KR101929659B1 - 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치는, 프리프레그(pre-preg)를 공급하는 재료 공급부; 상기 재료 공급부로부터 이격 배치되어 상기 재료 공급부에서 공급된 프리프레그가 적층되는 재료 적층부; 상기 프리프레그를 상기 재료 공급부로부터 상기 재료 적층부로 이송하는 재료 이송부; 및 상기 재료 적층부에 적층된 프리프레그 간 공기를 제거하는 진공 제공부;를 포함하고, 상기 재료 공급부에는 서로 다른 종류의 프리프레그가 배치되고, 상기 재료 이송부는 상기 서로 다른 종류의 프리프레그를 미리 설정된 패턴에 따라 상기 재료 적층부로 자동 이송시킬 수 있다.

Description

복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING CARBON COMPOSITE}
본 발명은 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 프리프레그의 적층 및 적층된 프리프레그 사이의 공기 제거가 자동으로 수행되는 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
사회가 복잡해짐에 따라 물류량이 증가하고 물류 이송 차량 수요도 증가하고 물류 이송 차량 증가로 물류 이송 장치 수요도 증가하는 추세이다. 현실적으로 물류 이송 장치의 중량에 의한 작업자들이 높은 노동 강도는 개선되지 있지 않아 업무 기피 원인으로 인력 수급 문제 및 생산성 저하되는 원인으로 빠른 개선이 필요한 실정이다.
또한, 최근 지구온난화로 인한 환경문제와 화석연료 대체를 위한 친환경적인 자동차인 하이브리드, 전기, 수소자동차에 대한 개발 및 연구가 활발히 진행 중인 가운데, 최근의 고유가, 경기침체, 원자재 값 급등 등으로, 연비 개선을 위한 자동차의 경량화에 대한 요구가 크게 증가하고 있다.
경량화를 이루기 위한 방법으로는 크게 차체를 소형화하여 기능과 장비 등을 줄이는 방법과 경량 소재를 채택하는 방법으로 나눌 수 있으며, 이중 차체를 소형화하는 방법은 자동차 사용자들의 성숙된 요구를 만족시킬 수 없으므로 신소재를 이용한 획기적인 구조의 개선을 통한 경량화 달성이 시급한 상황이다.
주요 선진국 및 국내 자동차의 재료 구성 비율을 보면 자동차의 경량화 추세에 따라 플라스틱 재료 비율이 점차 증가함을 알 수 있으며, 기존 철강 재료는 감소하는 추세이다.
한편, 프리프레그(pre-preg)는 결합재를 강화섬유에 미리 함침시킨 시트 형태의 제품으로 복합재료 제품의 중간 재료로서, 강화섬유는 주로 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등이 이용되고 있으며, 결합제로는 에폭시수지, 폴리에스테르수지, 열가소성수지 등이 사용되고 있다.
그리고, 프리프레그는 섬유의 종류, 섬유의 배열형태, 사용된 결합제의 종류에 따라 다양한 제품군을 형성하며, 프리프레그를 이용하여 생산된 복합재로는 타 재료에 비해 강도, 강성도, 내식성, 피로수명, 내충격성 등의 다양한 특성을 개선할 수 있게 되므로 최근에는 우주항공산업, 자동차산업, 일반산업, 스포츠, 레저용품 등의 생산에 다양하게 이용되고 있다.
