KR101317848B1 - 복합재료로 만들어지는 부품의 제조에 사용되는 플렉서블 멤브레인, 이를 이용한 몰딩 장치, 및 그 제조방법 - Google Patents

복합재료로 만들어지는 부품의 제조에 사용되는 플렉서블 멤브레인, 이를 이용한 몰딩 장치, 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변형 가능한 멤브레인(1), 강성부(2), 및 상기 멤브레인(1)과 강성부 사이를 진공상태로 만드는 흡입 수단(3)을 포함하되, 상기 소성변형 가능한 멤브레인(1)은 전원부(6)와 전기적으로 연결된 적어도 하나 이상의 인덕터(4)를 포함하고, 강성부는 적어도 부분적으로 전기적으로 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합재료로 제조된 부품을 제조하는 몰딩장치를 개시한다.
본 발명에 따르면, 별도의 고비용이 요구되지 않고, 쉽게 유지할 수 있으며, 복합 재료를 다양한 형상이나 크기로 제조 가능하며, 프리프레그(prepreg), 세미프레그(semipreg), 또는 드라이 타입의 강화재로 사용할 수 있다. 또한, 유독 가스의 발생을 제어할 수 있으며, 프레스, 오토클레이브(autoclave) 또는 오븐의 사용 없이 상당한 구조상의 특징을 갖는 복합 부품을 제조할 수 있다.

Description

복합재료로 만들어지는 부품의 제조에 사용되는 플렉서블 멤브레인, 이를 이용한 몰딩 장치, 및 그 제조방법{FLEXIBLE MEMBRANE FOR THE PRODUCTION OF PARTS MADE FROM COMPOSITE MATERIALS}
본 발명은 복합 재료로부터 제조된 부품의 제조에 사용되는 변형 가능한 멤브레인 및 이를 사용하는 몰딩 장치에 관한 것이다.
복합 재료(composite materials)는 적어도 두 개 이상의 혼합되지 않은 성분들(immiscible components)이 결합되어 구성된다. 그것들은 다양한 성분들이 결합되어 분리되지 않는 특징을 갖는다. 그런 이유에 의해 복합 재료들은 항공학(aeronautics)을 포함하는 산업 전분야에서 사용이 증가하고 있다.
복합 재료에 관하여 주요 관심사 중에 하나는 낮은 비용으로 모든 사이즈 및 모든 형상의 복합 재료를 제조하는 방법 및 그 장치를 구비할 수 있는가에 있다.
예를 들면, 프랑스 특허 제2890588호는 서로 움직일 수 있는 두 개의 견고한 바디 몰드(mould)를 이용하여 복합 재료를 변형하는 장치를 개시한다. 각각의 바디 몰드는 일체로 형성된 해프-필드 인덕터(half-field inductor)를 포함하여 복합재료에 열을 가할 수 있도록 구성된다. 이 장치는 가열 시간과 냉각 시간을 감소할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이 장치는 두 개의 바디 몰드가 복합 재료의 형상에 따라 특정되어야 하므로 상당한 투자가 수반하여야 한다. 더욱이, 두 개의 바디 몰드를 유지하는 것은 복잡하고 비용이 많이 드는 문제가 있다.
투자 비용을 줄이기 위하여, 프랑스 특허 제2882683호는 견고한 몰드와 카운터 몰드의 역할을 수행하는 멤브레인 및 견고한 몰드에 결합되어 유도(induction)하는 수단에 의해 열을 인가하는 시스템을 포함하는 장치를 개시한다. 이 발명에서는 다음과 같은 방법으로 수행된다.
열가소성 수지의 녹는 점까지 프리프레그(prepreg)를 가열하는 단계;
진공 영역을 가압하는 단계;
전체 디바이스를 냉각하는 단계;
그러나 이러한 방법은 특별히 정밀한 구조로 디자인된 유도 코일이 직접적으로 결합된 견고한 몰드를 사용해야 한다. 따라서 반복적으로 복합 재료의 특정 형상에 대하여 상당한 투자가 필요한 문제가 있다.
