KR102485826B1

KR102485826B1 - 복합소재 성형장치

Info

Publication number: KR102485826B1
Application number: KR1020160176953A
Authority: KR
Inventors: 유병호; 이문용
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2023-01-09
Also published as: KR20180073280A

Abstract

복합소재 성형장치가 개시된다. 개시된 복합소재 성형장치는 ⅰ)프리프레그의 가장자리 부분을 클램핑 및 언 클램핑 하는 클램프를 가지며, 클램프를 상하 이동 및 회전 가능하게 구성하는 클램핑유닛과, ⅱ)클램프의 회전 반경 범위에 상형과 하형을 배치하고 있는 성형 금형과, ⅲ)서로 이형된 상형 및 하형 사이로 진퇴 이동 가능하게 구비되며, 클램프에 의해 클램핑 된 프리프레그를 상형 및 하형 사이에서 가열하는 예열유닛을 포함할 수 있다.

Description

복합소재 성형장치 {COMPLEX MATERIALS FORMING SYSTEM}

본 발명의 실시 예는 복합소재 성형 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프리폼(preform) 성형공정에서 프리프레그(prepreg)를 예열하고, 예열된 프리프레그를 금형으로 성형하여 프리폼 성형체를 성형하는 복합소재 성형장치에 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) 등과 같은 플라스틱 복합소재의 판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다.

여기서, 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.

플라스틱 복합소재는 플라스틱 수지류에 섬유소재를 함침하여 경화시킨 것으로, 예를 들면 탄소섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 탄소섬유를 플라스틱 수지류에 함침하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다.

즉, 플라스틱 수지류는 경도가 우수한 반면 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 탄소섬유는 인장강도가 높지만 굽힘 반발력이 없기 때문에, 플라스틱 복합소재는 이들 플라스틱 수지류와 탄소섬유를 결합하여 제조될 수 있다.

플라스틱 복합소재는 프리폼(preform) 성형공정 및 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 공정을 통하여 제조될 수 있다. 프리폼 성형공정에서는 섬유소재에 열가소성 수지의 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료인 프리프레그(prepreg)를 예열하여 연화시킨 후 다수 매로 적층하고, 그 적층된 프리프레그를 성형 금형으로 압착하며 프리폼 성형체를 성형한다. 그리고, 수지이송몰딩 공정에서는 몰딩 금형 내에 여러 장의 프리폼 성형체를 안착시키고 그 몰딩 금형에 열 경화성 수지를 주입하여 경화시키며 원하는 형상의 복합소재 성형체를 성형한다.

여기서, 상기 프리프레그라 함은 섬유 강화 복합재료용의 중간 기재로, 섬유소재(강화섬유)에 열경화성 수지의 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료를 의미한다.

한편, 프리폼 성형 공정에서는 일 예로, 클램프를 통해 프리프레그를 이송수단 상에 로딩하고, 그 이송수단을 통해 프리프레그를 예열기로 이송시키며, 그 예열기의 히터로부터 방사되는 열풍 또는 적외선(원적외선)으로서 프리프레그를 예열한다.

그리고, 프리폼 성형 공정에서는 예열기를 거치며 예열된 프리프레그를 이송수단을 통해 성형 금형으로 이송하고, 성형 금형을 통해 프리프레그를 압착하며 프리폼 성형체로 열간 성형하고, 프리폼 성형체를 클램프를 통해 언로딩 한다.

