KR101621239B1 - 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법 - Google Patents

Abstract

비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법에 관한 것으로,
비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 상단에 복합곡면 성형홈이 마련되는 성형금형; 성형금형이 삽입 설치되는 하부챔버; 성형금형의 상단에 올려지는 판형 소재를 반고형 상태로 가열하는 가열수단; 하부챔버에 분리 가능하게 결합되는 상부챔버; 상부챔버의 내부로 고온 고압의 가압공기를 공급하여 판형 소재를 성형금형 쪽으로 가압하는 가압수단; 하부챔버에 설치된 성형금형의 복합곡면 성형홈 내부 공간의 공기를 흡입하여 판형 소재의 하단부를 복합곡면 성형홈 쪽으로 끌어당길 수 있도록 하는 감압수단; 상부챔버의 내부로 냉각공기를 공급하여 성형이 완료된 반고형의 판형 소재(M)를 냉각하는 냉각수단;을 포함하고,
비정형 건축물용 복합곡면 패널의 성형방법은 소재장착단계, 가열단계, 챔버결합단계, 복합곡면 성형단계, 냉각단계, 절단단계를 포함하며,
고품질의 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 생산성 향상과 원가절감을 도모할 수 있게 되는 것이다.

Description

비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법 { MULTI-CURVED PANEL MANUFACTURING APPARATUS AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF }

본 발명은 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 금형의 상부에 올려진 소재를 가열한 후 고온 고압의 공기로 가압하여 복합곡면 패널을 성형하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 비정형 건축물이란 기존의 장방형 형태로 된 정형화된 건축물의 형태에서 벗어나 기울어지거나 좁아지거나 뒤틀려지거나 이중으로 휘어지는 등 자유로운 곡면으로 이루어진 형태의 건축물을 말한다.

최근 세계적으로 이러한 비정형 건축물의 수가 크게 증가하고 있는 추세인데, 이는 비정형 건축물의 문화적, 기술적 상징성, 건설IT(Information Technology) 기술의 발전과 BIM (Building Information Modeling) 기술의 도입, 그리고 시공기술의 발전에 크게 기인하고 있다.

그러나, 지금까지 비정형 건축물은 설계상 어려움과 제작 및 시공상의 높은 공사비용 등으로 실제로 지어지기가 매우 어려웠다.

비정형 건축물의 설계 및 시공은 그에 사용되는 비정형 패널의 제작 때문에 여러 가지 어려움이 있는데, 그중 특히 기술적으로나 경제성 면에서 가장 문제점이 많은 부분이 비정형 건축물의 외장패널과 내장패널(외피, 내피, 유리, 다양한 스킨 등) 부분이다.

비정형 건축물의 다양한 곡률과 반지름을 가진 패널(skin)을 시공하기 위해서는 커다란 하나의 외피를 여러 개의 작은 패널(panel)로 나누는 작업(이러한 작업을 패널화(panelization)라고 한다)이 필요한데, 이러한 비정형 건축물의 패널의 경우 반복성이 거의 없어 대량생산이 어렵고, 패널 형태의 복잡성으로 인해 제작에 예상보다 훨씬 많은 비용이 드는 문제가 있다.

즉, 일반적인 정형 건축물의 정형화된 패널은 일정한 형태로 이루어지기 때문에 동일한 형상으로 대량 생산이 가능하므로 생산비용이 크게 문제되지 않는다.

그러나 비정형 건축물의 패널은 서로 다른 반지름과 곡률을 가진 다양한 형태로 이루어지기 때문에 대량 생산이 불가능하고, 그에 따라 제작 및 시공비용이 크게 증가되며, 제품 품질이 열악하다는 문제가 있다.

비정형 건축물 패널(skin)의 이러한 근본적인 문제점을 해결하기 위해서, 종래의 비정형 건축물의 대표적인 일례인 프랭크게리의 디즈니콘서트홀의 경우, 제작이 상대적으로 용이한 일방향(一方向) 곡면을 사용하고 제작이 어려운 복곡면의 사용을 회피함으로써 복곡면으로 인해서 발생하는 제작 및 비용상의 문제점을 원천적으로 배제하는 방식으로 설계 및 시공되었는데, 이러한 방법은 종래의 통상적으로 비정형 건축물의 시공에 가장 많이 사용되는 방법이었다.

