KR102402031B1 - 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체를 스캔하여 상기 인체에 대한 스캔 데이터를 생성하는 스캔 데이터 생성부; 및 상기 생성된 스캔 데이터를 기초로, 형상 기억 소재를 통하여 상기 인체에 대한 맞춤형 의류를 제조하는 의류 제조 프로세서를 포함하고, 상기 의류 제조 프로세서는 상기 형상 기억 소재를 이용하여 상기 스캔 데이터를 기초로 출력된 인체 모델링 정보에 기초한 맞춤형 의류를 제조하는 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템에 관한 것으로, 온도에 따라 형태가 변형되거나 형태가 유지될 수 있는 특성을 가지는 형상 기억 소재를 이용하여 인체에 대한 반복적인 스캔없이도 높은 품질의 맞춤형 의류를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템{SYSTEM FOR MANUFACTURING CUSTOMIZED CLOTHING USING SHAPE MEMORY MATERIAL}

본 발명은 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템에 관한 것이다.

최근 인체, 의류, 게임 및 자동차 등 다양한 산업 분야에서 특정 개인의 인체형상 중심의 설계가 부각되고 있다. 이는 제품의 설계과정에서 특정한 개인의 인체형상을 고려 함으로써, 편의성과 안전성을 향상시켜, 개인에게 보다 유용한 제품을 제공하는 것에 그 주요 목적이다.

기존의 인체형상 생성 장치는 개인의 인체형상 모델을 사실적이고, 구체적으로 생성할 수 있으나, 정밀한 스캔을 지원하는 고가의 스캔 장비를 이용해야 함에 따라, 비용이 많이 요구된다.

또한, 인체형상 생성 장치는 저가의 스캔 장비를 이용하여, 다수의 근거리 스캔을 통해, 노이즈와 형상 표면의 완성도를 높일 수 있으나, 정지된 스캔 대상을 수백 번 스캔해야 함에 따라 상당히 번거롭고, 스캔할 때 스캔 대상의 움직임으로 인해 스캔 데이터가 부정확함에 따라, 스캔 데이터에 기초하여 생성되는 인체형상의 품질이 저하될 수 밖에 없다.

공개특허공보 제10-2016-0147466호 (공개일자: 2016. 12. 23)

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시예들의 목적은 온도에 따라 형태가 변형되거나 형태가 유지될 수 있는 특성을 가지는 형상 기억 소재를 이용하여 인체에 대한 반복적인 스캔없이도 높은 품질의 맞춤형 의류를 제공할 수 있는 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템은 인체를 스캔하여 상기 인체에 대한 스캔 데이터를 생성하는 스캔 데이터 생성부; 및 상기 생성된 스캔 데이터를 기초로, 형상 기억 소재를 통하여 상기 인체에 대한 맞춤형 의류를 제조하는 의류 제조 프로세서를 포함하고, 상기 의류 제조 프로세서는 상기 형상 기억 소재를 이용하여 상기 스캔 데이터를 기초로 출력된 인체 모델링 정보에 기초한 맞춤형 의류를 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 형상 기억 소재는 온도에 따라 형태가 변형되거나 형태가 유지될 수 있는 특성을 가지는 전기 방사 폴리머이거나, 형상 기억 중합체(重合體)이고, 상기 형상 기억 중합체는 증기, 기체, 액체, 전기, 자성, 빛, 주파수파, 라디오파, 방사선을 포함하여 열 또는 저온(냉각)중 하나로부터 선택되는 외부 자극에 의하여 제조시 형태로 복원되는 기능을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 형상 기억 소재는 SMPU(Shape Memory PolyUrethane)이고, 상기 의류 제조 프로세서는 SMPU를 이용하여 상기 스캔 데이터를 기초로 출력된 인체 모델링 정보에 기초한 맞춤형 의류를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템은 온도에 따라 형태가 변형되거나 형태가 유지될 수 있는 특성을 가지는 형상 기억 소재를 이용하여 인체에 대한 반복적인 스캔없이도 높은 품질의 맞춤형 의류를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 초기 형태에 적용된 외부 자극에 반응한 최종 형태를 갖도록 적합화된 SMPU(Shape Memory PolyUrethane)를 이용하여 스캔 데이터를 기초로 출력된 인체 모델링 정보에 기초한 맞춤형 의류를 제조하고 있기 때문에, 한정된 자원을 아끼고 보다 향상된 품질의 맞춤형 의류를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템의 구동 순서를 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템에 사용되는 SMPU(Shape Memory PolyUrethane)의 응력-변형률 커브를 나타내는 그래프이다.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템의 구동 순서를 나타내는 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템에 사용되는 SMPU(Shape Memory PolyUrethane)의 응력-변형률 커브를 나타내는 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템은 스캔 데이터 생성부(10) 및 의류 제조 프로세서(20)를 포함한다.

