KR102079564B1 - Laminate grid panel structure and fabrication method therefore - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타일 안테나의 배열을 위한 하부지지 구조물로 사용될 수 있는 경량 및 고강성의 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laminated lattice panel and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a light and high rigid laminated lattice panel and a method for manufacturing the same that can be used as a lower support structure for the arrangement of the tile antenna.

Description

적층형 격자패널 및 이의 제조방법{Laminate grid panel structure and fabrication method therefore}Laminated grid panel structure and fabrication method therefore

본 발명은 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타일 안테나의 배열을 위한 하부지지 구조물로 사용될 수 있는 경량 및 고강성의 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laminated lattice panel and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a light and high rigid laminated lattice panel and a method for manufacturing the same that can be used as a lower support structure for the arrangement of the tile antenna.

복합소재(Composite material)는 높은 비강성, 비강도의 특징으로 가벼운 무게가 요구되는 다양한 산업분야에서 연구 또는 적용되고 있으며, 이러한 복합소재는 같은 재료로 더 높은 강성을 얻기 위해서 다양한 구조적 설계 방법들이 등장하였다.Composite materials are being studied or applied in various industries requiring high weight due to high specific stiffness and specific strength, and various structural design methods have emerged in order to obtain higher rigidity with the same material. It was.

대표적인 복합재료 구조 설계 방법으로 샌드위치 구조(Sandwich structure)와 격자 구조(Grid/Lattice structure)가 있다. 샌드위치 구조는 최외각층이 복합재료로 적층되어 있고 가운데 저밀도 허니콤 코어(Honeycomb core) 또는 폼 코어(Foam core) 등이 위치한 대칭형 구조로써, 구조의 두께를 증가시켜 높은 강성(Stiffness) 특성을 부여한다.Representative composite structure design methods include sandwich structure and grid / lattice structure. The sandwich structure is a symmetrical structure in which the outermost layer is laminated with a composite material and a low density honeycomb core or a foam core is placed in the middle, and the thickness of the structure is increased to give high stiffness characteristics. .

또한, 격자구조는 다양한 격자 패턴이 적용된 경량 강성 구조를 의미한다. 동일 무게의 샌드위치 구조보다 면외(Out-of-plane) 방향의 강성은 약하나, 면내(In-plane) 방향의 강성은 우수한 특성을 가지고 있다. 또한, 샌드위치 구조에 비해 손상에 의한 검사가 용이하며, 제작 과정 또는 장기간 운용 시 습기 침투에 의한 코어 재료의 부식이 염려되지 않는다. 이 같은 장점들 때문에 우주산업분야에 많이 활용되고 있는 추세이다.In addition, the grating structure refers to a lightweight rigid structure to which various grating patterns are applied. Stiffness in the out-of-plane direction is weaker than sandwich structure of the same weight, but stiffness in the in-plane direction is excellent. In addition, it is easier to inspect due to damage than the sandwich structure, and corrosion of the core material due to moisture penetration during the manufacturing process or long-term operation is not concerned. Because of these advantages, it is being widely used in the space industry.

복합재 격자구조를 제작하는 대표적인 방법으로는 필라멘트 와인딩 공법이 있다. 이러한 형태로 제작되는 구조는 주로 높은 하중을 견뎌야 하는 발사체 구조물에 적용되고 있다. 이 공법은 실린더 형태로 제작되므로 적용될 수 있는 형상이 한정적이며, 제작 과정에서 섬유의 교차부와 비교차부의 섬유 체적률이 달라지므로, 구조체에 적용하였을 때 거동을 예측하기 위한 설계/해석에 대해 많은 시간과 노력이 필요하다.A typical method of manufacturing the composite lattice structure is the filament winding method. Structures manufactured in this form are mainly applied to projectile structures that must withstand high loads. Since this method is manufactured in the form of a cylinder, the shape that can be applied is limited, and the fiber volume fraction of the intersection portion and the non-contrast portion of the fiber is different in the manufacturing process. It takes time and effort.

한편, Tsai 등은 Interlocked 격자구조에 대해서 연구하여 그 구조적 우수성을 확인하였다. 하지만, 격자를 별도로 제작함으로써 구조와 별도의 본딩(bonding) 공정이 요구된다는 점, 격자를 교차시키기 위해 slot 가공을 수행함으로써 slot에서 큰 응력집중이 발생한다는 점이 단점으로 지적되고 있다. Meanwhile, Tsai et al. Studied the interlocked lattice structure and confirmed its structural excellence. However, it is pointed out that by separately manufacturing the grating, a structure and a separate bonding process are required, and a large stress concentration occurs in the slot by performing slot processing to cross the grating.

선행문헌 : 대한민국 등록특허 제10-1343912호 "우주 임무 적용을 위한 격자-강화된 경량 복합재료 전자장비 하우징"Prior Document: Korean Patent Registration No. 10-1343912 "Grid-reinforced lightweight composite electronics housing for space mission applications"

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 직물타입의 섬유강화 복합재료를 프리프레그(Prepreg) 상태에서 격자 패턴으로 재단하고, 이를 적층하여 일체로 성형하는 적층형 격자패널의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to cut the fabric type fiber-reinforced composite material in a grid pattern in a prepreg (Prepreg) state, the production of a laminated grid panel laminated and molded integrally The purpose is to provide a method.

