KR20150109758A - 3d printed tactile pattern and method thereof using 3d printer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수지 압출법 (Fused Deposition Modeling; FDM 또는 Fused Filament Fabrication; FFF)을 적용한 3D 프린터를 이용하여 두께 및 폭이 서로 다른 2 이상의 촉각패턴을 포함하는 촉각패턴의 제조방법 및 그에 의해 제조된 촉각패턴에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a tactile pattern including two or more tactile patterns having different thicknesses and widths by using a 3D printer using Fused Deposition Modeling (FDM or Fused Filament Fabrication; FFF) Pattern.
촉각형 패턴 및 형상은 시각장애인을 위한 의사 교환 및 안내를 위한 가장 중요한 수단 중 하나로 그 중에서도 점자는 지면 위에 돌기한 6점을 일정한 방식으로 조합하여 손가락으로 만져서 읽고 쓸 수 있도록 만든 시각장애인용 문자이다. The tactile pattern and shape are one of the most important means for communication and guidance for the visually impaired. Among them, Braille is a blind character that combines the 6 points on the ground in a certain way, .
기존의 천공방식을 비롯한 점자 제작 방식은 제판기로 아연판에 점역하고 이러한 금속판 사이에 점자지를 삽입한 후 압력을 가해 금속판에 뚫린 점칸에 따라 점자지에 점자가 눌려 형성되는 방식이다. 현재의 제작 시스템은 동시에 여러 점자를 빠른 속도로 생성할 수 있는 이점이 있지만 뒷면에 눌림 자국이 남아 양면 사용에 한계가 있고 외부 압력에 의해 쉽게 마모 및 눌림 문제가 발생한다. 특히 단일 사이즈 제작만이 가능하며 사용 소재에 있어 상당히 제한적이다 [1]. Braille production method including conventional punching method is a method in which a braille is pressed on a braille paper according to a dotted line opened on a metal plate after pressure is applied after inserting braille paper between a metal plate and a zinc plate by a plate making machine. The current production system has the advantage of generating multiple Braille characters at a high speed at the same time, but there is a pressing mark on the back surface, which limits the use of both sides, and wear and pressing problems are easily caused by external pressure. In particular, it is possible to produce only one size and it is very limited in the materials used [1].
또한, UV 경화 플라스틱을 이용해 잉크젯 방식으로 출력하는 점자 프린터가 있으나, 이 역시도 기존의 천공방식과 크게 다르지 않고, 크기나 자세한 형상, 표면 특성의 제어가 불가능하다는 단점이 있다.In addition, there is a braille printer which outputs an inkjet method using a UV curable plastic. However, this type of printer is not so different from conventional punching methods and has a disadvantage in that it is impossible to control size, detailed shape, and surface characteristics.
한편, 3D 프린터를 이용한 3차원의 형상 제작 방식은 3차원의 모델 자료를 기반으로 한층 한층 쌓아 올리는 적층가공 (Additive manufacturing, AM) 기법을 이용하는 것으로, 컴퓨터지원설계(computer aided drawing, CAD) 데이터를 빠른 시간에 저렴한 가격으로 복잡한 3차원 형상의 축소된 모델이나 시제품 (prototype)을 제작하는 것이 가능하다. 이 때문에 건축, 자동차 및 산업용 부품 소재, 의류에 이르기까지 매우 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.Meanwhile, a three-dimensional shape production method using a 3D printer uses a computer aided drawing (CAD) data by using an additive manufacturing (AM) technique in which a three-dimensional model data is used to further build up the model. It is possible to produce a reduced model or prototype of a complicated three-dimensional shape at a low price in a short period of time. Because of this, it is widely used in a wide variety of fields ranging from architectural, automobile and industrial parts to clothing.
본 발명의 목적은 수지 압출 방식(fused filament fabrication; FFF, 또는 Fused Deposition Modeling; FDM)을 적용한 3D 프린팅 기법을 통해 제어 변수를 조절하여 점자 및 입체형상을 포함하는 촉각패턴을 제작하고, 열-리플로우(thermal reflow)를 통한 촉각패턴의 표면 거칠기, 내구성, 다양한 소재와의 접착력 등이 향상된 촉각패턴의 제조방법 및 그에 의해 제작된 촉각패턴을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a tactile pattern including a braille and a three-dimensional shape by controlling a control variable through a 3D printing technique using a fused filament fabrication (FFF) or a fused deposition modeling (FDM) A method of manufacturing a tactile pattern improved in surface roughness, durability, adhesion to various materials, etc. of a tactile pattern through thermal reflow, and a tactile pattern produced thereby.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각패턴의 제조방법은, 사방이동이 가능한 빌드 플랫폼(build platform) 및 필라멘트 토출구를 포함하는 3D 프린터를 이용하여, 상기 필라멘트 토출구로부터 기재 표면까지의 거리, 상기 빌드 플랫폼의 사방이동, 필라멘트의 토출 횟수 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 변수를 제어하여, 촉각패턴을 결정하는 패터닝단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a tactile pattern, including: using a 3D printer including a build platform and a filament discharge port capable of moving in four directions, And a patterning step of controlling a tactile pattern by controlling any one of variables selected from the group consisting of a distance from the light source to the light source, a distance from the light source to the light source, a travel distance of the build platform, a number of discharge times of the filament, and combinations thereof.
