KR20240002405A - 인공석재 표면의 패턴 형성용 3d 프린트장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 상이한 색상으로 이루어진 스톤파우더를 혼합하여 고온으로 가열된 인공석재의 표면에 프린팅하기 위한 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치에 관한 것으로, 서로 평행하도록 배치되는 한 쌍의 이동지지부; 한 쌍의 상기 이동지지부의 사이에 배치되어 상기 인공석재를 지지하는 석재지지부; 한 쌍의 상기 이동지지부에 양단부가 지지되어 상기 이동지지부의 길이방향을 따라 x축을 슬라이딩 이동하는 제1이동부; 상기 제1이동부에 지지되어 상기 제1이동부의 길이방향을 따라 y축을 슬라이딩 이동하는 제2이동부; 서로 상이한 색상의 상기 스톤파우더를 색상 별로 개별 공급하는 다수 개의 스톤파우더공급부와, 다수 개의 상기 스톤파우더공급부와 연결되어 공급받은 상기 스톤파우더를 혼합 및 공급하는 스톤파우더혼합부와, 상기 스톤파우더혼합부와 연결되어 혼합된 상기 스톤파우더를 공급받으며 상기 제2이동부에 설치되어 상기 제2이동부와 함께 슬라이딩 이동하는 헤드본체를 포함하는 헤드부; 및 상기 제1이동부, 상기 제2이동부 및 상기 헤드부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 심미적 친화력이 있는 인공석재를 형성하기 위해 고온으로 가열된 인공석재에 제1이동부 및 제2이동부를 이용하여 헤드부를 이동시키면서, 헤드부를 이용해 서로 상이한 색상으로 이루어진 스톤파우더를 혼합 및 압출시켜 인공석재에 패턴을 형성하는 효과를 나타낼 수 있다.

Description

인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치{3D printing device for pattern formation on artificial stone surface}

본 발명은 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심미적 친화력이 있는 인공석재를 형성하기 위해 고온으로 가열된 인공석재의 표면에 스톤파우더를 이용하여 천연석재와 유사한 패턴을 형성가능한 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치에 관한 것이다.

일반적으로 석재는, 자연에서 채취한 천역석재 또는 화학적인 바인더를 이용하여 생산한 인공석재를 의미한다. 그 중 건축용 벽재로 사용되는 석재에는 벽돌, 블록, 타일, 대리석, 화강암 등 다양한 종류가 있다. 이 중, 벽돌이나 블록 등의 콘크리트 인공석재는 가공이 쉽고 경제적이어서 보편적으로 사용되고 있다.

하지만 이러한 콘크리트 인공석재와 그 외의 다른 일반적인 인공석재들은 거친 표면과 약한 강도로 인해 기초 자재로만 사용되고, 디자인적 가치와 견고성을 동시에 추구하는 영역에는 사용하는 데 한계가 있다. 또한 인공석재는 대부분 PMMA(poly(methyl methacrylate)) 등과 같은 여러 많은 화학적인 바인더(binder)를 이용하여 화학적 반응을 통해 고체화하는 과정을 거쳐 생산하고 있다. 이와 같이 바인더를 사용하여 인공석재를 생산 및 가공시, 그리고 인공석재를 사용 후 폐기시 많은 환경 문제를 일으키게 된다.

한편, 건축물의 내, 외장재로 사용되는 인공석재는 건축물의 고급스러운 분위기 또는 독특한 장식 효과를 위해 석재의 표면에 소정의 문양으로 인쇄를 하거나, 석재의 표면을 조각 또는 염색하는 기술을 적용하고 있다. 상세하게는 석재의 표면에 문양을 전사인쇄한 후 인쇄면을 보호하기 위해 문양이 인쇄된 석재의 표면을 수지로 코팅하는 전사인쇄 기술, 염료를 용해시킨 염액에 석재를 침적시켜 석재의 전면을 염색하는 석재 염색기술 등이 알려져 있다.