그런데, 종래 기술에서는 원 소재의 프리프레그를 예열기에 안착하고, 그 예열기에서 예열된 프리프레그를 다시 성형 금형으로 이송하는데 따른 클램핑 및 이송공정이 복잡하고, 예열기에서 예열된 프리프레그를 성형 금형으로 이송하는 도중 프리프레그의 불균일한 열 손실이 발생함으로써 최종 프리폼 성형체의 성형 불량을 야기할 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 프리프레그를 예열하며 성형 금형으로서 프리폼 성형체를 성형하는데 따른 프리프레그와 프리폼 성형체의 클램핑 및 이송공정을 단순화 할 수 있고, 프리프레그의 불균일한 열 손실을 최소화 할 수 있도록 한 복합소재 성형장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치는, ⅰ)프리프레그의 가장자리 부분을 클램핑 및 언 클램핑 하는 클램프를 가지며, 상기 클램프를 상하 이동 및 회전 가능하게 구성하는 클램핑유닛과, ⅱ)상기 클램프의 회전 반경 범위에 상형과 하형을 배치하고 있는 성형 금형과, ⅲ)서로 이형된 상형 및 하형 사이로 진퇴 이동 가능하게 구비되며, 상기 클램프에 의해 클램핑 된 프리프레그를 상기 상형 및 하형 사이에서 가열하는 예열유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 예열유닛은 상하 측의 이송 컨베이어 사이에 이송경로를 형성하는 컨베이어부와, 상기 클램프의 투입 및 배출이 가능하게 구비되며, 상기 상하 측의 이송 컨베이어에 의해 상기 이송경로를 따라 전후진 이동 가능하게 설치되는 예열로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 컨베이어부의 이송경로는 상기 상형 및 하형 사이의 중심경로와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 예열로는 상기 클램프의 투입 및 배출이 가능한 예열 공간을 형성하며, 상기 예열 공간에는 다수의 히터들이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 예열로는 상기 컨베이어부의 이송경로를 따라 상기 성형 금형의 상형 및 하형 사이로 전진되며, 상기 예열 공간으로 상기 클램프를 투입할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 예열로는 상기 성형 금형의 상형 및 하형 사이에서 상기 컨베이어부의 이송경로를 따라 후진되며, 상기 예열 공간으로부터 상기 클램프를 배출할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 클램핑유닛은 상기 클램프와 연결되며, 상기 클램프를 상하 방향으로 왕복 이동시키는 이동부와, 상기 이동부와 연결되며, 상기 이동부를 회전시키는 회전부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 클램프는 상기 이동부와 연결로드를 통해 연결되며, 프리프레그의 한쪽 가장자리를 그리핑 하는 제1 그리퍼와, 상기 제1 그리퍼에 전후진 이동 가능하게 연결되며, 프리프레그의 다른 한쪽 가장자리를 그리핑 하는 제2 그리퍼를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치는, ⅰ)프리프레그의 가장자리 부분을 클램핑 및 언 클램핑 하는 클램프를 가지며, 상기 클램프를 상하 이동 및 회전 가능하게 구성하는 클램핑유닛과, ⅱ)상기 클램프의 회전 반경 범위에 상형과 하형을 배치하고 있는 성형 금형과, ⅲ)프레임에 구비되며, 상하 측의 이송 컨베이어 사이에 이송경로를 형성하는 컨베이어부와, ⅳ)상기 상하 측의 이송 컨베이어에 의해 상기 이송경로를 따라 상기 상형 및 하형 사이로 진퇴 이동하며 상기 클램프의 투입 및 배출이 가능하게 구비되고, 상기 클램프에 의해 클램핑 된 프리프레그를 상기 상형 및 하형 사이에서 가열하는 예열로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 예열로는 상기 클램프의 투입 및 배출이 가능한 예열 공간을 형성하며, 상기 예열 공간에는 상기 이송경로를 따라 다수의 히터들이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 회전부는 작업장의 바닥체에 고정되게 설치되는 제1 모터와, 상기 제1 모터의 구동축에 설치되는 베이스를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 베이스에는 상기 이동부가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 이동부는 상기 베이스에 고정되게 설치되는 제2 모터와, 상기 제2 모터의 구동축에 설치되는 리드 스크류와, 상기 클램프와 연결되며, 상기 리드 스크류에 스크류 결합되는 결합 블록과, 상기 베이스에 고정되며, 상기 결합 블록을 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합하는 가이더를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 제1 그리퍼에는 제1 작동 실린더가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 제1 작동 실린더의 작동 로드는 상기 제2 그리퍼와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 제1 그리퍼는 상기 연결로드를 통해 상기 이동부와 연결되며, 상기 제1 작동 실린더를 고정하는 제1 그리핑 바디와, 상기 제1 그리핑 바디의 양측에 설치되는 제2 작동 실린더와, 상기 제1 그리핑 바디의 하측에서 상기 제2 작동 실린더의 작동 로드와 연결되는 제2 그리핑 바디를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 제2 그리퍼는 상기 제1 작동 실린더의 작동 로드 선단과 연결되는 제3 그리핑 바디와, 상기 제3 그리핑 바디의 양측에 설치되는 제3 작동 실린더와, 상기 제3 그리핑 바디의 하측에서 상기 제3 작동 실린더의 작동 로드와 연결되는 제4 그리핑 바디를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 회전식의 클램핑유닛을 구비함에 따라, 프리프레그를 예열하며 금형으로서 프리폼 성형체를 성형하는데 따른 프리프레그와 프리폼 성형체의 클램핑 및 이송공정을 단순화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 비 고정식의 예열유닛을 통해 프리프레그의 불균일한 열 손실을 최소화 할 수 있으므로, 최종 프리폼 성형체의 성형 불량을 방지할 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 성형장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치에 적용되는 예열유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치에 적용되는 클램핑유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

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 성형장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)는 프리폼(preform) 성형공정 및 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 공정을 통하여 플라스틱 복합소재를 제조하기 위한 플라스틱 복합소재 제조 시스템에 적용될 수 있다.

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

더 나아가, 본 발명의 보호범위가 차체 조립용 부품의 플라스틱 복합소재를 제조하는 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 플라스틱 복합소재라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기와 같은 상기 플라스틱 복합소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있으며, 더 나아가서는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수도 있다.