일 실시예에 따른 목적은 프리프레그의 자동 인식 후 미리 설정된 패턴에 따라 자동으로 재료 적층부에 적층되고, 진공 펌프에 의해 적층된 프리프레그 사이의 공기를 효과적으로 제거할 수 있는 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 프리프레그의 적층 및 적층된 프리프레그 사이의 공기 제거가 자동으로 수행되고, 제어부에 미리 설정된 패턴 또는 프리프레그의 적층 순서에 따라서 자동 제어될 수 있는 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 프리프레그의 크기에 따라서 틀 부재 또는 덮개 부재를 교체할 수 있고, 덮개 부재에 구비된 센싱 부재에 의해 틀 부재 내 프리프레그의 정렬을 실시간으로 검사할 수 있는 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 프리프레그를 가압하면서 동시에 진공 압력을 가하여 프리프레그를 효과적으로 압착시킬 수 있는 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 자동화 설비로서 구현되어 복합탄소소재의 제조 시간 및 제조 비용을 단축시키고, 고품질의 복합탄소소재를 제조할 수 있는 복합탄소소재 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치는, 프리프레그(pre-preg)를 공급하는 재료 공급부; 상기 프리프레그를 상기 재료 공급부로부터 이송시키는 재료 이송부; 상기 재료 공급부로부터 이격 배치되어 상기 재료 이송부에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 재료 적층부; 및 상기 재료 적층부에 적층된 프리프레그 간 공기를 제거하는 진공 제공부;를 포함하고, 상기 재료 공급부에는 복수 개의 프리프레그가 배치되고, 상기 재료 이송부는 상기 복수 개의 프리프레그를 미리 설정된 적층 패턴에 따라 상기 재료 적층부로 자동 이송시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 재료 적층부는, 상기 재료 이송부에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 틀 부재;를 포함하고, 상기 틀 부재는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 상부 플레이트는, 금속판; 상기 금속판 상에 배치된 실리콘 판; 및 상기 실리콘 판 상에 배치된 섬유층;을 포함하고, 상기 섬유층에 의해 상기 프리프레그의 상기 실리콘 판에 대한 접착을 방지할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 진공 제공부는, 상기 재료 적층부에 진공튜브에 의해 연결된 진공 펌프;를 포함하고, 상기 진공 튜브는 상기 하부 플레이트에 연결되고, 상기 진공 펌프에 의한 진공 압력이 상기 하부 플레이트로부터 상기 상부 플레이트를 통해 상기 프리프레그에 전달될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 재료 적층부의 상부를 자동 개폐시키는 자동 개폐부;를 더 포함하고, 상기 자동 개폐부는, 덮개 부재; 및 상기 덮개 부재를 구동시키는 구동 부재;를 포함하고, 상기 덮개 부재는 상기 구동 부재에 의해 상기 재료 적층부의 상부를 폐쇄시킨 후에 상기 적층된 프리프레그를 가압할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 자동 개폐부는, 상기 덮개 부재에 구비된 센싱 부재;를 더 포함하고, 상기 센싱 부재는 상기 덮개 부재의 모서리에 장착된 복수 개의 위치 센서를 포함하여, 상기 프리프레그의 정렬을 실시간으로 검사할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 센싱 부재는 상기 적층된 프리프레그 간 공기의 양 또는 진공 압력을 감지할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 재료 이송부는, 상기 재료 공급부에 배치된 상기 프리프레그를 흡착하는 흡착 부재; 및 상기 흡착 부재에 연결되어, 상기 재료 공급부 및 상기 재료 적층부 사이에서 회전 운동 또는 선형 운동 가능한 링크 부재;를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 재료 공급부, 상기 재료 이송부, 상기 재료 적층부, 상기 진공 제공부 또는 상기 자동 개폐부의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부에는 상기 프리프레그의 적층 순서 또는 패턴이 미리 설정될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 방법은, 미리 설정된 패턴에 따라 틀 부재 내에 제1 프리프레그를 배치하는 단계; 상기 미리 설정된 패턴에 따라 제2 프리프레그를 상기 제1 프리프레그 상에 적층하는 단계; 상기 제2 프리프레그를 가압하는 단계; 및 상기 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기는 상기 틀 부재에 연결된 진공 펌프에 의해 제거될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계 이후에, 상기 미리 설정된 패턴에 따라 상기 제2 프리프레그 상에 제3 프리프레그를 적층하는 단계; 상기 제3 프리프레그를 가압하는 단계; 및 상기 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계에서, 상기 제1 프리프레그, 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그가 압착될 수 있다.
일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치 및 방법에 의하면, 프리프레그의 자동 인식 후 미리 설정된 패턴에 따라 자동으로 재료 적층부에 적층되고, 진공 펌프에 의해 적층된 프리프레그 사이의 공기를 효과적으로 제거할 수 있다.
일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치 및 방법에 의하면, 프리프레그의 적층 및 적층된 프리프레그 사이의 공기 제거가 자동으로 수행되고, 제어부에 미리 설정된 패턴 또는 프리프레그의 적층 순서에 따라서 자동 제어될 수 있다.
일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치 및 방법에 의하면, 프리프레그의 크기에 따라서 틀 부재 또는 덮개 부재를 교체할 수 있고, 덮개 부재에 구비된 센싱 부재에 의해 틀 부재 내 프리프레그의 정렬을 실시간으로 검사할 수 있다.
