KR102050156B1 - 대형 프리폼의 제조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대형 프리폼의 제조 시스템에 관한 것으로, 강화섬유를 몰드에 밀착하여 부착하는 헤드, 그 헤드를 전후 방향, 좌우 방향, 상하 방향으로 이송하는 이송부, 공급롤러에 감긴 강화섬유를 헤드로 공급하는 공급부로 구성하되, 헤드에는 강화섬유를 고정되게 잡아서 자르는 커팅부, 강화섬유에 수지를 분사하는 노즐, 강화섬유에 열을 가하는 히터, 부착롤러에 의해 강화섬유를 몰드에 밀착하는 누름부를 포함하며, 공급부에서는 두 개의 공급롤러에 의해 강화섬유를 끊김 없이 연속으로 공급하는 구조의 대형 프리폼의 제조 시스템이 구성되어, 헤드의 하부에 대형 몰드를 위치하고, 공급부에서 강화섬유를 공급하면, 헤드가 이송부에 의해 이송되면서 몰드의 상면에 강화섬유를 부착함에 따라, 몰드에 자동으로 다수층의 강화섬유를 적층하여 대형 프리폼을 빠르고 용이하게 제조할 수 있는 것이다.

Description

대형 프리폼의 제조 시스템{the manufacture system of large sized preform}

본 발명은 대형 프리폼의 제조 시스템에 관한 것으로, 강화섬유를 몰드에 밀착하여 부착하는 헤드, 그 헤드를 전후 방향, 좌우 방향, 상하 방향으로 이송하는 이송부, 공급롤러에 감긴 강화섬유를 헤드로 공급하는 공급부로 구성하되, 헤드에는 강화섬유를 절단하는 커팅부, 강화섬유를 몰드에 밀착하는 누름부를 포함하며, 공급부에서는 두 개의 공급롤러에 의해 강화섬유를 연속적으로 공급하는 구조의 대형 프리폼의 제조 시스템을 구성하여, 헤드의 하부에 대형 몰드를 위치하고, 공급부에서 강화섬유를 공급하면, 헤드가 이송부에 의해 이송되면서 몰드의 상면에 강화섬유를 부착함에 따라, 몰드에 자동으로 다수층의 강화섬유를 적층하여 균일한 품질의 대형 프리폼을 연속적으로 빠르게 제조할 수 있는 것이다.

일반적으로 복합재료(composite materials)는 두 가지 이상의 재료를 섞어서 전체적인 재료의 특성을 향상시킨 혼합 재료를 말하는 것으로, 일반적인 형태로 에프알피(FRP, Fiber Glass Reinforced Plastics, 섬유 강화 플라스틱) 복합재가 있으며, 에프알피 복합재는 몰드에 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등의 고강도 섬유 재료를 수지(열가소성 수지, 열경화성 수지)를 함침하면서 적층·경화한 복합재질의 형태로 적용하여 사용하고 있다.

이외에도, 복합재료는 몰드에 고강도 섬유 재료를 다수회 적층한 프리폼을 구성하고, 그 프리폼을 열성형하여 제조하는데, 프리폼은 몰드에 원사, 띠 또는 시트 형태의 고강도 섬유 재료, 또는, 이 고강도 섬유 재료에 수지(열가소성 수지, 열경화성 수지)가 함침된 프리프레그(prepreg)를 적층하거나, 와인딩 등의 방법으로 구성하고, 프리폼을 가열 및 가압하여 몰드의 형태를 가지는 복합재료로 제작할 수 있다.

또한, 복합재료는 프리폼 제조의 자동화를 통해서 균일한 제품을 빠르고 대량으로 생산하고자 하였으며, 복합재료의 자동화 생산을 위한 장치의 예를 들어 보면, 대한민국특허공개 제10-2001-0092456호에는, ‘복합재료 가공품 제조를 위한 필라멘트 와인딩 방법과 장치’에 대한 내용이 게시되어 있고, 대한민국특허출원 제10-2015-0188289호에는, ‘복합재료 자동 적층 시스템’에 대한 내용이 게시되어 있다.

그러나 앞서 첫 번째로 예시한 발명의 필라멘트 와인딩 장치는, 제조하는 복합재료의 가공품 형상이 원통형 형상으로 제한되므로, 선박이나 항공기와 같이, 표면이 판 형상을 가지는 프리폼이나 복합재료를 자동으로 제조하기에는 한계가 있었다.