예를 들면, 상기 플라스틱 복합소재는 플라스틱 수지류에 섬유소재(예를 들면, 탄소섬유)를 함침한 다수 매의 소재 레이어들을 적층하고 그 플라스틱 수지류를 경화하여 제작된 판재로 구비될 수 있다.

이러한 플라스틱 복합소재는 섬유소재를 강화재로 하며, 고강도고탄성의 경량 구조재서 주목받고 있는 첨단 복합 재료이고, 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있다.

그리고, 상기 플라스틱 복합소재는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)는 플라스틱 복합소재 제조 시스템에서 수지이송몰딩 공정의 이전 공정인 프리폼 성형 공정에 적용될 수 있다.

프리폼 성형공정은 플라스틱 복합소재의 예비 성형체인 프리폼 성형체를 성형하는 공정이다. 프리폼 성형공정에서는 섬유소재에 열가소성 수지의 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료인 프리프레그(prepreg)를 예열하여 연화시킨 후, 그 예열된 프리프레그를 금형으로 열간 압착하며 프리폼 성형체를 성형한다.

한편, 수지이송몰딩 성형공정에서는 프리폼 성형공정에서 성형된 프리폼 성형체를 몰딩 금형 내에 안착하고, 그 몰딩 금형으로 열경화성 수지를 주입하여 경화시키며 원하는 형상의 복합소재 성형체를 성형한다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)는 프리폼 성형 공정에 적용되는 성형 설비로서, 성형 대상물인 프리프레그 소재(이하에서는 편의 상 프리프레그(1)라 한다.)를 예열하여 연화시키며, 그 예열된 프리프레그(1)를 금형을 통해 프리폼 성형체(2)로 성형할 수 있는 구성으로 이루어진다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 프리프레그(1)를 예열하며 금형으로서 프리폼 성형체(2)를 성형하는데 따른 프리프레그(1)와 프리폼 성형체(2)의 클램핑 및 이송공정을 단순화 할 수 있고, 프리프레그(1)의 불균일한 열 손실을 최소화 할 수 있는 복합소재 성형장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)는 기본적으로, 클램핑유닛(10), 성형 금형(50) 및 예열유닛(60)을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

상기와 같은 구성 요소들은 도면에 도시되지 않은 공정 프레임(9)에 설치되는데, 그 공정 프레임(9)은 구성 요소들을 지지하는 작업장의 바닥체로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상의 구획된 프레임으로 구성될 수 있다..

본 발명의 실시 예에서, 상기 클램핑유닛(10)은 프리프레그(1)를 클램핑 하며 설정된 위치로 이송하고, 예열유닛(60)에 의해 예열된 프리프레그(1)를 성형 금형(50)을 통해 성형한 프리폼 성형체(2)를 클램핑 하며 설정된 위치로 이송하기 위한 것이다.

즉, 상기 클램핑유닛(10)은 소재 공급부(3)에 로딩된 프리프레그(1)를 클램핑 하며 그 소재 공급부(3)로부터 언 로딩하고, 성형 금형(50)을 통해 성형된 프리폼 성형체(2)를 클램핑 하며 그 프리폼 성형체(2)를 소재 취출부(5)에 로딩할 수 있다.

상기 클램핑유닛(10)은 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 가장자리 부분을 클램핑 및 언 클램핑 하는 클램프(11)를 포함한다. 상기 클램프(11)는 상하 이동 가능하게 구성되며, 설정된 회전 반경으로 회전 가능하게 구성된다. 이러한 클램핑유닛(10)의 구성은 뒤에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 성형 금형(50)은 후술될 예열유닛(60)에 의해 예열된 프리프레그(1)를 압축하며 프리폼 성형체(2)로 성형하는 것으로서, 하형(51)과 상형(53)을 포함한다.

상기 하형(51)은 예열된 프리프레그(1)가 안착되는 것으로, 공정 프레임(9)에 고정되게 설치된다. 상기 하형(51)은 프리폼 성형체(2)로서의 성형 하단면 형상에 대응하는 성형 면을 상부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면은 프리폼 성형체(2)의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 하형 스틸(52)의 상부 면에 형성된다. 그리고 상기 성형 면은 프리폼 성형체(2)의 설정된 형상에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.

