KR102297347B1 - Tensegrity structure composite material and the manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
유연성 및 강성을 동시에 요구하는 다양한 기술 분야에 적용할 수 있는 재료로서 텐서그리티 구조를 적용한 복합재로서 제1 구조체 및 제2 구조체를 포함하고, 상기 제1 구조체는 복수의 제1 구조 부재를 포함하고, 상기 복수의 제1 구조 부재의 각 말단점이 서로 직접 연결된 3차원 망상 구조체이며, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조 부재의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 직접 연결된 말단점을 갖는 복수의 제2 구조 부재를 포함하며, 상기 복수의 제2 구조 부재가 서로 직접 연결되지 않거나, 부분적으로 서로 직접 연결 배열된 3차원 구조체이고, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조체의 내부에 위치하며, 상기 제1 구조 부재는 제1 수지 및 자성 입자를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재와 이를 제조하는 방법을 제공한다.As a material applicable to various technical fields requiring flexibility and rigidity at the same time, it is a composite material to which a tensor grit structure is applied, and includes a first structure and a second structure, wherein the first structure includes a plurality of first structural members, , wherein each endpoint of the plurality of first structural members is a three-dimensional network structure directly connected to each other, and the second structure is a plurality of third structures having endpoints directly connected to endpoints of at least some of the endpoints of the first structural member. A three-dimensional structure including two structural members, wherein the plurality of second structural members are not directly connected to each other or are partially directly connected to each other, wherein the second structure is located inside the first structure, 1 Structural member provides a tensor grit structure composite including a first resin and magnetic particles, and a method of manufacturing the same.
Description
유연성 및 강성을 동시에 요구하는 다양한 기술 분야에 적용할 수 있는 재료로서 텐서그리티 구조를 적용한 복합재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. It relates to a composite material to which a tensor grit structure is applied as a material that can be applied to various technical fields requiring flexibility and rigidity at the same time, and a method for manufacturing the same.
최근 로봇 공학 기술이 발달함에 따라, 기계적인 로봇의 구성 요소에 생체 모방 시스템을 적용하여 보다 자연스러운 형태학적 운동을 구현하는 기술에 대한 관심이 높다. 이러한 생체 모방 시스템은 기본적으로 소프트한 재료를 기반으로 가능할 수 있으나, 지금까지는 로봇의 설계에 있어서 원하는 규모로 적합한 행동을 생성하는 환경을 구현하기에는 실제 생체 시스템의 내재적인 복잡성으로 인해 생물학적 유사성을 확보하는 데 어려움이 많았다. With the recent development of robotics technology, interest in technology for implementing more natural morphological movement by applying a biomimetic system to the components of a mechanical robot is high. Such a biomimetic system may be possible based on a basically soft material, but so far, in the design of a robot, it is difficult to achieve an environment that generates an appropriate behavior at a desired scale, due to the inherent complexity of an actual biological system. had a lot of difficulties
재료의 관점에서, 자극에 대한 반응 물질은 하나의 형태의 에너지를 다른 형태의 에너지로 변형시키는 기술을 기반으로 인공적인 시스템에 가역적인 성질과 적응력을 부여하기 위해 여러 유형으로 개발되어 왔다. 그러나 이러한 목적의 대부분의 기존 재료들은 고유의 분자 구조 등에 의해 제한적인 규모의 특성 부여만이 가능한 실정이다. 즉, 목적하는 구조적인 특성과 재료의 본질적 특성을 모두 고려하여 체계적인 기능을 수행할 수 있게 하면서, 더 나아가 실제 살아 있는 유기체와 일부 공통적인 특성을 공유할 수 있는 다중 재료 자체 및 이를 활용한 구조적 형태의 개발은 앞으로도 연구가 필요한 분야이다. From a material point of view, materials that respond to stimuli have been developed into several types to impart reversible properties and adaptability to artificial systems based on the technology of transforming one form of energy into another. However, most of the existing materials for this purpose are only capable of imparting properties on a limited scale due to their unique molecular structure. In other words, the multi-material itself and its structural form that can share some common properties with real living organisms while allowing systematic functions to be performed in consideration of both the desired structural properties and the essential properties of the material development is an area that needs further research.
또한, 재료의 개발과 함께 소프트 재료의 잠재력을 완전하게 활용하기 위해서는 복잡한 구조의 부품을 제조할 수 있는 단순한 제조 경로의 개발도 절실하다.In addition, in order to fully utilize the potential of soft materials along with the development of materials, it is imperative to develop a simple manufacturing route capable of manufacturing components with complex structures.
본 발명의 일 구현예는 소프트 재료로서 활용 가능성이 높으며, 생체 모방 시스템에 적용되어 유기체와 높은 유사성을 갖는 시스템 구현이 가능한 텐서그리티 구조의 복합체를 제공하고자 한다. One embodiment of the present invention is to provide a complex having a tensorgrity structure that is highly likely to be used as a soft material and can be applied to a biomimetic system to implement a system having high similarity to an organism.
본 발명의 다른 구현예는 상기 텐서그리티 구조의 복합체의 활용 잠재력을 극대화할 수 있는 방법으로서 복잡한 구조의 단순 제조가 가능한 텐서그리티 구조 복합재의 제조방법을 제공하고자 한다. Another embodiment of the present invention is to provide a method for maximizing the utilization potential of the complex of the tensor grit structure, and to provide a method for manufacturing a tensor grit structure composite capable of simple manufacture of a complex structure.
본 발명의 일 구현예에서, 제1 구조체 및 제2 구조체를 포함하고, 상기 제1 구조체는 복수의 제1 구조 부재를 포함하고, 상기 복수의 제1 구조 부재의 각 말단점이 서로 직접 연결된 3차원 망상 구조체이며, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조 부재의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 직접 연결된 말단점을 갖는 복수의 제2 구조 부재를 포함하며, 상기 복수의 제2 구조 부재가 서로 직접 연결되지 않거나, 부분적으로 서로 직접 연결 배열된 3차원 구조체이고, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조체의 내부에 위치하며, 상기 제1 구조 부재는 제1 수지 및 자성 입자를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제공한다. In one embodiment of the present invention, a three-dimensional structure comprising a first structure and a second structure, wherein the first structure comprises a plurality of first structural members, and each end point of the plurality of first structural members is directly connected to each other. A network structure, wherein the second structure comprises a plurality of second structural members having endpoints directly connected to at least some of the endpoints of the endpoints of the first structural member, wherein the plurality of second structural members are directly connected to each other. It is a three-dimensional structure that is not connected or partially directly connected to each other, the second structure is located inside the first structure, and the first structural member is a tensor grit structure including a first resin and magnetic particles. Composite materials are provided.
다른 구현예에서, 제1 구조 부재의 목적하는 형상에 대응하는 유로와 제2 구조 부재를 갖는 몰드를 준비하는 단계; 제1 수지 및 자성 입자를 포함하는 제1 구조 부재 형성용 조성물을 준비하는 단계; 상기 몰드의 유로에 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 주입하는 단계; 상기 몰드에 주입된 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 경화시키는 단계; 및 상기 몰드를 제거하는 단계를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재의 제조방법을 제공한다. In another embodiment, there is provided a method comprising: preparing a mold having a flow path corresponding to a desired shape of the first structural member and a second structural member; preparing a composition for forming a first structural member including a first resin and magnetic particles; injecting the composition for forming the first structural member into the flow path of the mold; curing the composition for forming the first structural member injected into the mold; and removing the mold.
상기 텐서그리티 구조 복합재는 소프트 재료로서 활용 가능성이 높으며, 생체 모방 시스템에 적용되어 유기체와 높은 유사성을 갖는 자극-반응 시스템 구현이 가능한 이점을 갖는다. The tensor grit structure composite has a high potential for use as a soft material, and has the advantage of being applied to a biomimetic system to realize a stimulus-response system having high similarity to an organism.
상기 텐서그리티 구조 복합재의 제조방법은 상기 텐서그리티 구조의 복합체의 활용 잠재력을 극대화할 수 있는 방법으로서 복잡한 구조의 단순 제조가 가능한 수단을 제공할 수 있다.The manufacturing method of the tensor grit structure composite is a method capable of maximizing the utilization potential of the complex of the tensor grit structure, and may provide a means for simple manufacturing of a complex structure.
도 1은 일 구현예에 따른 상기 텐서그리티 구조 복합재와 이의 세부 구성을 분해 도시한 개념도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 텐서그리티 구조 복합재의 운동 방향을 화살표로 도시한 것이다.
도 3 (a) 내지 (d)는 다른 구현예에 따른 텐서그리티 구조 복합재(200, 300, 400, 500)의 형상을 도시한 것이다.
도 4는 또 다른 구현예에 따른 텐서그리티 구조 복합재(600)의 형상을 도시한 것이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 도 4의 텐서그리티 구조 복합재(600)와 동일한 텐서그리티 구조 유닛(700)을 가지면서 상기 텐서그리티 구조 유닛(700)들의 연결 구조가 상이한 3가지 경우를 도시한 것이다.
도 6은 일 구현예에 따른 상기 텐서그리티 구조 복합재를 제조하는 방법의 순서를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 실시예 2-1 내지 2-5에 따라 제조된 텐서그리티 구조 복합재와 이에 대한 실험예 2의 평가 결과를 도시한 것이다.
도 8은 실시예 5에 따라 제조된 텐서그리티 구조 복합재와 이의 텐서그리티 구조 유닛을 도시한 것이다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 실험예 1에 따라 실시예 1-2 내지 1-5의 각 텐서그리티 구조 복합재의 자기장 인가에 따른 운동 변위의 방향 선택성 평가 결과를 도시한 것이다.
도 10은 실험예 3에 따라 실시예 3-1 내지 3-6의 자성 입자의 함량에 따른 자기장 자극-반응 평가 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 실험예 4에 따라 실시예 4-1 내지 4-3의 텐서그리티 구조 복합재에 자기장을 인가하여 인장 운동시킨 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 12의 (a) 내지 (c)는 실험예 4에 따라 각각 상기 실시예 4-1 내지 4-3의 텐서그리티 구조 복합재에 자기장을 인가하여 굴곡 운동시킨 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 실험예 5에 따라 실시예 5의 격자형 텐서그리티 구조 복합재에 대하여 외부 자극을 가했을 때의 운동 특성 평가 결과를 나타낸 것이다.1 is a conceptual diagram illustrating an exploded view of the tensorgrity structure composite and its detailed configuration according to an embodiment.
2 is a view showing the direction of movement of the tensor grit structure composite material according to an embodiment by an arrow.
3 (a) to (d) show the shapes of the tensor
4 illustrates a shape of a
5(a) to 5(c) show 3 different tensorgrity
6 schematically shows a sequence of a method for manufacturing the tensorgrity structure composite according to an embodiment.
7 shows the evaluation results of the tensor grit structure composite material prepared according to Examples 2-1 to 2-5 and Experimental Example 2 therefor.
Fig. 8 shows a tensorgrity structural composite fabricated according to Example 5 and its tensorgrity structural unit.
9 (a) to (d) show the directional selectivity evaluation results of the kinetic displacement according to the magnetic field application of each of the tensor grit structure composites of Examples 1-2 to 1-5 according to Experimental Example 1.
10 is a graph illustrating magnetic field stimulation-response evaluation results according to the content of magnetic particles of Examples 3-1 to 3-6 according to Experimental Example 3;
11 (a) to (c) show the evaluation results of tensile motion by applying a magnetic field to the tensor grit structure composites of Examples 4-1 to 4-3 according to Experimental Example 4;
12 (a) to (c) show the evaluation results of bending motion by applying a magnetic field to the tensor grit structure composites of Examples 4-1 to 4-3, respectively, according to Experimental Example 4.
