KR102335330B1

KR102335330B1 - 복합소재 성형장치 및 방법

Info

Publication number: KR102335330B1
Application number: KR1020160170790A
Authority: KR
Inventors: 정재엽; 민경호
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2021-12-03
Also published as: KR20180068792A

Abstract

복합소재 성형장치가 개시된다. 개시된 복합소재 성형장치는 ⅰ)수지를 주입하며 그 수지를 설정된 이송경로로 압송하는 수지 공급부와, ⅱ)수지 공급부와 연결되는 함침 챔버와, ⅲ)함침 챔버로 연속섬유를 공급하는 섬유 공급부와, ⅳ)함침 챔버와 연결되며 그 함침 챔버에서 연속섬유와 수지를 혼합한 혼합소재를 로봇에 의해 설정된 방향으로 도포하는 소재 도포부와, ⅴ)소재 도포부에 의해 도포된 혼합소재를 압축 성형하는 소재 성형부를 포함할 수 있다.

Description

복합소재 성형장치 및 방법 {COMPLEX MATERIALS FORMING DEVICE AND METHOD}

본 발명의 실시 예는 복합소재 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속섬유에 수지를 함침하여 설정된 형상으로 성형하는 복합소재 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 차체의 고강도 경량화 추세에 따라 차체 소재로서, 초고장력강 등과 같은 강판, 알루미늄 또는 마그네슘 등과 같은 비철 금속판재, 이 뿐만 아니라 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS) 또는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: GLASS FIBER REINFORCED PLASTICS) 등과 같은 강화 플라스틱 복합소재의 판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다.

여기서, 강화 플라스틱 복합소재는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 항공 분야나 자동차 분야에서 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 당 업계에서는 플라스틱 복합소재의 향후 사용이 더욱 확대되고, 제조량 또한 비약적으로 증가될 것으로 기대하고 있다.

이와 같은 강화 플라스틱 복합소재는 유리섬유나 탄소섬유 등의 보강재(연속섬유)를 단섬유 형태로 수지에 분산시킨 컴파운드 소재를 사출 또는 압축 성형하며, 설정된 형상의 성형체로서 제조되고 있다.

그러나, 이와 같은 강화 플라스틱 복합소재의 성형 방식은 유리섬유나 탄소섬유 등의 보강재를 단섬유 형태로 수지에 분산시킨 컴파운드 소재를 사출 또는 압축 성형함에 따라, 일 방향으로 섬유가 배향된 2D 형상의 판재 또는 봉재 부품의 성형에 국한되며, 연속섬유의 절단으로 인하여 성형체의 기계적 물성이 감소할 수 있다.

