KR101806938B1 - Molding apparatus for composite structure using electromagnet and a method for forming the composite structure using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복합소재 구조물 성형장치 및 이를 이용한 복합소재 구조물 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오토클레이브 장비 없이 복합소재 구조물에 고온, 고압의 환경을 제공하여 전자석을 이용하여 복합소재 구조물을 성형하는 복합소재 구조물 성형장치 및 이를 이용한 복합소재 구조물 성형방법에 관한 것이다. The present invention relates to a composite material forming apparatus and a method of forming a composite material structure using the same, and more particularly, to a method of forming a composite material structure by providing an environment of high temperature and high pressure in a composite material structure without using an autoclave A composite material structure forming apparatus and a composite material structure forming method using the same.
최근에 복합소재를 활용한 구조물은 경량화와 동시에 금속 대비 비강도가 월등하여 항공, 자동차 등 운송수단의 제작에 있어 그 활용도가 증가하고 있는 추세이다. 예를 들어, 철도 분야에서도 차량 및 인프라 등의 설비 구성에 있어 복합소재 활용도가 높아지고 있다. In recent years, structures using composite materials have been increasingly utilized in the manufacture of transportation means such as air and automobiles because of their light weight and superior non-strength relative to metal. For example, in the railway sector, composite materials are increasingly utilized in the construction of facilities such as automobiles and infrastructures.
그러나 복합소재의 우수한 특성에도 불구하고 그 성형공정이 복잡하고 부대장비의 공간 및 규모 등에 영향을 받아 제조비용이 상대적으로 높은 단점이 있다. 따라서 복합소재 적용 확대를 위해 제조비용 절감이 필요한 실정이다. However, despite the excellent characteristics of the composite material, the molding process is complicated and the manufacturing cost is relatively high due to the space and size of the auxiliary equipment. Therefore, it is necessary to reduce the manufacturing cost to expand the application of composite materials.
복합소재를 제작하기 위한 성형공정은 다양한 기술들이 개발되고 있다. 기본적으로 복합소재의 물성을 이상적인 최대치로 확보하기 위해서는 여러 복합소재 제작 기법들 중에서 열과 압력을 균일하게 가할 수 있는 기술이 가장 월등한 물성을 보여주고 있다. Various techniques are being developed for the molding process for composites. In order to secure the physical properties of the composite material to an ideal maximum, among the various composite manufacturing techniques, a technique capable of uniformly applying heat and pressure has the most excellent physical properties.
그 중 대표적인 성형공법은 오토클레이브를 활용한 성형공법으로서 물성이 가장 우수하며, 일반 대류형 오븐 경화공법과 달리 온도뿐만 아니라 성형 시 구조물 전체에 높은 압력을 가하여 제품 물성이 상대적으로 높다. Among them, typical molding method is a molding method using an autoclave and has the best physical properties. Unlike a general convection type oven curing method, a high pressure is applied not only to a temperature but also to a whole structure during molding, resulting in relatively high physical properties.
하지만 오토클레이브 공법은 이를 적용하기 위하여 구조물 크기에 관계없이 대형크기의 챔버 장비와 승온과 가압을 위한 주변 설비(컴프레서, 가압가스 등)를 갖추어야 하며, 원하는 성형 환경에 다다르기까지 시간적인 소요가 상당한 문제가 있다. However, the autoclave process must be equipped with large-sized chamber equipment and peripheral equipment (compressor, pressurized gas, etc.) for heating and pressurization, regardless of the size of the structure. there is a problem.