본 발명의 목적은 이러한 종래의 문제점을 개선한 복합 재료를 성형하는 장치 및 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 복합 재료로부터 만들어지는 부품을 제조하는 몰딩 장치에 관한 것으로서,
변형 가능한 멤브레인;
강성부(rigid portion); 및
상기 멤브레인과 강성부 사이를 진공 상태로 만드는 흡입 수단;을 포함하고,
상기 변형 가능한 멤브레인은 적어도 하나의 인덕터(inductor)를 포함하고, 상기 인턱터는 전원 공급 케이싱(power supply casing)과 연결되며,
상기 강성부는 적어도 일부분이 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 한다.
교류를 생성 및 공급하는 전원 공급 케이싱에 의해, 인덕터는 가변 자기장을 생성한다. 강성부 상에 멤브레인이 위치하고 그것을 가동시키는 동안, 강력한 와전류(eddy current)가 직접적으로 멤브레인과 강성부의 부분에 형성되고 매우 빠르게 열이 발생한다. 이렇게 강성부에서 발생된 열은 재료의 도전 수단뿐만 아니라 열저항체와 같은 종래 일반적인 수단들에 의해 최적의 효과(optimum output)를 갖게 되어 급격한 온도 상승을 가져온다.
동시에, 플렉서블한 멤브레인은 진공에 의해 복합 재료로 만들어진 부품과 강성부를 강하게 추력(thrust)하게 되고, 이렇게 하여, 복합 재료에 의해 만들어진 부품은 멤브레인과 강성부 사이에 압축된다. 이것은 최종 복합재료 부품이 상당한 강성(substantial rate of reinforcement)을 가지는 것을 가능하게 한다. 본 압축단계는 오토 클레이브 타입의 외부 압력과 결합함으로써 증가될 수 있다.
전도 수단에 의해 열은 복합 재료의 부품이 매우 빠르게 용융점에 이를 수 있도록 하며, 또한 이후에 복합 재료의 부품을 매우 빠르게 냉각시킬 수 있다. 이것은 부품을 생산하는 사이클 시간을 감소시키고 생산성 증진을 가져온다. 또한, 가열 스피드의 증가는 가열된 멤브레인이 마모되지 않도록 너무 오래 높은 온도에 있지 않게 할 수 있다.
이러한 가열 방법은 그것의 형상과 관계없이 효과적이고 균일하게(homogeneously) 복합 부재로부터 만들어진 부품을 가열하는 것이 가능하게 하는 뛰어난 장점이 있다. 더욱이 인덕터는 특정 부품(given part)의 기하학적인 구조로 형성되지 않고 멤브레인에 의해 복합부재로부터 만들어진 부품의 형상에 적합하게 형성될 수 있다.
또한, 이러한 가열 방법은 멤브레인으로부터 비교적 가까운 거리에 정렬된 강성부의 표면을 가열하기 때문에 매우 효과적이다. 또한, 이 장치는 변형 가능한 멤브레인이 쉽게 제조되고 강성부는 가열 시스템을 구비하지 않기 때문에 매우 경제적으고 간단하게 수행될 수 있다.
더욱이, 흡입 부재와 빠른 온도 사이클을 구비한 이 몰딩 장치는 외부 환경과 밀봉된 멤브레인 덕분에 가열하는 동안 레진(resin) 및/또는 보강재(reinforcement)에 있는 화학 물질들로부터 발생하는 유해한 공기의 배출을 제어할 수 있다. 또한, 이러한 유해 공기들은 흡입 수단에 의해 흡입되어 공기 중에 노출되기 전에 처리될 수 있다. 환경과 사용자에 관해서, 본 발명에 따른 몰딩 장치는 위생 및 안전 면에서 최적의 조건을 제공한다. 특히, 예를 들어 휘발성 유기 혼합물의 방출에 관해서는 더욱 효과적일 수 있다.
또한, 유리하게 인덕터는 적어도 하나의 유도 코일을 갖는다.