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

본 발명의 실시 예들은 단순한 구성 및 공정으로 수지에 연속섬유를 함침하며, 다양한 형상의 복합소재 성형체를 성형할 수 있고, 연속섬유를 사용하여 기계적 물성을 증대시킨 복합소재 성형체를 성형할 수 있도록 한 복합소재 성형장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치는, ⅰ)수지를 주입하며 그 수지를 설정된 이송경로로 압송하는 수지 공급부와, ⅱ)상기 수지 공급부와 연결되는 함침 챔버와, ⅲ)상기 함침 챔버로 연속섬유를 공급하는 섬유 공급부와, ⅳ)상기 함침 챔버와 연결되며 그 함침 챔버에서 연속섬유와 수지를 혼합한 혼합소재를 로봇에 의해 설정된 방향으로 도포하는 소재 도포부와, ⅴ)상기 소재 도포부에 의해 도포된 혼합소재를 압축 성형하는 소재 성형부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 수지 공급부는 상기 수지를 주입하기 위한 수지 주입구를 가지며 상기 함침 챔버의 전방 측과 연결되는 수지 공급관과, 상기 수지 공급관 내부에 회전 가능하게 구비되며, 상기 수지 주입구를 통해 주입된 수지를 전방에서 후방으로 압송하는 스크류부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 섬유 공급부는 롤 형태로 감긴 상기 연속섬유를 풀어내는 섬유 언와인더와, 상기 함침 챔버의 전방 측에 구비되며, 상기 연속섬유를 상기 함침 챔버로 투입하는 섬유 투입구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 소재 도포부는 상기 로봇의 아암 선단에 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 함침 챔버는 연결 관로를 통하여 상기 소재 도포부와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 소재 성형부는 상기 소재 도포부로부터 도포되는 혼합소재가 안착되는 설정된 형상의 성형 면을 상부 면에 형성하는 하부 다이와, 상기 하부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면을 하부 면에 형성하고, 상기 하부 다이의 상측에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 하부 다이 및 상부 다이는 3차원 형상의 성형 면을 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형방법은, 수지 공급부, 함침 챔버, 섬유 공급부, 소재 도포부 그리고 소재 성형부를 포함하는 복합소재 성형장치를 이용하여 복합소재 성형체를 성형하는 것으로서, (a) 상기 수지 공급부를 통해 수지를 상기 함침 챔버로 공급하는 과정과, (b) 상기 수지의 공급과 동시에 상기 섬유 공급부를 통해 연속섬유를 상기 함침 챔버로 공급하며, 상기 함침 챔버에서 연속섬유와 수지를 혼합하는 과정과, (c) 상기 함침 챔버에서 수지를 연속섬유에 함침한 혼합소재를 로봇에 장착된 상기 소재 도포부로 공급하는 과정과, (d) 상기 소재 도포부를 상기 로봇을 통해 설정된 방향으로 이동시키며, 상기 소재 도포부를 통하여 혼합소재를 상기 소재 성형부에 도포하는 과정과, (e) 상기 소재 성형부에 도포된 혼합소재를 그 소재 성형부를 통해 압축 성형하는 과정을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 (a) 과정에서는 상기 수지 공급부의 수지 공급관으로 수지를 주입하고, 구동원에 의해 회전하는 스크류부재를 통해 수지를 상기 함침 챔버로 압송할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 (b) 과정에서는 상기 스크류부재의 후방에서 상기 합침 챔버로 연속섬유를 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 (c) 과정에서는 혼합소재를 연결 관로를 통해 상기 함침 챔버에서 상기 소재 도포부로 공급하되, 상기 수지 공급부의 수지 이송 압력으로서 혼합소재를 상기 소재 도포부로 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 (d) 과정에서는 상기 로봇에 의해 이동하는 상기 소재 도포부를 통하여 상기 소재 성형부의 하부 다이에 혼합소재를 도포하되, 그 하부 다이의 3차원 형상의 성형 면에 혼합소재를 도포할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 (e) 과정에서는 상기 하부 다이에 대하여 상부 다이를 하강시키며 상기 혼합소재를 압축 성형할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 (e) 과정에서는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)으로서의 복합소재 성형체를 성형할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 (e) 과정에서는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)으로서의 복합소재 성형체를 성형할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형방법에 있어서, 상기 수지는 열 가소성 수지로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 수지와 연속섬유를 동시에 공급하며, 수지를 연속섬유에 함침한 혼합소재를 3차원으로 도포하고, 혼합소재를 압축성형하며, 복합소재 성형체를 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 3차원 형상 등 다양한 형상의 복합소재 성형체를 성형할 수 있고, 전체적인 공정 설비 및 공정을 단순화시킬 수 있으며, 복합소재 성형체의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 수지와 연속섬유를 사용하여 복합소재 성형체를 성형하기 때문에, 복합소재 성형체의 연속 생산이 가능하고, 복합소재 성형체의 기계적인 물성 및 강도를 높일 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치에 적용되는 소재 성형부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형방법을 설명하기 위한 소재 성형부의 합형 상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)는 수지를 연속섬유에 함침한 복합소재 성형체(1)(당 업계에서는 "Long Fiber reinforced Thermoplastic: LFT" 라고도 한다)를 성형하는 복합소재 성형 시스템에 적용될 수 있다.

여기서, 상기 복합소재 성형체(1)는 예를 들어, 차체의 경량화를 도모하기 위해 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 사용될 수 있다. 그러나 상기 복합소재 성형체(1)는 차체용 패널에 적용되는 것에 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물에 적용될 수도 있다.