일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치 및 방법에 의하면, 프리프레그를 가압하면서 동시에 진공 압력을 가하여 프리프레그를 효과적으로 압착시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치 및 방법에 의하면, 자동화 설비로서 구현되어 복합탄소소재의 제조 시간 및 제조 비용을 단축시키고, 고품질의 복합탄소소재를 제조할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 재료 적층부 및 자동 개폐부의 측면도이다.
도 3a 및 3b는 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 평면도이다.
도 4는 덮개 부재에 복수 개의 위치 센서가 장착된 모습을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치를 개략적으로 도시하고, 도 2는 재료 적층부 및 자동 개폐부의 측면도이고, 도 3a 및 3b는 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 평면도이고, 도 4는 덮개 부재에 복수 개의 위치 센서가 장착된 모습을 도시한다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치(10)는 재료 공급부(100), 재료 이송부(200), 재료 적층부(300), 자동 개폐부(400), 진공 제공부(500) 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
상기 재료 공급부(100)는 프리프레그(pre-preg)는 공급할 수 있다.
상기 프리프레그는 직물 형태의 탄소섬유에 플라스틱 수지를 입힌 중간 소재로서, 방향성을 가진 프리프레그의 적층 패턴을 다양하게 하여 복합탄소소재 또는 탄소강화플라스틱(CFRP)을 제조할 수 있다. 다시 말해서, 복합탄소소재는 프리프레그의 적층 패턴에 따라서 다양한 종류로 제작될 수 있다.
따라서 재료 공급부(100)에는 복수 개의 프리프레그가 미리 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 프리프레그는 서로 다른 종류 또는 서로 다른 방향성을 가진 프리프레그로 마련되거나 동일한 종류 또는 서로 동일한 방향성을 가진 프린프레그로 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 재료 공급부(100)에는 제1 종의 프리프레그, 제2 종의 프리프레그 및 제3 종의 프리프레그가 배치될 수 있다.
이때, 제1 종의 프리프레그, 제2 종의 프리프레그 및 제3 종의 프리프레그는 서로 동일한 크기로 마련될 수 있으며, 서로 다른 방향성을 가질 수 있다.
한편, 재료 공급부(100)는 재료 이송부(200)의 위치에 맞도록 선형 이동 가능하게 마련될 수 있다. 이때, 재료 공급부(100)에는 구동 부재(미도시)가 구비될 수 있으며, 재료 공급부(100)의 이동은 제어부(600)에 의해 제어될 수 있다.
예를 들어, 제어부(600)에 미리 설정된 프리프레그의 적층 패턴에 따라서 재료 적층부(300)에 제1 종의 프리프레그를 적층해야 하는 순서라면, 재료 공급부(100)는 제1 종의 프리프레그가 재료 이송부(200)에 인접하게 배치되도록 작동될 수 있다.
이어서, 재료 적층부(300)에 제2 종의 프리프레그를 적층해야 하는 순서라면, 재료 공급부(100)는 제2 종의 프리프레그가 재료 이송부(200)에 인접하게 배치되도록 작동될 수 있다.
마지막으로, 재료 적층부(300)에 제3 종의 프리프레그를 적층해야 하는 순서라면, 재료 공급부(100)는 제3 종의 프리프레그가 재료 이송부(200)에 인접하게 배치되도록 작동될 수 있다.
상기 재료 공급부(100)로부터 이격되어 재료 이송부(200)가 배치될 수 있다.
상기 재료 이송부(200)는 재료 공급부(100)에 배치된 프리프레그를 재료 적층부(300)로 이송시킬 수 있다.
구체적으로, 재료 이송부(200)는 흡착 부재(210), 링크 부재(220) 및 구동 부재(230)를 포함할 수 있다.
상기 흡착 부재(210)는 재료 공급부(100)에 배치된 프리프레그를 한 장씩 집어낼 수 있도록, 예를 들어 흡착 부재(210) 자체가 평판형의 고무 흡착판으로 마련되거나 미세 진공을 제공하도록 평판의 모서리에 장착될 수 있다.
