KR101513554B1 - 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나선형 와이어를 이용하여 3차원 격자 트러스 구조체를 연속으로 제조하는 방법 및 제조장치에 관한 것으로, 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 가지며 제1축, 제2축 및 제5축의 제1 교차점과, 제3축, 제4축 및 제5축의 제2 교차점과, 제1축, 제3축 및 제6축의 제3 교차점과, 제2축, 제4축 및 제6축의 제4 교차점을 갖는 6방향의 연속된 와이어군으로 이루어지는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법으로써, (a) 제1축 내지 제4축 방향으로 복수의 면외 와이어를 삽입하는 단계; (b) 제5축(x축) 및 제6축(y축) 방향으로 복수의 면내 와이어를 삽입하는 단계; 및 (c) 상기 단계에서 형성된 구조체를 z축 아래 방향으로 일정 거리만큼 이동시키는 단계;를 포함하여, 나선형 와이어를 면내 방향과 면외 방향에 연속적으로 동시에 삽입함으로써, 공정이 단순하고 대량 생산이 유리하고 또한, 상기 제조방법에 따라 제조된 3차원 격자 트러스 구조체는 각주 형상을 가지며 측면 경계가 일정하여 외관 디자인과 기계적 강도가 우수하다.

Description

나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체의 제조방법 및 제조장치{METHOD AND APPARATUS FOR ASSEMBLING A THREE-DIMENSIONAL LATTICE TRUSS STRUCTURE USING HELICAL WIRES}

본 발명은 3차원 격자 트러스 구조체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 특히 나선형 와이어를 이용하여 3차원 격자 트러스 구조체를 연속으로 제조하는 방법 및 제조장치에 관한 것이다.

종래에는 경량 구조재로 발포 금속(metal foam)이 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 이러한 발포 금속을 대체하는 소재로서 주기적인 트러스 구조를 갖는 개방형 경량 구조체가 개발되고 있다. 이러한 개방형 경량 구조체는 정밀한 수학적 및 역학적 계산을 통해 최적의 강도 및 강성도를 갖도록 설계된 트러스 구조로 이루어지기 때문에 기계적 물성이 우수하다.

이러한 트러스 구조는 정사면체와 정팔면체가 조합된 형태의 옥테트 트러스가 가장 일반적이다(R. Buckminster Fuller, 1961, US Patent 2,986,241). 옥테트 트러스는 트러스의 각 요소가 서로 정삼각형을 이루고 있어 강도와 강성도 면에서 우수하다.

또한, 최근에는 옥테트 트러스를 변형한 카고메(Kagome) 트러스 구조가 알려져 있다(S.Hyun, A.M.Karlsson, S.Torquato, A.G.Evans, 2003. Int. J. of Solids and Structures, Vol.40, pp.6989~6998). 동일한 단면적을 갖는 가늘고 긴 부재로 트러스를 구성하고 트러스를 구성하는 전체 부재의 길이가 같은 경우, 카고메 트러스를 구성하는 트러스 요소의 길이가 옥테트 트러스를 구성하는 트러스 요소의 1/2에 불과하여 트러스가 파단하는 주요 원인인 좌굴이 보다 효과적으로 억제되고, 좌굴이 일어나더라도 그 붕괴 과정이 훨씬 안정적이다. 참고적으로 도 1에는 이러한 3차원 카고메 트러스 구조체를 도시하였다.

한편, 트러스 형태의 다공질 경량 구조체를 제조하는 방법으로 다음과 같은 방법들이 알려져 있다.

일례로서, 수지로 트러스 구조를 만들고, 이것을 주형으로 하여 금속을 주조하여 제조하는 방법이 알려져 있다(S. Chiras, D.R. Mumm, N. Wicks, A.G. Evans, J.W. Hutchinson, K. Dharmasena, H.N.G. Wadley, S. Fichter, 2002, International Journal of Solids and Structures, Vol.39, pp.4093~4115). 이 방법은 제조공정이 복잡하여 고가의 비용이 소요되고, 주조성이 우수한 금속의 경우에만 제조가 가능하기 때문에 적용범위가 협소할 뿐만 아니라 그 결과물은 주조 조직의 특성상 결함이 많고 강도가 부족한 경향이 있다.

