KR102036600B1 - 3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 위한 오븐 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 위한 오븐 유닛이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐 유닛은 투입 개구부를 통해 투입된 다수의 재료를 이송하는 적어도 하나의 제1 롤러 세트, 상기 이송된 다수의 재료를 고분자 복합 재료로 합사시키는 합사부, 상기 합사된 고분자 복합 재료를 헤드 유닛에 배출하는 적어도 하나의 제2 롤러 세트가 배치된 몸체부; 및 상기 몸체부의 상부를 개폐하고, 상기 다수의 재료와 상기 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 히팅부가 배치된 커버부;를 포함하고, 상기 몸체부의 일면에는 배출 개구부가 형성되고, 상기 제2 롤러 세트는 상기 배출 개구부를 통해 상기 헤드 유닛에 직접 연결되며, 상기 헤드 유닛의 제1축 방향 이동에 따라 상기 제1축 방향으로 직선 이동된다.

Description

3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 위한 오븐 유닛{OVEN UNIT FOR THREE-DIMENSIONAL PRODUCT MANUFACTURING ROBOT SYSTEM}
본 발명은 3차원 입체물 제조 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 위한 오븐 유닛에 관한 것이다.
* 사업명: 경제협력권산업 육성사업 (Encouragement Program for The Industries of Economic Cooperation Region)
* 본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 지원하는 경제협력권산업 육성사업으로 수행된 연구결과입니다.
(This research was supported by the Ministry of Trade, Industry & Energy(MOTIE), Korea Institute for Advancement of Technology(KIAT) through the Encouragement Program for The Industries of Economic Cooperation Region)
최근, 플라스틱 복합소재를 이용하여 강도와 내구성을 보강하기 위한 내부 보강재(reinforcement)를 제조하는 기술이 이용되고 있다. 적층 가공(additive manufacturing) 장치 및 폴리머/복합재의 내부 보강재와 같은 내부 골격 제조 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이를 이용하면, 경량 복합 소재 입체물의 원재료 사용량은 줄이면서도 기계적 성능을 높일 수 있다는 점에서 3D 프린팅이나 3D 몰딩이 각광받고 있다. 특히, 적층 가공 속도도 개선되어 자동화 공정의 일부로서 기능할 수 있게 되었다.
적층 가공은 자동차, 항공기, 전자제품, 가전제품(consumer electronics), 스포츠 용품(sporting goods), 건축소재 등 다양한 분야에서 이용되고 있지만, 제조의 정교성, 원가 절감, 제조 공정과 설비의 단순화 등 선결해야 할 과제가 아직 많다. 특히, 3D 프린팅이나 3D 몰딩에 의한 제품의 성능을 좌우하는 원재료의 강성과 내구성 향상에 대한 연구가 매우 필요한 상황이다.
적층 가공 장치 즉, 3차원 입체물 제조 로봇 시스템은 가늘고 기다란 원재료의 토출 방향, 각도 및 위치를 제어하면서 원하는 형상의 제품을 형성한다. 제품의 정교한 형성을 위해서는 원재료가 시스템에 의해 자유롭게 제어(투입에서 토출까지)될 수 있어야 한다. 또한, 최종 형성되는 제품의 성능을 위해, 원재료의 강성과 내구성이 뛰어나야 한다.
하지만, 자유로이 제품을 형성할 수 있으면서, 강성과 내구성까지 확보할 수 있는 원재료에 대한 다양한 연구나 개발이 아직까지는 미진한 상태이다.
등록특허공보 제10-1653817호, 공고일자 2016년09월05일
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 몸체부의 내부에 배치된 다수의 롤러를 이용하여 다수의 재료와 그 재료가 합사된 고분자 복합 재료가 이동하는 구간 각각에 대응하도록 몸체부의 상부를 덮는 커버부에 히팅부를 배치하고, 몸체부의 하부에 가스 순환부를 배치하며, 고분자 복합 재료가 배출되는 몸체부의 일측면에 형성된 개구부에 벨로우즈가 장착되도록 한, 3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 위한 오븐 유닛을 제공하는데 있다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 오븐 유닛은 투입 개구부를 통해 투입된 다수의 재료를 이송하는 적어도 하나의 제1 롤러 세트, 상기 이송된 다수의 재료를 고분자 복합 재료로 합사시키는 합사부, 상기 합사된 고분자 복합 재료를 이송하여 외부의 헤드 유닛으로 인입시키도록 하는 적어도 하나의 제2 롤러 세트가 배치된 몸체부; 및 상기 몸체부의 상부를 개폐하고, 상기 다수의 재료와 상기 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 히팅부가 배치된 커버부;를 포함하고, 상기 몸체부의 일면에는 배출 개구부가 형성되고, 상기 배출 개구부를 통해 상기 고분자 복합 재료가 인출되어 상기 헤드 유닛으로 인입될 수 있다.
또한, 상기 고분자 복합 재료의 이송을 기준으로 최선단에 위치한 상기 제2 롤러 세트는 상기 배출 개구부를 통해 상기 헤드 유닛에 직접 연결되며, 상기 헤드 유닛의 제1축 방향 이동에 따라 상기 제1축 방향으로 직선 이동될 수 있다.
또한, 상기 제2 롤러 세트는, 상기 합사부의 출력측에 고정 배치되고, 상기 합사된 고분자 복합 재료를 전달하는 고정 롤러 세트; 및 상기 고정 롤러 세트로부터 전달 받은 상기 고분자 복합 재료를 상기 헤드 유닛에 배출하되, 상기 헤드 유닛의 제1축 방향 이동에 따라 상기 제1축 방향으로 직선 이동되는 적어도 하나의 가변 롤러 세트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가변 롤러 세트는, 상기 고정 롤러 세트의 출력측에 배치되는 제1 가변 롤러 세트와 상기 제1 가변 롤러 세트와 상기 헤드 유닛 사이에 배치되는 제2 가변 롤러 세트를 포함하고, 상기 제1 가변 롤러 세트는 상기 고분자 복합 재료가 상기 투입 개구부로부터 상기 헤드 유닛까지 이동하는 거리를 일정하게 유지하도록 직선 이동될 수 있다.
