KR102487003B1 - 복합소재 성형장치 - Google Patents

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Abstract

복합소재 성형장치가 개시된다. 개시된 복합소재 성형장치는 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형공정에서 복합소재 성형체를 성형하는 것으로서, ⅰ)상부 면에 성형 면이 형성되는 하부 다이와, ⅱ)하부 면에 성형 면이 형성되며, 하부 다이의 상측에서 제1 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이와, ⅲ)하부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 하부 면에 형성되고, 상부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 상부 면에 형성되며, 하부 다이와 상부 다이 사이에서 제2 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 미디엄 다이를 포함할 수 있다.

Description

복합소재 성형장치 {COMPLEX MATERIALS FORMING DEVICE}
본 발명의 실시 예는 복합소재 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형공정에서 복합소재를 설정된 형상으로 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) 또는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 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 섬유 원단으로부터 재단된 섬유소재에 바인더를 도포하고, 히팅 플레이트를 통해 바인더를 용융하며, 그 바인더가 함침된 섬유소재를 프레스 금형에 적층하고, 프레스 금형을 통해 섬유소재를 압착하여 프리폼 성형체를 성형한다. 수지이송몰딩 공정에서는 몰딩 금형 내에 여러 장의 프리폼 성형체를 안착시키고 그 몰딩 금형에 수지를 주입하여 경화시키며 원하는 형상의 복합소재 성형체를 성형한다.
그러나, 이러한 수지이송몰딩 공정에서는 상형 및 하형으로 구성된 몰딩 금형을 통하여 하나의 복합소재 성형체를 성형하고, 수지를 경화하는데 많은 시간이 소요되기 때문에, 결과적으로는 생산성이 저하될 수 있고, 복합소재 성형체의 대량 생산에 불리하다.
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 상형 및 하형 외에 별도의 금형 다이를 추가 구성하여 다중(다단)의 금형 다이를 통해 복합소재 성형체를 다량으로 생산할 수 있도록 한 복합소재 성형장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치는, 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형공정에서 복합소재 성형체를 성형하는 것으로서, ⅰ)상부 면에 성형 면이 형성되는 하부 다이와, ⅱ)하부 면에 성형 면이 형성되며, 상기 하부 다이의 상측에서 제1 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이와, ⅲ)상기 하부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 하부 면에 형성되고, 상기 상부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 상부 면에 형성되며, 상기 하부 다이와 상부 다이 사이에서 제2 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 미디엄 다이를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 미디엄 다이에는 하부 성형 면 및 상부 성형 면으로 액상수지를 공급하는 수지 공급통로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 미디엄 다이에는 상기 수지 공급통로로 액상수지를 주입하는 수지 주입 헤드가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 하부 다이 및 상부 다이에는 액상수지를 진공 흡입하는 수지 흡입통로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 액상수지는 열 경화성 수지로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 하부 다이, 상부 다이 및 미디엄 다이는 각각의 성형 면을 따라 내부에 설치되며, 상기 액상수지를 열 경화시키는 복수 개의 히팅부재들을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 구동부는 상기 상부 다이 및 상기 미디엄 다이와 각각 연결되며, 고정 프레임에 고정되게 설치되는 구동 실린더를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 하부 다이의 성형 면 및 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 가장자리에는 제1 실링부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 상부 다이의 성형 면 및 상기 미디엄 다이의 상부 성형 면 가장자리에는 제2 실링부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 실링부는 서로 대응하는 형상의 실링돌기와 실링홈으로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치는, 프리폼(preform) 성형공정에서 성형된 프리폼 성형체를 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형공정에서 복합소재 성형체로 성형하는 것으로서, ⅰ)상부 면에 성형 면이 형성되는 하부 다이와, ⅱ)하부 면에 성형 면이 형성되며, 상기 하부 다이의 상측에서 제1 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이와, ⅲ)상기 하부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 하부 면에 형성되고, 상기 상부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 