KR102331731B1 - 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법 - Google Patents

공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 탄소섬유복합재의 적층구조에 따른 가공결함정보를 준비하는 단계, (b) 가공하고자 하는 최종제품에 대한 설계정보를 설정하는 단계, (c) 설계정보에 따라 상기 최종제품을 가공하기 위한 가공정보를 생성하는 단계, (d) 가공정보와 상기 가공결함정보를 매칭한 매칭정보를 생성하는 단계, (e) 매칭정보에 따라 상기 최종제품의 가공결함을 최소화시키는 적층경로정보를 도출하는 단계 및 (f) 적층경로정보에 따라 적어도 하나의 탄소섬유복합재를 적층하여 최종제품을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법을 제공한다.

Description

공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법{A Method for generating the lamination path of carbon fiber reinforced plastics considering the machining angle and machining direction of the tool}
본 발명은 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후가공 시 가공결함을 최소화시키기 위해 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 섬유방향 및 섬유적층배열을 변경하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에 관한 것이다.
현재의 산업은 기술의 발달로 인하여 경량화, 내열성, 전기전도성 등의 고성능을 구비한 첨단 재료의 발달로 진행되고 있다. 첨단재료 중 복합재료는 모양과 화학조성이 다른 두 가지 이상의 재료를 물리적으로 결합하여 단일소재에서는 볼 수 없는 복수의 기능 및 목적에 적합한 특성을 실현한 재료이다. 탄소복합재료는 특유의 경량, 고강도 특성을 살릴 수 있는 자동차, 우주, 항공, 전기, 전자, 토목, 건축, 생체, 의료 재료 등 다양한 분야에서 사용되고 있는 신소재이다. 탄소관련 복합소재 중 하나인 탄소강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics: 이하 CFRP)은 고내열성, 고강도, 내열충격성을 보유한 재료로 평가되고 있으며, 내약품성, 화학적 불활성 및 생체 친화성이 우수한 재료이다.
CFRP는 이종재료의 조합에 의한 복합재료이기 때문에 불균질. 이방성 등의 성질을 가지고 있으며, 충격 시 파손과 손상의 형태도 매우 복잡하여 이를 해석하고 판단하는데 매우 어려운 부분이 있어 많은 연구가 진행되고 있다.
기존의 Al재료로 제작되던 항공기 구조물, 자동차 구조물들이 근래에는 경량화를 위해 복합재(CFRP) 외피와 Metal(Al, Ti)보강재로 폭넓게 변경되어 가는 추세이며, Fastener 종류 또한 Riveting이 불가능한 CFRP 소재의 특성과 항공기 외부 공지저항을 줄이기 위해 접시머리 볼트와 너트의 조합으로 변경되어 가는 추세이다.
그러나, 상기한 종래기술은 Hole공차 또한 Tight(Max .03mm이내)하고 CFRP소재는 난삭재로서 Metal 소재와 Multi Stackup으로 구성될 경우 한번에 원하는 치수로 Drilling이 어려워 Hole Size 별로 최소 2~5회의 확공이 이루어진다.
이에 소요되는 커터(Cutter) 수의 증가로 공정시간 증가 및 공구비용 증가로 부가가치 실현이 어려움이 있었다.
그리고 기존의 단일소재 가공용으로 개발된 Cutter Geomety로는 Multi Stackup으로 구성된 항공기 소재에 대응 및, 치수안정성이 불안정하여 Full Size로 한번에 가공이 어려우며, CFRP Part 박리현상, Ti Part 열화현상, Al Part Melt 현상, 가공저항이 심하여 Cutter가 파손되거나 Part가 변형되는 현상이 발생하는 문제점이 발생하였다.
특히, 상기한 문제점은 CFRP를 후가공하는 과정에서 빈번하게 발생하므로 가공결함을 최소화시키기 위한 기술개발이 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-0460130호(2004.12.03.)
