KR102358500B1 - 복합재 중공 구조체 성형 방법 및 장치, 그에 의해 제조된 복합재 중공 구조체 - Google Patents

복합재 중공 구조체 성형 방법 및 장치, 그에 의해 제조된 복합재 중공 구조체 Download PDF

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이수용
최동국
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Abstract

복합재 중공 구조체 성형 방법 및 장치, 및 그에 의해 제조된 복합재 중공 구조체가 개시되며, 복합재 중공 구조체 성형 방법은 (a) 내부에 중공부를 형성하는 몰드 구조체를 준비하는 단계; (b) 상기 중공부를 형성하는 상기 몰드 구조체의 내부 둘레면에 대하여 복합재 프리프레그를 적층하여, 상기 내부 둘레면을 따라 연속적으로 복합재 프리프레그 층을 형성하는 단계; (c) 상기 복합재 프리프레그 층이 형성된 중공부 내부에 상기 복합재 프리프레그 층에 의해 둘러싸이도록 내부 진공백을 배치하고 상기 몰드 구조체의 외측을 둘러싸도록 외부 진공백을 배치한 다음, 상기 내부 진공백 또는 상기 외부 진공백에 대하여 진공포트를 설치하고 상기 진공포트를 통한 선택적 기체 이동 이외에는 상기 내부 진공백과 상기 외부 진공백의 사이 공간과 외부 공간 간의 기체 이동이 차단되도록 상기 내부 진공백과 상기 외부 진공백을 상호 접합하는 단계; (d) 상기 내부 진공백이 상기 복합재 프리프레그 층을 접촉 가압하도록 상기 사이 공간에 존재하는 기체를 상기 진공포트를 통해 배출함으로써 복합재 중공 구조체를 성형하는 단계; 및 (e) 성형된 상기 복합재 중공 구조체를 상기 몰드 구조체로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

복합재 중공 구조체 성형 방법 및 장치, 그에 의해 제조된 복합재 중공 구조체{METHOD AND APPARATUS FOR MAKING COMPOSITE HOLLOW STRUCTURE, AND COMPOSITE HOLLOW STRUCTURE MADE THEREBY}
본원은 복합재 프리프레그(Prepreg)를 이용하여 복합재 중공 구조체를 성형하는 방법 및 장치, 그리고 상기 방법 또는 상기 장치에 의해 제조(성형)된 복합재 중공 구조체에 관한 것이다.
기존의 복합재 중공 구조체 제조 방법은 내측 몰드와 외측 몰드의 사이에 복합재를 적층하여 복합재 중공 구조체 제품을 성형하는 방식, 내측 몰드 대신에 공기 팽창형 튜브를 삽입하여 복합재 중공 구조체 제품을 성형하는 방식, 외측 몰드 내면에 배치된 복합재 프리프레그의 내측면에 대하여 공기를 밀폐하는 내부 코팅재를 형성(도포)하고 형성된 내부 코팅재의 내부를 압축공기로 가압하여 복합재 중공 구조체 제품을 성형하는 방식 등이 있었다.
