KR101854333B1

KR101854333B1 - 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법

Info

Publication number: KR101854333B1
Application number: KR1020170013785A
Authority: KR
Inventors: 이재정; 이종석
Original assignee: 국민대학교 산학협력단
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-05-03

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 3차원 프린터를 이용하여 경사와, 상기 경사에 수직을 이루는 위사로 이루어진 직물을 형성하는 방법으로서, 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하고자 하는 상기 직물의 경사(經絲)를 형성하는 단계와; 상기 경사를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 상기 경사의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하고자 하는 상기 직물의 위사(緯絲)를 형성하는 단계를 포함하는, 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법이 제공된다.

Description

3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법{Method for forming textile using 3 dimensional printer}

본 발명은 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 적층 방식의 3차원 프린터를 이용하여 경사와 위사를 갖는 직물을 형성할 수 있는 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 관한 것이다.

3차원 프린터의 제품 조형 방식은 크게 대상 물체를 2차원의 평면형태로 한 층씩 쌓아 올려 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 적층형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다.

이중 적층형은 파우더(석고나 나일론 등의 가루)나 플라스틱 액체 또는 플라스틱 실을 종이보다 얇은 층(레이어)으로 겹겹이 쌓아 입체 형상을 만들어내는 방식으로서, 레이어가 얇을수록 정밀한 형상을 얻을 수 있고, 채색을 동시에 진행할 수 있는 장점이 있다.

적층형의 일종으로, 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 3차원이송기구에 장착된 히터 노즐에서 용융시켜서 배출하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 조형방법이 있다.

최근 적층 방식의 3차원 프린터를 의류 분야에 적용하려고 하는 시도가 있으나 이에 대한 연구 개발이 미흡한 실정이다. 이는 적층 방식의 3차원 프린팅의 특성 상 직물이나 편물의 제조가 힘들다는데 있다.

한국등록특허공보 제10-1547854호 (2015.08.27 공고)

본 발명은 적층 방식의 3차원 프린터를 이용하여 경사와 위사를 갖는 직물을 형성할 수 있는 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법을 제공하는 것이다.

상기 직물의 경사를 형성하는 단계는, 상기 직물의 경사 중 일정 간격에 위치한 제1 경사를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 위사를 형성하는 단계는,

상기 직물의 위사 중 일정 간격에 위치한 제1 위사를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 위사를 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 위사를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 상기 제1 위사의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 제1 경사 사이에 제2 경사를 형성하는 단계와; 상기 제2 경사를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 상기 제2 경사의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 제1 위사 사이에 제2 위사를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 이격 높이는 상기 3차원 프린터의 노즐의 토출 직경보다 작을 수 있다.

상기 용융액은, 펠트(felt)를 포함하는 물질을 용융하여 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 적층 방식의 3차원 프린터를 이용하여 경사와 위사를 갖는 직물을 용이하게 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 따라 형성된 직물의 평면도를 간략히 도시한 도면.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법의 흐름도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 따라 형성된 직물의 단면을 간략히 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 따라 직사의 결합상태를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법의 순서도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 따라 형성된 직물의 평면도를 간략히 도시한 도면이며, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법의 흐름도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 따라 형성된 직물의 단면을 간략히 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법에 따라 직사의 결합상태를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 8에는, 노즐(11), 직물(12), 제1 경사(14), 제1 위사(16), 제2 경사(18), 제2 위사(20), 경사(22), 위사(24)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 차원 프린터를 이용한 직물(12) 형성 방법은, 3차원 프린터를 이용하여 경사(22)와, 상기 경사(22)에 수직을 이루는 위사(24)로 이루어진 직물(12)을 형성하는 방법으로서, 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하고자 하는 상기 직물(12)의 경사(22)(經絲)를 형성하는 단계와; 상기 경사(22)를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 상기 경사(22)의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하고자 하는 상기 직물(12)의 위사(24)(緯絲)를 형성하는 단계를 포함한다.