상부 면에 형성되며, 상기 하부 다이와 상부 다이 사이에서 제2 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 미디엄 다이와, ⅳ)상기 미디엄 다이에 구비되며, 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 및 상부 성형 면으로 액상수지를 공급하는 수지 공급부와, ⅴ)상기 하부 다이 및 상부 다이에 구비되며, 상기 액상수지를 진공 흡입하는 수지 흡입부와, ⅵ)상기 하부 다이 및 상부 다이의 각 성형 면을 따라서 상기 하부 다이 및 상부 다이의 내부에 설치되며, 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 및 상부 성형 면을 따라서 상기 미디엄 다이의 내부에 설치되는 복수 개의 히팅부재들을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치는, 상기 하부 다이의 성형 면과 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 사이 그리고 상기 상부 다이의 성형 면과 상기 미디엄 다이의 상부 성형 면 사이에 상기 프리폼 성형체가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 미디엄 다이는 상기 제2 구동부에 의해 하부 성형 면이 상기 하부 다이의 성형 면과 합형 및 이형될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 상부 다이는 상기 제1 구동부에 의해 이의 성형 면이 상기 미디엄 다이의 상부 성형 면과 합형 및 이형될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 수지 공급부는 상기 미디엄 다이의 내부에서 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 및 상부 성형 면으로 연결되는 수지 공급통로와, 상기 미디엄 다이에 상기 수지 공급통로와 연결되게 설치되는 수지 주입 헤드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 수지 흡입부는 상기 하부 다이 및 상부 다이의 내부에서 이들 각각의 성형 면으로 연결되는 수지 흡입통로와, 상기 하부 다이 및 상부 다이 각각에 상기 수지 흡입통로와 연결되게 설치되는 수지 흡입 헤드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 하부 다이의 성형 면 및 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 가장자리에는 서로 대응하는 형상의 실링돌기와 실링홈으로 이루어진 제1 실링부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 상부 다이의 성형 면 및 상기 미디엄 다이의 상부 성형 면 가장자리에는 서로 대응하는 형상의 실링돌기와 실링홈으로 이루어진 제2 실링부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치에 있어서, 상기 프리폼 성형체는 카본섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber), 아라미드섬유(aramid fiber), 폴리에틸렌섬유(polyethylene fiber) 및 금속섬유(metal fiber) 중 하나를 선택적으로 적층하여 바인더로 접착한 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 하부 다이 및 상부 다이 외에 별도의 미디엄 다이를 추가 구성함으로써, 다중(다단)의 금형 다이를 통하여 복합소재 성형체를 대량 생산할 수 있으므로, 전체 생산 공정의 사이클 타임을 단축할 수 있고, 수지이송몰딩 성형공정에서의 생산성을 향상시킬 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 도시한 개략적인 단면 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 성형 과정을 보여주는 개략적인 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 수지 공급 과정을 보여주는 개략적인 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 수지 흡입 과정을 보여주는 개략적인 단면 구성도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 이형 과정을 보여주는 개략적인 단면 구성도이다.
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 도시한 개략적인 단면 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)는 프리폼(preform) 성형공정 및 수지이송몰딩(RTM: Resin Transfer Molding) 성형공정을 통해 복합소재 성형체를 성형하는 복합소재 성형 시스템에 적용될 수 있다.
여기서, 상기 복합소재 성형체는 예를 들어, 차체의 경량화를 도모하기 위해 차체 패널과 같은 차체 조립용 부품으로 사용될 수 있다. 그러나 상기 복합소재 성형체는 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 성형체를 성형하는 것으로 한정하여 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 적용되는 판재 부품으로서의 복합소재 성형체를 성형하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
상기와 같은 복합소재 성형체는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있고, 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)을 포함할 수 있다.
이러한 복합소재 성형체는 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.
한편, 상기에서 프리폼 성형공정은 복합소재 성형체의 예비 성형체를 성형하는 공정으로서, 플라스틱 수지류와 같은 바인더가 함침된 섬유소재들을 적층하고, 그 적층된 섬유소재를 상온에서 설정된 형상으로 프레스 성형하며, 프리폼 성형체(1)로서의 성형 소재를 성형한다.