상기 촉각패턴은 두께 및 폭이 서로 다른 2 이상의 촉각패턴을 포함할 수 있다.The tactile pattern may include two or more tactile patterns having different thicknesses and widths.
상기 패터닝단계 이후에 열처리단계를 더 포함할 수 있고, 상기 열처리단계는 열-리플로우(thermal reflow) 처리에 의해 수행될 수 있다.The patterning step may further include a heat treatment step, and the heat treatment step may be performed by a thermal reflow treatment.
상기 열-리플로우 처리는 필라멘트의 용융점(melting point) 이상의 온도에서 수행될 수 있고, 상기 열-리플로우 처리는 30초 내지 60초 동안 수행될 수 있다.The heat-reflow process may be performed at a temperature higher than the melting point of the filament, and the heat-reflow process may be performed for 30 seconds to 60 seconds.
상기 촉각패턴은 점자, 문자, 입체형상 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 패턴일 수 있고, 상기 촉각패턴은 점자 패턴일 수 있으며, 상기 촉각패턴의 두께 및 폭은 최소값 대 최대값의 비율이 70% 이상일 수 있다. The tactile pattern may be a pattern selected from the group consisting of braille, letter, three-dimensional shape, and combinations thereof. The tactile pattern may be a braille pattern, and the thickness and width of the tactile pattern may be a minimum value to a maximum value. The ratio can be over 70%.
상기 필라멘트는 열가소성 고분자, 금속, 복합소재, 생체친화성 소재 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The filament may include any one selected from the group consisting of a thermoplastic polymer, a metal, a composite material, a biocompatible material, and a combination thereof.
상기 열가소성 고분자는 폴리락트산(polylactic acid), ABS 수지, 나일론(nylon), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The thermoplastic polymer may be any one selected from the group consisting of polylactic acid, ABS resin, nylon, polyvinyl alcohol, and combinations thereof.
상기 기재는 종이, 목재, 금속, 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The substrate may be any one selected from the group consisting of paper, wood, metal, polymer, and combinations thereof.
상기 3D 프린터는 퓨즈드 필라멘트 기법(fused filament fabrication)을 적용한 방식일 수 있다.The 3D printer may be a system using fused filament fabrication.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촉각패턴은 점자문서 내의 목차 및 내용을 포함하는 항목들 간의 구별이 가능하도록 두께 및 직경이 서로 다른 2 이상의 점자를 포함한다.The tactile pattern according to another embodiment of the present invention includes two or more braille characters having different thicknesses and diameters so as to be able to distinguish items including contents and contents in the braille document.
상기 촉각패턴은 문자, 입체 형상 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다.The tactile pattern may further include any one selected from the group consisting of letters, three-dimensional shapes, and combinations thereof.
상기 점자는 두께가 0.1 내지 1 mm일 수 있고, 상기 점자는 직경이 0.1 내지 5 mm일 수 있으며, 상기 점자의 두께 및 직경은 최소값 대 최대값의 비율이 70% 이상일 수 있다.
The braille may have a thickness of 0.1 to 1 mm, the braille may have a diameter of 0.1 to 5 mm, and the thickness and diameter of the braille may be 70% or more of a minimum value and a maximum value.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉각패턴의 제조방법은 사방이동이 가능한 빌드 플랫폼(build platform) 및 필라멘트 토출구를 포함하는 3D 프린터를 이용하여, 상기 필라멘트 토출구로부터 기재 표면까지의 거리, 상기 빌드 플랫폼의 사방이동, 필라멘트의 토출 횟수 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 변수를 제어하여, 촉각패턴을 결정하는 패터닝단계;를 포함한다. A method of manufacturing a tactile pattern according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a tactile pattern using a 3D printer including a build platform and a filament discharge port capable of moving in four directions, And a patterning step of controlling a tactile pattern by controlling any one of variables selected from the group consisting of the number of discharging times of the filaments, and the combination thereof.
상기 촉각패턴은, 예컨대 점자, 문자, 입체형상, 또는 이들의 조합일 수 있고, 바람직하게 점자 패턴일 수 있으며, 상기 촉각패턴은 두께 및 폭이 서로 다른 2 이상의 촉각패턴을 포함할 수 있고, 상기 촉각패턴의 두께 및 폭은 최소값 대 최대값의 비율이 70% 이상일 수 있다. 두께 및 폭이 서로 다른 2 이상의 촉각패턴을 포함하여 내용이 다르거나, 항목이 다른 것에 대한 표현이 가능할 수 있고, 두께와 폭의 최소값 대 최대값의 비율을 70% 이상으로 유지함으로써 촉각패턴의 인지가 보다 용이할 수 있다.The tactile pattern may be, for example, a braille character, a character, a three-dimensional shape, or a combination thereof, and may be preferably a braille pattern, and the tactile pattern may include two or more tactile patterns having different thicknesses and widths, The thickness and width of the tactile pattern may be 70% or more of the ratio of the minimum value to the maximum value. It is possible to express two or more tactile patterns having different thicknesses and widths so that the contents can be different or items can be expressed differently and the ratio of the minimum value to the maximum value of the thickness and the width can be maintained at 70% May be easier.