그리고 상기 상형(53)은 하형(51)의 상측에서 구동수단을 통해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구비된다. 상기 상형(53)은 구동수단에 의해 하측 방향으로 이동하며 하형(51)과 합형될 수 있고, 구동수단에 의해 상측 방향으로 이동하며 하형(51)과 이형될 수 있다. 상기 상형(53)은 프리폼 성형체(2)로서의 성형 상단면 형상에 대응하는 성형 면을 하부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면은 프리폼 성형체(2)의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 상형 스틸(57)의 하부 면에 형성된다. 상기 성형 면은 프리폼 성형체(2)의 설정된 형상에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서 상기 성형 금형(50)은 클램핑유닛(10)에 근접하게 위치하며, 위에서 언급한 바 있는 클램프(11)의 회전 반경 범위에 하형(51)과 상형(53)을 배치하고 있다. 이에 따라 상기한 클램프(11)는 프리프레그(1)를 클램핑 한 상태로 회전하면서 서로 이형된 하형(51)과 상형(53) 사이에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 예열유닛(60)은 성형 금형(50)에 의한 프리프레그(1)의 성형성을 향상시키기 위해, 그 프리프레그(1)를 가열하여 섬유소재에 예비 함침한 열 가소성 수지를 연화시키는 기능을 하게 된다.

상기 예열유닛(60)은 클램핑유닛(10)의 클램프(11)에 의해 클램핑 된 프리프레그(1)를 성형 금형(50)의 하형(51)과 상형(53) 사이에서 가열할 수 있다. 이에 상기 예열유닛(60)은 서로 이형된 하형(51)과 상형(53) 사이로 진퇴 이동 가능하게 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치에 적용되는 예열유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 예열유닛(60)은 서로 이형된 하형(51)과 상형(53) 사이에 위치하고 있는 클램프(11)에 클램핑 된 프리프레그(1)를 가열하기 위한 컨베이어부(61)와 예열로(71)를 포함한다.

상기 컨베이어부(61)는 성형 금형(50)에 근접하게 위치하는 컨베이어 프레임(63)과, 컨베이어 프레임(63)에 설치되는 상하 측의 이송 컨베이어(65)를 포함한다.

상기 컨베이어 프레임(63)은 상하 측의 이송 컨베이어(65) 및 예열로(71)를 지지하는 것으로, 이들 구성 요소를 지하기 위한 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록, 격벽, 리브, 레일, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 구성 요소들을 컨베이어 프레임(63)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속요소들을 컨베이어 프레임(63)으로 통칭한다.

상기 상하 측의 이송 컨베이어(65)는 컨베이어 프레임(63) 상에 상하 방향으로 일정 유격을 두고 배치되며, 그 유격으로서의 이송경로(62)를 형성한다. 예를 들면, 상기 이송 컨베이어(65)는 다수 개의 컨베이어 롤러(64)들을 통해 무한궤도 상으로 주행하는 컨베이어 벨트(66)를 포함할 수 있다. 상기 상하 측의 이송 컨베이어(65)는 이들 사이에 상기 이송경로(62)를 컨베이어 프레임(63)의 길이 방향(전후 방향)을 따라 형성한다. 이러한 상하 측 이송 컨베이어(65)의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 컨베이어 유닛으로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 상기 컨베이어부(61)의 이송경로는 하형(51) 및 상형(53) 사이의 중심경로(50a)와 연결된다. 상기 중심경로(50a)라 함은 하형(51)과 상형(53)에서 프리프레그(1)를 클램핑하고 있는 클램프(11)의 배치 경로를 의미한다.

상기 예열로(71)는 클램핑유닛(10)의 클램프(11)에 클램핑 된 프리프레그(1)를 하형(51)과 상형(53) 사이에서 가열하기 위한 것이다. 상기 예열로(71)는 하형(51)과 상형(53)에서 프리프레그(1)를 클램핑 하고 있는 클램프(11)의 투입 및 배출이 가능하게 구비된다. 상기 예열로(71)는 컨베이어부(61)의 상하 측 이송 컨베이어(65)의 이송경로(62)에 배치되며, 그 이송 컨베이어(65)에 의해 이송경로(62)를 따라 성형 금형(50)의 하형(51) 및 상형(53) 사이로 진퇴(전후진) 이동 가능하게 설치된다.

이러한 예열로(71)는 일단이 개방되고 타단이 폐쇄된 박스 형태의 예열로 본체를 포함하며, 그 예열로 본체는 컨베이어부(61)의 상하 측 이송 컨베이어(65) 사이에 이송경로(62)를 따라 길게 배치된다. 상기 예열로(71)의 일단은 클램프(11)의 투입 및 배출이 가능한 개방 단으로 정의할 수 있다. 이에 상기 예열로(71)는 그 일단을 통해 클램프(11)의 투입 및 배출이 가능한 예열 공간(73)을 형성하고 있다.

상기와 같은 예열로(71)는, 프리프레그(1)를 클램핑 하고 있는 클램프(11)가 성형 금형(50)의 하형(51) 및 상형(53) 사이에 위치한 상태에서, 컨베이어부(61)의 상하 측 이송 컨베이어(65)에 의해 이송경로(62)를 따라 하형(51) 및 상형(53) 사이로 전진 이동되며, 예열 공간(73)으로 클램프(11)를 투입할 수 있다. 그리고 상기 예열로(71)는 하형(51) 및 상형(53) 사이에서 상하 측의 이송 컨베이어(65)에 의해 이송경로(62)를 따라 후진 이동되며, 예열 공간(73)으로부터 클램프(11)를 배출할 수 있다.