3차원 프린터(미도시)는 열가소성 플라스틱, ABS(Acrylonitrile butadiene styrene), PLA(Polyactic acid), 펠트(felt) 등 열에 의해 용융되는 재질의 조형 재료를 용융하면서 선형으로 용융액을 토출하여 직물(織物)(12)의 직조에 필요한 경사 (經絲)(22), 위사(緯絲) (24) 등의 직사(織絲)를 형성하게 된다. 필라멘트 용융 적층 성형 방식의 3차원 프린터의 경우 상기와 같은 조형 재료를 필라멘트 형태로 제작하고, 이러한 조형용 필라멘트를 3차원 프린터의 헤드에 공급함과 아울러 용융하여 용융액을 토출하게 된다.

펠트는 의복이나 모자 등 의류에 사용되는 천으로서, 펠트 성분을 함유하는 조형 필라멘트를 조형 재료로 하여 3차원 프린터로 직물(12)을 제조하는 경우 의류 제작용 직물(12)로서 활용도를 높일 수 있다.

직물은, 경사와 이에 수직을 이루는 위사가 서로 교차되면서 짜여진 천을 의미하는데, 최근에는 3차원 프린터의 적용분야가 여러 분야로 넓혀 지면서 의류에도 적용하려는 시도가 이루어지고 있다.

본 실시예는 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하고 이를 직물(12) 형성용 직사로 활용하여 직물(12)을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 도 1 및 도 3 내지 도 6를 참조하여 본 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물(12) 형성 방법을 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 실시예에 따른 3차원 프린터를 이용한 직물(12) 형성 방법에 따라 형성된 직물(12)의 평면을 도시하고 있는데, 직물(12)은 복수의 경사(22)와, 이에 수직을 이루는 위사(24)로 형성된다. 다만, 본 실시예에 있어 경사(22)와 위사(24)는 서로 직교하는 직사를 의미하는 것으로 경사(22)는 세로 방향의 직사로, 위사(24)는 가로 방향의 직사로 한정하여 해석해서는 안될 것이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 직물(12)의 경사(22) 중 일정 간격에 위치한 제1 경사(14)를 형성한다(S100). 직물(12)의 형성을 위하여 경사(22)를 먼저 형성하게 되는데, 형성하고자 하는 직물(12)의 경사(22) 중 일정 간격에 위치한 제1 경사(14)부터 3차원 프린터를 이용하여 형성한다.

도 3에서 제1 경사(14)에 기재된 숫자는 왼쪽부터 직물(12)의 경사에 순서를 부여하여 경사(22)의 위치에 따라 번호를 기재한 것이다. 도 2 및 도 3를 참조하면, 본 실시예에서는 직물(12)의 전체 경사(22) 중 홀수 번째에 위치한 제1 경사(14)를 먼저 형성하였다. 다만, 이에 한정되지 않고, 도 2를 참조하면, 일정 간격에 위치하는 1, 4, 7, 10… 번째의 경사(22)를 제1 경사(14)로 형성하는 것도 가능하다. 제1 경사(14)의 선택은 조형용 융융 재료의 재질, 강도 등에 따라 달리 설정할 수 있다.

다음에, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 경사(14)를 형성하는 용융액이 굳기 이전에, 제1 경사(14)의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하고자 하는 직물(12)의 위사(24) 중 일정 간격에 위치한 제1 위사(16)를 형성한다(S200). 경사(22)와 위사(24)가 서로 결합되어 직물(12)을 형성하기 위해서는 경사(22)를 형성하는 용융액과, 위사(24)를 형성하는 용융액이 서로 혼합되면서 같이 굳어져야 한다. 따라서, 제1 경사(14)를 형성하고 제1 경사(14)를 형성하는 용융액이 굳기 이전에, 제1 위사(16)를 형성하기 위한 용융액을 토출하여 제1 경사(14)와 제1 위사(16)의 교차부에서 융용액이 서로 합쳐지면서 굳어지도록 한다(도 9 참조).