여기서, 상기 프리폼 성형체(1)는 카본섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber), 아라미드섬유(aramid fiber), 폴리에틸렌섬유(polyethylene fiber) 및 금속섬유(metal fiber) 중 하나를 선택적으로 적층하여 바인더로 접착한 것으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기에서 수지이송몰딩 성형공정은 프리폼 성형공정에서 성형된 프리폼 성형체(1)에 수지를 주입하며, 그 프리폼 성형체(1)를 소정의 형상으로 몰딩 성형하고, 수지를 경화시키며 최종 제품인 복합소재 성형체를 제조한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치(100)는 수지이송몰딩 성형공정에 적용되는 금형 설비로서, 상형 및 하형 외에 별도의 금형 다이를 추가 구성하여 다중(다단)의 금형 다이를 통해 복합소재 성형체를 다량으로 생산할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 복합소재 성형장치(100)는 기본적으로, 하부 다이(10), 상부 다이(30), 미디엄 다이(50), 수지 공급부(70), 수지 흡입부(80) 그리고 히팅부재(90)들을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 하부 다이(10)는 복합소재 성형체로서의 성형 제품 하단면 형상에 대응하는 성형 면(11)을 상부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면(11)은 성형 제품의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 하형 스틸의 상부 면에 형성된다.
상기 하부 다이(10)의 성형 면(11)에는 최종 복합소재 성형체로 성형될 성형 소재로서의 프리폼 성형체(1)가 안착된다. 그리고 상기 성형 면(11)은 복합소재 성형체의 설정된 형상에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 상부 다이(30)는 하부 다이(10)의 상측에서 제1 구동부(21)를 통해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다. 상기 제1 구동부(21)는 상부 다이(30)의 상측에 구비된 고정 프레임(25)에 고정되게 설치된다.
이러한 제1 구동부(21)는 공압에 의해 상하 방향으로 전진 및 후진 작동하는 작동 로드를 가진 복수의 제1 구동 실린더(21a)를 포함한다. 상기 제1 구동 실린더(21a)의 작동 로드는 상부 다이(30)와 연결된다.
상기 상부 다이(30)는 복합소재 성형체로서의 성형 제품 상단면 형상에 대응하는 성형 면(31)을 하부 면에 형성하고 있다. 상기 성형 면(31)은 성형 제품의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 상형 스틸의 하부 면에 형성된다. 상기 성형 면(31)은 복합소재 성형체의 설정된 형상에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 미디엄 다이(50)는 하부 다이(10) 및 상부 다이(30) 외에 추가 구성되는 금형 다이로서, 하부 다이(10)와 상부 다이(30) 사이에서 제2 구동부(22)를 통해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다. 상기 제2 구동부(22)는 고정 프레임(25)에 고정되게 설치된다.
이러한 제2 구동부(22)는 공압에 의해 상하 방향으로 전진 및 후진 작동하는 작동 로드를 가진 복수의 제2 구동 실린더(22a)를 포함한다. 상기 제2 구동 실린더(22a)의 작동 로드는 미디엄 다이(50)와 연결된다.
여기서, 상기 미디엄 다이(50)는 하부 다이(10)의 성형 면(11)에 대응하며, 복합소재 성형체로서의 성형 제품 상단면 형상에 대응하는 성형 면(51)(이하에서는 편의 상 "하부 성형 면" 이라고 한다)을 하부 면에 형성하고 있다. 그리고 상기 미디엄 다이(50)는 상부 다이(30)의 성형 면(31)에 대응하며, 복합소재 성형체로서의 성형 제품 하단면 형상에 대응하는 성형 면(52)(이하에서는 편의 상 "상부 성형 면" 이라고 한다)을 상부 면에 형성하고 있다.