3D 프린터에는 다양한 기법이 적용되고 있는데, 상기 3D 프린터의 경우 그 중에서도, 수지 압출법을 이용한 것일 수 있다. 상기 FFF 또는 FDM 이라고 불리우는 수지 압출법은 열가소성 필라멘트를 순간적으로 가열하여 용융시킨 후, 익스트루더 (extruder)라는 필라멘트 토출구로 압출하여 얇게 쌓아 올리는 방식으로 견고하고 열적으로 안정적인 결과물을 출력할 수 있어, 상기 촉각패턴의 내구성을 향상시킬 수 있다.Various techniques have been applied to the 3D printer, and in the case of the 3D printer, the resin may be extrusion-molded. In the resin extrusion method called FFF or FDM, the thermoplastic filament is instantaneously heated and melted, and then extruded through a filament outlet port called an extruder to be thinly piled up so that a stable and thermally stable result can be outputted, The durability of the tactile pattern can be improved.
상기 제어 변수 중 필라멘트의 토출 횟수는, 기재에 적층되는 필라멘트 층의 수를 결정하고, 이에 따라 형성되는 촉각패턴의 두께를 결정하는 변수일 수 있는데, 컴퓨터지원설계 데이터의 디자인을 기반으로 하고, 3차원 형상의 출력 제어가 용이한 상기 수지 압출 방식의 3D 프린팅 기법을 통하여 제어할 수 있다.The number of times the filament is discharged out of the control variables may be a variable that determines the number of filament layers stacked on the substrate and determines the thickness of the tactile pattern formed thereby. Based on the design of the computer-aided design data, And can be controlled through the 3D printing technique of the resin extrusion method which facilitates the output control of the dimensional shape.
상기 제어 변수 중 필라멘트 토출구로부터 기재 표면까지의 거리는 기재가 놓여진 3D 프린터의 하부 평판의 상하이동 또는 필라멘트 토출구의 상하이동으로 제어될 수 있는 것으로서, 촉각패턴의 폭 또는 직경을 결정하는 변수일 수 있고, 상기 제어 변수 중 빌드 플랫폼의 사방이동은 촉각패턴이 형성되는 위치가 결정되는 변수일 수 있다. Among the control variables, the distance from the filament discharge port to the substrate surface may be a variable that determines the width or diameter of the tactile pattern, which can be controlled by a vertical movement of the lower plate of the 3D printer on which the substrate is placed or a vertical movement of the filament discharge port, The four-way movement of the build platform among the control variables may be a variable for determining the position where the tactile pattern is formed.
상기 제어 변수들은 미리 입력된 값에 따라 좌표축상으로, x, y 및 z 축의 좌표값이 결정되어 촉각패턴의 위치 및 폭이 형성될 수 있고, 미리 입력된 상기 필라멘트의 토출 횟수에 따라 촉각패턴의 두께가 결정될 수 있다.The coordinate values of the x, y, and z axes are determined on the coordinate axes according to the previously input values, so that the positions and the widths of the tactile pattern can be formed. The thickness can be determined.
기존의 천공방식을 통하여 제작된 점자의 경우에는 모든 점자의 크기가 동일하여, 시각장애우들이 다양한 정보를 접하는 것이 제한되었으나, 상기 제어 변수들에 의해, 두께와, 폭 또는 직경이 상이한 촉각패턴의 제작이 가능해짐으로써, 시각장애우를 위한 점자 표현 중 내용, 항목, 목차 등의 변화에 따라, 그 구분이 가능하도록 점자 크기를 달리할 수 있게 되어 보다 많은 정보를 제공할 수 있다.In the case of the Braille produced by the conventional puncturing method, since the sizes of all the Braille characters are the same, it is restricted that the visually impaired accesses various information. However, by the control parameters, the tactile pattern having different thickness, It is possible to provide more information by changing the size of the braille so that the division can be performed according to the change of the contents, items, table of contents, etc. of the braille expression for the visually impaired.
또한, 점자뿐만 아니라, 다양한 입체 형상, 다양한 촉감을 가진 패턴 등도 동시에 제작이 가능하여 이러한 점자 및 입체 형상 등을 이용하여 다각적인 표현을 통해 시각장애우들에게 다양한 정보를 제공해 줄 수 있게 되어, 기존의 천공방식이 갖고 있던 문제점을 해결할 수 있게 되었고, 나아가, 점자 패턴의 제작에 그치지 않고 3차원의 입체 형상의 제작이 가능함에 따라 시각장애우용 기반 제품을 넘어 표지판이나, 생활용품 소재 등 다양한 분야에 적용이 가능할 수 있다.In addition, not only braille but also a variety of three-dimensional shapes and patterns having various tactile senses can be produced at the same time, and it is possible to provide a variety of information to visually handicapped persons through multilevel expression using such braille and three-dimensional shapes, It is possible to solve the problems of the puncturing method. Furthermore, since the three-dimensional shape can be produced not only in the production of the braille pattern but also in the three-dimensional shape, it is applicable to various fields such as signs and household goods May be possible.
상기 필라멘트는, 예컨대 열가소성 고분자, 금속, 복합소재, 생체친화성 소재, 또는 이들의 조합일 수 있고, 바람직하게는 열가소성 고분자일 수 있다. 또한, 상기 열가소성 고분자는, 예컨대 폴리락트산(polylactic acid), ABS 수지, 나일론(nylon), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 또는 이들의 조합일 수 있고, 바람직하게 폴리락트산일 수 있다. The filament may be, for example, a thermoplastic polymer, a metal, a composite material, a biocompatible material, or a combination thereof, preferably a thermoplastic polymer. The thermoplastic polymer may be, for example, polylactic acid, ABS resin, nylon, polyvinyl alcohol, or a combination thereof, preferably polylactic acid.
