МОЗАИЧНОЕ ИЗДЕЛИЕ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЗАИЧНОГО ИЗДЕЛИЯ
MOSAIC ITEM, METHOD OF ITS MANUFACTURING AND DEVICE FOR MANUFACTURING OF MOSAIC ITEM

Изобретение относится к области строительства и декоративно-художественного искусства и может быть использовано для наружной отделки и интерьерных покрытий, изготовления облицовочных плит, панно, украшения предметов обихода типа шкатулок, ювелирных изделий и др. с заданным рисунком мозаики. Может быть использовано в различных областях дизайна.
Известен способ формирования и изготовления бисерной мозаичной монолитной вставки (Патент RU 2282536 C1, B44C 1/28) с применением в качестве мозаичного материала бисера, механически соединенного между собой с помощью гибких связующих элементов, например текстильной нитью, и последующей заливкой связующей композицией в гнездо материала основного изделия как жесткого, так и гибкого.
Недостатками данного способа является отсутствие автоматизации процесса изготовления из-за необходимости соединения мозаичного материала между собой в мозаичное полотно, а как следствие, низкий темп выпуска готовых изделий и их высокая себестоимость. Кроме того, существует риск при механической обработке мозаичного изделия, например шлифовании, удалить припуск с мозаичного элемента вплоть до его отверстия, что приведет к изменению художественного восприятия изделия и пористости поверхности.
Наиболее близким к предлагаемому способу является метод изготовления картины мозаичного типа и устройство для его изготовления (Патент ЕР №0829378 A3, B44C 1/28, 1996 г.). Суть известного метода заключается в цифровой обработке изображения, разбиении его на квадратные ячейки, размер которых соответствует диметру шарика (элемент мозаичного полотна), присвоении каждой полученной ячейке усредненного значения цвета и последовательной автоматизированной укладке на стеклянную основу с клеевым составом шариков. Фиксация шариков на стеклянной основе реализуется последующим спеканием в печи.
Недостатками данного способа являются укладка мозаичных элементов построчно один над другим в ряду, что не обеспечивает наиболее плотной мозаичной структуры, высокой разрешающей способности мозаичного изделия, а также невозможность изготовления гибких мозаичных изделий и отсутствие армирования изделия с целью улучшения его прочностных свойств.
Задачами изобретения являются:
- улучшение качества цветопередачи мозаичного панно (также мозаичное изделие),
- увеличение его разрешающей способности за счет применения достаточно мелких декоративных мозаичных элементов (также зерно, элемент мозаики) разного цвета, что позволит легче передавать изображение мелких элементов рисунка,
- получение гибких элементов мозаичного панно для облицовки и декорирования криволинейных поверхностей,
- снижение расхода связующего вещества за счет использования более плотного расположения мозаичных элементов,
- увеличение прочности изделия на растяжение за счет использования армирования основы,
- уменьшение стоимости мозаичного изделия,
- увеличение скорости его изготовления за счет применения автоматизированной укладки декоративных элементов устройств для изготовления мозаичного изделия (также станком),
- серийное изготовления мозаичных панно.
В предложенном изделии, в отличии от известных, для улучшения качества цветопередачи мозаичного панно зерно 1, имеющее в плане форму круга, укладывается по закону плоской плотноупакованной структуры (см. фиг.1), что обеспечивает увеличение суммарной площади элементов мозаики на единицу поверхности на 10% по сравнению со структурой (см. фиг.2). Это позволяет сократить процентное содержание межзернового связующего вещества на единицу поверхности и увеличить площадь поверхности с содержанием заданного цвета.
Для получения гибких мозаичных изделий предлагается применять в качестве материала основы материалы с низкой цилиндрической жесткостью, типа каучуков, натуральных и синтетических смол, гибких полимеров и пр. Чтобы избежать совместного изгиба и растяжения основы мозаичного изделия возможно применение армирования материала основы отдельными волокнами, или сетками, или тканью из материалов с высоким пределом текучести, например нейлоновыми волокнами, стекловолокно, стальная проволока и пр.
Способ (вариант 1) изготовления мозаичного изделия основан на том, что выбирается изображение рисунка (эскиз, фотография).
1. Рисунок оцифровывается средствами ЭВМ.
2. Определяется поверхность П (см. фиг.3), на которой будет выполнено мозаичное панно. Используя строительные приборы и средства измерения (например, при помощи лазерного сканера), производится архитектурный замер и фасадная съемка поверхности П монтажа, и получется цифровая модель поверхности П (размеры и рельеф).