또한, 상기 몸체부는, 상기 적어도 하나의 제1 롤러 세트와 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트 각각의 상부에 배치되는 열 차단판;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 제1 롤러 세트 각각은, 일정한 간격으로 배치된 다수의 서브 롤러를 포함하되, 상기 다수의 서브 롤러는 상기 다수의 재료 상부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러와, 상기 다수의 재료 하부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트 각각은, 일정한 간격으로 배치된 다수의 서브 롤러를 포함하되, 상기 다수의 서브 롤러는 상기 합사된 고분자 복합 재료 상부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러와, 상기 합사된 고분자 복합 재료 하부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트 각각은, 일정한 간격으로 배치된 다수의 서브 롤러를 포함하되, 상기 다수의 서브 롤러는 상기 합사된 고분자 복합 재료의 일측에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러와, 상기 합사된 고분자 복합 재료의 타측에 배치되는 적어도 하나의 서브 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 서브 롤러 중 적어도 하나의 서브 롤러는, 상기 합사된 고분자 복합 재료가 이동하는 방향과 수직한 방향으로 이동이 가능하다.
또한, 상기 배출 개구부에는 상기 몸체부 내부의 열기가 밖으로 배출되는 것을 줄이고 상기 몸체부 밖의 냉기가 내부로 유입되는 것을 줄이는 벨로우즈가 장착될 수 있다.
또한, 상기 커버부는, 일단이 내측에 장착되고 타단이 상기 히팅부의 하부에 결합되어, 상기 히팅부의 높이 또는 각도를 조절하는 지지대를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 히팅부는, 상기 다수의 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 적어도 하나의 IR(Infrared) 램프와, 상기 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 적어도 하나의 열풍기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 순환부는, 상기 몸체부의 내부에서 발생하는 가스를 흡입하고 상기 흡입된 가스를 필터링하며 상기 필터링된 가스를 상기 몸체부의 내부로 주입시키는 덕트 필터 조립체; 상기 몸체부의 저면과 상기 덕트 필터 조립체 사이에 연결되어, 상기 몸체부의 내부에서 발생한 가스를 상기 덕트 필터 조립체에 전달하는 제1 덕트; 및 상기 덕트 필터 조립체와 상기 몸체부의 측면 사이에 연결되어, 상기 필터링된 가스를 사이 몸체부의 내부로 전달하는 제2 덕트;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 덕트 필터 조립체는, 상기 필터링된 가스의 일부는 외부로 배출하고, 상기 필터링된 가스의 나머지 일부는 상기 몸체부의 내부로 주입시킬 수 있다.
또한, 상기 가스 순환부는 상기 제2 덕트의 일측에 구비되어, 상기 제2 덕트를 통해 상기 몸체부의 내부로 주입되는 가스의 양을 조절하는 댐퍼;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 오븐 유닛은 투입 개구부를 통해 투입된 다수의 재료를 이송하는 적어도 하나의 제1 롤러 세트, 상기 이송된 다수의 재료를 고분자 복합 재료로 합사시키는 합사부, 상기 합사된 고분자 복합 재료를 헤드 유닛에 배출하는 적어도 하나의 제2 롤러 세트가 배치된 몸체부; 및 상기 몸체부의 상부를 개폐하고, 상기 다수의 재료와 상기 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 히팅부가 배치된 커버부;를 포함하고, 상기 몸체부의 저면에는 배출 개구부가 형성되고, 상기 제2 롤러 세트는 상기 배출 개구부를 통해 상기 헤드 유닛에 직접 연결될 수 있다.
또한, 상기 합사부와 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트는 하나의 지지체에 결합되어 배치되되, 상기 합사부는 상기 지지체의 선단부에 결합되고, 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트는 상기 지지체의 측면 사이에 결합될 수 있다.
이처럼 본 발명은 몸체부의 내부에 배치된 다수의 롤러를 이용하여 다수의 재료와 그 재료가 합사된 고분자 복합 재료가 이동하는 구간 각각에 대응하도록 몸체부의 상부를 덮는 커버부에 히팅부를 배치하고, 몸체부의 하부에 가스 순환부를 배치하며, 고분자 복합 재료가 배출되는 몸체부의 일 측면에 형성된 개구부에 벨로우즈가 장착되도록 함으로써, 다수의 테이프를 하나의 고분자 복합 재료로 효율적으로 합사시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 몸체부의 일 측면에 벨로우즈를 배치하여 헤드 유닛의 움직임에 따라 벨로우즈가 가변되기 때문에, 몸체부의 내부 공간을 밀폐시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 재료가 이동하는 구간에서 커버부에 배치된 히팅부를 이용하여 다수의 재료를 가열함으로써, 하나의 고분자 복합 재료로 잘 합사시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 고분자 복합 재료가 이동하는 구간에서 커버부에 배치된 히팅부를 이용하여 온도를 유지시킴으로써, 고분자 복합 재료가 경화되지 않고 유연성을 지속적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 몸체부의 하부에 가스 순환부를 배치하여 몸체부 내부에서 발생되는 가스를 흡입하여 필터링하고 필터링된 가스의 일부를 몸체부 내부로 주입시킴으로써, 몸체부에서 발생된 가스로 인한 히팅부의 오염을 방지할 수 있고, 공기를 내부 순환 시키면서 열 손실을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐 유닛의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 롤러 세트의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 커버부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 순환부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오븐 유닛의 구조를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 몸체부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 헤드 유닛에 공급될 수 있는 고분자 복합 재료의 일 예이다.
도 11는 도 10에 도시된 고분자 복합 재료의 다른 일 예이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 위한 오븐 유닛을 설명한다. 특히, 본 발명에서는 몸체부의 내부에 배치된 다수의 롤러를 이용하여 다수의 재료와 그 재료가 합사된 고분자 복합 재료가 이동하는 구간 각각에 대응하도록 몸체부의 상부를 덮는 커버부에 히팅부를 배치하고, 몸체부의 하부에 가스 순환부를 배치하며, 고분자 복합 재료가 배출되는 몸체부의 일측면에 형성된 개구부에 벨로우즈가 장착되도록 한, 새로운 구조의 오븐 유닛을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체물 제조 로봇 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체물 제조 로봇 시스템은 헤드 유닛(100), 이동 유닛(110), 보상 캐리지(120), 오븐 유닛(200), 턴 테이블유닛(300)을 포함할 수 있다.