또한 높은 압력을 가하여야 하므로 안전 사항에 관한 엄격한 관리가 필요하며, 더불어 구조물 크기에 관련 없이 일정 크기의 오토클레이브 장비를 운영하는 문제로 비용이 상당한 문제가 있다. In addition, strict control on safety matters is required because high pressure is applied, and there is a problem in cost because of operating a certain size of autoclave equipment irrespective of the structure size.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 설치를 위한 대형공간이 필요한 오토클레이브를 대신하여 한정된 공간에서도 복합소재 성형이 가능하고, 설치비용을 절감하고, 설치 환경의 안전성을 향상시킨 전자석을 이용한 복합소재 구조물 성형장치에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for molding a composite material in a limited space in place of an autoclave requiring a large space for installation, And more particularly, to a composite material structure molding apparatus using an electromagnet having improved safety.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 복합소재 구조물 성형장치를 이용한 복합소재 구조물 성형방법에 관한 것이다. It is another object of the present invention to provide a method of forming a composite material structure using the composite material structure molding apparatus.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 복합소재 구조물 성형장치는 자성전달 몰드, 전자석 및 자성물질 혼합물을 포함한다. 상기 자성전달 몰드는 프리프레그를 적층한 복합소재 구조물의 하부가 안착되고 상기 복합소재 구조물을 향해 자력을 전달한다. 상기 전자석은 상기 자성전달 몰드의 하부에 부착되며 상기 자성전달 몰드에 자력을 인가한다. 상기 자성물질 혼합물은 상기 복합소재 구조물의 상부에서 자성물질을 함유하여 상기 자성전달 몰드로부터 전달되는 자력과 인력을 작용하며 상기 복합소재 구조물의 상면에 상기 인력을 분산시켜 상기 상면에 균일한 압력을 가한다. According to one embodiment of the present invention for realizing the object of the present invention, a composite material structure molding apparatus includes a magnetic transfer mold, an electromagnet, and a magnetic material mixture. The magnetic transfer mold seats the lower portion of the composite structure in which the prepregs are stacked, and transmits the magnetic force toward the composite structure. The electromagnet is attached to a lower portion of the magnetic transmission mold and applies a magnetic force to the magnetic transmission mold. The magnetic material mixture contains a magnetic material at an upper portion of the composite material structure and acts on the magnetic force and attraction force transmitted from the magnetic transfer mold to disperse the attraction force on the upper surface of the composite material structure, do.
일 실시예에서, 상기 자성물질 혼합물은 실리콘 오일 팩 또는 자성물질이 함유된 솔겔(Sol-gel) 조성물을 포함할 수 있다. In one embodiment, the magnetic material mixture may comprise a silicone oil pack or a sol-gel composition containing a magnetic material.
일 실시예에서, 상기 전자석의 자력의 강도를 조절하여 상기 복합소재 구조물에 인가되는 압력의 크기를 조절하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the controller may further include a controller for controlling the magnitude of the magnetic force of the electromagnet to adjust the magnitude of the pressure applied to the composite structure.
일 실시예에서, 상기 복합소재 구조물의 상면에 부착되어 상기 복합소재 구조물을 밀봉하는 진공백 조립체를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the apparatus may further include a vacuum blank assembly attached to an upper surface of the composite work structure to seal the composite work structure.
일 실시예에서, 상기 진공백 조립체는 핫 블랭킷(hot blanket)을 포함하여 상기 복합소재 구조물의 온도를 상승시킬 수 있다. In one embodiment, the vacuum assembly includes a hot blanket to raise the temperature of the composite structure.
일 실시예에서, 상기 자성전달 몰드는 철금속을 포함할 수 있다.In one embodiment, the magnetic transfer mold may comprise an iron metal.
일 실시예에서, 상기 자성전달 몰드의 일측에 형성되며 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성전달 몰드 사이의 층간 공기 또는 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성물질 혼합물 사이의 층간 공기를 배출시킬 수 있는 벤트 호스를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, a vent hose is formed on one side of the magnetic transfer mold and capable of discharging interlayer air between the composite material structure and the magnetic transfer mold or interlayer air between the composite material structure and the magnetic material mixture .
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 복합소재 구조물 성형방법에 있어서,프리프레그를 적층한 복합소재 구조물을 자성전달 몰드의 상부에 안착시키는 단계, 상기 자성전달 몰드에 자력을 전달하는 전자석을 상기 자성전달 몰드의 하부에 부착하는 단계, 상기 복합소재 구조물 위에 진공백 조립체, 적정 함량의 자성물질이 함유된 자성물질 혼합물 순으로 적층하는 단계, 상기 전자석의 자력 크기를 컨트롤러로 조절하는 단계, 상기 자성전달 몰드와 상기 자성물질 혼합물 사이에 인력이 작용하는 단계, 상기 복합소재 구조물에 상기 인력이 균일하게 분산되어 상기 복합소재 구조물에 압력이 가해지는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a composite material structure, the method comprising the steps of: placing a composite material structure in which prepregs are laminated on an upper portion of a magnetic transfer mold; Depositing an electromagnet to be transferred on a lower portion of the magnetic transfer mold; depositing a vacuum blank assembly on the composite structure in the order of a magnetic material mixture containing an appropriate amount of magnetic material; A step in which attraction is exerted between the magnetic transfer mold and the magnetic material mixture, and a step in which the attraction is uniformly dispersed in the composite material structure to apply pressure to the composite material structure.
