KR102340607B1 - Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Reinforcement Panel Manufacturing Equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel.
탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬을 만드는 다양한 방법 중에, 자동섬유적층기(Automated Fiber Placement Machine)로, 몰드 위에 열가소성 탄소섬유테이프를 절단하여 놓고, 절단된 열가소성 탄소섬유테이프를 가열 및 가압하여 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬을 만드는 방법이 있다.Among the various methods for making carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panels, an Automated Fiber Placement Machine cuts and places a thermoplastic carbon fiber tape on a mold, and heats and presses the cut thermoplastic carbon fiber tape to create a carbon fiber reinforced thermoplastic. There is a way to make a reinforcing panel.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치는, 몰드판(21)과 자동섬유적층기로 구성된다. 자동섬유적층기는 헤드부(13)가 컷팅부(13a), 레이저부(13b), 가압부(13c)로 구성된다. 1, the conventional carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel manufacturing apparatus is composed of a
필름(22)은 실링재(ST)에 의해 몰드판(21)의 상면에 부착된다.The
컷팅부(13a)는 필름(22) 위에 열가소성 탄소섬유테이프(T)를 컷팅하여 올려놓는다. 레이저부(13b)는 열가소성 탄소섬유테이프(T)에 레이저 빔(E1)을 조사하여 열가소성 탄소섬유테이프(T)를 가열한다. 열가소성 탄소섬유테이프(T) 내 열가소성 수지가 녹는다. 가열된 열가소성 탄소섬유테이프를 가압한다. 이를 반복하여, 몰드판(21) 위에 설정된 형상과 두께를 가진 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬을 만들어낸다. The
한편, 튜브(24)는 실링재(ST)를 한쪽을 통과하여, 필름(22)의 하면과 몰드판(21)의 상면 사이 공간 내 공기를 흡입한다. 이럴 경우, 튜브(24)가 필름(22)의 한쪽 방향으로만 공기를 흡입하므로, 진공흡착력이 필름(22)에 고르게 작용하지 못하게 된다. 이로 인해, 도 2에 도시된 바와 같이 필름(22)에 주름이 생기게 된다. 따라서, 필름(22) 위에서 열가소성 탄소섬유테이프를 적층시켜 만드는 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬의 품질이 현저하게 떨어진다.On the other hand, the
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel capable of solving the above-described problems.
상기 목적을 달성하기 위한 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치는, Carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel manufacturing apparatus for achieving the above object,
복수 개의 진공흡착공이 균일한 간격으로 배치된 몰드판과, 상기 몰드판의 상면에 진공흡착된 필름과, 일측이 상기 복수 개의 진공흡착공 각각에 연결되며 타측이 진공펌프와 연결된 복수 개의 튜브로 구성된 몰드; 및A mold plate having a plurality of vacuum suction holes arranged at uniform intervals, a film vacuum-adsorbed on the upper surface of the mold plate, and a plurality of tubes having one side connected to each of the plurality of vacuum suction holes and the other side connected to a vacuum pump Mold; and
열가소성 탄소섬유테이프를 공급하는 공급유닛과, 공급된 상기 열가소성 탄소섬유테이프를 적층, 절단, 가열, 가압하는 헤드유닛과, 상기 헤드유닛을 설정된 위치로 이동시키는 로봇유닛으로 구성되어, 상기 필름의 상면에 상기 열가소성 탄소섬유테이프를 적층하는 자동섬유적층기를 포함하는 것을 특징으로 한다.It consists of a supply unit for supplying a thermoplastic carbon fiber tape, a head unit for laminating, cutting, heating, and pressing the supplied thermoplastic carbon fiber tape, and a robot unit for moving the head unit to a set position, the upper surface of the film It characterized in that it comprises an automatic fiber laminating machine for laminating the thermoplastic carbon fiber tape.