그러나 흡착 부재(210)의 구성은 이에 국한되지 아니하며, 재료 공급부(100)에 배치된 프리프레그를 흡착할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
또한, 흡착 부재(210)에는 프리프레그를 자동 인식할 수 있는 센서가 장착되어, 제어부(600)에 미리 설정된 적층 패턴에 따라 흡착 부재(210)가 프리프레그를 흡착하게 할 수 있음은 당연하다.
상기 링크 부재(220)는 흡착 부재(210)에 연결되어 재료 공급부(100) 및 재료 적층부(300) 사이에서 회전 운동 또는 선형 운동 가능할 수 있다. 예를 들어 링크 부재(220)는 180도 운동 가능하도록 마련될 수 있다.
이에 의해 재료 공급부(100)에 배치된 프리프레그를 흡착 부재(210)에 용이하게 흡착시킬 수 있고, 흡착 부재(210)에 흡착된 프리프레그를 용이하게 재료 적층부(300)에 배치시킬 수 있다.
도면에는 링크 부재(220)의 구조가 구체적으로 도시되지는 않았으나, 복수 개의 링크 부재로 이루어질 수 있음은 당연하며, 재료 공급부(100) 및 재료 적층부(300) 사이에서 회전 운동 또는 선형 운동할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
상기 구동 부재(230)는 링크 부재(220)를 선형 운동 또는 회전 운동시키기 위한 동력을 제공하는 것으로서, 예를 들어 구동 모터 등으로 마련될 수 있다.
이때, 흡착 부재(210), 링크 부재(220) 및 구동 부재(230)의 작동은 제어부(600)에 미리 설정된 프리프레그의 적층 패턴에 따라서 제어될 수 있다.
예를 들어, 제어부(600)에 미리 설정된 프리프레그의 적층 패턴에 따라서 재료 적층부(300)에 제1 종의 프리프레그를 적층해야 하는 순서라면, 흡착 부재(210), 링크 부재(220) 및 구동 부재(230)는 제1 종의 프리프레그를 재료 공급부(100)로부터 재료 적층부(300)에 이송할 수 있도록 작동될 수 있다.
이어서, 재료 적층부(300)에 제2 종의 프리프레그를 적층해야 하는 순서라면, 흡착 부재(210), 링크 부재(220) 및 구동 부재(230)는 제2 종의 프리프레그를 재료 공급부(100)로부터 재료 적층부(300)에 이송할 수 있도록 작동될 수 있다.
마지막으로, 재료 적층부(300)에 제3 종의 프리프레그를 적층해야 하는 순서라면, 흡착 부재(210), 링크 부재(220) 및 구동 부재(230)는 제3 종의 프리프레그를 재료 공급부(100)로부터 재료 적층부(300)에 이송할 수 있도록 작동될 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이 재료 이송부(200)에 의해 이송된 프리프레그는 재료 적층부(300)에 적층될 수 있다.
상기 재료 적층부(300)는 재료 이송부(200)를 사이에 두고 재료 공급부(100)와 이격 배치될 수 있다.
특히, 도 2를 참조하여, 재료 적층부(300)는 재료 이송부(200)에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 틀 부재(310)를 포함할 수 있다.
상기 틀 부재(310)는 상부 플레이트(312) 및 하부 플레이트(314)를 포함할 수 있다.
상기 상부 플레이트(312)는 자동 개폐부(400)의 하부에 배치될 수 있으며, 재료 이송부(200)에 의해 이송된 프리프레그가 적층될 수 있다.
상기 하부 플레이트(314)는 상부 플레이트(312)의 하부에 배치될 수 있으며, 일측에 복수 개의 제1 흡입 유로(3142)가 형성될 수 있다. 구체적으로 도시되지는 않았으나, 복수 개의 제1 흡입 유로(3142)에는 진공 제공부(400)의 진공 튜브(520)가 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3a를 참조하여, 상부 플레이트(312)는 금속판(3122), 상기 금속판(3122) 상에 배치된 실리콘 판(3124) 및 상기 실리콘 판(3124) 상에 배치된 섬유층(3126)을 포함할 수 있다. 이때, 실리콘 판(3124)는 금속판(3122)보다 작고 섬유층(3126)보다 크게 마련될 수 있다.
또한, 실리콘 판(3124)은 진공 제공부(400)에 의해 제공되는 진공 압력에 의한 프리프레그의 손상을 방지할 수 있고, 섬유층(3126)은 진공 제공부(400)에 의해 제공되는 진공 압력에 의한 프리프레그의 실리콘 층(3124)에 대한 접착을 방지할 수 있다. 이와 같이 상부 플레이트(312)의 구성에 의해서 진공 제공부(400)에 의해 진공 압력이 프리프레그에 안정적으로 전달되게 할 수 있다.