13 shows the evaluation results of kinetic properties when an external stimulus is applied to the lattice-type tensor grit structure composite of Example 5 according to Experimental Example 5;
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become clear with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, Only the present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete, and to completely inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention, the present invention is defined by the scope of the claims will only be
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated. Like reference numerals refer to like elements throughout.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.Also, in the present specification, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this is not only when it is “directly on” another part, but also when there is another part in the middle. also includes Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" or "under" another part, it is not only when it is "under" another part, but also when there is another part in between. include Conversely, when we say that a part is "just below" another part, it means that there is no other part in the middle.
일 구현예에 따른 텐서그리티 구조 복합재에 대하여 도 1 내지 도 13을 참고하여 설명한다. 도 1은 일 구현예에 따른 텐서그리티 구조 복합재와 이의 세부 구성을 분해 도시한 개념도이다.A tensor grit structure composite material according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 13 . 1 is a conceptual diagram illustrating an exploded view of a tensor grit structure composite material and a detailed configuration thereof according to an embodiment.
도 1을 참조할 때, 일 구현예에서, 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)는 제1 구조체(10) 및 제2 구조체(20)를 포함하고, 상기 제1 구조체(10)는 복수의 제1 구조 부재(11)를 포함하고 상기 복수의 제1 구조 부재(11)의 각 말단점이 서로 직접 연결된 3차원 망상 구조체이며, 상기 제2 구조체(20)는 상기 제1 구조 부재(11)의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 직접 연결된 말단점을 갖는 복수의 제2 구조 부재(21)를 포함하며 상기 복수의 제2 구조 부재(21)가 서로 직접 연결되지 않거나, 부분적으로 서로 직접 연결 배열된 3차원 구조체이고, 상기 제2 구조체(20)는 상기 제1 구조체(10)의 내부에 위치하며, 상기 제1 구조 부재(11)는 제1 수지 및 자성 입자를 포함하는 텐서그리티(Tensegrity) 구조 복합체를 제공한다. Referring to FIG. 1 , in one embodiment, the
상기 제1 구조체(10)는 상기 텐서그리티 구조 복합재의 외곽 구조체로서, 상기 제2 구조체(20)가 상기 제1 구조체(10)의 내부에 위치한다. 상기 제1 구조체(10)는 복수의 상기 제1 구조 부재(11)들이 상호 연결되어 형성된 망상 구조의 측벽을 갖는다. 상기 제1 구조체(10)의 내부는 상기 제1 구조체(10)를 이루는 상기 제1 구조 부재(11)로 둘러싸여 형성된 공간을 의미하고, 상기 제2 구조체(10)는 이 공간에 배치된다. 상기 제1 구조체(10)는 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)에서 인장 부여 구조체 역할을 하며, 상기 제2 구조체(20)는 강성 부여 구조체 역할을 할 수 있다. The
상기 제1 구조체(10)는 복수의 제1 구조 부재(11)를 포함하며, 상기 제1 구조 부재(11)들이 조합되어 형성된 3차원 망상 구조체이다. 또한, 상기 제2 구조체(20)는 복수의 제2 구조 부재(21)를 포함하며, 상기 제2 구조 부재(21)들이 조합되어 형성된 3차원 구조체이다. The
상기 제1 구조체(10)는 복수의 상기 제1 구조 부재(11) 각각의 말단점들이 서로 직접 연결되어 3차원의 망상 형상으로 구조화된 것이다. 도 1을 참조할 때, 일 구현예에서, 상기 제1 구조체(10)는 원통 형태 또는 다각기둥 형태일 수 있다. 또한, 상기 제1 구조체(10)의 원통 또는 다각기둥 형상의 벽면은 다각형들이 연속 배열된 망상 형태일 수 있다. 이때, 상기 복수의 제1 구조 부재(11)들의 말단점이 상호 직접 연결된 연결점들은 구조체(10)의 외곽 벽면을 구성하는 3각 이상의 연속된 다각형들의 꼭지점에 위치할 수 있다. The
일 구현예에서, 상기 제1 구조체(10)는 원통(cylinder) 형상일 수 있다. 상기 제1 구조 부재(11)의 말단점들이 연결된 연결점들이 상기 원통 형상의 외곽 벽면의 4각형 또는 3각형의 꼭지점에 위치하면서 상기 4각형 또는 3각형이 연속 배열된 망상 구조를 이룰 수 있다. 상기 제1 구조체(10)가 이와 같은 연속 구조를 가짐으로써 자성 인가에 의한 인장 운동이 용이할 수 있다.In one embodiment, the
일 구현예에서, 상기 제2 구조체(20)는 복수의 상기 제2 구조 부재(21)가 서로 직접 연결되지 않도록 배열된 3차원 구조체일 수 있다. 상기 복수의 제2 구조 부재(21)는 상호 직접 연결되지 않으면서 상기 제1 구조 부재(11)의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 연결된 형태로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 구조 부재(21)의 양 말단점이 각각 상기 제1 구조 부재(11) 간의 연결점에 결합된 형태로 상기 제1 구조체(10) 내부에 위치할 수 있다. In one embodiment, the
도 1을 참조할 때, 일 구현예에서, 상기 제2 구조 부재(21)는 양 말단점이 상기 제1 구조 부재(11)의 복수의 말단점 중 2개의 말단점과 각각 연결되어 배치될 수 있다. 즉, 복수의 상기 제2 구조 부재(21)의 연결 구조는 상호 직접 연결되지 않고, 상기 제1 구조 부재(11)를 매개로 상호 간접적으로 연결된 불연속 구조일 수 있다. 상기 제2 구조체(20)가 이와 같이 불연속 구조를 가지면서 상기 제1 구조체(10)의 내부 공간에 위치함으로써 강성 부여 기능이 향상될 수 있다. Referring to FIG. 1 , in one embodiment, both end points of the second
전술한 바와 같은 상기 제1 구조체(10)와 상기 제2 구조체(20)의 조합 구조에 의하여 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)는 인장 및 강성이 모두 우수할 수 있고, 소정의 방향으로 수축 및 연신이 가능함과 동시에 일정 수준 이상의 지지성을 확보하는 이점을 갖는다. Due to the combination structure of the
상기 제1 구조체(10) 중의 상기 제1 구조 부재(11)는 제1 수지 및 자성 입자를 포함한다. 일 구현예에서, 상기 제1 구조 부재(11) 상기 제1 수지 및 상기 자성 입자를 포함하는 탄성 자기 복합재(Eastomeric magnetic composite)로 이루어질 수 있다. 상기 탄성 자기 복합재는 고무성 수지를 매트릭스로 하여 자성 충진재를 포함하는 복합 물질로서, 상기 제1 수지가 고무성 수지일 수 있고, 상기 자성 입자가 자성 충진재일 수 있다. The first
상기 제1 수지는 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 수지, 에폭시 수지, 겔(gel) 수지, 테플론(Teflon) 수지, 불화실리콘(FKM) 수지, 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제1 수지는 PDMS 수지 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제1 수지는 상기 PDMS 수지 대 상기 실리콘 수지를 10:0 내지 0:10의 중량비, 예를 들어, 9:1 내지 1:9의 중량비, 예를 들어, 5:4 내지 1:9의 중량비, 예를 들어, 5:5 내지 1:9의 중량비, 예를 들어, 3:7 내지 1:9의 중량비로 포함할 수 있다. The first resin is a silicone resin, a polydimethylsiloxane (PDMS) resin, an epoxy resin, a gel resin, a Teflon resin, a fluorinated silicone (FKM) resin, a polyacrylic rubber resin, and these resins. It may include one selected from the group consisting of a combination of. In one embodiment, the first resin may include a PDMS resin or a silicone resin. In one embodiment, the first resin is the PDMS resin to the silicone resin in a weight ratio of 10:0 to 0:10, for example, 9:1 to 1:9 by weight, for example, 5:4 to It may be included in a weight ratio of 1:9, for example, in a weight ratio of 5:5 to 1:9, for example, in a weight ratio of 3:7 to 1:9.
상기 자성 입자는 순철, 산화철(Fe3O4), Nd-Fe-B 합금, 니켈, 코발트, Fe-Nd 합금, Fe-Si합금, Fe-Al합금, Fe-Si-Al합금, Ni-Zn페라이트, Cu-Zn페라이트, Mn-Zn페라이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 자성 입자는 산화철(Fe3O4)을 포함할 수 있다. The magnetic particles are pure iron, iron oxide (Fe 3 O 4 ), Nd-Fe-B alloy, nickel, cobalt, Fe-Nd alloy, Fe-Si alloy, Fe-Al alloy, Fe-Si-Al alloy, Ni-Zn It may include one selected from the group consisting of ferrite, Cu-Zn ferrite, Mn-Zn ferrite, and combinations thereof. In one embodiment, the magnetic particles may include iron oxide (Fe3O4).
상기 자성 입자는 단위 질량 당 포화 자기모멘트가 30emu/g 이상, 예를 들어, 30emu/g 내지 220emu/g일 수 있다. 이와 같은 단위 질량 당 포화 자기 모멘트를 갖는 자성 입자를 사용함으로써 상기 텐서그리티 구조 복합재의 자성 인가에 의한 수축 및 연신 변위가 생체 모방 시스템에 적용하기에 적합한 이점을 가질 수 있다. The magnetic particles may have a saturation magnetic moment per unit mass of 30 emu/g or more, for example, 30 emu/g to 220 emu/g. By using the magnetic particles having such a saturated magnetic moment per unit mass, the shrinkage and elongation displacement due to magnetic application of the tensor grit structure composite material may have an advantage suitable for application to a biomimetic system.
상기 자성 입자의 평균 입경은 100nm 내지 100㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 90㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 80㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 70㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 50㎛일 수 있다. 상기 범위의 자성 입자를 사용함으로써 상기 제1 수지 중의 우수한 분산성을 확보할 수 있으며, 이와 동시에, 상기 텐서그리티 구조 복합재에 대한 자기장 인가에 의한 수축 및 연신 변위가 생체 모방 시스템에 적용하기에 적합한 이점을 가질 수 있다.The average particle diameter of the magnetic particles may be 100 nm to 100 μm, for example, about 100 nm to about 90 μm, for example, about 100 nm to about 80 μm, for example, about 100 nm to about 80 μm. It may be about 70 μm, for example, about 1 μm to about 50 μm. By using the magnetic particles in the above range, excellent dispersibility in the first resin can be ensured, and at the same time, the contraction and stretching displacement by the application of a magnetic field to the tensor grit structure composite material is suitable for application to a biomimetic system. can have an advantage.