또한, 본 발명은 격자구조에 대한 격자 사이의 간격 및 두께 등을 자유롭게 설정함으로써, 격자패널이 적용되는 구조물 또는 설계자의 의도에 따라 다양하게 적용이 가능하며, 격자의 방향(outward or inward)에 대하여 자유로운 배치가 가능하여 높은 설계자유도를 가질 수 있는 적층형 격자패널의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.In addition, the present invention by freely setting the interval and thickness between the gratings for the grid structure, it is possible to apply variously depending on the intention of the structure or designer to which the grating panel is applied, with respect to the direction (outward or inward) of the grating An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a laminated lattice panel which can be freely arranged and has high design freedom.

또한, 본 발명은 기존의 평판형의 격자패널이 아닌 3차원 곡면 형상으로 이루어진 격자패널의 제작이 가능하여 적용대상의 형상에 적극 대응할 수 있는 적층형 격자패널의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a manufacturing method of a laminated grid panel capable of manufacturing a grid panel having a three-dimensional curved shape instead of a conventional flat grid panel panel, which can actively correspond to the shape of the application target. .

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 적층형 격자패널의 제조방법은 격자패널의 제조방법에 있어서, 면상에 격자 패턴의 적층홈(110)이 구비되고, 상기 적층홈에 의해 구획된 다수의 블럭(120)이 형성되는 몰드(100)를 제작하는 몰드제조단계(S100); 상기 몰드에 적층하기 위한 원소재를 수지에 예비 함침하여 프리프레그(200)를 준비하는 준비단계(S200); 상기 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈 형상에 대응하도록 격자 패턴으로 재단하여 격자형 프리프레그(300)를 제작하는 재단단계(S300); 상기 격자형 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈에 적층하는 제1적층단계(S400); 상기 프리프레그를 상기 격자형 프리프레그의 상부에 적층하는 제2적층단계(S500); 및 상기 적층된 격자형 프리프레그 및 프리프레그를 기 설정된 온도 및 압력으로 성형하여 격자패널을 제작하는 성형단계(S600);을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problem, the manufacturing method of the laminated lattice panel according to the present invention is a manufacturing method of the lattice panel, the lattice pattern lamination groove 110 is provided on the surface, a plurality of blocks partitioned by the lamination groove Mold manufacturing step (S100) for producing a mold 100 is formed 120; A preliminary step (S200) of preparing a prepreg 200 by pre-impregnating a raw material for laminating in the mold in a resin; A cutting step (S300) of cutting the prepreg into a lattice pattern so as to correspond to a shape of a stack groove of the mold to produce a lattice type prepreg (300); A first stacking step (S400) of stacking the lattice type prepreg into the stack groove of the mold; Stacking the prepreg on top of the lattice prepreg (S500); And forming the laminated lattice type prepreg and the prepreg at a predetermined temperature and pressure to produce a lattice panel (S600).

이때, 상기 몰드제조단계는 상기 몰드의 적층홈의 상단 모서리부분이 기 설정된 곡률을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 한다.At this time, the mold manufacturing step is characterized in that the upper edge portion of the laminated groove of the mold is produced to have a predetermined curvature.

또한, 상기 준비단계는 상기 원소재의 재질이 직물타입의 섬유강화 복합재료인 것을 특징으로 한다.In addition, the preparation step is characterized in that the material of the raw material is a fiber-reinforced composite material of the fabric type.

또한, 상기 재단단계는 소재의 손실을 최소화하기 위해 상기 격자형 프리프레그의 섬유방향을 기반으로 재단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the cutting step is characterized in that the cutting based on the fiber direction of the grid-shaped prepreg in order to minimize the loss of the material.

이때, 상기 재단단계는 상기 격자형 프리프레그가 섬유방향을 기반으로 직교형상으로 제작되는 것을 특징으로 한다.At this time, the cutting step is characterized in that the grid-shaped prepreg is produced in an orthogonal shape based on the fiber direction.

한편, 상기 제1적층단계는 상기 격자형 프리프레그를 기 설정된 적층 갯수마다 진공상태에서 압착하는 압착단계(S410)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the first lamination step is characterized in that it further comprises a pressing step (S410) for pressing the lattice prepreg in a vacuum state for each preset number of stacked.

이때, 상기 제1적층단계 및 제2적층단계는 격자패널이 적용되는 대상물의 설계 개념 및 하중 조건을 기반으로 상기 프리프레그 및 격자형 프리프레그를 길이 방향을 따라 드랍하여 적층하는 것을 특징으로 한다.In this case, the first lamination step and the second lamination step are characterized in that the prepreg and lattice-shaped prepreg is dropped and stacked along the length direction based on the design concept and load conditions of the object to which the lattice panel is applied.

이와 같이 본 발명은 격자구조에 대한 격자 사이의 간격 및 두께 등을 자유롭게 설정함으로써, 격자패널이 적용되는 구조물 또는 설계자의 의도에 따라 다양하게 적용이 가능하며, 격자의 방향(outward or inward)에 대하여 자유로운 배치가 가능하여 높은 설계자유도를 가질 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention can freely set the spacing and thickness between gratings for the grating structure, and can be variously applied according to the intention of the structure or the designer to which the grating panel is applied, and for the direction of the grating (outward or inward). It is possible to have free design and high design freedom.