다양한 실시예에 따르면,
인덕터는 전기저항률이 10-8 내지 10-1 [Wm]인 금속으로 구성되며, 더욱 바람직하게는 본 실시예에서 인덕터는 하나 또는 다수의 얇은 와이어로 구성된다. 예를 들면, 멤브레인의 몸체에 결합된 고전도도를 갖는 구리일 수 있다. 본 실시예는 구리 와이어가 멤브레인의 유연성을 방해하지 않기 때문에 매우 단순하고 저비용이고 효과적으로 제조가 가능하다.
인덕터는 유연성 있는 관(ducts)으로 구성되며, 그 내부에는 전기적인 도전 유체가 순환된다. 본 실시예에서 관(ducts)은 멤브레인의 몸체가 직접 식각되어 형성될 수도 있고 전기적인 도전 유체는 이러한 관에 주입된 수도 있다. 전기적인 도전 유체의 예로는 액체 자석(ferrofluid)이 있다. 이러한 구성에 의하여 멤브레인은 이전의 실시예보다 더욱 유연해질 수 있고 강성부의 형상을 보다 더 수용할 수 있다.
유리하게, 멤브레인은 실리콘, 나일론, 폴리우레탄, 에폭시 복합물 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 이러한 재료는 멤브레인이 충분이 유연해져 어떤 형상이든 수용할 수 있게 한다. 반면 복합 소재로부터 만들어진 부분이 몰드되고 녹는점까지 가열되도록 가압할 수 있는 충분한 저항력을 갖게 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면,
멤브레인은 가전면(developable) 또는 비가전면(non-developable)이고, 인덕터는 멤브레인의 두께에 포함될 수 있는 코일로 형성된다.
멤브레인은 어떠한 기하학 구조의 고체(회전체(revolution solid), 볼록체(convex solid), 오목체(concave solid) 등)이고, 인덕터는 한편으로는 가열 출력(heating output )이 좋고 다른 한편으로는 중공체를 만들 수 있는 솔레노이드로 형성된다. 본 실시예에서 관형상의 멤브레인은 제조된 부품의 캐비티 내에 위치할 수 있다. 반면 강성부는 부품의 주변부에 위치할 수 있으며 더욱 바람직하게는 강성부가 캐비티 내에 위치하고 멤브레인이 부품의 주변에 위치할 수 있다.
보다 나은 실시예에 따르면, 멤브레인이 중공체로 형성된 경우에 탄성부재로 구성되어 강성부의 형상을 더 수용할 수 있도록 형성된다.
본 발명의 특정한 실시예에 따르면, 멤브레인은 전기적인 도전 입자를 더 포함하여 이러한 도전 입자가 멤브레인을 가열시킬 수 있다. 이러한 구성에 의하여 복합 소재로 만들어진 부품의 가열은 더욱 균질화(homogeneous)되는 동시에 멤브레인은 직접적으로 가열되므로 더 낮은 녹는점에서 작업을 수행할 수 있다.
유리하게, 멤브레인은 성형되는 부품의 냉각 시간을 더욱 단축하기 위하여 냉각 수단을 더 포함한다. 이러한 냉각 수단은 멤브레인의 몸체에 식각된 채널일 수 있으며, 물과 같은 냉각 유체가 순환될 수 있다. 또한, 강성부도 냉각 유체가 순환되는 관(ducts)을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면 몰딩 장치는 추가적으로 공기의 흐름이 주입된 냉각 장치를 포함한다. 예를 들면, 대류에 의해 빠르게 복합체의 온도를 낮출 수 있는 장치가 고려될 수 있다.
보다 나은 실시예에서, 강성부의 표면만이 전기 전도성을 가지며, 이러한 구성에 의하여, 강성부의 표면만이 가열되어 강성부 몸체의 불필요한 가열을 피하고 열적 관성(thermal inertia)을 감소할 수 있다.
유리하게, 강성부는 열적 절연층(thermally insulating layer)을 포함한다. 열적 절연층은 전기 전도성을 갖는 강성부 표면 하부에 배치되어 가열 장치의 효율을 증가시키고 열손실을 방지한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 강성부는 전기적인 도전 재료로 구성될 수 있고, 강성부는 전기적으로 도체 재료로 코팅될 수 있고, 강성부는 자성 재료로 구성될 수 있고, 강성부는 자성 재료로 코팅될 수 있고, 자성 재료의 사용은 열의 효율성을 증가시킨다.