상기 스캔 데이터 생성부(10)는 인체(1)를 스캔하여 인체에 대한 스캔 데이터를 생성하는 장치이다. 상기 스캔 데이터 생성부(10)는 예컨대, n(n은 3 이상의 자연수)개의 키넥트(kinect)를 포함할 수 있다. 여기서, n개의 키넥트는 인체를 기준으로 상이한 위치 또는 방향에 설치될 수 있으며, 인체의 부위별 스캔 데이터를 각각 생성할 수 있다.

상기 의류 제조 프로세서(20)는 스캔 데이터 생성부(10)에 의하여 생성된 스캔 데이터를 기초로, 형상 기억 소재를 통하여 인체에 대한 맞춤형 의류(2)를 제조하는 장치이다.

이를 위하여, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 형상 기억 소재를 이용하여 스캔 데이터를 기초로 인체에 연관된 통계적 템플릿 모델을 변형함에 따라 인체에 관한 모델링 정보를 생성한다. 즉, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 스캔 데이터를 타겟으로 하여, 인체에 연관된 통계적 템플릿 모델을 변형 함에 따라, 특정의 인체가 갖는 고유의 특징을 인체에 연관된 통계적 템플릿 모델에 반영할 수 있다. 이때, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 인체가 소속된 모집단을 확인하고, 데이터베이스(미도시)로부터 확인된 모집단에 대응하는 통계적 템플릿 모델을 검출하여, 인체에 연관된 통계적 템플릿 모델로서, 이용할 수 있다. 예컨대, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 인체가 '25세 남성'의 인체일 경우, 인체가 소속된 모집단으로서, '20∼39세 남성'의 모집단을 확인하고, 데이터베이스로부터 '20∼39세 남성'의 모집단에 대응하는 통계적 템플릿 모델을 검출할 수 있다. 상기 변형시, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 스캔 데이터에 기초하여, 통계적 템플릿 모델을 개괄적으로 변형한 후, 미세하게 재변형하여, 맞춤형 인체형상 모델을 정교하게 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 스캔 데이터로부터, 관절의 위치 및 관절 간의 길이 중 적어도 하나를 포함하는 관절 정보를 추출하고, 상기 추출된 관절 정보에 기초하여, 상기 획득한 통계적 템플릿 모델의 크기 또는 비율(부위별 비율로서, 예컨대, 팔과 다리의 비율)을 1차적으로 변형할 수 있다. 이때, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 n개의 키넥트에 의해, 스캔 데이터가 각각 생성되면, 각각의 스캔 데이터를, n개의 키넥트에 관한 정보(예컨대, 키넥트의 설치 위치, 방향, 스캔 형태(전신/부분) 등)를 고려하여 조합하고, 상기 조합된 스캔 데이터를 이용하여 통계적 템플릿 모델을 변형할 수 있다. 이후, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 스캔 데이터를 이용하여 스캔 모델을 형성하고, 스캔 모델의 곡면과 통계적 템플릿 모델(예컨대, 1차적으로 변형된 통계적 템플릿 모델)의 곡면 간의 차이가, 설정된 범위를 만족하도록, 통계적 템플릿 모델의 곡면(예컨대, 1차적으로 변형된 통계적 템플릿 모델)을 2차적으로 변형할 수 있다.

그런 다음, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 형상 기억 소재를 위한 기억 나노 섬유액을 장착한 3D 또는 4D 프린터 장치를 이용하여 인체에 관한 모델링 정보 대로 맞춤형 의류(2)를 출력한다.

상기 형상 기억 소재는 온도에 따라 형태가 변형되거나 형태가 유지될 수 있는 특성(즉, 서로 다른 온도에서 두 개의 형태를 취함)을 가지는 전기 방사 폴리머일 수 있다.