3. Поверхность П цифровой модели с использованием ЭВМ разбивается на области Л1, Л2 и т.д. (также лоскуты, элементы). Происходит нумерация областей. Критерий разбиения поверхности П на области Л1, Л2 и т.д. - допустимый радиус изгиба лоскута мозаичного полотна и допустимые размеры рабочей поверхности стола станка.
4. Определяется пространственная точка О, не принадлежащая поверхности П, из которой рисунок, перенесенный на поверхность П, просматривается без искажения. Посредством ЭВМ через заданную точку О изображение рисунка масштабируется и проецируется на поверхность П. Таким образом, определяется цвет каждой точки поверхности П, а значит и каждой точки соответствующего лоскута Л1, Л2 и т.д.
5. С использованием ЭВМ производиться развертка поверхности П и определяется плоский контур соответствующего лоскута Л1, Л2 и т.д. и цвет каждой его точки (см. фиг.4).
6. С помощью спектрографа производится анализ длины волны цвета для определенной выборки из партии зерен.
7. Определяется и присваивается среднее значение (аппроксимация) длины волны цвета всей партии зерен. Таким образом, определяется количество элементарных цветов и длины волн каждого цвета (также палитра), используемых для мозаичного панно партий зерен.
8. С использованием ЭВМ спроецированное изображение рисунка каждого лоскута развертки разбивается на элементарные области (квадраты) по размеру зерна с присвоением каждой элементарной области ближайшего цвета из палитры зерен. Принцип разбиения лоскута Л1, Л2 и т.д. на элементарные области реализует создание мозаичного панно по закону плоской плотноупакованной структуры (см. фиг.1).
9. На плоскую (см. фиг.5) твердую поверхность (также стол станка) укладывают материал 2, исключающий адгезию связующего вещества 3 с указанной поверхностью (например, бумагу, или полиэтилен, или текстильную ткань, или пр.).
10. На материал 2 наноситься связующее вещество 3 (также подложка), которое способно сохранять вязкое состояние в течение времени, необходимого для укладки мозаичных элементов 1, в том числе возможен нагрев связующего вещества 3 до температуры плавления.
11. На связующее вещество 3 последовательно, посредством станка, укладывают декоративные элементы по закону плоской плотноупакованной структуры (см. фиг.1), причем в зеркальном порядке по отношению к плоскости стола станка.
12. На декоративные элементы 1 наносят основу - слой связующего вещества 4 толщиной, обеспечивающей заданную цилиндрическую жесткость мозаичного изделия (получение гибкой или жесткой основы мозаичного изделия). Гибкая основа мозаичного изделия обладает цилиндрической жесткостью менее 10 кН, а жесткая основа должна обладать цилиндрической жесткостью не менее 10 кН. Возможно применение основы 4, нагретой до температуры плавления.
13. В основу 4 добавляют армирование 5.
14. Выдерживают мозаичное панно в течение времени, обеспечивающего достижение основой 4 расчетных адгезионных свойств и фиксацию декоративных элементов 1 и элементов армирования 5.
15. Шлифуется мозаичное панно для удаления материала 2 и связующего вещества 3 на глубину не более половины среднего диаметра зерна 1. При этом, варьируя величиной припуска H1, H2 и т.д. (см. фиг.6) шлифования, а следовательно и суммарной площадью элементов мозаики в единице поверхности, можно изменять яркость цвета мозаичного изделия.
Вариант 2 выполняется аналогично варианту 1, но в п. 4 перенос изображения рисунка осуществляется без проецирования, т.е. точка пространства, из которой изображение просматривалось бы без искажения, отсутствует и реализуется только масштабирование.
Вариант 3 осуществляется аналогично варианту 1, но без использования армирования в основании мозаичного изделия.
Вариант 4 осуществляется аналогично варианту 1, но без применения шлифования и выдержки мозаичного изделия до полного высыхания подложки 3. В этом варианте удаляется подложка 3 полным или частичным ее растворением до достижения затвердевания, так что лицевая поверхность мозаичного панно представляет собой выступающие сферические части мозаичных элементов 1. При этом сохраняется без изменения цвет и физико-механические свойства декоративных элементов 1 и основы 4.
Выполнение мозаичного панно без последующей шлифовки позволяет получить рельефную поверхность, которая может использоваться в качестве фрикционной поверхности. Областью применения могут быть напольные покрытия.
Вариант 5 выполняется аналогично варианту 3, но без использования армирования 5 в основе 4 мозаичного изделия.
Для изготовления мозаичного изделия используются следующие группы материалов и веществ.