이와 같이 인공석재의 표면에 인쇄 후 수지를 코팅하거나 또는 염액을 이용하여 염색하는 기술은 석재와는 상이한 소재가 적용되는 것이기 때문에 석재의 미려함을 증가시키는 데 한계가 있으며, 또한 인공석재가 하나의 색상으로 코팅 또는 염색되기 때문에 천연석재와 유사한 형상을 이룰 수 없어 심미적 친화력이 높지 못하다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 심미적 친화력이 있는 인공석재를 형성하기 위해 고온으로 가열된 인공석재의 표면에 스톤파우더를 이용하여 천연석재와 유사한 패턴을 형성가능한 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적은, 서로 상이한 색상으로 이루어진 스톤파우더를 혼합하여 고온으로 가열된 인공석재의 표면에 프린팅하기 위한 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치에 있어서, 서로 평행하도록 배치되는 한 쌍의 이동지지부; 한 쌍의 상기 이동지지부의 사이에 배치되어 상기 인공석재를 지지하는 석재지지부; 한 쌍의 상기 이동지지부에 양단부가 지지되어 상기 이동지지부의 길이방향을 따라 x축을 슬라이딩 이동하는 제1이동부; 상기 제1이동부에 지지되어 상기 제1이동부의 길이방향을 따라 y축을 슬라이딩 이동하는 제2이동부; 서로 상이한 색상의 상기 스톤파우더를 색상 별로 개별 공급하는 다수 개의 스톤파우더공급부와, 다수 개의 상기 스톤파우더공급부와 연결되어 공급받은 상기 스톤파우더를 혼합 및 공급하는 스톤파우더혼합부와, 상기 스톤파우더혼합부와 연결되어 혼합된 상기 스톤파우더를 공급받으며 상기 제2이동부에 설치되어 상기 제2이동부와 함께 슬라이딩 이동하는 헤드본체를 포함하는 헤드부; 및 상기 제1이동부, 상기 제2이동부 및 상기 헤드부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 헤드부는, 상기 헤드본체의 내부에 배치되어 혼합된 상기 스톤파우더를 압출하는 압출부와, 상기 압출부와 연결되어 상기 압출부를 구동시키는 구동모터와, 압출된 상기 스톤파우더를 외부로 토출하는 노즐부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 석재지지부는, 상기 인공석재의 온도를 고온으로 유지시키도록 상기 인공석재를 가열하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 심미적 친화력이 있는 인공석재를 형성하기 위해 고온으로 가열된 인공석재에 제1이동부 및 제2이동부를 이용하여 헤드부를 이동시키면서, 헤드부를 이용해 서로 상이한 색상으로 이루어진 스톤파우더를 혼합 및 압출시켜 인공석재에 패턴을 형성하는 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치의 사시도이고,
도 2 및 도 3은 3D 프린트장치 중 헤드부의 상세 단면도이고,
도 4는 스톤파우더의 사진이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 3D 프린트장치 중 헤드부의 상세 단면도이고, 도 4는 스톤파우더의 사진이다.

실리콘옥사이드(SiO₂)계 모래를 주로 함유하고 있는 폐건재를 이용하여 제조되는 인공석재는 화학 바인더를 사용하지 않고 1200℃ 이상에서 용융공정을 통해 제조되기 때문에, 용융된 인공석재의 표면은 단색으로 되어있어 건축물 등에 적용하기에는 미려하지 않다는 단점이 있다. 따라서 심미적 친화력이 있는 인공석재를 형성하기 위해 고온으로 가열된 인공석재의 표면에 스톤파우더를 이용하여 천연석재와 유사한 패턴을 형성가능한 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 따른 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치(10)는, 도 4에 도시된 바와 같이 서로 상이한 색상으로 이루어진 여러 종류의 스톤파우더를 혼합하여 고온으로 가열된 인공석재(1)의 표면에 프린팅하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 이동지지부(100), 석재지지부(200), 제1이동부(300), 제2이동부(400), 헤드부(500) 및 제어부(미도시)를 포함한다.