상기 필라멘트로 폴리락트산을 적용할 경우, 폴리락트산은 친환경 수지이고 유해요소를 포함하지 않고 있어, 최근 기술 개발의 친환경성 경향에 적합하고, 다른 소재들에 비하여 수축의 발생이 적고, 기포의 발생이 없어 제작이 용이할 수 있다.When polylactic acid is applied to the filament, polylactic acid is an eco-friendly resin and does not contain harmful elements. Therefore, the polylactic acid is suitable for the environmentally friendly tendency of recent technology development and has less occurrence of shrinkage than other materials, It may be easy to manufacture.
그러나, 상기 필라멘트의 소재를 폴리락트산으로 제한하는 것은 아니고, 상기 금속으로, 예컨대 알루미늄, 백금, 은, 금 등을 적용할 수 있고, 상기 복합소재로, 예컨대 유기발광소재, TiO2와 플라스틱의 복합소재 등을 적용할 수 있다.However, the material of the filament is not limited to polylactic acid. For example, aluminum, platinum, silver, gold or the like can be applied to the filament. The composite material may be an organic light emitting material, a composite of TiO 2 and plastic Materials and the like can be applied.
상기 기재는 종이, 목재, 금속, 고분자, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 점자 패턴 등의 촉각패턴을 형성시키고자 하는 베이스 기재는 사용 빈도가 종이 또는 금속이 잦을 수는 있으나, 촉각패턴이 필요한 용도에 따라 다양하게 적용될 수 있고, 이에 관한 특별한 제한 사항은 없다.The base material may be paper, wood, metal, polymer, or a combination thereof. However, the base material to be used for forming a tactile pattern such as a braille pattern may be frequently used in paper or metal, , And there are no particular restrictions on this.
상기 촉각패턴의 제조방법은 패터닝단계 이후에 열처리단계를 더 포함할 수 있고, 상기 열처리단계는 열-리플로우(thermal reflow) 처리에 의해 수행될 수 있다. The manufacturing method of the tactile pattern may further include a heat treatment step after the patterning step, and the heat treatment step may be performed by a thermal reflow treatment.
이러한 열-리플로우 처리는 열처리 장비에서 필라멘트의 용융점(melting point) 이상의 온도에서 수행될 수 있고, 상기 열-리플로우 처리는 30초 내지 60초 동안 수행될 수 있다. This heat-reflow treatment may be performed at a temperature above the melting point of the filament in the heat treatment equipment, and the heat-reflow treatment may be performed for 30 to 60 seconds.
열-리플로우 처리가 필라멘트의 용융점 미만의 온도에서 수행된다면, 상기 촉각패턴의 재용융이 일어나지 않게 되어, 접착성 향상이나 거칠기 완화 등의 효과를 얻고자 하는 열처리의 의미가 퇴색될 수 있으며, 상기 열-리플로우 처리는 최소한 30초 이상은 수행되어야 그 효과를 얻을 수 있으며, 60초를 초과하여 처리할 경우에는, 필요 이상의 에너지가 소모되는 것일 수 있고, 기재나, 촉각패턴의 손상이 있을 수 있다. If the heat-reflow treatment is carried out at a temperature lower than the melting point of the filament, the re-melting of the tactile pattern does not occur, and the meaning of the heat treatment for obtaining the effect of improving the adhesion and loosening of the roughness may be discolored, The heat-reflow process must be performed for at least 30 seconds or more to obtain the effect, and if the process is performed for more than 60 seconds, more energy than necessary may be consumed and the substrate or tactile pattern may be damaged have.
상기 열처리 시간은 패턴의 크기나 열전달 정도 등의 요소에 의해 영향 받지만, 촉각패턴의 재질과 그 크기 등을 감안한다면, 30초 내지 60초의 열처리로 충분한 효과를 얻을 수 있다.The heat treatment time is affected by factors such as the size of the pattern and the degree of heat transfer. However, considering the material and the size of the tactile pattern, a sufficient effect can be obtained by performing the heat treatment for 30 seconds to 60 seconds.
상기 열-리플로우 처리는 열판의 온도를 상기 필라멘트의 용융점 이상의 온도로 가열하여 유지시킴으로써, 형성된 촉각패턴을 재용융시키는 표면처리로, 필라멘트 적층간 경계면의 발생 및 필라멘트의 잔여물에 따른 불균일하고 거친 표면이 필라멘트 소재의 분자간 결합이 느슨해지고 점성이 낮아짐에 따라 다시 재용융되어 적층된 형상 내의 표면에너지를 축소화하려는 표면장력에 의해 표면이 리플로우 되는 것을 말한다 [2]. The heat-reflow treatment is a surface treatment for re-melting the formed tactile pattern by heating and maintaining the temperature of the hot plate at a temperature higher than the melting point of the filament, thereby preventing the generation of filamentary interlayer interfacial surfaces and non- The surface is reflowed by the surface tension to reduce the surface energy in the laminated shape [2].