더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체에 조립되는 차체 부품으로서의 복합소재 성형체(1)를 성형하는 것으로 한정하여 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 적용되는 부품으로서의 복합소재 성형체(1)를 성형하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기와 같은 복합소재 성형체(1)는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있고, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있다.

이러한 복합소재 성형체(1)는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치(100)는 단순한 구성 및 공정으로 수지를 연속섬유에 함침하며, 다양한 형상의 복합소재 성형체(1)를 성형할 수 있는 구조로 이루어진다. 또한, 본 발명의 실시 예는 연속섬유를 사용하여 기계적 물성을 증대시킨 복합소재 성형체(1)를 성형할 수 있는 복합소재 성형장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치(100)는 기본적으로, 수지 공급부(10), 함침 챔버(30), 섬유 공급부(50), 소재 도포부(70) 그리고 소재 성형부(90)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수지 공급부(10)는 수지 탱크(도면에 도시되지 않음)에 저장된 수지(3), 예를 들면 열 가소성 수지를 주입하며, 그 수지(3)를 설정된 이송경로로 압송하기 위한 것이다. 여기서, 상기 설정된 이송경로라 함은 도면을 기준으로 좌측의 전방에서 우측의 후방으로 수지(3)를 이송하는 경로를 의미한다.

이러한 수지 공급부(10)는 수지 공급관(11) 및 스크류부재(13)를 포함한다. 상기 수지 공급관(11)은 전후 방향으로 배치된다. 상기 수지 공급관(11)은 위에서 언급한 바 있는 수지의 이송경로를 내부에 형성한다. 상기 수지 공급관(11)은 수지(3)를 주입하기 위한 수지 주입구(15)를 전방 측에 형성하고 있다.

상기 스크류부재(13)는 수지 주입구(15)를 통해 수지 공급관(11)의 내부로 주입된 수지(3)를 이송경로를 따라 전방 측에서 후방 측으로 압송하기 위한 것이다. 상기 스크류부재(13)는 수지 공급관(11)의 내부에 회전 가능하게 설치된다.

여기서, 상기 수지 공급관(11)의 전방 측에는 스크류부재(13)에 회전력을 제공하는 구동원(21)이 설치된다. 예를 들면, 상기 구동원(21)은 스크류부재(13)와 연결되는 서보 모터를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 수지 공급관(11)의 후방 측에는 뒤에서 더욱 설명될 함침 챔버(30)의 전방 측과 연결된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 함침 챔버(30)는 수지 공급부(10)의 수지 공급관(11)과 연결된다. 상기 함침 챔버(30)는 내부에 챔버 공간을 형성하며 그 챔버 공간은 수지 공급관(11)의 수지 이송경로와 연결된다.

상기 함침 챔버(30)는 수지 공급관(11)의 내부에서 스크류부재(13)에 의해 이송경로를 따라 압송되는 수지(3)를 유입하며, 그 스크류부재(13)의 후방 측에서 이의 전방 측이 수지 공급관(11)의 후방 측에 연결된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 섬유 공급부(50)는 함침 챔버(30)의 내부로 연속섬유(5)를 공급하기 위한 것이다. 상기 연속섬유(5)는 섬유 소재가 일 방향으로 방향성을 갖고 있는 탄소 또는 유리 보강섬유로 이루어질 수 있다.

이러한 섬유 공급부(50)는 적어도 하나의 섬유 언와인더(51) 및 섬유 투입구(53)를 포함한다. 상기 섬유 언와인더(51)는 롤 형태로 감긴 연속섬유(5)를 풀어내는 것이다. 상기 섬유 투입구(53)는 연속섬유(5)를 함침 챔버(30)의 내부로 투입하기 위한 것으로, 함침 챔버(30)의 전방 측에 구비된다.

여기서, 상기 함침 챔버(30)는 수지 공급관(11)으로부터 스크류부재(13)에 의해 압송되어 유입되는 수지(3)와, 섬유 투입구(53)를 통해 투입되는 연속섬유(5)를 혼합하며 그 수지(3)를 연속섬유(5)에 함침한 혼합소재(7)를 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 소재 도포부(70)는 함침 챔버(30)에서 수지(3)와 연속섬유(5)를 혼합한 혼합소재(7)를 설정된 방향으로 도포(분사)하기 위한 것이다.