이때, 상기 의류 제조 프로세서(20)로부터 출력된 맞춤형 의류(2)를 따뜻한 물(대략 40도)에 담그면 변형된 상태(임시모양)로 부드러워지고, 이것을 입고 체온에 맞추어 온도가 내려가면, 변형된 상태(임시모양)에서 원래 상태(영구적인 모양)로 변환되어 외부 조건이 없는 한 모양을 유지하게 된다.

또한, 상기 형상 기억 소재는 형상 기억 중합체(重合體)이고, 형상 기억 중합체는 증기, 기체, 액체, 전기, 자성, 빛, 주파수파, 라디오파, 방사선을 포함하여 열 또는 저온(냉각)중 하나로부터 선택되는 외부 자극에 의하여 제조시 형태로 복원되는 기능을 가진다.

이러한 형상 기억 소재는 SMPU(Shape Memory PolyUrethane)이고, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 SMPU를 이용하여 스캔 데이터를 기초로 출력된 인체 모델링 정보에 기초한 맞춤형 의류(2)를 제조할 수 있다.

일반적으로, 사람들은 나이가 들어 성장하면서 중력이나 생화면서 겪는 외부의 힘으로 본래의 척추 곡선이 허물어지기 시작하면서, 허리 통증을 느끼고 살아간다.

즉, 배가 나오면서 배를 잡아당겨 척추 각도를 일직선으로 만들게 된다. 그러나, 본 발명에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템을 통하여 제조된 맞춤형 의류(2)를 입으면 자신이 외부력을 가하기 전까지는 손을 들고 있는 상태처럼 척추가 각을 유지한 채 바로 되고, 골반도 바른 모양을 유지하게 된다. 저녁에 귀가하여서는 다시 따뜻한 물로 샤워를 하면 변형이 되어 벗고 있으면 된다. 다시 다음날은 반복하여 사용하게 된다.

상기 맞춤형 의류(2)는 신체에 착용될 수 있는 다양한 형태로 형성된다. 본 실시예에서, 상기 맞춤형 의류(2)는 상의로 도시되었으나, 하의, 원피스, 운동복, 외투, 속옷 등 다양한 종류의 의류로 형성될 수 있다. 또한, 상기 맞춤형 의류(2)는 장갑, 모자, 양말, 신발, 시계 등으로 형성될 수도 있다.

한편, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 전도성 섬유로 이루어질 수 있고, 전도성 섬유로써 편직되어 형성될 수 있다.

상기 전도성 섬유에 의한 편직 방식은 공지의 다양한 방식이 자유롭게 채용될 수 있다.

또한, 상기 의류 제조 프로세서(20)는 전도성 섬유를 통해 전류가 흐를 수 있도록 구성된다. 아울러, 상기 의류 제조 프로세서(20)에 전자기기가 장착됨으로써, 의류 제조 프로세서(20)를 통해 전자기기를 이루는 구성요소들 또는 복수의 전자기기들이 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 전자기기로 송수신되는 신호 또는 전력이 의류 제조 프로세서(20)를 구성하는 전도성 섬유를 통해 전달된다.

상기 전자기기는, 도시하지는 않았지만, 입력부, 출력부, 제어부, 메모리, 전원공급부, 무선송수신부, 각종센서, 구동부 등의 구성요소들 중 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 다양한 전자기기일 수 있다. 또한, 전자기기를 이루는 각 구성요소들이 하나의 모듈로써 의류 제조 프로세서(20)에 장착되거나, 분리된 복수의 모듈로써 의류 제조 프로세서(20) 상의 적절한 위치에 개별적으로 장착될 수도 있다. 한편, 전자기기의 일부 구성요소만이 의류 제조 프로세서(20)에 장착되고, 나머지 구성요소는 분리된 상태로 구비되어 무선으로 송수신할 수 있도록 연결될 수도 있다.

한편, 전이 온도 이상의 SMPU는 딱딱한 플라스틱 상태에서 유연한 탄성 상태로 변환될 수 있으며 냉각되면 다시 딱딱하여지고 형상 기억 특성은 대부분의 고분자로 설계하실 수 있으며 SMPU 공법 중 일부는 스티렌 아크릴 레이트, 시안산염(Cyanate) 에스테르와 에폭시 폴리머 시스템을 기반으로 할 수 있다.

이 SMPU는 적합한 외부 자극이나 물리적 작용에 적용하여 물질의 형상 기억 특성을 활성화한 후, 전체적인 형태를 포함할 수 있는 최종 형태를 띠게 된다.