(특허문헌 2) 공개특허공보 제10-2012-0071017호(2012.07.02.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공구의 외주면 및 가공방향이 탄소섬유복합재의 섬유방향과 135°를 이루지 않고, 공구가 적어도 하나의 탄소섬유복합재와 90°를 이루도록 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 섬유방향 및 섬유적층배열을 변경한 적층경로정보를 반영함으로써 가공결함을 최소화시키는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 (a) 탄소섬유복합재의 적층구조에 따른 가공결함정보를 준비하는 단계; (b) 가공하고자 하는 최종제품에 대한 설계정보를 설정하는 단계; (c) 상기 설계정보에 따라 상기 최종제품을 가공하기 위한 가공정보를 생성하는 단계; (d) 상기 가공정보와 상기 가공결함정보를 매칭한 매칭정보를 생성하는 단계; (e) 상기 매칭정보에 따라 상기 최종제품의 가공결함을 최소화시키는 적층경로정보를 도출하는 단계; 및 (f) 상기 적층경로정보에 대응하도록 적어도 하나의 탄소섬유복합재를 적층하여 상기 최종제품을 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 가공결함정보는 공구가 상기 최종제품을 가공하는 과정에서 발생하는 가공결함에 대한 정보이고, 상기 가공결함은 상기 공구가 135°의 가공각도로 상기 적어도 하나의 탄소섬유복합재를 가공하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 가공결함은 상기 공구가 상기 적어도 하나의 탄소섬유복합재와 평행한 가공방향으로 가공하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 가공결함은 상기 공구의 외주면이 상기 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 가공홀의 내면과 135°의 가공각도를 이루면서 가공하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서, 상기 설계정보는 상기 최종제품에 대한 형상, 치수, 곡률, 재질, 크기, 공차 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 상기 가공정보는 상기 공구의 가공방향, 가공각도, 회전횟수, 회전속도, 회전방향, 이송속도 및 이송위치에 대한 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 가공정보와 상기 가공결함정보를 매칭하는 단계; (d2) 상기 가공정보와 상기 가공결함정보가 매칭된 상기 매칭정보를 생성하는 단계; 및 (d3) 상기 매칭정보를 기반으로 가공결함 가능성을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (d3) 단계는, 상기 가공결함 가능성이 존재하는 경우, 상기 매칭정보를 보정하는 단계; 및 상기 (e) 단계를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계 이후, (g) 상기 최종제품을 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 공구의 외주면 및 가공방향이 탄소섬유복합재의 섬유방향과 135°를 이루지 않고, 공구가 적어도 하나의 탄소섬유복합재와 90°를 이루도록 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 섬유방향 및 섬유적층배열을 변경한 적층경로정보를 반영함으로써 가공결함을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법을 나타낸 순서도이다.
도 2의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 발생하는 제1 탄소섬유복합재를 드릴링 가공 및 라우팅 가공 중 어느 하나로 가공하는 것을 나타낸 평면도 및 측면도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 발생하는 탄소섬유복합재의 측부를 라우팅 가공하는 것을 나타낸 측면도이다.
도 3의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 미발생하는 탄소섬유복합재의 측부를 라우팅 가공하는 것을 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구로 탄소섬유복합재의 측부를 가공하는 것을 나타낸 실제 가공도면이다.
도 5의 (a), (b)은 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 탄소섬유복합재를 가공하는 공구의 서로 다른 가공방향을 나타낸 일 방향에서의 측면도이다.
도 6의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 미발생하는 제1 탄소섬유복합재를 드릴링 가공 및 라우팅 가공 중 어느 하나로 가공하는 것을 나타낸 평면도 및 측면도이다.
도 7의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 가공홀 가공 시 가공각도가 135°일 경우 가공결함이 발생하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 탄소섬유복합재의 측부를 라우팅 가공 시 공구의 툴에 가해지는 응력분포를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "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.