다른 예로서, 얇은 금속판에 주기적인 구멍을 뚤어 그물 형태로 만들고, 이를 절곡하여 트러스 중간층을 구성한 후 상부와 하부에 면판을 각각 부착하는 방법이 알려져 있다(D.J. Sypeck and H.N.G. Wadley, 2002, Advanced Engineering Materials, Vol.4, pp.759~764). 이 방법은 2층 이상의 다층 구조로 만들고자 할 때에는 상부 면판위에 상술한 바와 같이 절곡하여 제조된 트러스 중간층을 부착하고, 그 위에 면판을 재차 부착하는 방법을 사용한다. 그리하여 ?은 금속판에 구멍을 뚫는 과정에서 재료의 손실이 많고, 또한 트러스 중간층을 다층으로 구성하면 접합부가 지나치게 많아져 접합 비용과 강도면에서 불리한 단점이 있다.

또 다른 예로, 수직한 두 방향의 와이어로 그물 형태의 망을 직조하고, 이것을 적층하여 접합하는 방법이 알려져 있다(D.J. Sypeck and H.G.N. Wadley, 2001, J. Mater. Res., Vol.16, pp.890~897). 이 방법도 트러스가 기본적으로 정사면체나 피라미드와 같은 이상적인 구조가 아니어서 기계적인 강도가 떨어지고, 망을 적층하여 서로 접합해야 하기 때문에 접합부가 지나치게 많아져 접합 비용과 강도면에서 불리한 단점이 있다.

한편, 상술한 선행기술들이 같은 문제점을 개선한 예로서, 대한민국 특허 제0708483 호에서는 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 갖는 6방향의 연속된 와이어 군을 서로 교차시킴으로써 이상적인 카고메 트러스 또는 옥테트 트러스와 유사한 형태의 3차원 다공질 경량 구조체(도 2 참조)를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 대한민국 특허 제 1029183 호에는 이러한 3차원 다공질 경량 구조체를 더욱 효과적으로 제조할 수 있는 방법으로서, 연속된 와이어를 나선형으로 미리 성형하고, 성형된 나선형 와이어를 소정 거리 이격된 복수의 면직조체에 회전하면서 삽입함으로써 3차원 다공질 경량 구조체를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 특허 제 0944326 호에는 유연한 선상체로 3차원 카고메 트러스와 유사한 형태의 구조체를 제조하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 특허 제1114153 호에는 상기 유연한 선상체 또는 강성의 나선형 와이어로 구성된 3차원 카고메 트러스와 유사한 형태의 구조체를 직조할 수 있는 장치가 개시되어 있다.

상기한 대한민국 특허 제 0708483 호, 제 1029183 호, 제 0944326 호 및 제 1114153 호가 갖는 공통점은, 2차원 카고메 트러스와 유사한 개체를 미리 만들어 일정 간격으로 배치한 상태에서 면외 3방향으로 유연한 성상체나 나선 와이어를 삽입하여 3차원 다공질 경량 구조체를 제조하는 방식이다.

도 3은 이러한 방식에 따라 직조된 3차원 카고메 트러스 구조체와 유사한 3차원 격자 트러스 구조체의 사시도와 평면도를, 도 4는 도 3의 구조체의 단위셀을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 이와 같은 단위셀을 기초할 때, 3방향의 면내 선상체(1, 2, 6)와 3방향의 면외 선상체(3, 4, 5)를 동시에 교차시켜 조립하는 것은 현실적으로 곤란하고, 면내에서 즉, xy 면에서 2차원 카고메 트러스와 유사한 개체를 형성하여야 하는 제약이 있기 때문에, 연속적인 공정으로 3차원 격자 트러스 구조체를 구현하기 어려운 문제가 있다.

또한, 이러한 방식으로 직육면체 형성의 3차원 다공질 경량체를 제조하면, 도 3에 도시된 바와 같이 구조체의 가장자리의 형상이 층별로 일정하지 않아 미관상 좋지 않고 기계적 강도가 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 나선형 와이어를 면내 방향 및 면외 방향에서 연속적인 공정으로 동시에 삽입하여 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 방법 및 제조장치을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법은, 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 가지며 제1축, 제2축 및 제5축의 제1 교차점과, 제3축, 제4축 및 제5축의 제2 교차점과, 제1축, 제3축 및 제6축의 제3 교차점과, 제2축, 제4축 및 제6축의 제4 교차점을 갖는 6방향의 연속된 와이어군으로 이루어지는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법으로써, (a) 제1축 내지 제4축 방향으로 복수의 면외 와이어를 삽입하는 단계; (b) 제5축(x축) 및 제6축(y축) 방향으로 복수의 면내 와이어를 삽입하는 단계; 및 (c) 상기 단계에서 형성된 구조체를 z축 아래 방향으로 일정 거리만큼 이동시키는 단계;를 포함하며, 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복 수행하게 된다.