상기 소재 도포부(70)는 함침 챔버(30)와 연결되며, 로봇(R)의 아암 선단에 장착된다. 상기 소재 도포부(70)는 로봇(R)의 설정된 티칭 경로를 따라 이동되며, 뒤에서 더욱 설명될 소재 성형부(90)에 혼합소재(7)를 도포할 수 있다.

상기 소재 도포부(70)는 연결 관로(71)를 통하여 함침 챔버(30)의 후방 측과 연결된다. 여기서, 상기 함침 챔버(30) 내부의 혼합소재(7)는 위에서 언급한 바 있는 스크류부재(13)의 수지 이송 압력에 의해 연결 관로(71)를 따라 소재 도포부(70)로 공급될 수 있다. 상기 소재 도포부(70)는 스크류부재(13)의 수지 이송 압력에 의해 혼합소재(7)를 분사할 수 있고, 별도의 압축수단을 통해 혼합소재(7)를 분사할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 소재 성형부(90)는 소재 도포부(70)에 의해 도포된 혼합소재(7)를 압축 성형하는 것으로, 하부 다이(91)와 상부 다이(95)를 가진 압축 금형을 포함한다.

도 2에서와 같이, 상기 하부 다이(91)는 소재 도포부(70)로부터 도포되는 혼합소재(7)가 안착되는 것으로, 복합소재 성형체(1)로서의 성형 제품 하단면 형상에 대응하는 성형 면(93)을 상부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면(93)은 성형 제품의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 하형 스틸의 상부 면에 형성된다. 그리고 상기 성형 면(93)은 복합소재 성형체(1)의 설정된 형상에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.

상기 상부 다이(95)는 하부 다이(91)의 상측에서 구동수단을 통해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다. 상기 상부 다이(95)는 복합소재 성형체(1)로서의 성형 제품 상단면 형상에 대응하는 성형 면(97)을 하부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면(97)은 성형 제품의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 상형 스틸의 하부 면에 형성된다. 상기 성형 면(97)은 복합소재 성형체(1)의 설정된 형상에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.

여기서, 상기한 바와 같은 하부 다이(91)의 성형 면(93) 및 상부 다이(95)의 성형 면(97)은 3차원 형상으로 구비될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)를 이용한 복합소재 성형방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 수지 공급부(10)를 통해 수지(3)를 함침 챔버(30)로 공급한다. 이 과정에서는 수지 공급관(11)의 수지 주입구(15)를 통해 수지(3)를 그 수지 공급관(11)의 내부로 주입한다. 이 때, 상기 수지 공급관(11) 내부의 스크류부재(13)는 구동원(21)에 의해 회전하는 상태에 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 수지 주입구(15)를 통해 수지 공급관(11)의 내부로 주입되는 수지(3)를 스크류부재(13)의 회전으로서 이송경로를 따라 압송하며 함침 챔버(30)로 공급한다.

상기한 바와 같이 수지(3)를 함침 챔버(30)로 공급함과 동시에, 본 발명의 실시 예에서는 섬유 공급부(50)를 통해 연속섬유(5)를 함침 챔버(30)로 공급한다. 이 과정에서는 롤 형태로 감긴 연속섬유(5)를 섬유 언와인더(51)를 통해 풀어내며, 함침 챔버(30)의 전방 측에서 섬유 투입구(53)를 통해 연속섬유(5)를 함침 챔버(30)의 내부로 공급한다. 즉, 본 발명의 실시 예에서는 수지 공급부(10)의 스크류부재(13) 후방 측에서 섬유 투입구(53)를 통해 연속섬유(5)를 함침 챔버(30)의 내부에 연속적으로 공급한다.

상기한 바와 같이 수지 공급부(10)를 통해 수지(3)를 함침 챔버(30)로 공급함과 동시에 섬유 공급부(50)를 통해 연속섬유(5)를 함침 챔버(30)로 공급함에 따라, 함침 챔버(30)에서는 수지(3)와 연속섬유(5)를 혼합하며 그 수지(3)를 연속섬유(5)에 함침한 혼합소재(7)를 형성할 수 있다.