또한, 앞서 두 번째로 예시한 발명의 자동 적층 시스템은, 공급하는 프리프래그를 치구에 자동으로 적층하고 있으나, 이 자동 적층 시스템에서는 복합재료의 재료가 프리프레그만 적용하므로, 수지가 함침되지 않은 섬유(드라이 소재의 섬유)의 적용은 어려운 문제점이 있었으며, 프리프레그의 공급이 하나의 복합재롤러만으로 이루어지기 때문에 복합재롤러의 프리프레그를 다 소진하였을 때 교체하는 동안 시스템을 정지하여야 하기 때문에 연속적인 작업이 어려운 문제점이 있었으며, 스프링의 인장력이 치구에 압력을 가해 프리프레그를 간접적으로 눌러주고자 하였지만, 균일하게 부착하는데 한계가 있었으며, 이 발명에 따른 자동 적층 시스템은 소형 복합재료의 제조에 적합하므로 대형 복합재료를 제조하기에는 무리가 있었으므로, 대형 크기의 복합재를 연속으로 제조할 수 있는 장치에 대한 개발이 필요하였다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 강화섬유를 몰드에 밀착하여 부착하는 헤드, 그 헤드를 전후 방향, 좌우 방향, 상하 방향으로 이송하는 이송부, 공급롤러에 감긴 강화섬유를 헤드로 공급하는 공급부로 구성하되, 헤드에는 강화섬유를 고정되게 잡아서 자르는 커팅부, 부착롤러에 의해 강화섬유를 몰드에 밀착하는 누름부를 포함하며, 공급부에서는 두 개의 공급롤러에 의해 강화섬유를 연속적으로 공급하는 구조의 대형 프리폼의 제조 시스템을 구성하여, 헤드의 하부에 대형 몰드를 위치하고, 공급부에서 대폭의 강화섬유를 공급하면, 헤드가 이송부에 의해 이송되면서 몰드의 상면에 강화섬유를 부착함에 따라, 몰드에 자동으로 다수층의 강화섬유를 적층하여 대형 프리폼을 용이하게 제조하도록 한다.

또, 공급부에는 두 공급롤러의 강화섬유를 중첩하는 중첩장치와, 중첩된 강화섬유를 봉제하는 소잉장치를 구성하고, 같은 높이에 일정 거리를 두어 배치된 고정롤러와 그 고정롤러 중간에 높이 차이를 두고 상하로 이동되는 승강롤러가 구성되어, 공급롤러의 강화섬유가 하나의 고정롤러, 승강롤러, 다른 하나의 고정롤러를 거쳐 헤드로 공급되도록 하여, 공급롤러의 두 강화섬유가 중첩되고 봉제되는 동안에, 승강롤러가 고정롤러 쪽으로 이동하면서 헤드로 강화섬유를 공급하여 연속적인 강화섬유의 공급이 이루어지도록 한다.

또한, 공급부에서 공급하는 강화섬유는 드라이 소재의 유디직물이나 제직물을 적용하고, 헤드에는 수지를 간헐적으로 분사하여 도포하는 노즐, 강화섬유에 열을 가하는 히터를 구성하여, 강화섬유에 도포되는 수지와 히터에 가해지는 열에 의해 몰드에 강화섬유의 부착과, 적층하는 강화섬유 간의 부착력을 높이도록 한다.

그리고 헤드 하부에는 몰드를 360° 회전하는 턴테이블을 구성하거나, 헤드를 45° 이내의 각도로 회전하는 회전수단을 구비하여, 몰드에 다양한 각도로 강화섬유를 적층하도록 한다.

이와 같이 본 발명은, 강화섬유를 몰드에 밀착하여 부착하는 헤드, 그 헤드를 전후 방향, 좌우 방향, 상하 방향으로 이송하는 이송부, 공급롤러에 감긴 강화섬유를 헤드로 공급하는 공급부로 구성하는 대형 프리폼의 제조 시스템을 구성하여, 헤드의 하부에 대형 몰드를 위치하고, 공급부에서 강화섬유를 공급하면, 헤드가 이송부에 의해 이송되면서 몰드의 상면에 강화섬유를 부착함에 따라, 몰드에 자동으로 다수층의 강화섬유를 적층하여 대형 프리폼의 제조가 용이하고, 균일한 품질의 대형 프리폼의 제조가 끊김 없이 연속적으로 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템의 공급부를 보여주는 일부 확대 사시도.
도 3의 (A)와 (B)는 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템의 공급부의 중첩장치를 보여주는 확대 사시도 및 정면도.
도 4의 (C)와 (D)는 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템의 공급부의 다른 예시에 의한 중첩장치와 작동 과정을 보여주는 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템의 공급부를 보여주는 일부 확대 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템의 헤드의 내부를 보여주는 일부 확대 정면도.
도 7의 (E)와 (F)는 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템의 헤드의 두 가지 커팅부를 보여주는 사시도.
도 8의 (G)와 (H) 및 (I)는 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템의 헤드의 커팅부와 가이드판의 작동을 보여주는 정면도.
도 9는 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템에 턴테이블을 적용한 구조를 보여주는 사시도.

본 발명은 대형 프리폼의 제조 시스템에 관한 것으로, 강화섬유를 몰드에 밀착하여 부착하는 헤드, 그 헤드를 전후 방향, 좌우 방향, 상하 방향으로 이송하는 이송부, 공급롤러에 감긴 강화섬유를 헤드로 공급하는 공급부로 구성하되, 헤드에는 강화섬유를 고정되게 잡아서 자르는 커팅부, 강화섬유에 수지를 분사하는 노즐, 강화섬유에 열을 가하는 히터, 부착롤러에 의해 강화섬유를 몰드에 밀착하는 누름부를 포함하며, 공급부에서는 두 개의 공급롤러에 의해 강화섬유를 연속적으로 공급하는 구조의 대형 프리폼의 제조 시스템이 구성되어, 헤드의 하부에 대형 몰드를 위치하고, 공급부에서 대폭의 강화섬유를 공급하면, 헤드가 이송부에 의해 이송되면서 몰드의 상면에 강화섬유를 부착함에 따라, 몰드에 자동으로 다수층의 강화섬유를 적층하여 대형 프리폼을 제조하는 것이다.