도 1은 복합곡면 패널이 사용된 동대문 디자인플라자의 외부 형태도이고, 도 2는 복합곡면 패널이 사용된 동대문 디자인플라자의 내부 형태도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 서울 동대문에 세워진 동대문 디자인 플라자와 같은 경우, 종래의 비정형 건축물인 디즈니 콘서트홀의 경우와는 달리 이중곡면으로된 패널(복곡판, 復曲板, double-curved panel)이 전체 외피의 50%를 차지하고 있어서 외피(skin)의 생산 기술적인 측면과 경제적인 비용면에서 보았을 때, 지금까지의 비정형 건축물 중에서도 가장 어려운 건축물 중의 하나이다.

이와 같이 복곡판이 50% 이상을 차지하고 있는 경우, 곡면패널을 줄이기 위해서 외피모델을 분할하여도 상당한 수의 두 방향 곡면 패널이 여전히 존재하고, 이들은 각기 다른 모서리길이와 반지름을 가지는 복잡한 기하학적 형태를 가지고 있기 때문에 제작시간과 제작비용이 상당히 증가한다는 문제점이 있다.

도 3은 동대문 디자인 플라자의 외장패널을 제작 및 시공을 위하여 작은 단위패널로 나누는 패널화(panelization)시킨 모델을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 동대문 디자인 플라자는 실시 설계단계에서는 전체 외피패널의 60%이상이 곡면패널로 이루어지는데, 패널화 과정을 통해서도 14,000 여개의 패널로 분할되었으며, 특히 컨벤션에서 박물관으로 이어지는 다리부분에서는 곡률의 변화가 더욱 심한 패널로 분할되었다.

또한 건물의 특성상 디자인정보센터의 외장커튼월의 경우 유리창의 형태 또한 비정형 형태를 가지며, 내부의 인조대리석 마감의 벽체 또한 비정형 형태를 갖게 되었다.

만일 자동차와 같이 하나의 형틀을 수만번 사용한다면, 고가의 형틀을 제작하여 대량생산을 하는 것이 경제적인 측면에서 합리적이지만 이처럼 비정형 건축물의 경우 동일한 형태의 외피패널이 반복적으로 사용되는 경우가 거의 없어 자동차 기술과 같이 고가의 형틀을 제작하는 것은 경제성이 없다.

일방향 곡면패널은 주로 롤러압연 등의 방법을 이용하여 대부분의 형태가 비교적 정교하게 제작이 가능하다.

그러나 비정형 건축물의 복곡면과 같은 두 방향곡면 (two-way curved surface) 은 유압프레스를 이용한 수작업에 의한 성형이 가능하지만 이러한 성형방식은 주로 조형물을 만드는데 사용되는 방식이다.

유압프레스를 이용한 수작업에 의한 성형은 다양한 형태를 제약 없이 만들 수는 있지만 제작시간이 너무 많이 소요되고 고가이기 때문에 공사기간과 공사비용이 중요한 요소인 비정형 건축물에 적용하기에는 곤란하다는 치명적인 문제점이 있다.

이에 스트레칭 포밍기를 사용하는 특허등록 제10-1030226호의 다중 복합곡면 성형판 제조방법(MPSF & MPF)은 동대문디자인 플라자 비정형 건축에 있어 경제성과 제작공기에서 획기적인 전환점이 되었다.

다만 이 경우 금속과 비철금속에 한하여 제작 가능하다는 단점이 있으며, 도 4의 비교적 단순화된 복합곡면에 있어서는 제작 가능한 기술을 제공하는 최선의 기술이지만 최근의 건축물의 성향은 도 5의 경우와 같이 복잡하고 다양한 곡면의 생산을 요구하고 있고, 이는 상기 다중 복합곡면 성형판 제조방법(MPSF & MPF)의 생산방식으로는 매우 어렵고 정밀성이 떨어지는 단점을 가지고 있었다.