상기 제1 구조 부재(11)는 상기 자성 입자 및 상기 제1 수지 총 중량 100 중량부에 대하여, 상기 자성 입자를 1 중량부 내지 40 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 5 중량부 내지 35 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 5 중량부 내지 30 중량부 포함할 수 있다. 상기 함량의 자성 입자를 사용함으로써 상기 제1 수지 중의 자성 입자의 분산성을 우수하게 구현할 수 있고, 자기장 인가에 의한 상기 텐서그리티 구조 복합재의 인장 운동성을 목적 수준으로 확보할 수 있다. The first
상기 제2 구조 부재(21)는 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)에 구조적 강성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 상기 제2 수지, 저융점 합금(LMPA, Low Melting Point Alloy) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 제2 수지는 상기 제1 수지와 동일하거나 상이할 수 있다. The second
상기 제2 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 수지, 폴리락트산(PLA, Poly Lactic Acid) 수지, 열가소성 폴리우레탄(TPU, Thermoplastic Polyurethane) 수지, 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 수지, 폴리에틸렌(PE, Polyethylene) 수지, 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, Polyethyleneterephthalate) 수지, 나일론(Nylon) 수지, 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 수지, 니트릴-부타디엔 고무(NBR) 수지, 카르복실화 NBR(X-NBR) 수지, 이소프렌 수지, 클로로프렌 수지, 부틸 고무 수지, 불소 고무 수지, 우레탄 수지, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 수지, 세라믹; 금속; 또는 목재가 포함된 복합재 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. The second resin is acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) resin, polylactic acid (PLA, Poly Lactic Acid) resin, thermoplastic polyurethane (TPU, Thermoplastic Polyurethane) resin, polypropylene (PP, Polypropylene) resin, polyethylene (PE, Polyethylene) resin, polycarbonate (PC, Polycarbonate) resin, polyethylene terephthalate (PET, Polyethyleneterephthalate) resin, nylon (Nylon) resin, silicone resin, polydimethylsiloxane (PDMS, Polydimethylsiloxane) resin, nitrile-butadiene rubber (NBR) resin, carboxylated NBR (X-NBR) resin, isoprene resin, chloroprene resin, butyl rubber resin, fluororubber resin, urethane resin, styrene butadiene rubber (SBR) resin, ceramic; metal; Or it may include one selected from the group consisting of a composite resin containing wood and combinations thereof.
상기 저융점 합금은 융점이 235℃ 미만인 합금으로서, 예를 들어, 비스무트(Bi), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐(In), 카드뮴(Cd) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 합금일 수 있다. The low melting point alloy is an alloy having a melting point of less than 235° C., for example, selected from the group consisting of bismuth (Bi), tin (Sn), lead (Pb), indium (In), cadmium (Cd), and combinations thereof. It may be an alloy containing one.
상기 종류의 재질을 제2 구조 부재(21)에 적용함으로써 후술하는 상기 텐서그리티 구조 복합재의 제조 과정에서 3D 프린팅 공법을 이용해 제2 구조 부재를 제조함에 있어서 높은 공정 효율성을 확보할 수 있고, 상기 제1 구조 부재(11)와의 구조적 상용성이 우수할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제2 구조 부재(21)는 폴리락트산(PLA) 수지를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제2 구조 부재(21)는 자성 입자를 포함하지 않을 수 있다.By applying the above type of material to the second
상기 텐서그리티 구조 복합재(100)는 상기 제1 구조체(10)와 상기 제2 구조체(20)가 조합된 상태로 인장 운동이 가능한 특성을 갖는다. 구체적으로, 상기 제1 구조 부재(11)끼리 연결된 말단점, 상기 제2 구조 부재(21)끼리 연결된 말단점 및 상기 제1 구조 부재(11)와 상기 제2 구조 부재(21)가 연결될 말단점의 연결 상태를 유지하면서 동시에 수축 또는 인장 운동이 가능할 수 있다. 상기 제1 구조 부재(11) 및 상기 제2 구조 부재(21) 각각이 소정의 탄성 및 유연성을 갖는 재질로 이루어짐으로써 이러한 운동 특성을 나타낼 수 있고, 그 결과, 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)는 생체 모방 시스템에 있어서 근육 및 골격의 운동 영역에 적용될 수 있다. The tensor
일 구현예에서, 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)는 소정의 자기장을 인가하여 인장 또는 수축 운동이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)의 자기 작동을 위한 자기장은 50mT 내지 400mT 범위의 자기장일 수 있다. 이는 상기 제1 구조 부재(11)가 자성 입자를 포함함으로써 가능할 수 있으나, 보다 구체적으로 상기 제1 수지와 자성 입자 각각의 종류 및 이들의 적절한 함량비 등을 통하여 상기 범위의 자기장 인가 조건 하에서 생체 모방 시스템에 적합한 운동 변위를 구현할 수 있다. In one embodiment, the tensor
도 2는 일 구현예에 따른 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)의 운동 방향을 화살표로 도시한 것이다. 상기 텐서그리티 구조 복합재의 일 방향에 대한 인장 운동 최대 변위는 상기 일 방향과 수직한 방향에 대한 인장 운동 최대 변위보다 클 수 있다. 일 구현예에서, 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)의 제1 구조체(10)는 원통형 구조체일 수 있다. 이때, 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)의 운동 변위에 있어서, 상기 원통의 높이 방향의 인장 운동 최대 변위가 상기 원통의 직경 방향의 인장 운동 최대 변위보다 클 수 있다. 상기 '인장 운동 최대 변위'는 상기 텐서그리티 구조 복합재가 파단되거나 끊어지지 않으면서 더 이상 늘어나거나 수축되지 않고 최대로 움직일 수 있는 변위를 의미한다. 도 2를 참조할 때, 상기 원통의 높이 방향은 Z축 방향을 의미하며, 상기 원통의 직경 방향은 X축 또는 Y축 방향을 의미한다. 상기 제1 구조체(10)와 상기 제2 구조체(20)에 있어서, 상기 복수의 제1 구조 부재(11) 상호 연결의 확장 방향은 상기 원통의 높이 방향에 대응되고, 상기 제2 구조 부재(21)와 상기 제1 구조 부재(11)의 연결 확장 방향은 상기 원통의 직경 방향에 대응된다. 이와 같이, 상기 제1 구조 부재(11) 간 연결 확장 방향과 상기 제 구조 부재(11) 및 상기 제2 구조 부재(21) 간 연결 확장 방향이 서로 수평보다 수직에 가까운 배열을 가짐으로써 상기 제2 구조체가 상기 원통의 직경 방향으로 구조적 강성을 부여하게 되고, 그 결과 상기 제1 구조체의 탄성에 기인한 운동 변위가 상기 원통의 높이 방향으로 더 크게 나타날 수 있다. 이러한 인장 운동 특성은 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)가 생체 모방 시스템에 있어서 골격 및 근육 모방 구조로 사용되기에 큰 이점을 부여할 수 있다.2 is an arrow showing the direction of movement of the tensor
상기 제1 구조 부재(11) 및 상기 제2 구조 부재(21)는 각각 소정의 종횡비를 갖는 막대(rod) 형상으로서, 상기 제1 구조 부재(11) 및 상기 제2 구조 부재(21)의 각각은 길이 방향에 수직한 단면의 직경이 300㎛ 내지 30mm일 수 있고, 예를 들어, 500㎛ 내지 3mm일 수 있고, 예를 들어, 1mm 내지 3mm일 수 있다.Each of the first
상기 제1 구조 부재(11) 및 상기 제2 구조 부재(21)의 각각에 대하여 길이 대 직경으로 정의되는 종횡비는 약 5 : 1 내지 약 100 : 1일 수 있다. 이때, 상기 직경은 상기 길이 방향에 수직한 방향의 단면 직경을 의미한다.For each of the first
상기 제1 구조 부재(11) 및 상기 제2 구조 부재(21)의 단면 직경 및 종횡비가 모두 상기 범위를 만족함으로써 상기 텐서그리티 구조 복합재의 자성 인가에 의한 인장 운동이 생체 모방 시스템에 적용하기 용이한 수준으로 구현될 수 있다. The cross-sectional diameter and aspect ratio of the first
일 구현예에서, 상기 제1 구조체(10)는 원통형 구조체일 수 있고, 상기 제1 구조체(10)의 원통 형상의 직경 30mm 및 높이 50mm 기준, 상기 제1 구조 부재(11)가 6개 내지 240개 포함되고, 상기 제2 구조 부재(21)가 3개 내지 60개 포함될 수 있다. 상기 원통 형상의 직경은 높이 방향에 수직한 단면의 직경을 의미한다. 예를 들어, 상기 영역에 상기 제1 구조 부재(11)는 40개 내지 120개, 예를 들어, 50개 내지 110개, 예를 들어, 60개 내지 100개 포함될 수 있고, 상기 제2 구조 부재(21)는 10개 내지 30개, 예를 들어, 10개 내지 25개 포함될 수 있다. 상기 제1 구조 부재(11)와 상기 제2 구조 부재(21)가 동시에 상기 범위의 개수로 사용됨으로써 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)의 인장 운동을 위한 유연성 및 지지 성능을 위한 강성이 동시에 목적하는 수준으로 구현될 수 있다. In one embodiment, the
도 3은 다른 구현예에 따른 텐서그리티 구조 복합재(200, 300, 400, 500)의 형상을 도시한 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 텐서그리티 구조 복합재(200, 300, 400, 500)는 복수의 제1 구조 부재(211, 311, 411, 511)를 포함하고, 상기 복수의 제1 구조 부재(211, 311, 411, 511)의 각 말단점이 서로 직접 연결된 3차원 구조체인 제1 구조체(210, 310, 410, 510); 및 상기 제1 구조 부재(211, 311, 411, 511)의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 직접 연결된 말단점을 갖는 복수의 제2 구조 부재(221, 321, 421, 521)를 포함하며, 상기 복수의 제2 구조 부재(221, 321, 421, 521)가 서로 직접 연결되지 않도록 배열된 3차원 망상 구조의 제2 구조체(220, 320, 420, 520);를 포함한다. 도 3을 참조할 때, 상기 텐서그리티 구조 복합재(200, 300, 400, 500)의 제1 구조체는 이십면체형(210), 육각기둥 프리즘형(310) 육팔면체형(410) 또는 계층형 삼각 프리즘형(510)일 수 있다. 또한, 상기 제2 구조체(220, 320, 420, 520)는 상기 제1 구조체(210, 310, 410, 510)의 내부에 위치한다. 3 illustrates shapes of tensor
도 4는 또 다른 구현예에 따른 텐서그리티 구조 복합재(600)의 형상을 도시한 것이다. 도 4를 참조할 때, 상기 텐서그리티 구조 복합재(600)는 복수의 제1 구조 부재(611)를 포함하고, 상기 복수의 제1 구조 부재(611)의 각 말단점이 서로 직접 연결된 3차원 구조체인 제1 구조체(610); 및 상기 제1 구조 부재(611)의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 직접 연결된 말단점을 갖는 복수의 제2 구조 부재(621)를 포함하며, 상기 복수의 제2 구조 부재(621)가 서로 직접 연결 배열된 3차원 망상 구조의 제2 구조체(620);를 포함한다. 도 4를 참조할 때, 상기 텐서그리티 구조 복합재(600)는 복수의 텐서그리티 구조 유닛(700)을 포함한다. 상기 텐서그리티 구조 유닛(700)은 사면체 제1 구조체 유닛(710)과 상기 제1 구조체 유닛(710)과 연결 배치된 제2 구조체 유닛(720)을 포함한다. 상기 제1 구조체 유닛(710) 및 상기 제2 구조체 유닛(720)은 각각 상기 제1 구조 부재 및 상기 제2 구조 부재를 포함한다.4 illustrates a shape of a
도 5는 도 4의 텐서그리티 구조 복합재(600)와 동일한 텐서그리티 구조 유닛(700)을 가지면서 상기 텐서그리티 구조 유닛(700)들의 연결 구조가 상이한 3가지 경우를 도시한 것이다. 도 5의 (a)는 상호 인접한 상기 텐서그리티 구조 유닛(700)의 연결수(Coordination number)이 4개인 경우, (b)는 5개인 경우, (c)는 6개인 경우를 도시한 것이다. 상기 연결수(Coordination number)란 인접한 상기 텐서그리티 구조 유닛(700)이 결합하면서, 그 연결 부분에 있어서 상기 제2 구조체 유닛(720) 중의 제2 구조 부재의 일 말단점에 연결되는 제1 구조 부재의 수를 의미한다.FIG. 5 illustrates three cases in which the tensorgrity
상기 텐서그리티 구조 복합재는 후술하는 제조 공정에 따라 이와 같이 다양한 형상으로 제조 가능하며, 용도에 따라 적절한 형상으로 가공 가능할 수 있다. The tensor grit structure composite material may be manufactured in various shapes as described above according to a manufacturing process to be described later, and may be processed into an appropriate shape according to the use.
