KR102263293B1

KR102263293B1 - 복합소재 성형 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR102263293B1
Application number: KR1020190172604A
Authority: KR
Inventors: 우강현; 박상언; 박병학
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-06-10

Abstract

복합소재 성형 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 열가소성 소재를 프레스 성형하기 위한 복합소재 성형 시스템은, 중앙부에 관통홀이 형성되고 상면에 소재가 안착되는 이송 플레이트; 상기 소재가 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열하는 예열 장치; 상기 이송 플레이트를 파지하여 상기 소재를 이송하는 로봇; 및 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열된 소재를 프레스 성형하는 금형 장치를 포함한다.

Description

복합소재 성형 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR FORMING COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 복합소재 성형 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열가소성 복합소재를 프레스 성형하기 위한 복합소재 성형 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열가소성 복합소재를 프레스 성형하기 위해서는 소재를 예열하여 수지를 녹인 후 프레스에서 성형하면서 수지를 경화시킨다.

즉, 열경화성 복합소재와는 달리 열가소성 복합소재를 프레스 성형하기 위해서는 소재를 예열해야 하는 공정이 추가된다.

종래 소재의 예열공정을 위해서는 예열장치와 프레스가 한 라인으로 연결되어 소재를 이동하면서 예열공정을 수행한 후 이어서 프레스 성형공정을 수행하도록 하는 연속된 공정설비를 구성하는 방법이 있다. 또한, 소재의 예열한 후 로봇이 소재를 옮겨 금형에 안착한 후 프레스 성형 하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 첫 번째 방법의 경우 연속적인 라인시설 비용과 공간이 과다한 단점이 있으며, 두 번째의 경우 로봇이 예열된 소재를 옮기는 과정에서 소재가 흐트러지거나 녹은 수지가 행거에 묻어 오염이 발생되는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 별도의 플레이트에 안착된 복합소재를 가열로에서 예열한 후 상기 플레이트에 안착된 상태로 금형으로 옮겨 동시에 성형할 수 있는 복합소재 성형 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열가소성 소재를 프레스 성형하기 위한 복합소재 성형 시스템은, 중앙부에 관통홀이 형성되고 상면에 소재가 안착되는 이송 플레이트; 상기 소재가 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열하는 예열 장치; 상기 이송 플레이트를 파지하여 상기 소재를 이송하는 로봇; 및 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열된 소재를 프레스 성형하는 금형 장치를 포함한다.

또한, 상기 소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱 및 강화 플라스틱 중 어느 하나의 복합소재인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송 플레이트는 상기 소재의 면적에 비해 넓게 형성되어 로봇의 파지를 위한 에지부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 이송 플레이트는 상기 소재가 안착되는 단열층 및 강성을 갖는 보강층이 적층된 구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 로봇은 엔드이펙트에 장착된 그리퍼를 이용하여 상기 소재와의 접촉 없이 상기 이송 플레이트의 에지부를 파지하여 이송할 수 있다.

또한, 상기 금형 장치는 상기 소재의 가공을 위한 성형틀을 가지며 상승 또는 하강되는 상형; 상기 성형틀과 대응되는 형상의 성형돌기가 형성된 하형; 상기 하형의 상면에 배치된 복수의 스프링을 포함하되, 상기 복수의 스프링 위에 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 상기 예열된 소재가 로딩될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 열가소성 소재를 프레스 성형하기 위한 복합소재 성형 방법은, a) 중앙부에 관통홀이 형성된 이송 플레이트의 상면에 소재가 안착되는 단계; b) 예열 장치가 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 상기 소재를 예열하는 단계; c) 로봇이 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열된 소재를 금형 장치에 로딩하는 단계; 및 d) 상기 금형 장치가 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 상기 예열된 소재를 프레스 성형하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 별도의 이송 플레이트에 소재를 안착 상태에서 예열한 후 로봇이 이송 플레이트를 파지하여 이송함으로써 소재가 흐트러지거나 녹은 수지로 인한 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이송 플레이트에서 소재를 분리하는 일 없이 이송 플레이트에 소재를 안착 상태로 금형 장치에 로딩하여 프레싱 성형을 수행함으로써 공정 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있으며, 과도한 초기비용 없이 라인을 자동화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 시스템이 설치된 공정 설비를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 금형 장치를 개략적으로 나타낸 사시도 이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 추가 실시 예에 따른 다층 구조의 이송 플레이트를 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있지만 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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.

명세서 전체에서, '소재'또는 '제품'은 별도의 기재가 없는 한 열가소성 복합소재나 이를 가공하여 생산된 제품을 의미한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 시스템이 설치된 공정 설비를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 금형 장치를 개략적으로 나타낸 사시도 이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 시스템은 열가소성 소재(1)를 가공하기 위한 공정 설비로써, 예열을 위한 예열 장치(10), 판형 소재(1)의 이송을 위한 하나 이상의 로봇(20) 및 소재(1)의 가공을 위한 위한 금형 장치(30)를 포함한다.