즉, 열-리플로우에 의한 열처리를 할 경우, 촉각패턴이 용융되어 그것이 형성된 기재에 스며들어 완전히 접착됨에 따라 쉽게 탈착되지 않을 수 있고, 촉각패턴 자체적으로 재용융에 의해 밀도가 상승되어 내구성이 향상될 수 있으며, 표면의 거칠기가 현저하게 완화될 수 있다. 이러한 열-리플로우에 의한 열처리로 표면의 매끄러움을 제어하여 촉감이 다른 촉각패턴을 제작할 수 있고, 촉감이 다른 촉각패턴의 제작은, 크기가 다른 촉각패턴의 제작이 가능해짐과 함께 더욱 다양한 정보를 담을 수 있다는 이점을 갖는다.
That is, when the heat treatment is carried out by heat-reflow, the tactile pattern is melted and permeates into the formed substrate, so that the tactile pattern may not be easily detached as it is completely bonded, and the durability And the roughness of the surface can be remarkably alleviated. By controlling the smoothness of the surface by the heat treatment by the heat-reflow process, it is possible to manufacture a tactile pattern having different tactile senses, and the production of a tactile pattern having a different tactile sensation makes it possible to produce tactile patterns having different sizes, It has the advantage of being able to contain.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촉각패턴은 점자문서 내의 목차 및 내용을 포함하는 항목들 간의 구별이 가능하도록 두께 및 직경이 서로 다른 2 이상의 점자를 포함한다.The tactile pattern according to another embodiment of the present invention includes two or more braille characters having different thicknesses and diameters so as to be able to distinguish items including contents and contents in the braille document.
상기 촉각패턴, 두께 및 직경이 서로 다른 2 이상의 점자, 항목들 간의 구별에 관한 설명은 앞서 설명한 내용과 중복되므로, 그 기재를 생략한다.The description of distinguishing between two or more braille characters and items having different tactile pattern, thickness, and diameter is the same as that described above, and the description thereof will be omitted.
상기 촉각패턴은 문자, 입체 형상 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 문자나 입체 형상과 같은 촉각패턴을 더 포함함으로써, 단편적인 점자 패턴에 비하여 상당히 다양한 정보들을 담을 수 있게 되었다.The tactile pattern may further include any one selected from the group consisting of letters, three-dimensional shapes, and combinations thereof. By including a tactile pattern such as a character or a three-dimensional shape, it is possible to hold a great variety of information in comparison with a piecewise braille pattern.
상기 점자는 두께가 0.1 내지 1 mm일 수 있고, 상기 점자는 직경이 0.1 내지 5 mm일 수 있으며, 상기 점자의 두께 및 직경의 최소값 대 최대값의 비율은 70% 이상일 수 있다. The braille may have a thickness of 0.1 to 1 mm, the braille may have a diameter of 0.1 to 5 mm, and a ratio of a minimum value and a maximum value of the thickness and diameter of the braille may be 70% or more.
상기 점자의 두께 및 직경은 점자 표기의 표준 규격이며, 이와 같은 범위 내에서, 전술한 바와 같이, 내용에 따라, 항목에 따라 시각 장애우들이 이를 구분할 수 있도록 크기를 달리하여 제작될 수 있다. 또한, 점자의 두께 및 직경의 최소값 대 최대값의 비율을 70% 이상으로 유지하여, 시각 장애우들이 점자 표기를 인지함에 있어서 어려움이 없도록 할 수 있다.The thickness and diameter of the Braille characters are standard specifications of Braille characters. Within the above range, as described above, the braille characters can be manufactured in different sizes so that the blind can distinguish them according to the items. In addition, it is possible to keep the ratio of the thickness and the diameter of the braille to the maximum value at 70% or more, so that the visually impaired can have no difficulty in recognizing the braille notation.
본 발명의 촉각패턴의 제조방법은, 수지 압출법이 적용된 3D 프린터를 이용하여, 수 개의 제어 변수를 제어함으로써 서로 두께 및 폭 또는 직경이 다른 2 이상의 점자, 문자, 입체형상 또는 이들의 조합을 포함하는 촉각패턴을 제조할 수 있다. 이에, 기존의 천공방식에서는 제공하지 못했던 항목, 내용 등의 구분이 가능해지며, 시각 장애우 들이 인지하는 점자 표현에 보다 다양한 정보를 넣을 수 있게 되었다. 또한, 상기 촉각패턴의 열-리플로우 처리를 통하여, 내구성을 향상시키고, 접착성을 증대시키며, 표면을 매끄럽게 제작할 수 있어, 휴대성이 향상된 촉각패턴을 제공할 수 있다.The method of manufacturing a tactile pattern of the present invention includes two or more braille characters, characters, a three-dimensional shape, or combinations thereof having different thicknesses, widths, or diameters by controlling several control variables using a 3D printer to which a resin extrusion method is applied Can be produced. Therefore, it is possible to distinguish items and contents which were not provided by the existing puncturing method, and it is possible to put more information into the braille expression recognized by the visually impaired. Further, through the heat-reflow treatment of the tactile pattern, it is possible to provide a tactile pattern with improved durability, increased adhesiveness, smooth surface, and improved portability.
도 1a는 수지 압출 방식 3D 프린터 장치에 대한 개략도이며, 도 1b는 제작된 입체 형상과 점자의 촉각패턴을 나타내는 이미지이다.