헤드 유닛(100)은 오븐 유닛(200)으로부터 고분자 복합 재료를 공급받아 토출할 수 있다. 헤드 유닛(100)은 제1축(x축) 방향과 제3축(z축) 방향으로 직선 이동할 수 있다. 헤드 유닛(100)은 제3축(z축) 방향의 회전축을 기준으로 로테이팅(rotating) 되고, 소정 각도 틸팅(tilting) 될 수 있다.
이동 유닛(110)은 헤드 유닛(100)에 연결되어, 헤드 유닛을 제1축(x축) 방향 또는 제3축(z축) 방향으로 직선 이동시킬 수 있다. 이때, 이동 유닛(110)은 제1 이동 유닛(111)과 제2 이동 유닛(112)을 포함할 수 있다. 제1 이동 유닛(111)은 헤드 유닛(100)의 일측에 연결되고, 헤드 유닛(100)을 제3축(z축) 방향으로 직선 이동시킬 수 있다. 제2 이동 유닛(112)은 제1 이동 유닛(111)에 연결되고, 헤드 유닛(100)을 제1축(x축) 방향으로 직선 이동시킬 수 있다.
보상 캐리지(120)는 이동 유닛(110)의 제2 이동 유닛(112)에는 배치되어 제2 이동 유닛(112)의 이동에 연동할 수 있다. 보상 캐리지(120)의 일측은 제2 이동 유닛(112)에 연결되고, 타측은 오븐 유닛(200)의 내부에 연결될 수 있다.
보상 캐리지(120)는 오븐 유닛(200)의 투입 개구부로부터 고분자 복합 재료가 토출되는 헤드 유닛(100)의 토출구까지의 거리를 일정하게 유지하고, 오븐 유닛(200) 내부에 위치한 고분자 복합 재료의 장력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 제2 이동 유닛(112)의 이동은 외부 제어신호에 따라 구동될 수 있고, 제2 이동 유닛(112)와 제1 이동 유닛(111) 사이의 소정 간격은 제1 이동 유닛(111)의 위치에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 보상 캐리지(120)는 헤드 유닛(100)의 제1축(x) 방향 이동과 함께 이동하되, 보상 캐리지(120)와 헤드 유닛(100) 사이의 간격은 헤드 유닛(100)의 위치에 따라 가변될 수 있다.
오븐 유닛(200)은 크릴 유닛(미도시)으로부터 다수의 재료를 공급 받아 공급 받은 다수의 재료를 하나의 고분자 복합 재료로 합사시키고, 합사된 하나의 고분자 복합 재료를 헤드 유닛(100)으로 전달할 수 있다. 이때, 오븐 유닛(200)은 공급 받은 다수의 재료를 열처리하여 고분자 복합 재료로 합사시키고, 합사된 고분자 복합 재료를 열 처리하여 헤드 유닛(100)으로 전달할 수 있다.
턴 테이블 유닛(300)은 적어도 한 배치면에 금형을 실장하고, 헤드 유닛을 이용하여 일 배치면에 실장된 금형에 대한 3차원 입체물의 성형이 완료되면, 회전축(A)을 기준으로 미리 설정된 각도만큼 회전시켜 타 배치면에 형성된 금형에 대한 3차원 입체물의 성형이 이루어지도록 구성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐 유닛의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐 유닛(200)은 몸체부(210), 커버부(220), 가스 순환부(230)를 포함할 수 있다.
몸체부(210)는 크릴 유닛(미도시)으로부터 다수의 재료 예컨대, 테이프(tape)를 공급 받아 공급 받은 다수의 재료를 하나의 고분자 복합 재료 예컨대, 토우(tow)로 합사시키고, 합사된 하나의 고분자 복합 재료를 배출할 수 있다.
커버부(220)는 몸체부의 상부를 개폐하고, 내측에 부착된 히팅부를 이용하여 몸체부 내에서 이송되는 다수의 재료와 고분자 복합 재료에 열을 가할 수 있다.
가스 순환부(230)는 몸체부(210)의 내부에서 발생된 가스를 흡입하고, 흡입된 가스를 필터링하며, 필터링된 가스의 일부를 다시 몸체부(210)의 내부로 주입시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부(210)는 투입개구부(211), 제1 롤러 세트(212), 합사부(213), 제2 롤러 세트(214), 배출개구부(215), 열 차단판(216), 벨로우즈(217)을 포함할 수 있다. 몸체부(210)의 투입 개구부(211)와 배출 개구부(215) 사이에 형성된 소정의 수용 공간에 고분자 복합 재료의 이동 경로가 형성될 수 있다. 여기서 이동 경로는 제1축(x축) 방향과 평행한 이동 경로와 제2축(y축) 방향과 평행한 이동 경로를 포함할 수 있다.
예컨대, 투입 개구부(211)는 몸체부(210)의 길이방향 일측면에 형성되고, 배출 개구부(215)는 몸체부(210)의 폭방향 일측면에 형성될 수 있다.
제1 롤러 세트(212)는 투입 개구부(211)로부터 공급 받은 다수의 재료를 이송할 수 있다. 다수의 재료가 이송되는 구간에서 적어도 하나의 제1 롤러 세트(212)가 배치될 수 있다. 여기서는 3개의 제1 롤러 세트가 배치되는 경우를 일예로 설명 하는데, 서로 동일하거나 서로 다른 구조로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 3b를 참조하면, 제1 롤러 세트(212)는 3개의 서브 롤러(212a, 212b, 212c)로 구현될 수 있는데, 3개의 서브 롤러(212a, 212b, 212c)는 고분자 복합 재료의 이동 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되되, 제1 서브 롤러(212a)와 제3 서브 롤러(212c)는 재료의 하부에 배치되고, 제2 서브 롤러(212b)는 재료의 상부에 배치될 수 있다.
이렇게 구성된 제1 롤러 세트(212) 상부에는 열 차단판(216)이 배치될 수 있다.
합사부(213)는 제1 롤러 세트(212)에 의해 이송된 다수의 재료를 하나의 고분자 복합 재료로 합사시킬 수 있다.
제2 롤러 세트(214)는 합사부(213)로부터 합사된 하나의 고분자 복합 재료를 이송하여 외부의 헤드 유닛으로 인입시키도록 할 수 있다. 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에서 적어도 하나의 제2 롤러 세트(214)가 배치될 수 있다. 여기서는 3개의 제2 롤러 세트가 배치되는 경우를 일예로 설명하는데, 서로 동일하거나 서로 다른 구조로 배치될 수 있다.