본 발명의 실시예들에 의하면, 오토클레이브 설치를 위한 대형공간이 필요한 오토클레이브를 대신하여 한정된 공간에서도 복합소재 성형이 가능하며,복합소재의 성형을 위한 장비를 단순화하여 설치비용을 절감하고 설치환경의 안정성을 증가시킬 수 있다. According to the embodiments of the present invention, a composite material can be formed in a limited space instead of an autoclave requiring a large space for installing an autoclave. By simplifying equipment for molding a composite material, installation costs can be reduced, Can be increased.
또한, 자성물질 혼합물은 실리콘 오일 팩 또는 자성물질이 함유된 솔겔 조성물을 포함함으로써, 다양한 형태의 복합소재 구조물 표면에 균일하게 자성물질 및 자력이 퍼질 수 있도록 한다.In addition, the magnetic material mixture includes a silicone oil pack or a sol gel composition containing a magnetic material so that magnetic materials and magnetic force can be spread uniformly on the surfaces of various types of composite materials.
또한, 컨트롤러를 통해 전자석과 연계하여 전자석의 자력을 조절할 수 있고, 복합소재 구조물에 가해지는 압력 또한 조절할 수 있다.In addition, the magnetic force of the electromagnet can be adjusted in conjunction with the electromagnet through the controller, and the pressure applied to the composite structure can also be adjusted.
또한, 진공백 조립체는 복합소재 구조물을 밀봉할 수 있으며, 내부에 핫 블랭킷을 구성하여 복합소재 구조물의 온도를 상승 시킬 수 있어, 열원으로서 복합소재 구조물에 고온의 환경을 제공할 수 있다.In addition, the vacuum blanking assembly can seal the composite structure and provide a hot blanket therein to raise the temperature of the composite structure, thereby providing a high temperature environment to the composite structure as a heat source.
나아가, 벤트 호스는 복합 소재 구조물과 자성전달 몰드 사이의 층간 공기 또는 복합 소재 구조물과 자성물질 혼합물 사이의 층간 공기를 수월하게 배출시켜 복합소재 구조물 성형장치 내부를 진공상태로 만들 수 있다.Further, the vent hose can easily discharge the interlayer air between the composite structure and the magnetic transfer mold or the interlayer air between the composite structure and the magnetic material mixture, thereby making the inside of the composite structure molding apparatus into a vacuum state.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합소재 구조물 성형장치를 도시한 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 복합소재 구조물 성형장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1 또는 도 3의 복합소재 구조물 성형장치를 이용한 복합소재 구조물 성형방법을 도시한 흐름도이다. 1 is an exploded perspective view showing a composite material structure forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a sectional view taken along the line II 'in Fig.