상기 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52)에는 최종 복합소재 성형체로 성형될 성형 소재로서의 다른 프리폼 성형체(1)가 안착된다. 상기 하부 성형 면(51) 및 상부 성형 면(52)은 성형 제품의 설계 형상, 두께 및 면적에 상응하는 미디엄 스틸의 하부 면 및 상부 면에 각각 형성된다. 그리고 상기 하부 성형 면(51) 및 상부 성형 면(52)은 복합소재 성형체의 설정된 형상에 상응하는 성형돌기 및 성형홈을 형성하고 있다.
본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 하부 다이(10), 상부 다이(30) 및 미디엄 다이(50)를 포함하는 다중(다단)의 금형 다이를 구성함에 따라, 프리폼 성형체(1)는 하부 다이(10)의 성형 면(11)과 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이에서 하부 다이(10)의 성형 면(11)에 안착될 수 있다. 그리고, 다른 프리폼 성형체(1)는 상부 다이(30)의 성형 면(31)과 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이에서 그 상부 성형 면(52)에 안착될 수 있다.
이러한 경우 상기 미디엄 다이(50)는 제2 구동부(22)의 제2 구동 실린더(22a)에 의해 하강하며 이의 하부 성형 면(51)과 하부 다이(10)의 성형 면(11)이 합형되면서 이들 성형 면(11, 51) 사이의 프리폼 성형체(1)를 설정된 형상으로 프레스 성형할 수 있다. 그리고 상기 미디엄 다이(50)는 제2 구동부(22)의 제2 구동 실린더(22a)에 의해 상승하며, 하부 다이(10)로부터 이형될 수 있다.
또한, 상기 상부 다이(30)는 제1 구동부(21)의 제1 구동 실린더(21a)에 의해 하강하며 이의 성형 면(31)과 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52)이 합형되면서 이들 성형 면(31, 52) 사이의 다른 프리폼 성형체(1)를 설정된 형상으로 프레스 성형할 수 있다. 그리고 상기 상부 다이(30)는 제1 구동부(21)의 제1 구동 실린더(21a)에 의해 상승하며, 미디엄 다이(50)로부터 이형될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수지 공급부(70)는 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 및 상부 성형 면(52)으로 액상수지를 공급하기 위한 것으로, 미디엄 다이(50)에 구비된다. 여기서, 상기 액상수지는 액체 상태에서 열에 의해 경화될 수 있는 통상적인 열 경화성 수지이다.
이러한 수지 공급부(70)는 수지 공급통로(71)와 수지 주입 헤드(73)를 포함한다. 상기 수지 공급통로(71)는 미디엄 다이(50)의 내부에 형성되며, 그 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 및 상부 성형 면(52)으로 연결된다.
상기 액상수지는 미디엄 다이(50)의 내부에서 수지 공급통로(71)를 통해 상하 방향으로 분기되며, 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 및 상부 성형 면(52)으로 공급될 수 있다.
즉, 상기 액상수지는 수지 공급통로(71)를 통해 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이로 공급된다.
상기 수지 주입 헤드(73)는 액상수지를 고압으로 분사하며 수지 공급통로(71)로 액상수지를 주입하는 믹싱 헤드로서, 미디엄 다이(50)에 수지 공급통로(71)와 연결되게 설치된다.
여기서, 상기 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 가장자리에는 이들 성형 면(11, 51) 사이를 실링하는 제1 실링부(61)가 형성된다. 상기 제1 실링부(61)는 서로 대응하는 형상의 제1 실링돌기(61a)와 제1 실링홈(61b)으로 이루어진다. 상기 제1 실링돌기(61a)와 제1 실링홈(61b)은 상하 방향으로 상호 결합된다. 예를 들면, 상기 제1 실링돌기(61a)는 하부 다이(10)의 성형 면(11) 가장자리에 형성되고, 제1 실링홈(61b)은 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 가장자리에 형성되며 제1 실링돌기(61a)와 결합된다.