유리하게, 본 발명에 따른 몰딩 장치는 밀봉 수단을 더 포함하여 흡입 수단에 의해 멤브레인과 강성부 사이가 진공상태가 될 때 멤브레인과 강성부 사이의 밀봉을 보장한다. 이와 같은 방법으로 멤브레인은 강하게 강성부를 향해 추진(thrust) 된다.
유리하게, 본 발명에 따른 몰딩 장치는 복합재료의 온도를 측정하는 열전대(thermocouples)와 전원 공급 케이싱의 주파수 서보 회로(power frequency servo circuit)를 포함한다.
유리하게, 본 발명에 따른 장치는 그것의 구성요소 중 적어도 하나에 진동 운동(vibrational movement)을 하게 하는 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 몰딩 장치는 특히 열 가소성 수지(thermoplastic), 합성 수지(synthetic), 및/또는 아마 섬유(flax), 마(hemp)와 같은 합성 및/또는 천연 섬유로 강화된 천연 열경화성 수지(natural thermosetting resins)의 성형에 적용된다. 본 발명은 가열 온도가 최적으로 제어되기 때문에 매우 특별하게 이러한 천연 복합물의 성형에도 적용될 수 있다.
일 예로 본 발명은 FR 2882682호에 의해 기술된 방법을 구현하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 이전의 실시예 중 어느 하나에 따른 몰딩 장치를 이용하여 복합 재료로부터 만들어진 부품을 몰딩하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 몰딩 장치의 강성부와 플렉서블한 멤브레인의 사이 공간에 복합 재료를 구성하는 강화제(reinforcement)와 기재(matrix)를 주입하는 단계;
멤브레인과 강성부 사이를 진공상태로 만드는 단계; 및
전원 공급 케이싱에 의해 전류가 제어된 전력과 주파수를 인덕터에 공급하는 구성을 포함하는 수행 사이클을 적용하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따라 복합재료를 생산하는 방법은 얻어진 복합 재료의 특징을 제어하기 위하여 인덕터에 인가되는 전원과 주파수의 정밀한 제어가 가능하여 복합 재료의 온도를 최적화할 수 있기 때문에 특별한 장점이 있다. 본 발명의 몰딩 방법에서 온도 조절은 인덕터에 인가되는 주파수를 제어하여 수행한다. 주파수의 조절은 가열 영역을 조절할 수 있다. 더욱이 매우 높은 주파수는 복합제의 섬유만을 가열하고 그것들은 전도성을 갖고 있어 매우 낮은 열적 관성을 갖는다. 낮은 주파수는 강성부를 가열하여 더욱 많은 열적 관성을 갖는다. 전류의 세기를 제어하는 것은 복합제의 온도 제어를 가능하게 한다. 복합 재료의 원하는 물성은 복합재료의 온도 제어를 통하여 얻을 수 있다. 반면 종래의 방법은 복합재료의 구성 성분에 인가되는 압력 또는 흐름을 제어함으로써 얻었다. 예를 들면, 본 발명에 따르면 복합 재료내의 결함 비율은 인덕터에 인가되는 주파수와 전류의 세기를 조절함으로써 제어될 수 있다.
유리하게, 본 발명의 하나 또는 수개의 단계를 더 포함한다.
수행하는 사이클 동안 멤브레인과 강성부 사이에 압력을 변화시키도록 구성하는 단계;
수행하는 사이클 동안 멤브레인에 다양한 스트레스를 인가하도록 구성하는 단계;
가변적인 온도에서 복합 재료를 냉각하는 단계;
유리하게, 전류의 주파수는 수행하는 사이클 동안 가변적이다.
유리하게, 본 방법은 전기적 도전 재료로 구성된 섬유를 포함하는 복합 재료를 수행하는 것을 가능하게 한다. 복합 재료상의 멤브레인을 설치하고 그것을 작동시키는 동안, 강력한 와전류가 전기적인 전도 섬유상에 직접 형성된다. 따라서 이러한 섬유는 직접적으로 가열된다.
