KR20180103431A - 3d 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박 - Google Patents

3d 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박에 관한 것으로, 상세하게는, 3D 프린터를 이용하여 몰더 및/또는 소형 선박의 선체를 건조할 수 있는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 제공하여 선박의 선체 건조를 자동화함으로써 선박의 건조시간과 건조비용을 절감하면서 소품종 대량 생산 또는 다품종 주문형 소량 생산이 가능한 선박을 제공할 수 있다.

Description

3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박{METHOD MANUFACTURING SMALL SHIP USING 3D PRINTER AND THE SMALL SHIP MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박에 관한 것으로, 상세하게는, 3D 프린터를 이용하여 소형 선박의 선체를 제조하고, 이를 통해 선박 건조의 자동화가 가능하여 짧은 시간에 다양한 구조의 선박을 건조할 수 있는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 선박(船舶, vessel)은 사람이나 재화를 싣고 물 위를 운행하는 수상교통수단을 총칭한다. 이러한 선박은 사용 목적에 따라 상선, 군항, 어선, 레저용 선박, 특수 목적선 등으로 나누어 볼 수 있다. 이중 어선과 레저용 선박과 같이 전장이 대략 5m~7m 이내의 소형 선박은 선체를 목재 또는 알루미늄 재질로 건조한다.
목재 재질로 건조된 선박은 건조, 유지 및 보수가 우수한 이점은 있으나, 강도, 진동에 약하기 때문에 내구성이 떨어지고, 수명이 짧은 단점이 있다. 그리고, 알루미늄 재질로 건조된 선박은 외관이 미려하고, 중량이 가벼운 이점은 있으나, 건조 작업이 어려울 뿐만 아니라, 건조, 유지 및 보수비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 합성수지 재질로 건조된 선박이 관심을 끌고 있다. 대표적인 합성수지 재질로 건조된 선박으로는 FRP(Fiber glass Reinforced Plastic) 선박이 알려져 있다. FRP 선박은 선체(hull) 등이 FRP로 이루어진 선박을 총칭하며, 달리 GRP(Glass Reinforced Plastics) 선박이라고 불리기도 한다. 여기서 FRP란 유리섬유, 탄소섬유, 케블라 등의 방향족(芳香族) 나일론섬유와 불포화폴리에스테르, 에폭시수지 등의 열경화성수지를 결합한 공지의 소재이며, 내구성, 내충격성, 내마모성이 우수하고 녹슬지 않으며 가공성이 뛰어나다는 장점을 보이고 있다.
이에 따라, FRP 선박은 목재 재질 또는 알루미늄 재질로 이루어진 선박과 비교해서 거의 동일 수준의 강도를 유지하면서도 한층 더 가볍게 설계 및 건조가 가능하고, 썩거나 부식되지 않아 수리 및 유지에 소모되는 비용이 적으며, 이음매가 없어 외관이 미려한 것은 물론 선체 저항이 작아 선속면에서도 유리한 장점을 보인다.
이러한 FRP 선박의 제조방법은, 먼저 1:1로 설계된 목형 몰드를 제작하기 위한 전단계인 현도공정과, 선체 및 하우스를 성형하기 위한 몰드 제작공정과, 목형 몰드의 표면을 도장하는 도장공정과, 도장을 끝낸 목형 몰드의 표면에 기준에 적합한 두께와 강도에 따라 FRP를 적층하는 FRP 적층공정과, 적층된 선체 외형의 내부에 구조적 지지를 위하여 프레임 또는 섀시 등으로 보강골조를 짜는 골조공정 및 선체의 상하부 갑판을 형성하고 거주설비, 엔진탑재, 전기시설, 항해장비, 편의시설 등을 설치하여 제품을 완성하는 내장공정으로 이루어지는 일련의 공정을 통해 건조된다.
그러나, 종래기술에 따른 FRP 선박 제조방법은 목형 몰드를 제작한 후 그 내부에 FRP를 적층시켜 선체를 건조함에 따라 목형 몰드를 제작하기 위한 시간과 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 부분적인 설계 변형이 어려워 대량 생산이 아닐 경우 생산 단가에 더욱 큰 부담이 되고 있다. 이뿐만 아니라 목형 몰드는 재질적인 특성으로 인해 온도 및 습도 변화에 매우 민감하여 쉽게 변형되는 문제점이 있었다.
KR 10-2009-0027374, A, 2009. 03. 17. p3, 도 1 KR 10-1187456 B1, 2012. 09. 25. p3 KR 10-0937856 B1, 2010. 01. 13.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 3D 프린터를 이용하여 소형 선박의 선체 건조를 자동화하고, 이를 통해 선박의 건조시간과 건조비용을 절감하면서 다양한 구조의 선박을 건조할 수 있는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 3D 프린터를 이용하여 플라스틱 재질로 이루어진 몰드를 제작하는 단계; 상기 3D 프린터를 이용하여 상기 몰드에 FRP(Fiber glass Reinforced Plastic)를 복수 회 반복적으로 도포하여 원하는 크기 및 두께의 선체 외형을 제작하는 단계; 상기 선체 외형을 상기 몰드로부터 탈거하는 단계; 및 탈거된 상기 선체 외형을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 몰드를 제작하는 단계는 상기 3D 프린터를 이용하여 상기 플라스틱 재질을 적층시켜 제작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 몰드를 제작하는 단계 후, 상기 몰드의 내측 표면을 연마하거나 상기 몰드의 내측 표면에 석고를 적층하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 플라스틱 재질은 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene Resin)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 몰드없이 3D 프린터를 이용하여 선박 제작용 다이의 상부에 FRP(Fiber glass Reinforced Plastic)를 복수 회 반복적으로 도포하여 원하는 크기 및 두께의 선체 외형을 제작하는 단계; 및 상기 선체 외형을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 본 발명은 상기한 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법으로 제조된 소형 선박을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 3D 프린터를 이용하여 몰더 및/또는 소형 선박의 선체를 건조할 수 있는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 제공하여 선박의 선체 건조를 자동화함으로써 선박의 건조시간과 건조비용을 절감하면서 소품종 대량 생산 또는 다품종 주문형 소량 생산이 가능한 선박을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을도시한 공정 흐름도.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 각 공정별 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도.