도 3b를 참조하여, 하부 플레이트(314)는 제1 흡입 유로(3142) 및 제2 흡입 유로(3144)를 포함할 수 있다.
상기 제1 흡입 유로(3142)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 복수 개의 제1 흡입 유로(3142)는 제2 흡입 유로(3144)를 기준으로 서로 대칭되게 배치될 수 있다. 도 3b에는 제1 흡입 유로(3142)가 총 6개로 마련된 것으로 도시되어 있으나, 제1 흡입 유로(3142)의 총 개수는 이에 국한되지 않고 다양한 개수로 마련될 수 있음은 당연하다.
상기 제2 흡입 유로(3144)는 하부 플레이트(314)의 중앙에 배치될 수 있으며, 복수 개의 제1 흡입 유로(3142)와 연통될 수 있다. 이에 의해, 복수 개의 제1 흡입 유로(3142)를 통해 전달된 진공 압력이 제2 흡입 유로(3144)를 통해 상부 플레이트(312) 상에 적층된 프리프레그에 전달될 수 있다.
전술된 바와 같이 틀 부재(310)는 재료 이송부(200)에 의해 이송된 프리프레그가 적층되게 하고, 적층된 프리프레그에 대하여 진공 압력을 전달하는 역할을 할 수 있다.
따라서 틀 부재(310)의 형상 또는 구성은 전술된 것에 국한되지 아니하며 프리프레그를 적층시키고 적층된 프리프레그 간에 공기를 제거하기 위해 프리프레그에 대하여 진공 압력을 전달할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
한편, 틀 부재(310), 예를 들어 상부 플레이트(312) 및 하부 플레이트(314)는 프리프레그의 크기에 따라서 교체 가능하도록 마련될 수 있음은 당연하다.
또한, 재료 적층부(300)로부터 이격되게 자동 개폐부(400)가 배치될 수 있다.
상기 자동 개폐부(400)는 재료 적층부(300)의 상부를 개폐시키는 것으로서, 덮개 부재(410), 링크 부재(420) 및 구동 부재(430)를 포함할 수 있다.
상기 덮개 부재(410)는 틀 부재(310)의 상부를 개폐시켜 틀 부재(310) 내에 배치된 프리프레그의 상부를 개폐시킬 수 있다. 이때, 덮개 부재(410)는 틀 부재(310)의 크기 또는 적층된 프리프레그의 크기에 따라서 다양하게 교체될 수 있다.
상기 링크 부재(420)는 덮개 부재(410)에 연결되어 덮개 부재(410)를 구동시킬 수 있다. 이때, 링크 부재(420)는 덮개 부재(410)가 틀 부재(310)의 상부를 자동으로 개폐시킬 수 있도록 예를 들어 회전 운동 또는 선형 운동 가능하게 마련될 수 있다.
상기 구동 부재(430)는 링크 부재(220)를 선형 운동 또는 회전 운동시키기 위한 동력을 제공하는 것으로서, 예를 들어 구동 모터 등으로 마련될 수 있다.
이와 같이 링크 부재(420) 및 구동 부재(430)는 재료 적층부(300)에 프리프레그가 적층된 다음, 덮개 부재(410)가 재료 적층부(300)의 상부를 폐쇄시키고 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그를 가압하도록 작동될 수 있다.
특히, 도 4를 참조하여, 자동 개폐부(400)는 센싱 부재(440)를 더 포함할 수 있다.
상기 센싱 부재(440)는 덮개 부재(410), 특히 덮개 부재(410)의 저면에서 모서리에 장착된 복수 개의 위치 센서를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 위치 센서는 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그의 정렬을 실시간으로 검사할 수 있다.
구체적으로, 재료 적층부(300)에 프리프레그가 적층된 다음, 덮개 부재(410)를 프리프레그 상에 배치시켜, 복수 개의 위치 센서에 의해 프리프레그의 정렬 상태를 검사함으로써, 재료 적층부(300)에 프리프레그가 제대로 적층된 것인지를 확인할 수 있다.