유리하게, 본 발명은
온도를 상승시키기 위해 파워를 높이는 단계;
지속적인 온도를 제공하기 위해 파워를 유지하는 단계; 및
부품의 냉각시키기 위해 파워를 줄이는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 별도의 고비용이 요구되지 않고, 쉽게 유지할 수 있으며, 복합 재료를 다양한 형상이나 크기로 제조 가능하며, 프리프레그(prepreg), 세미프레그(semipreg), 또는 드라이 타입의 강화재로 사용할 수 있다. 또한, 유독 가스의 발생을 제어할 수 있으며, 프레스, 오토클레이브(autoclave) 또는 오븐의 사용 없이 상당한 구조상의 특징을 갖는 복합 부품을 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면 및 명세서에 의해 나타난다.
도 1은 멤브레인이 평면인 본 발명의 제1실시예에 따른 몰딩 장치의 단면도이고,
도 2는 도 1의 몰딩 장치의 멤브레인의 평면도이고,
도 3은 멤브레인이 관형상인 본 발명의 제2실시예에 따른 몰딩 장치의 개략적인 측면도이고,
도 4는 도 3의 멤브레인의 개략적인 측면도이고,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 몰딩 장치의 개략적인 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰딩 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1과 도 2의 장치는 복합재료로 만들어진 곡선 부품(curved part)의 제조를 나타낸다. 복합재료는 천연 섬유로 강화된 직물을 사용하여 제조된다.
본 장치는 플렉서블한 멤브레인(membrane, 1), 강성부(rigid portion, 2), 펌프와 같은 흡입 부재(3)를 포함한다.
플렉서블한 멤브레인(1)은 실리콘으로 구성되며 예를 들면, 약 5mm의 두께를 가질 수 있다. 이러한 멤브레인(1)은 구리 케이블이 권선형 코일로 형성되어 멤브레인의 평면에 포함된 인덕터(4)를 포함한다. 구리 케이블은 직경이 약 2mm이고 전도도가 59.6x108 [S/m]인 다수의 와이어로 구성된다. 인덕터(4)는 멤브레인의 외부에서 교류 발생기(6)와 연결되어 있다. 또한, 멤브레인(1)은 코일 형상으로 형성되고 물과 같은 냉각 유체가 흐르는 채널(5)을 더 포함한다.
강성부(2)는 복합재료로부터 만들어진 부품의 원하는 형상에 대응되는 요철(reliefs)을 갖는 상면(7)을 포함한다. 강성부(2)는 전기적인 도전층(8)으로 코팅되며, 도전층(8)은 철과 같은 재료로 구성되어 멤브레인에 의해 생산된 가변적인 자기장의 영향에 의해 가열될 수 있다. 이러한 도전층(가열층, 8)은 열손실을 방지하기 위하여 절연층(9)에 위치한다. 본 발명의 실시예에서 절연층(9)은 세라믹으로 구성된다.
본 발명에 따른 몰딩 장치는 흡입 부재가 강성부에 대해 멤브레인을 추력(thrust)할 때 멤브레인과 강성부 사이를 밀봉할 수 있는 밀봉 수단(10)을 더 포함한다.
도 3과 도 4의 장치는 멤브레인(1)과 성형되기 위해 위치된 직물(11) 형상 사이에 위치된 고정부(fixed portion, 2)를 더 포함한다. 본 장치는 흡입 부재(3)와 교류 발생기(6)를 더 포함한다.
멤브레인은 관(tubular)형상이고 솔레노이드로 구성된 인덕터(4)를 포함한다.
도 5와 6은 교류 발생기 및 고정부(2)와 연결된 인덕터를 구비하는 플렉서블 멤브레인(1)을 포함한다. 본 몰딩 장치에서 다수의 프리프레그 홀드(prepreg folds)로 구성된 기재(11)에 위치한다. 멤브레인(1)과 기재(11) 사이에는 다수의 소비재(consumables, 12, 13)가 위치한다. 이러한 소비재(12, 13)는 사용된 프리프레그와 그것들의 녹는점에 따라 다른 성질(nature)을 가질 수 있다.