본 발명은, 몰드판에 균일한 간격으로 형성된 복수 개의 진공흡착공을 통해, 몰드의 상면에 놓인 필름에 균일한 진공흡착력을 제공한다. 이로 인해, 필름 전체에 균일하게 진공흡착력이 작용되어, 필름에 주름이 생기지 않는다. 여기에 더하여, 복수 개의 진공흡착공 마다 개폐밸브를 설치하여, 진공흡착공 각각의 진공흡착력을 미세하게 조절하여, 필름에 미세한 주름까지 생기지 않게 한다. 여기에 더하여, 복수 개의 진공흡착공의 상단에 그 주위를 감싸는 면상발열체를 설치하고, 복수 개의 진공흡착공 마다 개폐밸브를 설치하여, 필름에 열과 진공흡착력을 동시에 주어 필름에 미세한 주름까지 생기지 않게 한다. 따라서, 상술한 몰드를 사용하면, 필름 위에서 열가소성 탄소섬유테이프를 적층하여 고품질의 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬을 만들어낼 수 있다.The present invention provides a uniform vacuum adsorption force to the film placed on the upper surface of the mold through a plurality of vacuum adsorption holes formed at uniform intervals on the mold plate. For this reason, the vacuum adsorption force is uniformly applied to the entire film, and wrinkles do not occur in the film. In addition to this, by installing an on/off valve in each of the plurality of vacuum suction holes, the vacuum suction power of each vacuum suction hole is finely adjusted, so that even fine wrinkles do not occur on the film. In addition to this, a planar heating element is installed at the top of the plurality of vacuum suction holes to wrap around them, and an on/off valve is installed in each of the plurality of vacuum suction holes to provide heat and vacuum suction power to the film at the same time to prevent even fine wrinkles on the film. . Therefore, using the above-described mold, a high-quality carbon fiber-reinforced thermoplastic reinforcing panel can be produced by laminating a thermoplastic carbon fiber tape on a film.
본 발명은 헤드유닛의 레이저부가 복수 개의 단위 레이저로 구성된다. 한 개의 단위 레이저는 한 개의 열가소성 탄소섬유테이프를 담당하여 가열한다. 이와 같은 레이저부를 구비함으로써, 일렬로 배치되어 절단된 열가소성 탄소섬유테이프의 폭과 동일한 폭으로, 레이저 빔의 폭을 조절할 수 있어, 한 번 레이저 빔을 조사받은 열가소성 탄소섬유테이프가 다시 레이저 빔을 받아 녹는 것이 방지된다. 따라서, 상술한 레이저부를 사용하면, 필름 위에서 열가소성 탄소섬유테이프를 적층하여 고품질의 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬을 만들어낼 수 있다.In the present invention, the laser unit of the head unit is composed of a plurality of unit lasers. One unit laser heats one thermoplastic carbon fiber tape. By providing such a laser unit, the width of the laser beam can be adjusted to the same width as the width of the thermoplastic carbon fiber tapes arranged in a line and cut, so that the thermoplastic carbon fiber tape that has been irradiated with the laser beam once receives the laser beam again. melting is prevented. Therefore, using the above-described laser unit, a high-quality carbon fiber-reinforced thermoplastic reinforcing panel can be produced by laminating a thermoplastic carbon fiber tape on a film.
도 1은 종래 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 필름에 주름이 생긴 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 자동섬유적층기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 몰드판의 평면도이다.
도 6은 제1변형예에 따른 몰드판을 나타낸 도면이다.
도 7은 제2변형예에 따른 몰드판을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 레이저부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a conventional carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel manufacturing apparatus.
2 is a view showing a state in which wrinkles are formed on the film.
3 is a view showing an apparatus for manufacturing a carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the operation of the automatic fiber laminating machine shown in FIG.
FIG. 5 is a plan view of the mold plate shown in FIG. 4 .
6 is a view showing a mold plate according to a first modification.
7 is a view showing a mold plate according to a second modification.