상기 (a) 단계는, 제1축 및 제3축 방향의 면외 와이어 군을 교차 삽입하여 하나 이상의 마름모 형태를 포함하는 제1 평면을 형성하는 단계; 및 제2축 및 제4축 방향의 면외 와이어 군을 교차 삽입하여 하나 이상의 마름모 형태를 포함하는 제2 평면을 형성하는 단계; 를 포함하되, 상기 제1 평면과 제2 평면은 x축 방향으로 교차선을 이루며, 상기 교차선에는 적어도 하나 이상의 제1축 및 제2축의 교차점과 제3축 및 제4축의 교차점을 포함할 수 있다.

상기 (b) 단계는, 제5축(x축) 방향의 제1 면내 와이어 군과 제2 면내 와이어 군을 삽입하여, 하나 이상의 상기 제1 교차점과 제2 교차점을 포함하는 제3 평면 및 제4 평면을 형성하는 단계; 및 제6축(y축) 방향의 제3 면내 와이어 군과 제4 면내 와이어 군을 삽입하여, 하나 이상의 상기 제3 교차점과 제4 교차점을 포함하는 제5 평면 및 제6 평면을 형성하는 단계; 를 포함할 수 있다.

상기 (c)단계에서는 상기 구조체를 단위셀의 높이(h)의 4배 만큼 z축 아래 방향으로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치는 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 가지며 제1축, 제2축 및 제5축의 제1 교차점과, 제3축, 제4축 및 제5축의 제2 교차점과, 제1축, 제3축 및 제6축의 제3 교차점과, 제2축, 제4축 및 제6축의 제4 교차점을 갖는 6방향의 연속된 와이어군으로 이루어지는 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치로서, 제1축 내지 제4축 방향으로 와이어를 삽입하는 복수의 면외 와어어 삽입기; 제5축(x축) 및 제6축(y축) 방향으로 와이어를 삽입하는 복수의 면내 와이어 삽입기; 및 상기 와이어 삽입기에 의해 형성된 구조체를 z축 아래 방향으로 일정 거리만큼 이동시키는 구조체 이송장치;를 포함한다.

상기 구조체 이송장치는 전면부와 후면부가 서로 대응하여 y축 방향으로 일정거리 이격되어 고정 설치되며, 상기 전면부 및 후면부의 양 측면에 z축 방향 상하로 나란히 배치되어 외부로부터 동력을 전달받아 회전하는 풀리; 상기 상하로 나란히 배치되는 풀리에 밀착하여 감겨지며 풀리의 회전에 의해 z축 방향 상하로 이동하는 벨트; 상기 전면부 및 후면부의 양 벨트 사이를 x축과 평행하게 연결하며, z축 방향으로 일정한 간격을 두고 형성되는 복수의 지지봉; 및 상기 지지봉의 일 단면에 규칙적으로 배열되며, 삽입된 면외 와이어의 양단을 지지하는 복수의 와이어 받침;을 포함할 수 있다.

상기 구조체 이송장치는 상기 지지봉과 인접한 지지봉 사이를 연결하는 V자형 연결구를 더 포함할 수 있다.

상기 제6축 방향의 면내 와이어 삽입기는 벨트이동이 정지한 때에, 지지봉 및 V자형 연결구 사이의 빈 공간으로 전진하여 면내 와이어 삽입을 수행하고, 다시 벨트 폐회로 밖으로 후진할 수 있다.

본 발명에 따른 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법에 의하면, 나선형 와이어를 면내 방향과 면외 방향에 연속적으로 동시에 삽입함으로써, 공정이 단순하고 대량 생산이 유리하다.

또한, 상기 제조방법에 따라 제조된 3차원 격자 트러스 구조체는 각주 형상을 가지며 측면 경계가 일정하여 외관 디자인과 기계적 강도가 우수하다.

도 1은 3차원 카고메 트러스 구조체의 사시도이다.
도 2는 3차원 카고메 트러스 구조체와 유사한, 종래 기술에 따른 3차원 다공질 경량 구초체의 사시도이다.
도 3은 종래 기술에 따라 직조된 3차원 카고메 트러스 구조체와 유사한 3차원 격자 트러스 구조체의 사시도 및 xy, yz,zx 각 평면에서 바라본 투영도이다.
도 4는 도 3의 구조체의 단위셀을 나타내는 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 단위셀을 나타내는 사시도이다.
도 5b은 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 사시도 및 xy, yz, zx 평면에서 바라본 투영도이다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 구조체 제조장치의 사시도, 정면도 및 측면도를 나타낸다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