도 5의 예시에서는 소비재(12)가 미세 구멍이 있는 세퍼레이터 필름(a micro-perforated separator film)으로 구성되어 복합재 부품의 표면 조건을 제공하고 마이크로 홀을 통하여 잉여의 레진이 크리프(creep)되도록 한다. 소비재(13)는 가열시 크리프(creep)되고 흡입 부재의 가동에 의해 상측으로 이동하는 잉여 레진을 흡수할 수 있는 배수 펠트(drainage felt)로 구성될 수 있다. 이러한 배수 펠트(drainage felt)는 진공 상태에서 위치의 균질성(the homogeneity of the placing)이 보장된다. 박리 직물(a delamination fabric)과 같은 제3의 소비재가 더 추가될 수도 있다: 박리 직물(a delamination fabric)은 연속적으로 진행되는 접착공정(a possible gluing subsequently occurring) 동안 부착력을 증가시키기 위하여 복합소재의 표면 거칠기를 증가시킨다.
도 6에 예시된 실시예에서, 매스틱 실런트(a mastic sealant, 14)는 장치의 외측에 장착된다. 이것은 진공 필름(vacuum film) 또는 플렉서블 멤브레인(15)에 의해 적층 구조를 압축할 수 있다. 이런 형태에서, 유도 멤브레인(inductive membrane, 1)은 일부가 부분적으로 전기적 전도성을 가지고 있다면 가열 시스템으로 사용되고 기구 또는 층상의 부재(15)의 온도를 상승시킨다. 이러한 진공 멤브레인(vacuum membrane)은 진공상태로 될 때 몰딩 기구의 형상을 수용할 수 있도록 탄성 부재로 제조될 수 있다.
도1 내지 도6 중 어느 하나의 몰딩 장치에 의해 복합 재료로부터 만들어진 부품을 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 이형제(release agent)가 강성부 상에 형성된다. 그리고 성형되는 프리프레그가 강성부 상에 위치한다. 또한, 혼합물(mixture), 코팅(coating), 초킹(chalking), 코-믹싱(co-mixing)된 형태의 세미프레그(semipreg) 또는 열가소성 필름이 사용될 수 있다. 상기 열가소성 재료는 폴리에틸에테르케톤(polyethylethercetone), 폴리 페닐렌 설폰(poly phenylene sulfone), 폴리에틸렌(polyethylene), 또는 폴리라틱(polylactic), 폴리하이드록시부티레이트 에시드(polyhydroxybutyrate acid) 타입의 바이오폴리머 (biopolymers) 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
프리프레드의 강화 폴드(reinforcement folds)는 원하는 방향을 따라 위치한다. 폴드의 방향은 미리 정의된 기계적인 특징을 따라 선택된다.
다양한 소비재는 하기 열거된 종류로 프리프레그에 장착된다: 박리 직물(delamination fabric), 세퍼레이트 필름(separator film), 흡수 직물(absorbing fabric), 드레인(drain). 그러나 어떤 소비재들은 필수적이지 않고 원하는 특징에 따라 제거하여야 한다. 사용된 소비재는 가열시 분해되지 않도록 프리프레그 보다 높은 분해온도를 가져야 한다.
플렉서블 멤브레인은 매스틱 실런트 또는 다른 적합한 밀봉 수단의 장착을 통해 실행되는 유닛에 위치된다.
충분한 진공은 흡입 부재에 의해 적용된다. 가해질 수 있는 진공은 적어도 0.5 [bars]의 진공이다. 멤브레인과 강성부 사이에 진공을 갖기 위하여 진공의 흡수(uptake)가 필요하다. 후자는 하나 또는 다수의 진공 아웃풋(vacuum outputs)이 사용되는 멤브레인 상에 위치되거나 몰드에 위치하는 하나 또는 다수의 구멍(orifices)에 위치될 수 있다.
발생기는 교류를 생산하여 인덕터에 의해 자기장을 생성할 수 있도록 한다. 이러한 자기장에 의하여 강성부 가열과 생성된 열은 전도에 의해 프리프레그로 이동한다. 녹는점에서 프리프레그는 액화되고 동시에 강성부를 밀봉(envelope)한다.