더 나아가, 상기 예열로(71)의 예열 공간(73)에는 다수의 히터(75)들이 이송경로(62)를 따라 연속적으로 배치된다. 상기 히터(75)들은 예열로(71)의 내측 상면 및 하면에 설치된다.

예를 들면, 상기 히터(75)는 예열 공간(73)으로 열풍을 분사하는 열풍 분사기 또는 원적외선을 조사하는 원적외선 조사기를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 히터(75)들은 클램프(11)에 클램핑 된 상태로 그 클램프(11)와 함께 예열 공간(73)에 위치하고 있는 프리프레그(1)로 150~200℃의 열을 방출할 수 있다.

이러한 히터(75)의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 히팅유닛의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치에 적용되는 클램핑유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.

앞서 개시한 도면들과 함께 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 클램핑유닛(10)은 위에서 언급한 바와 같은 클램프(11)와 함께 이동부(31) 및 회전부(41)를 포함하고 있다. 상기 이동부(31)는 클램프(11)와 연결되는 것으로, 그 클램프(11)를 상하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 것이다. 상기 회전부(41)는 이동부(31)와 연결되는 것으로, 클램프(11)가 연결된 이동부(31)를 회전시키기 위한 것이다.

상기 이동부(31)는 소재 공급부(3)의 프리프레그(1)를 클램프(11)로 클램핑 하며 소재 공급부(3)로부터 언 로딩하고, 그 클램프(11)에 클램핑 된 프리프레그(1)를 언 클램핑하며 성형 금형(50)의 하형(51) 상에 로딩하는 때 클램프(11)를 상하 방향으로 왕복 이동시킬 수 있다. 그리고 상기 이동부(31)는 성형 금형(50)의 하형(51) 및 상형(53)을 통해 프리프레그(1)를 압축 성형한 프리폼 성형체(2)를 클램핑 하며 하형(51)으로부터 언 로딩하고, 그 클램프(11)에 클램핑 된 프리폼 성형체(2)를 언 클램핑하며 소재 취출부(5)로 취출하는 때 클램프(11)를 상하 방향으로 왕복 이동시킬 수 있다.

상기 회전부(41)는 소재 공급부(3)에서 프리프레그(1)를 클램핑 한 클램프(11)를 서로 이형된 하형(51) 및 상형(53) 사이에 위치시키고, 성형 금형(50)에 의해 압축 성형된 프리폼 성형체(2)를 클램핑 한 클램프(11)를 하형(51)과 상형(53) 사이에서 소재 취출부(5)에 위치시키는 때 이동부(31)를 회전시킬 수 있다.

상기와 같은 이동부(31) 및 회전부(41)에서 우선, 회전부(41)는 공정 프레임(9)에 고정되게 설치되는 제1 모터(43)와, 제1 모터(43)의 구동축(45)에 설치되는 베이스(47)를 포함한다. 상기 제1 모터(43)는 공정 프레임(9)에 상하 방향으로 배치된다. 상기 베이스(47)는 플레이트로 구비되며, 제1 모터(43)의 구동축(45)에 의해 회전된다.

그리고 상기 이동부(31)는 제2 모터(33), 리드 스크류(35), 결합 블록(37) 그리고 가이더(39)를 포함한다. 상기 제2 모터(33)는 회전부(41)의 베이스(47)에 상하 방향으로 고정되게 설치된다. 상기 리드 스크류(35)는 제2 모터(33)의 구동축(34)에 설치된다. 상기 결합 블록(37)은 클램프(11)와 연결되며, 리드 스크류(35)에 스크류 결합된다. 상기 가이더(39)는 베이스(47)에 상하 방향으로 고정되게 설치된다. 상기 가이더(39)는 결합 블록(37)을 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합한다. 즉, 상기 결합 블록(37)은 가이더(39)에 구비된 가이드 레일(38)에 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합된다.

이에 상기 제2 모터(33)가 일측 방향으로 회전하게 되면, 리드 스크류(35) 또한 일측 방향으로 회전하게 되고, 그 리드 스크류(35)에 스크류 결합된 결합 블록(37)은 가이더(39)의 가이드 레일(38)을 따라 상측 방향으로 슬라이드 이동되면서 클램프(11)를 상측 방향으로 이동시킨다.

반대로 상기 제2 모터(33)가 다른 일측 방향으로 회전하게 되면, 리드 스크류(35) 또한 다른 일측 방향으로 회전하게 되고, 그 리드 스크류(35)에 스크류 결합된 결합 블록(37)은 가이더(39)의 가이드 레일(38)을 따라 하측 방향으로 슬라이드 이동되면서 클램프(11)를 상측 방향으로 이동시킨다.