그 결과, 이전에는 달성하기에 상당히 더 어려웠던 형상기억 기능을 가진 맞춤형 의류(2)가 얻어진다.

이는 맞춤형 의류(2)에 열이나 냉각 같은 적절한 외부 자극을 적용한 후 바람직한 최종 형태를 적합하게 달성하기만 하면 어떠한 초기 형태라도 선택할 수 있음을 알 것이다.

상기 맞춤형 의류(2)는 초기 형태에 적용된 외부 자극에 반응한 최종 형태를 갖도록 적합화된 형상 기억 중합체(重合體) 의류이다.

상기 형상 기억 중합체로 구성된 맞춤형 의류(2)는 독특한 모양 사이에서 모양을 바꾸는 능력, 즉 최초의 모양('압출기나 사출 기에서 나온' 모양)에서 프로그램화(Programming) 된' 초기 또는 초기 모양(일시적인 모양)으로, 그 다음 초기의 프로그램화된 모양에서 최초 모양과 거의 같은 최종 모양으로 모양을 바꾸는 능력을 갖는 물질이다.

달리 말하면 상기 SMPU가 적용되어 만들어진 물품은 그의 최초 모양을 '기억'하고, 적절하게 자극받으면 최초 모양으로 되돌아간다. 초기 모양은 프로그램화라는 공정을 적용함으로써 결정된다.

상기 맞춤형 의류(2)를 그의 최종 모양형으로 되돌리기 위하여, SMPU를 온도 변화 또는 에너지(Energy)파에 대한 노출과 같은 외부 자극에 적용시킨다.

그 다음, SMPU가 적용된 맞춤형 의류(2)는 초기 모양(초기에 프로그램화된 모양)으로부터 다시 최초 모양(최종 형태 또는 "최종" 모양)으로 제어된 방식으로 변화한다. 따라서, 적절한 자극에 노출될 때, SMPU는 초기 모양으로부터 최종 모양으로 미리 정해진 방식으로 모양을 바꿀 수 있다

초기 형태에서 최종 형태로의 변화에 있어서, 외부 자극은, 예를 들어 빛, 온도(저온(냉각) 또는 가열), 자기, 전기, 무선 주파수, 플라스마, 이온 또는 입자계 에너지(Energy), PH값, 습도 수준(RH) 또는 화학 처리의 형태를 취할 수 있으며 하나의 모양에서 다른 모양으로의 변화, 예컨대 최초 모양에서 초기 모양으로, 또는 더 구체적으로는 초기 모양에서 최종 모양으로의 변화를 위한 촉매(예를 들어 온도)는 예정되어 중합체(重合體)에 미리 프로그램화된다. 반응을 촉발시키는 온도는, 예를 들어 전체 범위가 -40 내지 400℃일 때 0 내지 250℃의 이상적인 범위 이내로 설정될 수 있었다. 0 내지 100%의 습도 수준은 변화를 촉발할 수 있다.

아울러 물 또는 액체에 간단히 침지하는 것으로 상기 변화를 촉발할 수 있으며 플라스마 처리, 코로나 처리에 대한 노출, 또는 표면 힘 수준의 변화가 상기 변화를 촉발할 수 있다. 1㎓ 내지 300㎓의 무선 주파수가 상기 변화를 촉발할 수 있다.

1 ㎚(극 자외선 범위)에서, 400 내지 700 ㎚(가시광선), 1 ㎜ 이하(IR-C 적외선)의 광파로 상기 변화를 촉발할 수 있다.

또한, PH수준으로 상기 변화를 촉발할 수 있었고 전기는 전압(50 마이크로볼트 내지 80,000볼트)에 의해, 전류(5 마이크로 암페어 내지 30,000 Ampere암페어)에 의해 또는 저항(1 마이크로 옴 내지 2000 ohm옴)에 의해 인가될 수 있다.

더 넓은 방사선 범위는 라디오 파장(103미터) 내지 감마선(10미터)일 수 있었다. 최초 모양에서 초기 모양으로의 변화에 있어서, 외부 자극은 임의의 상기 자극을 포함할 수 있고, SMPU을 프로그램화하기 위해, 예를 들어 가압, 연신, 휘기 등과 같은 기계적 작업의 형태를 취할 수 있다.

외부 자극은 SMPU가 적용된 맞춤형 의류(2)에 적용된 고온의 기체 또는 액체의 형태로 제공될 수 있다.