먼저 이동지지부(100)는, 서로 평행하도록 배치되는 한 쌍의 구성으로, 긴 막대 형상의 이동지지부(100)는 길이방향을 따라 서로 평행하도록 일정 간격을 두고 이격 배치된다. 이와 같이 일정 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 이동지지부(100) 사이에는 표면에 패턴이 형성될 인공석재(1)를 배치하게 된다.

석재지지부(200)는, 한 쌍의 이동지지부(100)의 사이에 배치되어 인공석재(1)를 지지하는 구성에 해당한다. 인공석재(1)의 경우 고온으로 가열된 상태에서 표면에 패턴을 형성하기 때문에 인공석재(1)를 석재지지부(200) 없이 바닥에 놓을 경우 바닥이 고온에 의해 손상되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 이동지지부(100) 사이에 석재지지부(200)를 형성하고, 석재지지부(200)의 상부에 인공석재(1)를 올려 지지하도록 한다.

경우에 따라서 석재지지부(200)는 인공석재(1)의 온도를 고온으로 유지시키도록 인공석재(1)를 가열할 수도 있으며, 이는 석재지지부(200)에 별도의 열선이 포함되어 이를 통해 인공석재(1)를 가열할 수 있다. 만약 석재지지부(200)가 인공석재(1)를 지속적으로 가열하지 않을 경우 인공석재(1)가 점점 냉각되어 스톤파우더가 인공석재(1)의 표면에서 용융되지 않아 원활한 패턴형성이 이루어지지 않을 수 있다.

제1이동부(300)는, 한 쌍의 이동지지부(100)에 양단부가 각각 지지되어 이동지지부(100)의 길이방향을 따라 x축을 슬라이딩 이동하는 구성에 해당한다. 이동지지부(100)의 경우 x축을 기준으로 길이방향을 따라 한 쌍의 배치되며, 제1이동부(300)는 이동지지부(100)의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동하기 때문에 x축 슬라이딩 이동된다. 이러한 제1이동부(300)는 긴 막대 형상으로 이루어져 일단부는 한 쌍의 이동지지부(100) 중 하나의 이동지지부(100)에 지지되고, 타단부는 다른 이동지지부(100)에 지지된다. 즉, 한 쌍의 이동지지부(100) 사이에 제1이동부(300)가 서로 직교하도록 지지되는 구조로 이루어진다.

제2이동부(400)는, 제1이동부(300)에 지지되어 제1이동부(300)의 길이방향을 따라 y축을 슬라이딩 이동하는 구성으로, 후술할 헤드부(500)가 제2이동부(400)에 지지되어 제2이동부(400)와 함께 이동하게 된다. 이러한 제2이동부(400)는 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 제1이동부(300)에 지지되며, 제1이동부(300)의 길이방향을 따라 이동함에 의해 y축 슬라이딩 이동이 이루어지게 된다.

이와 같은 제1이동부(300) 및 제2이동부(400)는 각각 구동모터와 같은 별도의 구동부(미도시)에 의해 구동되며, 구동부는 후술할 제어부(미도시)에 의해 제어된다.

헤드부(500)는, 제2이동부(400)에 지지되어 스톤파우더를 인공석재(1)의 표면에 3D 프린팅하기 위한 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이 스톤파우더공급부(510), 스톤파우더혼합부(520), 헤드본체(530), 압출부(540), 구동모터(550) 및 노즐부(560)를 포함한다.

