KR101530880B1 - 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재 및 이의 제조방법 - Google Patents

트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조단위셀을 포함하는 트러스 구조체; 상기 트러스 구조체의 제1면에 위치하는 제1판재부; 및 상기 트러스 구조체의 제2면에 위치하는 제2판재부를 포함하고, 상기 구조단위셀은, 복수개 적층된 메쉬망, 상기 적층된 메쉬망의 제1면에 위치하는 제1판재 및 상기 적층된 메쉬망의 제2면에 위치하는 제2판재를 포함하는 샌드위치 판재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제1판재부와 상기 제2판재부를 형성함에 있어서, 3D 프린팅법에 의하여, 상기 트러스 구조체의 제1면 및 제2면에 각각 상기 제1판재부와 상기 제2판재부를 형성하기 때문에, 별도의 접합공정을 배제할 수 있다.

Description

트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재 및 이의 제조방법{A Sandwich plate comprising truss-structure and A manufacturing method of the same}
본 발명은 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재 및 이의 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온 열처리 공정을 배제하여, 간단한 공정에 의하여 샌드위치 판재를 제공할 수 있는 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재 및 이의 방법에 관한 것이다.
종래의 샌드위치 판재는 합성수지 복합재료, 폼 또는 금속, 비금속을 이용하여 3차원 형상의 내부구조를 갖도록 구성된다. 이러한 샌드위치 패널은 단위 층의 내부구조 상하 양면에 표면 판재를 접합하여 제작한다.
그중에서도 특히, 선박이나 대형 구조물의 경우에는 산업에서 쉽게 생산되는 I-beam이나 주름형(corrugate)형태의 구조체를 내부 구조체로 이용하여 제작하여 왔다. 그러나 이런 구조물은 구조체 자체의 이방성 특징에 의해 과대설계가 될 수 있는 문제점이 있다.
최근에는 샌드위치 내부 코어로써 다양한 형태의 내부 트러스 구조체가 연구되고 있다. 그 대표적인 것이 피라미드, 옥테트, 카고메 구조 등이 있으며, 옥테트 트러스 구조의 경우 각 요소가 정삼각형으로 연결되어 모든 방향으로 기계적 물성이 일정한 구조이다.
한편, 한국공개특허 10-2012-0050573호에는 피라미드형 트러스 구조체를 이용한 샌드위치 판재 및 그 제작방법을 개시하고 있다. 도 1 및 도 2를 통하여, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 피라미드형 트러스 구조체를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 피라미드형 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재를 도시한 개략도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 종래의 피라미드형 트러스 구조체(10)는 2개의 구조단위셀이 접합되어 형성될 수 있으며, 상기 구조 단위셀은 방사상으로 내려뻗은 사각뿔형태의 다리를 포함하며, 그 상부면은 평면으로 절곡되어 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 피라미드형 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재는 상술한 도 1의 복수의 피라미드형 트러스 구조체(10)가 판재(20) 사이에 결합되어 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 복수의 피라미드형 트러스 구조체(10)가 상판재와 하판재의 사이에 결합되고, 이때, 복수의 피라미드형 트러스 구조체(10)는 용접, 브레이징, 천이액상(TLP), 접착제 접합 등의 방법에 의하여, 상기 판재에 접합될 수 있다.