이때, 복수 개의 위치 센서에서 측정된 값은 제어부(600)에 전달될 수 있고, 제어부(600)는 복수 개의 위치 센서의 작동 유무를 제어할 수 있다.
추가적으로, 센싱 부재(440)는 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그 간 공기의 양 또는 진공 압력을 감지할 수 있도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 센싱 부재(440)에서 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그 간 공기의 양의 측정하여, 진공 제공부(500)에 의해 제공되어야 할 최적의 진공 압력, 진공 제공부(500)에 의해 진공 압력이 제공되어야 할 위치 등을 결정하는 데 활용할 수 있다.
또한, 센싱 부재(440)에서 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그 간 진공 압력 또는 재료 적층부(300) 내의 진공 압력을 감지하여, 진공 제공부(500)의 작동을 제어하는 데 활용할 수 있다.
도 4에는 센싱 부재(440)가 덮개 부재(410)의 저면에 장착된 것으로 도시되었으나, 센싱 부재(440)의 장착 위치는 이에 국한되지 아니하며, 센싱 부재(440)를 통해 측정하고자 하는 대상에 따라서 다양하게 변화될 수 있음은 당연하다.
또한, 센싱 부재(440)는 덮개 부재(410)가 프리프레그를 가압하기 전, 가압하는 중, 또는 가압한 후에도 작동되어 실시간으로 재료 적층부(300)의 내부 상황을 감시하여, 제어부(600)에 의한 제어가 실시간으로 이루어지게 할 수 있다.
한편, 전술된 바와 같이 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그 간 공기를 제거하기 위해, 재료 적층부(300)에 진공 제공부(500)가 연결될 수 있다.
상기 진공 제공부(500)는 진공 펌프(510) 및 진공 튜브(520)를 포함할 수 있다.
이때, 진공 펌프(510)는 진공 튜브(520)를 통해 재료 적층부(300)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 진공 튜브(520)는 재료 적층부(300)의 하부 플레이트(314), 특히 제1 흡입 유로(3142)에 연결될 수 있다.
이에 의해 진공 펌프(510)에 의한 진공 압력이 진공 튜브(520)를 통해 하부 플레이트(314)에 전달되고, 하부 플레이트(314)의 제1 흡입 유로(3142) 및 제2 흡입 유로(3144)를 통해 하부 플레이트(314)로부터 상부 플레이트(312) 상에 적층된 프리프레그에 전달될 수 있다.
구체적으로, 진공 제공부(500)는 자동 개폐부(400)의 작동과 연동되어 작동될 수 있다. 예를 들어, 재료 적층부(300)에 프리프레그가 적층된 다음, 덮개 부재(410)가 재료 적층부(300)의 상부를 폐쇄시키고 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그를 가압하면서, 진공 펌프(510)가 작동되어 재료 적층부(300)에 적층된 프리프레그 간 공기가 제거될 수 있다. 그리고 진공 펌프(510)의 작동 유무 또는 진공 압력 크기는 전술된 바와 같이 센싱 부재(440)에서 측정된 값에 의해 제어될 수 있다.
전술된 재료 공급부(100), 재료 이송부(200), 재료 적층부(300), 자동 개폐부(400) 또는 진공 제공부(400)의 작동은 제어부(600)에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어부(600)는 재료 공급부(100), 재료 이송부(200), 재료 적층부(300), 자동 개폐부(400) 및 진공 제공부(400)에 대하여 신호를 송수신할 수 있도록 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
이때, 제어부(600)는 프리프레그의 적층 순서 또는 패턴이 미리 설정될 수 있다. 결국 제어부(600)에서 재료 공급부(100), 재료 이송부(200), 재료 적층부(300), 자동 개폐부(400) 및 진공 제공부(500)에 대하여 전달하는 작동 명령은 미리 설정된 프리프레그의 적층 순서 또는 패턴에 기반될 수 있다.
구체적으로, 제어부(600)는 미리 설정된 프리프레그의 적층 순서 또는 패턴에 따라서 재료 공급부(100) 및 재료 이송부(200)를 구동시킬 수 있고, 재료 적층부(300)에 프리프레그의 적층 상태를 감지하여, 자동 개폐부(400) 및 진공 제공부(500)를 구동시킬 수 있다.
이상 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 방법에 대하여 설명된다.
도 4는 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하여, 일 실시예에 따른 복합탄소소재는 다음과 같이 제조될 수 있다.