바람직하게는 자극은 형상기억 중합체 (SMP: Shape memory Polymer)는 섬유에 쏘여지는 방사 에너지(Energy)나 빛 에너지(Energy), 또는 UV(Ultra violet), 라디오파 또는 다른 에너지(Energy)파의 형태일 수 있다.

한편, 최근 성형 후 변형시켜도 가열하면 원래의 형태로 되돌아가는 여러 종류의 폴리머 수지가 본격적으로 개발되어 시장에 출시되었으며 이러한 형상기억 수지는 트랜스폴리이소플랜(TP), 폴리우레탄 등으로 이루어지고 원래 형태로 되돌아가는 온도는 폴리놀보르넨이 35℃ 이상, TP가 67℃ 이상, 폴리우레탄은 －30℃에서 40℃까지 온도 변역이 매우 광범위하다고 할 수 있다.

아울러, 이러한 수지를 용매(Solvent, 溶媒)물질에 녹인 액상화 형상기억 수지가 시선을 끌고 있다.

이를 테면 비단옷의 띠에 형상을 기억시키면 주름이 잡혀도 가열하면 원형태로 되돌아가며 체온으로 인하여 형상기억 효과가 작용하거나 헐거워지지 않는다.

이러한 형상 기억 소재인 SMPU 또는 형상 기억고분자(形相記憶高分子 Shape memory Polymer(SMP))는 특정 조건에서 어떤 물체를 일정한 모양을 가지도록 만들어 놓으면, 그 이후 외부적 충격에 의해 모양이 달라졌다 하더라도 그 물체를 처음과 동일한 조건(온도, 빛, PH, 습도 등)으로 만들어 주면 다시 원래의 모양으로 되돌아가는 성질을 가진 고분자이다.

대표적으로 사용되는 것이 노보넨(Norbornene)을 중합시켜 만든 폴리노보넨(Poly Norbornene)인데 이는 어느 형상의 물건을 일정한 모양으로 만든 뒤, 구부리거나 비틀면 모양이 변하고 더 이상의 힘을 가하지 않으면 그 모양을 그대로 유지하게 된다.

그런데, 이렇게 모양이 달리진 폴리노보넨(Poly Norbornene)을 뜨거운 물속에 넣으면 금방 원래의 형태로 되돌아간다. 이를 본원의 맞춤형 의류(2)에 적용하면 오랜 사용으로 형태가 변형된 맞춤형 의류(2)를 폴리노보넨(Poly Norbornene)소재로 제조하여 이를 가열이나 냉각하므로 최초 맞춤형 의류(2) 모양으로 되돌아갈 수 있는 것이다.

이와 같이 형상기억 고분자는 모양이 달라졌다 하더라도 그 물질이 만들어진 처음 상태와 같은 조건을 만들어주면 본래의 모양으로 되돌아가는 고분자이다.

형상 기억 능력은 가역 상과 고정상의 이중 구조를 가지는 물질에서 나타나는 현상으로 위의 경우, 폴리노보넨(Poly Norbornene)이 최초 맞춤형 의류(2) 모양을 하고 있을 때가 가역 상인 경우이고 이와 다른 모양을 유지하고 있을 때가 고정상이 된다.

가역 상일 때는 늘 최초 맞춤형 의류(2) 모양을 하게 되지만 고정상일 때는 외부에서 주는 충격(즉, 온도) 등으로 인하여 그 모양이 종래의 맞춤형 의류(2)처럼 점차 달라지게 된다.

그러나, 달라진 맞춤형 의류(2)에 체온 등으로 가열하면 어느 온도에 이르러 가역 상으로 전환한다. 이 온도를 유리질 온도(Tg)라고 하며 형상 기억 회복 온도가 시작된다.

형상기억 중합체((重合體)SMP)는 온도, PH(산도와 알칼리도의 정도), 화학제 그리고 빛에 의해서도 변형될 수 있다.

이러한 요인들이 감지되어 예측된 형태로 외부 자극에 반응한다. 화학적 구조에 의해서 SMP가 하드세그먼트(Hard Segment)와 소프트 세그먼트(Soft Segment)를 가지는 상 분리된 선형 블록 공중합체로써 생각될 수 있다.

하드 세그먼트(Hard Segment)는 강직 단계가 되고 소프트 세그먼트(Soft Segment)는 가역 단계로 되며 소프트세그먼트(Soft Segment)의 가역 단계 전이는 형상기억 효과의 원인이 되며 폴리머 재료들은 단단한 유리에서 부드러운 고무와 같이 여러 가지 탄성을 가진다.