또한 특허등록 제10-1118141호의 비정형 건축물의 이중곡면 외부패널 제작을 위한 곡면성형방법에 따르는 열가압 성형방식에서도 가압시에 발생하는 롤러의 자국으로 인한 품질불량의 사례와 일정한 압력으로 재료를 금형에 누르는 균일성이 보장될 수 없기에 품질의 안정성이 없다는 단점이 있다.

더불어 조금더 제작방식을 향상시킨 특허등록 제10-1203092호의 비정형 건축물의 이중곡면 외부패널 제작을 위한 볼 커넥터 가압방식 곡면성형장치의 경우에도 볼커넥터의 자국이 남거나 균일하게 압력을 가할 수 없다는 단점과 커넥터 크기 이하의 정밀도와 심한 곡선처리 등은 생산이 불가하다는 단점이 있어 다양한 제품을 생산할 수 없거나 품질이 떨어지는 단점이 있다.

상기 선행특허에서의 문제는 상부의 가압롤러와 볼커넥터의 눌림자국 또는 정밀하고 세밀한 부분을 눌러주지 못하여 품질이 떨어지는 단점 등으로, 롤러의 균일성의 부족은 물론 자국이 남는 단점과 뜨거운 것을 눌러서 성형함에 따라 작업성이 거의 없으며, 평탄도를 유지하기 위하여 평면지그를 이용하였으나 이 또한 목적 곡면처리이 매번 다름에 따라 교체하여야 함에 따라 실현성이 없었다.

또한 성형 이후 냉각단계에서 예측 불가한 열팽창 후 냉각변형으로 인한 필연적으로 뒤틀림이 발생하거나 단부가 뜨는 현상이 발생하기 때문에 정밀도의 확보가 매우 어려웠다고 할 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1118141호 (2010년 05월 18일 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1118141호 (2010년 05월 18일 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1203092호 (2012년 11월 14일 등록)