또한, 아래의 실시예에서 예시된 장치는 본 발명에 따른 제조방법을 설명할 목적으로만 예시되었으며, 해당 장치의 구성 부품 또는 동작 내용에 의해 본 발명에 따른 제조방법이 갖는 기술적 의의가 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

또한, 아래의 설명에서 3차원 격자 트러스 구조체를 구성하는 나선형 와이어의 배치모습, 이동방향 등과 관련하여서는 도면에 표시된 x, y, z 직교좌표계를 기준으로 하여 설명한다. 이 경우 xy 평면은 후술하는 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체에서 면내 와이어가 위치되는 평면으로 예정한다.

먼저, 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 단위셀에 대하여 설명한다.

도 5a는 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 단위셀을 나타내며, 도 5b은 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 사시도 및 xy, yz, zx 평면에서 바라본 투영도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 단위셀은 2방향의 면내 와이어(5,6)와 4방향의 면외 와이어(1,2,3,4)로 구성된다. 여기서 “면내 와이어”라 함은 xy 평면 내에 위치한 나선형 와이어를 의미하며, “면외 와이어”라 함은 xy 평면을 관통하는 방향으로 위치한 나선형 와이어를 의미한다.

상기 2방향의 면내 와이어(5,6)는 각각 x축과 y축 방향과 일치하며, 서로 동일 평면에서 교차하지 않는다. 한편, 각각의 면내 와이어(5,6)는 면외 와이어 2개와 서로 교차한다. 즉, 제5축 면내 와이어(5)는 제1축 및 제2축 면외 와이어(1, 2) 또는 제3축 및 제4축 면외 와이어(3,4)와 교차하고, 제6축 면내 와이어(6)는 제1축 및 제3축 면외 와이어(1,3) 또는 제2축 및 제4축 면외 와이어(2,4)와 교차한다.

그리고, 상기 6방향 와이어 군이 이루는 4개의 교차점에서 세 개의 와이어 축은 서로 60도 또는 120도의 각도를 유지하며, 상기 4개의 교차점을 꼭지점으로 하여 하나의 정사면체를 이루게 된다.

한편, 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 단위셀은, 도 3의 단위셀을 구성하는 면내 와이어 중 어느 하나, 예컨대 도 4의 제6번 와이어를 축으로 하여 시계방향으로 53도 회전한 상태에서 인식되는 단위셀과 같다.

그러나 본 발명에 따른 단위셀은 도 4의 단위셀과 달리 면내 와이어의 개수가 하나 적은 2개이고 또한 이들은 서로 교차하지 않으므로, 후술하는 바와 같이 나선형 와이어를 이용하여 면내 방향과 면외 방향에서 동시에 조립 내지 직조하기에 용이하다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 방법을 설명한다.

도 6a 내지 도 6i 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개념도와 흐름도를 나타낸다.

먼저 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 방법은 제1축 내지 제4축 방향의 면외 와이어 군(10, 20, 30, 40)을 삽입하여 제1 구조체를 형성하는 단계(S110), 제1 구조체를 z축 방향으로 일정거리 이동시키는 단계(S120), 제5축 및 제6축의 면내 와이어를 삽입하여 제2 구조체를 형성하는 단계(S130)를 포함한다.

도 7에서는 단계 S110 내지 단계 S130를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 도 7에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S110 내지 단계 S130 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

도 6a 내지 도 6i는 4방향 면외 와이어 군을 삽입하는 과정을 나타낸다. 이를 참조하면, 도 6a는 제1축 방향의 면외 와이어 군(10)이 삽입된 상태를, 도 6b는 제2축 방향의 면외 와이어 군(20)이 삽입된 상태를, 도 6c는 제3축 방향의 면외 와이어 군(30)이 삽입된 상태를, 도 6d는 제4축 방향의 면외 와이어 군(40)이 삽입된 상태를 나타낸다.

본 발명에서 와이어는 나선형으로 미리 성형되며, 나선형 와이어의 진폭과 피치는 트러스 구조물에 대한 조립의 용이성과 함께, 서로 다른 세 방향의 와이어들이 교차점에서 서로 밀착됨으로써 트러스 구조물의 안정성이 확보될 수 있도록 결정된다. 상기 나선형 와이어의 피치(P)는 앞서 단위셀이 형성하는 정사면체의 한 변의 길이의 2배가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 삽입되는 제1축, 제2축, 제3축 또는 제4축 방향의 면외 와이어 군(10, 20, 30, 40)은 x축 방향으로 일정 간격을 유지한 채 배치되는 복수의 와이어로 구성된다.