상기 텐서그리티 구조 복합재는 상기 제1 구조체 및 상기 제2 구조체의 구조적 조합을 통하여 자기장 인가에 따른 인장 및 굴곡 운동성을 확보함과 동시에 일정 수준의 지지 강성을 구현하여 생체 모방 시스템의 골격 및 근육 대응 구조에 적용되기 우수한 효과를 구현할 수 있다. 이로써, 상기 텐서그리티 구조 복합재(100)는 예를 들어, 로봇 시스템 등에 적용 가능한 메타물질 (metamaterial)로서 기능할 수 있다. The tensor grit structure composite material corresponds to the skeleton and muscle of the biomimetic system by securing tensile and flexural mobility according to the application of a magnetic field and at the same time implementing a certain level of support rigidity through the structural combination of the first structure and the second structure. It is possible to realize an excellent effect to be applied to the structure. Accordingly, the tensor
다른 구현예에서, 상기 텐서그리티 구조 복합재를 제조하는 방법으로서 제1 구조 부재의 목적하는 형상에 대응하는 유로(Channel)와 제2 구조 부재를 갖는 몰드를 준비하는 단계; 제1 수지 및 자성 입자를 포함하는 제1 구조 부재 형성용 조성물을 준비하는 단계; 상기 몰드의 유로에 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 주입하는 단계; 상기 몰드에 주입된 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 경화시키는 단계; 및 상기 몰드를 제거하는 단계를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재의 제조방법을 제공한다. In another embodiment, there is provided a method of manufacturing the tensor-grity structural composite, comprising: preparing a mold having a channel and a second structural member corresponding to a desired shape of a first structural member; preparing a composition for forming a first structural member including a first resin and magnetic particles; injecting the composition for forming the first structural member into the flow path of the mold; curing the composition for forming the first structural member injected into the mold; and removing the mold.
상기 텐서그리티 구조 복합재의 제조방법에 따라, 전술된 바와 같은 제1 구조체 및 제2 구조체를 포함하고, 상기 제1 구조체는 복수의 제1 구조 부재를 포함하고, 상기 복수의 제1 구조 부재의 각 말단점이 서로 직접 연결된 3차원 구조체이며, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조 부재의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 직접 연결된 말단점을 갖는 복수의 제2 구조 부재를 포함하며, 상기 복수의 제2 구조 부재가 서로 직접 연결되지 않거나, 부분적으로 서로 직접 연결 배열된 3차원 망상 구조이고, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조체의 내부에 위치하며, 상기 제1 구조 부재는 제1 수지 및 자성 입자를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제조할 수 있다.According to the manufacturing method of the tensor grit structure composite, it comprises a first structure and a second structure as described above, wherein the first structure comprises a plurality of first structural members, and each endpoint is a three-dimensional structure directly connected to each other, wherein the second structure comprises a plurality of second structural members having endpoints directly connected to at least some of the endpoints of the first structural member, the plurality of A three-dimensional network structure in which the second structural members are not directly connected to each other or are partially directly connected to each other, wherein the second structure is located inside the first structure, and the first structural member includes a first resin and a magnetic Tensorgrity structure composites including particles can be prepared.
도 6은 일 구현예에 따른 상기 텐서그리티 구조 복합재를 제조하는 방법의 순서를 개략적으로 도시한 것이다. 도 6을 참조할 때, 상기 몰드를 준비하는 단계(a)에서 상기 몰드(101)는 제1 구조 부재의 목적하는 형상에 대응하는 유로(111)와 제2 구조 부재(121)를 포함한다. 또한, 상기 몰드(101) 내에 상기 유로(111)와 상기 제2 구조 부재(121)를 제외한 영역의 바탕재(131)를 포함한다. 상기 제2 구조 부재(121)는 상기 몰드(101)의 일부로서, 상기 몰드(101)의 제조 과정에서 텐서그리티 구조 복합재 내의 최종적 위치에 배치된 상태로 제조된다. 6 schematically shows a sequence of a method for manufacturing the tensorgrity structure composite according to an embodiment. Referring to FIG. 6 , in the step (a) of preparing the mold, the
일 구현예에서, 상기 몰드는 3D 프린팅 방법으로 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 몰드는 2개의 프린트코어(print core)를 갖는 3D 프린터를 이용하여 제조될 수 있다. 즉, 상기 제2 구조 부재(121) 형성용 원료 및 상기 바탕재(131) 형성용 원료를 각각 별도의 주입 노즐을 통해 주입한 후, 상기 제1 구조 부재의 목적하는 형상이 유로(111)로 인쇄되는 동시에, 상기 제2 구조 부재(121)가 목적하는 형상으로 인쇄되도록 3D 프린팅 함으로써 수행될 수 있다. In one embodiment, the mold may be manufactured by a 3D printing method. Specifically, the mold may be manufactured using a 3D printer having two print cores. That is, after the raw material for forming the second
상기 제2 구조 부재 형성용 원료는 제2 수지, 저융점 합금(LMPA, Low Melting Point Alloy) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 제2 수지 및 저융점 합금에 관한 사항은 전술한 바와 같다. The raw material for forming the second structural member may include a second resin, a low melting point alloy (LMPA), or a combination thereof. Matters relating to the second resin and the low melting point alloy are the same as described above.
상기 제2 구조 부재 형성용 원료를 주입하기 위한 주입 노즐의 직경은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 1mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 0.8mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 0.5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1mm 내지 0.4mm 일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 0.3mm일 수 있다. The diameter of the injection nozzle for injecting the raw material for forming the second structural member is not particularly limited, but may be, for example, about 0.1 mm to about 1 mm, for example, about 0.1 mm to about 0.8 mm, and , for example, may be from about 0.1 mm to about 0.5 mm, for example, from about 0.1 mm to about 0.4 mm, for example, from about 0.1 mm to about 0.3 mm.
일 구현예에서, 상기 제2 구조 부재 형성용 원료는 제2 수지로서 직경이 약 1mm 내지 약 3mm인 필라멘트 형태의 폴리락트산(PLA) 수지를 포함하고, 동시에 상기 제2 구조 부재 형성용 조성물을 주입하기 위한 3D 프린터의 주입 노즐이 직경이 약 0.1mm 내지 약 1mm일 수 있다. 이로써, 상기 몰드 내에 상기 제2 구조 부재로 이루어진 제2 구조체의 형상이 균일하게 인쇄될 수 있다. In one embodiment, the raw material for forming the second structural member includes a filament-type polylactic acid (PLA) resin having a diameter of about 1 mm to about 3 mm as the second resin, and at the same time injecting the composition for forming the second structural member The injection nozzle of the 3D printer may have a diameter of about 0.1 mm to about 1 mm. Accordingly, the shape of the second structure including the second structure member may be uniformly printed in the mold.
상기 바탕재 형성용 원료는 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지는 열에 의해 경화되고 소정의 조건 하에서 용해되는 수지이면 제한 없이 사용할 수 있으나, 예를 들어, 폴리비닐알콜(PVA, Polyvinyl Alcohol) 수지, 부텐디올 비닐알콜(BVOH, Butene-diol vinyl alcohol), 폴리아크릴산(PAA, Polyacrylic acid), 폴리아크릴아미드(PAM, Polyacryl amid), 폴리에틸렌글리콜 (PEG, Polyethylene glycol), 폴리비닐피롤리돈(PVP, Polyvinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 수지, 폴리염화비닐리덴 (PVDC, Polyvinylidene Chloride), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. The raw material for forming the base material may include a thermoplastic resin. The thermoplastic resin may be used without limitation as long as it is a resin that is cured by heat and is dissolved under a predetermined condition, for example, polyvinyl alcohol (PVA, Polyvinyl Alcohol) resin, butene-diol vinyl alcohol (BVOH, Butene-diol vinyl alcohol) , polyacrylic acid (PAA, Polyacrylic acid), polyacrylamide (PAM, Polyacryl amid), polyethylene glycol (PEG, Polyethylene glycol), polyvinyl pyrrolidone (PVP, Polyvinyl pyrrolidone), polyethylene oxide (PEO, Polyethylene oxide), It may include one selected from the group consisting of polypropylene (PP, Polypropylene) resin, polyvinylidene chloride (PVDC, Polyvinylidene Chloride), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) and combinations thereof. have.
상기 바탕재 형성용 원료를 주입하기 위한 주입 노즐의 직경은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 1mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 0.8mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.3mm 내지 약 0.8mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.3mm 초과, 약 0.6mm 이하일 수 있다. The diameter of the injection nozzle for injecting the raw material for forming the base material is not particularly limited, but may be, for example, about 0.1 mm to about 1 mm, for example, about 0.1 mm to about 0.8 mm, For example, it may be from about 0.3 mm to about 0.8 mm, for example, it may be greater than about 0.3 mm and less than or equal to about 0.6 mm.
일 구현예에서, 상기 바탕재 형성용 원료는 직경이 약 1mm 내지 약 3mm인 필라멘트 형태의 폴리비닐알콜(PVA) 수지를 포함하고, 3D 프린터에서 상기 바탕재 형성용 원료를 주입하기 위한 노즐의 직경이 약 0.3mm 초과, 약 0.6mm 이하일 수 있다. 이로써, 상기 몰드 내에 상기 제1 구조 부재의 목적 형상에 대응되는 형상을 갖는 유로(Channel)가 균일하게 인쇄될 수 있다.In one embodiment, the raw material for forming the base material includes a filament-type polyvinyl alcohol (PVA) resin having a diameter of about 1 mm to about 3 mm, and the diameter of a nozzle for injecting the raw material for forming the base material in a 3D printer It may be greater than about 0.3 mm and less than or equal to about 0.6 mm. Accordingly, a channel having a shape corresponding to the target shape of the first structural member may be uniformly printed in the mold.
도 6을 참조할 때, 상기 제조방법은 제1 수지(212) 및 자성 입자(222)를 포함하는 제1 구조 부재 형성용 조성물(202)을 준비하는 단계(b)를 포함한다. 상기 제1 수지(212) 및 상기 자성 입자(222)에 관한 사항은 상기 텐서그리티 구조 복합재와 관련하여 전술한 바와 같다. Referring to FIG. 6 , the manufacturing method includes a step (b) of preparing a
상기 제1 구조 부재 형성용 조성물(202)은 액상 형태로서, 상온에서의 점도가 약 1cps 내지 약 30,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1cps 내지 약 15,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1cps 내지 약 10,000cps일 수 있다. 이러한 점도 범위를 가짐으로써 상기 몰드 내 유로(Channel)에 투입되어 보이드(void) 없이 균질한 제1 구조체를 형성할 수 있다. The
상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 준비하는 단계는, 상기 제1 수지 및 상기 자성 입자의 혼합물을 제거하는 단계; 및 상기 혼합물을 탈기(degassing) 하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 탈기는 상기 혼합물을 상온의 진공 상태에 배치함으로써 수행될 수 있다. 상기 탈기 과정을 통하여 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물이 상기 몰드 내 유로(Channel)에 주입되어 보이드(void) 없이 균질한 제1 구조체를 형성할 수 있다.The preparing of the composition for forming the first structural member may include removing a mixture of the first resin and the magnetic particles; and degassing the mixture. The degassing may be performed by placing the mixture in a vacuum at room temperature. Through the degassing process, the composition for forming the first structural member may be injected into a channel in the mold to form a homogeneous first structure without voids.