우선, 미리 설정된 패턴에 따라 틀 부재 내에 제1 프리프레그를 배치한다(S10).
이때, 제1 프리프레그는 재료 공급부에 배치되어 있으며, 재료 이송부를 통해 재료 공급부로부터 틀 부재가 배치된 재료 적층부로 제1 프리프레그가 이송될 수 있다.
이어서, 상기 미리 설정된 패턴에 따라 제2 프리프레그를 제1 프리프레그 상에 적층한다(S20).
이때, 제2 프리프레그 또한 재료 공급부에 배치되어 있으며, 재료 이송부를 통해 재료 공급부로부터 재료 적층부에 배치된 제1 프리프레그 상으로 제2 프리프레그가 이송될 수 있다.
그런 다음, 제2 프리프레그를 가압하고(S30), 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기를 제거한다(S40).
자동 개폐부가 작동되어 덮개 부재에 의해 제2 프리프레그가 가압되면서, 진공 제공부의 진공 펌프가 작동되어 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기가 자동으로 제거될 수 있다.
이러한 과정의 반복을 통해서 복합탄소소재가 제조될 수 있다.
구체적으로, 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기를 제거한 이후에, 상기 미리 설정된 패턴에 따라 제2 프리프레그 상에 제3 프리프레그를 적층하고(S50), 제3 프리프레그를 가압하고(S60), 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그 간의 공기를 제거한다(S70).
이때, 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그 간의 공기가 제거되면서 제1 프리프레그, 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그가 더욱 압착하게 될 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 복합탄소소재 제조 장치 및 방법은 프리프레그의 자동 인식 후 미리 설정된 패턴에 따라 자동으로 재료 적층부에 적층되고, 진공 펌프에 의해 적층된 프리프레그 사이의 공기를 효과적으로 제거할 수 있다. 그리고 프리프레그의 적층 및 적층된 프리프레그 사이의 공기 제거가 자동으로 수행되고, 제어부에 미리 설정된 패턴 또는 프리프레그의 적층 순서에 따라서 자동 제어될 수 있다. 게다가 자동화 설비로서 구현되어 복합탄소소재의 제조 시간 및 제조 비용을 단축시키고, 고품질의 복합탄소소재를 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 복합탄소소재 제조 장치
100: 재료 공급부
200: 재료 이송부
210: 흡착 부재
220: 링크 부재
230: 구동 부재
300: 재료 적층부
310: 틀 부재
312: 상부 플레이트
3122: 금속판
3124: 실리콘판
3126: 섬유층
314: 하부 플레이트
3142: 제1 흡입 유로
3144: 제2 흡입 유로
400: 자동 개폐부
410: 덮개 부재
420: 링크 부재
430: 구동 부재
440: 센싱 부재
500: 진공 제공부
510: 진공 펌프
520: 진공 튜브
600: 제어부

Claims (11)

  1. 프리프레그(pre-preg)를 공급하는 재료 공급부;
    상기 프리프레그를 상기 재료 공급부로부터 이송시키는 재료 이송부;
    상기 재료 공급부로부터 이격 배치되어 상기 재료 이송에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 재료 적층부; 및
    상기 재료 적층부에 적층된 프리프레그 간 공기를 제거하는 진공 제공부;
    를 포함하고,
    상기 재료 공급부에는 복수 개의 프리프레그가 배치되고,
    상기 재료 이송부는 상기 복수 개의 프리프레그를 미리 설정된 적층 패턴에 따라 상기 재료 적층부로 자동 이송시키고,
    상기 재료 적층부는,
    상기 재료 이송부에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 틀 부재;
    를 포함하고,
    상기 틀 부재는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하고,
    상기 진공 제공부는,
    상기 재료 적층부에 진공 튜브에 의해 연결된 진공 펌프;
    를 포함하고,
    상기 진공 튜브는 상기 하부 플레이트에 연결되고,
    상기 진공 펌프에 의한 진공 압력이 상기 하부 플레이트로부터 상기 상부 플레이트를 통해 상기 프리프레그에 전달되는 복합탄소소재 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 프리프레그(pre-preg)를 공급하는 재료 공급부;
    상기 프리프레그를 상기 재료 공급부로부터 이송시키는 재료 이송부;
    상기 재료 공급부로부터 이격 배치되어 상기 재료 이송에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 재료 적층부; 및
    상기 재료 적층부에 적층된 프리프레그 간 공기를 제거하는 진공 제공부;
    를 포함하고,
    상기 재료 공급부에는 복수 개의 프리프레그가 배치되고,
    상기 재료 이송부는 상기 복수 개의 프리프레그를 미리 설정된 적층 패턴에 따라 상기 재료 적층부로 자동 이송시키고,
    상기 재료 적층부는,
    상기 재료 이송부에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 틀 부재;
    를 포함하고,
    상기 틀 부재는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하고,
    상기 상부 플레이트는,
    금속판;
    상기 금속판 상에 배치된 실리콘 판; 및
    상기 실리콘 판 상에 배치된 섬유층;
    을 포함하고,
    상기 섬유층에 의해 상기 프리프레그의 상기 실리콘 판에 대한 접착을 방지하는 복합탄소소재 제조 장치.