본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템은 이송부, 공급부, 헤드(300), 주입각도제어수단으로 구성하며, 우선, 이송부는 뒤에서 설명하는 헤드(300)를 좌우 이동, 전후 이동, 상하 이동하는 것으로, 도1 및 도9에 도시한 바와 같이, 이송부는 이동거치대(110)와 승강거치대(120)로 구성하고, 이동거치대(110)는 수직지지대(111)와 수평지지대(112)로 구성하며, 수직지지대(111)는 같은 높이를 가지는 한 쌍의 프레임이 일정한 거리를 두고 일정 높이로 세워 구성하고, 수평지지대(112)는 수직지지대(111)의 상단을 연결하는 프레임으로, 이 수직지지대(111)와 수평지지대(112)가 일체되어 이동거치대(110)를 구성한다.

또, 이동거치대(110)에는 공급부를 구성하는데, 공급부에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.

또한, 승강거치대(120)는 상하로 긴 프레임으로, 이동거치대(110)의 수직지지대(111)보다는 짧은 길이를 가지며, 이 승강거치대(120)에는 다수의 가이드롤러(121)와 헤드(300)를 구성하며, 헤드(300)의 구조는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.

그리고 이동거치대(110)는 전후이송수단에 의해서 수평지지대(112)의 수직한 방향으로 직선 이동하고, 승강거치대(120)는 좌우이송수단에 의해서 이동거치대(110)의 수평지지대(112)를 따라 직선 이동하는 구조이며, 헤드(300)는 승강거치대(120)에서 승강수단에 의해서 상하로 이동하며, 최종적으로, 전후이송수단, 좌우이송수단, 승강수단에 의해서 헤드(300)가 수평 방향으로 전후 방향, 좌우 방향, 상하 방향으로의 이동할 수 있다.

또, 전후이송수단, 좌우이송수단, 승강수단은 다양한 방법에 의해서 구현될 수 있지만, 직선 방향 또는 수직한 방향으로의 이동을 위해서 레일결합과 모터의 사용이 적용될 수 있는데, 예를 들어, 도1 및 도5에 도시한 바와 같이, 이동거치대(110)가 이동하는 방향을 따라 레일(111a)을 설치하되, 수직지지대(111) 하단에 수평지지대(112)와 수직한 방향으로 레일(111a)을 설치하고, 이 레일(111a)을 따라 이동거치대(110)가 움직이면서 이동하며, 이동거치대(110)의 움직임은 회전, 역회전이 가능한 모터를 사용하며, 필요에 따라 실린더나 기타 액추에이터의 사용이 가능하다.

아울러, 전후이송수단의 예와 같이, 좌우이송수단은 수평지지대(112) 저면을 따라 레일(미도시)을 구성하여, 이 레일을 따라 승강거치대(120)가 이동하도록 하며, 마찬가지로, 승강수단은 승강거치대(120)의 상하를 따라 레일(미도시)을 구성하여 이 레일을 따라 헤드(300)가 이동하도록 구성한다.

또한, 전후이송수단, 좌우이송수단, 승강수단에 적용하는 레일은 정확한 위치 이동을 위해서 리니어 베어링이나 리니어모션가이드를 적용할 수 있다.

다시 말하면, 전후이송수단, 좌우이송수단, 승강수단은 헤드(300)를 원하는 위치로 이동하기 위한 것으로, 레일의 적용, 또는 기타 이동 방법 등과 같이, 직선 이동 방법과 승강 방법은 공지된 방법이 많으므로 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.

다음으로, 도2 내지 도5에 도시한 바와 같이, 공급부는 이동거치대(110)에 소속되어 헤드(300)로 강화섬유(600)를 공급하는 것으로, 공급롤러(211)(211′)를 포함하는 공급지지대(210)와, 연속공급부를 포함하는 가이드지지대(220)로 구성하며, 공급지지대(210)는 수직지지대(111)에 고정되어, 공급롤러(211)(211′), 중첩장치, 소잉장치(214), 가이드롤러(215) 등을 포함하여 구성한다.

우선, 공급롤러(211)(211′)는 대폭의 강화섬유(600)가 감긴 롤러로, 강화섬유(600)는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 이들의 혼합 섬유 등으로 구성하고, 그 강화섬유(600)의 구조는 섬유가 한쪽으로 배열된 구조의 유디(UD, Uni-directional) 직물을 적용하거나, 경사와 위사로 교차하면서 제직된 제직물을 적용할 수 있으며, 강화섬유(600)는 수지가 함침되지 않은 드라이 소재를 적용하거나, 또는 수지(열경화수지, 열가소성수지)가 함침된 프리프레그 모두 가능하며, 폭이 1000㎜인 강화섬유(600)는 적용하거나, 1000㎜ 이상의 강화섬유(600)를 적용하여 최대한 빠르게 대형의 프리폼을 제조할 수 있도록 한다.