그리고, 상기 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 가장자리에는 이들 성형 면(31, 52) 사이를 실링하는 제2 실링부(62)가 형성된다. 상기 제2 실링부(62)는 서로 대응하는 형상의 제2 실링돌기(62a)와 제2 실링홈(62b)으로 이루어진다. 상기 제2 실링돌기(62a)와 제2 실링홈(62b)은 상하 방향으로 상호 결합된다. 예를 들면, 상기 제2 실링돌기(62a)는 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 가장자리에 형성되고, 제2 실링홈(62b)은 상부 다이(30)의 성형 면(31) 가장자리에 형성되며 제2 실링돌기(62a)와 결합된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 수지 흡입부(80)는 액상수지가 수지 공급통로(71)를 통해 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이에 정량 이상으로 공급된 경우, 그 액상수지를 진공 흡입하기 위한 것이다. 상기 수지 흡입부(80)는 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)에 각각 구비된다.
이러한 수지 흡입부(80)는 수지 흡입통로(81)와 수지 흡입 헤드(83)를 포함한다. 상기 수지 흡입통로(81)는 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 내부에 각각 형성되며, 이들 다이(10, 30)의 성형 면(11, 31)으로 각각 연결된다. 상기 수지 흡입 헤드(83)는 하부 다이(10) 및 상부 다이(30) 각각에 수지 흡입통로(81)와 연결되게 설치된다.
여기서, 상기 수지 흡입 헤드(83)는 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이의 액상수지를 진공 펌프(도면에 도시되지 않음)의 진공 압력으로서 수지 흡입통로(81)를 통해 흡입할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 히팅부재(90)는 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이로 주입되며, 프리폼 성형체(1)에 함침된 액상수지를 열 경화시키기 위한 것이다.
상기 히팅부재(90)는 복수 개로서 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 각 성형 면(11, 31)을 따라 그 하부 다이(10) 및 상부 다이(30)의 내부에 설치된다. 그리고 상기 히팅부재(90)는 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 및 상부 성형 면(52)을 따라서 그 미디엄 다이(50)의 내부에 설치된다. 예를 들면, 상기 히팅부재(90)들은 전원을 인가받아 열을 발생시키는 히트 카트리지를 포함할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)의 작동을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 프리폼 성형공정에서 바인더가 함침된 섬유소재들을 적층하고, 그 적층된 섬유소재를 상온에서 설정된 형상으로 프레스 성형한 수지이송몰딩(RTM) 성형 소재로서의 프리폼 성형체(1)를 제공한다.
여기서, 미디엄 다이(50)는 제2 구동부(22)의 제2 구동 실린더(22a)에 의해 상승하며 하부 다이(10)로부터 이형되고, 상부 다이(30)는 제1 구동부(21)의 제1 구동 실린더(21a)에 의해 상승하며 미디엄 다이(50)로부터 이형된 상태에 있다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 하부 다이(10)의 성형 면(11)과 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이에서 그 하부 다이(10)의 성형 면(11)에 프리폼 성형체(1)를 안착시킨다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상부 다이(30)의 성형 면(31)과 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이에서 그 상부 성형 면(52)에 다른 프리폼 성형체(1)를 안착시킨다.
그런 다음, 본 발명의 실시 예에서는 도 2 및 도 3에서와 같이 제2 구동부(22)의 제2 구동 실린더(22a)에 의해 미디엄 다이(50)를 하강시킴과 동시에, 제1 구동부(21)의 제1 구동 실린더(21a)에 의해 상부 다이(30)를 하강시킨다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51)과 하부 다이(10)의 성형 면(11)이 합형되면서 이들 성형 면(11, 51) 사이의 프리폼 성형체(1)를 설정된 형상으로 프레스 성형한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 상부 다이(30)의 성형 면(31)과 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52)이 합형되면서 이들 성형 면(31, 52) 사이의 다른 프리폼 성형체(1)를 설정된 형상으로 프레스 성형한다.
이 때, 본 발명의 실시 예에서는 하부 다이(10)의 성형 면(11) 가장자리의 제1 실링돌기(61a)가 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 가장자리의 제1 실링홈(61b)에 결합하며, 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이를 실링한다. 그리고 본 발명의 실시 예에서는 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 가장자리의 제2 실링돌기(62a)가 상부 다이(30)의 성형 면(31) 가장자리의 제2 실링홈(62b)에 결합하며, 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이를 실링한다.