8 is a view for explaining the operation of the laser unit shown in FIG.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치를 자세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for manufacturing a carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치는, 몰드(100), 자동섬유적층기(200)로 구성된다.As shown in FIG. 3 , the apparatus for manufacturing a carbon fiber reinforced thermoplastic reinforcing panel according to the first embodiment of the present invention includes a
[몰드][Mold]
몰드(100)는 몰드판(110), 필름(120), 튜브(140)로 구성된다.The
<몰드판><Mold plate>
몰드판(110)은 세라믹이나 금속 재질로 만들어져 판 형상으로 형성된다. 몰드판(110)에는 복수 개의 진공흡착공(130)이 형성된다. 진공흡착공(130)은 몰드판(110)의 상면에서 하면 방향으로 관통되어 형성된다. 진공흡착공(130)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 균일한 간격으로 배치되고 몰드판(110)의 전체 영역에 고르게 배치된다. The
<필름><Film>
필름(120)은 몰드판(110)의 상면을 덮는다. 필름(120)은 열가소성 수지가 녹는 온도 350℃ 이상에서 견딜 수 있는, 폴리이미드, 테프론 등으로 만들어진다. 필름(120)은 실링재(ST)에 의해 몰드판(110)의 상면에 부착된다. 실링재(ST)는 필름(120)의 테두리를 따라 위치된다. The
<튜브><tube>
튜브(140)는 일측이 복수 개의 진공흡착공(130) 각각에 연결되며, 타측이 진공펌프(미도시)와 연결된다. 진공펌프(미도시)는 튜브(140)를 통해 각각의 진공흡착공(130)에 진공흡착력을 제공한다. 튜브(140)를 통해 진공흡착공(130)에 진공이 작용하면, 필름(120)이 몰드판(110)에 밀착된다. 복수 개의 진공흡착공(130)이 몰드판(110)의 전체 영역에 고르게 균일한 간격으로 배치됨으로써, 진공펌프(미도시)의 진공흡착력이 각각의 진공흡착공(130)들을 통해 몰드판(110)의 상면에 배치된 필름(120)의 전체 영역에 균일하게 작용될 수 있다. 이로 인해, 필름(120)에 주름이 생기지 않는다.One side of the
[제1변형예에 따른 몰드][Mold according to the first modification]
도 6에 도시된 바와 같이, 제1변형예에 따른 몰드(100a)는, 복수 개의 진공흡착공(130) 마다 개폐밸브(150)가 더 설치된다. 이로 인해, 진공흡착공(130) 각각의 진공흡착력이 미세하게 조절되어, 필름(120)에 미세한 주름까지 생기지 않게 만든다. 개폐밸브(150)는 몰드판(110)의 하면에 설치되어, 일단이 진공흡착공(130)에 연통되고, 타단이 튜브(140)에 연결된다.As shown in FIG. 6 , in the
개폐밸브(150)의 개폐도에 의해, 진공흡착공(130)의 진공흡착력이 조절된다. 이를 위해, 개폐밸브(150)는 밸브 하우징과, 밸브 하우징 내에 회전가능하게 결합된 회전볼과 회전볼을 회전시키는 구동부로 구성된다. 회전볼의 회전각도에 따라 개폐밸브(150)의 개폐도는 달라질 수 있다. 이 밖에 개폐밸브(150)는 공지된 기술을 사용하여 다양하게 구성될 수 있다. 개폐밸브(150)의 개폐도는 작업자가 수동으로 조절될 수 있다. 한편, 개폐밸브(150)의 개폐도를 자동으로 조절할 수도 있다. 이 경우, 필름(120)을 상측에서 찍는 카메라와, 상기 카메라에서 보내온 영상을 보면서 필름(120)의 주름이 없어질 때까지, 개폐밸브(150)의 개폐도를 조절하는 제어부가 더 포함된다. By the degree of opening and closing of the on-off
[제2변형예에 따른 몰드][Mold according to the second modification]
도 7에 도시된 바와 같이, 제2변형예에 따른 몰드(100b)는, 복수 개의 진공흡착공(130) 각각에 그 주위를 감싸는 면상발열체(160)가 더 설치되고, 복수 개의 진공흡착공(130) 마다 개폐밸브(150)가 더 설치된다. 이로 인해, 필름(120)에 열과 진공흡착력이 동시에 주어져, 필름(120)에 미세한 주름까지 생기지 않게 만든다. As shown in FIG. 7, the
면상발열체(160)는 링 형상을 가진다. 몰드판(110)의 상면에는 면상발열체(160)가 삽입되는 삽입홈(111)이 형성된다. 면상발열체(160)는 삽입홈(111)에 삽입된다. 면상발열체(160)가 삽입홈(111)에 삽입되면, 면상발열체(160)의 중앙에 진공흡착공(130)이 위치된다. 면상발열체(160)는 전기를 받아 열을 발생시킨다. 면상발열체(160)의 발열량 및 개폐밸브(150)의 개폐도는 작업자가 수동으로 조절할 수 있다. 한편, 면상발열체(160)의 발열량 및 개폐밸브(150)의 개폐도를 자동으로 조절할 수도 있다. 이 경우, 필름(120)을 상측에서 찍는 카메라와, 상기 카메라에서 보내온 영상을 보면서 필름(120)의 주름이 없어질 때까지, 면상발열체(160)의 발열량 및 개폐밸브(150)의 개폐도를 조절하는 제어부가 더 포함된다.The
[자동섬유적층기][Automatic Fiber Laminator]
도 3에 도시된 바와 같이, 자동섬유적층기(200)는 공급유닛(210), 헤드유닛(220), 로봇유닛(230)으로 구성된다.As shown in FIG. 3 , the
<공급유닛><Supply unit>
공급유닛(210)은 열가소성 탄소섬유테이프(T)를 적재하고 헤드유닛(220)으로 공급한다. 공급유닛(210)은 프레임, 커버, 보빈, 모터, 전원, 전선 등으로 구성되며, 이 밖에도 공급유닛(210)은 공지된 기술을 사용하여 다양한 구성이 가능하다.The
열가소성 탄소섬유테이프(T)는 탄소섬유와 열가소성수지로 구성된다. 탄소섬유는 일방향으로 배치된다. 열가소성수지는 탄소섬유 사이로 함침된다. 열가소성수지로 PPS, PEI, PEEK, PEKK 등이 사용된다.The thermoplastic carbon fiber tape (T) is composed of carbon fibers and a thermoplastic resin. Carbon fibers are arranged in one direction. The thermoplastic resin is impregnated between the carbon fibers. PPS, PEI, PEEK, PEKK, etc. are used as thermoplastic resins.