스톤파우더공급부(510)는, 도 3에 도시된 바와 같이 서로 상이한 색상의 스톤파우더를 색상 별로 개별 공급하는 다수 개의 구성에 해당한다. 스톤파우더를 이용하여 인공석재(1)의 표면에 패턴을 형성하기 위해서는 서로 상이한 색상으로 구비된 스톤파우더의 혼합 비율을 다양하게 조절하여야 한다. 따라서 스톤파우더를 미리 혼합한 상태에서 사용하는 것이 아니라 다수 개의 스톤파우더공급부(510)에 각각 개별적으로 상이한 색상의 스톤파우더를 공급하여 원하는 패턴에 맞게 스톤파우더를 혼합해야 한다. 이러한 스톤파우더공급부(510)는 스톤파우더 색상 개수에 따라 2개 또는 그 이상의 개수로 구비될 수 있다. 경우에 따라서 스톤파우더공급부(510)는 스톤파우더 색상 개수에 따라 후술할 스톤파우더혼합부(520)에 탈부착이 가능하도록 구비될 수도 있다.

스톤파우더혼합부(520)는, 다수 개의 스톤파우더공급부(510)와 연결되어 스톤파우더공급부(510)로부터 공급받은 스톤파우더를 혼합 및 공급하는 구성에 해당한다. 인조석재(1)의 표면에 패턴을 형성하기 위해서는 스톤파우더의 혼합비율을 조금씩 달리해야 하는데 이는 스톤파우공급부(510)와 연결된 스톤파우더혼합부(520)가 스톤파우더의 혼합비율을 조절하여 혼합하고, 스톤파우더의 혼합으로 인해 색상이 변경된 상태의 스톤파우더를 후술할 헤드본체(530)에 공급하게 된다. 여기서 스톤파우더의 혼합비율 조절은 스톤파우더공급부(510)와 스톤파우더혼합부(520) 사이의 입구를 개폐 조절하는 등과 같이 다양한 구성을 적용 가능하다.

헤드본체(530)는, 스톤파우더혼합부(520)와 연결되어 혼합된 스톤파우더를 공급받으며, 제2이동부(400)에 설치되어 제2이동부(400)와 함께 슬라이딩 이동하는 구성을 의미한다. 이러한 헤드본체(530)는 내부가 빈 관 형상으로 이루어지며, 헤드본체(530)와 연결된 스톤파우더혼합부(520)로부터 스톤파우더를 헤드본체(530)의 내부에 공급받게 된다.

압출부(540)는, 헤드본체(530)의 내부에 배치되어 혼합된 스톤파우더를 압출하는 구성으로, 스톤파우더혼합부(520)로부터 헤드본체(530)로 공급된 스톤파우더를 외부로 배출하기 위해 압출하는 역할을 한다. 스톤파우더의 경우 쉽게 흐트러지는 미세한 입자로 되어있기 때문에 이 상태로 패턴을 형성할 경우 미려한 패턴 형성이 어려울 수 있다. 따라서 스톤파우더를 가압하여 압축한 후 배출하기 위해 압출부(540)를 이용하게 되며, 압출부(540)는 헤드본체(530)로 공급된 스톤파우더를 압출하여 패턴 형성이 용이하도록 한다.

구동모터(550)는, 압출부(540)와 연결되어 압출부(540)를 구동시키는 구성으로, 헤드본체(530)의 상부에 설치되어 헤드본체(530)를 관통하여 압출부(540)와 연결된다. 이러한 구동모터(550)의 회전구동에 의해 압출부(540)가 회전하면서 스톤파우더를 압축하게 되고, 압축된 스톤파우더를 헤드본체(530)의 외부로 가압 배출되도록 한다.

노즐부(560)는, 압출된 스톤파우더를 외부로 토출하는 구성으로, 인공석재(1)를 향하도록 형성되어 스톤파우더를 토출시킴에 의해 인공석재(1)의 표면에 패턴을 형성하게 된다. 이러한 노즐부(560)는 헤드본체(530)로부터 멀어질수록 직경이 감소하는 형상으로 이루어져 인공석재(1)에 미세한 패턴을 형성할 수 있으며, z축 방향으로 수직 구동이 가능하도록 구성되어 인공석재(1)와의 간격을 조절할 수 있다.