도 2a는 적층수에 따른 촉각패턴의 두께 변화를 나타낸 이미지이며, 도 2b는 필라멘트 토출구와 기재 사이의 간격 조절을 통한 넓이 변화를 나타낸 이미지이고, 도 2c는 두께와 직경을 동시에 조절하여 크기가 다른 점자를 나타내는 이미지이다.
도 3a 내지 3c는 열-리플로우 처리시 시간 경과에 따른 촉각패턴의 표면 거칠기 변화를 주사전자현미경 이미지, 3차원 입체 형상 이미지 및 단면 분석도를 나타낸 것으로 (a) 0초, (b) 30초, (c) 60초에 해당하는 이미지이다.
도 4a 및 4b는 열-리플로우 처리 전(a)과 후(b)의 촉각패턴 및 기재의 접촉면을 촬영한 주사전자현미경 이미지로 배율을 달리하여 촬영한 것이다.
도 5a 및 5b는 트라이볼로지 테스트에서 쇠구슬의 이동에 따른 탈착 여부에대해 열-리플로우 처리 전(a)과 후(b)를 나타낸 이미지이다.
도 6은 트라이볼로지 테스트를 통해 (a) 기존의 천공방식에 의해 제작된 점자와, (b) 본 발명에 의해 제작된 점자의 내구성을 비교한 것이다.1A is a schematic view of a resin extrusion type 3D printer device, and FIG. 1B is an image showing a three-dimensional shape and a tactile pattern of braille produced.
FIG. 2A is an image showing a change in thickness of the tactile pattern according to the number of layers, FIG. 2B is an image showing a variation in width through adjustment of the distance between the filament discharge port and the substrate, FIG. It is an image representing braille.
FIGS. 3A to 3C are scanning electron microscopic images, three-dimensional solid shape images, and cross-sectional analysis views of a change in surface roughness of a tactile pattern with time in a heat-reflow process (a) , and (c) 60 seconds.
4A and 4B are photographs taken at different magnifications with a scanning electron microscope image of a tactile pattern and a contact surface of the substrate before and after the heat-reflow process (a) and (b).
Figs. 5A and 5B are images showing (a) and (b) before and after the heat-reflow treatment as to whether or not the tear ball is detached according to the movement of the iron ball in the tribological test.
6 compares the durability of (a) the braille produced by the conventional drilling method and (b) the braille produced by the present invention through the tribology test.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
실시예Example 1: 촉각패턴의 제조 1: Manufacture of tactile pattern
도 1a는 본 발명의 간략한 계략도로 기존에 천공 방식에 국한 되었던 점자 제작 기법과 달리, 필라멘트를 순간적으로 녹여 적층하는 방식인 수지 압출 방식의 3D 프린터 (FDM 3D 프린터)를 이용하여 점자 또는 촉각 패턴 형상을 제작하는 방법을 나타낸다. FIG. 1A is a simplified schematic diagram of the present invention. In contrast to the conventional braille making method, a 3D printer (FDM 3D printer) of a resin extrusion type, which is a method of instantly melting and stacking filaments, . ≪ / RTI >
일반적으로 사용되는 셀룰로오스(cellulose)로 구성 성분으로 하는 A4 용지 (80 g/m2)를 기재로 준비하였다. 3D 프린터로서 FDM 3D 프린터 (Rockit사의 3DISON)에 열가소성 폴리머인 폴리락트산(polyactic acid; PLA) 타입의 필라멘트를 삽입한 후, 출력온도 230℃, 출력속도 10 mm/s, 적층두께 0.3 mm로 설정하고 프린팅하였다. 이 때, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 점자는 단일색으로 출력하였고, 사과 모양의 입체 형상은 두 가지 색상을 멀티 노즐에 의해 출력하였다.
A4 paper (80 g / m < 2 >) composed of cellulose which is generally used was prepared as a base material. As a 3D printer, a polyactic acid (PLA) type filament, which is a thermoplastic polymer, was inserted into an FDM 3D printer (3DISON manufactured by Rockit), and then the output temperature was set to 230 캜, the output speed was set to 10 mm / s, Lt; / RTI > At this time, as shown in Fig. 1B, braille was outputted in a single color, and apple-shaped three-dimensional shape was outputted by a multi-nozzle in two colors.
실시예Example 2: 촉각패턴의 두께 및 폭의 결정 2: Determination of thickness and width of tactile pattern
촉각패턴의 두께의 조절은 도 2a 및 2b에서 보이는 것처럼 적층수를 0.3 mm 두께로 각각 1 개에서 2 개, 3 개로 증가시킴에 따라 두께가 높아지는 것을 알 수 있으며, 폭은 필라멘트 토출구 끝과 종이 기재 사이의 간격을 0.32 mm 에서 0.14 mm로 줄임에 따라 문자 폭을 1.56 mm에서 2.06 mm로 넓히는 효과를 볼 수 있었다. 이러한 특성을 바탕으로 도 2c에 나타낸 바와 같이, 크기가 다른 점자를 제작함으로써 점자 표현에 있어서 크기 구별이 가능함을 확인할 수 있었다.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the thickness of the tactile pattern is increased by increasing the number of laminations from one to two to three in the thickness of 0.3 mm, The width of the character was widened from 1.56 mm to 2.06 mm by reducing the interval between 0.32 mm and 0.14 mm. Based on these characteristics, it was confirmed that size discrimination is possible in the braille expression by making braille having different sizes as shown in FIG. 2C.