3 is an exploded perspective view of a composite material structure molding apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of molding a composite material structure using the composite material structure molding apparatus of FIG. 1 or FIG.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are intended to distinguish one element from another Only. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "comprising ", etc. is intended to specify that there is a stated feature, figure, step, operation, component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합소재 구조물 성형장치를 도시한 분해사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 복합소재 구조물 성형장치는 자성전달 몰드(120), 전자석(130) 및 자성물질 혼합물(140) 및 벤트 호스(190)를 포함한다. 1 is an exploded perspective view showing a composite material structure forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'in Fig. 1 and 2, the apparatus for molding a composite material structure according to the present embodiment includes a
상기 복합소재 구조물(110)은 섬유기재와 매트릭스에 의해 형성된다. 상기 섬유기재는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유 등이며, 지금까지 복합재료로서 사용되고 있는 것 모두를 포함할 수 있다. The
또한, 본 실시예에서, 매트릭스란, 복합재료 분야에서 이용되고 있는 기술용어로서, 열경화성 수지, 열가소성 수지를 가리키며, 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지(EP), 페놀 수지(PF), 불포화 폴리에스테르 수지(UP) 등을 포함하고, 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리프로필렌 수지(PP), 폴리아마이드 수지(PA), ABS 수지(ABS) 등을 포함한다. In the present embodiment, the term matrix refers to a thermosetting resin or a thermoplastic resin as a technical term used in the field of the composite material, and examples of the thermosetting resin include epoxy resin (EP), phenol resin (PF) And a polyester resin (UP). The thermoplastic resin includes, for example, a polypropylene resin (PP), a polyamide resin (PA), an ABS resin (ABS)
본 실시예에서, 상기 복합소재 구조물(110)은 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합재 등의 강화섬유에 에폭시, 폴리에스터 및 페놀 등의 매트릭스를 함침한 프리프레그(prepreg)를 적층하여 경화시키거나, 강화섬유 프리폼(preform)에 수지를 주입하여 경화시킨 후 원하는 크기와 형상으로 절단하여 제작될 수 있다. In this embodiment, the
또한, 상기 복합소재 구조물(110)은, 섬유기재에 매트릭스를 함침 시킨 것 이외에, 매트릭스의 주입, 도포, 적층 등도 포함된다. In addition, the
상기 자성전달 몰드(120)는 복합소재 구조물(110) 하부에 위치하여 복합소재 구조물(110)을 안착시킨다. 자성전달 몰드(120)는 자성이 강한 철금속을 포함한 금속재로 구성되어 복합소재 구조물(110)에 자성을 전달한다.The