상기한 바와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 4에서와 같이 수지 저정부(도면에 도시되지 않음)에서 공급되는 액상수지를 수지 공급 헤드(73)를 통해 미디엄 다이(50) 내부의 수지 공급통로(71)에 고압으로 분사한다. 그러면, 상기 액상수지는 미디엄 다이(50)의 내부에서 수지 공급통로(71)를 통해 상하 방향으로 분기되며, 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 및 상부 성형 면(52)으로 공급된다. 이에 상기 액상수지는 수지 공급통로(71)를 통해 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이로 충진된다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이의 가장자리 부분이 제1 실링돌기(61a) 및 제1 실링홈(61b)으로 이루어진 제1 실링부(61)에 의해 실링되어 있기 때문에, 액상수지가 외부로 흘러나가지 않게 된다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는 상기 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이의 가장자리 부분이 제2 실링돌기(62a) 및 제2 실링홈(62b)으로 이루어진 제2 실링부(62)에 의해 실링되어 있기 때문에, 액상수지가 외부로 흘러나가지 않게 된다.
한편, 상기와 같은 수지 공급 과정에 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이에 정량 이상으로 액상수지가 공급될 수 있다.
이 경우, 본 발명의 실시 예에서는 도 5에서와 같이 수지 흡입 헤드(83)를 통하여 하부 다이(10) 및 상부 다이(30) 내부의 수지 흡입통로(81)에 진공펌프(도면에 도시되지 않음)의 진공 압력을 인가한다. 그러면, 상기 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이의 액상수지를 진공 압력으로서 수지 흡입통로(81)를 통해 흡입할 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통해 하부 다이(10)의 성형 면(11) 및 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이, 그리고 상부 다이(30)의 성형 면(31) 및 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이에 액상수지를 충진함에 따라, 그 액상수지는 각각의 프리폼 성형체(1)에 함침된다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 히팅부재(90)들에 전원을 인가하여 그 히팅부재(90)들에서 발생하는 열을 통해 설정된 온도에서 설정된 시간 동안 액상수지를 열 경화시킨다. 즉, 상기 하부 다이(10), 상부 다이(30) 및 미디엄 다이(50)를 합형하며 프리폼 성형체(1)를 성형하고, 이들 다이 사이로 액상수지를 주입하여 프리폼 성형체(1)에 함침시킨 상태에서, 액상수지를 열 경화시킨다. 상기 액상수지가 경화되는 온도 및 시간 등의 조건에 대해서는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 프리폼 성형체(1)에 함침된 액상수지를 열 경화시킨 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 6 및 도 7에서와 같이, 제2 구동부(22)의 제2 구동 실린더(22a)에 의해 미디엄 다이(50)를 상승시키며 하부 다이(10)로부터 미디엄 다이(50)를 이형시키고, 제1 구동부(21)의 제1 구동 실린더(21a)에 의해 상부 다이(30)를 상승시키며 미디엄 다이(50)로부터 상부 다이(30)를 이형시킨다.