본원에서 사용하는 SMP나 SMPU가 적용된 맞춤형 의류(2)는 이런 두 가지 특성을 모두 가지고 있으며, 탄성률은 전이온도(Transition temperature)와 가역적으로 바뀌게 될 수 있다.

SMP는 눈에 띄는 임시 형태와 원래의 형태를 저장하여 영구적인 형태를 모두 지니고 있다. 일단 원래의 형태의 형상 기억 재료는 열 가열 변형이나 냉각에 의한 변형 형태로 성형 된다.

이러한 SMP 고분자는 열, 빛, 화학 자극에 의하여 원래 형태로 복원할 수 있으며 형상 기억 폴리머 (SMP)는 통상 다른 열 특성을 가진 e-카프로락톤(E - caprolactone)디올과 디옥사논(Dioxanone)과 같은 두 가지 구성 요소로 구성되어 있다. 생분해성 멀티블럭(Multi block) 공중합체는 하드 세그먼트(Hard segment)와 직선 체인에 함께 연결하는 '전환' 세그먼트를 제공하게 된다.

또한, 상기 형상 기억 소재로 적용되는 SMPU(Shape Memory PolyUrethane)는 외부의 자극에 의해 변형을 한 후 특정 조건 하에서 다시 이전의 형태를 회복하는 성질을 지닌 물질이다.

여기서, 폴리우레탄은 알코올기의 -OH(soft segment)와 아이소사이안산기의 -NCO(hard segment)가 우레탄 결합을 이루면서 만들어지는 고분자인데, 위 두 개의 세그먼트를 어떻게 설정하느냐에 따라 다양한 특성을 나타낸다.

이 폴리우레탄은 유리전이온도에서 형태를 고정시키고 이보다 낮은 온도에서 변형을 시킨 후, 다시 유리전지온도 이상의 열을 받으면 원래의 형태를 회복하는 특성을 보인다.

또한, 폴리우레탄은 반응 폴리머(reaction polymer)라고 불리는 복합체의 종류로서, 에폭시(epoxies), 불포화폴리에스테르(unsaturated polyesters), 그리고 페놀수지(phenolics)를 포함하고 있다. 우레탄 결합은 하드 세그먼트(hard segment)라고 불리는 아이소사이안산기(-N=C=O)와 소프트 세그먼트(soft segment)라고 불리는 알코올기(-OH)에 의해서 만들어진다.

폴리우레탄 중에서 형상기억 고분자(SMPU)는 유리 전이온도 이상의 온도로 가열될 때 원래의 형태로 되돌아 갈 수 있는 고분자를 말하며, 형상기억 합금에 비하여 밀도가 낮고, 유연성이 좋으며, 가공이 쉽고, 회복력이 우수한 장점이 있다. 특히, 형상기억 고분자는 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트 사이에 존재하는 상분리에 의하여 물성이 매우 우수한 편이어서 많은 응용분야에서 이용될 수 있다. 하드 세그먼트는 수소결합 및 결정화에 따라 PU에서 높은 융점을 갖는 물리적 가교역할을 해주며, 소프트 세그먼트는 온도에 따라 가역적 상전이 변화를 일으켜 폴리우레탄이 형상기억 성질을 가질 수 있도록 해준다.

한편, 본 발명에서 사용되는 형상기억 고분자는 일본의 Diaplex에서 구매하여 별도의 정제 과정없이 그대로 사용하였으며, 미네랄오일, N, N-dimethylformamaide(DMF), 그리고 tetrahydrofuran(THF)는 한국의 삼전화학에서 구입해서 사용하였다.

한편, 이하에서는 열에 의한 샘플의 형상 회복 특성(shape recovery properties)을 동적 기계 분석(dynamic mechanical analysis)(DMA, DMA Q-800, TA instrument, UK)를 이용하여 측정하였다. 형상 기억 습성(Shape memory behavior)을 측정하는 방법은 다음과 같다.

우선, 시료를 Ttrans + 20도에서 50% 늘인 후 5분을 기다린다. 그 상태에서 strain을 유지한 채 온도를 Ttrans - 20도까지 낮춰준 후 다시 5분을 대기하고, 기계에 걸려있던 힘을 언로드(unload)시킨다.