그리고 공급롤러(211)(211′)는 회전하면서 강화섬유(600)를 공급하는데, 공급롤러(211)(211′)가 모터에 의해 회전하면서 강화섬유(600)를 공급하는 구조이거나, 또는, 공급롤러(211)(211′)가 단순 자유 회전하는 구조에 의해 감겨있는 강화섬유(600)를 일정하게 풀어주면서 공급하는 구조이거나, 별도의 견인장치가 강화섬유(600)를 당겨서 풀어주면서 공급하는 구조이며, 이 공급롤러(211)(211′)와 함께 가이드롤러(215)를 하나 이상 구성하고, 공급롤러(211)(211′)에 공급된 강화섬유(600)가 가이드롤러(215)를 통과하면서, 가이드롤러(215)에 의해 강화섬유(600)의 장력을 조절하고, 이동하는 위치를 안내한다.

또, 공급롤러(211)(211′)는 적어도 한 쌍으로 구성하고, 중첩장치와 소잉장치(214)에 의해 강화섬유(600)를 연속으로 공급하도록 하는데, 중첩장치는 하나의 공급롤러(211)에 포함된 강화섬유(600)를 다른 공급롤러(211′)의 강화섬유(600)와 중첩하는(겹치는) 것으로, 도3에 도시한 바와 같이, 그리퍼(212)(gripper)와 같은 수단으로 공급롤러(211)의 강화섬유(600)의 폭 방향을 따라 잡아서 실린더나 모터에 의해서 이동된 경로인 가이드(212a)를 따라 이동할 수 있는 구조로 구현할 수 있다.

또는, 도4에 도시한 바와 같이, 중첩장치는 시중의 터렛 언와인더(213)(turret unwinder, 두 공급롤러를 동시에 회전하면서 한 공급롤러의 직물을 다른 공급롤러의 직물과 연결하는 장치)를 적용하여, 두 공급롤러(211)(211′)가 동시에 회전하면서 하나의 공급롤러(211′)에 포함된 강화섬유(600)를 다른 공급롤러(211)의 강화섬유(600)에 중첩한다.

이렇게 중첩장치에 의해 다른 공급롤러(211)(211′)의 두 강화섬유(600)의 중첩하는 위치는 헤드(300) 쪽을 향하되 봉제에 간섭되지 않은 위치가 바람직하다.

또한, 소잉장치(214)는 중첩된 두 강화섬유(600)의 폭 방향을 따라 봉제하는 단계로, 소잉장치(214)에 의해서 두 강화섬유(600)가 연결되며, 하나의 공급롤러(211′)가 강화섬유(600)가 다 소진되는 것을 인지하면, 그 공급롤러(211′)는 강화섬유(600)를 일정 길이를 남겨두고 중첩장치에 의해서 다른 하나의 공급롤러(211)의 강화섬유(600)를 잡아서 공급되었던 강화섬유(600)와 중첩하며, 소잉장치(214)에 의해서 두 강화섬유(600)를 폭 방향을 따라 봉제하여 연결한 다음, 새 공급롤러(211)를 회전하면서 강화섬유(600)를 공급하며, 원래 강화섬유(600)를 공급하는 공급롤러(211′)는 강화섬유(600)가 감긴 것으로 공급롤러로 교체하면서, 강화섬유(600)가 연속으로 공급되도록 한다.

한편, 공급부에서 강화섬유(600)의 중첩과 봉제가 이루어지는 동안 연속공급부에서 끊김 없이 강화섬유(600)를 연속적으로 헤드(300)로 공급하도록 하며, 연속공급부는 이동거치대(110)에 고정된 가이드지지대(220)에 구성하며, 가이드지지대(220)에 고정롤러(221)(222), 승강롤러(223)를 포함하고, 필요에 따라 가이드롤러(미도시)를 더 구성하며, 도2와 도5 및 도9에 도시한 바와 같이, 고정롤러(221)(222)는 한 쌍으로 구성하고, 그 고정롤러(221)(222) 사이에 상하로 이격된 위치에는 상하로 이동하는 승강롤러(223)를 구성하며, 고정롤러(221)(222)와 승강롤러(223)는 강화섬유(600)의 폭을 수용하는 길이로 자유 회전하는 롤러이며, 고정롤러(221)(222)는 상부에 위치하고, 승강롤러(223)는 하부에 위치되어, 연속공급부를 통과한 강화섬유(600)가 승강거치대(120) 상부로 이동하여 하부의 헤드(300)로 공급하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 승강롤러(223)의 상하 이동은 레일이나 리니어모션가이드 등을 따라 상하로 이동하면서, 모터나 실린더 등의 액추에이터에 의해서 상하 이동(승강)하도록 구성하며, 가이드지지대(220)에는 고정롤러(221)(222)와 승강롤러(223)와 함께 필요에 따라 다수의 가이드롤러(미도시)가 구성되어, 강화섬유(600)가 가이드롤러를 통과하여, 가이드롤러에 의해 강화섬유(600)의 장력을 조절하고, 이동하는 위치를 안내한다.

그래서 공급부에서 공급롤러(211)(211′)에 감긴 강화섬유(600)가 공급되어, 하나의 고정롤러(221)와 승강롤러(223)를 거친 다음, 다른 하나의 고정롤러(222)를 거치도록 이동하며, 초기 위치에서 승강롤러(223)는 고정롤러(221)(222)와 최대한 떨어지도록 위치하고, 이러한 상태로 강화섬유(600)를 공급하다가, 공급롤러(211)(211′)를 교체하는 과정에서, 승강롤러(223)가 고정롤러(221)(222) 방향으로 이동하면서 이동하는 거리의 2배 정도의 강화섬유(600)를 헤드(300)로 계속 공급하며, 공급롤러(211)(211′)의 교체가 끝나면, 승강롤러(223)는 원래의 위치로 복귀한다.

