мозаичное изделие, способ его изготовления и устройство для изготовления мозаичного изделия

Формула изобретения

1. Мозаичное изделие, содержащее элементы мозаики камнеподобных материалов, имеющие в плане форму круга и соединенные посредством связующего вещества, отличающееся тем, что элементы образуют регулярную плотно упакованную структуру и диаметр сферического элемента мозаики составляет от 0,1-5 мм.

2. Мозаичное изделие, выполненное по п.1, отличающееся тем, что в качестве связующего вещества используют материал толщиной, обеспечивающей цилиндрическую жесткость после затвердевания не менее 10 кН (жесткая основа), такой как цементный раствор, или строительный клей, или шпатлевки, или расплав полимеров, или расплав пластиков, или расплав стекла, или расплав металлов и их сплавов, или природные и синтетические смолы.

3. Мозаичное изделие, выполненное по п.2, отличающееся тем, что в связующее вещество добавляют в качестве армирования сетку с прямоугольной ячейкой размерами от 5-50 мм или нити, или отдельные волокна, или проволоку, или ткань из материала с относительным удлинением при разрыве не более 12% и модулем упругости не менее 1 ГПа.

4. Мозаичное изделие, выполненное по п.1, отличающееся тем, что в качестве связующего вещества используют материал толщиной, обеспечивающей цилиндрическую жесткость после затвердевания менее 10 кН (гибкая основа), такой как природные или синтетические смолы, или строительные герметики, или строительный клей, или расплав полимеров, или расплав пластиков, или расплав металлов и их сплавов.

5. Мозаичное изделие, выполненное по п.4, отличающееся тем, что в связующее вещество добавляют в качестве армирования сетку с прямоугольной ячейкой размерами от 5-50 мм или нити, или отдельные волокна, или проволоку, или ткань из материала с относительным удлинением при разрыве не более 12% и модулем упругости не менее 1 ГПа.

6. Мозаичное изделие, выполненное по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что в качестве элементов мозаики используют натуральный камень, или стекло, или керамику, или древесину, или металлы и их сплавы, или полимеры и пластики, или их комбинации.

7. Мозаичное изделие, выполненное по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что лицевую поверхность изделия шлифуют.

8. Мозаичное изделие, выполненное по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что лицевая поверхность представляет собой выступающие сферические части мозаичных элементов.

9. Способ изготовления мозаичного изделия, включающий закрепление на клеевой подложке камнеподобных материалов посредством связующего вещества, отличающийся тем, что моделируют средствами ЭВМ монтажную поверхность для мозаичного изделия, проецируют и масштабируют изображение, разбивают его на элементы, осуществляют развертку и аппроксимируют цвета для каждого элемента по предварительно проведенному цветовому анализу декоративных материалов, производят укладку декоративных элементов сферической формы, при этом реализуют формирование регулярной плотно упакованной структуры, а поверх уложенных по определенному тематическому замыслу декоративных элементов наносят связующее вещество, после затвердевания которого удаляют клеевую подложку.

10. Способ, выполненный по п.9, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества наносят слой, толщина которого обеспечивает цилиндрическую жесткость после затвердевания не менее 10 кН (жесткая основа), такой как цементный раствор, или строительный клей, или расплав полимеров, или расплав пластиков, или расплав стекла, или расплав металлов и их сплавов, или природных и синтетических смол.

11. Способ, выполненный по п.10, отличающийся тем, что в связующее вещество добавляют в качестве армирования сетку с прямоугольной ячейкой размерами от 5-50 мм или нити, или отдельные волокна, или проволоку, или ткань из материала с относительным удлинением при разрыве не более 12% и модулем упругости не менее 1 ГПа.

12. Способ, выполненный по п.9, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества наносят слой, толщина которого обеспечивает цилиндрическую жесткость после затвердевания менее 10 кН (гибкая основа), такой как природные и синтетические смолы, или строительные герметики, или строительный клей, или расплав полимеров, или расплав пластиков, или расплав металлов и их сплавов.

13. Способ, выполненный по п.12, отличающийся тем, что в связующее вещество добавляют в качестве армирования сетку с прямоугольной ячейкой размерами от 5-50 мм или нити, или отдельные волокна, или проволоку, или ткань из материала с относительным удлинением при разрыве не более 12% и модулем упругости не менее 1 ГПа.

14. Способ, выполненный по одному из пп.9-13, отличающийся тем, что в качестве элементов мозаики используют натуральный камень, или стекло, или керамику, или древесину, или металлы и их сплавы, или пластики, или их комбинации.

15. Способ, выполненный по одному из пп.9-13, отличающийся тем, что лицевую поверхность изделия шлифуют, при этом яркость изображения варьируют за счет изменения глубины шлифования.

16. Способ, выполненный по одному из пп.9-13, отличающийся тем, что в качестве связующего используют материал, нагретый до температуры плавления, но при этом температура плавления материала армирования должна быть выше.

17. Способ, выполненный по одному из пп.9-13, отличающийся тем, что клеевую подложку удаляют ее полным или частичным растворением, при этом не изменяя цвета и физико-механических свойств декоративных элементов и связующего вещества, так, что лицевая поверхность представляет собой выступающие сферические части мозаичных элементов.

18. Устройство для автоматизированной укладки декоративных элементов, содержащее питатели с зерном разного цвета, шаговые двигатели управления дозаторов подачи зерна в трубопровод, насадок для укладки зерна, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества фиксации зерна, на клеевой подложке применяется компрессор, создающий избыточное давление в трубопроводе и придающий пневматическое ускорение зерну, устройство имеет неподвижный стол, а перемещение осуществляет насадок с помощью кареток и направляющих продольного и поперечного перемещения, применяются датчики обратной связи для определения момента вылета зерна из насадка и для определения падения уровня зерна в питателе ниже заданного значения,

Описание изобретения к патенту

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.