하지만, 종래의 샌드위치 판재의 경우, 상기 복수의 피라미드형 트러스 구조체와 상기 판재를 접합함에 있어서, 용접 또는 브레이징 등이 방법을 사용함에 따라, 접합공정시 발생하는 고온에 의하여, 상기 트러스 구조체의 특성 변화에 따른 강도저하의 문제점이 있고, 또한, 접합에 따른 문제로 인하여, 구조체의 강성이 약해지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 트러스 구조체의 특성 변화 없이, 간단한 공정에 의해, 샌드위치 판재를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 구조단위셀을 포함하는 트러스 구조체; 상기 트러스 구조체의 제1면에 위치하는 제1판재부; 및 상기 트러스 구조체의 제2면에 위치하는 제2판재부를 포함하고, 상기 구조단위셀은, 복수개 적층된 메쉬망, 상기 적층된 메쉬망의 제1면에 위치하는 제1판재 및 상기 적층된 메쉬망의 제2면에 위치하는 제2판재를 포함하는 샌드위치 판재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 구조단위셀은 제1구조단위셀 및 상기 제1구조단위셀과 결합하는 제2구조단위셀을 포함하고, 상기 제1구조단위셀은, 제1몸체부 및 상기 제1몸체부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부를 포함하고, 제1몸체부의 일측 끝단과 제2몸체부의 일측 끝단을 연결하는 제1연결부, 상기 제1몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제1지지부 및 상기 제2몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제2지지부를 포함하고, 상기 제2구조단위셀은, 제1몸체부 및 상기 제1몸체부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부를 포함하고, 제1몸체부의 일측 끝단과 제2몸체부의 일측 끝단을 연결하는 제2연결부, 상기 제1몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제3지지부 및 상기 제2몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제4지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1연결부의 제2면에는 제1체결홈을 포함하고, 상기 제1지지부의 제2면에는 제2체결홈을 포함하며, 상기 제2지지부의 제2면에는 제3체결홈을 포함하고, 상기 제2연결부의 제1면에는 제4체결홈을 포함하고, 상기 제3지지부의 제1면에는 제5체결홈을 포함하며, 상기 제4지지부의 제1면에는 제6체결홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1구조단위셀의 제1체결홈과 상기 제2구조단위셀의 제4체결홈이 상호 체결되어, 트러스 단일 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 트러스 단일 구조체는 트러스 제1단일 구조체 및 트러스 제2단일 구조체를 포함하며, 상기 트러스 제1단일 구조체 및 상기 트러스 제2단일 구조체는 각각 제1구조단위셀 및 제2구조단위셀을 포함하고, 상기 트러스 제1단일 구조체의 제1구조단위셀의 제1지지부의 제2면에 위치하는 제2체결홈과 상기 트러스 제2단일 구조체의 제2구조단위셀의 제3지지부의 제1면에 위치하는 제5체결홈이 체결되어 제1결합을 이루고, 상기 트러스 제1단일 구조체의 제2구조단위셀의 제2지지부의 제2면에 위치하는 제3체결홈과 상기 트러스 제2단일 구조체의 제1구조단위셀의 제4지지부의 제1면에 위치하는 제6체결홈이 체결되어 제2결합을 이루는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재를 제공한다.
또한, 본 발명은 구조단위셀을 포함하는 트러스 구조체를 제조하는 단계; 상기 트러스 구조체의 제1면에 제1판재부를 형성하는 단계; 및 상기 트러스 구조체의 제2면에 제2판재부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1판재부 및 상기 제2판재부는 3D 프린팅법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 구조단위셀을 제조하는 방법은, 복수개 적층된 메쉬망을 제공하는 단계; 상기 적층된 메쉬망의 제1면에 제1판재를 형성하는 단계; 및 상기 적층된 메쉬망의 제2면에 제2판재를 형성하는 단계를 포함하여 베이스 판재부를 제조하며, 상기 제1판재 및 상기 제2판재는 3D 프린팅법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재의 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 상기 제1판재부(90a)와 상기 제2판재부(90b)를 형성함에 있어서, 3D 프린팅법에 의하여, 상기 트러스 구조체(70)의 제1면 및 제2면에 각각 상기 제1판재부(90a)와 상기 제2판재부(90b)를 형성하기 때문에, 별도의 접합공정을 배제할 수 있다.
따라서, 간단한 공정에 의해 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 용접 또는 브레이징 등과 같은 별도의 접합공정을 배제할 수 있기 때문에, 접합공정시 필요한 고온 공정을 배제할 수 있어, 트러스 구조체의 특성변화를 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 피라미드형 트러스 구조체를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 피라미드형 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재를 도시한 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 구조단위셀을 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 제1구조단위셀을 도시하는 평면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 제1구조단위셀을 도시하는 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 제2구조단위셀을 도시하는 평면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 제2구조단위셀을 도시하는 사시도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체를 도시한 정면도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체를 도시한 사시도이다.
도 6c는 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체를 도시한 사시도이다.
도 7b는 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재의 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 구조단위셀을 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 구조단위셀을 제조하는 방법은 메쉬망(30)를 제공한다.