그런데, 기존의 복합재 중공 구조체 제조 방법은 복잡한 곡면을 가진 복합재 중공 구조체에 대한 성형(예를 들면, 제품 중량 감소, 중공 내부 용적 증가, 균일한 제품 두께 등을 이룰 수 있는 양질의 성형)이 용이하지 않고, 제품 성형 후 몰드로부터 제품을 탈형하는 것이 용이하지 않은 측면이 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2013-0078524 호 및 제10-2012-0020721호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복잡한 곡면을 가진 복합재 중공 구조체를 일체형 등으로 쉽게 성형 가능하고, 제품(복합재 중공 구조체) 성형 후 몰드로부터 제품의 탈형이 용이한 복합재 중공 구조체 성형 방법 및 장치, 그에 의해 제조된 복합재 중공 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 측면에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법은 (a) 내부에 중공부를 형성하는 몰드 구조체를 준비하는 단계; (b) 상기 중공부를 형성하는 상기 몰드 구조체의 내부 둘레면에 대하여 복합재 프리프레그를 적층하여, 상기 내부 둘레면을 따라 연속적으로 복합재 프리프레그 층을 형성하는 단계; (c) 상기 복합재 프리프레그 층이 형성된 중공부 내부에 상기 복합재 프리프레그 층에 의해 둘러싸이도록 내부 진공백을 배치하고 상기 몰드 구조체의 외측을 둘러싸도록 외부 진공백을 배치한 다음, 상기 내부 진공백 또는 상기 외부 진공백에 대하여 진공포트를 설치하고 상기 진공포트를 통한 선택적 기체 이동 이외에는 상기 내부 진공백과 상기 외부 진공백의 사이 공간과 외부 공간 간의 기체 이동이 차단되도록 상기 내부 진공백과 상기 외부 진공백을 상호 접합하는 단계; (d) 상기 내부 진공백이 상기 복합재 프리프레그 층을 접촉 가압하도록 상기 사이 공간에 존재하는 기체를 상기 진공포트를 통해 배출함으로써 복합재 중공 구조체를 성형하는 단계; 및 (e) 성형된 상기 복합재 중공 구조체를 상기 몰드 구조체로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 중공부는, 횡단면이 폐도형을 형성하도록 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성되는 구간부 및 길이방향 끝단이 개구된 개구부를 포함하도록 형성되고, 상기 (c) 단계에서의 상호 접합은, 상기 개구부를 통해 상기 중공부 외측으로 돌출된 상기 내부 진공백의 단부를 상기 외부 진공백의 단부와 접합하여 진공백 접합부를 형성하도록 수행될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 중공부는, 상기 구간부를 하나 이상 포함하고, 상기 개구부를 복수개 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 중공부는, 연속형 중공부, 분기형 중공부 및 교차형 중공부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 (d) 단계에서, 상기 진공포트를 통한 기체 배출은 진공펌프에 의해 수행될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 진공포트는, 상기 사이 공간에 존재하는 기체를 선택적으로 외부 배출 가능하도록 설치되는 포트로서, 상기 외부 진공백을 통과하는 상태로 상기 몰드 구조체의 외부 둘레면에 대하여 설치될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 (d) 단계에서의 접촉 가압시의 압력은, 상기 복합재 프리프레그 층이 허용 오차 범위 이내의 미리 설정된 두께로 성형되도록 가압하는 압력으로 설정될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 몰드 구조체는, 내부에 상기 중공부를 형성하도록 결합되는 복수의 몰드를 포함할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 측면에 따른 복합재 중공 구조체 성형 구조체는 본원의 일 측면에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 측면에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치는, 본원의 일 측면에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 이용되는 복합재 중공 구조체 성형 장치로서, 상기 몰드 구조체, 상기 내부 진공백, 상기 외부 진공백, 및 상기 진공포트를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단 중 적어도 하나에 의하면, 내부 진공백과 외부 진공백을 이용함으로써, 복잡한 곡면을 가진 복합재 중공 구조체를 일체형 등으로 쉽게 성형 가능하고, 제품(복합재 중공 구조체) 성형 후 몰드로부터 제품의 탈형이 용이한 복합재 중공 구조체 성형 방법 및 장치, 그에 의해 제조된 복합재 중공 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단 중 적어도 하나에 의하면, 진공에 의하여 복합재(복합재 프리프레그)에 존재하는 기포가 제거되어 복합재 중공 구조체의 성능이 크게 향상될 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법의 개략적인 흐름도(순서도)이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 이용되는 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치의 개략적인 제1 단면도이다. 참고로, 후술할 도 3에 도시된 길이방향에 대하여 직교하는 횡방향을 따라 절개한 횡단면이 도 2의 제1 단면도에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 이용되는 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치의 개략적인 제2 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되거나 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 복합재 중공 구조체 성형 방법, 복합재 중공 구조체 성형 방법에 의해 성형된 복합재 중공 구조체, 및 복합재 중공 구조체 성형 방법에 이용되는 복합재 중공 구조체 성형 장치에 관한 것이다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법의 개략적인 흐름도(순서도)이다. 또한, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 이용되는 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치의 개략적인 제1 단면도이고, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 이용되는 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치의 개략적인 제2 단면도이다. 참고로, 도 3에 도시된 길이방향에 대하여 직교하는 횡방향을 따라 절개한 횡단면이 도 2의 제1 단면도에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
먼저, 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법(이하 '본 성형 방법'이라 함)에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 성형 방법은 내부에 중공부(110a)를 형성하는 몰드 구조체(110)를 준비하는 단계(S1)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 몰드 구조체(110)는 그 내부에 중공부(110a)를 형성하도록 결합되는 복수의 몰드(111)를 포함할 수 있다. 예시적으로 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 몰드(111)는 상호 대칭적으로 2개 구비되어 상호 접합(결합)되어 몰드 구조체(110)를 형성할 수 있다. 다만, 이에만 한정되는 것은 아니며, 다른 예로 몰드 구조체(110)는 단일한 몰드에 의해 일체형으로 구비될 수 있다. 이와 같이, 몰드 구조체(110)는 복합재 중공 구조체의 성형 완료 후 탈형이 용이하도록 조립식 또는 일체형으로 구비될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 성형 방법은 중공부(110a)를 형성하는 몰드 구조체(110)의 내부 둘레면(110b)에 대하여 복합재 프리프레그를 적층하여, 내부 둘레면(110b)을 따라 연속적으로 복합재 프리프레그 층(200)을 형성하는 단계(S2)를 포함한다.