전술한 바와 같이 종래 기술에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형 기술은 금형비용이 많이 들고, 작업성이 좋지 못하게 되어 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 제작이 어렵고 제작비용이 많이 들게 될 뿐 아니라 고품질의 비정형 건축물용 복합곡면 패널을 제작할 수 없게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 보다 정밀한 고품질의 비정형 건축물용 복합곡면 패널을 간편하게 제작할 수 있도록 하는 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 그 다른 목적이 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 생산성 향상과 원가 절감을 도모할 수 있도록 하여 비정형 건축물의 설계 및 시공을 용이하게 할 수 있도록 하는 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 상단에 복합곡면 성형홈이 마련되는 성형금형; 성형금형이 삽입 설치되는 하부챔버; 성형금형의 상단에 올려지는 판형 소재를 반고형 상태로 가열하는 가열수단; 하부챔버에 분리 가능하게 결합되는 상부챔버; 상부챔버의 내부로 고온 고압의 가압공기를 공급하여 판형 소재를 성형금형 쪽으로 가압하는 가압수단; 하부챔버에 설치된 성형금형의 복합곡면 성형홈 내부 공간의 공기를 흡입하여 판형 소재의 하단부를 복합곡면 성형홈 쪽으로 끌어당길 수 있도록 하는 감압수단; 상부챔버의 내부로 냉각공기를 공급하여 성형이 완료된 반고형의 판형 소재(M)를 냉각하는 냉각수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 하부챔버 및 성형금형을 가열위치, 성형위치, 절단위치로 이송하는 이송수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 성형금형의 하단부에 판형 소재와 복합곡면 성형홈 사이의 공간을 진공상태로 감압할 수 있도록 하는 복수의 감압유로가 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 감압유로의 상단부가 복합곡면 성형홈에 연결되고, 감압유로의 하단부가 하부챔버에 형성된 감압수단 연결구멍을 통해 감압수단과 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 하부챔버의 상단 둘레에 판형 소재 받침플랜지가 마련되고, 판형 소재 받침플랜지에 요입홈이 마련되고, 상부챔버의 하단 둘레에 판형 소재 받침플랜지가 마련되고, 판형 소재 받침플랜지에 판형 소재 가압돌기가 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 이송수단이 컨베이어 방식 또는 이송대차 방식인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 가열수단이 상부챔버의 내부 상부에 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 가열수단이 하부챔버의 이송경로의 하부챔버 상부에 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 상부챔버가 승강실린더를 통해 승강되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 상부챔버의 상단에 절환밸브를 통해 가압수단 및 냉각수단과 접속되는 복수의 가압 및 냉각구멍이 마련되고, 상부챔버의 일측에 배기구멍이 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 상부챔버의 일측면에 외부에서 판형 소재 가압상황 및 성형상황을 확인할 수 있도록 하는 점검창이 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치는 판형 소재가 가열하면 연성이 있어 공기압력으로 성형이 가능하고 냉각과 동시에 원래의 강도를 갖는 물질인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 성형방법은 하부챔버의 내부에 설치된 성형금형 및 하부챔버의 상단에 판형 소재를 올려놓는 소재장착단계; 판형 소재가 올려진 성형금형 및 하부챔버를 가열위치로 이송하여 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열하는 가열단계; 성형금형 및 하부챔버를 성형위치로 이송하여 하부챔버의 상부에 상부챔버를 결합하는 챔버결합단계; 가압수단을 통해 상부챔버의 내부에 고온 고압의 공기를 주입하여 반고형 상태로 가열된 판형 소재의 상단부를 가압하는 동시에 감압수단을 통해 성형금형의 복합곡면 성형홈의 내부 공기를 진공흡입하여 복합곡면을 성형하는 복합곡면 성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 성형방법은 냉각수단을 통해 상부챔버의 내부에 상온의 냉각공기를 주입하여 복합곡면 성형이 완료된 판형 소재를 냉각하는 냉각단계; 복합곡면 성형이 완료된 판형 소재의 외곽 부분을 절단하여 비정형 건축물용 복합곡면 패널을 완성하는 절단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 성형방법은 절단단계에서 성형된 복합곡면을 3D 스캐너로 스캔한 정보와 설계된 복합곡면 데이터와 겹쳐 절단선을 추출하고 절단장비로 판형 소재 외곽부분을 절단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법에 의하면, 높은 제작단가와 오랜 제조시간으로 인하여 종래의 특수가공방법으로도 제작에 어려움이 있었던 비정형 건축물용 복합곡면 패널을 간편하게 성형할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법에 의하면, 금형 제작비용을 절감할 수 있게 되어 비정형 건축물용 복합곡면 패널 제품의 생산단가를 낮추면서도 정밀한 성형가공이 가능하게 되고, 비정형 건축물의 다중, 이중곡면 성형공정을 단순화하면서도 생산효율을 획기적으로 높일 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법에 의하면, 철금속 및 알루미늄판재 등의 비철금속 이외에도 유리, 인조대리석, 폴리카보네이트 등 다양한 재질로 된 비정형 건축물의 복합곡면 패널을 생산할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법에 의하면, 설계자는 창작의 제약 없이 자유롭게 전세계적으로 그 비율이 점점 더 증가하고 있는 비정형 건축물을 설계할 수 있고, 시공업자는 공사비용의 걱정 없이 저렴하게 비정형 건축물을 시공할 수 있게 된다.

도 1은 복합곡면 패널이 사용된 동대문 디자인 플라자의 외부 형태도,
도 2는 복합곡면 패널이 사용된 동대문 디자인 플라자의 내부 형태도,
도 3은 외장패널을 제작 및 시공을 위하여 작은 단위패널로 나누는 패널화(panelization)시킨 모델을 나타낸 그림,
도 4는 비교적 단순화된 복합곡면을 가지는 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 예시도,
도 5는 복잡하고 다양한 복합곡면을 가지는 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 예시도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치의 구성도,
도 7은 동 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치의 상부챔버와 하부챔버 결합 부위의 요부 종단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치의 구성도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 성형방법의 제조공정도.