이때, 상기 메쉬망은 다수의 와이어가 격자의 형태로 배치된 망일 수 있으며, 또한, 상기 메쉬망(30)은 평면부(31)와 측면부(32)를 포함할 수 있다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 상기 메쉬망을 복수개 적층(30a, 30b, 30c...)하여, 적층된 메쉬망을 제공하고, 상기 적층된 메쉬망의 상부에 제1판재(41)를 형성하고, 상기 적층된 메쉬망의 하부에 제2판재(42)를 형성하여, 구조단위셀을 형성하기 위한 베이스 판재부(40)를 형성한다.
이때, 상기 제1판재 및 상기 제2판재를 형성함에 있어서, 상기 적층된 메쉬망의 측면부(32a, 32b)에 각각 제1판재(41)와 제2판재(42)를 형성한다.
따라서, 상기 베이스 판재부(40)은 상기 적층된 메쉬망의 측면부에 각각 제1판재(41)와 제2판재(42)가 위치하며, 상기 적층된 메쉬망의 평면부(31a)는 노출된 상태로 배치될 수 있다.
이후, 상기 베이스 판재부(40)를 소정의 형태로 컷팅하여, 후술하는 구조단위셀을 제조할 수 있다.
이때, 상기 베이스 판재부를 컷팅하는 것은 공지된 워터젯법 또는 레이저컷팅법을 통해 컷팅할 수 있으며, 이는 당업계에 자명한 사항이므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에서 상기 제1판재 및 상기 제2판재는 3D 프린팅법에 의하여 형성될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
도 4a는 본 발명에 따른 제1구조단위셀을 도시하는 평면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 제1구조단위셀을 도시하는 사시도이다.
상술한 바와 같이, 상기 제1구조단위셀은 상술한 도 3b의 베이스 판재부를 컷팅하여 제조할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 제1구조단위셀(50)은 상기 제1구조단위셀(50)의 높이를 결정하는 몸체부(51)를 포함하고, 상기 몸체부(51)는 제1몸체부(51a) 및 상기 제1몸체부(51a)와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부(51b)를 포함한다.
이때, 도면에서는 상기 제1몸체부(51a)와 상기 제2몸체부(51b)가 일정 각도를 유지하면서 이격되어 있는 것으로 도시하고 있으나, 이와는 달리, 상기 제1몸체부(51a)와 상기 제2몸체부(51b)는 평행을 이루며 위치할 수도 있으며, 따라서, 본 발명에서 제1몸체부(51a)와 제2몸체부(51b)의 이격 각도를 제한하는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 제1구조단위셀(50)은 상기 제1몸체부(51a)의 일측 끝단과 상기 제2몸체부(51b)의 일측 끝단을 연결하는 제1연결부(53)를 포함할 수 있으며, 또한, 상기 제1몸체부(51a)의 타측 끝단에 위치하는 제1지지부(52a) 및 상기 제2몸체부(51b)의 타측 끝단에 위치하는 제2지지부(52b)를 포함할 수 있다.
상기 제1연결부(53) 및 상기 지지부(52)는 상부면과 하부면을 포함할 수 있으며, 각각의 하부면의 일정 영역에는 체결홈을 포함할 수 있다. 한편, 상기 상부면과 하부면은 평면형태로 제작되어, 후술하는 판재와 접합면을 제공할 수 있다.
이때, 상부면과 하부면의 용어는 설명의 편의를 위한 것으로, 도면의 방향에 따라, 상부면이 하부면으로 지칭될 수 있고, 하부면이 상부면으로 지칭될 수 있으며, 따라서, 본 발명에서는 상부면을 제1면으로, 하부면을 제2면으로 정의하기로 한다.
보다 구체적으로, 상기 제1연결부(53)의 제2면에는 제1체결홈(54a)을 포함할 수 있고, 상기 제1지지부(52a)의 제2면에는 제2체결홈(54b)을 포함할 수 있으며, 상기 제2지지부(52b)의 제2면에는 제3체결홈(54c)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1연결부의 제1면과 제2면, 상기 제1지지부의 제1면과 제2면, 상기 제2지지부의 제1면과 제2면은 평면형태로 제작될 수 있음은 상술한 바와 같다.
한편, 상술한 바와 같이, 제1구조단위셀은 상술한 도 3b의 베이스 판재부를 컷팅하여 제조할 수 있으며, 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1구조단위셀(50)의 단면구조는 메쉬망(30')의 측면부에 각각 제1판재(41')와 제2판재(42')가 형성된 구조에 해당한다.