또한, 본 발명은 기존의 평판형의 격자패널이 아닌 3차원 곡면 형상으로 이루어진 격자패널의 제작이 가능하여 적용대상의 형상에 적극 대응할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is capable of manufacturing a grid panel consisting of a three-dimensional curved shape instead of a conventional flat grid panel panel has an effect that can actively correspond to the shape of the application target.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 제조방법을 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 몰드를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리프레그 및 격자형 프리프레그가 몰드에 적층되는 개념을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 일측 단면을 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널을 개략적으로 나타낸 도면.
1 is a flow chart showing a manufacturing method of a laminated lattice panel according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a view showing a mold of a laminated lattice panel according to a preferred embodiment of the present invention;
3 is a view illustrating a concept in which a prepreg and a lattice prepreg are stacked in a mold according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 4 is a schematic cross-sectional view showing one side of the laminated grid panel according to an embodiment of the present invention,
5 is a view schematically showing a laminated grid panel according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

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 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described embodiments of the present invention. Like reference numerals in the drawings denote like elements. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.

먼저, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 제조방법을 나타낸 순서도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 몰드를 나타낸 도면, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리프레그 및 격자형 프리프레그가 몰드에 적층되는 개념을 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 일측 단면을 개략적으로 나타낸 도면, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널을 개략적으로 나타낸 도면이다.First, Figure 1 is a flow chart showing a manufacturing method of a laminated lattice panel according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 shows a mold of a laminated lattice panel according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a preferred embodiment of the present invention FIG. 4 is a view illustrating a concept in which a prepreg and a lattice type prepreg are stacked in a mold, and FIG. 4 is a view schematically showing a cross-section of one side of a laminated lattice panel according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view schematically illustrating a stacked lattice panel according to another embodiment.

이에 본 발명에 따른 적층형 격자패널의 제조방법은 상술한 도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 크게 몰드제조단계(S100), 준비단계(S200), 재단단계(S300), 제1적층단계(S400), 제2적층단계(S500) 및 성형단계(S600)로 구성된다.Accordingly, the manufacturing method of the laminated lattice panel according to the present invention is largely mold manufacturing step (S100), preparation step (S200), cutting step (S300), the first lamination step (S400) as shown in FIG. ), The second lamination step (S500) and the molding step (S600).

먼저, 상기 몰드제조단계는 면상에 격자 패턴의 적층홈(110)이 구비되고, 상기 적층홈에 의해 구획된 다수의 블럭(120)이 형성되는 몰드(100)를 제작하는 단계이다.First, the mold manufacturing step is a step of manufacturing a mold 100 having a lattice pattern lamination groove 110 is provided on the surface, a plurality of blocks 120 partitioned by the lamination groove is formed.

이때, 상기 몰드제조단계는 상기 몰드의 적층홈의 상단 모서리부분이 기 설정된 곡률을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 한다.At this time, the mold manufacturing step is characterized in that the upper edge portion of the laminated groove of the mold is produced to have a predetermined curvature.

즉, 상기 몰드의 적층홈은 상단 모서리부분이 곡률을 갖도록 형성되어, 추후 격자패널의 성형 시, 프리프레그의 층간분리(Delamination) 및 패널 사이에서 응력 집중이 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.That is, the laminated groove of the mold is formed so that the upper edge portion has a curvature, and serves to prevent the delamination of the prepreg and the stress concentration between the panels when forming the grid panel later.

이때, 상기 설정된 곡률은 바람직하게는 도 4를 기준으로 볼 때, 상기 몰드의 하부면을 기준으로 3,500mm의 일 방향 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.In this case, the set curvature may be formed to have a one-way curvature of 3,500mm based on the lower surface of the mold, as shown in FIG.

다음은, 상기 몰드에 적층하기 위한 원소재를 수지에 예비 함침하여 프리프레그(200)를 준비하는 준비단계이다.Next, a preparation step of preparing the prepreg 200 by pre-impregnating the raw material for laminating to the mold in the resin.

이때, 상기 원소재는 재질이 직물타입의 섬유강화 복합재료인 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 평직물(Plain weave fabric) 탄소섬유강화복합재료(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics)로 형성될 수 있다.In this case, the raw material is characterized in that the material is a fabric-reinforced fiber-reinforced composite material, it may be preferably formed of plain weave fabric (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics).

여기서, 상기 평직물 탄소섬유강화복합재료의 기계적 물성은 표 1과 같다.Here, the mechanical properties of the plain woven carbon fiber reinforced composite material is shown in Table 1.

PropertyProperty SymbolSymbol ValueValue UnitUnit Lomg. Modulus  Lomg. Modulus E11 E 11 64.0264.02 GPaGPa Trans. Modulus  Trans. Modulus E22 E 22 64.0264.02 GPaGPa In-plane shear modulus  In-plane shear modulus G12 G 12 3.653.65 GPaGPa Poisson’s ratio  Poisson ’s ratio νν 1212 0.060.06 Density  Density ρρ 15501550 ㎏/㎥㎏ / ㎥ Ply thickness  Ply thickness tt 0.20.2 mmmm

이와 같은 평직물 탄소섬유강화복합재료를 수지에 예비함침하여 프리프레그를 제작할 수 있다.Prepreg can be prepared by preimpregnating such a plain woven carbon fiber reinforced composite material into a resin.