이하 본 발명에 따른 본 발명에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치 및 그 성형방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치의 구성도이고, 도 7은 동 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치의 상부챔버와 하부챔버 결합 부위의 요부 종단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치(100)는 성형금형(110), 하부챔버(120), 이송수단(130), 가열수단(140), 상부챔버(150), 가압수단(160), 감압수단(170), 냉각수단(180)을 포함한다.

성형금형(110)은 판형 소재(M)를 복합곡면 패널(P)로 성형하기 위한 것으로, 상단에 복합곡면 성형홈(111)이 마련된다.

복합곡면 성형홈(111)의 표면에는 양각 또는 음각으로 문양을 형성하거나 라인을 형성할 수 있다.

또한, 성형금형(110)은 내열블럭, ALC경량패널, 내화벽돌 등의 다양한 내화재료를 사용할 수 있으며, 컴퓨터 조각기 또는 라우터, 3D 프린터를 이용하여 성형하고자 하는 복합곡면 패널(P)의 형상을 가지도록 복합곡면 성형홈(111)을 제작한 것을 사용할 수 있다.

성형금형(110)의 하단부에는 판형 소재(M)와 복합곡면 성형홈(111) 사이의 공간을 진공상태로 감압할 수 있도록 하는 복수의 감압유로(112)가 마련된다.

감압유로(112)의 상단부는 복합곡면 성형홈(111)에 연결되고, 감압유로(112)의 하단부는 하부챔버(120)의 감압수단 연결구멍(121)을 통해 감압수단(170)과 연결된다.

하부챔버(120)는 내부에 성형금형(110)이 삽입 설치되는 상부가 개방된 함형의 것으로, 이송수단(130)을 통해 좌우방향으로 이송된다.

하부챔버(120)의 하단 중앙에는 감압수단(170)과 연결되는 감압수단 연결구멍(121)이 마련된다.

하부챔버(120)의 상단 둘레에는 판형 소재 받침플랜지(122)가 마련되고, 판형 소재 받침플랜지(122)에 요입홈(123)이 마련된다.

이송수단(130)은 하부챔버(120) 및 그에 탑재된 성형금형(110)을 좌우방향으로 이송한다.

이송수단(130)은 판형 소재(M)를 성형금형(110) 및 하부챔버(120)의 상부에 올려놓는 소재장착위치에서 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열하는 가열위치로 성형금형(110) 및 하부챔버(120)를 이송한다.

또한, 이송수단(130)은 가열위치의 성형금형(110) 및 하부챔버(120), 판형 소재(M)를 하부챔버(120)에 상부챔버(150)가 결합되고 가압수단(160)을 통해 상부챔버(150)의 내부로 고온 고압의 가압공기가 공급되는 동시에 감압수단(170)을 통해 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111)의 내부공기가 진공흡입되어 복합곡면을 성형하는 성형위치로 이송한다.

또한, 이송수단(130)은 성형위치의 성형금형(110) 및 하부챔버(120), 판형 소재(M)를 복합곡면의 성형된 판형 소재(M)의 외곽부위를 절단하여 비정형 건축물용 복합곡면 패널(P)을 완성하는 절단위치로 이송한다.

이송수단(130)은 컨베이어 방식 또는 이송대차 방식 그 밖의 다른 예측 가능한 이송방식이 사용될 수 있다.

가열수단(140)은 성형금형(110)의 상단에 올려지는 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열하기 위한 것이다.

가열수단(140)은 하부챔버(120)의 이송경로의 하부챔버(120) 상부에 마련되며, 경우에 따라서는 상부챔버(150)의 내부 상부에 마련될 수도 있다.

상부챔버(150)는 하부챔버(120)의 상부에 결합되는 하단이 개방된 함형의 것으로, 승강실린더(151)를 통해 승강 가능하게 설치된다.

즉, 상부챔버(150)의 상부에 설치되는 승강실린더(151)가 신장 작동하게 되면 상부챔버(150)가 하강하여 성형위치로 이동한 하부챔버(120)에 결합되고, 승강실린더(151)가 수축 작동하게 되면 상부챔버(150)가 하부챔버(120)와 분리된다.