이 후, 본 발명의 실시 예에서는 상기 함침 챔버(30)에서 수지(3)를 연속섬유(5)에 함침한 혼합소재(7)를 로봇(R)의 아암 선단에 장착되어 있는 소재 도포부(70)로 공급한다. 이 과정에서는 상기 혼합소재(7)를 연결 관로(71)를 통하여 함침 챔버(30)에서 소재 도포부(70)로 공급한다. 이 때 본 발명의 실시 예에서는 상기 수지 공급부(10)의 스크류부재(13)에 의한 수지 이송 압력으로서 혼합소재(7)를 함침 챔버(30)에서 소재 도포부(70)로 공급할 수 있다.

그런 다음, 본 발명의 실시 예에서는 소재 도포부(70)를 로봇(R)을 통해 설정된 방향으로 이동시키며, 그 소재 도포부(70)를 통해 혼합소재(7)를 소재 성형부(90)의 하부 다이(91) 상으로 도포한다. 이 때 상부 다이(95)는 구동수단에 의해 상측 방향으로 이동된 상태에 있다.

여기서, 본 발명의 실시 예에서는 로봇(R)에 의해 이동하는 소재 도포부(70)를 통하여 소재 성형부(90)의 하부 다이(91)에 혼합소재(7)를 도포하는데, 3차원의 형상을 지닌 성형 면(93)에 혼합소재(7)를 3차원으로 도포한다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 4에서와 같이, 성형 면(93)에 혼합소재(7)가 도포된 하부 다이(91)에 대하여 구동수단을 통해 상부 다이(95)를 하강시킨다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에서는 하부 다이(91)의 성형 면(93)과 상부 다이(95)의 성형 면(97)이 합형되면서 이들 성형 면(93, 97) 사이의 혼합소재(7)를 설정된 형상으로 압축 성형한다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 구동수단을 통해 상부 다이(95)를 상승시키며 그 상부 다이(95)를 하부 다이(91)로부터 이형시킨다. 그 후, 본 발명의 실시 예에서는 상기 하부 다이(91)의 성형 면(93)과 상부 다이(95)의 성형 면(97) 사이에 있는 성형 제품을 별도의 언로딩 장치(도면에 도시되지 않음)를 이용하여 취출하면, 원하는 형상의 복합소재 성형체(1)의 성형이 완료된다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100) 및 방법에 의하면, 수지(3)와 연속섬유(5)를 동시에 공급하며, 수지(3)를 연속섬유(5)에 함침한 혼합소재(7)를 3차원으로 도포하고, 혼합소재(7)를 압축 성형하며, 복합소재 성형체(1)를 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 3차원 형상 등 다양한 형상의 복합소재 성형체(1)를 성형할 수 있고, 전체적인 공정 설비 및 공정을 단순화시킬 수 있으며, 복합소재 성형체(1)의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 수지(3)와 연속섬유(5)를 사용하여 복합소재 성형체(1)를 성형하기 때문에, 복합소재 성형체(1)의 연속 생산이 가능하고, 복합소재 성형체(1)의 기계적인 물성 및 강도를 높일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 복합소재 성형체
3... 수지
5... 연속섬유
7... 혼합소재
10... 수지 공급부
11... 수지 공급관
13... 스크류부재
15... 수지 주입구
21... 구동원
30... 함침 챔버
50... 섬유 공급부
51... 섬유 언와인더
53... 섬유 투입구
70... 소재 도포부
71... 연결 관로
90... 소재 성형부
91... 하부 다이
93, 97... 성형 면
95... 상부 다이
R... 로봇