다음은, 상기 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈 형상에 대응하도록 격자 패턴으로 재단하여 격자형 프리프레그(300)를 제작하는 재단단계(S300)이다.Next, a cutting step (S300) of manufacturing the lattice type prepreg 300 by cutting the prepreg in a lattice pattern to correspond to the shape of the stack groove of the mold.

이때, 상기 재단단계는 소재의 손실을 최소화하기 위해 상기 격자형 프리프레그의 섬유방향을 기반으로 재단하는 것을 특징으로 한다.At this time, the cutting step is characterized in that the cutting based on the fiber direction of the grid-shaped prepreg in order to minimize the loss of the material.

즉, 상술한 평직물 탄소섬유강화복합재료의 직물 섬유의 방향을 고려하여 재단함으로써, 소재의 손실을 최소화 하도록 하기 위한 것으로, 상기 격자형 프리프레그가 섬유방향을 기반으로 직교형상(Orthogonal grid)으로 제작되는 것을 특징으로 한다.That is, in order to minimize the loss of the material by cutting in consideration of the direction of the fabric fibers of the above-mentioned plain weave carbon fiber reinforced composite material, the grid-shaped prepreg in an orthogonal grid based on the fiber direction It is characterized by being manufactured.

다음은, 상기 격자형 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈에 적층하는 제1적층단계(S400)이다.Next, a first lamination step (S400) of laminating the lattice type prepreg in the lamination groove of the mold.

이때, 상기 제1적층단계는 상기 격자형 프리프레그를 기 설정된 적층 갯수마다 진공상태에서 압착하는 압착단계(S410)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the first lamination step may further include a pressing step (S410) for pressing the lattice prepreg in a vacuum state for each preset number of stacked.

즉, 상기 격자형 프리프레그는 상기 몰드의 적층홈에 순차적으로 적층되는 바, 적층된 격자형 프리프레그가 추후 재료간의 층간분리가 발생되지 않도록 하기 위해, 설정된 적층 갯수마다 압착패드를 이용하여 진공상태에서 압착하도록 형성된다.That is, the lattice prepregs are sequentially stacked in the lamination grooves of the mold, so that the lattice prepregs are stacked in a vacuum state by using compression pads for each set number of laminations in order to prevent interlayer separation between materials. It is formed to be pressed in.

이때, 바람직하게는 상기 기 설정된 적층 갯수는 3 내지 4장으로 설정될 수 있다.In this case, preferably, the preset stacking number may be set to 3 to 4 sheets.

다음은, 상기 프리프레그를 상기 격자형 프리프레그의 상부에 적층하는 제2적층단계(S500)이다.Next, a second lamination step S500 of stacking the prepreg on top of the lattice prepreg.

즉, 상기 몰드의 적층홈에 상기 격자형 프리프레그의 적층이 완료되면, 그 상부에 프리프레그를 순차적으로 적층하는 단계이다.That is, when lamination of the lattice type prepreg in the lamination groove of the mold is completed, the prepreg is sequentially stacked on the lamination prepreg.

이때, 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 제1적층단계 및 제2적층단계는 격자패널이 적용되는 대상물의 설계 개념 및 하중 조건을 기반으로 상기 프리프레그 및 격자형 프리프레그를 길이 방향을 따라 드랍하여 적층하는 것을 특징으로 한다.At this time, as shown in Figure 5, the first and second lamination step is the prepreg and lattice-shaped prepreg drop along the longitudinal direction based on the design concept and load conditions of the object to which the lattice panel is applied It is characterized by laminating.

다시말해, 본 발명의 적층형 격자패널을 실제 구조물에 적용하는 경우, 하중을 많이 받는 부분과 적게 받는 부분으로 나뉘게 되는데, 이에 따라 설계를 하게 되면 무게 절감 등을 위해 제작해야할 파트가 증가하는 단점이 있다.In other words, when the laminated lattice panel of the present invention is applied to an actual structure, it is divided into a part that receives a lot of load and a part that receives a lot of loads. .

따라서, 상술한 바와 같이, 프레프레그 및 격자형 프리프레그를 길이방향을 따라 드랍하여 적층함으로써, 고 하중을 받는 부위는 격자를 두껍고 높게 하여 하중을 지지하게 하며, 저 하중을 받는 부분은 격자를 좁고 낮게 하여 하중의 크기에 따라 격자의 형태를 최적화 할 수 있다.Therefore, as described above, by stacking the prepreg and the lattice-shaped prepreg along the longitudinal direction, the portion under high load to support the load by making the grating thick and high, the portion under the low load By making it narrow and low, the shape of the grid can be optimized according to the size of the load.

즉, 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널의 각 격자 영역의 상세한 설명은 다음과 같다.That is, as shown in Figure 5, the detailed description of each lattice region of the laminated grid panel according to another embodiment of the present invention is as follows.