상부챔버(150)의 상단에는 절환밸브(152)를 통해 가압수단(160) 및 냉각수단(180)과 접속되는 복수의 가압 및 냉각구멍(153)이 마련되고, 상부챔버(150)의 일측에는 배기구멍(154)이 마련된다.

상부챔버(150)의 배기구멍(154)에 접속되는 배기유로에는 배기개폐밸브(155)가 설치된다.

상부챔버(150)의 하단 둘레에는 판형 소재 받침플랜지(156)가 마련되고, 판형 소재 받침플랜지(156)에 판형 소재 가압돌기(157)가 마련된다.

상부챔버(150)의 일측면에는 외부에서 판형 소재 가압상황 및 성형상황을 확인할 수 있도록 하는 점검창(158)이 마련된다.

가압수단(160)은 상부챔버(150)의 내부로 고온 고압의 가압공기를 공급하여 판형 소재(M)를 성형금형(110) 쪽으로 가압할 수 있도록 하는 것으로, 전술한 바와 같이 절환밸브(152)를 통해 상부챔버(150)의 가압 및 냉각구멍(153)에 접속된다.

감압수단(170)은 하부챔버(120)에 설치된 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111) 내부 공간의 공기를 흡입하여 상단부가 가압수단(170)을 통해 가압되는 판형 소재(M)의 하단부를 복합곡면 성형홈(111) 쪽으로 끌어당길 수 있도록 하는 것으로, 전술한 바와 같이 하부챔버(120)의 하단 중앙에 형성된 감압수단 연결구멍(121)에 접속된다.

도면부호중 미설명부호 171은 감압제어밸브이다.

가압수단(160)의 고온 고압의 공기를 생성하여 공급하는 기술 및 감압수단(170)의 진공흡입 기술은 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

냉각수단(180)은 상부챔버(150)의 내부로 냉각공기를 공급하여 성형이 완료된 반고형의 판형 소재(M)를 냉각할 수 있도록 하는 것으로, 가압수단(160)과 마찬가지로 절환밸브(152)를 통해 상부챔버(150)의 가압 및 냉각구멍(153)에 접속된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치(100)는 성형금형(110)의 상단에 올려진 판형 소재(M)를 가열수단(140)을 통해 반고형 상태로 가열한 후에 판형 소재(M)의 상단부를 가압수단(160)에서 공급되는 고온 고압의 공기를 통해 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111) 쪽으로 가압하는 동시에 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111)의 내부 공간의 공기를 감압수단(170)을 통해 진공흡입하여 판형 소재(M)의 하단부를 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111) 쪽으로 끌어당김으로써 간편하게 복합곡면 패널(P)을 성형할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치(100)를 통해 비정형 건축물용 복합곡면 패널(P)의 제작과정을 설명하면 다음과 같다.

우선 소재장착위치에서 성형금형(110) 및 하부챔버(120)의 상부에 판형 소재(M)를 올려놓는다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치(100)에서 사용되는 비정형 건축물용 복합곡면 패널(P)의 소재는 가열하면 연성이 있어 공기압력으로 성형이 가능하고 냉각과 동시에 원래의 강도를 갖는 성질의 모든 물질을 사용할 수 있다.

예를 들면 비정형 건축물용 복합곡면 패널(P)의 소재는 금속(스틸, 스테인레스) 및 비철금속(알루미늄, 아연, 티타늄 아연판). 또는 무기물로서 용융점이 비교적 낮은 유리, 인조대리석 등의 유,무기 복합화합물, 유기화합물인 폴리카보네이트 등이 사용될 수 있다.

다음에 성형금형(110) 및 하부챔버(120), 판형 소재(M)를 이송수단(130)을 통해 가열위치로 이송하고, 가열수단(140)을 통해 성형금형(110) 및 하부챔버(120)의 상부에 올려진 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열한다.