상술한 바와 같이, 종래의 피라미드형 트러스 구조체(10)는 2개의 구조단위셀이 접합되어 형성될 수 있으며, 상기 구조단위셀은 방사상으로 내려뻗은 사각뿔형태의 다리를 포함하며, 그 상부면은 평면으로 절곡되어 있다.
이때, 한국공개특허 10-2012-0050573호에 개시된 바와 같이, 종래의 경우, 일정 두께의 판재를 가공하여 구조단위셀을 형성하였다.
따라서, 상기 판재의 두께에 따라, 구조단위셀의 강도는 향상될 수 있으나, 최종 목표인 샌드위치 판재의 경량화를 달성하는데에는 어려움이 있었다.
하지만, 본 발명에서는 상기 구조단위셀을 형성함에 있어서, 단면구조를 메쉬망(30')의 측면부에 각각 제1판재(41')와 제2판재(42')가 형성되도록 함으로써, 제1판재와 제2판재의 내부에 위치하는 메쉬망을 통해, 강도를 보강하고, 이와 동시에 구조단위셀의 경량화를 실현할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 제2구조단위셀을 도시하는 평면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 제2구조단위셀을 도시하는 사시도이다. 이하, 후술할 바를 제외하고, 본 발명에 따른 제2구조단위셀은 상술한 제2구조단위셀과 동일할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제2구조단위셀은 상술한 도 3b의 베이스 판재부를 컷팅하여 제조할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 제2구조단위셀(60)은 상기 제2구조단위셀(60)의 높이를 결정하는 몸체부(61)를 포함하고, 상기 몸체부(61)는 제1몸체부(61a) 및 상기 제1몸체부(61a)와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부(61b)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 제2구조단위셀(60)은 상기 제1몸체부(61a)의 일측 끝단과 상기 제2몸체부(61b)의 일측 끝단을 연결하는 제2연결부(63)를 포함할 수 있으며, 또한, 상기 제1몸체부(61a)의 타측 끝단에 위치하는 제3지지부(62a) 및 상기 제2몸체부(61b)의 타측 끝단에 위치하는 제4지지부(62b)를 포함할 수 있다.
상기 제2연결부(63) 및 상기 지지부(62)는 상부면과 하부면을 포함할 수 있으며, 각각의 하부면의 일정 영역에는 체결홈을 포함할 수 있다. 한편, 상기 상부면과 하부면은 평면형태로 제작되어, 후술하는 판재와 접합면을 제공할 수 있다.
이때, 상부면과 하부면의 용어는 설명의 편의를 위한 것으로, 도면의 방향에 따라, 상부면이 하부면으로 지칭될 수 있고, 하부면이 상부면으로 지칭될 수 있으며, 따라서, 본 발명에서는 상부면을 제1면으로, 하부면을 제2면으로 정의하기로 한다.
보다 구체적으로, 상기 제2연결부(63)의 제1면에는 제4체결홈(64a)을 포함할 수 있고, 상기 제3지지부(62a)의 제1면에는 제5체결홈(64b)을 포함할 수 있으며, 상기 제4지지부(62b)의 제1면에는 제6체결홈(64c)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2연결부의 제1면과 제2면, 상기 제3지지부의 제1면과 제2면, 상기 제4지지부의 제1면과 제2면은 평면형태로 제작될 수 있음은 상술한 바와 같다.
한편, 상술한 바와 같이, 제2구조단위셀은 상술한 도 3b의 베이스 판재부를 컷팅하여 제조할 수 있으며, 따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2구조단위셀(60)의 단면구조는 메쉬망(30'')의 측면부에 각각 제1판재(41'')와 제2판재(42'')가 형성된 구조에 해당한다.
도 6a는 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체를 도시한 정면도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체를 도시한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 트러스 단일구조체(70)는 상술한 도 4 및 도 5의 제1구조단위셀(50)과 제2구조단위셀(60)의 체결에 의해 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상술한 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 제1구조단위셀(50)은 상기 제1몸체부(51a)의 일측 끝단과 상기 제2몸체부(51b)의 일측 끝단을 연결하는 제1연결부(53)를 포함할 수 있고, 상기 제1연결부(53)의 제2면에는 제1체결홈(54a)을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 제2구조단위셀(60)은 상기 제1몸체부(61a)의 일측 끝단과 상기 제2몸체부(61b)의 일측 끝단을 연결하는 제2연결부(63)를 포함할 수 있고, 상기 제2연결부(63)의 제1면에는 제4체결홈(64a)을 포함할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체(70)는 상기 제1구조단위셀(50)의 제1체결홈(54a)과 상기 제2구조단위셀(60)의 제4체결홈(64a)이 상호 체결(A 영역)됨으로써 형성될 수 있다.