상기 전자석(130)은 자성전달 몰드(120)의 하부에 부착되며 자성전달 몰드(120)에 자력을 전달한다. 전자석(130)의 상기 자력은 컨트롤러(도 3의360)와 연계되어 크기 조절이 가능하다. The
상기 자성물질 혼합물(140)은 복합소재 구조물(110)의 상부에 부착되며 자성입자를 함유한다. 상기 자성입자는 자성을 띄는 금속 및 이들의 산화물, 강자성 금속, 강자성 금속을 함유하는 금속간 화합물 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. The
자성물질 혼합물(140)은 자성을 띄므로 자성전달 몰드(120)로부터 인가되는 자력과 인력을 작용 하고, 하부에 위치하는 복합소재 구조물(110)에 상기 인력을 고르게 분산시킨다. 이때, 상기 인력 작용을 통해 자성전달 몰드(120)와 자성물질 혼합물(140) 사이에 배치된 복합소재 구조물(110)에 압력이 균일하게 가해진다. Since the
따라서, 자성전달 몰드(120)와 자성물질 혼합물(140)은 압력원으로서 복합소재 구조물(110)에 압력을 가하는 역할을 하며, 오토클레이브와 비슷한 고압의 환경을 발생시킬 수 있다. Accordingly, the
본 실시예에서 자성물질 혼합물(140)은 실리콘 오일 팩 또는 자성물질이 함유된 솔겔(Sol-gel) 조성물을 포함할 수 있다. In this embodiment, the
상기 실리콘 오일 팩은 실리콘의 유동특성 때문에 다양한 형태의 복합소재 구조물(110) 표면에 균일하게 자성물질이 퍼질 수 있도록 한다. 상기 실리콘 오일 팩은 물-분산된 실리콘 오일 액적중에 규소-함유 가교된 입자를 함유하며, 이러한 실리콘 오일이 규소에 결합된 적어도 C4 알킬기를 지니는 알킬-개질된 실리콘 오일임을 특징으로 한다. Due to the flow characteristics of silicon, the silicone oil pack can uniformly spread magnetic material on the surface of various types of
상기 솔겔(sol-gel) 조성물은 반죽형태로 내부에 자성물질을 함유하여, 복합소재 구조물(110)에 자력을 고르게 분산시킬 수 있다. 상기 솔겔 조성물은 자성입자, 금 입자, 전기전도성 입자를 포함할 수 있다.The sol-gel composition may contain a magnetic material therein in a kneaded form to uniformly distribute the magnetic force to the
본 실시예에 따른 복합소재 구조물 성형 장치(100)는 상기 자성전달 몰드(120)의 일측에 형성되는 벤트 호스(190)를 더 포함할 수 있다. 상기 복합 소재 구조물(110)의 형상이 평판인 경우, 상기 자성전달 몰드(120)와 상기 자성물질 혼합물(140)의 인력 작용에 의해 상기 복합 소재 구조물(110)에 압력이 균일하게 가해질 수 있으나, 상기 복합 소재 구조물(110)의 형상이 곡면인 경우 상기 복합 소재 구조물(110)에 압력이 균일하게 가해지지 않을 수 있다.The composite
이 때, 즉, 상기 복합 소재 구조물(110)의 형상이 곡면인 경우, 상기 곡면에 작용하는 압력이 균일하지 못하므로 상기 곡면에 압력차가 발생한다. 상기 압력차를 이용하여 상기 자성전달 몰드(120)의 일측에 형성된 벤트 호스(190)를 통해 상기 복합 소재 구조물(110)과 상기 자성전달 몰드(120) 사이의 층간 공기, 상기 복합 소재 구조물(110)과 상기 자성물질 혼합물(140) 사이의 층간 공기 또는 상기 복합소재 구조물 성형장치(100) 내부의 공기를 배출시켜 복합소재 구조물 성형 장치(100) 내부를 진공 상태로 만들 수 있다.In this case, when the
또한, 본 실시예에 따른 복합소재 구조물 성형 장치(100)는 자성물질 혼합물(140)과 복합소재 구조물(110) 사이에 진공백 조립체(150)를 더 포함할 수 있다. The composite
상기 진공백 조립체(150)는 진공백과 핫 블랭킷(hot blanket)으로 구성되고, 복합소재 구조물(110) 위에 부착되어 복합소재 구조물(110)을 콤팩트하게 밀봉하는 역할을 한다. 또한, 진공백 조립체(150)는 내부에 핫 블랭킷을 포함하므로, 상기 핫 블랭킷에 의해 복합소재 구조물(110)의 온도를 상승 시킨다. 상기 핫 블랭킷은 열원으로서, 복합소재 구조물(110)에 고온의 환경을 제공하는 역할을 한다. The