소재(1)는 중앙부에 관통홀(h)이 형성된 별도의 이송 플레이트(2) 위에 안착된다.

소재(1)는 열가소성 플라스틱 복합소재로써, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS, CFRP)이나 강화 플라스틱과 같은 복합소재의 판재로 구성될 수 있다.

소재(1)는 플라스틱 수지류에 섬유소재를 함침하여 경화시킨 것으로, 예를 들면 탄소섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 탄소섬유를 플라스틱 수지류에 함침하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다.

이송 플레이트(2)는 내측에 일정 크기의 관통홀(h)이 형성 되고, 소재(1)의 면적에 비해 넓게 형성되어 가장자리에 일정한 마진폭을 갖는 에지부(E)가 형성된다.

상기 관통홀(h)은 추후 가공 공정에서 금형 장치(30)의 하형(32)에 돌출된 성형돌기(33b)가 관통된다.

또한, 에지부(E)는 로봇(20)의 그리퍼(21)가 소재(1)의 간섭 없이 이송 플레이트(2)를 파지할 수 있는 공간을 형성한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 도면에서는 편의상 소재(1)를 직사각형 형태로 가정하고 그에 상응하는 이송 플레이트(2)도 직사각형으로 표현하였다. 하지만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고 소재(1)와 이송 플레이트(2)는 다양한 다각형, 원형, 직선과 곡선이 복합된 모양으로 형성될 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 시스템은 소재(1)를 별도의 이송 플레이트(2) 위에 안착시킨 상태로 예열 장치(10)에 넣어 예열을 한 후 소재(1)가 예열된 상태로 이송 플레이트(2)를 금형 장치(30)에 넣고 프레스 성형을 하는 것을 특징으로 한다.

로봇(20)은 다관절 매니퓰레이터(Manipulator)로 구성될 수 있으며 배치된 위치와 기구학적 자세제어에 따라 소재(1)의 로딩 및 언로딩을 수행한다. 로봇(20)은 엔드이펙트에 장착된 그리퍼(21)를 이용하여 이송 플레이트(2)에 안착된 상태로 복합소재(1)를 이송한다.

이 때, 로봇(20)은 그리퍼(21)는 복합소재(1)와의 접촉 없이 이송 플레이트(2)의 에지부(E)를 파지하여 복합소재(1)를 이송할 수 있다. 또한, 그리퍼(21)는 도 1과 같이 이송 플레이트(2)의 에지부 상하면을 파지할 수 있다. 다만 본 발명의 실시 예가 이에 한정되지 않고 이송 플레이트(2)의 상부로부터 양측 모서리를 파지하여 이송할 수도 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 금형 장치(30)는 소재(1)의 가공을 위한 성형틀(33a)을 가지며 상승 또는 하강되는 상형(31), 성형틀(33a)과 대응되는 형상의 성형돌기(33b)가 형성된 하형(32), 하형(32)의 상면 배치된 복수의 스프링(34)을 포함하되, 상기 복수의 스프링(34) 위에 이송 플레이트(2)에 안착된 상태로 예열된 소재(1)가 로딩된다.

이 때, 금형 장치(30)는 이송 플레이트(2)에 소재가 안착된 상태에서 상형(31)을 하강하여 프레싱 성형을 수행할 수 있다.

즉, 도 1에 나타낸 것과 같이, 예열 장치(10) 내에서의 예열 공정, 예열 장치에서 금형 장치로 이송되는 로딩 공정, 금형 장치(30)의 프레싱 성형을 통한 가공 공정 및 금형 장치(30)로부터 가공이 완성된 제품이 언로딩 되는 공정의 일련의 과정은 소재(1)가 이송 플레이트(2) 위에 안착된 상태로 이루어진다.

한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형 시스템의 전체 공정에서 금형 장치(30)에서 수행되는 성형 공정을 위주로 설명한다.

로봇(20)은 이송 플레이트(2) 위에 안착된 상태로 예열된 소재(1)를 금형 장치(30)에 로딩한다(S1). 이때, 로봇(20)은 그리퍼(21)를 통해 이송 플레이트(2)의 에지부(E)를 파지하여 하형(32)의 상면에 배치된 복수의 스프링(34)위에 이송 플레이트(2)를 정위치 시킬 수 있다.

금형 장치(30)는 상형(31)을 하강하여 이송 플레이트(2) 위에 안착된 상태로 예열된 소재(1)를 프레싱 가공한다(S2). 이 때, 상형(31)의 하강으로 금형 장치(30)가 닫히면서 복수의 스프링(34) 구조에 의해 이송 플레이트(2)가 함께 하강한다. 그리고 하형(32)에 돌출된 성형돌기(33b)가 이송 플레이트(2)의 관통홀(h)을 관통하여 상형(31)의 성형틀(33a)에 압력을 가함으로써 소재(1)가 가공된다.