한국공개특허 10-2012-0050573호에 개시된 바와 같이, 종래의 피라미드형 트러스 구조체의 경우, 2개의 구조단위셀이 접합되어 형성될 수 있으며, 이때, 2개의 구조단위셀을 접합함에 있어서, 용접 또는 브레이징법을 통하여 이를 접합하였다.
하지만, 본 발명에서는 상기 제1구조단위셀(50)의 제1연결부(53)에 제1체결홈(54a)을 형성하고, 상기 제2구조단위셀(60)의 제2연결부(63)에 제4체결홈(64a)을 형성한 후, 이들 제1체결홈과 제4체결홈을 기계/물리적인 방법에 의해 결합함으로써, 제1구조단위셀과 제2구조단위셀의 결합을 견고하게 할 수 있다.
한편, 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 제1구조단위셀(50)의 제1연결부의 상부면(제1면)과 상기 제2구조단위셀(60)의 제2연결부의 상부면(제1면)은 평행한 것을 특징으로 하며, 상기 제1연결부의 상부면 및 상기 제2연결부의 상부면은 후술하는 판재와의 접합면을 제공할 수 있다.
이때, 본 발명에서 상기 제1구조단위셀(50)의 제1연결부의 상부면(제1면)과 상기 제2구조단위셀(60)의 제2연결부의 상부면(제1면)은 평행한 것은 상술한 제1체결홈과 제4체결홈의 결합에 의해 이들을 결합시키기 때문으로, 상기 제1체결홈과 체4체결홈의 결합은 제1연결부의 상부면과 제2연결부의 상부면의 결합 단차를 제거할 수 있다.
도 6c는 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체의 다른 예를 도시한 사시도이다.
상술한 바와 같이, 도 6a 및 도 6b에서는 도 4 및 도 5의 제1구조단위셀(50)과 제2구조단위셀(60)의 체결에 의해 트러스 단일 구조체를 형성할 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 트러스 단일 구조체의 다른 예(70-1)는 2개의 제1구조단위셀(50)을 결합하여, 트러스 단일 구조체를 형성할 수 있다.
즉, 하나의 제1구조단위셀(50-1)의 제1체결홈과 다른 하나의 제1구조단위셀(50-2)의 제1체결홈이 상호 체결(A 영역)됨으로써 트러스 단일 구조체를 형성할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 2개의 제2구조단위셀을 결합하여, 트러스 단일 구조체를 형성할 수 있음은 당연한 것이다.
다만, 본 발명에서 상기 트러스 단일 구조체의 형상을 제한하는 것은 아니다.
도 7a는 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체를 도시한 사시도이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체(80)는 상술한 도 6의 트러스 단일 구조체가 복수개 결합되어 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상술한 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 제1구조단위셀(50)은 상기 제1몸체부(51a)의 타측 끝단에 위치하는 제1지지부(52a) 및 상기 제2몸체부(51b)의 타측 끝단에 위치하는 제2지지부(52b)를 포함할 수 있으며, 상기 제1지지부(52a)의 제2면에는 제2체결홈(54b)을 포함할 수 있고, 상기 제2지지부(52b)의 제2면에는 제3체결홈(54c)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2구조단위셀(60)은 상기 제1몸체부(61a)의 타측 끝단에 위치하는 제3지지부(62a) 및 상기 제2몸체부(61b)의 타측 끝단에 위치하는 제4지지부(62b)를 포함할 수 있으며, 상기 제3지지부(62a)의 제1면에는 제5체결홈(64b)을 포함할 수 있고, 상기 제4지지부(62b)의 제1면에는 제6체결홈(64c)을 포함할 수 있다.