본 발명에서 사용되는 '적층경로'라는 용어는 명세서 전반에 걸쳐서 본 발명의 일 실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에 의해 최종적으로 결정된 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 섬유방향 및 섬유적층배열을 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 '가공각도'라는 용어는 명세서 전반에 걸쳐서 공구의 외주면의 접선 및 공구의 가공방향과 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 섬유방향이 이루는 각도를 의미한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 '가공방향'라는 용어는 공구가 적어도 하나의 탄소섬유복합재 및 이를 포함하는 탄소섬유복합재를 가공하는 방향을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법은 (a) 탄소섬유복합재의 적층구조에 따른 가공결함정보를 준비하는 단계(S100), (b) 가공하고자 하는 최종제품에 대한 설계정보를 설정하는 단계(S200), (c) 설계정보에 따라 최종제품을 가공하기 위한 가공정보를 생성하는 단계(S300), (d) 가공정보와 가공결함정보를 매칭한 매칭정보를 생성하는 단계(S400), (e) 매칭정보에 따라 최종제품의 가공결함을 최소화시키는 적층경로정보를 도출하는 단계(S500) 및 (f) 적층경로정보에 대응하도록 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 적층하여 최종제품을 생산하는 단계(S600)를 포함한다.
도 2의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 발생하는 제1 탄소섬유복합재를 드릴링 가공 및 라우팅 가공 중 어느 하나로 가공하는 것을 나타낸 평면도 및 측면도이다.
상기 (a) 단계에서의 탄소섬유복합재는 공구(200)로 다양한 형상을 가지는 제품들에 적용되는 탄소섬유복합재(CFRP)를 의미하고, 이에 따른 가공결함정보는 상기한 탄소섬유복합재의 적층구조로 이루어진 제품들을 공구(200)로 가공하였을 때 가공결함이 발생하는 조건에 대한 정보이다.
구체적으로 상기 (a) 단계에서, 가공결함정보는 공구(200)가 최종제품을 가공하는 과정에서 발생하는 가공결함에 대한 정보이다.
이때, 가공결함은 공구(200)가 135°의 가공각도로 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 가공하는 것, 공구(200)가 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)와 평행한 가공방향으로 가공하는 것 및 공구(200)의 외주면이 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)의 가공홀(S)의 내면과 135°의 가공각도를 이루면서 가공하는 것 중 적어도 어느 하나에 의해 형성된다.
여기서, 공구(200)는 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 후가공하는 것으로서, 드릴링 가공 또는 라우팅 가공할 수 있다.
여기서, 가공각도는 전술한 바와 같이 공구(200)의 외주면과 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)의 섬유방향(D1)이 이루는 각도이고, 가공방향은 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 기준으로 공구(200)가 가공하고자 하는 경로나 방향을 의미한다.
또한, 상기한 최종제품은 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 소재로 한 가공하고자 하는 제품이다.
도 2의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 공구(200)가 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 관통하는 드릴링 가공 및 라우팅 가공 중 어느 하나로 후가공하게 된다.
구체적으로 도 2의 (a)를 참조하면, 제1 탄소섬유복합재(110)에 공구(200)가 드릴링 가공 또는 라우팅 가공하고, 그에 따라 가공홀(S)가 형성된다.
또한, 제1 탄소섬유복합재(110)에는 복수 개의 제1 섬유라인(L1)이 형성되어 있다. 여기서, 섬유라인은 탄소섬유가 형성되는 라인을 도시한 것으로서, 섬유방향과 평행하므로 섬유방향과 동일한 것으로 보아도 무방하다.
상기한 공구(200)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 탄소섬유복합재(110)의 상면부터 드릴링 가공 또는 라우팅 가공하여 탄소섬유복합재(110)를 회전하면서 관통함에 따라 가공홀(S)을 형성시킨다.
도 2의 (a), (b)는 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130) 중 제1 탄소섬유복합재(110)만 도시하였으나, 상기한 과정이 동일하게 제2 탄소섬유복합재(120) 및 제3 탄소섬유복합재(130)에 적용된다.
또한, 본 발명에서는 3개의 탄소섬유보합재(110, 120, 130)를 도시하였으나, 개수에 한정되지 않음은 물론이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 발생하는 탄소섬유복합재의 측부를 라우팅 가공하는 것을 나타낸 측면도이다. 도 3의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 미발생하는 탄소섬유복합재의 측부를 라우팅 가공하는 것을 나타낸 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구로 탄소섬유복합재의 측부를 가공하는 것을 나타낸 실제 가공도면이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 공구(200)가 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)의 측부를 라우팅 가공한다.