예컨대, 제2 롤러 세트(214)는 3개의 제2 롤러 세트(214a, 214b, 214bc)로 구현될 수 있다. 제2 롤러 세트(214a)는 합사부의 출력측에 배치되어 합사된 고분자 복합 재료를 전달할 수 있다. 제2 롤러 세트(214b)는 제2 롤러 세트(214a)의 출력측에 배치되어 고분자 복합 재료를 전달하고, 보상 캐리지에 연결되어 보상 캐리지의 직선 이동에 따라 제1축(x) 방향으로 직선 이동할 수 있다. 고분자 복합 재료의 이송을 기준으로 최선단에 위치한 제2 롤러 세트(214c)는 제2 롤러 세트(214b)의 출력측에 배치되어 고분자 복합 재료를 배출하고, 헤드 유닛(100)의 가이드부에 연결되어 헤드 유닛(100)의 직선 이동에 따라 제1축(x) 방향으로 직선 이동 할 수 있다.
그 일예로, 도 3c를 참조하면, 제2 롤러 세트(214a)는 지지대(214a1), 3개의 서브 롤러(214a2, 214a3, 214a4)로 구현될 수 있는데, 3개의 서브 롤러(214a2, 214a3, 214a4)는 고분자 복합 재료의 이동 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되되, 제1 서브 롤러(214a2)와 제3 서브 롤러(214a4)는 고분자 복합 재료의 일측에 배치되고, 제2 서브 롤러(214a3)는 고분자 복합 재료의 타측에 배치될 수 있다.
이때, 제2 서브 롤러(214a3)는 고분자 복합 재료의 이동 방향과 수직한 좌우 방향으로 이동할 수 있는데, 그 이동에 따라 고분자 복합 재료의 텐션(tension) 조절이 가능할 수 있다.
다른 예로, 도 3d를 참조하면, 제2 롤러 세트(214b)는 지지대(214b1), 3개의 서브 롤러(214b2, 214b3, 214b4)로 구현될 수 있는데, 3개의 서브 롤러(214b2, 214b3, 214b4)는 고분자 복합 재료의 이동 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되되, 제1 서브 롤러(214b2)와 제3 서브 롤러(214b4)는 고분자 복합 재료의 하부에 배치되고, 제2 서브 롤러(214b3)는 고분자 복합 재료의 상부에 배치될 수 있다.
이때, 제2 서브 롤러(214a3)는 고분자 복합 재료의 이동 방향과 수직한 상하 방향으로 이동할 수 있는데, 그 이동에 따라 고분자 복합 재료의 텐션(tension) 조절이 가능할 수 있다.
이렇게 구성된 제2 롤러 세트(214) 상부에는 열 차단판(216)이 배치될 수 있다.
또 다른 예로, 도 3e를 참조하면, 제2 롤러 세트(214c)는 지지대(214c1), 5개의 서브 롤러(214c2, 214c3, 214c4, 214c5, 214c6)로 구현될 수 있는데, 3개의 서브 롤러(214c3, 214c4, 214c5)는 고분자 복합 재료의 이동 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되되, 제1 서브 롤러(214b3)와 제3 서브 롤러(214b5)는 고분자 복합 재료의 일측에 배치되고, 제2 서브 롤러(214b4)는 고분자 복합 재료의 타측에 배치될 수 있다.
또 다른 예로, 도 3f를 참조하면, 제2 롤러 세트(214d)는 지지대(214d1), 2개의 서브 롤러(214d2, 214d3)를 포함할 수 있다. 제1 서브 롤러(214d2)는 고분자 복합 재료의 하부에 배치되고, 제2 서브 롤러(214d3)는 고분자 복합 재료의 일측에 배치되어, 제1 서브 롤러(214d2)를 통해 이송된 고분자 복합 재료를 가이드할 수 있다.
고분자 복합 재료는 배출 개구부를 통해 몸체부(210)의 외부로 이송될 수 있다.
특히, 본 발명의 제2 롤러 세트(214)는 배치 위치가 고정된 고정 롤러 세트(214a, 214b)와 배치 위치가 가변되는 가변 롤러 세트(214c, 214d)로 구분될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 롤러 세트의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 가변 롤러 세트는 제1 가변 롤러 세트(214c), 제2 가변 롤러 세트(214d)를 포함하고, 헤드 유닛의 이동에 따라 제1축(x축) 방향으로 직선 이동할 수 있다. 이렇게 제1 가변 롤러 세트(214c), 제2 가변 롤러 세트(214d)가 직선 이동하는 이유는 고분자 복합 재료가 오븐 유닛(200)의 투입 개구부로부터 토출되는 헤드 유닛(100)의 토출구까지 이동하는 거리를 일정하게 유지시키기 위함이다.
도 4a를 참조하면, 헤드 유닛(100)이 제1축(x축)을 기준으로 좌측 방향으로 직선 이동하면, 보상 캐리지(120)도 함께 좌측 방향으로 직선 이동하게 되고, 헤드 유닛(100)에 연결된 제2 가변 롤러 세트(214d)도 좌측 방향으로 직선 이동하며, 보상 캐리지(120)에 연결된 제1 가변 롤러 세트(214c)도 좌측 방향으로 직선 이동할 수 있다.
이때, 보상 캐리지(120)는 오븐 유닛 내에서 고분자 복합 재료가 이동하는전체 거리를 고려하여 미리 정해진 거리만큼 좌측 방향으로 직선 이동할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 헤드 유닛(100)이 제1축(x축)을 기준으로 우측 방향으로 직선 이동하면, 보상 캐리지(120)도 함께 우측 방향으로 직선 이동하게 되고, 헤드 유닛(100)에 연결된 제2 가변 롤러 세트(214d)도 우측 방향으로 직선 이동하며, 보상 캐리지(120)에 연결된 제1 가변 롤러 세트(214c)도 우측 방향으로 직선 이동할 수 있다.
이때, 보상 캐리지(120)는 오븐 유닛 내에서 이송되는 고분자 복합 재료의 전체 길이를 고려하여 미리 정해진 거리만큼 우측 방향으로 직선 이동할 수 있다.