Claims

수지를 주입하며 그 수지를 설정된 이송경로로 압송하는 수지 공급부;
상기 수지 공급부와 연결되는 함침 챔버;
상기 함침 챔버로 연속섬유를 공급하는 섬유 공급부;
상기 함침 챔버와 연결되며 그 함침 챔버에서 연속섬유와 수지를 혼합한 혼합소재를 로봇에 의해 설정된 방향으로 도포하는 소재 도포부; 및
상기 소재 도포부에 의해 도포된 혼합소재를 압축 성형하는 소재 성형부;를 포함하고,
상기 섬유 공급부는 롤 형태로 감긴 상기 연속섬유를 풀어내는 섬유 언와인더와, 상기 함침 챔버의 전방 측에 구비되어 상기 연속섬유를 상기 함침 챔버로 투입하는 섬유 투입구를 포함하며,
상기 함침 챔버는 연결 관로를 통하여 상기 소재 도포부와 연결되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
제1 항에 있어서,
상기 수지 공급부는,
상기 수지를 주입하기 위한 수지 주입구를 가지며 상기 함침 챔버의 전방 측과 연결되는 수지 공급관과,
상기 수지 공급관 내부에 회전 가능하게 구비되며, 상기 수지 주입구를 통해 주입된 수지를 전방에서 후방으로 압송하는 스크류부재
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 소재 도포부는,
상기 로봇의 아암 선단에 장착되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 소재 성형부는,
상기 소재 도포부로부터 도포되는 혼합소재가 안착되는 설정된 형상의 성형 면을 상부 면에 형성하는 하부 다이와,
상기 하부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면을 하부 면에 형성하고, 상기 하부 다이의 상측에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
제6 항에 있어서,
상기 하부 다이 및 상부 다이는 3차원 형상의 성형 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
수지 공급부, 함침 챔버, 섬유 공급부, 소재 도포부 그리고 소재 성형부를 포함하는 청구항 1의 복합소재 성형장치를 이용하여 복합소재 성형체를 성형하는 복합소재 성형방법으로서,
(a) 상기 수지 공급부를 통해 수지를 상기 함침 챔버로 공급하는 과정;
(b) 상기 수지의 공급과 동시에 상기 섬유 공급부를 통해 연속섬유를 상기 함침 챔버로 공급하며, 상기 함침 챔버에서 연속섬유와 수지를 혼합하는 과정;
(c) 상기 함침 챔버에서 수지를 연속섬유에 함침한 혼합소재를 로봇에 장착된 상기 소재 도포부로 공급하는 과정;
(d) 상기 소재 도포부를 상기 로봇을 통해 설정된 방향으로 이동시키며, 상기 소재 도포부를 통하여 혼합소재를 상기 소재 성형부에 도포하는 과정; 및
(e) 상기 소재 성형부에 도포된 혼합소재를 그 소재 성형부를 통해 압축 성형하는 과정;을 포함하고,
상기 (a) 과정에서는 상기 수지 공급부의 수지 공급관으로 수지를 주입하며, 구동원에 의해 회전하는 스크류부재를 통해 수지를 상기 함침 챔버로 압송하고,
상기 (b) 과정에서는 상기 스크류부재의 후방에서 상기 함침 챔버로 연속섬유를 공급하며,
상기 (c) 과정에서는 혼합소재를 연결 관로를 통해 상기 함침 챔버에서 상기 소재 도포부로 공급하되, 상기 수지 공급부의 수지 이송 압력으로서 혼합소재를 상기 소재 도포부로 공급하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형방법.
삭제
삭제
삭제
제8 항에 있어서,
상기 (d) 과정에서는,
상기 로봇에 의해 이동하는 상기 소재 도포부를 통하여 상기 소재 성형부의 하부 다이에 혼합소재를 도포하되, 그 하부 다이의 3차원 형상의 성형 면에 혼합소재를 도포하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형방법.
제8 항에 있어서,
상기 (e) 과정에서는,
상기 하부 다이에 대하여 상부 다이를 하강시키며 상기 혼합소재를 압축 성형하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형방법.
제13 항에 있어서,
상기 (e) 과정에서는,
탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)으로서의 복합소재 성형체를 성형하는 것을 특징으로 복합소재 성형방법.
제13 항에 있어서,
상기 (e) 과정에서는,
유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)으로서의 복합소재 성형체를 성형하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형방법.
제8 항에 있어서,
상기 수지는 열 가소성 수지인 것을 특징으로 하는 복합소재 성형방법.