이때, 도 7a를 참조하면, 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체(80)는 트러스 제1단일 구조체(70')와 트러스 제2단일 구조체(70'')가 결합되어 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 트러스 제1단일 구조체(70')의 제1구조단위셀(50')의 제1지지부의 제2면에 위치하는 제2체결홈과 트러스 제2단일 구조체(70'')의 제2구조단위셀(60'')의 제3지지부의 제1면에 위치하는 제5체결홈이 체결되어 제1결합(B1)을 이룰 수 있다.
또한, 트러스 제1단일 구조체(70')의 제2구조단위셀(60')의 제2지지부의 제2면에 위치하는 제3체결홈과 트러스 제2단일 구조체(70'')의 제1구조단위셀(50'')의 제4지지부의 제1면에 위치하는 제6체결홈이 체결되어 제2결합(B2)을 이룰 수 있다.
한국공개특허 10-2012-0050573호에 개시된 바와 같이, 종래의 피라미드형 트러스 구조체의 경우, 2개의 구조단위셀이 접합되어 피라미드형 트러스 단일 구조체를 형성할 수 있고, 상기 피라미드형 트러스 단일 구조체들이 상호 체결됨이 없이, 후술하는 판재에 개별적으로 접합되어 있다.
하지만, 본 발명에서는 트러스 제1단일 구조체(70')와 트러스 제2단일 구조체(70''), 즉, 복수의 트러스 단일 구조체를 기계/물리적인 방법에 의해 상호 결합시킴으로써, 트러스 단일 구조체간의 결합을 견고하게 할 수 있다.
한편, 도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 트러스 제1단일 구조체(70')의 제1구조단위셀(50')의 제1지지부의 하부면(제2면)과 트러스 제2단일 구조체(70'')의 제2구조단위셀(60'')의 제3지지부의 하부면(제2면)은 평행한 것을 특징으로 하며, 상기 제1지지부의 하부면 및 상기 제3지지부의 하부면은 후술하는 판재와의 접합면을 제공할 수 있다.
또한, 트러스 제1단일 구조체(70')의 제2구조단위셀(60')의 제2지지부의 하부면(제2면)과 트러스 제2단일 구조체(70'')의 제1구조단위셀(50'')의 제4지지부의 하부면(제2면)은 평행한 것을 특징으로 하며, 상기 제2지지부의 하부면 및 상기 제4지지부의 하부면은 후술하는 판재와의 접합면을 제공할 수 있다.
이는 상술한 도 6a의 A 영역과 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 7b는 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 7b를 참조하면, 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체의 다른 예(80-1)는 상술한 도 6의 트러스 단일 구조체가 복수개 결합되어 형성될 수 있다.
이때, 도 7a의 경우, 복수개의 트러스 단일 구조체가 B1과 B2 영역에서 제1결합과 제2결합을 이루면서 형성되었으나, 본 발명에 따른 트러스 복수 구조체의 다른 예(80-1)는 B1 내지 B4 영역에서 제1결합 내지 제4결합을 이루면서 형성될 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 트러스 복수 구조체의 형상을 제한하는 것은 아니다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재의 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.
먼저, 도 8a를 참조하면, 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재(100)는 상술한 도 6a 및 도 6b의 트러스 단일 구조체의 상면에 상판재부(90a)를 형성한다. 다만, 상술한, 상면과 상판재부의 용어는 설명의 편의를 위하여, 도 8a를 기준으로 상부와 하부로 구분하기 위한 용어일 뿐, 본 발명에서 상면 또는 상판재부의 용어에 제한되는 것은 아니며, 제1면 또는 제1판재부의 용어로 대체되어 사용될 수 있다.
이때, 도 8a 내지 도 8c에서는, 본 발명에 따른 샌드위치 판재가 상술한 도 6a 및 도 6b의 트러스 단일 구조체를 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이와는 달리, 트러스 복수 구조체를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에서는 상기 트러스 단일 구조체와 상기 트러스 복수 구조체를 동시에 포함하는 의미로 트러스 구조체의 용어를 사용하기로 하며, 즉, 트러스 구조체는 트러스 단일 구조체와 트러스 복수 구조체를 포함하는 의미이다.
계속해서, 도 8a를 참조하면, 상기 트러스 구조체(70)의 제1면에 제1판재부를 형성하며, 본 발명에서 상기 제1판재부(90a)는 3D 프린팅법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
잘 알려진 바와 같이, 3D 프린팅법은 기존의 X축과 Y축의 2축 운동을 통하여 프린팅하는 2D 프린팅법과 비교하여, X축, Y축 및 Z축의 3축 운동을 통하여 프린팅하는 기법에 해당한다.
