KR101440935B1 - 복합재 제작 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 최종 대상물의 형상에 대응되어 그 내부에 적층되는 복합재를 수용하여, 상기 복합재를 가열 및 가압하는 복합재 제작 몰드부; 상기 복합재 제작 몰드부에 압력을 제공하여, 상기 복합재를 가압하는 유압부; 및 상기 복합재 제작 몰드부의 가열 및 가압, 유압부를 제어하는 제어부;를 포함하는, 복합재 제작 장치를 제공한다.

Description

복합재 제작 장치{APPARATUS OF MANUFACTURING COMPOSITE PRODUCT}

본 발명은 복합재 제작 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 전용 가열 용기인 복합재 제작 몰드부를 이용하여 딱딱한 프리프레그를 유연하게 만들어서 블레이드 형상으로 적층하고 온도와 압력을 가해 줄 수 있어서, 종래 기술과 같이 보이드 또는 링클이 생기지 않아, 고품질의 복합재 블레이드를 제작하는 것이 가능하고, 나아가 전용 장비를 통해서 공정을 획기적으로 단축시키는 것이 가능한 복합재 제작 장치에 관한 것이다.

종래 복합재로 된 블레이드를 제작하기 위해서는, 오븐(Oven) 또는 오토클레이브(autoclave)를 이용하여 경화 방식을 일반적으로 사용하였다.

그 예로서, 대한민국 공개특허공보 제2012-0057513호(2012.06.05)를 들 수 있다. 해당 문헌에서는, "성형실에 가열수단이나 기체(공기 등) 순환수단을 설치함이 없이, 복잡한 단면 형상을 갖는 성형품(복합재료)에 대해 고르게 큰 열량공급을 행할 수 있음과 아울러 성형을 위한 압력, 온도의 제어가 용이하고, 경화 시간을 대폭으로 단축할 수 있는 효율이 좋은 복합재료의 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 그 해결 수단으로, 섬유 기재와 매트릭스에 의해 형성된 복합재료를 진공백에 수납하여 성형실에 설치하고, 복합재료에 필요한 소정 온도의 포화 수증기를 성형실에 공급하여, 성형실 내를 복합재료에 필요하게 되는 소정 온도와 소정 압력으로 유지하도록 제어하여 경화공정을 행한다.

다시 말해, 종래 복합재 블레이드를 성형하는 기술은, 오토클레이브 또는 오븐에 블레이드를 넣고 고온 가압하는 기술로서, 수동가압 후 블레이드를 분리, 다시 오븐에 넣고 가열 후에 탈착한 후 단면의 불어진 면을 정리하는 커팅의 단계를 거쳐야 한다. 이 경우, 각 공정마다 주어진 조건에서 일일이 입력하여 생산하기 때문에 생산시간이 빠르지 않다는 문제점을 갖고 있었다.

블레이드 적층/가압공정에서는 블레이드를 구성하는 프리프레그라고 불리는 복합재와 레진으로 구성된 재료를 블레이드 형상으로 쌓게 된다. 종래 기술에서는 자체가열이 안되기 때문에 프리프레그가 딱딱하여 블레이드 형상을 만들기가 어렵고, 블레이드는 복합재료와 레진(본드)으로 구성되어 있기 때문에 가압하는 과정에서 기포가 발생하게 되고 그 상태로 굳으면 보이드(void)라는 구멍과 링클(wrinikle)이라고 불리는 주름이 생성되어 품질에 지장을 받을 수 있다.