이렇게 공급부에서 공급된 강화섬유(600)는 연속공급부를 통과하여 승강거치대(120)를 거쳐 헤드(300)로 진입하며, 도6에 도시한 바와 같이, 헤드(300)는 가이드롤러(370), 장력조절부, 커팅부(320), 노즐(330), 히터(350), 누름부(360)가 포함되어 구성하며, 가이드롤러(370)에 강화섬유(600)가 통과하여, 가이드롤러(370)에 의해 강화섬유(600)의 이동하는 위치(경로)를 안내한다.

또, 장력조절부는 푸싱롤러(310)와 실린더(311)로 구성하며, 푸싱롤러(310)는 강화섬유(600)의 폭을 수용하는 길이의 롤러로, 푸싱롤러(310)는 실린더에 의해 강화섬유(600)가 이동하는 방향의 수직한 방향으로 밀어주는 롤러로, 푸싱롤러(310)는 리니어모션가이드(312)에 의해 안내되어 직선 이동하며, 푸싱롤러(310)가 강화섬유(600)를 밀어주는 정도에 따라 강화섬유(600)의 장력을 조절한다.

그리고 커팅부(320)는 강화섬유(600)를 커팅하는 것으로, 커터와 고정부(323)로 구성하고, 커터는 고정형커터(321)와 이동형커터(322)로 구성하며, 도7의 (E)에 도시한 바와 같이, 고정형커터(321)는 강화섬유(600)의 폭에 해당하는 칼날을 구성하고, 강화섬유(600)의 이동 방향에 대해 수직한 방향(강화섬유의 폭 방향)으로 고정형커터(321)를 배치하며, 그 고정형커터(321)를 강화섬유(600) 쪽으로 밀어주고 복귀하는 실린더(321a)를 구성하여, 고정형커터(321)가 강화섬유(600)의 수직한 면을 통과하면서 강화섬유(600)를 절단하며, 고정형커터(321)는 리니어모션가이드에 의해 안내되어 직선 이동하여 강화섬유(600) 면에 수직한 방향으로 통과하면서 절단하는 것이 바람직하다.

참고로, 고정형커터(321)는 하나의 칼날로만 이루어지지 않고 한 쌍이 결합되어 구성하는데, 예를 들어 가위와 같은 구조이거나, 칼날과 그에 대응되는 구조의 한 쌍이 결합하면서 강화섬유(600)가 커팅되도록 한다.

또, 도7의 (F)에 도시한 바와 같이, 이동형커터(322)는 강화섬유(600)의 외부에서 폭을 따라 이동하는 칼날로 구성하고, 강화섬유(600)의 폭 방향과 평행한 이동형커터(322)를 배치하며, 그 이동형커터(322)를 강화섬유(600)의 폭 방향을 따라 밀어주고 복귀하는 실린더(미도시)가 구성되어, 이동형커터(322)가 강화섬유(600)의 폭 방향을 따라 통과하면서 강화섬유(600)를 절단하도록 하며, 이동형커터(322)의 이동은 리니어모션가이드에 의해 안내되어 직선 이동하여 강화섬유(600)의 길이 방향에 대해 수직한 방향(강화섬유의 폭 방향)으로 통과하면서 절단하는 것이 바람직하다.

또한, 커팅부(320)에 의해서 강화섬유(600)를 절단할 때에는, 고정부(323)가 강화섬유(600)가 유동하지 않도록 잡아주는데, 도6과 도8에 도시한 바와 같이, 고정부(323)는 한 쌍의 고정구(323a)와 적어도 하나의 고정구(323a)를 다른 고정구(323a)로 이동하는 실린더(323b)로 구성하며, 고정구(323a)는 롤러나 바(bar)로 구성하고, 고정구(323a)는 강화섬유(600)의 폭을 수용하는 길이로 구성하며, 고정구(323a)는 강화섬유(600)의 폭 방향과 평행하게 설치하고, 두 고정구(323a) 사이 강화섬유(600)가 위치하도록 한다.

한편, 고정구(323a)의 이동은 리니어모션가이드에 의해 안내되어 직선이동 하는 것이 바람직하고, 실린더(323b)에 의해 두 고정구(323a)가 서로 밀착하면서 강화섬유(600)를 단단히 잡게 되고, 강화섬유(600)의 유동을 방지하여 강화섬유(600)의 커팅을 용이하도록 한다.

그리고 노즐(330)은 수지(바인더)를 분사하는 것으로, 강화섬유(600)의 폭 방향을 따라 노즐(330)이 배치되어, 노즐(330)에 의해 수지를 분사하여 강화섬유(600)에 수지를 도포하는데, 수지는 지속적으로 분사하는 것보다는 일정 텀을 두고 간헐적으로 분사하며, 수지는 열경화성수지나 열가소성수지를 적용하며, 적용하는 강화섬유(600)가 프리프레그인 경우에는 노즐(330)을 통한 수지의 분사를 생략할 수 있다.