이때 각각의 면외 와이어 군(10, 20, 30, 40)에 포함되는 와이어의 개수는 동일하게 구성되며, 제조하고자 하는 전체 구조체의 너비와 단위셀의 크기에 따라 결정될 수 있다. 즉, 구조체의 너비가 크고 단위셀의 크기가 작을 수록 와이어의 개수는 증가하게 된다. 한편, 도 6에서는 상기 면외 와이어 군에 포함되는 와이어의 개수를 각각 7개로 예시하였다.

또한, 상기 각각의 면외 와이어 군에 포함되는 복수의 와이어 사이의 x축상 간격은 와이어 피치(P)의 길이와 같다.

또한, 제1축 방향의 와이어 군(10)과 제3축 방향의 와이어 군(30)은 제1 평면상에 존재하고, 제2축 방향의 와이어 군(20)과 제4축 방향의 와이어 군(40)은 제 2 평면상에 존재하게 되는데, 이때 제1 평면과 제2 평면이 교차하여 이루는 면각도는 arccos(1/3)으로 약 70.5 도가 된다.

또한, 제1축 및 제3축 방향의 와이어 군과 제2축 및 제4축 방향의 와이어 군은 상기 제1 평면과 제2 평면의 교차선을 축으로 하여 서로 대칭을 이루게 된다.

한편, 상기 면외 와이어 군은 임의의 와이어 군을 선택하여 순차적으로 삽입될 수 있고, 동시적으로 삽입될 수도 있다.

이와 같이 4방향의 면외 와이어 군이 삽입되면 제1축과 제3축, 그리고 제2축과 제4축이 각각 교차하면서 마름모 형태가 연속적으로 배열되는 두 개의 2차원 평면을 형성하고, 상기 두 평면이 교차하는 교차선 상에 제1축 및 제2축의 교차점과 제3축과 제4축의 교차점을 포함하는 제1 구조체을 형성하게 된다.

도 6e는 상기 4방향의 면외 와이어 군이 삽입되어 형성된 제1 구조체을 z축 방향 아래로 일정 거리 이동시킨 상태를 나타낸다. 이와 같은 이동을 통해 후술할 2방향의 면내 와이어의 연속적인 삽입이 가능함과 동시에, 다시 4방향 면외 와이어를 삽입함으로써 구조체를 신장시키게 된다.

이때, 상기 제1 구조체가 이동하는 거리(d)는 도 5a 및 도 5b 에 도시된 구조체 단위셀 높이(h), 즉 제5축 와이어와 제6축 와이어의 수직거리의 4배가 됨이 바람직하다.

도 6f 내지 도6i는 2방향의 면내 와이어군을 삽입하는 과정을 나타낸다. 도 6f는 제5축 방향의 제1 면내 와이어 군(50)이 삽입된 상태를, 도 6g는 제6축 방향의 제3 면내 와이어 군(60)이 삽입된 상태를, 도 6h는 제5축 방향의 제2 면내 와이어 군(50^)이 삽입된 상태를, 도 6i는 제6축 방향의 제4 면내 와이어 군(60^)이 삽입된 상태를 나타낸다.

상기 삽입되는 제5축 방향의 면내 와이어 군은 제1 면내 와이어 군(50)과 제2 면내 와이어 군(50^)으로 나뉘어 지며, 각각의 면내 와이어 군은 y축 방향으로 일정 간격을 유지한 채 배치되는 복수의 와이어로 구성된다.

이때 제1 및 제2 면내 와이어 군(50, 50^)에 포함되는 와이어의 개수는 제조하고자 하는 전체 구조체의 폭과 단위셀의 크기에 따라 결정될 수 있다. 도 6f 및 도 6h에서는 각각 4개 및 3개로 예시하였다.

또한, 상기 제1 및 제2 면내 와이어 군에 포함되는 복수의 와이어의 y축상 간격은 와이어 피치(P)의 길이와 같다.

또한, 제1 면내 와이어 군은 xy 평면과 평행한 제3 평면 상에 존재하며, 제2 면내 와이어 군은 xy 평면과 평행한 제4 평면 상에 존재하게 되는데, 이때 제3 평면과 제4 평면은 z축 상으로 단위셀 높이(h)의 2배 만큼 이격되어 있게 된다.