  4. 삭제
  5. 프리프레그(pre-preg)를 공급하는 재료 공급부;
    상기 프리프레그를 상기 재료 공급부로부터 이송시키는 재료 이송부;
    상기 재료 공급부로부터 이격 배치되어 상기 재료 이송에 의해 이송된 프리프레그가 적층되는 재료 적층부; 및
    상기 재료 적층부에 적층된 프리프레그 간 공기를 제거하는 진공 제공부;
    를 포함하고,
    상기 재료 공급부에는 복수 개의 프리프레그가 배치되고,
    상기 재료 이송부는 상기 복수 개의 프리프레그를 미리 설정된 적층 패턴에 따라 상기 재료 적층부로 자동 이송시키며,
    상기 재료 적층부의 상부를 자동 개폐시키는 자동 개폐부;
    를 더 포함하고,
    상기 자동 개폐부는,
    덮개 부재; 및
    상기 덮개 부재를 구동시키는 구동 부재;
    를 포함하고,
    상기 덮개 부재는 상기 구동 부재에 의해 상기 재료 적층부의 상부를 폐쇄시킨 후에 상기 적층된 프리프레그를 가압하는 복합탄소소재 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자동 개폐부는,
    상기 덮개 부재에 구비된 센싱 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 센싱 부재는 상기 덮개 부재의 모서리에 장착된 복수 개의 위치 센서를 포함하여, 상기 프리프레그의 정렬을 실시간으로 검사하는 복합탄소소재 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센싱 부재는 상기 적층된 프리프레그 간 공기의 양 또는 진공 압력을 감지할 수 있는 복합탄소소재 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 재료 이송부는,
    상기 재료 공급부에 배치된 상기 프리프레그를 흡착하는 흡착 부재; 및
    상기 흡착 부재에 연결되어, 상기 재료 공급부 및 상기 재료 적층부 사이에서 회전 운동 또는 선형 운동 가능한 링크 부재;
    를 포함하는 복합탄소소재 제조 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 재료 공급부, 상기 재료 이송부, 상기 재료 적층부, 상기 진공 제공부 또는 상기 자동 개폐부의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부에는 상기 프리프레그의 적층 순서 또는 패턴이 미리 설정되는 복합탄소소재 제조 장치.
  10. 미리 설정된 패턴에 따라 틀 부재 내에 제1 프리프레그를 배치하는 단계;
    상기 미리 설정된 패턴에 따라 제2 프리프레그를 상기 제1 프리프레그 상에 적층하는 단계;
    상기 제2 프리프레그를 가압하는 단계; 및
    상기 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기는 상기 틀 부재에 진공 튜브를 통해서 연결된 진공 펌프에 의해 제거되고,
    상기 틀 부재는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하고,
    상기 진공 튜브는 상기 하부 플레이트에 연결되고,
    상기 진공 펌프에 의한 진공 압력이 상기 하부 플레이트로부터 상기 상부 플레이트를 통해 상기 프리프레그에 전달되는 복합탄소소재 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 프리프레그 및 제2 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계 이후에,
    상기 미리 설정된 패턴에 따라 상기 제2 프리프레그 상에 제3 프리프레그를 적층하는 단계;
    상기 제3 프리프레그를 가압하는 단계; 및
    상기 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그 간의 공기를 제거하는 단계에서,
    상기 제1 프리프레그, 제2 프리프레그 및 제3 프리프레그가 압착되는 복합탄소소재 제조 방법.
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