또한, 상기 진공백 조립체(150)는 복합소재 구조물(110)의 상부에 부착되나, 복합소재 구조물(110)을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 진공백 조립체(150)로는, 오토클레이브에서 이미 알려진 소재의 것을 이용해도 좋다. 예를 들면, 나일론, 폴리이미드 등이며, 그 외에, 실리콘 고무 등, 내열(耐熱), 내수성(耐水性)이 있으면 좋다. In addition, the
상기 진공백 조립체(150)는 진공백(vacuum bag)과 핫 블랭킷 이외에, 필 플라이(peel ply), 다공성 필름, 블리더(bleeder) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 진공백과 상기 블리더 사이에 양면 접착 테이프 스트립을 배치함으로써 상기 진공백과 상기 블리더를 부착할 수 있다 The
본 실시예에서 복합소재 구조물(110)은 진공백 조립체(150) 내부의 핫 블랭킷에 의해 승온 되고, 자성전달 몰드(120) 및 자성물질 혼합물(140)에 의해 가압된다. 따라서 오토클레이브 공법에서와 같이 대형 크기의 챔버 장비와, 승온과 가압을 위한 주변 설비(컴프레서, 가압가스 등)를 갖출 필요가 없어 설치비용을 절감하는 효과가 있으며, 대형공간이 필요한 오토클레이브를 대신하여 한정된 공간에서도 복합소재 성형이 가능한 효과가 있다. In this embodiment, the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 복합소재 구조물 성형장치의 분해 사시도이다. 3 is an exploded perspective view of a composite material structure molding apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 의한 복합소재 구조물 성형장치(300)는 성형 장치는 컨트롤러(360)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 상기 복합소재 구조물 성형장치(100)와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 복합소재 구조물성형 장치(310)는 복합소재 구조물(310), 자성전달 몰드(320), 전자석(330), 자성물질 혼합물(340), 진공백 조립체(350), 벤트 호스(390) 및 컨트롤러(360)를 포함한다. The composite material
이 경우, 복합소재 구조물(310), 자성전달 몰드(320), 전자석(330), 자성물질 혼합물(340) 및 진공백 조립체(350)는 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 동일하다. In this case, the
상기 컨트롤러(360)는 전기적으로 전자석(330)과 연결된다. The
따라서 전자석(330)과 연계하여 전자석(330)의 자력을 조절할 수 있다. 전자석(330)은 자성전달 몰드(320)에 자력을 전달하여, 자성전달 몰드(320)와 자성물질 혼합물(340)과의 인력을 발생시키고, 상기 인력에 의해 복합소재 구조물(310)에 압력이 가해진다. Therefore, the magnetic force of the
이때, 전자석(330)의 자력이 클수록 자성 전달 몰드(320)와 자성물질 혼합물(340)과의 인력이 커지므로, 복합소재 구조물(310)에 가해지는 압력의 크기 또한 커지며, 전자석(330)의 자력이 작을수록 자성전달 몰드(320)와 자성물질 혼합물(340)과의 인력이 작아지므로, 복합소재 구조물(310)에 가해지는 압력의 크기는 작아진다. 따라서 컨트롤러(360)를 통해 전자석(330)의 크기를 조절할 수 있으므로, 복합소재 구조물(310)에 가해지는 압력 또한 조절할 수 있다. At this time, as the magnetic force of the
도 4는 도 1 또는 도 3의 복합소재 구조물 성형장치를 이용한 복합소재 구조물 성형방법을 도시한 흐름도이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of molding a composite material structure using the composite material structure molding apparatus of FIG. 1 or FIG.