상기 제조방법은 상기 몰드(101)의 유로(111)에 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물(202)을 주입하는 단계(c)를 포함한다. 상기 몰드(101)의 유로(111)는 상기 제1 구조 부재의 목적하는 최종 형상에 대응되도록 형성된 빈 공간이다. 따라서, 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 여기에 주입하여 경화시킴으로써 목적하는 형상의 제1 구조 부재를 제조할 수 있다. The manufacturing method includes the step (c) of injecting the
상기 제1 구조 부재 형성용 조성물은 상기 몰드에 약 0.06L/min 내지 약 0.6L/min의 주입 속도로 주입될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물의 점도가 상온 조건 하에서 전술한 범위이고, 이와 동시에 이를 상기 범위의 주입 속도로 몰드 내에 주입함으로써 상기 제1 구조체가 균일하게 형성될 수 있다.The composition for forming the first structural member may be injected into the mold at an injection rate of about 0.06 L/min to about 0.6 L/min. In one embodiment, the viscosity of the composition for forming the first structural member is in the above-described range under room temperature conditions, and at the same time, the first structure may be uniformly formed by injecting it into the mold at an injection rate of the range.
상기 제조방법은 상기 몰드(101)에 주입된 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 경화시키는 단계(d)를 포함한다. 상기 경화는 핫-플레이트(Hot-plate, 303) 상에서 수행될 수 있다. The manufacturing method includes a step (d) of curing the composition for forming the first structural member injected into the
상기 경화 조건은 상기 제1 수지의 종류에 따라 적절히 설정될 수 있으나, 예를 들어, 상기 제1 수지가 실리콘 수지 또는 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지를 포함하고, 상기 경화는 약 25℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 25℃ 내지 약 80℃, 예를 들어, 약 50℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도에서 약 0.5시간 내지 약 10시간, 예를 들어, 약 1시간 내지 약 10시간, 예를 들어, 약 1시간 내지 약 8시간, 예를 들어, 약 4시간 내지 약 8시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 8시간 동안 수행될 수 있다. 이로써 사전 장착되어 있는 제2 구조 부재 등이 상기 경화 공정 중에 손상되지 않도록 방지할 수 있고, 상기 경화 형성된 제1 구조 부재가 자기장 인가에 의한 인장 운동이 가능한 유연성을 확보하면서도 일정 수준 이상의 연신에도 끊어지지 않는 강성을 확보하기 유리할 수 있다. The curing conditions may be appropriately set depending on the type of the first resin, but for example, the first resin includes a silicone resin or a polydimethylsiloxane (PDMS) resin, and the curing is performed at about 25°C to about 100°C. °C, e.g., from about 25 °C to about 80 °C, such as from about 50 °C to about 100 °C, such as from about 60 °C to about 90 °C for about 0.5 hours to about 10 hours, e.g. For example, from about 1 hour to about 10 hours, such as from about 1 hour to about 8 hours, such as from about 4 hours to about 8 hours, such as from about 5 hours to about 8 hours. . Accordingly, it is possible to prevent damage to the pre-mounted second structural member or the like during the curing process, and the hardened first structural member is not broken even after a certain level of elongation while securing flexibility for tensile movement by applying a magnetic field. It may be advantageous to secure rigidity that does not
상기 제조방법은 상기 몰드를 제거하는 단계(e)를 포함한다. 상기 몰드를 제거하는 단계는, 상기 몰드 중의 상기 제2 구조 부재를 제외한 바탕재(131) 부분을 제거하는 단계로서, 상기 바탕재(131)의 재질에 따라 적절한 방법을 선택할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 바탕재(131)는 폴리비닐알콜(PVA) 수지를 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 몰드의 제거는 약 10℃ 내지 약 80℃ 온도의 수중 챔버(404)에 약 15시간 내지 약 30시간 침지하는 방법으로 수행될 수 있다. The manufacturing method includes the step (e) of removing the mold. The step of removing the mold is a step of removing a portion of the
상기 몰드 중의 상기 바탕재 부분을 제거하여 복수의 제1 구조 부재로 이루어진 제1 구조체 및 복수의 제2 구조 부재로 이루어진 제2 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재(100)를 제조할 수 있다. The tensor
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention are presented. However, the examples described below are only for specifically illustrating or explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto.
<제조예><Production Example>
제조예 1: 몰드의 제조Preparation Example 1: Preparation of a mold
3D 모델링 도구(3DS MAX, AUTODESK Inc.)를 사용하여 몰드의 구조를 설계하고 오픈 소스 슬라이싱 엔진(Ultimaker Cura, Ultimaker B.V.)을 사용하여 몰드의 스테레오 골격(STL) 파일을 G-cord 형식으로 변환했다. 몰드 제조를 위한 3D 프린터 (Ultimaker 3, Ultimaker B.V.)는 직경 2.85mm의 폴리라틱산(PLA, Ultimaker B.V) 필라멘트를 위한 0.25mm 직경 노즐을 가진 코어 AA와 직경 2.85mm의 폴리비닐알코올(PVA, Ultimaker B.V) 필라멘트를 위한 0.40mm 직경 노즐을 가진 코어 BB를 구비한 이중 노즐 프린터였다. 사전 설정된 프로파일("Fine-0.1mm", 레이어 높이 분해능 0.1mm, 라인 폭 0.23mm)을 사용하여 PVA의 경우 10% 주입 밀도로 주입하였고, PLA의 경우 190℃의 기본 인쇄 온도 조건 하에서 주입하였다. 이로써, PLA 수지로 이루어진 제2 구조 부재를 포함하고, 제1 구조 부재의 목적 형상을 빈 공간인 유로(Channel)로 두도록 PVA가 이외의 영역에 채워진 몰드가 제조되었다.A 3D modeling tool (3DS MAX, AUTODESK Inc.) was used to design the structure of the mold, and an open source slicing engine (Ultimaker Cura, Ultimaker BV) was used to convert a stereo skeleton (STL) file of the mold to G-cord format. . The 3D printer (Ultimaker 3, Ultimaker BV) for making molds has a core AA with a 0.25 mm diameter nozzle for a 2.85 mm diameter polylactic acid (PLA, Ultimaker BV) filament and a 2.85 mm diameter polyvinyl alcohol (PVA, Ultimaker BV) BV) was a double nozzle printer with a core BB with a 0.40 mm diameter nozzle for the filament. Using a preset profile (“Fine-0.1mm”, layer height resolution 0.1mm, line width 0.23mm) was injected at 10% injection density for PVA and under default printing temperature conditions of 190°C for PLA. Thus, a mold including the second structural member made of PLA resin and filled in the area other than the PVA was manufactured so that the target shape of the first structural member was set as an empty space (Channel).
실시예 1: 텐서그리티 구조의 기계적 이방성 설계를 위한 형상 변형Example 1: Shape deformation for mechanically anisotropic design of tensorgrity structures
실시예 1-1: 원통형Example 1-1: Cylindrical
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 1의 제1 구조체와 같은 원통 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 1과 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다. In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has the same cylindrical shape as the first structure of FIG. 1, and the second structure has a connection point as shown in FIG. 1 with the first structure. A mold in which the second structural member was disposed was prepared.
폴리디메틸실록산(PDMS) 수지(Dow Corning, Sylgard 184) 및 실리콘 수지(Ecoflex 00-30)을 준비하고, 상기 PDMS 수지 대 상기 실리콘 수지를 2:8의 중량비로 혼합하여 수지 혼합물을 제조하였다. 자성 입자와 수지 혼합물 총 중량 100 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)가 30 중량부가 되도록 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 진공 오븐에서 5분 동안 보관하여 탈기시키고, 주입 장비(A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf)를 이용하여 상기 몰드 내의 유로(Channel)에 주입하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물의 주입이 완료된 몰드는 알루미늄 호일(foil)로 포장되어 80℃에서 6시간 동안 경화되었다. A polydimethylsiloxane (PDMS) resin (Dow Corning, Sylgard 184) and a silicone resin (Ecoflex 00-30) were prepared, and a resin mixture was prepared by mixing the PDMS resin to the silicone resin in a weight ratio of 2:8. A composition for forming a first structural member was prepared by mixing magnetic particles (Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069) in an amount of 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the magnetic particle and resin mixture. The composition for forming the first structural member was stored in a vacuum oven for 5 minutes, degassed, and injected into a channel in the mold using an injection device (A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf). The mold, in which the injection of the composition for forming the first structural member was completed, was wrapped in aluminum foil and cured at 80° C. for 6 hours.
이어서, 상기 몰드를 수중 챔버(water chamber)에서 24시간 동안 보관하여 PVA 영역을 용해시킴으로써 도 1과 같은 원통형 제1 구조체와 제2 구조체를 갖는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다. Then, the mold was stored in a water chamber for 24 hours to dissolve the PVA region to prepare a tensor grit structure composite having a cylindrical first structure and a second structure as shown in FIG. 1 .
실시예 1-2: 이십면체형Example 1-2: icosahedral shape
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)의 제1 구조체와 같은 이십면체형 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)와 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다. 이러한 몰드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)를 제조하였다.In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has an icosahedral shape such as the first structure of the tensor
실시예 1-3: 육각기둥 프리즘형Example 1-3: Hexagonal prism type
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(300)의 제1 구조체와 같은 육각기둥 프리즘형 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(300)와 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다. 이러한 몰드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(300)를 제조하였다.In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has the same hexagonal prism shape as the first structure of the tensor
실시예 1-4: 육팔면체형Example 1-4: hexahedron
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(400)의 제1 구조체와 같은 육팔면체형 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(400)와 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다. 이러한 몰드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(400)를 제조하였다.In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has the same hexahedral shape as the first structure of the tensor
실시예 1-5: 계층형 삼각 프리즘형Example 1-5: Hierarchical Triangular Prism
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(500)의 제1 구조체와 같은 계층형 삼각 프리즘형 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(500)와 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다. 이러한 몰드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(300)를 제조하였다.In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has the same hierarchical triangular prismatic shape as the first structure of the tensor
실시예 2: 수지 재료에 따른 자기장 인가에 의한 운동 변위 변화Example 2: Change in kinetic displacement by applying a magnetic field according to a resin material
실시예 2-1Example 2-1
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)의 제1 구조체와 같은 이십면체형 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 폴리락트산(PLA) 수지 대신에 상기 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지를 사용하여 제2 구조 부재를 제조하되, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)와 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다.In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has an icosahedral shape like the first structure of the tensor
자성 입자 및 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지(Dow Corning, Sylgard 184) 총 중량 100 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 30 중량부가 되도록 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 진공 오븐에서 5분 동안 보관하여 탈기시키고, 주입 장비(A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf)를 이용하여 상기 몰드 내의 유로(Channel)에 주입하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물의 주입이 완료된 몰드는 알루미늄 호일(foil)로 포장되어 80℃에서 6시간 동안 경화되었다. To 100 parts by weight of the total weight of the magnetic particles and polydimethylsiloxane (PDMS) resin (Dow Corning, Sylgard 184), 30 parts by weight of magnetic particles (Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming a first structural member. prepared. The composition for forming the first structural member was stored in a vacuum oven for 5 minutes, degassed, and injected into a channel in the mold using an injection device (A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf). The mold, in which the injection of the composition for forming the first structural member was completed, was wrapped in aluminum foil and cured at 80° C. for 6 hours.
이어서, 상기 몰드를 수중 챔버(water chamber)에서 24시간 동안 보관하여 PVA 영역을 용해시킴으로써 도 7의 (a)와 같은 이십면체형 제1 구조체와 제2 구조체를 갖는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다. 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 모두 PDMS 수지를 포함한다.Then, the mold was stored in a water chamber for 24 hours to dissolve the PVA region to prepare a tensor grit structure composite having an icosahedral first structure and a second structure as shown in FIG. . Both the first structure and the second structure include a PDMS resin.
