료 착색에 의한 방법과 같이 넓은 공간이 요구되지 않고, 노즐에 의한 소량 분사로 염료의 사용을 줄여 환경친화적인 제조 공정을 조성한다.

Claims (3)

1. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재에 산화피막을 형성하고, 형성된 산회피막의 표면 상태를 파악하여 분사 노즐을 조절함으로써 분사되는 착색제의 량을 조절하는 방법
2. 제 1항에 있어서, 산화피막에 다색 구현이 가능하도록 노즐 분사 방법에 의한 프린트 방법으로써 디지털 화된 사진이나 그림을 인쇄하는 방법
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 인쇄 공정 과정에서 마감제 분사 공정을 포함하여 이미지 구현 이외의 채워지지 않은 홀 부분을 처리함으로써 선명한 이미지를 얻을 수 있는 방법