참고로, 프리프레그(Prepreg)는 이를 테면 탄소섬유나 유리섬유와 같은 섬유 강화재에 에폭시 수지와 같은 액상 합성수지를 침투시킨 복합재 중간단계 소재로서, 프리프레그 소재를 몰드에 배치하고 열과 압력을 가하면 기계적, 열적 물성이 뛰어난 복합재 부품(composite part)이 만들어질 수 있다. 이러한 프피프레그 소재는 당 분야 통상의 기술자에게 자명하므로 보다 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이러한 복합재 프리프레그는 S2 단계에서 몰드 구조체(110)의 내측에 적층되어 복합재 프리프레그 층(200)을 형성한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 성형 방법은 복합재 프리프레그 층(200)이 형성된 중공부(110a) 내부에 복합재 프리프레그 층(200)에 의해 둘러싸이도록 내부 진공백(121)을 배치하고 몰드 구조체(110)의 외측을 둘러싸도록 외부 진공백(122)을 배치한 다음, 내부 진공백(121) 또는 외부 진공백(122)에 대하여 진공포트(140)를 설치하고 진공포트(140)를 통한 선택적 기체 이동 이외에는 내부 진공백(121)과 외부 진공백(122)의 사이 공간(120a)과 외부 공간 간의 기체 이동이 차단되도록 내부 진공백(121)과 외부 진공백(122)을 상호 접합하는 단계(S3)를 포함한다.
S3 단계에서 선택적 기체 이동이라 함은, 사이 공간(120a)으로부터의 기체 배출 등을 위해 진공포트(140)가 개방되면 기체 이동이 가능해지고, 사이 공간(120a)으로부터의 기체 배출 완류 후 진공포트(140)가 폐쇄되면 기체 이동이 차단(불가능)되는 것을 의미할 수 있다. 이와 같이 진공포트(140)는, 사이 공간(120a)에 존재하는 기체를 선택적으로 외부 배출 가능하도록 설치되는 포트이다. 예시적으로, 진공포트(140)는 외부 진공백(122)을 통과하는 상태로 몰드 구조체(110)의 외부 둘레면(110c)에 대하여 설치될 수 있다. 참고로, 진공포트(140)는 내부 진공백(121)과 외부 진공백(122)을 상호 접합하여 사이 공간(120a)을 외부에 대하여 밀봉한 다음 설치될 수도 있고, 경우에 따라서는 상기 밀봉이 이루어지기 전에 미리 설치될 수도 있을 것이다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 진공백은 진공백 내측과 진공백 외측으로 구분되어, 내측에 위치하는 내부 진공백(121)은 적층된 복합재 프리프레그 층(200)의 내측에 대하여 배치되고, 외측에 위치하는 외부 진공백(122)은 몰드 구조체(110)의 외측에 대하여 배치될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, S3 단계에서의 상호 접합은, 개구부를 통해 중공부(110a) 외측(길이방향 외측)으로 돌출된 내부 진공백(121)의 단부를 외부 진공백(122)의 단부와 접합하여 진공백 접합부(123)를 형성하도록 수행될 수 있다. 예시적으로, 내부 진공백(121)과 외부 진공백(122)의 끝단(예를 들면 양 끝단)은 밀봉재와 같은 진공백 접합부(123)에 의하여 완전히 밀봉될 수 있다. 즉, 진공백 접합부(123)에 의해, 내부 진공백(121)와 외부 진공백(122) 사이의 사이 공간(120a)에 위치하는 복합재 프리프레그 층(200)과 몰드 구조체(110) 전체가 밀봉(외부와의 기체 이동이 차단)될 수 있다.