실시예 2-2Example 2-2
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)의 제1 구조체와 같은 이십면체형 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 폴리락트산(PLA) 수지를 사용하여 제2 구조 부재를 제조하되, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)와 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다.In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has an icosahedral shape like the first structure of the tensor
자성 입자 및 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지(Dow Corning, Sylgard 184) 총 중량 100 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)가 30 중량부 혼합되도록 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 진공 오븐에서 5분 동안 보관하여 탈기시키고, 주입 장비(A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf)를 이용하여 상기 몰드 내의 유로(Channel)에 주입하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물의 주입이 완료된 몰드는 알루미늄 호일(foil)로 포장되어 80℃에서 6시간 동안 경화되었다. A composition for forming a first structural member was prepared so that 30 parts by weight of magnetic particles (Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069) were mixed with respect to 100 parts by weight of the total weight of the magnetic particles and the polydimethylsiloxane (PDMS) resin (Dow Corning, Sylgard 184). did. The composition for forming the first structural member was stored in a vacuum oven for 5 minutes, degassed, and injected into a channel in the mold using an injection device (A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf). The mold, in which the injection of the composition for forming the first structural member was completed, was wrapped in aluminum foil and cured at 80° C. for 6 hours.
이어서, 상기 몰드를 수중 챔버(water chamber)에서 24시간 동안 보관하여 PVA 영역을 용해시킴으로써 도 7의 (b)와 같은 이십면체형 제1 구조체와 제2 구조체를 갖는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다. 상기 제1 구조체는 PDMS 수지를 포함하고, 상기 제2 구조체는 모두 PLA 수지를 포함한다.Then, the mold was stored in a water chamber for 24 hours to dissolve the PVA region to prepare a tensor grit structure composite having an icosahedral first structure and a second structure as shown in FIG. 7(b). . The first structure includes a PDMS resin, and the second structure includes all of the PLA resin.
실시예 2-3Example 2-3
상기 실시에 1-2와 동일한 방법으로 도 7의 (c)와 같은 이십면체형 제1 구조체와 제2 구조체를 갖는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다. 상기 제1 구조체는 실리콘 수지 대 PDMS 수지가 5:5의 중량비로 혼합된 수지 혼합물을 포함하고, 상기 제2 구조체는 PLA 수지를 포함한다. In the same manner as in Example 1-2, a tensor grit structure composite having an icosahedral first structure and a second structure as shown in FIG. 7(c) was prepared. The first structure includes a resin mixture in which a silicone resin to a PDMS resin is mixed in a weight ratio of 5:5, and the second structure includes a PLA resin.
실시예 2-4Example 2-4
자성 입자 및 실리콘 수지(Ecoflex 00-30) 총 중량 100 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 30 중량부가 되도록 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조하여 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2-2와 동일한 방법으로 도 7의 (d)와 같은 이십면체형 제1 구조체와 제2 구조체를 갖는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다. 상기 제1 구조체는 실리콘 수지를 포함하고, 상기 제2 구조체는 PLA 수지를 포함한다. With respect to 100 parts by weight of the total weight of magnetic particles and silicone resin (Ecoflex 00-30), magnetic particles (Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069) were mixed so as to be 30 parts by weight to prepare and apply a composition for forming the first structural member , A tensor grit structure composite material having an icosahedral first structure and a second structure as shown in FIG. 7(d) was prepared in the same manner as in Example 2-2. The first structure includes a silicone resin, and the second structure includes a PLA resin.
실시예 2-5Example 2-5
상기 제조예 1에서 제1 구조 부재가 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)의 제1 구조체와 같은 이십면체형 형상을 이루도록 유로(Channel)가 설계되고, 상기 폴리락트산(PLA) 수지 대신에 상기 실리콘 수지(Ecoflex 00-30) 를 사용하여 제2 구조 부재를 제조하되, 상기 제2 구조체가 상기 제1 구조체와 상기 도 3의 (a)의 텐서그리티 구조 복합재(200)와 같은 연결점을 갖도록 상기 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다.In Preparation Example 1, a channel is designed such that the first structural member has an icosahedral shape like the first structure of the tensor
이러한 몰드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2-4와 동일한 방법으로 도 7의 (e)와 같은 이십면체형 제1 구조체와 제2 구조체를 갖는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다. 상기 제1 구조체 및 상기 제2 구조체는 모두 실리콘 수지(Ecoflex 00-30)를 포함한다. Except for using such a mold, a tensor grit structure composite material having an icosahedral first structure and a second structure as shown in FIG. 7(e) was prepared in the same manner as in Example 2-4. Both the first structure and the second structure include a silicone resin (Ecoflex 00-30).
실시예 3: 자성 재료에 따른 자기장 인가에 의한 운동 변위 변화Example 3: Change in kinetic displacement by applying a magnetic field according to a magnetic material
실시예 3-1Example 3-1
상기 실시예 1-2에 있어서, 상기 PDMS 수지 대 상기 실리콘 수지를 2:8의 중량비로 혼합한 수지 혼합물 95 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 5 중량부 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조한 것을 제외하고 동일한 방법으로 이십면체형 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다.In Example 1-2, with respect to 95 parts by weight of the resin mixture obtained by mixing the PDMS resin and the silicone resin in a weight ratio of 2:8, 5 parts by weight of magnetic particles (Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069) were mixed. 1 A tensor grit structure composite including the first icosahedral structure was prepared in the same manner except that the composition for forming a structural member was prepared.
실시예 3-2Example 3-2
상기 수지 혼합물 90 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 10 중량부 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조한 것을 제외하고 상기 3-1과 동일한 방법으로 이십면체형 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다.With respect to 90 parts by weight of the resin mixture, 10 parts by weight of magnetic particles (Fe 3 O 4 , Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming the first structural member. A tensor grit structure composite including a tetrahedral first structure was prepared.
실시예 3-3Example 3-3
상기 수지 혼합물 85 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 15 중량부 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조한 것을 제외하고 상기 3-1과 동일한 방법으로 이십면체형 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다.With respect to 85 parts by weight of the resin mixture, 15 parts by weight of magnetic particles (Fe 3 O 4 , Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming the first
실시예 3-4Example 3-4
상기 수지 혼합물 80 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 20 중량부 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조한 것을 제외하고 상기 3-1과 동일한 방법으로 이십면체형 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다.With respect to 80 parts by weight of the resin mixture, 20 parts by weight of magnetic particles (Fe 3 O 4 , Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming the first structural member. A tensor grit structure composite including a tetrahedral first structure was prepared.
실시예 3-5Example 3-5
상기 수지 혼합물 75 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 25 중량부 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조한 것을 제외하고 상기 3-1과 동일한 방법으로 이십면체형 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다.With respect to 75 parts by weight of the resin mixture, 25 parts by weight of magnetic particles (Fe 3 O 4 , Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming the first
실시예 3-6Example 3-6
상기 수지 혼합물 70 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069)를 30 중량부 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조한 것을 제외하고 상기 3-1과 동일한 방법으로 이십면체형 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 복합재를 제조하였다.With respect to 70 parts by weight of the resin mixture, 30 parts by weight of magnetic particles (Fe 3 O 4 , Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming the first
실시예 4: 텐서그리티 구조 유닛의 조합에 의한 선형 복합체Example 4: Linear Composite by Combination of Tensorgrity Structural Units
실시예 4-1Example 4-1
상기 제조예 1에서, 도 5의 (a)의 텐서그리티 복합 구조체와 같이 정사면체 형상의 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 유닛 6개가 선형 연결되되, 연결수(coordination number)가 4인 형상을 이루도록 제1 구조 부재를 위한 유로(Channel)의 형상이 설계되고, 상기 도 5의 (a)와 같이 상기 제2 구조체와 상기 제1 구조체가 상호 연결점을 가지면서, 상기 제2 구조 부재 간의 연결점도 존재하는 형상을 이루도록 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다. 상기 연결수(coordination number)는 인접한 두 유닛의 연결점에서 제2 구조 부재의 말단점 두 곳 중 한 곳에 연결된 제1 구조 부재의 개수로 정의된다. In Preparation Example 1, six tensor grity structural units including a tetrahedral-shaped first structure are linearly connected as shown in the tensor grit complex structure of FIG. The shape of the channel for the first structural member is designed to achieve A mold in which the second structural member is disposed was prepared to form a shape that also exists. The coordination number is defined as the number of first structural members connected to one of two endpoints of a second structural member at a junction of two adjacent units.
폴리디메틸실록산(PDMS) 수지(Dow Corning, Sylgard 184) 및 실리콘 수지(Ecoflex 00-30)을 준비하고, 상기 PDMS 수지 대 상기 실리콘 수지를 2:8의 중량비로 혼합하여 수지 혼합물을 제조하였다. 상기 수지 혼합물 70 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069) 30 중량부를 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 진공 오븐에서 5분 동안 보관하여 탈기시키고, 주입 장비(A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf)를 이용하여 상기 몰드 내의 유로(Channel)에 주입하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물의 주입이 완료된 몰드는 알루미늄 호일(foil)로 포장되어 80℃에서 6시간 동안 경화되었다. A polydimethylsiloxane (PDMS) resin (Dow Corning, Sylgard 184) and a silicone resin (Ecoflex 00-30) were prepared, and a resin mixture was prepared by mixing the PDMS resin to the silicone resin in a weight ratio of 2:8. With respect to 70 parts by weight of the resin mixture, 30 parts by weight of magnetic particles (Fe 3 O 4 , Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming a first structural member. The composition for forming the first structural member was stored in a vacuum oven for 5 minutes, degassed, and injected into a channel in the mold using an injection device (A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf). The mold, in which the injection of the composition for forming the first structural member was completed, was wrapped in aluminum foil and cured at 80° C. for 6 hours.
이어서, 상기 몰드를 수중 챔버(water chamber)에서 24시간 동안 보관하여 PVA 영역을 용해시킴으로써 도 5의 (a)와 같은 형상의 텐서그리티 구조 선형 복합체를 제조하였다.Then, the mold was stored in a water chamber for 24 hours to dissolve the PVA region to prepare a linear composite having a tensor grit structure as shown in FIG. 5 (a).
실시예 4-2Example 4-2
도 5의 (b)의 텐서그리티 복합 구조체와 같이 정사면체 형상의 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 유닛 6개가 선형 연결되되, 연결수(coordination number)가 5가 되도록 연결된 형상을 이루도록 제1 구조 부재를 위한 유로(Channel)의 형상이 설계되고, 상기 도 5의 (b)와 같이 상기 제2 구조체와 상기 제1 구조체가 상호 연결점을 가지면서, 상기 제2 구조 부재 간의 연결점도 존재하는 형상을 이루도록 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 4-1과 동일한 방법으로 도 5의 (b)와 같은 형상의 텐서그리티 구조 선형 복합체를 제조하였다. Like the tensorgrity complex structure of FIG. 5(b), six tensorgrity structural units including a tetrahedral-shaped first structure are linearly connected, and the first A shape of a channel for a structural member is designed, and as shown in FIG. 5B , the second structure and the first structure have interconnection points, and a connection point between the second structural members is also present. A tensor grit structure linear composite having the shape as shown in (b) of FIG. 5 was prepared in the same manner as in Example 4-1, except that a mold in which the second structural member was disposed was used to form .