한편, 제1 경사(14)의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄운 상태에서 제1 위사(16)의 형성을 위한 용융액을 토출하여 제1 위사(16)를 형성할 수 있도록 한다. 도 8을 참조하면, 경사(22)를 형성하기 위한 용융액이 토출된 상태에서 동일한 높이에 3차원 프린터의 노즐(11)을 이동시켜 위사(24)를 형성하게 되면 이미 출력된 경사(22)에 노즐(11)이 닿을 수 있다. 따라서, 노즐(11)을 경사(22)의 상부에서 일정한 높이를 띄운 상태에서 용융액을 토출하여 경사(22)를 형성하게 되는데, 너무 높게 띄우면 위사(24)를 형성하기 위해 연속적으로 토출되는 용융액이 이미 형성된 경사(22)용 용융액에 접착되면서 노즐(11)의 이동에 따라 토출되는 용융액을 잡아당겨 용융액의 두께가 얇아 지면서 원하는 두께의 위사(24)를 형성할 수 없다. 실험에 따르면, 이격 높이(h)는 3차원 프린터의 노즐(11)의 토출 직경보다 작은 것이 바람직하였다. 즉, 경사(22)의 최상단과 노즐(11)의 선단 사이의 이격 높이를 노즐(11)의 토출 직경보다 작게 유지한 상태에서 노즐(11)에서 위사(24)를 토출하도록 하는 것이다. 예를 들면, 노즐(11)의 토출직경이 0.3mm인 경우, 이격 높이는 0.1mm 정도를 유지하는 것이 바람직하다.

그리고, 제1 경사(14)의 형성 방식과 마찬가지로, 형성하고자 하는 직물(12)의 위사(24) 중 일정 간격에 위치한 제1 위사(16)를 형성한다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에서는 직물(12)의 전체 위사(24) 중 홀수 번째에 위치한 제1 위사(16)를 먼저 형성하였다. 다만, 이에 한정되지 않고, 도 2를 참조하면, 일정 간격에 위치하는 1, 4, 7, 10… 번째의 위사(24)를 제1 위사(16)로 형성하는 것도 가능하다. 제1 위사(16)의 선택은 조형용 융융 재료의 재질, 강도 등에 따라 달리 설정할 수 있다.

제1 경사(14)와 수직을 이루도록 직교 상으로 제1 위사(16)를 형성하면, 제1 경사(14)와 제1 위사(16)의 교차점에서 두 용융액이 합쳐지면서 굳어져 격자 상의 직물(12)이 형성될 수 있다. 이러한 상태에서 바로 직물(12)로 활용하는 것도 가능하다.

다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 위사(16)를 형성하는 용융액이 굳기 이전에, 제1 위사(16)의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 제1 경사(14) 사이에 제2 경사(18)를 형성한다(S400). 상기와 마찬 가지로, 제1 위사(16)를 형성하는 용융액이 굳기 이전에 다시 제2 경사(18)를 형성하게 되는데, 제2 경사(18)는 이미 형성되는 제1 경사(14) 사이에 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하게 된다. 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 직물(12)의 전체 경사(22) 중 홀수 번째에 위치하는 제1 경사(14)를 먼저 형성한 이후에 제1 경사(14) 사이에 짝수 번째에 위치하는 제2 경사(18)를 형성하였다. 제1 경사(14)와 제2 경사(18)는 최종적으로 형성하고자 하는 직물(12)의 전체 경사(22)를 형성하게 된다.

제1 경사(14)를 형성한 이후에 제1 위사(16)를 형성하고 다시 제2 경사(18)를 형성하는 이유는 직물(12)의 강도를 높이기 위한 것으로, 제1 경사(14)와 제2 경사(18) 사이에 제1 위사(16)가 위치하여 교차점에서 서로 합쳐지면서 결합되기 때문에 직물(12)의 강도를 높일 수 있다.