도 3을 참조하면, 중공부(110a)는, 횡단면이 폐도형을 형성하도록 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성되는 구간부 및 길이방향 끝단이 개구된 개구부를 포함하도록 형성될 수 있다. 중공부(110a)는, 구간부를 하나 이상 포함하고, 개구부를 복수개 포함할 수 있다. 예시적으로, 도 3을 참조하면, 중공부(110a)가 단일한 직선 타입이나 단일한 곡선 타입이나 단일한 꺾인 타입과 같은 연속형 중공부인 경우, 1개의 구간부와 상기 1개의 구간부 양 끝단마다 형성되는 2개의 개구부가 형성될 수 있다. 다만, 중공부(110a)의 형태는 이에만 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 중공부(110a)는, 연속형 중공부, 분기형 중공부 및 교차형 중공부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 연속형 중공부는 전술한 바와 같이 직선 타입(일자형)과 곡선 타입과 꺾인 타입을 포함할 수 있다. 또한, 분기형 중공부는 이를 테면 T자형과 같이 중간에서 분기되는 형태를 지칭할 수 있다. 이러한 분기형 중공부는 분기되는 개수에 따라 개구부의 개수 및 구간부의 개수가 정하여 질 수 있다. 예를 들어, T자형 중공부의 경우 개구부가 3개, 구간부가 3개 형성될 수 있다. 또한, 교차형 중공부는 이를 테면 +자형과 같이 중간에서 교체되는 형태를 지칭할 수 있다. 이러한 교차형 중공부는 교체되는 개수에 따라 개구부의 개수 및 구간부의 개수가 정하여 질 수 있을 것이다. 예를 들어, +자형 중공부의 경우 개구부가 4개, 구간부가 4개 형성될 수 있다.
즉, 도면(도 3)에서는 단순한 형태인 일자형의 중공부(110a)를 갖는 복합재 중공 구조체의 제조(성형)을 예시로 들고 있지만, 본원의 적용은 L자형, T자형 +자형 등 복잡하고 다양한 형태에 대해서도 가능함은 물론이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 성형 방법은 내부 진공백(121)이 복합재 프리프레그 층(200)을 접촉 가압하도록 사이 공간(120a)에 존재하는 기체를 진공포트(140)를 통해 배출함으로써 복합재 중공 구조체를 성형하는 단계(S4)를 포함한다. S4 단계에서, 진공포트(140)를 통한 기체 배출은 진공펌프에 의해 수행될 수 있다.
또한, 내부 진공백은 진공 가압에 의해 복합재 프리프레그 층에 접촉(밀착)되었을 때, 내부 진공백의 외면 중 복합재 프리프레그 층에 접촉되지 않는 미접촉면이 발생되지 않거나 허용 범위 이내로만 발생되도록 구비됨이 바람직하다.
예를 들어, 내부 진공백은 중공부 내부 둘레면에 적층된 복합재 프리프레그 층의 두께를 고려한 중공부의 내부 둘레면의 형상 및 면적을 고려하여 구비될 수 있다.
또한, 내부 진공백은 중공부 내부에 배치된 다음 진공화에 의한 밀착(접촉 가압)시 소정만큼 팽창될 수 있는 신축성을 갖는 재질로 구비될 수 있다. 예를 들어, 내부 진공백은 사이 공간에 대한 진공화에 의해 복합재 프리프레그 층에 밀착될 때 팽창(신장)될 수 있는 재질, 크기 및 면적으로 구비될 수 있고, 이에 따라 내부 진공백의 외면 중 복합재 프리프레그 층에 접촉되지 않는 미접촉면의 발생이 방지되거나 최소화될 수 있다.