도4를 참조하면, 프리프레그를 적층한 복합소재 구조물(110, 310)을 자성전달 몰드(120, 320)의 상부에 안착시킨다(단계 S10). 상기 프리프레그 기재에서, 다수개의 배열된 강화 섬유는 테이프상 또는 시트상의 지지체의 표면에 밀착되어 있는 것이 바람직하다. 상기 테이프상 또는 시트상의 지지체는, 예를 들면 크라프트지(kraftpaper)나 이형지 등의 종이류, 폴리에틸렌이나 폴리 프로필렌 수지 등의 수지 필름류, 알루미늄박 등의 금속박류 등을 들 수 있다.Referring to FIG. 4, the
이후, 상기 자성전달 몰드(120, 320)에 자력을 전달하는 전자석(130, 330)을 상기 자성전달 몰드의 하부에 부착한다(단계 S20). Then,
본 실시예에서 상기 몰드는 단순히 자기적 재료의 벌크 블록을 기계가공에 의해 제작하거나, 비자기적 재료 또는 비-금속 재료의 블록을 기계가공에 의해 제작하거나, 또는 도금, 플라즈마에 의한 침착, 스퍼터링, 자기적 재료의 층의 침착 등의 공정을 통해 제작될 수 있다.In this embodiment, the mold may be manufactured by simply machining a bulk block of a magnetic material, machining a block of non-magnetic or non-metallic material, or by plating, plasma deposition, sputtering, Deposition of a layer of a magnetic material, or the like.
다음으로, 상기 복합소재 구조물(110, 310) 위에 진공백 조립체(150, 350), 적정 함량의 자성물질이 함유된 자성물질 혼합물(140, 340) 순으로 적층한다(단계 S30). 상기 진공 백 조립체(150, 350)가 상기 복합소재 구조물(110, 310) 둘레에 고정된다. 이러한 고정 과정은 상기 복합소재 구조물(110, 310)을 향해 상기 진공백 조립체(150, 350)를 눌러 수작업으로 수행될 수 있다. 그러나, 적용예에 따라, 적어도 부분적으로 상기 고정 과정을 수행하기 위하여, 기계 구조나 공구(미도시)를 사용하는 것도 가능하다.Next, the vacuum
나아가, 상기 전자석의 자력 크기를 컨트롤러(360)로 조절한다(단계 S40). 상기 컨트롤러(360)는 전자석(130, 330)에 부착시켜 사용할 수 있으며, 유선 혹은 무선으로 전자석에 입력신호를 전달할 수 있게 구성될 수 있다. 즉, 상기 컨트롤러(360)는 블루투스(미도시)에 의해 무선으로 입력신호를 전달하거나, 혹은 컨넥터로 연결되는 신호전달용 케이블(370)에 의해 유선으로 입력신호를 전달하도록 설치될 수 있다.Further, the magnitude of the magnetic force of the electromagnet is adjusted by the controller 360 (step S40). The
다음으로, 상기 자성전달 몰드(120, 320)와 상기 자성물질 혼합물 (140, 340) 사이에 인력이 작용하고(단계 S50), 상기 복합소재 구조물(110, 310)에 상기 인력이 균일하게 분산되어 상기 복합소재 구조물(110, 310)에 압력이 가해진다(단계S60). Next, an attractive force acts between the
따라서, 상기 자성전달 몰드(120, 130)와 상기 자성물질 혼합물(140, 340)은 압력원으로서 상기 복합소재 구조물(110, 310)에 압력을 가하는 역할을 하며, 오토클레이브와 비슷한 고압의 환경을 발생시킬 수 있다.Therefore, the
한편, 상기 복합소재 구조물(110, 310)에 압력이 가해진 후(단계S60), 상기 복합소재 구조물(110, 310)의 형상이 평판이 아닌 곡면인 경우, 상기 곡면에 압력이 균일하게 가해지지 않으므로 압력차가 발생한다. 따라서 상기 압력차를 이용하여 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성전달 몰드 사이의 층간 공기 또는 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성물질 혼합물 사이의 층간 공기를 배출시킬 수 있다.If the
본 발명의 실시예들에 의하면, 오토클레이브 설치를 위한 대형공간이 필요한 오토클레이브를 대신하여 한정된 공간에서도 복합소재 성형이 가능하며, 복합소재의 성형을 위한 장비를 단순화하여 설치비용을 절감하고 설치환경의 안정성을 증가시킬 수 있다. According to the embodiments of the present invention, a composite material can be formed in a limited space instead of an autoclave requiring a large space for installing an autoclave. By simplifying equipment for molding a composite material, installation costs can be reduced, Can be increased.
또한, 자성물질 혼합물은 실리콘 오일 팩 또는 자성물질이 함유된 솔겔 조성물을 포함함으로써, 다양한 형태의 복합소재 구조물 표면에 균일하게 자성물질 및 자력이 퍼질 수 있도록 한다.In addition, the magnetic material mixture includes a silicone oil pack or a sol gel composition containing a magnetic material so that magnetic materials and magnetic force can be spread uniformly on the surfaces of various types of composite materials.
또한, 컨트롤러를 통해 전자석과 연계하여 전자석의 자력을 조절할 수 있고, 복합소재 구조물에 가해지는 압력 또한 조절할 수 있다.In addition, the magnetic force of the electromagnet can be adjusted in conjunction with the electromagnet through the controller, and the pressure applied to the composite structure can also be adjusted.
또한, 진공백 조립체는 복합소재 구조물을 밀봉할 수 있으며, 내부에 핫 블랭킷을 구성하여 복합소재 구조물의 온도를 상승 시킬 수 있어, 열원으로서 복합소재 구조물에 고온의 환경을 제공할 수 있다.In addition, the vacuum blanking assembly can seal the composite structure and provide a hot blanket therein to raise the temperature of the composite structure, thereby providing a high temperature environment to the composite structure as a heat source.
나아가, 자성전달 몰드의 일측에 형성된 벤트는 복합 소재 구조물과 자성전달 몰드 사이의 층간 공기 또는 복합 소재 구조물과 자성물질 혼합물 사이의 층간 공기를 수월하게 배출시켜 복합소재 구조물 성형장치 내부를 진공상태로 만들 수 있다.Furthermore, the vent formed on one side of the magnetic transfer mold can easily discharge interlayer air between the composite material structure and the magnetic transfer mold or interlayer air between the composite material structure and the magnetic material mixture, thereby vacuuming the inside of the composite structure molding device .
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.