경우에 따라서 노즐부(560)는 외부로 토출되는 스톤파우더의 온도를 일정한 수치만큼 증가시킨 후 토출시키거나, 또는 스톤파우더를 용융시킨 상태로 토출시키 수 있도록 가열될 수도 있다. 이는 인공석재(1)가 고온으로 유지된 상태에서 스톤파우더가 접촉하여 녹으면서 패턴이 형성되기 때문에, 스톤파우더와 인공석재(1) 간의 온도 차이에 의해 스톤파우더가 변형되는 것을 방지하기 위해 노즐부(560)를 가열하여 스톤파우더가 미리 승온된 상태에서 인공석재(1)에 공급되도록 할 수 있다.

제어부(미도시)는, 제1이동부(300), 제2이동부(400) 및 헤드부(500)의 구동을 제어하는 구성이다. 상세하게는 제1이동부(300)가 x축 슬라이딩 이동하는 것을 제어, 제2이동부(400)가 y축 슬라이딩 이동하는 것을 제어, 헤드부(500) 중 스톤파우더혼합부(520)가 스톤파우더의 혼합비율을 설정하고 혼합을 위해 구동하는 것을 제어, 헤드부(500) 중 노즐부(560)의 z축 이동 제어 및 가열 제어 등을 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치(10)는, 1200℃ 이상에서 용융공정을 통해 제조된 인공석재(1)에 제1이동부(300) 및 제2이동부(400)를 이용하여 헤드부(500)를 이동시키면서, 헤드부(500)를 이용해 서로 상이한 색상으로 이루어진 스톤파우더를 혼합 및 압출시켜 인공석재(1)에 공급하여 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같은 구성의 구동을 통해 인공석재(1)의 표면에 천연석재와 유사한 패턴을 형성가능하다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이다.

1: 인공석재
10: 3D 프린트장치
100: 이동지지부
200: 석재지지부
300: 제1이동부
400: 제2이동부
500: 헤드부
510: 스톤파우더공급부
520: 스톤파우더혼합부
530: 헤드본체
540: 압출부
550: 구동모터
560: 노즐부

Claims (3)

1. 서로 상이한 색상으로 이루어진 스톤파우더를 혼합하여 고온으로 가열된 인공석재의 표면에 프린팅하기 위한 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치에 있어서,
   서로 평행하도록 배치되는 한 쌍의 이동지지부;
   한 쌍의 상기 이동지지부의 사이에 배치되어 상기 인공석재를 지지하는 석재지지부;
   한 쌍의 상기 이동지지부에 양단부가 지지되어 상기 이동지지부의 길이방향을 따라 x축을 슬라이딩 이동하는 제1이동부;
   상기 제1이동부에 지지되어 상기 제1이동부의 길이방향을 따라 y축을 슬라이딩 이동하는 제2이동부;
   서로 상이한 색상의 상기 스톤파우더를 색상 별로 개별 공급하는 다수 개의 스톤파우더공급부와, 다수 개의 상기 스톤파우더공급부와 연결되어 공급받은 상기 스톤파우더를 혼합 및 공급하는 스톤파우더혼합부와, 상기 스톤파우더혼합부와 연결되어 혼합된 상기 스톤파우더를 공급받으며 상기 제2이동부에 설치되어 상기 제2이동부와 함께 슬라이딩 이동하는 헤드본체를 포함하는 헤드부; 및
   상기 제1이동부, 상기 제2이동부 및 상기 헤드부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 헤드부는,
   상기 헤드본체의 내부에 배치되어 혼합된 상기 스톤파우더를 압출하는 압출부와, 상기 압출부와 연결되어 상기 압출부를 구동시키는 구동모터와, 압출된 상기 스톤파우더를 외부로 토출하는 노즐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 석재지지부는,
   상기 인공석재의 온도를 고온으로 유지시키도록 상기 인공석재를 가열하는 것을 특징으로 하는 인공석재 표면의 패턴 형성용 3D 프린트장치.