이와 같이 도 4a에서의 헤드 유닛(100)과 보상 캐리지(120) 사이의 거리 d1와 도 4b에서의 헤드 유닛(100)과 보상 캐리지(120) 사이의 거리 d2는 오븐 유닛 내에서 이송되는 고분자 복합 재료의 전체 길이를 고려해야 하기 때문에 서로 다를 수 있다.
열 차단판(216)은 제1 롤러 세트(212)와 제2 롤러 세트(214) 상부에 배치될 수 있다. 열 차단판(216)은 커버부의 히팅부로부터 발생된 열을 차단할 수 있다.
벨로우즈(217)는 헤드 유닛이 움직이는 몸체부의 일측면에 형성된 배출 개구부에 장착되어, 오븐 유닛 내부의 열기가 외부로 배출되는 것을 줄이고 오븐 유닛 외부의 냉기가 내부로 유입되는 것을 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커버부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 커버부(220)는 지지대(221), 히팅부(222)를 포함할 수 있다. 여기서, 히팅부(222)는 IR(Infrared Ray) 램프, 열풍기 등을 포괄하는 개념일 수 있다.
지지대(221)는 일단이 커버부의 내측에 고정되도록 배치되고, 타단이 히팅부(222)에 결합되어, 히팅부(222)를 지지할 수 있다. 지지대(221)는 히팅부(222)의 높이 또는 각도를 조절할 수 있는 기능이 구비될 수 있다.
히팅부(222)는 다수의 재료와 고분자 복합 재료가 이송되는 구간의 대응되는 위치에 다수개가 배치될 수 있다. 이때, 히팅부(222)는 다수의 재료와 고분자 복합 재료가 이동하는 방향과 수평한 방향 또는 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
이렇게 배치된 히팅부(222)는 다수의 재료와 고분자 복합 재료를 열 처리할 수 있다.
이때, 다수의 재료가 이송되는 구간에서는 IR 램프가 사용되어 다수의 재료 간 합사가 잘 이루어지도록 열 처리하고, 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에서는 열풍기가 사용되어 해당 구간에서 소정의 온도를 유지하도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 순환부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 순환부(230)는 제1 덕트(duct)(231), 덕트 필터 조립체(232), 제2 덕트(233), 댐퍼(damper)(234)를 포함할 수 있다.
제1 덕트(231)는 몸체부의 저면에 결합되어, 몸체부의 내부에서 발생하는 가스 예컨대, 흄(fume)을 배출할 수 있다. 제1 덕트(231)는 몸체부의 저면에 결합되되, 저면 내 다수의 위치에 결합되어 동시에 여러 곳에서 가스를 배출할 수 있다.
덕트 필터 조립체(232)는 몸체부의 내부에서 발생하는 가스를 흡입하고 흡입된 가스를 필터링하며, 필터링된 가스를 몸체부의 내부로 유입시킬 수 있다. 덕트 필터 조립체(232)는 필터링된 가스의 일부는 외부로 배출하고 몸체부의 내부 온도가 일정 범위 내 유지되도록 일부는 몸체부의 내부로 유입시킬 수 있다.
제2 덕트(233)는 몸체부의 측면에 결합되어, 덕트 필터 조립체(232)에서 필터링된 가스를 몸체부의 내부로 주입시킬 수 있다. 제2 덕트(232)는 몸체부의 측면에 결합되되, 측면 내 다수의 위치에 결합되어 동시에 여러 곳에서 가스를 주입시킬 수 있다.
이때, 제2 덕트(233)로 공급되는 가스는 몸체부에서 이송되는 재료 또는 고분자 복합 재료와 커버부에 배치된 히팅부 사이로 주입될 수 있다. 이는 몸체부 내부에서 발생된 가스가 상승하여 히팅부를 오염시키는 것을 방지하고, 공기를 내부 순환 시키면서 열 손실을 방지하기 위함이다.
댐퍼(234)는 제2 덕트(233)의 일측에 구비될 수 있는데, 제2 덕트(233)를 통해 몸체부의 내부로 주입되는 가스의 양을 조절할 수 있다. 댐퍼(234)는 제2 덕트(233)의 일측에 구비되되, 몸체부에 가까운 위치에 구비될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오븐 유닛의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오븐 유닛(200')은 몸체부(210'), 커버부(220'), 가스 순환부(230')를 포함할 수 있다.
몸체부(210')는 크릴 유닛(미도시)으로부터 다수의 재료 예컨대, 테이프(tape)를 공급 받아 공급 받은 다수의 재료를 하나의 고분자 복합 재료 예컨대, 토우(tow)로 합사시키고, 합사된 하나의 고분자 복합 재료를 이송할 수 있다.
커버부(220')는 몸체부의 상부를 개폐하고, 내측에 부착된 히팅부를 이용하여 몸체부 내에서 이송되는 다수의 재료와 고분자 복합 재료에 열을 가할 수 있다.
가스 순환부(230')는 몸체부(210')의 내부에서 발생된 가스를 흡입하고 흡입된 가스를 필터링하며, 필터링된 가스의 일부를 다시 몸체부(210')의 내부로 유입시킬 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 몸체부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 몸체부(210')는 수용홈을 갖고, 투입 개구부(211'), 제1 롤러 세트(212'), 합사부(213'), 제2 롤러 세트(214'), 배출 개구부(215'), 열 차단판(216')을 포함할 수 있다. 몸체부(210')의 투입 개구부(211)와 배출 개구부(215) 사이에 형성된 소정의 수용 공간에 고분자 복합 재료의 이동 경로가 형성될 수 있다. 여기서 이동 경로는 제1축(x축) 방향과 평행한 이동 경로와 제2축(y축) 방향과 평행한 이동 경로를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 몸체부의 투입 개구부(211'), 제1 롤러 세트(212'), 합사부(213'), 제2 롤러 세트(214'), 배출 개구부(215'), 열 차단판(216')은 도 1에서 설명한 몸체부의 투입 개구부(211), 제1 롤러 세트(212), 합사부(213), 제2 롤러 세트(214), 배출 개구부(215), 열 차단판(216)과 구성 및 기능이 동일하지만, 일부 구조 또는 형태가 다르기 때문에 이하에서는 상기 차이점을 설명하기로 한다.
도 8b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 몸체부(210') 내 합사부(213'), 제2 롤러 세트(214')가 하나의 지지체(218')에 결합되어 형성될 수 있다.