① 제1격자영역(410) - 상대적으로 하중을 받는 부분에 대한 격자로, 제2격자영역에 비해 높고 두껍게 설계① The first lattice area 410-A lattice for relatively loaded parts, designed to be thicker and thicker than the second lattice area.

② 제1천이영역(420) - 제1격자영역에서 제2격자영역을 완만(smooth)하게 연결하기 위한 천이 영역으로, 길이 방향에 따라 섬유를 일정하게 드랍(drop)하여 적층② First transition region 420-This is a transition region for smoothly connecting the second grid region in the first grid region, and is laminated by dropping the fiber constantly along the longitudinal direction.

③ 제2격자영역(430) - 상대적으로 저 하중을 받는 부분에 대한 격자로, 제1격자영역에 비해 낮고 좁은 형태로 설계③ The second lattice region 430-A grid for relatively low loads, designed to be lower and narrower than the first lattice region.

④ 제2천이영역(440) - 제2격자영역에서 패널영역으로 이어지는 영역으로, 제1천이영역과 동일하게 섬유를 드랍하여 적층④ second transition region 440-a region extending from the second grid region to the panel region, in which the fibers are dropped and laminated in the same manner as the first transition region;

⑤ 패널영역(450) - 격자가 없이 패널만으로 구성된 영역⑤ Panel Area 450-Area consisting of only panels without grids

이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널은 적용되는 구조물에 대한 최적화가 가능한 장점이 있다.Such a laminated grid panel according to another embodiment of the present invention has the advantage that can be optimized for the applied structure.

마지막으로, 상기 적층된 격자형 프리프레그 및 프리프레그를 기 설정된 온도 및 압력으로 성형하여 격자패널을 제작하는 성형단계(S600)이다.Finally, forming the lattice panel by molding the laminated lattice type prepreg and the prepreg at a predetermined temperature and pressure (S600).

이때, 상기 성형단계는 바람직하게는 오토클레이브 공정을 통해 일체 성형할 수 있으며, 상기 기 설정된 온도와 압력은 표 2와 같다.At this time, the molding step may be preferably molded integrally through the autoclave process, the predetermined temperature and pressure are shown in Table 2.

The curing cycleThe curing cycle

Figure 112018076347336-pat00001
Figure 112018076347336-pat00001

상술한 제조방법에 따라 제작된 적층형 격자패널의 기계적 특성을 확인하고자, 적층형 격자패널과 격자가 없는 패널을 MTS 재료 시험기를 이용하여 축 방향에 대한 인장 및 압축, 전단, 굽힘 하중 시험을 수행하였다.In order to confirm the mechanical properties of the laminated lattice panel manufactured according to the above-described manufacturing method, the tensile lattice panel and the lattice-less panel were subjected to tensile and compression, shear, and bending load tests in the axial direction using an MTS material tester.

이때, 적층형 격자패널은 360×360㎟ 의 크기이며, 격자 사이의 셀 사이즈는 93×93㎟ 의 정사각형 형태이고, 격자의 너비 및 두께는 4㎜이고, 무게는 780g으로 제작되었다.At this time, the laminated lattice panel has a size of 360 x 360 mm 2, the cell size between the gratings is a square shape of 93 x 93 mm 2, the width and thickness of the grating is 4 mm, the weight is 780g.

또한, 격자가 없는 패널은 360×360㎟ 의 크기이며, 시편의 무게는 645g으로 제작되었다.In addition, the lattice-free panel was 360 × 360 mm 2, and the specimen weight was 645 g.

② 축 방향 인장 및 압축 시험② axial tensile and compression test

적층형 격자패널과 격자가 없는 패널을 각각 인장하중은 30 kN을 부가하였으며, 압축하중은 시험 안전상의 이유로 인하여 X방향으로 10 kN, Y방향으로 15 kN을 부가하여 구조 거동을 살펴보았다. 이에 축 방향 인장, 압축 시험의 셋업은 표 3과 같다.Tensile load was added to the laminated lattice panel and the panel without lattice, respectively, and the compressive load was 10 kN in the X direction and 15 kN in the Y direction for the safety of the test. The setup of the axial tension and compression test is shown in Table 3.

Set up of axial tensile-compressive test
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Set up of axial tensile-compressive test
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00002


Figure 112018076347336-pat00002

위와 같은 X방향의 하중 시험에 대한 결과는 표 4와 같다.The results of the load test in the X direction are shown in Table 4.

Load-deflection results corresponding to x-direction
(a) under tensile load / (b) under compressive load
Load-deflection results corresponding to x-direction
(a) under tensile load / (b) under compressive load

Figure 112018076347336-pat00003


Figure 112018076347336-pat00003

상기 표에서 보는 바와 같이, 시험 결과 X방향의 시험조건에서는 제안된 시편이 선형변형 구간에 있음이 확인된다. 유한요소해석으로 예측한 시편의 기계적 거동과 실제 시험에서 얻어진 결과가 유사한 것으로 판단되며, 본 유한요소모델 방법 및 해석의 타당성을 입증하였다. As shown in the table above, the test results confirm that the proposed specimen is in the linear deformation section under the test conditions in the X direction. The mechanical behavior predicted by the finite element analysis and the results obtained in the actual test were judged to be similar, and the validity of the present finite element model method and analysis was demonstrated.