다음에 성형금형(110) 및 하부챔버(120), 판형 소재(M)를 이송수단(130)을 통해 가열위치로 이송하고, 승강실린더(151)를 통해 상부챔버(150)를 하강시켜 하부챔버(120)의 상부에 상부챔버(150)를 결합한다.

하부챔버(120)의 상부에 상부챔버(150)를 결합한 후에 별도의 체결클램프로 양 챔버(120)(150)를 견고하게 체결한다.

하부챔버(120)의 상부에 상부챔버(150)가 결합될 때에는 상부챔버(150)의 판형 소재 가압돌기(157)가 판형 소재(M)를 가압하면서 하부챔버(120)의 요입홈(123)에 결합되어 판형 소재(M)가 상부챔버(150) 및 하부챔버(120)에 견고하게 밀착될 수 있게 된다.

다음에 가압수단(160)을 통해 상부챔버(150)의 내부로 고온 고압의 공기를 주입하여 판형 소재(M)의 상단부를 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111) 쪽으로 가압하는 동시에 감압수단(170)을 통해 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111)의 내부 공간의 공기를 진공흡입하여 판형 소재(M)의 하단부를 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111) 쪽으로 끌어당김으로써 복합곡면을 성형한다.

다음에 냉각수단(180)을 통해 상부챔버(150)의 내부로 냉각공기를 주입하여 복합곡면의 성형이 완료된 판형 소재(M)를 냉각한다.

다음에 체결클램프를 풀고 승강실린더(151)를 통해 상부챔버(150)를 상승시켜 하부챔버(120)에서 상부챔버(150)를 분리한다.

다음에 성형금형(110) 및 하부챔버(120), 판형 소재(M)를 이송수단(130)을 통해 절단위치로 이송하고, 판형 소재(M)의 외곽 부위를 절단한 후 완성된 비정형 건축물용 복합곡면 패널(P)을 성형금형(110) 및 하부챔버(120)에서 분리한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치의 구성도이다.

도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치(100)는 상부챔버(110)의 내부 상부에 판형 소재(M)를 가열하는 가열수단(140)을 마련한 형태이다.

도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치(100)는 하부챔버(120)의 상부에 판형 소재(M)를 올려놓고 상부챔버(150)를 하강시킨 후 상부챔버(150)의 내부에 설치된 가열수단(140)을 통해 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열할 수 있게 되므로 하부챔버(120)를 이송시킬 필요가 없게 된다.

따라서 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치(100)는 장치를 보다 콤팩하게 구성할 수 있게 되어 비정형 건축물용 복합곡면 패널(P)의 제작에 필요한 작업 공간을 최소화할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 성형방법의 제조공정도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형방법은 소재장착단계, 가열단계, 챔버결합단계, 복합곡면 성형단계, 냉각단계, 절단단계를 포함한다.

소재장착단계는 소재장착위치에서 하부챔버(120)의 내부에 설치된 성형금형(110) 및 하부챔버(120)의 상단에 판형 소재(M)를 올려놓는 단계이다.

가열단계는 판형 소재(M)가 올려진 성형금형(110) 및 하부챔버(120)를 가열위치로 이송하여 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열하는 단계이다.

챔버결합단계는 성형금형(110) 및 하부챔버(120)를 성형위치로 이송하여 하부챔버(120)의 상부에 상부챔버(150)를 결합하는 단계이다.

복합곡면 성형단계는 가압수단(160)을 통해 상부챔버(150)의 내부에 고온 고압의 공기를 주입하여 반고형 상태로 가열된 판형 소재(M)의 상단부를 가압하는 동시에 감압수단(170)을 통해 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111)의 내부 공기를 진공흡입하여 복합곡면을 성형하는 단계이다.

냉각단계는 냉각수단(160)을 통해 상부챔버(150)의 내부에 상온의 냉각공기를 주입하여 복합곡면 성형이 완료된 판형 소재(M)를 냉각하는 단계이다.