합사부(213')는 지지체(218')의 선단부에 결합되어, 제1 롤러 세트(212')에 의해 이송된 다수의 재료를 하나의 고분자 복합 재료로 합사시킬 수 있다.
제2 롤러 세트(214')는 지지체(218')의 측면 사이에 결합되어, 합사부(213')로부터 합사된 하나의 고분자 복합 재료를 이송할 수 있다. 제2 롤러 세트(214')는 지지대(214a'), 5개의 서브 롤러(214b', 214c', 214d', 214e', 214f')로 구현될 수 있는데, 이중 3개의 서브 롤러(214b', 214c', 214d')는 고분자 복합 재료의 이동 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되되, 제1 서브 롤러(214b')와 제3 서브 롤러(214d')는 고분자 복합 재료의 하부에 배치되고, 제2 서브 롤러(214c')는 고분자 복합 재료의 상부에 배치될 수 있다. 나머지 2개의 서브 롤러(214e', 214f')는 고분자 복합 재료의 하부에 배치되고, 제1축(x) 방향으로 이동하는 고분자 복합 재료의 이동 방향을 제3축(z축) 방향으로 전환시켜 제2 롤러 세트(214')에 의해 전달되는 고분자 복합 재료가 배출 개구부를 통해 오븐 유닛의 하부에 배치된 헤드 유닛으로 배출될 수 있다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버부(220')는 지지대(221'), 히팅부(222')를 포함할 수 있다. 여기서, 히팅부(221')는 IR(Infrared Ray) 램프, 열풍기 등을 포괄하는 개념일 수 있다.
지지대(221')는 일단이 커버부의 내측에 고정되도록 배치되고, 타단이 히팅부(222')에 결합되어, 히팅부(222')를 지지할 수 있다. 지지대(221')는 히팅부(222')의 높이 또는 각도를 조절할 수 있는 기능이 구비될 수 있다.
히팅부(222')는 다수의 재료와 고분자 복합 재료가 이송되는 구간의 대응되는 위치에 다수개가 배치될 수 있다. 이때, 히팅부(222')는 다수의 재료와 고분자 복합 재료가 이동하는 방향과 수평한 방향으로 배치될 수 있다. 이렇게 배치된 히팅부(222')는 다수의 재료와 고분자 복합 재료를 열 처리할 수 있다.
이때, 다수의 재료가 이송되는 구간에서는 IR 램프가 사용되어 다수의 재료 간 합사가 잘 이루어지도록 열 처리하고, 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에서는 열풍기가 사용되어 해당 구간에서 소정의 온도를 유지하도록 할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 9b에 도시된 헤드 유닛(100)으로 공급될 수 있는 고분자 복합 재료(50)는, 고분자 재료(polymer material) 또는 복합 재료(composite material)의 연속적으로 이어진 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band), 테이프(tape) 등이다. 여기서, 고분자 재료로는 PLA, PE, PP, PA, ABS, PC, PET, PEI, PEEK 등의 열가소성 수지(thermoplastics) 혹은 에폭시(epoxy), 불포화 폴리에스터 수지(unsaturated polyester), PI, PUR 등의 열경화성 수지(thermosetting resins)일 수 있다. 고분자 재료는 이에 한정되지 않는다. 여기서, 보강재(reinforcing fibers)는 GF(glass fiber), CF(carbon fiber), NF(natural fiber), AF(aramid fiber) 등일 수 있다. 또한, 복합 재료는 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 아라미드 섬유, 각종 휘스커(whisker) 또는 이들의 조합일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 9b에 도시된 헤드 유닛(100)으로 공급될 수 있는 고분자 복합 재료(50)는, 상기 고분자 재료에 상기 복합 재료가 혼합된 것일 수 있다.
도 1 내지 도 9b에 도시된 헤드 유닛(100)으로 공급될 수 있는 고분자 복합 재료(50)의 또 다른 구체적인 예를 도 8 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 헤드 유닛에 공급될 수 있는 고분자 복합 재료의 일 예이고, 도 11은 도 10에 도시된 고분자 복합 재료의 다른 일 예이다.
도 10과 도 11을 참조하면, 고분자 복합 재료(50, 50')는 심재(52)와 심재(52)를 둘러싸는 섬유층(54)과 코팅층(56)을 포함한다.
도 10에 도시된 고분자 복합 재료(50)는, 심재(52)를 섬유층(54)이 둘러싸고, 섬유층(54)을 코팅층(56)이 둘러싸는 구조이고, 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50')는 심재(52)를 코팅층(56)이 둘러싸고, 코팅층(56)을 섬유층(54)이 둘러싸는 구조인 점에서 차이가 있다.
도 10과 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')에서의 심재(52)는 고분자 화합물과 섬유재 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
고분자 화합물은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고분자 화합물은 폴리 젖산(PolyLactic Acid; PLA), 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE), 폴리프로필렌(PolyPropylene; PP), 폴리아미드(PolyAmide; PA), 에이비에스(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene; ABS), 폴리메타크릴산메칠(Poly Methyl MethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate; PET), 폴리부틸렌테레프탈레이드(PolyButylene Terephthalate; PBT), 폴리에테르이미드(PolyEtherImide; PEI), 폴리페닐렌설파이드(PolyPhenylene Sulfide; PPS), 폴리에텔에텔케톤(PolyEtherEtherKetone; PEEK), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA), 폴리우레탄(PolyUrethane; PU), 에폭시(EPoxy; EP), 불포화 폴리에스터(Unsaturated Polyester; UP), 폴리이미드(PolyImide; PI), 페놀릭(PHenolic; PF) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
섬유재는 유리 섬유, 탄소 섬유, 천연 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 점조화 유체 섬유, 형상 기억 합금 섬유, 광 섬유, 압전 섬유, 현무암(Basalt) 섬유 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 고분자 화합물과 혼합되었을 때 섬유재는 고분자 화합물의 보강재일 수 있다. 어떤 섬유재는 캡슐화될 수 있다. 예를 들어, 섬유재는 몇몇의 층들로 코팅될 수 있다. 이 경우, 섬유재는 작은 직경을 갖는 케이블의 구조를 가질 수 있다.