X방향의 인장 압축 거동에서는 격자 패널 시편의 변형이 보다 작게 나타나기는 하지만, 격자에 의한 면내강성 증가의 효과가 유의미하게 부각되지는 않는다고 판단된다.Although the deformation of the lattice panel specimens appears smaller in the tensile compression behavior in the X direction, it is judged that the effect of the increase of in-plane rigidity due to the lattice is not significantly highlighted.

한편, X방향 압축하중에서의 선형 좌굴(Buckling)해석 결과 격자가 없는 패널의 경우 좌굴임계하중(Buckling critical load)이 15.8 kN으로 계산되었고 적층형 격자패널의 경우 26.6 kN으로 계산되었다. 즉, 격자에 의해 21%의 무게 증가가 발생하지만, 면외 방향의 강성 증가에 의해 약 68%의 좌굴하중 증가 효과가 있는 것으로 생각된다.On the other hand, as a result of linear buckling analysis under X-direction compressive load, the buckling critical load was calculated to be 15.8 kN for the latticeless panel and 26.6 kN for the laminated lattice panel. That is, although the weight increase of 21% arises by a grating | lattice, it is thought that the buckling load increase effect of about 68% is due to the increase of rigidity of an out-of-plane direction.

이에, X방향 압축하중 하에서의 좌굴 모드 해석결과는 표 5와 같다.Accordingly, the results of the buckling mode analysis under the X-direction compressive load are shown in Table 5.

Buckling mode under x-directional compressive load
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Buckling mode under x-directional compressive load
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00004
Figure 112018076347336-pat00004

한편, Y방향 하중에 대한 시험결과는 표 6과 같다.On the other hand, the test results for the load in the Y direction is shown in Table 6.

Load-deflection results corresponding to y-direction
(a) under tensile load / (b) under compressive load
Load-deflection results corresponding to y-direction
(a) under tensile load / (b) under compressive load

Figure 112018076347336-pat00005


Figure 112018076347336-pat00005

즉, Y방향의 경우 일방향 곡률이 있기 때문에, 동일 하중에서 X방향의 시험보다 더 높은 변형이 나타난다. Y방향 인장에서는 해석 값이 측정 값보다 더 크게 예측하였다. 이는 곡률에 의한 오차로 판단되나, 경향성은 해석과 시험간의 유사성이 나타남을 확인할 수 있다.That is, in the Y-direction, there is a one-way curvature, so that a higher deformation appears than the test in the X-direction at the same load. In the Y direction, the analytical value was predicted to be larger than the measured value. This is judged to be an error due to curvature, but tendency can be seen that the similarity between analysis and test appears.

이에 X축 시험과 마찬가지로 적층형 격자패널의 변형이 보다 작게 나타나지만 격자에 의한 면내 강성 증가 효과는 크지 않은 것으로 판단된다. Y방향 압축의 경우 언급한 바와 같이 일 방향 곡률에 의해 좌굴에 취약할 것으로 예상되었으며, 시험 결과 격자가 없는 패널의 경우 약 -7 kN 수준에서 큰 변형이 발생하기 시작하였다.Thus, as in the X-axis test, the deformation of the laminated lattice panel is smaller but the effect of increasing the in-plane stiffness by the lattice is not significant. As mentioned, the Y-direction compression was expected to be susceptible to buckling due to the unidirectional curvature. As a result of the test, a large strain began to occur at about -7 kN for the lattice-free panel.

한편, 적층형 격자패널의 경우 -15 kN까지 선형성이 유지됨을 확인할 수 있다. 유한요소 모델에서 좌굴임계하중을 계산한 결과, 격자가 없는 패널은 -10 kN으로 계산된 반면, 적층형 격자패널의 경우 -17 kN으로 계산되었다.On the other hand, in the case of a laminated lattice panel it can be seen that the linearity is maintained to -15 kN. In the finite element model, the buckling critical load was calculated to be -10 kN for panels without lattice, while -17 kN for stacked lattice panels.

즉, 제안된 적층형 격자패널은 격자가 없는 패널에 비해 21%의 무게 증가가 발생하지만, 면외 방향으로 강성을 향상시켜 곡면 방향에 대해 좌굴임계하중을 70% 증가시켜, 좌굴을 방지하는데 효과적인 것으로 판단된다.In other words, the proposed laminated grating panel increases the weight by 21% compared with the panel without the grating, but improves the stiffness in the out-of-plane direction and increases the buckling critical load by 70% in the curved direction, which is considered to be effective in preventing buckling. do.

또한, Y방향 압축하중에 대한 좌굴 모드 해석결과는 표 7과 같으며, Y축 방향 압축시험에서 발생한 좌굴 현상을 표 8과 같이 나타내었다.In addition, the results of the buckling mode analysis for the Y-direction compressive load are shown in Table 7, and the buckling phenomenon occurred in the Y-axis compression test is shown in Table 8.

즉, 아래와 같은 표 7 내지 표 8에서 보는 바와 같이, 비격자구조의 좌굴하중 하에서 격자구조는 형상이 유지됨을 확인할 수 있으며, 시험에서 나타난 좌굴 모드가 해석과 유사함을 확인할 수 있다.That is, as shown in Tables 7 to 8 below, it can be seen that the lattice structure is maintained under the buckling load of the non-lattice structure, and the buckling mode shown in the test is similar to the analysis.