또, 도6과 도8에 도시한 바와 같이, 가이드판(340)은 수직하게 공급되는 강화섬유(600)를 부착 표면에 대해 적절한 각도로 공급하는 것으로, 가이드판(340)은 강화섬유(600)의 폭을 수용하는 일정한 길이의 판형으로 형성하고, 그 가이드판(340)은 수직한 방향에 대해서 좌우 양쪽 같은 각도의 위치로 회전되어, 그 끝이 뒤에 설명하는 누름부(360)의 부착롤러(361)까지 이어지도록 하며, 가이드판(340)의 회전은 모터나 실린더 또는 기타 액추에이터에 의해서 이루어지도록 한다.

또한, 도7에 도시한 바와 같이, 누름부(360)는 강화섬유(600)를 눌러 몰드(700)에 밀착되게 부착하는 것으로, 커터의 하부 양쪽으로 한 쌍 구성하되, 강화섬유(600)의 양면과 이격된 위치에 대칭되도록 한 쌍 구성하고, 구체적으로는 누름부(360)는 부착롤러(361)와 밀착롤러(362)로 구성하며, 부착롤러(361)는 헤드(300)에 소속되어 자유 회전하는 구조이고, 밀착롤러(362)는 그 양단이 부착롤러(361)의 양단과 링크(363)로 연결되어 자유 회전하는 구조이며, 밀착롤러(362)는 헤드(300)에 소속된 실린더(364)의 로드가 결합 되어, 실린더(364)의 작동으로 밀착롤러(362)와 부착롤러(361)를 몰드(700) 쪽으로 가압하는 구조를 가진다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 부착롤러(361)의 하부쪽으로는 가이드판(340)의 상면 하단이 위치하도록 한다.

그리고 히터(350)는 강화섬유(600)에 열을 가하는 것으로, 히터(350)가 강화섬유(600)에 열을 가하면, 강화섬유(600)에 분사된 수지의 온도를 올려 접착력을 높임에 따라, 몰드(700)와 강화섬유(600) 또는, 상하로 적층되는 강화섬유(600)와 강화섬유(600) 간의 접착력, 부착력, 고정력을 높인다.

마지막으로, 커버(380)는 헤드(300)는 강화섬유(600)의 유출입과 누름부(360)의 일부를 제외하고 밀폐하여 감싸는 것으로, 내부로 먼지나 이물질의 유입을 방지하는데, 이 커버(380) 내부에 헤드(300)의 장력조절부, 커팅부(320), 노즐(330), 가이드판(340), 누름부(360) 등이 설치된다.

이렇게 이송부, 공급부, 헤드(300)가 포함되어 대형 프리폼의 제조 시스템을 구성하며, 헤드(300)의 하부에 몰드(700)가 위치되어, 그 몰드(700)에 강화섬유(600)를 적층하는데, 이송부는 헤드(300)를 좌우 방향, 전후 방향, 상하 방향으로만 이동하므로, 몰드(700)의 강화섬유(600)를 적층하기 위해서 주입각도제어수단을 더 구성할 수 있는데, 주입각도제어수단은 턴테이블(400)과 회전수단으로 구성할 수 있다.

먼저, 도9에 도시한 바와 같이, 턴테이블(400)은 헤드(300) 하부에 회전하는 360° 회전할 수 있는 턴테이블(400)을 구성하여 몰드(700)를 회전하는 것이고, 회전수단은 헤드(300)를 승강거치대(120)에 대해서 수평방향으로 회전하는 회전수단을 구성하는 것으로, 회전수단에 의한 헤드(300)의 회전반경은 45° 이내로 회전하도록 하여, 도2에 도시한 바와 같이, 강화섬유(600)가 가지는 큰 폭에 의해서 승강거치대(120)와 헤드(300) 사이에서 강화섬유(600)가 꺾이어도 헤드(300)에 진입할 수 있다.

이와 같이 구성된 대형 프리폼의 제조 시스템을 이용한 대형 몰드(700)에 강화섬유(600)를 적층하여 프리폼을 제조하는 과정을 살펴보면, 헤드(300)의 하부에 대형 크기의 몰드(700)를 위치하고, 헤드(300)는 몰드(700)에 강화섬유(600)를 적층하는 시작 지점의 상부에 위치한다.

그리고 공급부에 강화섬유(600)가 감긴 공급롤러(211)(211′)를 한 쌍 구성하고, 하나의 공급롤러(211′)의 강화섬유(600)가 공급부의 가이드롤러(215)를 거쳐 가이드지지대(220)의 고정롤러(221), 승강롤러(223), 고정롤러(222)를 순차로 거치며, 다음 승강거치대(120)의 가이드롤러(121)를 거쳐, 그대로 수직 하부에 위치된 헤드(300)의 가이드롤러(370), 장력조절부, 커팅부(320), 노즐(330)을 순차로 통과하고, 가이드판(340)의 상면을 거쳐서, 가이드판(340)의 하단과 부착롤러(361) 사이에 위치도록 한다.