다시, Ttrans - 20도에서 Ttrans + 20도까지 열을 가해준 후, 마지막으로 Ttrans + 20도에서 5분간 기다린다. 이 과정을 거치면서 변형률(strain)에 따른 응력(stress)의 변화에 관한 결과를 얻을 수 있고, 이를 이용해서 형상 기억 습성(shape memory behavior)을 측정할 수 있다. 여기서, 측정하고자 하는 것이 형상 회복(shape recovery)뿐이기에 형상 유지(shape retention)를 측정하기 위한 unload 과정은 수행하지 않았다. 여기서, εm은 샘플을 50% 인장시켰을 때의 변형률, εf는 Ttrans -20도에서의 변형률, εr은 Ttrans + 20도일 때 회복팽창율(recovery expansion rate)을 의미한다.

도 3을 통해 확인해보면, 순수 17wt% SMPU의 경우는 약 96%의 형상 회복율(shape recovery rate)을 보여주고 있다.

이러한 실험에서 알 수 있듯이 SMPU를 동축 전기방사하며 열에 반응하는 섬유를 만들었다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템은 스캔 데이터 생성부(10)를 통하여 인체를 스캔(S10)하여 인체에 대한 스캔 데이터를 생성(S20)하고, 의류 제조 프로세서(20)에 주입된 형상 기억 소재(S30)를 통하여 스캔 데이터를 기초로 생성된 인체 모델링 정보(S40)에 대응되는 맞춤형 의류(2)를 제조 및 출력(S50)하게 된다.

본 발명에서는 도 3의 실험에 의한 방식으로 제조한 형상 기억 섬유(SMPU)로 스캔한 표본을 3D 프린터로 옷을 제작한다. 이 옷은 정상온도에서는 늘어나서 입기 편하게 된다. 그러나, 입고 나면 체온에 반응하여 서서히 수축하여 원래 형상으로 돌아간다. 그러면 사람은 살아가면서 누구나 중력으로 또는 노화로 척추 특히 허리의 커브가 원래보다 펴지게 되어 허리가 아프게 되어 있는데, 이것을 이 옷이 사람의 체온 35도에 반응하여 원래 척추 커브로 잡아주게 된다. 이 옷을 입고 평상시처럼 생활하면 허리와 가슴이 펴지고 허리통증도 없어지게 된다.

본 발명에 따른 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템에 의하여 제조된 맞춤형 의류는 사용자가 하루를 마치고 귀가하여 20도 정도의 물로 샤워를 하면 이 옷은 냉각되어 쉽게 벗을 수 있다. 이런 식으로 매일 매일 반복하다보면 구부정하게 아니면 움츠렸던 자세가 교정될 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 스캔 데이터 생성부(10)에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.

상기 오염 방지 도포용 조성물은 소듐실리케이트 및 알킬 글리콜에테르가 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 소듐실리케이트와 알킬 글리콜에테르의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.

상기 소듐실리케이트와 알킬 글리콜에테르는 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 스캔 데이터 생성부(10)의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.

상기 소듐실리케이트 및 알킬 글리콜에테르는 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 스캔 데이터 생성부(10)의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.

한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 스캔 데이터 생성부(10) 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 스캔 데이터 생성부(10) 상의 최종 도포막 두께는 550 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1100 ~ 1900Å이다. 상기 도포막의 두께가 550 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 소듐실리케이트 0.1 몰 및 알킬 글리콜에테르 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.

또한, 상기 의류 제조 프로세서(20)에는 살균기능 및 스트레스 완화에 도움이 되는 기능성 오일이 혼합된 방향제 물질이 코팅될 수 있다.

방향제 물질과 기능성 오일의 혼합 비율은 상기 방향제 물질 95~97중량%에 상기 기능성 오일 3~5중량%가 혼합되며, 기능성 오일은 트리모스 오일(Treemoss oil) 40중량%, 웜우드 오일(Wormwood oil) 60중량%로 이루어진다.

여기서 기능성 오일은 방향제 물질에 대해 3~5중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 기능성 오일의 혼합비율이 3중량% 미만이면, 그 효과가 미미하며, 기능성 오일의 혼합비율이 3~5중량%를 초과하면 그 효과가 크게 향상되지 않는 반면에 제조 단가는 크게 증가된다.

트리모스 오일(Treemoss oil)은 신경통, 근육통, 항울증, 스트레스 완화작용 등에 좋은 효과가 있다.