상기 3D 프린팅법은 적층방식 또는 형태를 만드는 방식에 따라 다양한 프린팅 방식이 존재하며, 예를 들어, 쾌속조형 방식과 FDM 방식 등이 있을 수 있다.
상기 쾌속조형 방식은 소프트웨어로 3차원 설계를 한 다음, 분말 또는 액체를 굳힌 층을 여러 겹 쌓아 3차원으로 인쇄하는 방식에 해당하며, FDM(Fused deposition modeling, 용융 증착 모델링) 방식은 일정한 고온에서 용융상태로 변화된 재질을 순차적으로 적층하명서 형성하는 방식에 해당한다.
다만, 본 발명에서 상기 3D 프린팅법의 종류를 제한하는 것은 아니며, 공지된 3D 프린터를 사용하여, 본 발명에 따른 제1판재부를 형성할 수 있다.
기타, 3D 프린팅법에 대한 내용은 하기 문헌을 참조할 수 있다.
- 3D printing technology - ASTM F43 sub-committee on terminology (F2792)
- Large, Hollow Metal Parts by 3D Printing - Copyright 1989-2000, 3DPTM Laboratory, MIT
계속해서 도 8a를 참조하면, 본 발명에서 상기 제1판재부(90a)는 3D 프린팅법 중 SLS 방식(Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결 조형 방식)을 이용하여 제조하는 것을 도시하고 있다.
즉, 파우더 상태의 원재료를 제공하는 분말 제공부(92)를 통하여 분말을 제공하고, 광원 제공부(91)를 통하여 제공된 레이저를 상기 분말에 조사하여, 상기 분말을 용융상태로 변화시키면서 상기 제1판재부(90a)를 형성할 수 있다.
한편, 상기 분말 제공부(92)로부터 제공되는 원재료는 다음과 같은 표 1의 원재료를 사용할 수 있으며(원재료 출처 : 회사명 EOS GmbH - Electro Optical Systems), 다만, 본 발명에서 상기 원재료의 종류에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라, 원재료의 종류를 달리할 수 있다.
재료
Stainless Steel 17-4 (GP1)
Stainless Steel 15-5 (PH1)
Cobalt Chrome (MP1)
Maraging Steel (MS1)
(Tooling Steel)
Titanium Alloy (Ti64)
Aluminum (AlSi10mg)
Nickel Alloy (IN625)
(Inconel)
Nickel Alloy (IN718)
(Inconel)
다음으로, 도 8b 및 도 8c를 참조하면, 상기 트러스 구조체(70)의 제2면에 제2판재부를 형성하며, 이를 통하여, 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 제2판재부(90b)는 3D 프린팅법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 이는 상술한 제1판재부와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에서는 상술한, 도 3b의 적층된 메쉬망의 측면부(32a, 32b)에 각각 제1판재(41)와 제2판재(42)를 형성하는 것도, 3D 프린팅법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하며, 이는 상술한 제1판재부와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 종래의 샌드위치 판재의 경우, 상기 복수의 피라미드형 트러스 구조체와 상기 판재를 접합함에 있어서, 용접 또는 브레이징 등이 방법을 사용함에 따라, 접합공정시 발생하는 고온에 의하여, 상기 트러스 구조체의 특성 변화에 따른 강도저하의 문제점이 있고, 또한, 접합에 따른 문제로 인하여, 구조체의 강성이 약해지는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에서는 상기 제1판재부(90a)와 상기 제2판재부(90b)를 형성함에 있어서, 3D 프린팅법에 의하여, 상기 트러스 구조체(70)의 제1면 및 제2면에 각각 상기 제1판재부(90a)와 상기 제2판재부(90b)를 형성하기 때문에, 별도의 접합공정을 배제할 수 있다.