그래서 승강수단에 의해 헤드(300)를 하강하여 부착롤러(361)와 밀착롤러(362)가 몰드(700) 위에 안착하도록 하면서, 좌우이송수단에 의해서 헤드(300)가 이동하면서, 강화섬유(600)가 부착롤러(361)와 밀착롤러(362)에 의해 몰드(700)에 밀착하도록 하며, 도1, 도7 및 도8의 (G)에 도시한 바와 같이, 좌우이송수단에 의해서 헤드(300)를 이동하면서 몰드(700) 상부에 강화섬유(600)를 부착한다.

또한, 도8의 (H)에 도시한 바와 같이, 몰드(700)의 끝까지 강화섬유(600)를 부착하면, 고정구(323a)로 강화섬유(600)를 잡은 상태에서 커팅부(320)에 의해서 강화섬유(600)를 폭 방향을 따라 자르고, 승강수단을 통한 상승과 전후이송수단의 통해서 헤드(300)를 강화섬유(600)의 폭이나 그보다 작은 폭으로 이동하고, 가이드판(340)을 반대로 위치한 다음, 가이드판(340)의 하단과 부착롤러(361) 사이에 강화섬유(600)가 위치하도록 하며, 도8의 (I)에 도시한 바와 같이, 승강수단을 다시 하강하고 좌우이송수단에 의해 헤드(300)를 이동하면서 강화섬유(600)를 부착한다.

이러한 과정의 반복을 통해서 몰드(700)의 표면에 강화섬유(600)를 1회 이상 부착하면서 적층하고, 필요에 따라 주입각도제어수단에 의해서 몰드(700)를 회전하거나, 헤드(300)의 회전에 의해서 강화섬유(600)가 부착되는 각도를 다양하게 변경할 수 있으며, 이렇게 몰드(700)에 다수회 강화섬유(600)가 적층되어 프리폼의 제조를 완료하며, 이렇게 완료된 프리폼은 열성형을 통해서 복합재료로 제조된다.

이렇게 본 발명에 따른 대형 프리폼의 제조 시스템은 공급부에 의해서 강화섬유(600)를 연속으로 공급함에 따라 멈춤 없이 빠르게 프리폼을 제조할 수 있으며, 전후이송수단, 좌우이송수단, 수직이송수단, 커팅부(320)에 의해서 헤드(300)가 정확하게 이동하면서 몰드(700)의 전 표면에 강화섬유(600)를 빈틈없이 빠르고 균일하게 부착하게 되므로 균일한 품질의 대형 프리폼의 제조가 용이하므로, 이 대형 프리폼을 선박, 항공, 기타 대형 장비, 대형 구조물 등의 제조에 적용 할 수 있다.

또한, 대형 프리폼의 제조 시스템은 헤드(300) 내부에서 강화섬유(600)에 수지를 분사하고, 히터(350)에 의해 수지의 가열로 강화섬유(600)와 몰드(700)와의 부착, 또는 상하로 적층되는 강화섬유(600)의 부착을 용이하게 하고, 부착롤러(361)와 실린더에 의해 가압되는 밀착롤러(362)의 이중 누름 구조에 의해서 몰드(700)의 상면에 강화섬유(600)를 부착 및 밀착할 수 있는 특징이 있다.

또, 대형 프리폼의 제조 시스템은 주입각도제어수단에 의해서 몰드에 다양한 각도로 강화섬유(600)를 부착할 수 있으므로, 강도와 강성이 우수한 복합재료용 프리폼을 제조할 수 있는 특징이 있다.

110 : 이동거치대 111: 수직지지대 111a: 레일
112: 수평지지대
120: 승강거치대 121: 가이드롤러
210: 공급지지대 211, 211′: 공급롤러
212: 그리퍼 212a: 가이드
213: 터렛 언와인더
214: 소잉장치 215: 가이드롤러
220: 가이드지지대 221, 222: 고정롤러 223: 승강롤러
300: 헤드 310: 푸싱롤러 311: 실린더
312: 리니어모션가이드
320: 커팅부 321: 고정형커터 321a: 실린더
322: 이동형커터
323: 고정부 323a: 고정구 323b: 실린더
330: 노즐 340: 가이드판 350: 히터
360: 누름부 361: 부착롤러 362: 밀착롤러
363: 링크 364: 실린더
370: 가이드롤러
380: 커버
400: 턴테이블
600: 강화섬유 700: 몰드