금형 장치(30)는 소재(1)의 가공이 완료되면 상형(31)을 상승하여 성형이 완료된 소재(1)인 제품을 외부로 노출한다(S3). 이하, 상기 제품(1)은 가공된 소재(1)를 의미하는 것으로 동일한 부호를 사용한다.

로봇(20)은 가공이 완료된 제품(1)이 안착된 이송 플레이트(2)를 그리퍼(21)로 파지하여 금형 장치(30)로부터 언로딩 한다(S4).

이과 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 별도(별물)의 이송 플레이트(2)에 소재(1)를 안착 상태에서 소재를 예열한 후 로봇이 플레이트를 파지한 후 이송함으로써 소재가 흐트러지거나 녹은 수지로 인한 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.

예컨대, 전술한 본 발명의 실시 예에서는 이송 플레이트(2)를 단층 구조로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 다층 구조로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 추가 실시 예에 따른 다층 구조의 이송 플레이트를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 추가 실시 예에 따른 이송 플레이트(2)는 소재(1)가 안착되는 단열층(2a) 및 강성을 갖는 보강층(2b)이 적층된 구조로 구성될 수 있다.

이는 본 발명의 실시 예에 따른 소재(1)가 이송 플레이트(2)에 안착된 상태로 예열 장치(10)에서 가열되는 특성상, 함께 예열된 이송 플레이트(2)의 열전달로 인한 소재의 예열 불균형 부작용을 고려한 것이다. 따라서, 단열층(2a)을 통해 소재(1)로 열이 전달되는 것을 최소화함으로써 미연에 상기 소재의 예열 불균형 부작용을 예방할 수 있는 이점이 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 소재 2: 이송 플레이트
10: 예열 장치 20: 로봇
21: 그리퍼 30: 금형 장치
31: 상형 32: 하형
33a: 성형틀 33b: 성형돌기
34: 스프링

Claims

열가소성 소재를 프레스 성형하기 위한 복합소재 성형 시스템에 있어서,
상면에 소재가 안착 되며, 중앙부에 관통홀과 상기 소재의 면적에 비해 넓게 형성되어 로봇의 파지가 가능한 에지부가 형성되는 이송 플레이트;
상기 소재가 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열하는 예열 장치;
상기 이송 플레이트의 에지부를 그리퍼로 파지하여 상기 소재를 이송하는 로봇; 및
상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열된 소재를 프레스 성형하며, 성형시 하형에 돌출된 성형돌기가 상기 이송 플레이트의 상기 관통홀을 관통하는 금형 장치;를 포함하되,
상기 예열 장치 내에서의 예열 공정, 상기 예열 장치에서 금형 장치로 이송되는 로딩 공정, 상기 금형 장치의 프레싱 성형을 통한 가공 공정 및 상기 금형 장치로부터 가공이 완료된 소재가 언로딩 되는 공정의 일련의 과정이 상기 소재가 상기 이송 플레이트 위에 안착된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형 시스템.
제1항에 있어서,
상기 소재는
탄소 섬유 강화 플라스틱 및 강화 플라스틱 중 어느 하나의 복합소재인 것을 특징으로 하는 복합소재 성형 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 이송 플레이트는
상기 소재가 안착되는 단열층 및 강성을 갖는 보강층이 적층된 구조로 형성되는 복합소재 성형 시스템.
삭제
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금형 장치는
상기 소재의 가공을 위한 성형틀을 가지며 상승 또는 하강되는 상형;
상기 성형틀과 대응되는 형상의 성형돌기가 형성된 하형;
상기 하형의 상면에 배치된 복수의 스프링을 포함하되,
상기 복수의 스프링 위에 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 상기 예열된 소재가 로딩되는 복합소재 성형 시스템.
열가소성 소재를 프레스 성형하기 위한 복합소재 성형 방법에 있어서,
a) 중앙부에 관통홀과 소재의 면적에 비해 넓게 형성되어 로봇의 파지가 가능한 에지부가 형성된 이송 플레이트의 상면에 소재가 안착되는 단계;
b) 예열 장치가 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 상기 소재를 예열하는 단계;
c) 상기 로봇이 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 예열된 소재를 금형 장치에 로딩하는 단계;
d) 상기 금형 장치가 상기 이송 플레이트에 안착된 상태로 상기 예열된 소재를 프레스 성형하되, 성형 시 상기 금형 장치의 하형에 돌출된 성형돌기가 상기 이송 플레이트의 상기 관통홀을 관통하는 단계; 및
e) 상기 로봇이 상기 프레스 성형이 완료된 소재가 안착된 상기 이송 플레이트의 에지부를 그리퍼로 파지하여 상기 금형 장치로부터 언로딩 하는 단계;
를 포함하는 복합소재 성형 방법.