구체적으로 도 3의 (a) 및 도 4에 도시된 바와 같이 공구(200)는 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)의 측부를 라우팅 가공한다.
도 3의 (a)는 가공결함이 발생하는 제1 탄소섬유복합재(110)의 섬유방향(D1)을 도시한다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 탄소섬유복합재(110)의 제2 섬유라인(L2)은 공구(200)의 제1 가공방향(TD1)과 135°를 이루게 된다. 상기한 조건에서는 가공결함이 발생할 수 있으므로 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 공구(200)의 제1 가공방향(TD1)과 제1 탄소섬유복합재(110)의 섬유방향이 135°를 이루지 않도록 제1 섬유라인(L2)에서 섬유라인(L2')으로 변경할 필요가 있으며, 이를 위해 적층경로정보를 도출하는 것이다.
상기한 과정에 따라 공구(200)가 제1 탄소섬유복합재(110)의 측부를 라우팅 가공하는 실제 모습이 도 4에 예시적으로 도시되어 있다.
도 5의 (a), (b)은 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 탄소섬유복합재를 가공하는 공구의 서로 다른 가공방향을 나타낸 일 방향에서의 측면도이다.
상기한 도 5의 (a), (b)는 공구(200)의 가공방향에 관한 것으로서, 탄소섬유복합재(100)는 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)가 적층되어 형성된 탄소섬유복합재(100)로서, 복수 개가 형성될 수 있다.
구체적으로 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 공구(200)의 제2 가공방향(TD2)이 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)와 평행할 경우, 가공결함 중 하나인 박리가 발생하게 된다.
따라서, 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)가 공구(200)의 제2 가공방향(TD2)과 90°를 이루도록 섬유적층배열을 변경하며, 섬유적층배열이 변경된 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)와 공구(200)의 변경된 제2 가공방향(TD2')이 도 5의 (b)에 도시된다.
다음, 상기 (b) 단계에서, 설계정보는 최종제품에 대한 형상, 치수, 곡률, 재질, 크기, 공차 중 적어도 어느 하나를 포함하는 최종제품에 대한 설계안이다.
상기한 설계정보는 구현하고자 하는 최종제품의 설계를 통하여 획득된 정보들이다.
다음, 상기 (c) 단계에서, 가공정보는 공구(200)의 가공방향, 가공각도, 회전횟수, 회전속도, 회전방향, 이송속도 및 이송위치에 대한 정보이다.
다음, 상기 (d) 단계는, (d1) 가공정보와 가공결함정보를 매칭하는 단계, (d2) 가공정보와 가공결함정보가 매칭된 매칭정보를 생성하는 단계 및 (d3) 매칭정보를 기반으로 가공결함 가능성을 도출하는 단계를 포함한다.
구체적으로 상기 (d1) 단계에서는 가공정보 중 하나인 공구(200)의 가공방향 및 가공각도에 대한 정보와 가공결함정보를 매칭시킨다.
그에 따라 상기 (d2) 단계에서와 같이 매칭된 매칭정보가 생성된다.
다음, 상기 (d3) 단계는 가공결함 가능성이 존재하는 경우, 매칭정보를 보정하는 단계 및 상기 (e) 단계를 수행하는 단계를 포함한다.
구체적으로 공구(200)의 가공방향에 대한 정보가 가공결함정보 중 적어도 어느 하나와 매칭될 경우, 가공결함 가능성이 있는 것으로 판단한다.
또한, 공구(200)의 가공각도에 대한 정보가 가공결함정보 중 적어도 어느 하나와 매칭될 경우에도 가공결함 가능성이 있는 것으로 판단한다.
이때에는 매칭정보를 보정하여 보정된 매칭정보를 생성한 후 상기 (e) 단계를 수행한다.
한편, 공구(200)의 가공방향 및 가공각도에 대한 정보가 가공결함정보 중 적어도 어느 하나와 비매칭될 경우, 가공결함 가능성이 없는 것으로 판단하여 매칭정보의 별다른 보정없이 상기 (e) 단계를 수행하게 된다.
다음, 상기 (e) 단계에서는 상기한 과정에 의해 생성된 매칭정보 또는 보정된 매칭정보를 기반으로 적층경로정보를 생성한다.