실시예 4-3Example 4-3
도 5의 (c)의 텐서그리티 복합 구조체와 같이 정사면체 형상의 제1 구조체를 포함하는 텐서그리티 구조 유닛 6개가 선형 연결되되, 연결수(coordination number)가 6인 형상을 이루도록 제1 구조 부재를 위한 유로(Channel)의 형상이 설계되고, 상기 도 5의 (c)와 같이 상기 제2 구조체와 상기 제1 구조체가 상호 연결점을 가지면서, 상기 제2 구조 부재 간의 연결점도 존재하는 형상을 이루도록 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 4-1과 동일한 방법으로 도 5의 (c)와 같은 형상의 텐서그리티 구조 선형 복합체를 제조하였다.Like the tensorgrity complex structure of FIG. 5(c), six tensorgrity structural units including a first structure having a tetrahedral shape are linearly connected, and the first structural member to form a shape having a coordination number of 6. The shape of the channel is designed for, and as shown in FIG. 5(c), the second structure and the first structure have interconnection points, and the connection points between the second structural members also exist. A tensor grit structure linear composite having the shape as shown in FIG. 5(c) was prepared in the same manner as in Example 4-1, except that the mold on which the second structural member was disposed was used.
실시예 5: 텐서그리티 구조 유닛의 조합에 의한 격자형 복합체 Example 5: Lattice Composite by Combination of Tensorgrity Structural Units
상기 제조예 1에서, 도 8의 텐서그리티 복합 구조체(900)와 같이 이십면체 형상의 제1 구조체 유닛(810)과 그 내부의 제2 구조체 유닛(820)를 포함하는 텐서그리티 구조 유닛(800)이 격자형으로 연결되되, 가로, 세로 및 높이 각각 5개의 텐서그리티 구조 유닛이 연결되어 전체적으로 육면체 형상의 제1 구조체(910)를 위한 제1 구조 부재용 유로(Channel)가 설계되고, 제2 구조체(920)가 상기 제1 구조체(910)와 상기 도 8과 같이 상호 연결점을 가지도록 제2 구조 부재가 배치된 몰드를 준비하였다. In Preparation Example 1, a tensor grit structure unit ( 800) is connected in a lattice type, and five tensor grit structural units are connected in each of the horizontal, vertical and height to design a channel for the first structural member for the
폴리디메틸실록산(PDMS) 수지(Dow Corning, Sylgard 184) 및 실리콘 수지(Ecoflex 00-30)을 준비하고, 상기 PDMS 수지 대 상기 실리콘 수지를 2:8의 중량비로 혼합하여 수지 혼합물을 제조하였다. 상기 수지 혼합물 70 중량부에 대하여, 자성 입자(Fe3O4, Sigama Aldrich, 310069) 30 중량부를 혼합하여 제1 구조 부재 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 진공 오븐에서 5분 동안 보관하여 탈기시키고, 주입 장비(A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf)를 이용하여 상기 몰드 내의 유로(Channel)에 주입하였다. 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물의 주입이 완료된 몰드는 알루미늄 호일(foil)로 포장되어 80℃에서 6시간 동안 경화되었다. A polydimethylsiloxane (PDMS) resin (Dow Corning, Sylgard 184) and a silicone resin (Ecoflex 00-30) were prepared, and a resin mixture was prepared by mixing the PDMS resin to the silicone resin in a weight ratio of 2:8. With respect to 70 parts by weight of the resin mixture, 30 parts by weight of magnetic particles (Fe 3 O 4 , Sigama Aldrich, 310069) were mixed to prepare a composition for forming a first structural member. The composition for forming the first structural member was stored in a vacuum oven for 5 minutes, degassed, and injected into a channel in the mold using an injection device (A NORM-JECT syringe, Henke Sass Wolf). The mold, in which the injection of the composition for forming the first structural member was completed, was wrapped in aluminum foil and cured at 80° C. for 6 hours.
이어서, 상기 몰드를 수중 챔버(water chamber)에서 24시간 동안 보관하여 PVA 영역을 용해시킴으로써 도 8과 같이 가로, 세로 및 높이가 각각 8.9cm인 육면체 격자 형상의 텐서그리티 구조 복합재(900)를 제조하였다.Then, by dissolving the PVA region by storing the mold in a water chamber for 24 hours, as shown in FIG. 8 , a tensor grating structure composite 900 having a hexahedral lattice shape of 8.9 cm in width, length and height is prepared. did.
<평가><Evaluation>
실험예 1: 기계적 이방성 평가Experimental Example 1: Evaluation of mechanical anisotropy
상기 실시예 1-2 내지 1-5의 텐서그리티 구조 복합재들은 모두 전체적인 형상은 상이하지만 6개의 제2 구조 부재로 이루어진 제2 구조체 및 24개의 제1 구조 부재로 이루어진 제1 구조체로 이루어져 있다. Although the tensor grit structure composites of Examples 1-2 to 1-5 have different overall shapes, they consist of a second structure composed of 6 second structural members and a first structure composed of 24 first structural members.
도 9의 (a) 내지 (d)에는 상기 실시예 1-2 내지 1-5의 각 텐서그리티 구조 복합재의 자기장 인가에 따른 운동 변위의 방향 선택성이 나타나 있다. 도 9을 참조할 때, 상기 실시예 1-2 및 1-4의 텐서그리티 구조 복합재는 각각 이의 제1 구조체가 이십면체형인 경우 및 육팔면체인 경우로서 X축 자기장 인가와 Z축 자기장 인가에 대한 운동 변위의 차이가 크기 않으나, 상기 실시예 1-3 및 1-5의 텐서그리티 구조 복합재는 제1 구조체가 각각 육각기둥 프리즘형인 경우와 계층형 삼각 프리즘형인 경우로서 Z축 방향에 대한 자기장 인가의 인장 운동 변위가 X축 방향에 대한 자기장 인가의 인장 운동 변위보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시예 1-3 및 1-5의 텐서그리티 구조 복합재는, 상기 실시예 1-2 및 1-4의 텐서그리티 구조 복합재와 동일 재질 및 동일 개수의 제1 구조 부재와 제2 구조 부재를 사용한 경우지만, 형태적 차이에 의하여, 상기 실시예 1-2 및 1-4의 텐서그리티 구조 복합재와 달리, 기계적 이방성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.9 (a) to (d) show the directional selectivity of the kinetic displacement according to the magnetic field application of each of the tensor grit structure composites of Examples 1-2 to 1-5. Referring to FIG. 9 , the tensor-grity structure composite of Examples 1-2 and 1-4 has an X-axis magnetic field applied and a Z-axis magnetic field applied when its first structure is an icosahedron and a hexahedron, respectively. Although the difference in kinetic displacement is not large, the tensor-grity structure composite of Examples 1-3 and 1-5 is a case in which the first structure is a hexagonal prism type and a hierarchical triangular prism type, respectively, with respect to the Z-axis direction. It was confirmed that the tensile displacement of the magnetic field application was larger than the tensile displacement of the magnetic field application in the X-axis direction. That is, the tensor grit structure composites of Examples 1-3 and 1-5 have the same material and the same number of first and second structural members as the tensor grit structure composites of Examples 1-2 and 1-4. In the case of using a structural member, it was confirmed that, unlike the tensor grit structure composites of Examples 1-2 and 1-4, mechanical anisotropy was observed due to morphological differences.
실험예 2: 선형 복합체의 연결점에 따른 운동 특성Experimental Example 2: Kinetic characteristics according to the connection point of the linear complex
상기 실시예 2-1 내지 2-5의 텐서그리티 구조 복합재 각각에 대하여, 도 7에 도시된 바와 같이 250mT의 자기장을 인가하여 형태 변형을 확인하였다. 도 7의 (a) 내지 (e)는 각각 상기 실시예 2-1 내지 2-5의 변형 결과를 나타내고 있다. 상기 PDMS 수지의 본질적 탄성 모듈러스가 2420 KPa이고, 상기 실리콘 수지의 탄성 모듈러스(elastic modulus)가 140 KPa임을 참조할 때, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 매트리스 수지로서 모두 상기 실리콘 수지만 사용한 실시예 2-5의 텐서그리티 구조 복합재는 자기장은 인가하기 전부터 형태 유지가 불가능한 것을 확인할 수 있었고, 자기장 인가 후에는 형태가 완전히 무너진 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 매트리스 수지로서 모두 상기 PDMS 수지를 사용한 실시예 2-1의 텐서그리티 구조 복합재는 자기장 인가에 의해서도 약 28% 정도의 형태 변형만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 형태 변형도는 하기 식 1과 같이 자기장 인가 전의 텐서그리티 구조 복합재의 높이(Hi)에 대한 자기장 인가 후의 텐서그리티 구조 복합재의 높이(Hf) 변화 정도의 백분율로 나타낸다. For each of the tensor grit structure composites of Examples 2-1 to 2-5, shape deformation was confirmed by applying a magnetic field of 250 mT as shown in FIG. 7 . 7 (a) to (e) show the modified results of Examples 2-1 to 2-5, respectively. When referring to that the intrinsic elastic modulus of the PDMS resin is 2420 KPa and the elastic modulus of the silicone resin is 140 KPa, both the first structure and the second structure use only the silicone resin as the matrix resin It could be confirmed that the tensor grit structure composite of Example 2-5 could not maintain its shape before the magnetic field was applied, and it was confirmed that the shape was completely destroyed after the magnetic field was applied. On the other hand, it was confirmed that the tensor grit structure composite of Example 2-1 using the PDMS resin as the matrix resin of the first structure and the second structure showed only about 28% shape deformation even by the application of a magnetic field. . The shape deformation degree is expressed as a percentage of the degree of change in the height (Hf) of the tensor-grity-structured composite after the magnetic field is applied to the height (Hi) of the tensor-grity-structured composite before the magnetic field is applied as shown in Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
형태 변형도(%) = (Hi - Hf)/Hi ⅹ 100Shape strain (%) = (Hi - Hf)/Hi x 100
나아가, 상기 제2 구조체로서 PLA 수지를 적용하면서 상기 제1 구조체의 매트리스 수지로 각각 PDMS 수지, PDMS 수지와 실리콘 수지의 혼합 수지(5:5의 중량비) 및 실리콘 수지를 적용한 실시예 2-2, 2-3 및 2-4의 경우 전술한 탄성 모듈러스의 경향성에 상응하는 자기장 자극-반응을 나타냄을 확인할 수 있었다. Further, while applying the PLA resin as the second structure, Example 2-2 in which PDMS resin, a mixed resin of PDMS resin and silicone resin (weight ratio of 5:5) and silicone resin are applied as the mattress resin of the first structure, respectively, In the case of 2-3 and 2-4, it was confirmed that the magnetic field stimulus-response corresponding to the aforementioned tendency of the elastic modulus was exhibited.
즉, 상기 실시예 2-2 내지 2-4의 경우, 약 30% 내지 약 80%, 예를 들어, 약 30% 내지 약 60%의 형태 변형도를 나타내었다.That is, in the case of Examples 2-2 to 2-4, about 30% to about 80%, for example, about 30% to about 60% of shape deformation was shown.
실험예 3: 자성 입자 함량에 따른 자기장 자극-반응 평가Experimental Example 3: Magnetic field stimulation-response evaluation according to magnetic particle content
도 10은 상기 실시예 3-1 내지 3-6의 자성 입자의 함량에 따른 자기장 자극-반응 평가 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 상기 실시예 3-1 내지 3-6의 텐서그리티 구조 복합재는 동일한 재질의 매트리스 수지를 적용한 제1 구조체와 제2 구조체를 각각 동일한 개수 및 동일한 형태로 적용한 것으로서, 상기 제1 구조체 중의 자성 입자의 함량을 자성입자 및 수지 총 중량 100 중량부 대비 5, 10, 15, 20, 25, 30 중량부로 증가시킨 것이다. 이때 상기 식 1에 의한 형태 변형도는 자성 입자의 함량이 증가함에 따라 커지는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 형상은 동일하더라도 자성 입자의 함량에 따라 자극의 반응 정도를 조절 가능함을 확인할 수 있었다.10 is a graph showing magnetic field stimulation-response evaluation results according to the content of magnetic particles of Examples 3-1 to 3-6. The tensor grit structure composite of Examples 3-1 to 3-6 is applied to the first structure and the second structure to which the matrix resin of the same material is applied, respectively, in the same number and in the same shape, and the magnetic particles in the first structure The content was increased to 5, 10, 15, 20, 25, 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the magnetic particles and the resin. At this time, it was confirmed that the degree of shape deformation according to Equation 1 increased as the content of magnetic particles increased. That is, it was confirmed that the degree of stimuli response can be adjusted according to the content of magnetic particles even though the shape is the same.