1. В качестве декоративного элемента используются следующий сплошной материал в форме, близкой к сферической, без острых граней, размером от 0.1-5 мм:
- стекло и керамика,
- древесина,
- металлы и сплавы (в т.ч. драгоценные),
- натуральные природные и искуственные минералы и камни (в т.ч. с драгоценные),
- полимеры и пластики.
2. В качестве связующего вещества и основы возможно применение растворов и смесей материалов:
- двух- и многокомпонентные эпоксидные клеи и шпатлевки,
- композиционные клеи,
- любые клеи, герметики, мастики, цементы и замазки, применяемые при строительстве и в ювелирном производстве,
- мелкозернистые (пудра, порошок) цементы,
- термостойкие шпатлевки на любой основе,
- холодные эмали (шпатлевки),
- янтарь или технические смолы природные и синтетические,
- расплав полимеров, пластиков, металлов и их сплавов,
- расплав стекла.
3. В качестве армирования возможно применение следующих материалов с относительным удлинением при разрыве не более 12% и модулем упругости не менее 1 ГПа:
- металлические и синтетические сетки с прямоугольной ячейкой размерами от 5-50 мм,
- металлическая проволока или нить,
- текстильные нити (капроновые, нейлоновые, лавсановые и др.) и ткани,
- лески,
- стекловолокно, стеклоткань и отдельные волокна.
4. В качестве растворителя могут применяться: уайт-спирит, бензин, керосин, хлороформ, ацетон, толулол, метиленхлорид, спирты, слабокислые и щелочные растворы, вода.
Заявленное мозаичное изделие и способ его изготовления могут быть реализованы из известных в промышленности материалов с применением известного програмного обеспечения и оборудования. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "промышленная применимость".
Для решения задачи по снижение стоимости мозаичного изделия и увеличению скорости его изготовления, а также серийного изготовления мозаичных изделий, применяем устройство для изготовления мозаичного изделия (станок) с автоматизированной укладкой декоративных элементов.
Принцип действия станка заключается в следующем (см. фиг.7). В питатель 6 загружается зерно 1 цвета А. На столе 7 производят укладку подложки мозаичного изделия и наносят связующее вещество. Посредством перемещения кареток 8, несущих поперечную направляющую 9, вдоль продольных направляющих 10 и перемещения каретки 11, несущей насадок 12, вдоль поперечной направляющей 9, насадок 12 координируется в положение Xi, Yj. Шаговый двигатель 13 передает угловое перемещение на ось дозатора 14. Таким образом, одно зерно 1 из питателя 6 подается в трубопровод 15, в котором компрессор 16 создает движение воздуха со скоростью V по направлению к насадку 12. Поток воздуха транспортирует зерно 1 и устанавливает его с усилием в связующее вещество подложки в точку с координатами Xi, Yj. Датчик 17 регистрирует момент вылета зерна 1 из насадка 12 и дает сигнал на перемещение насадка 12 в положение с координатой Xi, Yj+1 и подачу зерна 1 соответствующего цвета В. В случае, если количество зерна 1 в питателе 6 снижается ниже заданного уровня, то датчик 18 дает сигнал о необходимости загрузки питателя 6. Управление элементами станка осуществляется с помощью ЭВМ 19.
Отличие представленной конструкции станка от известного устройства заключается в том, что статически закреплен материал с клеевым слоем, а укладка зерна осуществляется при помощи премещяющейся каретки с насадком. Каретка с насадком имеет две степени свободы и способна перемещаться по двум координатам X, Y в плоскости, параллельной плоскости стола. В устройстве-аналоге перемещается стеклянная основа с уже установленными на ее поверхности сферическими элементами мозаики. При этом динамические нагрузки способны привести к дефектам укладки мозаичных элементов и вызвать перемещение и отрыв элемента от поверхности.
Преимущество предложенной конструкции станка заключается в том, что в трубопроводе компрессор создает избыточное давление, что приводит к пневматическому ускорению зерна и создает дополнительное усилие, вдавливающее зерно в связующее вещество.
Кроме того, в данной конструкции станка предусмотрена обратная связь, т.е. датчик, расположенный на насадке, фиксирует момент вылета зерна и дает сигнал на перемещение кареток и на дозатор для подачи зерна.
Сравнение предлагаемого мозаичного изделия, способа его изготовления и устройства для изготовления мозаичного изделия с известными позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".
Заявляемая конструкция мозаичного изделия, способ его изготовления и устройство для изготовления мозаичного изделия связаны между собой единым изобретательским замыслом, т.к. позволяют решить одну задачу и приводят к достижению одного технического эффекта - позволяют расширить декоративные возможности, автоматизировав при этом технологию изготовления мозаичного изделия и упростив технологию ее монтажа для отделки поверхностей.