또한, 상기 제5축 방향의 제1 면내 와이어 군(50)과 제2 면내 와이어 군(50^)은 각각 제1 구조체 상의 제1축 및 제2축의 교차점과 제3축 및 제4축의 교차점을 번갈아 가며 이에 접하여 x축 방향으로 삽입됨으로써, 상기 제3 평면 및 제4 평면에는 제1축, 제2축 및 제5축의 교차점과 제3축, 제4축 및 제5축의 교차점을 포함하게 된다.

상기 삽입되는 제6축 방향의 면내 와이어 군은 제3 면내 와이어 군(60) 및 제4 면내 와이어 군(60^)으로 나뉘어 지며, 각각의 면내 와이어 군은 x축 방향으로 일정 간격을 유지한 채 배치되는 복수의 와이어로 구성된다.

이때 제3 및 제4 면내 와이어 군에 포함되는 와이어의 개수는 면외 와이어가 형성하는 교차점의 개수에 대응하여 결정될 수 있다.

또한, 상기 제3 및 제4 면내 와이어 군에 포함되는 복수의 와이어의 x축상 간격은 와이어 피치(P)의 길이와 같다.

또한, 제3 면내 와이어 군은 xy 평면과 평행한 제5 평면 상에 존재하며, 제4 면내 와이어 군은 xy 평면과 평행한 제6 평면 상에 존재하게 되는데, 이때 제5 평면과 제6 평면은 z축 상으로 단위셀 높이(h)의 2배 만큼 이격되어 있게 된다.

또한, 상기 제 6축 방향의 제3 면내 와이어 군(60)과 제4 면내 와이어 군(60^)은 각각 제1 구조체 상의 제1축 및 제3축의 교차점과 제2축 및 제4축의 교차점을 번갈아 가며 이에 접하여 y축 방향으로 삽입됨으로써, 상기 제5 및 제6 평면에는 제1축, 제3축 및 제6축의 교차점과 제2축, 제4축 및 제6축의 교차점을 포함하게 된다.

이와 같이 2방향 면내 와이어가 제1 구조체에 삽입됨으로써 제2 구조체를 형성하게 되고, 다시 반복하여 상기 4방향 면외 와이어가 삽입되는 공정이 수행되는 연속적인 공정으로 3차원 격자 트러스 구조체를 제조할 수 있게 된다. 한편, 반드시 위와 같이 순차적으로 공정이 이루어져야 하는 것은 아니고, 제1 구조체의 이동이 있는 후에 상기 6방향의 면내 및 면외 와이어 군이 동시적으로 삽입될 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 장치에 대하여 설명한다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 구조체 제조장치의 사시도, 정면도 및 측면도를 나타낸다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치는 면외 와이어 삽입기(100), 면내 와이어 삽입기(200), 구조체 이송장치(300)를 포함하여 구성된다.

면외 와이어 삽입기(100)는 제1축, 제2축, 제3축 및 제4축 방향의 면외 와이어 삽입기(110, 120, 130, 140)를 포함한다. 상기 면외 와이어 삽입기(100)는 이송장치의 상측에 고정 설치되어, 제어신호에 따라 나선형 와이어를 이송장치 내로 삽입하게 된다. 또한, 상기 각각의 면외 와이어 삽입기는 동일 평면 상에서 일정간격을 유지한 채 복수로 배치될 수 있다.

상기 제1축 및 제3축 방향의 면외 와이어 삽입기(110, 130)는 제1 평면상에, 상기 제2축 및 제4축 방향의 면외 와이어 삽입기(130, 140)는 제2 평면상에 위치한다, 상기 제1 평면과 제2 평면은 x축 방향으로 교차선을 이루며, 상기 교차선에는 적어도 하나 이상의 제1축 및 제2축의 교차점 과 제3축 및 제4축의 교차점을 포함하도록 상기 면외 와이어 삽입기를 위치시킨다.

면내 와이어 삽입기(200)는 제5축 방향의 제1 및 제2 면내 와이어 삽입기(210, 230)와 제6축 방향의 제3 및 제4 면내 와이어 삽입기(220, 240)를 포함한다.

면내 와이어 삽입기(200)는 각각 xy 평면상에 일정 간격을 유지한 채 복수로 배치될 수 있다.

상기 제5축 방향의 제1 및 제2 면내 와이어 삽입기는 이송장치의 양 측면 또는 일 측면에 고정 설치되고, 제5축 방향의 제1 및 제2 면내 와이어 삽입기는 이송장치의 전면 및/또는 후면에 고정 설치되어, 제어신호에 따라 나선형 와이어를 이송장치 내로 삽입하게 된다.