따라서, 간단한 공정에 의해 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 용접 또는 브레이징 등과 같은 별도의 접합공정을 배제할 수 있기 때문에, 접합공정시 필요한 고온 공정을 배제할 수 있어, 트러스 구조체의 특성변화를 방지할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 구조단위셀을 포함하는 트러스 구조체;
    상기 트러스 구조체의 제1면에 위치하는 제1판재부; 및
    상기 트러스 구조체의 제2면에 위치하는 제2판재부를 포함하고,
    상기 구조단위셀은 제1구조단위셀 및 상기 제1구조단위셀과 결합하는 제2구조단위셀을 포함하고,
    상기 제1구조단위셀은, 제1몸체부 및 상기 제1몸체부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부를 포함하고, 제1몸체부의 일측 끝단과 제2몸체부의 일측 끝단을 연결하는 제1연결부, 상기 제1몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제1지지부 및 상기 제2몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제2지지부를 포함하고,
    상기 제2구조단위셀은, 제1몸체부 및 상기 제1몸체부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부를 포함하고, 제1몸체부의 일측 끝단과 제2몸체부의 일측 끝단을 연결하는 제2연결부, 상기 제1몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제3지지부 및 상기 제2몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제4지지부를 포함하고,
    상기 구조단위셀은,
    복수개 적층된 메쉬망, 상기 적층된 메쉬망의 제1면에 위치하는 제1판재 및 상기 적층된 메쉬망의 제2면에 위치하는 제2판재를 포함하는 샌드위치 판재.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1연결부의 하부면에는 제1체결홈을 포함하고, 상기 제1지지부의 하부면에는 제2체결홈을 포함하며, 상기 제2지지부의 하부면에는 제3체결홈을 포함하고,
    상기 제2연결부의 상부면에는 제4체결홈을 포함하고, 상기 제3지지부의 상부면에는 제5체결홈을 포함하며, 상기 제4지지부의 상부면에는 제6체결홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1구조단위셀의 제1체결홈과 상기 제2구조단위셀의 제4체결홈이 상호 체결되어, 트러스 단일 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 트러스 단일 구조체는 트러스 제1단일 구조체 및 트러스 제2단일 구조체를 포함하며,
    상기 트러스 제1단일 구조체 및 상기 트러스 제2단일 구조체는 각각 제1구조단위셀 및 제2구조단위셀을 포함하고,
    상기 트러스 제1단일 구조체의 제1구조단위셀의 제1지지부의 하부면에 위치하는 제2체결홈과 상기 트러스 제2단일 구조체의 제2구조단위셀의 제3지지부의 상부면에 위치하는 제5체결홈이 체결되어 제1결합을 이루고,
    상기 트러스 제1단일 구조체의 제2구조단위셀의 제2지지부의 하부면에 위치하는 제3체결홈과 상기 트러스 제2단일 구조체의 제1구조단위셀의 제4지지부의 상부면에 위치하는 제6체결홈이 체결되어 제2결합을 이루는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재.
  6. 구조단위셀을 포함하는 트러스 구조체를 제조하는 단계;
    상기 트러스 구조체의 제1면에 제1판재부를 형성하는 단계; 및
    상기 트러스 구조체의 제2면에 제2판재부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1판재부 및 상기 제2판재부는 3D 프린팅법에 의해 형성되고,
    상기 구조단위셀은 제1구조단위셀 및 상기 제1구조단위셀과 결합하는 제2구조단위셀을 포함하고,
    상기 제1구조단위셀은, 제1몸체부 및 상기 제1몸체부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부를 포함하고, 제1몸체부의 일측 끝단과 제2몸체부의 일측 끝단을 연결하는 제1연결부, 상기 제1몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제1지지부 및 상기 제2몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제2지지부를 포함하고,
    상기 제2구조단위셀은, 제1몸체부 및 상기 제1몸체부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2몸체부를 포함하고, 제1몸체부의 일측 끝단과 제2몸체부의 일측 끝단을 연결하는 제2연결부, 상기 제1몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제3지지부 및 상기 제2몸체부의 타측 끝단에 위치하는 제4지지부를 포함하고,
    상기 구조단위셀을 제조하는 방법은,
    복수개 적층된 메쉬망을 제공하는 단계; 상기 적층된 메쉬망의 제1면에 제1판재를 형성하는 단계; 및 상기 적층된 메쉬망의 제2면에 제2판재를 형성하는 단계를 포함하여 베이스 판재부를 제조하며,
    상기 제1판재 및 상기 제2판재는 3D 프린팅법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 구조단위셀을 제조하는 방법은, 상기 베이스 판재부를 일정 형태로 컷팅하여 제조하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재의 제조방법.
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