웜우드 오일(Wormwood oil)은 해독 작용, 피부 질환 치료, 살균, 가려움증 완화, 머리를 맑게 하고, 긴장완화 등에 작용효과가 우수하다.

따라서, 이러한 기능성 오일이 혼합된 방향제 물질이 의류 제조 프로세서(20)에 코팅됨에 따라, 의류 제조 프로세서(20)를 살균 처리하고 작업자의 피로를 경감시키는 등의 효과를 얻을 수 있다.

방향제 물질 및 기능성 오일에 대해 구성 성분을 한정하고 혼합 비율의 수치를 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험 결과를 통해 분석한 결과, 상기 구성 성분 및 수치 한정 비율에서 최적의 효과를 나타내었다.

또한, 스캔 데이터 생성부(10)의 하단에는 흔들림이나 외부의 충격으로부터 스캔 데이터 생성부(10)를 보호하도록 고무재질의 진동흡수부가 더 설치 될 수 있다.

이 진동흡수부는 고무 재질로 이루어지며 이러한 진동흡수부의 원료 함량비는 고무 55중량%, 유기산 코발트염 6중량%, 나프탈릭 안하이드라이드 6중량%, 카아본블랙 22중량%, 3C(N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE) 6중량%, 유황 5중량%를 혼합한다.

카아본블랙은 내마모성, 열전도성 등을 증대하거나, 향상시키기 위해 첨가되며, 유기산 코발트염과 나프탈릭 안하이드라이드는 접착력 등을 향상시키기 위해 첨가된다.

3C (N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE) 는 산화방지제로 첨가되며, 유항은 촉진제 등의 역할을 위해 첨가된다.

따라서 본 발명은 진동흡수부의 탄성, 인성 및 강성이 증대되므로 내구성이 향상되며, 이에 따라 진동흡수부의 수명이 증대된다.

고무재질 구성 물질 및 구성 성분을 한정하고 혼합 비율의 수치를 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험 결과를 통해 분석한 결과, 상기 구성 성분 및 수치 한정 비율에서 최적의 효과를 나타내었다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

1: 인체 2: 맞춤형 의류
10: 스캔 데이터 생성부 20: 의류 제조 프로세서

Claims (3)

1. 인체를 스캔하여 상기 인체에 대한 스캔 데이터를 생성하는 스캔 데이터 생성부; 및
   상기 생성된 스캔 데이터를 기초로, 형상 기억 소재를 통하여 상기 인체에 대한 맞춤형 의류를 제조하는 의류 제조 프로세서를 포함하고,
   상기 의류 제조 프로세서는 상기 형상 기억 소재를 이용하여 상기 스캔 데이터를 기초로 출력된 인체 모델링 정보에 기초한 맞춤형 의류를 제조하며,
   상기 맞춤형 의류는 초기 형태에 적용된 외부 자극에 반응한 최종 형태를 갖는 형상 기억 중합체(重合體) 의류이고,
   상기 형상 기억 소재는 온도에 따라 형태가 변형되거나 형태가 유지될 수 있는 특성을 가지는 전기 방사 폴리머이거나, 형상 기억 중합체(重合體)이고,
   상기 형상 기억 중합체는 증기, 기체, 액체, 전기, 자성, 빛, 주파수파, 라디오파, 방사선을 포함하여 열 또는 저온(냉각)중 하나로부터 선택되는 외부 자극에 의하여 제조시 형태로 복원되는 기능을 가지며,
   상기 형상 기억 소재는 SMPU(Shape Memory PolyUrethane)이고,
   상기 의류 제조 프로세서는 SMPU를 이용하여 상기 스캔 데이터를 기초로 출력된 인체 모델링 정보에 기초한 맞춤형 의류를 제조하며,
   상기 스캔 데이터 생성부에는 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포되되, 상기 오염 방지 도포용 조성물은 소듐실리케이트 및 알킬 글리콜에테르가 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 소듐실리케이트와 알킬 글리콜에테르의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이고,
   상기 의류 제조 프로세서에는 기능성 오일이 혼합된 방향제 물질이 코팅되되, 방향제 물질과 기능성 오일의 혼합 비율은 상기 방향제 물질 95~97중량%에 상기 기능성 오일 3~5중량%가 혼합되며, 기능성 오일은 트리모스 오일(Treemoss oil) 40중량%, 웜우드 오일(Wormwood oil) 60중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 형상 기억 소재를 이용한 맞춤형 의류 제작 시스템.
   
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