상기 제5축 방향의 제1 및 제2 면내 와이어 삽입기는 z축 방향으로 일정거리, 예를 들어 구조체의 단위셀 높이(h)의 2배 만큼 이격되어 있으며, 삽입되는 와이어가 x축 방향으로 제1축 및 제2축의 교차점과 제3축 및 제4축의 교차점을 번갈아 가며 이에 접할 수 있도록 위치한다.

상기 제6축 방향의 제1 및 제3 면내 와이어 삽입기 역시 z축 방향으로 단위셀 높이(h)의 2배 만큼 이격되어 있으며, 삽입되는 와이어가 y축 방향으로 제1축 및 제3축의 교차점과 제2축 및 제4축의 교차점을 번갈아 가며 이에 접할 수 있도록 위치한다.

구조체 이송장치(300)는 크게 전면부(310)와 후면부(320)로 구분할 수 있으며, 상기 전면부와 후면부는 xz 평면과 평행하며, 서로 대응되어 y축 방향으로 일정거리 이격되어 설치된다.

상기 전면부(310) 및 후면부(320)는 풀리(330), 벨트(340), 지지봉(350), V자 연결구(360)를 포함하여 구성된다.

상기 풀리(340)는 도 8에 도시된 바와 같이 전면부 및 후면부 양 측면에 각각 두 개가 z축 방향 상하로 나란히 배치되어 외부로부터 동력을 전달받아 회전한다., 이때, 전면부 양 측면의 상측 및 하측 위치하는 각각의 두 개의 폴리가 축 연결되어 함께 회전하며, 후면부 폴리도 동일하게 축 연결되어 전체 4 개의 폴리 쌍이 동일한 각속도로 회전하게 된다.

상기 벨트(350)는 상기 상하로 배치된 풀리에 밀착하여 감겨 풀리의 회전에 의해 z축 방향 상하로 이동된다.

상기 벨트(350)은 면외 와이어(100)와 면내 와이어(200)의 삽입이 이루어진 뒤에 일정 거리, 예를 들어 구조체 단위셀 높이(h)의 4배 만큼의 거리를 수직 방향으로 이동하게 된다. 즉, 풀리의 구동에 따라 이동과 정지를 반복하게 된다.

상기 지지봉(350)은 전면부 및 후면부 양 벨트 사이를 x축과 평행하게 연결하며, 벨트의 이동거리인 구조체 단위셀 높이(h)의 2배 만큼의 간격을 두고 복수로 형성된다. 즉, 벨트가 이동하 멈추는 거리와 상기 지지봉이 형성되는 이격 거리를 같게 하여, 벨트가 정지한 때에 항상 같은 위치상에 지지봉이 위치하게 된다.

상기 지지봉(350)에는 복수의 와이어 받침(355)이 각 방향의 면외 와이어 삽입기의 개수 및 간격에 대응하여 규칙적으로 배열됨으로써, 삽입된 면외 와이어 양단을 지지한다. 예를 들어, 구조체 이송장치의 전면부(310) 상측에 설치되는 면외 와이어 삽입기로부터 삽입된 와이어는 전면부 측 폴리에 접하여 삽입되어, 와이어의 하부 끝은 후면부(320) 지지봉의 와이어 받침(355)에 도달하여 지지되고, 와이어 상부 끝은 전면부(310) 지지봉의 와이어 받침(355)에 의해 지지된다.

상기 V자형 연결구(360)는 인접한 지지봉 사이에 연결되어 지지봉 사이의 간격을 일정하게 유지시키며 지지봉 중간부의 처짐을 방지할 수 있다.

한편, 위와 같은 구조체 제조 장치에서 제6축(y축) 방향으로 면내 와이어(220, 240)를 삽입하는 경우, 와이어 삽입기가 벨트를 따라 폐회로를 이동하는 지지봉(350) 및 V자형 연결구(360)와 충돌될 수 있다. 따라서 상기 구조체 이송장치는 벨트이동이 정지된 때에 지지봉 및 V자형 연결구 사이의 빈 공간으로 와이어 삽입기를 투입하여 면내 와이어를 삽입하고, 와이어 삽입기를 벨트 폐회로 밖으로 이탈시키는 삽입기 운송장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 면내 와이어 삽입기 110 : 제1축 면외 와이어 삽입기
120 : 제2축 면외 와이어 삽입기 130 : 제3축 면외 와이어 삽입기
140 : 제4축 면외 와이어 삽입기 200 : 면외 와이어 삽입기
210 : 제5축 제1 면내 와이어 삽입기
220 : 제5축 제2 면내 와이어 삽입기
230 : 제6축 제3 면내 와이어 삽입기
240 : 제6축 제4 면내 와이어 삽입기
300 : 구조체 이송장치 310 : 전면부
320 : 후면부 330 : 풀리
340 : 벨트 350 : 지지봉
355 : 와이어 받침 360 : V자 연결구