이때의 적층경로정보는 공구(200)가 드릴링 가공 또는 라우팅 가공 시 가공결함을 최소화시키거나 가공결함이 발생하지 않도록 가공하고자 하는 최종제품의 소재인 탄소섬유복합재(100)의 섬유방향 및 섬유적층배열에 대한 정보이다.
여기서, 섬유방향은 가늘고 긴 탄소섬유를 마치 직물을 짜듯이 배열하는 과정을 통하여 탄소섬유복합재(CFRP)를 제조하는데, 이때 탄소섬유가 배열되는 방향을 의미한다.
상기한 적층경로정보에 대응하도록 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 적층함으로써 실제 드릴링 가공 또는 라우팅 가공 시 가공결함을 미연에 방지하거나 최소화시킬 수 있다.
도 6의 (a), (b)은 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 공구가 가공결함이 미발생하는 제1 탄소섬유복합재를 드릴링 가공 및 라우팅 가공 중 어느 하나로 가공하는 것을 나타낸 평면도 및 측면도이다.
마지막으로 본 발명은 상기 (f) 단계 이후, (g) 최종제품을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (g) 단계는 상기 (a) 단계부터 상기 (e) 단계에 결쳐 시뮬레이션된 결과로서 도출된 적층경로정보를 기반으로 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)가 실제로 적층된 탄소섬유복합재(100)를 가공하는 단계이다.
앞서 도시한 도 3의 (b), 도 5의 (b)는 적층경로정보가 적용된 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130) 및 이를 포함하는 탄소섬유복합재(100)가 공구(200)에 의해 가공되는 것을 나타낸다.
도 6의 (a), (b)에는 상기한 과정을 통해 도출된 적층경로정보가 적용된 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130) 및 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)를 포함하는 탄소섬유복합재(100)인 최종제품을 가공하는 것을 도시한다.
도 6의 (a)에서는 제1 탄소섬유복합재(110)의 제1 섬유라인(L1)과 적층경로정보가 적용된 제1 섬유라인(L1')이 도시된다. 여기서, 적층경로정보가 적용된 제1 섬유라인(L1')은 공구(200)가 제1 탄소섬유복합재(110)와 135°를 이루지 않는 가공각도로 형성됨에 따라 가공결함을 방지한다.
특히, 공구(200)에 의해 드릴링 가공 및 라우팅 가공 중 어느 하나로 가공되는 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130)의 가공홀(S)의 내면이 공구(200)의 외주면과 90°를 이루도록 섬유방향을 변경한다.
도 6의 (b)는 도 2의 (b)와 동일한 도면으로 공구(200)가 제1 탄소섬유복합재(110)를 드릴링 가공 또는 라우팅 가공하는 것을 도시한다.
전술한 바와 같이 도 3의 (b), 도 5의 (b), 도 6의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 적층경로정보가 적용된 적어도 하나의 탄소섬유복합재(110, 120, 130) 및 이를 포함하는 탄소섬유복합재(100)가 공구(200)에 의해 드릴링 가공 또는 라우팅 가공되면, 가공결함을 방지하거나 최소화시킬 수 있게 된다.
만약, 본 발명에서 도출한 적층경로정보를 반영하지 않은 채로 드릴링 가공 또는 라우팅 가공을 수행할 경우, 하기의 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같은 가공결함이 다수 발생하게 되어 불량률이 증가하게 된다.
도 7의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 가공홀 가공 시 가공각도가 135°일 경우 가공결함이 발생하는 것을 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 적어도 하나의 탄소섬유복합재가 드릴링 가공에 의해 형성되는 가공홀의 일부 측단면을 도시하고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 각각의 가공홀의 일부에 대한 정면을 도시하며, 도 7의 (c)는 가공각도가 135°일 때, 가공홀을 100um 단위로 확대한 표면을 도시하고, 도 7의 (d)는 가공홀을 측면을 도시한다.
도 7의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 가공홀은 공구(200)의 가공각도가 135°일 때, 가장 크게 가공결함이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 8의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법에서 탄소섬유복합재의 측부를 라우팅 가공 시 공구의 툴에 가해지는 응력분포를 나타낸 도면이다.