한편, 상기 회전부(41)는 제1 모터(43)를 통해 베이스(47)을 일측 방향으로 회전시키게 되면, 이동부(31) 전체가 일측 방향으로 회전함에 따라, 그 이동부(31)의 결합 블록(37)에 연결된 클램프(11)를 일측 방향으로 회전시킬 수 있다.

다른 한편, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 클램프(11)는 소재 공급부(3)의 프리프레그(1)를 클램프(11)로 클램핑 하며 소재 공급부(3)로부터 언 로딩하고, 그 프리프레그(1)를 언 클램핑하며 성형 금형(50)의 하형(51) 상에 로딩할 수 있다.

그리고, 상기 클램프(11)는 성형 금형(50)의 하형(51) 및 상형(53)을 통해 프리프레그(1)를 압축 성형한 프리폼 성형체(2)를 클램핑 하며 하형(51)으로부터 언 로딩하고, 그 프리폼 성형체(2)를 언 클램핑하며 소재 취출부(5)로 취출할 수 있다.

이러한 클램프(11)는 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 한쪽 가장자리를 그리핑 하는 제1 그리퍼(15)와, 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 다른 한쪽 가장자리를 그리핑 하는 제2 그리퍼(17)를 포함한다. 상기 제1 그리퍼(15)는 이동부(31)의 결합 블록(37)과 연결로드(13)를 통해 연결된다. 그리고 상기 제2 그리퍼(17)는 제1 그리퍼(15)에 전후진 이동 가능하게 연결된다. 여기서, 상기 제1 그리퍼(15)에는 제1 작동 실린더(16)가 설치되며, 제1 작동 실린더(16)의 작동 로드(18)는 제2 그리퍼(17)와 연결된다.

구체적으로, 상기 제1 그리퍼(15)는 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 한쪽 가장자리를 그리핑 하기 위해, 제1 및 제2 그리핑 바디(21, 22)와 제2 작동 실린더(25)를 포함한다.

상기 제1 그리핑 바디(21)는 연결로드(13)를 통해 이동부(31)의 결합 블록(37)과 연결되며, 제1 그리핑 바디(21)에는 제1 작동 실린더(16)가 고정되게 설치된다. 상기 제1 그리핑 바디(21)의 양측에는 제2 작동 실린더(25)가 설치된다. 그리고 상기 제2 그리핑 바디(22)는 제1 그리핑 바디(21)의 하측에서 제2 작동 실린더(25)의 작동 로드(26)와 연결된다.

상기 제2 그리퍼(17)는 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 다른 한쪽 가장자리를 그리핑 하기 위해, 제3 및 제4 그리핑 바디(23, 24)와 제3 작동 실린더(27)를 포함한다.

상기 제3 그리핑 바디(23)는 제1 작동 실린더(16)의 작동 로드(18) 선단과 연결된다. 상기 제3 작동 실린더(27)는 제3 그리핑 바디(23)의 양측에 설치된다. 그리고 상기 제4 그리핑 바디(24)는 제3 그리핑 바디(23)의 하측에서 제3 작동 실린더(27)의 작동 로드(28)와 연결된다.

따라서, 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)를 클램핑 하기 위해서는 이동부(31)를 통해 클램프(11)를 하측 방향으로 이동시킨 상태에서, 제1 작동 실린더(16)의 전진 작동으로 제2 그리퍼(17)를 제1 그리퍼(15)와 멀어지는 방향으로 전진 이동시킨다. 이와 동시에 본 발명의 실시 예에서는 제1 그리퍼(15)의 제2 그리핑 바디(22)를 제2 작동 실린더(25)의 전진 작동으로 하강시키며, 제2 그리퍼(17)의 제4 그리핑 바디(24)를 제3 작동 실린더(27)의 전진 작동으로 하강시킨다.

그리고 본 발명의 실시 예에서는 제1 및 제2 그리퍼(15, 17)에 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 양측 가장자리를 거치한 상태에서, 제1 작동 실린더(16)의 후진 작동으로 제2 그리퍼(17)를 제1 그리퍼(15)와 가까워지는 방향으로 후진 이동시킨다. 이와 동시에 본 발명의 실시 예에서는 제1 그리퍼(15)의 제2 그리핑 바디(22)를 제2 작동 실린더(25)의 후진 작동으로 상승시키며, 제2 그리퍼(17)의 제4 그리핑 바디(24)를 제3 작동 실린더(27)의 후진 작동으로 상승시킨다.

그러면, 상기 클램프(11)의 제1 및 제2 그리퍼(15, 17)는 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 양측 가장자리를 클램핑 할 수 있게 된다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는 이동부(31)를 통해 클램프(11)를 상측 방향으로 이동시키고, 회전부(41)를 통해 클램프(11)를 회전시키면, 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)를 다른 공정으로 이송할 수 있다.