100: 복합소재 구조물 성형 장치 110: 복합소재 구조물
120: 자성전달 몰드 130: 전자석
140: 자성물질 혼합물 150: 진공백 조립체
310: 복합소재 구조물 320: 자성전달 몰드
330: 전자석 340: 자성물질 혼합물
350: 진공백 조립체 360: 컨트롤러100: Composite structure forming device 110: Composite structure
120: Magnetic transmission mold 130: Electromagnet
140: magnetic material mixture 150: vacuum blank assembly
310: Composite material structure 320: Magnetic transmission mold
330: electromagnet 340: magnetic material mixture
350: Negative blank assembly 360: Controller
Claims (9)
상기 자성전달 몰드의 하부에 부착되며 상기 자성전달 몰드에 자력을 인가하는 전자석;
상기 복합소재 구조물의 상부에서 자성물질을 함유하여 상기 자성전달 몰드로부터 전달되는 자력과 인력을 작용하며, 상기 복합소재 구조물의 상면에 상기 인력을 분산시켜 상기 상면에 균일한 압력을 가하는 자성물질 혼합물; 및
상기 복합소재 구조물의 상면에 부착되어 상기 복합소재 구조물을 밀봉하는 진공백 조립체를 포함하며,
상기 진공백 조립체는 핫 블랭킷(hot blanket)을 포함하여 상기 복합소재 구조물의 온도를 상승 시키는 것을 특징으로 하는 복합소재 구조물 성형장치.A magnetic transmission mold on which a lower portion of the composite structure in which the prepregs are stacked is mounted and which transmits a magnetic force toward the composite structure;
An electromagnet attached to a lower portion of the magnetic transmission mold and applying a magnetic force to the magnetic transmission mold;
A magnetic material mixture containing a magnetic material at an upper portion of the composite material structure and acting as a magnetic force and attraction force transmitted from the magnetic transfer mold and distributing the attraction force to the upper surface of the composite material structure to apply a uniform pressure to the upper surface; And
And a vacuum blank assembly attached to an upper surface of the composite work structure to seal the composite work structure,
Wherein the vacuum blanking assembly includes a hot blanket to raise the temperature of the composite work structure.
상기 자성물질 혼합물은 실리콘 오일 팩 또는 자성물질이 함유된 솔겔(Sol-gel) 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 구조물 성형장치. The method according to claim 1,
Wherein the magnetic material mixture comprises a silicone oil pack or a sol-gel composition containing a magnetic material.
상기 전자석의 자력의 강도를 조절하여 상기 복합소재 구조물에 인가되는 압력의 크기를 조절하는 컨트롤러를 더 포함하는 복합소재 구조물 성형장치. The method according to claim 1,
And a controller for adjusting the magnitude of the magnetic force of the electromagnet to adjust the magnitude of the pressure applied to the composite structure.
상기 자성전달 몰드는 철금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 구조물 성형장치.The method according to claim 1,
Wherein the magnetic transfer mold comprises an iron metal.
상기 자성전달 몰드의 일측에 형성되며 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성전달 몰드 사이의 층간 공기 또는 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성물질 혼합물 사이의 층간 공기를 배출시킬 수 있는 벤트 호스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 구조물 성형장치.The method according to claim 1,
And a vent hose formed at one side of the magnetic transfer mold and capable of discharging interlayer air between the composite material structure and the magnetic transfer mold or interlayer air between the composite material structure and the magnetic material mixture. A composite structure forming device.
상기 자성전달 몰드에 자력을 전달하는 전자석을 상기 자성전달 몰드의 하부에 부착하는 단계;
상기 복합소재 구조물 위에 진공백 조립체, 적정 함량의 자성물질이 함유된 자성물질 혼합물 순으로 적층하는 단계;
상기 전자석의 자력 크기를 컨트롤러로 조절하는 단계;
상기 자성전달 몰드와 상기 자성물질 혼합물 사이에 인력이 작용하는 단계; 및
상기 복합소재 구조물에 상기 인력이 균일하게 분산되어 상기 복합소재 구조물에 압력이 가해지는 단계를 포함하는 복합소재 구조물 성형방법.Placing the composite structure having the prepregs stacked on top of the magnetic transmission mold;
Attaching an electromagnet for transmitting a magnetic force to the magnetic transmission mold to a lower portion of the magnetic transmission mold;
Stacking the composite blank structure in the order of a vacuum blank assembly and a magnetic material mixture containing an appropriate amount of magnetic material;
Adjusting a magnitude of the magnetic force of the electromagnet with a controller;
Applying a force between the magnetic transfer mold and the magnetic material mixture; And
Wherein the gravitational force is uniformly dispersed in the composite material structure to apply pressure to the composite material structure.
벤트 호스를 통해 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성전달 몰드 사이의 층간 공기 또는 상기 복합 소재 구조물과 상기 자성물질 혼합물 사이의 층간 공기를 배출시키는 단계를 더 포함하는 복합소재 구조물 성형방법.9. The method of claim 8,
Venting air between the composite material structure and the magnetic transmission mold or ventilating the interlayer air between the composite material structure and the magnetic material mixture through a vent hose.
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