열가소성 탄소섬유테이프(T)는 폭이 작은 열가소성 탄소섬유테이프(T)가 사용되며, 복수 개가 나란히 공급되어 절단된다. 본 실시예에서는 폭이 6.35mm인 열가소성 탄소섬유테이프(T)가 사용되며, 최대 16개가 나란히 공급될 수 있다. 몰드(100) 위에 절단되어 놓이는 열가소성 탄소섬유테이프(T)의 개수는 만들고자 하는 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬의 형상과 두께에 따라 달라진다. As for the thermoplastic carbon fiber tape (T), a thermoplastic carbon fiber tape (T) having a small width is used, and a plurality of them are supplied side by side and cut. In this embodiment, a thermoplastic carbon fiber tape (T) having a width of 6.35 mm is used, and a maximum of 16 can be supplied side by side. The number of the thermoplastic carbon fiber tapes T cut and placed on the
<헤드유닛><Head unit>
헤드유닛(220)은 몰드(100) 위에서 열가소성 탄소섬유테이프(T)를 절단하고 가열하고 가압하여 적층하는 것을 반복한다. 그러면 몰드(100) 위에 설정된 형상과 두께의 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬이 만들어진다. The
도 4에 도시된 바와 같이, 헤드유닛(220)은 절단부(221), 레이저부(222), 가압부(223)로 구성된다.As shown in FIG. 4 , the
절단부cut
절단부(221)는 공급유닛(210)으로부터 공급받은 열가소성 탄소섬유테이프(T)를 절단하여 몰드(100) 위에 올려놓는다. 절단부(221)는 프레임, 커버, 칼날, 모터, 링크, 전원, 전선 등으로 구성되며, 이 밖에도 절단부(221)는 공지된 기술을 사용하여 다양한 구성이 가능하다.The cutting
레이저부laser part
도 8에 도시된 바와 같이, 레이저부(222)는 복수 개로 단위 레이저(222a)로 구성된다. 복수 개의 단위 레이저(222a)는 일렬로 배치되어 절단된 열가소성 탄소섬유테이프(T)에, 레이저 빔(E1)을 조사한다. 그러면, 열가소성 탄소섬유테이프(T)가 가열되어, 열가소성 탄소섬유테이프(T) 내 열가소성 수지가 녹는다. 본 실시예에서는 6.35mm 폭의 열가소성 탄소섬유테이프(T)가 최대 16개 공급 가능하므로, 레이저부는 16개의 단위 레이저(222a)가 일렬로 배치된다.As shown in FIG. 8 , the
한 개의 단위 레이저(222a)는 한 개의 열가소성 탄소섬유테이프(T)에 레이저 빔(E1)을 조사한다. 한 개의 단위 레이저(222a)가 방출하는 레이저 빔(E1)의 폭은 한 개의 열가소성 탄소섬유테이프(T)의 폭에 대응하도록 형성된다. 따라서, 한 개의 단위 레이저(222a)는 한 개의 열가소성 탄소섬유테이프(T)를 담당하여 가열하게 된다. One
복수 개의 단위 레이저(222a)는 전체가 일률적으로 작동되는 것이 아니고 각각 개별적으로 제어된다. 따라서, 레이저 빔(E1)을 조사하는 단위 레이저(222a)의 개수를 조절하여 조사되는 레이저 빔(E1)의 폭을 조절할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 공급되는 열가소성 탄소섬유테이프(T)의 전체 폭이 복수 개의 단위 레이저(222a)의 전체 폭보다 작은 경우, 열가소성 탄소섬유테이프(T)의 폭 위치에 대응하는 단위 레이저(222a)만을 작동시켜 레이저 빔(E1)을 조사할 수 있다. The plurality of
레이저부(222)는 프레임, 커버, 레이저발생장치, 전원, 전선, 케이블베어 등으로 구성되며, 이 밖에도 레이저부(222)는 공지된 기술을 사용하여 다양한 구성이 가능하다.The
이와 같은 레이저부(222)를 구비함으로써, 일렬로 배치되어 절단된 상기 열가소성 탄소섬유테이프의 폭과 동일한 폭으로, 레이저 빔의 폭을 조절할 수 있어, 한 번 레이저 빔을 조사받은 열가소성 탄소섬유테이프가 다시 레이저 빔을 받아 녹는 것이 방지된다. 이로 인해, 탄소섬유 강화 열가소성 복합재의 품질이 향상된다.By having such a
가압부pressurized part
가압부(223)는 가열된 열가소성 탄소섬유테이프(T)를 가압한다. 가압부(223)는 프레임, 커버, 롤러, 모터, 전원, 전선 등으로 구성되며, 이 밖에도 가압부(223)는 공지된 기술을 사용하여 다양한 구성이 가능하다.The
<로봇유닛><Robot Unit>
로봇유닛(230)은 헤드유닛(220)을 몰드(100) 위의 설정된 위치로 이동시킨다. 로봇유닛(230) 프레임, 커버, 모터, 링크, 전원, 전선, 케이블베어 등으로 구성되며, 이 밖에도 로봇유닛(230)은 공지된 기술을 사용하여 다양한 구성이 가능하다.The
100, 100a, 100b: 몰드 110: 몰드판
120: 필름 130: 진공흡착공
140: 튜브 150: 개폐밸브
160: 면상발열체 200: 자동섬유적층기
210: 공급유닛 220: 헤드유닛
221: 절단부 222: 레이저부
223: 가압부 230: 로봇유닛
E1: 레이저 빔 T: 열가소성 탄소섬유테이프 100, 100a, 100b: mold 110: mold plate
120: film 130: vacuum suction hole