도 6 내지 도 9는 도 5에 도시된 각 공정별 개략도.
도 10은 본 발명의 실시예3에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도.
도 11은 도 10에 도시된 각 공정별 개략도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 각 공정별 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 3D 프린터(1)를 이용하여 플라스틱 재질로 이루어진 몰드(10)를 제작한다(ST11). 이때, 몰드(10)는 3D 프린터(1)를 이용하여 플라스틱을 복수 회 반복적으로 도포 적층하여 원하는 크기로 제작한다. 그리고, 몰드(10)를 이루는 플라스틱 재질로는 성형성과 2차 가공성이 우수하면서, 열에 안정적이고, 무독성인 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene Resin)를 사용하는 것이 바람직하다.
이후, 도 1을 참조하면, 3D 프린터(1)로 제작된 몰드(10)의 표면을 매끄럽게 연마한다(ST12).
이후, 도 1 및 도 3과 같이, 3D 프린터(1)를 이용하여 표면이 연마 처리된 몰드(10)에 FRP(Fiber glass Reinforced Plastic)를 복수 회 반복적으로 도포하여 원하는 두께와 강도를 갖는 선체 외형(20)을 제작한다(ST13). 이때, 상기 FRP를 몰드(10)의 내측 표면에 도포하기 전에 몰드(10)의 내측 표면에 이형제를 도포하는 것이 바람직하며, 이를 통해 선체 외형(20)을 용이하게 몰드(10)로부터 탈거할 수 있다.
이후, 도 1 및 도 4와 같이, 원하는 크기, 두께 및 강도를 갖는 선체 외형(20)의 제작이 완료되면, 완료된 선체 외형(20)을 몰드(10)로부터 탈거한다(ST14).
이후, 도 1과 같이, 몰드(10)로부터 탈거된 선체 외형(20)의 표면을 매끄럽게 연마한다(ST15).
이후, 도시되어 있지는 않지만, 선체 외형(20)을 몰드(10)로부터 탈거하기 전, 혹은 탈거 및 연마 후 선체 외형(20)의 구조적 지지를 위하여 프레임 또는 새시 등으로 보강골조를 짜는 골조공정과, 선체의 상하부 갑판을 형성하고, 거주설비, 엔진탑재, 전기시설, 항해장비, 편의시설 등을 설치하여 선박을 완성하는 내장공정을 실시한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예1에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법에서는 3D 프린터(1)를 이용하여 몰드(10)를 제작한 후 그 표면에 선체 외형(선체 하부)(20)을 제작하는 방법으로 선박의 선체 외형(20)을 건조함으로써 선박 건조의 자동화가 가능하여 기존의 목형 몰드에서 문제가 되었던 시간과 비용이 많이 소요되는 문제와, 부분적인 설계 변형이 어려운 문제와, 재질적인 특성으로 인해 온도 및 습도 변화에 매우 민감한 문제 등을 해결하여 선박의 소품종 대량 생산이 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도이고, 도 6 내지 도 9는 도 5에 도시된 각 공정별 개략도이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법은 실시예1과 마찬가지로, 몰드 제작단계(ST21), 선체 외형 제작단계(ST23), 선체 외형 탈거단계(ST24) 및 선체 외형 연마단계(ST25)를 포함하고, 이러한 단계는 실시예1의 몰드 제작단계(ST11), 선체 외형 제작단계(ST13), 선체 외형 탈거단계(ST14) 및 선체 외형 연마단계(ST15)와 동일한 방법으로 이루어진다.
다만, 실시예1과 달리 3D 프린터(1)를 이용하여 몰드(10)를 제작한 후, 제작된 몰드(10)의 내측 표면을 연마처리하는 것이 아니라, 몰드(10)의 내측 표면이 매끄럽도록 그 내측 표면에 석고(11)를 일정한 두께로 도포하여 매끄럽게 표면 처리한다.
한편, 석고(11)를 몰드(10)의 내측 표면에 도포한 후 석고(11)의 표면에 석고(11)의 상부에 적층되는 선체 외형(30)이 석고(11)로부터 쉽게 분리될 수 있도록 FRP와 쉽게 분리되도록 비닐이 더 적층될 수 있다. 그리고, 비닐이 적층되지 않은 경우에는 석고(11), 혹은 석고(11)의 표면에 비닐이 적층된 경우에는 비닐에 선박의 표면을 보호하고 외관의 미감을 주기 위해 다양한 색상의 도료가 더 도포될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예2에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법에서는 몰드(10)의 내측 표면에 석고(11)를 도포한 후 그 표면에 FRP를 적층시켜 선체 외형(30)을 제작함으로써 별도로 몰드(10)의 내측 표면에 이형제를 도포하지 않더라도 선체 외형(30)을 몰드(10)로부터 안정적으로 탈거가 가능하고, 이형제를 도포하는 공정과 몰드(10)의 연마공정을 생략하여 건조시간과 비용을 절약할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예3에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도이고, 도 11은 도 10에 도시된 각 공정별 개략도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예3에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법은 실시예1 및 실시예2와 같이, 몰드를 제작하지 않고 3D 프린터(1)를 이용하여 선박 제작용 다이의 상부에 FRP를 복수 회 반복적으로 도포하여 원하는 두께와 강도를 갖는 선체 외형(40)을 제작한 후, 제작된 선체 외형(40)의 표면을 연마한다(ST31, ST32).
이와 같이, 본 발명의 실시예3에 따른 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법에서는 실시예1 및 실시예2와 달리 몰드를 제작하지 않고 고 3D 프린터(1)를 이용하여 FRP를 복수 회 반복적으로 도포하여 원하는 두께와 강도를 갖는 선체 외형(40)을 제작함으로써 다양한 구조의 선박, 즉 선박의 다품종 주문형 소량 생산이 가능하다.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예들에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 3D 프린터
10 : 몰드
11 : 석고
20, 30, 40 : 선체 외형(선박 하부)