한편, 클램프(11)에 클램핑 된 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)를 언 클램핑 하기 위해서는 이동부(31)를 통해 클램프(11)를 하측 방향으로 이동시킨 상태에서, 제1 작동 실린더(16)의 전진 작동으로 제2 그리퍼(17)를 제1 그리퍼(15)와 멀어지는 방향으로 전진 이동시킨다. 이와 동시에 본 발명의 실시 예에서는 제1 그리퍼(15)의 제2 그리핑 바디(22)를 제2 작동 실린더(25)의 전진 작동으로 하강시키며, 제2 그리퍼(17)의 제4 그리핑 바디(24)를 제3 작동 실린더(27)의 전진 작동으로 하강시킨다.

그러면, 상기 클램프(11)의 제1 및 제2 그리퍼(15, 17)는 프리프레그(1) 및 프리폼 성형체(2)의 양측 가장자리를 언 클램핑 할 수 있게 된다. 여기서 본 발명의 실시 예에서는 이동부(31)를 통해 클램프(11)를 상측 방향으로 이동시키고, 회전부(41)를 통해 클램프(11)를 회전시키면, 그 클램프(11)를 다른 공정에 위치시킬 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 소재 공급부(3)에 로딩되어 있는 프리프레그(1)의 양측 가장자리를 클램프(11)를 통해 클램핑 한 상태에서, 회전부(41)를 통해 클램프(11)를 일측 방향으로 회전시키며, 서로 이형된 상태를 유지하고 있는 성형 금형(50)의 하형(51) 및 상형(53) 사이에 위치시킨다. 이 때, 예열유닛(60)의 예열로(71)는 컨베이어부(61)의 상하 측 이송 컨베이어(65)에 의해 후진된 상태에서, 상하 측 이송 컨베이어(65) 사이의 이송경로(62)에 위치하고 있다.

이 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 5b에서와 같이, 상하 측의 이송 컨베이어(65)에 의해 이송경로(62)를 따라 예열로(71)를 전진 이동시키며, 그 예열로(71)의 예열 공간(73)으로 클램프(11)를 투입한다.

그 후, 본 발명의 실시 예에서는 예열로(71)의 예열 공간(73)에서 히터(75)들을 통해 열풍 또는 원적외선을 조사하며 그 예열 공간(73)을 설정된 온도 분위기(예를 들면, 150~200℃)로 조성함으로써 클램프(11)에 클램핑 되어 있는 프리프레그(1)를 가열(예열)한다.

이어서, 본 발명의 실시 예에서는 도 5c에서와 같이 컨베이어부(61)의 상하 측 이송 컨베이어(65)에 의해 이송경로(62)를 따라 예열로(71)를 후진 이동시키며, 도 5a에서와 같이 예열로(71)를 원래의 위치로 복귀시킨다. 이에 상기와 같이 가열된 프리프레그(1)를 클램핑 하고 있는 클램프(11)는 예열로(71)의 예열 공간(73)으로부터 배출되며, 하형(51) 및 상형(53) 사이에 위치하게 된다.

그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 클램프(11)에 클램핑 된 프리프레그(1)를 언 클램핑하며 성형 금형(50)의 하형(51) 상에 로딩하고, 회전부(41)를 통해 클램프(11)를 일측 방향으로 회전시키며, 클램프(11)를 하형(51)과 상형(53) 사이의 외측에 위치시킨다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 도 5d에서와 같이, 성형 금형(50)의 하형(51)과 상형(53)을 합형하며 프리프레그(1)를 압축함으로써 프리폼 성형체(2)를 성형한다.

이어서, 본 발명의 실시 예에서는 성형 금형(50)의 하형(51)과 상형(53)을 이형시킨 상태에서, 회전부(41)를 통해 클램프(11)를 다시 일측 방향으로 회전시키며, 클램프(11)를 하형(51)과 상형(53) 사이에 위치시킨다.

그런 다음, 본 발명의 실시 예에서는 성형 금형(50)의 하형(51) 및 상형(53)을 통해 프리프레그(1)를 압축 성형한 프리폼 성형체(2)를 클램프(11)를 통해 클램핑 하며 하형(51)으로부터 언 로딩하고, 회전부(41)를 통해 클램프(11)를 일측 방향으로 회전시키며, 하형(51)과 상형(53) 사이의 외측에 위치시킨다.