가열된 프리프레그는 강성부 상의 플렉서블 멤브레인에 의해 생성된 힘이 유지되어 강성부 상에 복합재료 부품으로 형성된다.
프리프레그는 장치의 상부에 환기된 공기의 순환 시스템을 통해 정해진 온도로 냉각된다. 이때 정해진 온도는 일예로 약 60도로 정해질 수 있다. 본 단계는 최종적으로 복합제 부품의 구조 및 치수 상의 특징뿐 아니라 최종적인 외관을 형성하게 된다.
복합 재료로부터 제조된 부품을 생산하는 방법은 본 발명에 따른 몰딩 장치에 의해 촉진된다. 일 예로, 본 발명에 따른 몰딩 장치에 의해 탄소 섬유에 의해 강화된 폴리아미드로 제조된 프리프레그의 4개의 폴드(fold)를 사용한 복합재료로부터 만들어진 부품의 수행은 약 250도에서 약 3분간 지속되고, 발생기에 의해 2000W의 전력과 20KHz의 주파수가 공급된다.
1: 멤브레인 2: 강성부
3: 흡입 부재 4: 인덕터
5: 채널 6: 교류발생기
7: 강성부 상면 8: 도전층
9: 절연층 10: 밀봉 수단

Claims (20)

  1. 복합재를 성형하기 위한 몰딩장치에 있어서,
    변형 가능한 멤브레인(1);
    강성부(2); 및
    상기 멤브레인(1)과 상기 강성부 사이를 진공상태로 만드는 흡입 수단(3);을 포함하되,
    상기 변형 가능한 멤브레인(1)은 전원 케이싱(6)과 전기적으로 연결된 적어도 하나 이상의 인덕터(4)를 포함하고,
    상기 강성부(2)는 적어도 일부분이 전기적으로 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터(4)는 전기저항률이 10-8 내지 10-1 [Ω.m]인 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터(4)는 내부에 전기 전도성을 갖는 유체가 순환하는 플렉서블한 관(ducts)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인(1)은 불가전면(non-developable surface)을 갖고,
    상기 인덕터(4)는 상기 멤브레인의 두께에 포함되는 코일인 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인(1)은 관(tubular) 형상이고, 상기 인덕터(4)는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인(1)은 탄성부재인 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인(1)은 전기 전도성을 갖는 입자, 자성액체, 전기 전도성을 갖는 유체 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인은 냉각 수단(5)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 강성부(2)의 표면(7,8)은 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 강성부는 전기 전도성을 갖는 상기 강성부의 표면에 배열된 절연층(9)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 강성부(2)는 자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 강성부는 자성체가 코팅된 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 수단(3)이 진공을 형성할 때, 상기 멤브레인(1)과 강성부(2)를 밀봉하는 실링 수단(14)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복합재료의 온도를 측정하는 열전대(thermocouples)와 상기 복합재료의 온도에 따라 상기 전원 케이싱을 제어하는 전원 주파수 변환 회로(power frequency servo circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  15. 제1항에 있어서,
    몰딩장치의 구성요소 중 적어도 어느 하나에 진동을 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 몰딩 장치를 이용한 복합재 성형방법에 있어서,
    상기 몰딩 장치의 강성부와 플렉서블한 멤브레인 사이 공간에 복합 재료를 구성하는 강화제와 기재를 주입하는 단계;
    상기 멤브레인과 강성부 사이에 진공을 만드는 단계;
    상기 인덕터에 전원 수단을 공급하는 것을 포함하는 수행 사이클을 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수행 사이클 동안 상기 멤브레인과 강성부 사이에 압력을 변화시키는 단계를 포함하는 성형방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 수행 사이클 동안 상기 멤브레인에 가변적인 스트레스(stress)를 인가하는 단계를 포함하는 성형방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 수행 사이클 동안 전류의 주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 성형방법.
  20. 제16항에 있어서,
    온도를 가변하여 상기 복합재료를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형방법.
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