Buckling mode under y-directional compressive load
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Buckling mode under y-directional compressive load
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00006


Figure 112018076347336-pat00006

Deformed shape of specimen under compression load
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Deformed shape of specimen under compression load
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00007
Figure 112018076347336-pat00007

③ 전단 시험③ shear test

전단 시험은 표 9와 같이 치구를 제작하고 시험을 구성하였으며, 각 코너에는 볼 베어링을 두어 전단 변형이 가능하도록 하였다. 전단 시험에서는 10 kN의 하중을 부가하여 구조의 거동을 확인하였다.Shear test is made of jig as shown in Table 9, and the test was composed, and each corner was equipped with a ball bearing to enable shear deformation. In the shear test, the behavior of the structure was confirmed by applying a load of 10 kN.

Set up of shear test
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Set up of shear test
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00008
Figure 112018076347336-pat00008

위와 같은 전단 하중 시험에 대한 시험 결과와 해석 결과를 표 10과 같이 나타내었다.The test results and analysis results for the shear load test described above are shown in Table 10.

Load-deflection results under shear loadLoad-deflection results under shear load

Figure 112018076347336-pat00009
Figure 112018076347336-pat00009

전단 하중 시험 결과에서 살펴보면, 일정 하중 이하의 선형 구간에서 비격자 구조의 변형이 격자 구조보다 작게 나타나는 것을 확인할 수 있으나, 이는 복잡한 구성품들이 포함되어 있는 전단 치구 셋업에서 발생할 수 있는 오차 수준으로 판단되어 실질적으로 큰 차이는 없는 것으로 보인다. 한편, 격자가 없는 패널의 경우에는 하중 증가에 따른 일부 비선형 구간이 나타난 것을 확인하였다. 이는 시편의 기하학적 특성인 Y방향의 곡률에 의한 현상으로 판단된다.From the shear load test results, it can be seen that the deformation of the non-lattice structure is smaller than the lattice structure in the linear section under a certain load, but this is judged as an error level that may occur in the shear jig set-up including complex components. There seems to be no big difference. On the other hand, in the case of a panel without a grid, it was confirmed that some nonlinear sections appeared as the load increased. This is considered to be due to the curvature of the Y direction, which is a geometric characteristic of the specimen.

하지만, 본 발명에서 제안하는 적층형 격자패널의 경우, 이러한 현상이 나타나지 않는 것으 로 보아 곡률로 인한 비선형 현상을 격자 구조가 완화해 주는 것으로 판단된다.However, in the case of the laminated lattice panel proposed by the present invention, such a phenomenon does not appear, and thus, it is determined that the lattice structure mitigates the nonlinear phenomenon due to curvature.

④ 3-Point 굽힘 시험④ 3-point bending test

굽힘 하중 시험은 표 11과 같이 설치하여 변위를 제어하는 방법으로 시험을 수행하였다. 시편의 양 모서리 끝 단은 시험 치구에 걸쳐 있으며, 가운데 위치에서 하중을 부가하여 각 시편의 구조적 거동을 살펴보았다. 시험조건을 반영하여 유한요소 모델에서도 단순지지 조건으로 해석을 수행하여 결과를 산출하였다.The bending load test was carried out by controlling the displacement by installing as shown in Table 11. Both ends of the specimen span the test fixture, and the structural behavior of each specimen was examined by applying a load at the center position. Reflecting the test conditions, the finite element model was also analyzed by simple supporting conditions and the results were calculated.

Set up of 3-point bending test
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Set up of 3-point bending test
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00010
Figure 112018076347336-pat00010

위와 같은 굽힘 하중 시험에 대한 결과는 다음의 표 12와 같다.The results for the above bending load test are shown in Table 12 below.

Load-deflection results under bending loadLoad-deflection results under bending load

Figure 112018076347336-pat00011
Figure 112018076347336-pat00011

본 굽힘 하중 시험은 동일 변위(10 mm) 조건에서 수행되었으며, 적층형 격자패널의 하중은 격자가 없는 패널에 비해 약 2.7배로 측정되었다.This bending load test was carried out under the same displacement (10 mm) conditions, and the load of the laminated lattice panel was measured about 2.7 times compared to the panel without lattice.

또한, 적층형 격자패널의 경우, 해석으로 예측한 값과 일치하는 것으로 보이고 격자가 없는 패널의 경우, 하중의 차이는 일부 존재하나, 경향성은 일치하고 있다.In addition, in the case of the laminated lattice panel, it seems to agree with the value predicted by the analysis, and in the case of the panel without the lattice, there is some difference in load, but the tendency is consistent.

이를 통해, 격자 구조물이 패널의 굽힘 강성을 약 2.7배 향상시키는 것을 시험과 해석을 통해 입증하였다.This proved through tests and analysis that the grating structure improved the panel's bending stiffness approximately 2.7 times.