140: tube 150: on-off valve
160: planar heating element 200: automatic fiber laminating machine
210: supply unit 220: head unit
221: cutting unit 222: laser unit
223: pressurizing unit 230: robot unit
E1: Laser beam T: Thermoplastic carbon fiber tape
Claims (5)
열가소성 탄소섬유테이프를 공급하는 공급유닛과, 공급된 상기 열가소성 탄소섬유테이프를 적층, 절단, 가열, 가압하는 헤드유닛과, 상기 헤드유닛을 설정된 위치로 이동시키는 로봇유닛으로 구성되어, 상기 필름의 상면에 상기 열가소성 탄소섬유테이프를 적층하는 자동섬유적층기;
상기 복수 개의 진공흡착공 마다 설치된 개폐밸브;
상면이 상기 진공흡착된 필름의 하면과 직접 맞닿아 열을 전달하도록 상기 삽입홈에 삽입되며, 상기 진공흡착공의 주위를 감싸도록 링 형상을 가진 면상발열체;
상기 진공흡착된 필름을 상측에서 찍는 카메라; 및
상기 카메라에서 보내온 진공흡착된 필름의 영상을 보면서, 상기 필름의 주름이 없어질 때까지, 상기 면상발열체의 발열량 및 상기 개폐밸브의 개폐도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 열가소성 보강판넬 제조장치.A mold plate having a plurality of insertion grooves arranged at uniform intervals, a film vacuum-adsorbed on the upper surface of the mold plate, one side is connected to each of the vacuum suction holes formed in the center of the plurality of insertion grooves, and the other side is connected to a vacuum pump a mold consisting of a plurality of tubes;
It consists of a supply unit for supplying a thermoplastic carbon fiber tape, a head unit for laminating, cutting, heating, and pressing the supplied thermoplastic carbon fiber tape, and a robot unit for moving the head unit to a set position, the upper surface of the film an automatic fiber laminating machine for laminating the thermoplastic carbon fiber tape on;
an on/off valve installed in each of the plurality of vacuum suction holes;
a planar heating element having an upper surface inserted into the insertion groove to transfer heat in direct contact with the lower surface of the vacuum adsorbed film, and having a ring shape to surround the vacuum adsorption hole;
a camera that takes the vacuum-adsorbed film from the upper side; and
Carbon fiber reinforced thermoplastic, characterized in that it comprises a control unit for controlling the amount of heat generated by the planar heating element and the degree of opening and closing of the on-off valve while watching the image of the vacuum-adsorbed film sent from the camera, until the wrinkles of the film disappear Reinforcement panel manufacturing equipment.
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---|---|---|---|
KR1020200144078A KR102340607B1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Reinforcement Panel Manufacturing Equipment |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114643726A (en) * | 2022-04-02 | 2022-06-21 | 常州新创航空科技有限公司 | Belt laying machine adsorption platform and control method thereof |
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- 2020-11-02 KR KR1020200144078A patent/KR102340607B1/en active IP Right Grant
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