절단단계는 복합곡면 성형이 완료된 판형 소재(M)의 외곽 부분을 절단하여 비정형 건축물용 복합곡면 패널을 완성하는 단계이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형방법의 복합곡면 성형단계에서 가압수단(160) 및 감압수단(170)을 통해 고온 고압의 공기로 반고형 상태로 가열된 판형 소재(M)의 상단부를 가압하는 동시에 판형 소재(M)의 하단부를 진공흡입하게 되면 고온 고압의 가압공기에 의해 풍선처럼 부풀게 되는 판형 소재(M)는 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111)에 밀착된다.

또한, 절단단계에서는 성형된 복합곡면을 3D 스캐너로 스캔한 정보와 설계된 복합곡면 데이터와 겹쳐 절단선을 추출하고 5축 3D 레이저장비 등의 절단장비로 판형 소재(M)의 외곽부분을 절단한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100 : 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치
110 : 성형금형
120 : 하부챔버
130 : 이송수단
140 : 가열수단
150 : 상부챔버
160 : 가압수단
170 : 감압수단
180 : 냉각수단

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13. 상단에 복합곡면 성형홈(111)이 마련되는 성형금형(110);
    성형금형(110)이 삽입 설치되는 하부챔버(120);
    성형금형(110)의 상단에 올려지는 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열하는 가열수단(140);
    하부챔버(120)에 분리 가능하게 결합되는 상부챔버(150);
    상부챔버(150)의 내부로 고온 고압의 가압공기를 공급하여 판형 소재(M)를 성형금형(110) 쪽으로 가압하는 가압수단(160);
    하부챔버(120)에 설치된 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111) 내부 공간의 공기를 흡입하여 판형 소재(M)의 하단부를 복합곡면 성형홈(111) 쪽으로 끌어당길 수 있도록 하는 감압수단(170);
    상부챔버(150)의 내부로 냉각공기를 공급하여 성형이 완료된 반고형의 판형 소재(M)를 냉각하는 냉각수단(180);
    하부챔버(120) 및 성형금형(110)을 가열위치, 성형위치, 절단위치로 이송하는 컨베이어 방식 또는 이송대차 방식의 이송수단(130);을 포함하는 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형장치를 이용한 비정형 건축물용 복합곡면 패널 성형방법에 있어서,
    하부챔버(120)의 내부에 설치된 성형금형(110) 및 하부챔버(120)의 상단에 판형 소재(M)를 올려놓는 소재장착단계;
    상기 성형금형(110)의 상단에 판형 소재(M)가 올려진 상태에서 상부챔버(150) 결합되기 전 하부챔버(120) 상부에 마련된 상기 가열수단(140)에 의해 가열되어 판형 소재(M)를 반고형 상태로 가열하는 가열단계;
    상기 반고형 상태로 가열된 판형소재(M)가 올려진 하부챔버(120)를 상기 상부챔버(150) 결합위치로 이송하는 이송단계;
    상기 하부챔버(120)의 상부에 위치한 상부챔버(150)를 승강실린더(151)에 의해 하강시켜 상기 하부챔버(120)와 상기 상부챔버(150)를 결합하는 챔버결합단계;
    상기 가압수단(160)을 통해 상부챔버(150)의 내부에 고온 고압의 공기를 주입하여 반고형 상태로 가열된 판형 소재(M)의 상단부를 가압하는 동시에 감압수단(170)을 통해 성형금형(110)의 복합곡면 성형홈(111)의 내부 공기를 진공흡입하여 복합곡면을 성형하는 복합곡면 성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 성형방법.
14. 제13항에 있어서
    냉각수단(160)을 통해 상부챔버(150)의 내부에 상온의 냉각공기를 주입하여 복합곡면 성형이 완료된 판형 소재(M)를 냉각하는 냉각단계;
    복합곡면 성형이 완료된 판형 소재(M)의 외곽 부분을 절단하여 비정형 건축물용 복합곡면 패널을 완성하는 절단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 성형방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 판형소재(M)는 철계금속 및 비철금속, 유리, 인조대리석, 폴리카보네이트 중 하나인 것을 특징으로 하는 비정형 건축물용 복합곡면 패널의 성형방법.

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