Claims (9)

1. 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 가지며 제1축, 제2축 및 제5축의 제1 교차점과, 제3축, 제4축 및 제5축의 제2 교차점과, 제1축, 제3축 및 제6축의 제3 교차점과, 제2축, 제4축 및 제6축의 제4 교차점을 갖는 6방향의 연속된 와이어군으로 이루어지는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법에 있어서,
   (a) 제1축 내지 제4축 방향으로 복수의 면외 와이어를 삽입하는 단계;
   (b) 제5축(x축) 및 제6축(y축) 방향으로 복수의 면내 와이어를 삽입하는 단계; 및
   (c) 상기 단계에서 형성된 구조체를 z축 아래 방향으로 일정 거리만큼 이동시키는 단계;를 포함하며,
   상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
   제1축 및 제3축 방향의 면외 와이어 군을 교차 삽입하여 하나 이상의 마름모 형태를 포함하는 제1 평면을 형성하는 단계; 및
   제2축 및 제4축 방향의 면외 와이어 군을 교차 삽입하여 하나 이상의 마름모 형태를 포함하는 제2 평면을 형성하는 단계; 를 포함하되,
   상기 제1 평면과 제2 평면은 x축 방향으로 교차선을 이루며, 상기 교차선에는 적어도 하나 이상의 제1축 및 제2축의 교차점과 제3축 및 제4축의 교차점을 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
   제5축(x축) 방향의 제1 면내 와이어 군과 제2 면내 와이어 군을 삽입하여, 하나 이상의 상기 제1 교차점과 제2 교차점을 포함하는 제3 평면 및 제4 평면을 형성하는 단계; 및
   제6축(y축) 방향의 제3 면내 와이어 군과 제4 면내 와이어 군을 삽입하여, 하나 이상의 상기 제3 교차점과 제4 교차점을 포함하는 제5 평면 및 제6 평면을 형성하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제3 평면과 제4 평면, 및 상기 제5 평면과 제6 평면은 단위셀 높이(h)의 2배 만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
   상기 구조체를 단위셀의 높이(h)의 4배 만큼 z축 아래 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.
   
6. 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 가지며 제1축, 제2축 및 제5축의 제1 교차점과, 제3축, 제4축 및 제5축의 제2 교차점과, 제1축, 제3축 및 제6축의 제3 교차점과, 제2축, 제4축 및 제6축의 제4 교차점을 갖는 6방향의 연속된 와이어군으로 이루어지는 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치에 있어서,
   제1축 내지 제4축 방향으로 와이어를 삽입하는 복수의 면외 와어어 삽입기;
   제5축(x축) 및 제6축(y축) 방향으로 와이어를 삽입하는 복수의 면내 와이어 삽입기; 및
   상기 와이어 삽입기에 의해 형성된 구조체를 z축 아래 방향으로 일정 거리만큼 이동시키는 구조체 이송장치;
   를 포함하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 구조체 이송장치는 전면부와 후면부가 서로 대응하여 y축 방향으로 일정거리 이격되어 고정 설치되며,
   상기 전면부 또는 후면부의 양 측면에 z축 방향 상하로 나란히 배치되어 외부로부터 동력을 전달받아 회전하는 풀리;
   상기 상하로 나란히 배치되는 풀리에 밀착하여 감겨지며 풀리의 회전에 의해 z축 방향 상하로 이동하는 벨트;
   상기 전면부 또는 후면부의 양 벨트 사이를 x축과 평행하게 연결하며, z축 방향으로 일정한 간격을 두고 형성되는 복수의 지지봉; 및
   상기 지지봉의 일 단면에 규칙적으로 배열되어 삽입된 면외 와이어의 양단을 지지하는 복수의 와이어 받침;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 구조체 이송장치는 상기 지지봉과 인접한 지지봉 사이를 연결하는 V자형 연결구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치.
   
9. 제 7항에 있어서,
   상기 제6축 방향의 면내 와이어 삽입기는 벨트이동이 정지한 때에, 지지봉 및 V자형 연결구 사이의 빈공간으로 전진하여 면내 와이어 삽입을 수행하고, 다시 벨트 폐회로 밖으로 후진하는 것을 특징으로 하는 나선형 와이어를 이용한 3차원 격자 트러스 구조체 제조장치.
   
   
   

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