이와 같이 본 발명은 격자구조에 대한 격자 사이의 간격 및 두께 등을 자유롭게 설정함으로써, 격자패널이 적용되는 구조물 또는 설계자의 의도에 따라 다양하게 적용이 가능하며, 격자의 방향(outward or inward)에 대하여 자유로운 배치가 가능하여 높은 설계자유도를 가질 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention can freely set the spacing and thickness between gratings for the grating structure, and can be variously applied according to the intention of the structure or the designer to which the grating panel is applied, and the outward or inward direction of the grating. It is possible to freely arrange and have a high design freedom.

또한, 본 발명은 기존의 평판형의 격자패널이 아닌 3차원 곡면 형상으로 이루어진 격자패널의 제작이 가능하여 적용대상의 형상에 적극 대응할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is capable of manufacturing a grid panel consisting of a three-dimensional curved shape instead of a conventional flat grid panel panel has an effect that can actively correspond to the shape of the application target.

도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The best embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Herein, specific terms have been used, but they are used only for the purpose of illustrating the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100 ... 몰드 110 ... 적층홈
120 ... 블럭 200 ... 프리프레스
300 ... 격자형 프리프레그
S100 ... 몰드제조단계 S200 ... 준비단계
S300 ... 재단단계 S400 ... 제적층단계
S500 ... 제2적층단계 S600 ... 성형단계
100 ... mold 110 ... laminated groove
120 ... block 200 ... prepress
300 ... lattice prepregs
S100 ... mold production step S200 ... preparation step
S300 ... Foundation stage S400 ... Deposition stage
S500 ... second lamination step S600 ... molding step

Claims (8)

격자패널의 제조방법에 있어서,
면상에 격자 패턴의 적층홈(110)이 구비되고, 상기 적층홈에 의해 구획된 다수의 블럭(120)이 형성되는 몰드(100)를 제작하는 몰드제조단계(S100);
상기 몰드에 적층하기 위한 원소재를 수지에 예비 함침하여 프리프레그(200)를 준비하는 준비단계(S200);
상기 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈 형상에 대응하도록 격자 패턴으로 재단하여 격자형 프리프레그(300)를 제작하는 재단단계(S300);
상기 격자형 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈에 적층하는 제1적층단계(S400);
상기 프리프레그를 상기 격자형 프리프레그의 상부에 적층하는 제2적층단계(S500); 및
상기 적층된 격자형 프리프레그 및 프리프레그를 기 설정된 온도 및 압력으로 성형하여 격자패널을 제작하는 성형단계(S600)를 포함하며,
상기 몰드제조단계는, 상기 몰드의 적층홈의 상단 모서리부분이 기 설정된 곡률을 갖도록 제작되고,
상기 준비단계의 상기 원소재는, 직물타입의 섬유강화 복합재료인 것을 특징으로 하는, 적층형 격자패널의 제조방법.
In the manufacturing method of the grating panel,
A mold manufacturing step (S100) having a lattice pattern lamination groove 110 provided on a surface thereof, and manufacturing a mold 100 in which a plurality of blocks 120 partitioned by the lamination grooves are formed;
A preliminary step (S200) of preparing a prepreg 200 by pre-impregnating a raw material for laminating in the mold in a resin;
A cutting step (S300) of cutting the prepreg into a lattice pattern so as to correspond to a shape of a stack groove of the mold to produce a lattice type prepreg 300;
A first stacking step (S400) of stacking the lattice type prepreg into the stack groove of the mold;
Stacking the prepreg on top of the lattice prepreg (S500); And
It comprises a molding step (S600) of forming the lattice panel by molding the laminated lattice type prepreg and prepreg at a predetermined temperature and pressure,
In the mold manufacturing step, the upper edge portion of the laminated groove of the mold is manufactured to have a predetermined curvature,
The raw material of the preparation step, characterized in that the fabric-type fiber-reinforced composite material, a method of manufacturing a laminated grid panel.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,상기 재단단계는
소재의 손실을 최소화하기 위해 상기 격자형 프리프레그의 섬유방향을 기반으로 재단하는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the cutting step
Method of manufacturing a laminated grating panel, characterized in that the cutting based on the fiber direction of the grating prepreg in order to minimize the loss of material.
제 4항에 있어서, 상기 재단단계는
상기 격자형 프리프레그가 섬유방향을 기반으로 직교형상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
The method of claim 4, wherein the cutting step
The lattice type prepreg is a manufacturing method of a laminated lattice panel, characterized in that the fabricated in an orthogonal shape based on the fiber direction.
제 1항에 있어서, 상기 제1적층단계는
상기 격자형 프리프레그를 기 설정된 적층 갯수마다 진공상태에서 압착하는 압착단계(S410)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the first stacking step
The method of manufacturing a laminated grid panel further comprises a pressing step (S410) for pressing the grid-shaped prepreg in a vacuum state for each preset number of stacked.
제 1항에 있어서, 상기 제1적층단계 및 제2적층단계는
격자패널이 적용되는 대상물의 설계 개념 및 하중 조건을 기반으로 상기 프리프레그 및 격자형 프리프레그를 길이 방향을 따라 떨어뜨려 적층하는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the first stacking step and the second stacking step
A method of manufacturing a laminated lattice panel according to the design concept of the object to which the lattice panel is applied and the load condition, the prepreg and the lattice type prepreg are dropped along the longitudinal direction.
제 1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널.
A laminated lattice panel, which is produced by the method of any one of claims 1 and 4.
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