Claims (6)

  1. 3D 프린터를 이용하여 플라스틱 재질로 이루어진 몰드를 제작하는 단계;
    상기 3D 프린터를 이용하여 상기 몰드에 FRP(Fiber glass Reinforced Plastic)를 복수 회 반복적으로 도포하여 원하는 크기 및 두께의 선체 외형을 제작하는 단계;
    상기 선체 외형을 상기 몰드로부터 탈거하는 단계; 및
    탈거된 상기 선체 외형을 연마하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드를 제작하는 단계는 상기 3D 프린터를 이용하여 상기 플라스틱 재질을 적층시켜 제작하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드를 제작하는 단계 후, 상기 몰드의 내측 표면을 연마하거나 상기 몰드의 내측 표면에 석고를 적층하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 재질은 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene Resin)인 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법.
  5. 몰드없이 3D 프린터를 이용하여 선박 제작용 다이의 상부에 FRP(Fiber glass Reinforced Plastic)를 복수 회 반복적으로 도포하여 원하는 크기 및 두께의 선체 외형을 제작하는 단계; 및
    상기 선체 외형을 연마하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 3D 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법으로 제조된 소형 선박.

KR1020170030368A 2017-03-10 2017-03-10 3d 프린터를 이용한 소형 선박 제조방법 및 이를 통해 제조된 소형 선박 KR20180103431A (ko)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110818298A (zh) * 2019-11-13 2020-02-21 昆明理工大学 一种基于高强度α半水石膏3D打印材料的制备方法
KR102166217B1 (ko) * 2019-12-19 2020-10-15 한국생산기술연구원 3d 프린팅을 이용한 왁스 주조패턴의 제조방법
KR102424937B1 (ko) * 2021-11-02 2022-07-22 강민호 탄소복합재를 이용한 선박용 마스트 및 이의 제조 방법

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KR102166217B1 (ko) * 2019-12-19 2020-10-15 한국생산기술연구원 3d 프린팅을 이용한 왁스 주조패턴의 제조방법
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