이와 같이, 내부 진공백은 상기와 같은 신축성을 갖는 재질, 크기 및 면적 설정을 통해, 사이 공간(120a)이 진공화되었을 때 소정의 팽창(신장)을 통해 주름이 잡히지 않는 방향으로 밀착되도록 구비될 수 있다. 예시적으로, 내부 진공백(121)의 횡방향(길이방향에 직교하는 면 방향) 단면 상에서의 둘레 길이는 몰드 구조체(110)의 내부 둘레면(110b)의 둘레 길이 이하가 되도록 설정될 수 있다. 보다 바람직하게는, 내부 진공백(121)은 횡방향(길이방향에 직교하는 면 방향) 단면 상에서의 둘레 길이가 몰드 구조체(110)의 내부 둘레면(110b) 상에 적층된 복합재 프리프레그 층(200)에 의해 성형되는 복합재 중공 구조체의 내부 둘레면의 둘레 길이 이하가 되도록 구비될 수 있다.
또한, S4 단계에서의 접촉 가압시의 압력은, 복합재 프리프레그 층(200)이 허용 오차 범위 이내의 미리 설정된 두께로 성형되도록 가압하는 압력으로 설정될 수 있다.
이처럼 S4 단계를 수행을 통해 밀봉된 진공백(내부 진공백 및 외부 진공백)에 대하여 진공포트(140)를 설치하고 진공펌프와 같은 진공화 수단을 이용하여 진공백 내부의 기체(이를 테면 공기)를 배출하면, 몰드 구조체(100)의 내부 둘레면(110b)에 대하여 적층된 복합재 프리프레그 층(200)이 내부 둘레면(110b)에 완전히 밀착(접촉)되면서 성형이 진행될 수 있다.
또한, 도면에는 구체적으로 도시되지 않았으나, 경우에 따라서는 S4 단계에서, 추가적으로 사이 공간(120a)의 외부에서의 공기 팽창을 통해 복합재 프리프레그 층(200)을 외부 가압까지 수행하여 보다 고품질의 복합재 중공 구조체의 성형을 도모하여 볼 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 성형 방법은 성형된 복합재 중공 구조체를 몰드 구조체(110)로부터 분리(탈형)하는 단계(S5)를 포함할 수 있다. S4 단계에서의 진공 작업 및 성형 완료 후, S5 단계를 통해 몰드 구조체(110)를 제거하면 복합재 중공 구조체가 제조될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본원의 일 실시예에 의하면, 몰드 구조체(110)의 내측에 복합재 프리프레그가 중공형으로 적층(복합재 프리프레그 층 형성)되고, 적층된 복합재 프리프레그 층(200)의 내측과 몰드 구조체(110)의 외측이 진공백(내부 진공백 및 외부 진공백)으로 밀봉(기체 이동 차단)될 수 있다. 진공백으로 밀봉된 내부 기체(내부 공기)를 진공펌프와 같은 진공화 수단을 이용하여 배출하면 적층된 복합재 프리프레그 층(200)이 몰드 구조체(110)의 내부 둘레면(110b)의 표면 상에 확실하게 밀착(접촉)되어 복잡한 형상의 복합재 중공 구조체까지도 종래 대비 보다 용이한 성형(제조)이 가능해질 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 의하면, 진공에 의하여 복합재(복합재 프리프레그)에 존재하는 기포가 제거되어 복합재 중공 구조체의 성능이 크게 향상될 수 있다.
또한, 본원은 복합재 중공 구조체가 요구되는 모든 곳에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 의하면, 곡면이 많은 항공기 동체나 잠수함 선체를 복합재 중공 구조체로 제조하기가 용이하며, 특히 동체의 중량 감소와 내부 용적 증가 등의 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본원은 본 성형 방법에 의해 제조된 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체를 제공할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체는 본 성형 방법에 의해 내부 진공백과 외부 진공백을 이용한 진공 가압 방식으로 성형됨에 따라, 기존의 성형 방법과 대비하였을 때, 진공 방식의 가압에 의해 복합재 프리프레그 층이 허용 오차 범위 이내의 미리 설정된 두께로 보다 균일하게 성형될 수 있다.