실험예 4: 선형 복합체의 연결점에 따른 운동 특성Experimental Example 4: Kinetic properties according to the connection point of the linear composite
도 11의 (a) 내지 (c)는 각각 상기 실시예 4-1 내지 4-3의 텐서그리티 구조 복합재에 자기장을 인가하여 인장 운동시킨 사진을 도시한 것이고, 도 12의 (a) 내지 (c)는 각각 상기 실시예 4-1 내지 4-3의 텐서그리티 구조 복합재에 자기장을 인가하여 굴곡 운동시킨 사진을 도시한 것이다. 도 11 및 도 12을 참조할 때, 상기 텐서그리티 구조 유닛(unit)들의 연결점이 많아질수록 구조적 강성이 강해져 인장 운동 변위와 굴곡 운동 변위가 감소하는 것을 확인할 수 있다.11 (a) to (c) are photographs showing tensile motion by applying a magnetic field to the tensor grit structure composites of Examples 4-1 to 4-3, respectively, and FIGS. 12 (a) to (c) c) shows photographs of bending motion by applying a magnetic field to the tensor grit structure composites of Examples 4-1 to 4-3, respectively. 11 and 12 , it can be seen that as the number of connection points of the tensor grit structural units increases, the structural rigidity increases, so that the tensile displacement and the flexural displacement are reduced.
실험예 5: 격자형 복합체의 운동 특성Experimental Example 5: Kinetic properties of lattice-type composites
도 13는 상기 실시예 5의 격자형 텐서그리티 구조 복합재에 대하여 외부 자극을 가했을 때의 운동 특성에 대해 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, 도 13는 무응력(a), 압축 응력(b), X축 전단 응력(c), X축 및 Y축 전단 응력(d), 비틀림 응력(e)을 가했을 때의 측면(side) 및 상면(top)에서 관측한 변형을 사진으로 나타낸 것이다. 도 13을 참조할 때, 상기 격자형 텐서그리티 구조 복합재는 압축 응력에 대해서는 어느 정도 강성을 갖지만, 전단 응력 및 비틀림 응력에 대해서는 큰 변형을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.13 shows the motion characteristics when an external stimulus is applied to the lattice-type tensor grit structure composite of Example 5. FIG. More specifically, FIG. 13 is a side view when no stress (a), compressive stress (b), X-axis shear stress (c), X-axis and Y-axis shear stress (d), and torsional stress (e) are applied ) and the deformation observed from the top are shown in photographs. Referring to FIG. 13 , it was confirmed that the lattice-type tensor grit structure composite material had a certain degree of stiffness with respect to compressive stress, but exhibited large deformation with respect to shear stress and torsional stress.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 900: 텐서그리티 구조 복합재
10, 210, 310, 410, 510, 610, 910: 제1 구조체
11, 211, 311, 411, 511, 611: 제1 구조 부재
20, 220, 320, 420, 520, 620, 920: 제2 구조체
21, 221, 321, 421, 521, 621: 제2 구조 부재
700, 800: 텐서그리티 구조 유닛
710, 810: 제1 구조체 유닛
720, 820: 제2 구조체 유닛
101: 몰드
111: 유로
121: 제2 구조 부재
131: 바탕재
202: 제1 구조 부재 형성용 조성물
212: 제1 수지
222: 자성 입자
303: 핫-플레이트
404: 수중 챔버100, 200, 300, 400, 500, 600, 900: Tensorgrity Structural Composites
10, 210, 310, 410, 510, 610, 910: first structure
11, 211, 311, 411, 511, 611: first structural member
20, 220, 320, 420, 520, 620, 920: second structure
21, 221, 321, 421, 521, 621: second structural member
700, 800: Tensorgrity structure unit
710, 810: first structure unit
720, 820: second structure unit
101: mold
111: Euro
121: second structural member
131: base material
202: composition for forming a first structural member
212: first resin
222: magnetic particles
303: hot-plate
404: underwater chamber
Claims (11)
상기 제1 구조체는 복수의 제1 구조 부재를 포함하고, 상기 복수의 제1 구조 부재의 각 말단점이 서로 직접 연결된 3차원 망상 구조체이며,
상기 제2 구조체는 상기 제1 구조 부재의 말단점 중 적어도 일부의 말단점과 직접 연결된 말단점을 갖는 복수의 제2 구조 부재를 포함하며, 상기 복수의 제2 구조 부재가 서로 직접 연결되지 않거나, 부분적으로 서로 직접 연결 배열된 3차원 구조체이고,
상기 제2 구조체는 상기 제1 구조체의 내부에 위치하며,
상기 제1 구조 부재는 제1 수지 및 자성 입자를 포함하며,
상기 제2 구조 부재는 제2 수지, 저융점합금(LMPA, Low Melting Point Alloy) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인,
텐서그리티 구조 복합재.
a first structure and a second structure;
The first structure is a three-dimensional network structure including a plurality of first structural members, and each end point of the plurality of first structural members is directly connected to each other,
wherein the second structure comprises a plurality of second structural members having endpoints directly connected to endpoints of at least some of the endpoints of the first structural members, wherein the plurality of second structural members are not directly connected to each other; It is a three-dimensional structure that is partially directly connected to each other and arranged.
The second structure is located inside the first structure,
The first structural member includes a first resin and magnetic particles,
The second structural member will include a second resin, a low melting point alloy (LMPA, Low Melting Point Alloy) or a combination thereof,
Tensorgrity structural composites.
상기 제1 수지는 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 수지, 에폭시 수지, 겔(gel) 수지, 테플론(Teflon) 수지, 불화실리콘(FKM) 수지, 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는,
텐서그리티 구조 복합재.
According to claim 1,
The first resin is a silicone resin, a polydimethylsiloxane (PDMS) resin, an epoxy resin, a gel resin, a Teflon resin, a fluorinated silicone (FKM) resin, a polyacrylic rubber resin, and these resins. comprising one selected from the group consisting of a combination of
Tensorgrity structural composites.
상기 자성 입자는 순철, 산화철(Fe3O4), Nd-Fe-B 합금, 니켈, 코발트, Fe-Nd 합금, Fe-Si합금, Fe-Al합금, Fe-Si-Al합금, Ni-Zn페라이트, Cu-Zn페라이트, Mn-Zn페라이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는,
텐서그리티 구조 복합재.
According to claim 1,
The magnetic particles include pure iron, iron oxide (Fe3O4), Nd-Fe-B alloy, nickel, cobalt, Fe-Nd alloy, Fe-Si alloy, Fe-Al alloy, Fe-Si-Al alloy, Ni-Zn ferrite, Cu -Zn ferrite, including one selected from the group consisting of Mn-Zn ferrite and combinations thereof,
Tensorgrity structural composites.
상기 제2 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 수지, 폴리락트산(PLA, Poly Lactic Acid) 수지, 열가소성 폴리우레탄(TPU, Thermoplastic Polyurethane) 수지, 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 수지, 폴리에틸렌(PE, Polyethylene) 수지, 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, Polyethyleneterephthalate) 수지, 나일론(Nylon) 수지, 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 수지, 니트릴-부타디엔 고무(NBR) 수지, 카르복실화 NBR(X-NBR) 수지, 이소프렌 수지, 클로로프렌 수지, 부틸 고무 수지, 불소 고무 수지, 우레탄 수지, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 수지, 세라믹; 금속; 또는 목재가 포함된 복합재 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는,
텐서그리티 구조 복합재.
According to claim 1,
The second resin is acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) resin, polylactic acid (PLA, Poly Lactic Acid) resin, thermoplastic polyurethane (TPU, Thermoplastic Polyurethane) resin, polypropylene (PP, Polypropylene) resin, polyethylene (PE, Polyethylene) resin, polycarbonate (PC, Polycarbonate) resin, polyethylene terephthalate (PET, Polyethyleneterephthalate) resin, nylon (Nylon) resin, silicone resin, polydimethylsiloxane (PDMS, Polydimethylsiloxane) resin, nitrile-butadiene rubber (NBR) resin, carboxylated NBR (X-NBR) resin, isoprene resin, chloroprene resin, butyl rubber resin, fluororubber resin, urethane resin, styrene butadiene rubber (SBR) resin, ceramic; metal; Or comprising one selected from the group consisting of composite resins containing wood and combinations thereof,
Tensorgrity structural composites.
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는, 상기 복수의 제1 구조 부재가 서로 연결된 말단점; 상기 복수의 제2 구조 부재가 서로 연결된 말단점; 및 상기 제1 구조 부재와 상기 제2 구조 부재가 서로 연결된 말단점을 유지한 상태로, 동시에 인장 또는 수축 운동 가능한
텐서그리티 구조 복합재.
According to claim 1,
The first structure and the second structure may include an end point at which the plurality of first structure members are connected to each other; an end point at which the plurality of second structural members are connected to each other; and a state in which the first structural member and the second structural member maintain an end point connected to each other and simultaneously perform a tensile or contractile motion.
Tensorgrity structural composites.
자기장을 인가하여 상기 인장 또는 수축운동이 가능한,
텐서그리티 구조 복합재.
7. The method of claim 6,
By applying a magnetic field, the tension or contraction movement is possible,
Tensorgrity structural composites.
상기 제1 구조 부재 및 상기 제2 구조 부재는 각각의 길이 방향에 수직한 단면 직경이 300㎛ 내지 30mm인,
텐서그리티 구조 복합재.
According to claim 1,
The first structural member and the second structural member have a cross-sectional diameter perpendicular to each longitudinal direction of 300㎛ to 30mm,
Tensorgrity structural composites.
상기 제1 구조체가 원통형 구조체이고,
상기 제1 구조체의 직경 30mm 및 높이 50mm 기준 상기 제1 구조 부재가 6개 내지 240개 포함되고, 상기 제2 구조 부재가 3개 내지 60개 포함되는
텐서그리티 구조 복합재.
According to claim 1,
The first structure is a cylindrical structure,
Based on a diameter of 30 mm and a height of 50 mm of the first structure, 6 to 240 of the first structural members are included, and 3 to 60 of the second structural members are included
Tensorgrity structural composites.
제1 수지 및 자성 입자를 포함하는 제1 구조 부재 형성용 조성물을 준비하는 단계;
상기 몰드의 유로에 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 주입하는 단계;
상기 몰드에 주입된 상기 제1 구조 부재 형성용 조성물을 경화시키는 단계; 및
상기 몰드를 제거하는 단계를 포함하는,
텐서그리티 구조 복합재의 제조방법.
preparing a mold having a flow path corresponding to a desired shape of the first structural member and a second structural member;
preparing a composition for forming a first structural member including a first resin and magnetic particles;
injecting the composition for forming the first structural member into the flow path of the mold;
curing the composition for forming the first structural member injected into the mold; and
removing the mold;
A method for manufacturing a tensorgrity structural composite.
상기 몰드는 3D 프린팅 방법으로 제조되는,
텐서그리티 구조 복합재의 제조방법.11. The method of claim 10,
The mold is manufactured by a 3D printing method,
A method for manufacturing a tensorgrity structural composite.
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---|---|---|---|---|
US20070151202A1 (en) * | 2005-12-10 | 2007-07-05 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Actuable structures and methods of fabrication and use |
JP2009194982A (en) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Konica Minolta Holdings Inc | Movable tensegrity structure equipped with electrode structure |
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