실시예Example 3: 제조된 촉각패턴의 열처리 3: Heat treatment of fabricated tactile pattern
FDM 3D 프린터에 의해 종이 기재 위에 제작된 실시예 1의 촉각패턴을 열판으로 이동시켜 열-리플로우(thermal reflow) 처리를 수행하였다. 이 때, 열판의 온도는 폴리락트산의 용융점인 160℃로 적용되었고, 처리 시간은 1 분으로 하여, 열처리가 완료된 촉각패턴을 제조하였으며, 열처리에 따른 주사전자현미경의 사진을 도 3a 내지 3c에 나타내었다.
The tactile pattern of Example 1 fabricated on a paper substrate by an FDM 3D printer was transferred to a hot plate and subjected to a thermal reflow treatment. At this time, the temperature of the hot plate was applied at a melting point of polylactic acid of 160 deg. C, and the treating time was 1 minute to prepare a heat-treated tactile pattern. A photograph of the scanning electron microscope after the heat treatment was shown in Figs. .
실험예Experimental Example 1: 촉각패턴의 표면 거칠기 측정 1: Measurement of surface roughness of tactile pattern
표면의 거칠기 측정은 주사전자현미경(Scanning electrical microscope; SEM)을 이용하여 관찰하였고, 표면 거칠기의 자세한 분석을 위해, 측정시 10, 0 및 10도의 세 각도에서 같은 부분을 촬영한 후 3차원 입체 형상으로 재조합하여 단면 분석도를 도출함으로써 분석하였다. The roughness of the surface was observed using a scanning electron microscope (SEM). For the detailed analysis of the surface roughness, the same portion was taken at three angles of 10, 0, and 10 degrees, And analyzed by drawing the cross section analysis.
도 3a 내지 3c는 열-리플로우 처리 과정 동안 시간에 따른 표면 거칠기의 변화과정을 나타낸 이미지이다. 이를 참조하면, 적층기법에 의한 적층간의 경계면의 발생 및 필라멘트의 잔여물에 따른 불균일하고 거친 표면은 열판의 온도가 열가소성 고분자의 용융점에 도달함에 따라 분자간 결합이 느슨해지고 점성이 낮아져 다시 재용융됨으로써 적층된 형상 내의 표면에너지를 감소시키려는 표면장력에 의해 표면이 리플로우 되어 매끄러워졌음을 확인 할 수 있다.
3A to 3C are images showing a change in surface roughness with time during the heat-reflow process. The uneven and coarse surface depending on the occurrence of the interface between the laminations by the lamination technique and the uneven and coarse surface according to the residues of the filaments is such that the intermolecular bonding is loosened as the temperature of the hot plate reaches the melting point of the thermoplastic polymer, It can be confirmed that the surface is reflowed and smoothed by the surface tension to reduce the surface energy in the formed shape.
실험예Experimental Example 2: 열- 2: heat- 리플로우Reflow 처리에 따른 촉각패턴의 접착력 측정 Measurement of adhesive force of tactile pattern by treatment
실시예 1 및 2에서 제조한 촉각패턴에 대하여, 열-리플로우 처리에 따른 종이 기재 표면과 촉각패턴 사이의 접착력의 변화를 확인하기 위해, 주사전자현미경을 이용하여 그 접착 부분을 관찰하여 그 결과를 도 4a 및 4b에 나타내었고, 5 N의 무게를 지닌 쇠구슬을 패턴 형상 위에서 100 mm/s의 속력으로 12.5 m 돌려, 촉각패턴의 탈착여부를 관찰하는 트라이볼로지 테스트 (Tribology test)를 통해 더 자세히 분석하였고, 그 결과를 도 5a 및 5b에 나타내었다. In order to confirm the change in the adhesive force between the surface of the paper base material and the tactile pattern according to the heat-reflow treatment with respect to the tactile pattern produced in Examples 1 and 2, the adhered portions thereof were observed using a scanning electron microscope, Are shown in Figures 4a and 4b, and a tribology test is carried out to see whether the tactile pattern is detached or not by turning a steel ball having a weight of 5 N at a speed of 100 mm / s on the pattern shape by 12.5 m The results were analyzed in more detail and the results are shown in Figures 5a and 5b.
도 4a는 열-리플로우 처리 전의 이미지로 촉각패턴이 종이를 구성하는 셀룰로오스에 부분적으로 부착되어 있는 반면, 도 4b에서는 처리 후 열판 위에서 재용융되는 동안 폴리락트산 필라멘트가 종이 내의 셀룰로오스 구조 내의 빈 공간으로 스며들어 완벽하게 접착되어 있음을 확인-할 수 있다. 4A is an image before the heat-reflow process, in which the tactile pattern is partially attached to the cellulose constituting the paper, whereas in FIG. 4B, the polylactic acid filaments remain in the void space in the paper cellulose structure It can be confirmed that it is seamed and completely bonded.
도 5a는 열-리플로우 처리 전의 이미지로 접착력이 약해 쇠구슬이 지나감에 따라 상당수의 촉각패턴이 탈착된 반면, 도 5b는 열-리플로우 처리에 의해 종이 기재와의 접착력이 강화되어 탈착된 촉각패턴이 없음을 확인할 수 있었다.