심재(52)의 형태는 스트랜드 형태뿐만 아니라 밴드 형태 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 심재(52)의 형태는 연속적으로 이어진 스트랜드, 얀, 고분자 복합 재료, 번들, 밴드, 테이프 등의 형태와 실질적으로 동일할 수 있다. 심재(52)는 일방향성을 가질 수 있다.
예를 들어, 심재(52)는 일방향 스트랜드일 수 있다. 이를 위해 심재(52)는 예열된 재료 스트랜드를 압밀함으로써 형성될 수 있다. 즉, 심재(52)는 고분자 화합물 또는 섬유재 중 적어도 하나를 포함하는 재료 스트랜드를 소정의 온도에서 압밀함으로써 형성될 수 있다. 재료 스트랜드는 크릴 유닛이 구비한 적어도 하나의 보빈에 감길 수 있다. 실시예에 따라, 서로 다른 물질을 포함하는 2 이상의 재료 스트랜드들이 하나의 보빈에 감길 수 있다. 보빈은 재료 스트랜드를 정렬시킬 수 있고, 재료 스트랜드를 보관할 수 있다. 재료 스트랜드는 보빈에서 풀려나올 수 있고, 풀려나온 재료 스트랜드는 예열 유닛의 예열 위치로 공급될 수 있다. 예열 위치에서 재료 스트랜드는 기 설정된 온도로 예열될 수 있다. 여기서 기 설정된 온도는 재료 스트랜드가 압축 및 압밀되기에 충분한 온도일 수 있다. 재료 스트랜드는 예열 유닛에 의해 기 설정된 온도로 예열될 수 있고, 예열된 재료 스트랜드는 압축 유닛에 공급될 수 있다. 예열된 재료 스트랜드는 압밀될 수 있다. 기 설정된 온도를 갖는 재료 스트랜드는 압축 유닛에 의해 2 이상이 함께 압축 및 압밀될 수 있다. 예열 및 압밀 과정을 거치는 동안, 재료 스트랜드는 2 이상이 서로 합쳐질 수 있다. 그 결과, 일방향성을 갖는 심재(52)가 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 구성 물질이 서로 다른 재료 스트랜드가 서로 합쳐질 수 있다. 이 경우, 형성된 심재(52)는 2 이상의 물질을 포함할 수 있다.
도 10과 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')에서의 섬유층(54)은 섬유재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유층은 유리 섬유, 탄소 섬유, 천연 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 점조화 유체 섬유, 형상 기억 합금 섬유, 광 섬유, 압전 섬유 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 섬유재는 캡슐화될 수 있다. 예를 들어, 섬유재는 몇몇의 층들로 코팅될 수 있다. 이 경우, 섬유재는 작은 직경을 갖는 케이블 구조를 가질 수 있다. 심재(52)에 포함된 섬유재와 섬유층(54)에 포함된 섬유재는 실질적으로 서로 동일할 수 있지만, 심재(52)에 포함된 섬유재와 섬유층(54)에 포함된 섬유재는 실질적으로 상이할 수 있다.
섬유층(54)은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유층(54)은 폴리 젖산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 에이비에스, 폴리메타크릴산메칠, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에텔에텔케톤, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리우레탄, 에폭시, 불포화 폴리에스터, 폴리이미드, 페놀릭 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
섬유층(54)은 편조 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유재는 편조 유닛에 의해 심재(52) 상에 편조될 수 있다. 여기서, 편조 유닛은 섬유재를 감고 있는 다수의 보빈을 구비할 수 있고, 보빈은 동일 원주 상에 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 심재(52)가 원주 상의 중심을 통과할 때, 다수의 보빈은 회전함과 동시에 원주를 따라 이동할 수 있다. 이 때, 섬유재는 보빈으로부터 풀려나올 수 있고, 풀려나온 섬유재는 심재(52) 상에 편조됨으로써 편조 구조가 형성될 수 있다. 이렇게 편조된 섬유층(54)은 심재(52)가 방사상으로 가하는 압력(strain)이나 부하(load)를 견딜 수 있는 충분한 강성(rigidity/strength)을 가질 수 있다.
도 10과 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')에서의 코팅층(56)은 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 여기서, 고분자 화합물은 코팅 폴리머(coating polymer)를 포함할 수 있다. 코팅 폴리머는 고분자 복합 재료(50)를 기초로 형성될 입체물을 결합시키기에 적절한 유동적 특성(rheological characteristic)을 가질 수 있다. 즉, 코팅 폴리머는 향후 고분자 복합 재료(50)를 기초로 형성될 입체물이 인접한 물질과 적절한 결합(suitable bonding)을 갖도록 할 수 있다. 이를 위해, 코팅 폴리머는 적절한 화학적 및/또는 물리적 접착력을 갖는 물질 중 하나로 선택될 수 있다. 예를 들어, 형성된 고분자 복합 재료(50)의 표면에 코팅층(160)이 위치하는 도 10에 도시된 실시예에서는 고점성(high viscosity)을 갖는 코팅 폴리머가 선택될 수 있다. 나아가, 코팅 폴리머는 향후 형성될 입체물이 인접한 물질과의 접촉면에서 발생되는 강한 전단력(shear)에도 견딜 수 있도록 선택될 수 있다.