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 강화섬유를 몰드에 밀착하여 부착하는 헤드를 구성하되, 이 헤드에는 다수의 가이드롤러를 구성하고, 강화섬유의 폭에 대응하는 푸싱롤러를 강화섬유가 이동하는 면에 수직으로 밀어주는 실린더를 포함하는 장력조절부를 구성하며,
   헤드의 커팅부에는, 강화섬유의 폭에 대응하여 고정하는 고정형 커터가 실린더에 의해 강화섬유를 통과하였다가 복귀하면서 강화섬유를 절단하도록 구비되고,
   강화섬유의 양면에 위치되는 고정구와 이 고정구가 서로 맞닿게 밀어주는 실린더를 포함하는 고정부를 구성하여, 고정형 커터가 강화섬유를 절단하는 동안에 고정구가 강화섬유를 잡아주어 절단을 용이하게 하며,
   자유 회전하는 부착롤러와 실린더에 의해 승강하는 밀착롤러에 의해 강화섬유를 몰드에 밀착하는 누름부를 포함한 헤드로 구성되며,
   헤드를 전후 방향, 좌우 방향, 상하 방향으로 이송하는 이송부와,
   공급롤러에 감긴 강화섬유를 헤드로 공급하는 공급부로 구성하되, 이 공급부에는 두 개의 공급롤러와 이들 공급롤러에 감긴 강화섬유를 중첩하는 중첩장치를 구비하며, 이 중첩장치는 하나의 공급롤러에 포함된 강화섬유를 그리퍼가 잡아서 다른 공급롤러의 강화섬유와 중첩하도록 하거나, 터렛 언와인더에 의해서 두 공급롤러의 강화섬유를 중첩하여, 중첩된 강화섬유는 소잉장치에 의한 봉제를 용이하도록 하며,
   같은 높이에 일정 거리를 두어 배치된 고정롤러와, 이들 고정롤러 중간에 높이 차이를 두고 상하 이동되는 승강롤러가 구성되어, 강화섬유는 하나의 고정롤러, 승강롤러, 다른 하나의 고정롤러를 거쳐 헤드로 공급되도록 하여, 공급롤러의 강화섬유가 중첩되고 봉제되는 동안에, 승강롤러가 고정롤러 쪽으로 이동하면서 헤드로 강화섬유의 연속적인 공급이 이루어지도록 한 대형 프리폼의 제조 시스템을 구성함으로써,
   헤드의 하부에 대형 몰드를 위치하고, 공급부에서 강화섬유를 헤드로 연속공급하면, 헤드가 이송부에 의해 이송되면서 몰드의 상면에 강화섬유를 연속적으로 부착함을 특징으로 하는 대형 프리폼의 제조 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   헤드에는 다수의 가이드롤러를 구성하고, 강화섬유의 폭에 대응하는 푸싱롤러를 강화섬유가 이동하는 면에 수직으로 밀어주는 실린더로 구성된 장력조절부를 구성하며,
   헤드의 커팅부에는, 강화섬유의 폭을 따라 이동하는 이동형커터가 강화섬유를 통과하고 복귀하면서 강화섬유를 절단하고,
   강화섬유를 양폭에 위치되는 고정구와 그 고정구가 서로 맞닿게 밀어주는 실린더를 포함하는 고정구를 구성하여,
   이동형커터가 강화섬유를 절단하는 동안에 고정구가 강화섬유를 잡아주어 절단을 용이하게 함을 특징으로 하는 대형 프리폼의 제조 시스템.
   
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
   이송부는 이동거치대와 승강거치대로 구성하되, 이동거치대는 일정 거리를 두고 세워 설치되는 수직지지대와 그 수직지지대 상부를 잇는 수평지지대로 구성하여, 수직지대대가 전후이송수단에 의해 전후 방향으로 이동하며, 승강거치대는 좌우이송수단에 의해 수직지지대를 따라 이동하고, 승강지지대에는 헤드가 포함되어 승강수단에 의해 헤드를 상하로 이송하며,
   헤드의 누름부는, 부착롤러와 링크로 연결된 밀착롤러로 구성하고, 밀착롤러에는 수직 방향으로 눌러주는 실린더가 구성되어, 부착롤러와 밀착롤러에 의해 강화섬유를 긴밀히 부착함을 특징으로 하는 대형 프리폼의 제조 시스템.
   
7. 제 6항에 있어서,
   헤드의 누름부는 강화섬유의 양면과 이격된 위치의 양쪽에 한 쌍 구성하고,
   커팅부의 하부에서 누름부의 부착롤러의 하부 쪽으로 이어지는 가이드판을 구성하되,
   가이드판의 회전으로 공급되는 강화섬유는 가이드판을 거쳐 누름부 하부로 공급되어, 헤드가 몰드 끝까지 이동이 끝나면 강화섬유의 커팅 후에 가이드판의 회전으로 다른 방향의 누름부로 강화섬유를 공급하면서 이동함을 특징을 하는 대형 프리폼의 제조 시스템.
   
8. 제 7항에 있어서,
   강화섬유는 폭이 적어도 1000㎜이고 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 이들의 혼합 섬유 제조된 드라이 소재를 사용하며, 헤드의 커팅부와 가이드판 사이에는 수지를 분사하는 노즐을 구성하고, 부착하는 강화섬유로 열을 가하는 히터를 구비하며,
   헤드의 푸싱롤러의 이동, 커터의 이동, 고정부의 이동은 리니어모션가이드에 의해 직선 이동하며,
   헤드 하부에는 몰드를 360° 회전하는 턴테이블을 구성하거나, 헤드를 45° 이내의 각도로 회전하는 회전수단을 구비함을 특징으로 하는 대형 프리폼의 제조 시스템.
   
9. 제 7항에 있어서,
   강화섬유는 폭이 적어도 1000㎜이고 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 이들의 혼합 섬유에 수지가 함침된 프리프레그를 사용하며,
   헤드의 푸싱롤러의 이동, 커터의 이동, 고정부의 이동은 리니어모션가이드에 의해 직선 이동하며,
   헤드 하부에는 몰드를 360° 회전하는 턴테이블을 구성하거나, 헤드를 45° 이내의 각도로 회전하는 회전수단을 구비함을 특징으로 하는 대형 프리폼의 제조 시스템.

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