일반적으로 후가공(드릴링, 라우팅) 공정 시 가공각도, 가공방향 및 섬유방향에 따라 가공결함의 발생 경향이 달라지고 후가공 형상에 대한 정보 없이 적어도 하나의 탄소섬유복합재를 적층할 경우 후가공 공정에서 가공결함(delamination, fiber pull-out)이 발생할 가능성이 높다.
이에 본 발명은 135°의 가공각도 및 180°의 가공방향이 형성되지 않도록 하고, 연속섬유 기반의 탄소섬유복합재(CFRP)의 적층공정 시 최종 형상을 이용하여 적층경로를 생성함으로써 가공결함을 최소화시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 탄소섬유복합재
110: 제1 탄소섬유복합재
120: 제2 탄소섬유복합재
130: 제3 탄소섬유 복합재
200: 공구
D1: 섬유방향
L1: 제1 섬유라인
L': 변경된 제1 섬유라인
L2: 제2 섬유라인
L2': 변경된 제2 섬유라인
TD1: 제1 가공방향
TD2: 제2 가공방향
TD2': 변경된 제2 가공방향
S: 가공홀

Claims (9)

  1. (a) 탄소섬유복합재의 적층구조에 따른 가공결함정보를 준비하는 단계;
    (b) 가공하고자 하는 최종제품에 대한 설계정보를 설정하는 단계;
    (c) 상기 설계정보에 따라 상기 최종제품을 가공하기 위한 가공정보를 생성하는 단계;
    (d) 상기 가공정보와 상기 가공결함정보를 매칭한 매칭정보를 생성하는 단계;
    (e) 상기 매칭정보에 따라 상기 최종제품의 가공결함을 최소화시키는 적층경로정보를 도출하는 단계; 및
    (f) 상기 적층경로정보에 대응하도록 적어도 하나의 탄소섬유복합재를 적층하여 상기 최종제품을 생산하는 단계;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 탄소섬유복합재는 제1 탄소섬유복합재, 상기 제1 탄소섬유복합재와 평행하면서 상기 제1 탄소섬유복합재에 적층되는 제2 탄소섬유복합재 및 상기 제1, 2 탄소섬유복합재와 평행하면서 상기 제2 탄소섬유복합재에 적층되는 제3 탄소섬유복합재이고,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 가공결함정보는 공구가 상기 최종제품을 가공하는 과정에서 발생하는 가공결함에 대한 정보이고,
    상기 가공결함은 상기 공구가 상기 공구의 제1 가공방향과 상기 적어도 어느 하나의 탄소섬유복합재의 섬유방향이 135°를 이루면서 상기 적어도 하나의 탄소섬유복합재를 가공하는 것, 상기 공구가 상기 제1, 2 탄소섬유복합재 또는 상기 제2, 3 탄소섬유복합재가 서로 평행한 상기 공구의 제2 가공방향을 따라 상기 제1, 2 탄소섬유복합재 사이 또는 상기 제2, 3 탄소섬유복합재 사이를 가공하는 것 및 상기 공구가 상기 적어도 하나의 탄소섬유복합재의 섬유방향과 상기 공구의 외주면이 접하는 접선이 135°를 이루면서 홀가공하는 것 중 적어도 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 설계정보는 상기 최종제품에 대한 형상, 치수, 곡률, 재질, 크기, 공차 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 가공정보는 상기 공구의 가공방향, 가공각도, 회전횟수, 회전속도, 회전방향, 이송속도 및 이송위치에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 가공정보와 상기 가공결함정보를 매칭하는 단계;
    (d2) 상기 가공정보와 상기 가공결함정보가 매칭된 상기 매칭정보를 생성하는 단계; 및
    (d3) 상기 매칭정보를 기반으로 가공결함 가능성을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 (d3) 단계는,
    상기 가공결함 가능성이 존재하는 경우, 상기 매칭정보를 보정하는 단계; 및
    상기 (e) 단계를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계 이후,
    (g) 상기 최종제품을 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 가공각도 및 가공방향을 고려한 탄소섬유복합재의 적층경로 생성방법.
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