한편, 특정 텍스처(texture)나 구조형태(configuration)가 고분자 복합 재료(50)에 요구된다면, 그립핑 구조(gripping configuration)가 고분자 복합 재료(50)의 표면에 형성될 수 있다. 즉, 코팅층(160)은 그립핑 구조를 포함할 수 있다. 그립핑 구조는 상호간의 기계적 결합력(bonding)을 향상시키는 구조일 수 있다. 예를 들어, 그립핑 구조는 고분자 복합 재료(50)와 후속으로 이루어지는 오버몰딩 재료 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 코팅 폴리머는 "화학적" 본딩을 제공할 수 있고, 그립핑 구조는 부가적인 "기계적" 본딩을 제공할 수 있다. 그립핑 구조는 고분자 복합 재료(50)의 특정 표면 텍스처나 패턴을 구비할 수 있고, 전체적인 접촉 면적을 증가시킬 수도 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')는 심재(52), 섬유층(54) 및 코팅층(56) 사이의 물리적 상호작용에 기초하여 강성, 내구성 및 충격성 등의 성능을 조절할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200, 200': 오븐 유닛
210, 210': 몸체부
220, 220': 커버부
230, 230': 가스 순환부

Claims (17)

  1. 투입 개구부를 통해 투입된 다수의 재료를 이송하는 적어도 하나의 제1 롤러 세트, 상기 이송된 다수의 재료를 고분자 복합 재료로 합사시키는 합사부, 상기 합사된 고분자 복합 재료를 이송하여 외부의 헤드 유닛으로 인입시키도록 하는 적어도 하나의 제2 롤러 세트가 배치된 몸체부; 및
    상기 몸체부의 상부를 개폐하고, 상기 다수의 재료와 상기 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 히팅부가 배치된 커버부;를 포함하고,
    상기 몸체부의 일면에는 배출 개구부가 형성되고, 상기 배출 개구부를 통해 상기 고분자 복합 재료가 인출되어 상기 헤드 유닛으로 인입되는, 오븐 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 복합 재료의 이송을 기준으로 최선단에 위치한 상기 제2 롤러 세트는 상기 배출 개구부를 통해 상기 헤드 유닛에 직접 연결되며, 상기 헤드 유닛의 제1축 방향 이동에 따라 상기 제1축 방향으로 직선 이동되는, 오븐 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 롤러 세트는,
    상기 합사부의 출력측에 고정 배치되고, 상기 합사된 고분자 복합 재료를 전달하는 고정 롤러 세트; 및
    상기 고정 롤러 세트로부터 전달 받은 상기 고분자 복합 재료를 상기 헤드 유닛에 배출하되, 상기 헤드 유닛의 제1축 방향 이동에 따라 상기 제1축 방향으로 직선 이동되는 적어도 하나의 가변 롤러 세트;를 포함하는, 오븐 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가변 롤러 세트는, 상기 고정 롤러 세트의 출력측에 배치되는 제1 가변 롤러 세트와 상기 제1 가변 롤러 세트와 상기 헤드 유닛 사이에 배치되는 제2 가변 롤러 세트를 포함하고,
    상기 제1 가변 롤러 세트는 상기 고분자 복합 재료가 상기 투입 개구부로부터 상기 헤드 유닛까지 이동하는 거리를 일정하게 유지하도록 직선 이동되는, 오븐 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는, 상기 적어도 하나의 제1 롤러 세트와 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트 각각의 상부에 배치되는 열 차단판;을 더 포함하는, 오븐 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 롤러 세트 각각은, 일정한 간격으로 배치된 다수의 서브 롤러를 포함하되, 상기 다수의 서브 롤러는 상기 다수의 재료 상부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러와, 상기 다수의 재료 하부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러를 포함하는, 오븐 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트 각각은, 일정한 간격으로 배치된 다수의 서브 롤러를 포함하되, 상기 다수의 서브 롤러는 상기 합사된 고분자 복합 재료 상부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러와, 상기 합사된 고분자 복합 재료 하부에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러를 포함하는, 오븐 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트 각각은, 일정한 간격으로 배치된 다수의 서브 롤러를 포함하되, 상기 다수의 서브 롤러는 상기 합사된 고분자 복합 재료의 일측에 배치된 적어도 하나의 서브 롤러와, 상기 합사된 고분자 복합 재료의 타측에 배치되는 적어도 하나의 서브 롤러를 포함하는, 오븐 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 서브 롤러 중 적어도 하나의 서브 롤러는, 상기 합사된 고분자 복합 재료가 이동하는 방향과 수직한 방향으로 이동이 가능한, 오븐 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배출 개구부에는 상기 몸체부 내부의 열기가 밖으로 배출되는 것을 줄이고 상기 몸체부 밖의 냉기가 내부로 유입되는 것을 줄이는 벨로우즈가 장착된, 오븐 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 커버부는, 일단이 내측에 장착되고 타단이 상기 히팅부의 하부에 결합되어, 상기 히팅부의 높이 또는 각도를 조절하는 지지대를 더 포함하는, 오븐 유닛.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 히팅부는,
    상기 다수의 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 적어도 하나의 IR(Infrared) 램프와, 상기 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 적어도 하나의 열풍기;를 포함하는, 오븐 유닛.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 오븐 유닛은 가스 순환부를 더 포함하며,
    상기 가스 순환부는,
    상기 몸체부의 내부에서 발생하는 가스를 흡입하고 상기 흡입된 가스를 필터링하며 상기 필터링된 가스를 상기 몸체부의 내부로 주입시키는 덕트 필터 조립체;
    상기 몸체부의 저면과 상기 덕트 필터 조립체 사이에 연결되어, 상기 몸체부의 내부에서 발생한 가스를 상기 덕트 필터 조립체에 전달하는 제1 덕트; 및
    상기 덕트 필터 조립체와 상기 몸체부의 측면 사이에 연결되어, 상기 필터링된 가스를 사이 몸체부의 내부로 전달하는 제2 덕트;를 포함하는, 오븐 유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 덕트 필터 조립체는, 상기 필터링된 가스의 일부는 외부로 배출하고, 상기 필터링된 가스의 나머지 일부는 상기 몸체부의 내부로 주입시키는, 오븐 유닛.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 가스 순환부는,
    상기 제2 덕트의 일측에 구비되어, 상기 제2 덕트를 통해 상기 몸체부의 내부로 주입되는 가스의 양을 조절하는 댐퍼;를 더 포함하는, 오븐 유닛.
  16. 투입 개구부를 통해 투입된 다수의 재료를 이송하는 적어도 하나의 제1 롤러 세트, 상기 이송된 다수의 재료를 고분자 복합 재료로 합사시키는 합사부, 상기 합사된 고분자 복합 재료를 헤드 유닛에 배출하는 적어도 하나의 제2 롤러 세트가 배치된 몸체부; 및
    상기 몸체부의 상부를 개폐하고, 상기 다수의 재료와 상기 고분자 복합 재료가 이송되는 구간에 열을 가하는 히팅부가 배치된 커버부;를 포함하고,
    상기 몸체부의 저면에는 배출 개구부가 형성되고, 상기 제2 롤러 세트는 상기 배출 개구부를 통해 상기 헤드 유닛에 직접 연결되는, 오븐 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 합사부와 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트는 하나의 지지체에 결합되어 배치되되, 상기 합사부는 상기 지지체의 선단부에 결합되고, 상기 적어도 하나의 제2 롤러 세트는 상기 지지체의 측면 사이에 결합된, 오븐 유닛.
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