최근, 이와 같이 종래 복합재 블레이드 제작 공정에서의 문제점을 해결할 필요성이 대두되고 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2012-0057513호(2012.06.05), 오토클레이브 성형방법 및 오토클레이브 성형장치(Autoclave Molding Method and Autoclave Molding Apparatus)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명은 전용 가열 용기인 복합재 제작 몰드부를 이용하여 딱딱한 프리프레그를 유연하게 만들어서 블레이드 형상으로 적층하고 온도와 압력을 가해 줄 수 있어서, 종래 기술과 같이 보이드 또는 링클이 생기지 않아, 고품질의 복합재 블레이드를 제작하는 것이 가능하고, 나아가 전용 장비를 통해서 공정을 획기적으로 단축시키는 것이 가능한 복합재 제작 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합재 제작 장치는, 최종 대상물의 형상에 대응되어 그 내부에 적층되는 복합재를 수용하여, 상기 복합재를 가열 및 가압하는 복합재 제작 몰드부; 상기 복합재 제작 몰드부에 압력을 제공하여, 상기 복합재를 가압하는 유압부; 및 상기 복합재 제작 몰드부의 가열 및 가압, 유압부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

또한, 상기 최종 대상물은 날개 구조물일 수 있다.

또한, 상기 복합재 제작 몰드부는, 상부 유로 입구 및 상부 유로 출구를 포함하는 상부 유로와, 하부 유로 입구와 하부 유로 출구를 포함하는 하부 유로로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유로를 통해 흐르는 오일의 온도를 측정하는 유로 오일 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부가, 상기 유로를 통해 흐르는 오일의 온도를 제어함으로써, 상기 복합재 제작 몰드부를 가열, 온도 유지 및 냉각할 수 있다.

또한, 상기 복합재 제작 몰드부의 내부 온도를 측정하는 복합재 제작 몰드부 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 가열 속도, 복합재 경화 온도, 복합재 경화 시간, 냉각 속도 중 어느 하나 이상을 제어할 수 있다.

또한, 상기 복합재 제작 몰드부는 상기 최종 대상물의 형상에 따라 별도로 제작되어 상기 복합재 제작 장치에 착탈될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 유압부는, 유압 소스, 유로, 매니폴드로 이루어진다.

본 발명에 따른 복합재 제작 장치에 의하면,

첫째, 전용 가열 용기인 복합재 제작 몰드부를 이용하여 딱딱한 프리프레그를 유연하게 만들어서 블레이드 형상으로 적층하고 온도와 압력을 가해 줄 수 있어서, 종래 기술과 같이 보이드 또는 링클이 생기지 않는 장점을 갖고 있다.

둘째, 보이드 또는 링클이 생기지 않아서 고품질의 복합재 제품(복합재 블레이드)를 제작하는 것이 가능하다.

셋째, 복합재 제작 장치라는 전용 장비를 통해서 공정을 획기적으로 단축시키는 것이 가능하다.

넷째, 공정의 획기적인 단축을 통해서 제조 단가를 낮추는 등의 경제적인 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치를 시제작한 장치를 촬영한 사진,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치의 형상을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치와 종래 기술의 적층 가압 공정의 차이를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치와 종래 기술의 경화 공정의 차이를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치(도 6b)와 종래 기술(도 6a)의 품질을 대비한 도면,
도 7은 복합재 제작 몰드부 내 유로 흐름을 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치를 시제작한 장치를 촬영한 사진, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치의 형상을 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치와 종래 기술의 적층 가압 공정의 차이를 나타낸 도면, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치와 종래 기술의 경화 공정의 차이를 나타낸 도면, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 제작 장치와 종래 기술의 품질을 대비한 도면, 도 7은 복합재 제작 몰드부 내 유로 흐름을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 복합재 제작 장치(100)는, 복합재 제작 몰드부(10)와, 유압부(20)와, 제어부(30)를 포함한다. 본 발명에 따른 복합재 제작 장치(100)의 시제작한 장치를 촬영한 사진이 도 2에 있으며, 도 3은 복합재 제작 장치(30)의 형상을 나타낸 도면이다.

여기서, 복합재 제작 몰드부(10)는, 최종 대상물의 형상에 대응되어 그 내부에 적층되는 복합재를 수용하여, 상기 복합재를 가열 및 가압하는 구성요소이고, 제어부(30)는 복합재 제작 몰드부(10)의 가열 및 가압, 유압부를 제어하는 구성요소이다.