제1 위사(16)의 형성 과정과 마찬가지로, 제2 경사(18)의 형성과정에서도 제1 위사(16)의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄운 상태에서 제2 경사(18)의 형성을 위한 용융액을 토출하여 형성할 수 있도록 한다

다음에, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 경사(18)를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 제2 경사(18)의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 제1 위사(16) 사이에 제2 위사(20)를 형성한다(S400). 제2 경사(18)를 형성하는 용융액이 굳기 이전에 다시 제2 위사(20)를 형성하게 되는데, 제2 위사(20)는 이미 형성된 제1 위사(16) 사이에 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하게 된다. 도 2 및 도 6를 참조하면, 본 실시예에서는 직물(12)의 전체 경사(22) 중 홀수 번째에 위치한 제1 위사(16)를 먼저 형성한 이후에 제1 위사(16) 사이에 짝수 번째에 위치하는 제2 위사(20)를 형성하였다. 제1 위사(16)와 제2 위사(20)는 최종적으로 형성하고자 하는 직물(12)의 전체 위사(24)를 형성하게 된다.

전체 위사(24)를 제1 위사(16)와 제2 위사(20)로 나누어 형성하는 이유는 두 위사(16, 20) 사이에 제1 경사(14)가 위치하면서 교차점에서 서로 합쳐지면서 직물(12)의 강도를 높일 수 있기 때문이다. 제2 위사(20)의 형성과정에서도 제2 경사(18)의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄운 상태에서 제2 위사(20)의 형성을 위한 용융액을 토출하여 형성하게 된다.

도 6은 제1 경사(14), 제1 위사(16), 제2 경사(18), 제2 위사(20)가 구분되어 도시되어 있으나, 3차원 프린터에서 융용액이 토출되면 경사(22)와 위사(24)의 교차점에 서로 합쳐지면서 굳어져 최종적으로 경사(22)와 위사(24)를 갖는 직물(12)이 형성되게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

11: 노즐 12: 직물
14: 제1 경사 16: 제1 위사
18: 제2 경사 20: 제2 위사
22: 경사 24: 위사

Claims

3차원 프린터를 이용하여 경사와, 상기 경사에 수직을 이루는 위사로 이루어진 의류 제작용 직물을 형성하는 방법으로서,
상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하고자 하는 상기 직물의 경사(經絲)를 형성하는 단계와;
상기 경사를 형성하는 상기 용융액과 상기 위사를 형성하는 상기 용융액이 혼합되도록 상기 경사를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 상기 경사의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 형성하고자 하는 상기 직물의 위사(緯絲)를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 직물의 경사를 형성하는 단계는,
형성하고자 하는 상기 직물의 전체 경사 중 일정 간격에 위치한 제1 경사를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 위사를 형성하는 단계는,
형성하고자 하는 상기 직물의 전체 위사 중 일정 간격에 위치한 제1 위사를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1 위사를 형성하는 단계 이후에,
상기 경사를 형성하는 상기 용융액과 상기 위사를 형성하는 상기 용융액이 혼합되도록 상기 제1 위사를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 상기 제1 위사의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 제1 경사 사이에 제2 경사를 형성하는 단계와;
상기 경사를 형성하는 상기 용융액과 상기 위사를 형성하는 상기 용융액이 혼합되도록 상기 제2 경사를 형성하는 상기 용융액이 굳기 이전에, 상기 제2 경사의 상부에서 일정한 이격 높이를 띄워 상기 3차원 프린터로 용융액을 선형으로 토출하여 제1 위사 사이에 제2 위사를 형성하는 단계를 더 포함하는, 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 이격 높이는 상기 3차원 프린터의 노즐의 토출 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법.
제1항에 있어서,
상기 용융액은,
펠트(felt)를 포함하는 물질을 용융하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 프린터를 이용한 직물 형성 방법.