FIG. 5A shows that a considerable number of tactile patterns are desorbed as the beads pass through the image before the heat-reflow process, whereas FIG. 5B shows a case where the adhesion with the paper substrate is enhanced by the heat- It was confirmed that there is no tactile pattern.
실험예Experimental Example 3: 촉각패턴의 내구성 측정 3: Durability measurement of tactile pattern
천공방식의 점자와 본 발명의 방법으로 제조한 점자의 내구성을 비교하기 위하여, 상기 실험예 2에서 실시한 트라이볼로지 테스트를 천공방식의 점자 및 본 발명의 방법에 의한 점자에 대하여 수행하였고, 그 결과를 도 6a 및 6b에 나타내었다.In order to compare the durability of braille produced by the punctured braille method and the braille produced by the method of the present invention, the tribology test conducted in Experimental Example 2 was performed on Braille braille by the perforated braille method and the method of the present invention, Are shown in Figs. 6A and 6B.
기존의 천공방식에 의한 점자 패턴(도 6a)은 트라이볼로지 테스트 과정 중 쇠구슬에 의해 마모되어 돌출된 높이가 현저히 낮아졌지만, 본 발명에 의한 점자 패턴(도 6b)은 외부 충격에 따른 변형이 없었으며 강한 내구성을 보였음을 알 수 있었다.
The braille pattern (FIG. 6A) by the conventional perforating method is remarkably lowered by the abrasion due to the iron ball during the tribology testing process, but the braille pattern (FIG. 6B) And it showed strong durability.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
Claims (16)
상기 필라멘트 토출구로부터 기재 표면까지의 거리, 상기 빌드 플랫폼의 사방이동, 필라멘트의 토출 횟수 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 변수를 제어하여, 촉각패턴을 결정하는 패터닝단계;를 포함하고,
상기 촉각패턴은 두께 및 폭이 서로 다른 2 이상의 촉각패턴을 포함하는 것인 촉각패턴의 제조방법.Using a 3D printer including a build platform and a filament outlet capable of moving in four directions,
And a patterning step of controlling a tactile pattern by controlling any one variable selected from the group consisting of a distance from the filament discharge port to the surface of the substrate, a moving direction of the build platform, a number of discharge times of the filament, and combinations thereof ,
Wherein the tactile pattern comprises two or more tactile patterns having different thicknesses and widths.
상기 패터닝단계 이후에 열처리단계를 더 포함하고,
상기 열처리단계는 열-리플로우(thermal reflow) 처리에 의해 수행되는 것인 촉각패턴의 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising a heat treatment step after the patterning step,
Wherein the heat treatment step is performed by a thermal reflow process.
상기 열-리플로우 처리는 필라멘트의 용융점(melting point) 이상의 온도에서 수행되는 것인 촉각패턴의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the heat-reflow process is performed at a temperature above the melting point of the filament.
상기 열-리플로우 처리는 30초 내지 60초 동안 수행되는 것인 촉각패턴의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the heat-reflow treatment is performed for 30 seconds to 60 seconds.
상기 촉각패턴은 점자, 문자, 입체형상 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 패턴인 것인 촉각패턴의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the tactile pattern is any one selected from the group consisting of braille, letter, three-dimensional shape, and combinations thereof.
상기 촉각패턴은 점자 패턴인 것인 촉각패턴의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the tactile pattern is a braille pattern.
상기 촉각패턴의 두께 및 폭은 최소값 대 최대값의 비율이 70% 이상인 것인 촉각패턴의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the thickness and the width of the tactile pattern have a ratio of a minimum value to a maximum value of 70% or more.
상기 필라멘트는 열가소성 고분자, 금속, 복합소재, 생체친화성 소재 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인 촉각패턴의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the filament comprises any one selected from the group consisting of a thermoplastic polymer, a metal, a composite material, a biocompatible material, and a combination thereof.
상기 열가소성 고분자는 폴리락트산(polylactic acid), ABS 수지, 나일론(nylon), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 촉각패턴의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the thermoplastic polymer is any one selected from the group consisting of polylactic acid, ABS resin, nylon, polyvinyl alcohol, and combinations thereof.
상기 기재는 종이, 목재, 금속, 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 촉각패턴의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the substrate is any one selected from the group consisting of paper, wood, metal, polymer, and combinations thereof.
상기 3D 프린터는 퓨즈드 필라멘트 기법(fused filament fabrication)을 적용한 방식인 것인 촉각패턴의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the 3D printer is a method of applying fused filament fabrication.
상기 촉각패턴은 문자, 입체 형상 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것인 촉각패턴.13. The method of claim 12,
Wherein the tactile pattern further comprises any one selected from the group consisting of letters, cubic shapes, and combinations thereof.
상기 점자는 두께가 0.1 내지 1 mm인 것인 촉각패턴.13. The method of claim 12,
Wherein the braille has a thickness of 0.1 to 1 mm.
상기 점자는 직경이 0.1 내지 5 mm인 것인 촉각패턴.13. The method of claim 12,
Wherein the braille has a diameter of 0.1 to 5 mm.
상기 점자의 두께 및 직경은 최소값 대 최대값의 비율이 70% 이상인 것인 촉각패턴.13. The method of claim 12,
Wherein the thickness and diameter of the braille have a ratio of a minimum value to a maximum value of 70% or more.
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