마지막으로, 본 발명의 실시 예에서는 하부 다이(10)의 성형 면(11)과 미디엄 다이(50)의 하부 성형 면(51) 사이 및 상부 다이(30)의 성형 면(31)과 미디엄 다이(50)의 상부 성형 면(52) 사이에 있는 성형 제품을 별도의 언로딩 장치(도면에 도시되지 않음)를 이용하여 취출하면, 원하는 형상의 복합소재 성형체(P)의 제조가 완료된다. 그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 상술한 바와 같은 일련의 과정을 반복하며 다량의 복합소재 성형체(P)를 제조한다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 복합소재 성형장치(100)에 의하면, 하부 다이(10) 및 상부 다이(30) 외에 별도의 미디엄 다이(50)를 추가 구성함으로써, 다중(다단)의 금형 다이를 통하여 복합소재 성형체(P)를 다량으로 생산할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 단일의 금형 설비로 복합소재 성형체(P)를 대량 생산할 수 있으므로, 전체 생산 공정의 사이클 타임을 단축할 수 있고, 수지이송몰딩(RTM) 성형공정에서의 생산성을 향상시킬 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... 프리폼 성형체 10... 하부 다이
11, 31, 51, 52... 성형 면 21... 제1 구동부
21a... 제1 구동 실린더 22... 제2 구동부
22a... 제2 구동 실린더 25... 고정 프레임
30... 상부 다이 50... 미디엄 다이
61... 제1 실링부 61a... 제1 실링돌기
61b... 제1 실링홈 62... 제2 실링부
62a... 제2 실링돌기 62b... 제2 실링홈
70... 수지 공급부 71... 수지 공급통로
73... 수지 주입 헤드 80... 수지 흡입부
81... 수지 흡입통로 83... 수지 흡입 헤드
90... 히팅부재 P... 복합소재 성형체

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  10. 프리폼 성형공정에서 성형된 프리폼 성형체를 수지이송몰딩 성형공정에서 복합소재 성형체로 성형하는 복합소재 성형장치로서,
    상부 면에 성형 면이 형성되는 하부 다이;
    하부 면에 성형 면이 형성되며, 상기 하부 다이의 상측에서 제1 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 상부 다이; 및
    상기 하부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 하부 면에 형성되고, 상기 상부 다이의 성형 면에 대응하는 성형 면이 상부 면에 형성되며, 상기 하부 다이와 상부 다이 사이에서 제2 구동부를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 미디엄 다이;
    상기 미디엄 다이에 구비되며, 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 및 상부 성형 면으로 액상수지를 공급하는 수지 공급부;
    상기 하부 다이 및 상부 다이에 구비되며, 상기 액상수지를 진공 흡입하는 수지 흡입부; 및
    상기 하부 다이 및 상부 다이의 각 성형 면을 따라서 상기 하부 다이 및 상부 다이의 내부에 설치되며, 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 및 상부 성형 면을 따라서 상기 미디엄 다이의 내부에 설치되는 복수 개의 히팅부재들;을 포함하며,
    상기 하부 다이의 성형 면과 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 사이 그리고 상기 상부 다이의 성형 면과 상기 미디엄 다이의 상부 성형 면 사이에 상기 프리폼 성형체가 배치되고,
    상기 수지 공급부는, 상기 미디엄 다이의 내부에서 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 및 상부 성형 면으로 연결되는 수지 공급통로와, 상기 미디엄 다이에 상기 수지 공급통로와 연결되게 설치되는 수지 주입 헤드를 포함하며,
    상기 수지 흡입부는, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 내부에서 이들 각각의 성형 면으로 연결되는 수지 흡입통로와, 상기 하부 다이 및 상부 다이 각각에 상기 수지 흡입통로와 연결되게 설치되는 수지 흡입 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 미디엄 다이는 상기 제2 구동부에 의해 하부 성형 면이 상기 하부 다이의 성형 면과 합형 및 이형되고,
    상기 상부 다이는 상기 제1 구동부에 의해 이의 성형 면이 상기 미디엄 다이의 상부 성형 면과 합형 및 이형되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 하부 다이의 성형 면 및 상기 미디엄 다이의 하부 성형 면 가장자리에는 서로 대응하는 형상의 실링돌기와 실링홈으로 이루어진 제1 실링부가 형성되고,
    상기 상부 다이의 성형 면 및 상기 미디엄 다이의 상부 성형 면 가장자리에는 서로 대응하는 형상의 실링돌기와 실링홈으로 이루어진 제2 실링부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 프리폼 성형체는 카본섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber), 아라미드섬유(aramid fiber), 폴리에틸렌섬유(polyethylene fiber) 및 금속섬유(metal fiber) 중 하나를 선택적으로 적층하여 바인더로 접착한 것을 특징으로 하는 복합소재 성형장치.
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