여기서 언급하는 복합재라는 것은, 종류가 다른 재료를 짝지우는 것으로서, 단독의 재료로는 얻을 수 없는 특성을 지니게 한 소재로서, 현존하는 다양한 복합재를 망라하는 표현으로 인식되어야 한다. 따라서, 특정 복합재로 한정 또는 제한되는 것은 아니다.

또한, 최종 대상물은 블레이드를 포함하여 날개 구조물일 수 있으며, 특히 로터 블레이드(tail rotor blade) 또는 복합재 블레이드일 수 있다.

여기서, 상기 복합재 제작 몰드부는, 도 7(복합재 제작 몰드부(10) 내 유로 형상과 유로 형상만을 따로 도시한 도면임)에 도시된 바와 같이, 상부 유로 입구 및 상부 유로 출구를 포함하는 상부 유로와, 하부 유로 입구와 하부 유로 출구를 포함하는 하부 유로로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같은 유로를 흐르는 매체는 오일인 것이 일반적이며, 이 오일을 가열, 온도 유지, 냉각 등을 함으로써, 복합재 제작 몰드부(10)를 온도 제어할 수 있게 된다.

이 경우, 복합재 제작 몰드부(10) 내의 유로를 통해 흐르는 오일의 온도를 측정하는 유로 오일 온도 센서를 더 포함하고, 제어부(30)가, 상기 유로를 통해 흐르는 오일의 온도를 제어함으로써, 상기 복합재 제작 몰드부(10)를 가열, 온도 유지 및 냉각할 수 있다.

한편, 상기 복합재 제작 몰드부의 내부 온도를 측정하는 복합재 제작 몰드부 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 가열 속도, 복합재 경화 온도, 복합재 경화 시간, 냉각 속도 중 어느 하나 이상을 제어할 수 있다.

제어부(30)에서 설정되어 있거나, 사용자 조작에 따라 지정된 온도 프로그램에 따라서 동작을 하게 되며, 이 경우, 유로 오일 온도 센서와 복합재 제작 몰드부 온도 센서를 이용하여 복합재 제작 몰드부(30)를 온도 제어하는 것이 가능하다.

또한, 상기 복합재 제작 몰드부(10)는 상기 최종 대상물의 형상에 따라 별도로 제작되어 상기 복합재 제작 장치(100)에 착탈될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 함으로써, 다양한 형상의 최종 대상물(예 : 각종 로터 블레이드 등)에 대응되는 해당 복합재 제작 몰드부(10)를 복합재 제작 장치에 설치하는 것이 가능하다.

복합재 제작 몰드부(10)의 착탈을 위해서 일반적으로 사용될 수 있는 착탈 및 설치 이후 흔들림이나 이탈이 없도록 하는 고정부가 필요하며, 공지의 기술을 사용하는 것이 가능하므로, 그 설명을 생략하기로 한다.

한편, 유압부(20)는, 복합재 제작 몰드부(10)에 압력을 제공하여, 상기 복합재를 가압하는 구성요소이다. 이와 같은 유압부(30)는, 유압 파워 소스(유압 파워 유닛), 유로(流路), 매니폴드(manifold) 등로 이루어진다.

다음으로, 본 발명에 따른 복합재 제작 장치(100)와 종래 기술의 적층 가압 공정의 차이를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서는 복합재를 적층(lay-up)하고, 오토 클레이브로 이동 후 가압(compaction)을 하고, 레이업 룸으로 이동하여 트리밍(trimming) 작업을 하고, 전체 단계를 3-4회 반복함으로써 복합재 제작 공정이 전체적으로 비효율적인데 반해, 본 발명에 따른 복합재 제작 장치(100)는 자체가열, 자체가압이 가능하고, 효율적인 레이업으로 내부 결함 발생 요인이 최소화되며, 효과적인 가압(compaction)으로 종래 기술에서 자주 보이던 보이드 또는 링클 등의 결함요인을 최소화하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명에 따른 복합재 제작 장치(100)와 종래 기술의 경화 공정의 차이를 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래 기술은 레이업 공정 이후 오븐으로 이동하여 가열을 통해서 성형하는데 반해서, 본 발명에 따른 복합재 제작 장치는 레이업한 이후 그 자리에서 자체 성형을 통한 경화가 가능하게 된다.