또한, 본원은 본 성형 방법에 이용되는 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치를 제공할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치는 몰드 구조체, 내부 진공백, 외부 진공백, 및 진공포트를 포함할 수 있다. 다만, 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 장치는 전술한 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법과 동일하거나 상응하는 기술적 특징 및 구성을 공유하므로, 본원의 일 실시예에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법과 관련하여 기설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 몰드 구조체
110a: 중공부
110b: 내부 둘레면
110c: 외부 둘레면
111: 몰드
121: 내부 진공백
122: 외부 진공백
123: 진공백 접합부
120a: 사이 공간
140: 진공포트
200: 복합재 프리프레그 층

Claims (10)

  1. 복합재 중공 구조체 성형 방법에 있어서,
    (a) 내부에 중공부를 형성하는 몰드 구조체를 준비하는 단계;
    (b) 상기 중공부를 형성하는 상기 몰드 구조체의 내부 둘레면에 대하여 복합재 프리프레그를 적층하여, 상기 내부 둘레면을 따라 연속적으로 복합재 프리프레그 층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 복합재 프리프레그 층이 형성된 중공부 내부에 상기 복합재 프리프레그 층에 의해 둘러싸이도록 내부 진공백을 배치하고 상기 몰드 구조체의 외측을 둘러싸도록 외부 진공백을 배치한 다음, 상기 내부 진공백 또는 상기 외부 진공백에 대하여 진공포트를 설치하고 상기 진공포트를 통한 선택적 기체 이동 이외에는 상기 내부 진공백과 상기 외부 진공백의 사이 공간과 외부 공간 간의 기체 이동이 차단되도록 상기 내부 진공백과 상기 외부 진공백을 상호 접합하는 단계;
    (d) 상기 내부 진공백이 상기 복합재 프리프레그 층을 접촉 가압하도록 상기 사이 공간에 존재하는 기체를 상기 진공포트를 통해 배출하고, 상기 사이 공간의 외부에서의 공기 팽창을 통해 상기 복합재 프리프레그 층에 외부 가압을 수행하여 복합재 중공 구조체를 성형하는 단계; 및
    (e) 성형된 상기 복합재 중공 구조체를 상기 몰드 구조체로부터 분리하는 단계,
    를 포함하되,
    상기 중공부는, 횡단면이 폐도형을 형성하도록 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성되는 구간부 하나 이상 및 길이방향 끝단이 개구된 개구부 복수개를 포함하도록 형성되고,
    상기 진공포트는, 상기 사이 공간에 존재하는 기체를 선택적으로 외부 배출 가능하도록 설치되는 포트로서, 상기 외부 진공백을 통과하는 상태로 상기 몰드 구조체의 외부 둘레면에 대하여 설치되며,
    상기 몰드 구조체는, 상호 접합되며 내부에 상기 중공부를 형성하도록 결합되는 복수의 몰드를 포함하고,
    상기 (c) 단계에서의 상호 접합은, 상기 개구부를 통해 상기 중공부 외측으로 돌출된 상기 내부 진공백의 단부를 상기 외부 진공백의 단부와 접합하여 진공백 접합부를 형성하도록 수행되며,
    상기 내부 진공백은 상기 (d) 단계에서, 팽창되어 주름이 잡히지 않도록 상기 복합재 프리프레그 층에 접촉되게 구비되는 것인, 복합재 중공 구조체 성형 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중공부는, 연속형 중공부, 분기형 중공부 및 교차형 중공부 중 적어도 하나를 포함하는 것인,복합재 중공 구조체 성형 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 진공포트를 통한 기체 배출은 진공펌프에 의해 수행되는 것인, 복합재 중공 구조체 성형 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서의 접촉 가압시의 압력은, 상기 복합재 프리프레그 층이 허용 오차 범위 이내의 미리 설정된 두께로 성형되도록 가압하는 압력으로 설정되는 것인, 복합재 중공 구조체 성형 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 의해 제조된 복합재 중공 구조체.
  10. 제1항에 따른 복합재 중공 구조체 성형 방법에 이용되는 복합재 중공 구조체 성형 장치로서,
    상기 몰드 구조체, 상기 내부 진공백, 상기 외부 진공백, 및 상기 진공포트를 포함하는 복합재 중공 구조체 성형 장치.
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