마지막으로, 본 발명의 실시 예에서는 클램프(11)에 클램핑 된 프리폼 성형체(2)를 언 클램핑하며 소재 취출부(5)로 취출한다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)에 의하면, 회전식의 클램핑유닛(10)을 구비함에 따라, 프리프레그(1)를 예열하며 금형으로서 프리폼 성형체(2)를 성형하는데 따른 프리프레그(1)와 프리폼 성형체(2)의 클램핑 및 이송공정을 단순화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 비 고정식의 예열유닛(60)을 통해 프리프레그(1)의 불균일한 열 손실을 최소화 할 수 있으므로, 최종 프리폼 성형체(2)의 성형 불량을 방지할 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... 프리프레그 2... 프리폼 성형체
3... 소재 공급부 5... 소재 취출부
9... 공정 프레임 10... 클램핑유닛
11... 클램프 13... 연결로드
15... 제1 그리퍼 16... 제1 작동 실린더
17... 제2 그리퍼 18, 26, 28... 작동 로드
21... 제1 그리핑 바디 22... 제2 그리핑 바디
23... 제3 그리핑 바디 24... 제4 그리핑 바디
25... 제2 작동 실린더 27... 제3 작동 실린더
31... 이동부 33... 제2 모터
34, 45... 구동축 35... 리드 스크류
37... 결합 블록 38... 가이드 레일
39... 가이더 41... 회전부
43... 제1 모터 47... 베이스
50... 성형 금형 50a... 중심경로
51... 하형 52... 하형 스틸
53... 상형 57... 상형 스틸
60... 예열유닛 61... 컨베이어부
62... 이송경로 63... 컨베이어 프레임
64... 컨베이어 롤러 65... 이송 컨베이어
66... 컨베이어 벨트 71... 예열로
73... 예열 공간 75... 히터

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
프리프레그의 가장자리 부분을 클램핑 및 언 클램핑 하는 클램프를 가지며, 상기 클램프를 상하 이동 및 회전 가능하게 구성하는 클램핑유닛;
상기 클램프의 회전 반경 범위에 상형과 하형을 배치하고 있는 성형 금형;
프레임에 구비되며, 상하 측의 이송 컨베이어 사이에 이송경로를 형성하는 컨베이어부;
상기 상하 측의 이송 컨베이어에 의해 상기 이송경로를 따라 상기 상형 및 하형 사이로 진퇴 이동하며 상기 클램프의 투입 및 배출이 가능하게 구비되고, 상기 클램프에 의해 클램핑 된 프리프레그를 상기 상형 및 하형 사이에서 가열하는 예열로;를 포함하며,
상기 클램핑유닛은, 상기 클램프와 연결되어 상기 클램프를 상하 방향으로 왕복 이동시키는 이동부와, 상기 이동부와 연결되어 상기 이동부를 회전시키는 회전부를 포함하고,
상기 회전부는 작업장의 바닥체에 고정되게 설치되는 제1 모터와, 상기 제1 모터의 구동축에 설치되는 베이스를 포함하되, 상기 베이스에는 상기 이동부가 설치되며,
상기 이동부는, 상기 베이스에 고정되게 설치되는 제2 모터와, 상기 제2 모터의 구동축에 설치되는 리드 스크류와, 상기 클램프와 연결되어 상기 리드 스크류에 스크류 결합되는 결합 블록과, 상기 베이스에 고정되며, 상기 결합 블록을 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합하는 가이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
제9 항에 있어서,
상기 예열로는,
상기 클램프의 투입 및 배출이 가능한 예열 공간을 형성하며, 상기 예열 공간에는 상기 이송경로를 따라 다수의 히터들이 설치되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
삭제
삭제
삭제
제9 항에 있어서,
상기 클램프는,
상기 이동부와 연결로드를 통해 연결되며, 프리프레그의 한쪽 가장자리를 그리핑 하는 제1 그리퍼와,
상기 제1 그리퍼에 전후진 이동 가능하게 연결되며, 프리프레그의 다른 한쪽 가장자리를 그리핑 하는 제2 그리퍼
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
제14 항에 있어서,
상기 제1 그리퍼에는 제1 작동 실린더가 설치되며,
상기 제1 작동 실린더의 작동 로드는 상기 제2 그리퍼와 연결되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
제15 항에 있어서,
상기 제1 그리퍼는,
상기 연결로드를 통해 상기 이동부와 연결되며, 상기 제1 작동 실린더를 고정하는 제1 그리핑 바디와,
상기 제1 그리핑 바디의 양측에 설치되는 제2 작동 실린더와,
상기 제1 그리핑 바디의 하측에서 상기 제2 작동 실린더의 작동 로드와 연결되는 제2 그리핑 바디
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
제16 항에 있어서,
상기 제2 그리퍼는,
상기 제1 작동 실린더의 작동 로드 선단과 연결되는 제3 그리핑 바디와,
상기 제3 그리핑 바디의 양측에 설치되는 제3 작동 실린더와,
상기 제3 그리핑 바디의 하측에서 상기 제3 작동 실린더의 작동 로드와 연결되는 제4 그리핑 바디
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.