그 결과, 종래 기술은 몰드의 예열이 불가능하여 적층 공정의 효율 저하를 초래하고, 본 발명은 몰드의 예열이 가능하여 적층 공정의 효율을 제고하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명에 따른 복합재 제작 장치(100)와 종래 기술의 품질의 차이를 살펴보면, 종래 기술은, 도 6a에 도시된 바와 같이, 오븐은 간접 가열 방식으로 통상적 승온 시 부위별로 온도 편차를 보여서, 불균일한 경화 품질의 가능성을 갖는데 반해서, 본 발명은 도 6b에 도시된 바와 가팅, 직접 가열 방식으로 몰드의 전반적인 부위에서 온도의 균일성을 나타내어, 경화 품질이 매우 양호하고, 승온 및 냉각 조절이 용이하므로, 최적의 경화 상태를 나타낸다.

앞에서 설명한 바와 같이, 종래 기술은 간단하게 설명하면 전기밥통과 같은 오토클레이브에 복합재를 집어 넣어서 가열 가압하는 것이라면, 본 발명에 따라 개선된 복합재 제작 장치는 복합재 재료에 딱 맞는 풀빵이나 호두과자 제조 장치와 같이 비유될 수 있다. 이를 통해서, 종래 기술과 같이 보이드 또는 링클이 생기지 않는 장점을 갖고 있으며, 고품질의 복합재 제품(복합재 블레이드)를 제작하는 것이 가능하고, 복합재 제작 장치라는 전용 장비를 통해서 공정을 획기적으로 단축시키는 것이 가능하여, 제조 단가를 낮추는 등의 경제적인 효과를 갖는다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10...복합재 몰드 제작부
20...유압부
30...제어부
100...복합재 제작 장치

Claims (7)

1. 최종 대상물의 형상에 대응되어 그 내부에 적층되는 복합재를 수용하여, 상기 복합재를 가열 및 가압하는 복합재 제작 몰드부;
   상기 복합재 제작 몰드부에 압력을 제공하여, 상기 복합재를 가압하는 유압부; 및
   상기 복합재 제작 몰드부의 가열 및 가압, 유압부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
   상기 유압부는, 유압 소스, 유로, 매니폴드로 이루어진, 복합재 제작 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 최종 대상물은 날개 구조물인 것을 특징으로 하는, 복합재 제작 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합재 제작 몰드부는, 상부 유로 입구 및 상부 유로 출구를 포함하는 상부 유로와, 하부 유로 입구와 하부 유로 출구를 포함하는 하부 유로로 이루어진, 복합재 제작 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 유로를 통해 흐르는 오일의 온도를 측정하는 유로 오일 온도 센서를 더 포함하고,
   상기 제어부가, 상기 유로를 통해 흐르는 오일의 온도를 제어함으로써, 상기 복합재 제작 몰드부를 가열, 온도 유지 및 냉각하는, 복합재 제작 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 복합재 제작 몰드부의 내부 온도를 측정하는 복합재 제작 몰드부 온도 센서를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 가열 속도, 복합재 경화 온도, 복합재 경화 시간, 냉각 속도 중 어느 하나 이상을 제어하는, 복합재 제작 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합재 제작 몰드부는 상기 최종 대상물의 형상에 따라 별도로 제작되어 상기 복합재 제작 장치에 착탈될 수 있도록 하는, 복합재 제작 장치.
   
7. 삭제

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