KR102594989B1 - 3차원 마이크로 트러스 구조물 - Google Patents
3차원 마이크로 트러스 구조물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 3차원 마이크로 트러스 구조물은 동일 평면 상에 배치된 복수의 노드들, 각 노드에서 제 1 방향으로 연장되는 제 1 트러스, 각 노드에서 제 2 방향으로 연장되는 제 2 트러스 및 각 노드에서 제 3 방향으로 연장되는 제 3 트러스를 기본 단위로 포함하되, 제 1 내지 제 3 트러스 중 어느 적어도 하나 이상의 트러스의 두께 또는 단면적은 다른 트러스와 상이하고, 각 트러스는 폴리머 부재상에 형성된 금속 도금층을 포함한다.
Description
본 발명은 3차원 마이크로 트러스 구조물에 관한 것이다.
트러스 구조는 전통적으로 토목, 건축용 경량, 고강도 구조로서 널리 활용되어 왔다. 최근 트러스의 크기를 대폭 축소하여 트러스 요소의 길이가 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터 수준이 되도록 한 구조체가 일종의 다공질 재료로서 우수한 특성을 갖는다.
즉, 기존의 대표적인 다공질 재료인 발포 재료(porous material)가 불규칙한 아치 또는 원형의 다수의 휘어진 요소로 구성되지만, 트러스 형태를 갖는 새로운 다공질 재료는 무게 대비 기계적 강도와 강성이 월등히 우수하다는 장점이 있다.
그러나, 종래의 트러스 구조는 모든 방향에 대하여 동일한 크기나 두께를 가진 등방성 구조를 특징으로 하고 있으며, 외부 응력이 불균형하게 작용할 경우, 적절하게 대응하지 못하는 문제가 있다.
이와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제 2011-0139543 호(발명의 명칭: 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법)에 대해 개시하고 있다. 또한, 선행기술인 한국등록특허 제 10-1072686호(발명의 명칭: 내부에 격벽을 가진 3차원 트러스 타입의 주기적인 다공질 재료 및 그의 제조방법)에 대해 개시하고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일부 실시예는 각 노드에서 연장되는 복수의 트러스의 두께, 단면적 및 개수 중 어느 하나가 상이하게 형성되고, 금속 도금층을 포함함으로써, 가벼우며 구조적 강도와 강성도가 높고, 제조공정이 단순한 3차원 마이크로 트러스 구조물을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 마이크로 트러스 구조물은 동일 평면 상에 배치된 복수의 노드들, 각 노드에서 제 1 방향으로 연장되는 제 1 트러스, 각 노드에서 제 2 방향으로 연장되는 제 2 트러스 및 각 노드에서 제 3 방향으로 연장되는 제 3 트러스를 기본 단위로 포함하되, 제 1 내지 제 3 트러스 중 어느 적어도 하나 이상의 트러스의 두께 또는 단면적은 다른 트러스와 상이하고, 각 트러스는 폴리머 부재상에 형성된 금속 도금층을 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 3차원 마이크로 트러스 구조물을 다양한 형태의 응용품으로 형상화함으로써, 중량을 감소시킬 수 있다. 더불어, 경량화된 다공성 트러스 구조물에 고강도 금속 코팅을 함으로써, 중량은 최소화하면서 강도는 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 마이크로 트러스 구조물을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 트러스 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시에 따른 하나의 트러스 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 트러스로 구성되는 단위 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 트러스 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시에 따른 하나의 트러스 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 트러스로 구성되는 단위 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명 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. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 마이크로 트러스 구조물을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 트러스 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시에 따른 하나의 트러스 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 트러스로 구성되는 단위 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 3차원 마이크로 마이크로 트러스 구조물(10)은 동일 평면 상에 배치된 복수의 노드들, 각 노드에서 제 1 방향으로 연장되는 제 1 트러스, 각 노드에서 제 2 방향으로 연장되는 제 2 트러스 및 각 노드에서 제 3 방향으로 연장되는 제 3 트러스를 기본 단위로 포함하되, 제 1 내지 제 3 트러스 중 어느 적어도 하나 이상의 트러스의 두께 또는 단면적은 다른 트러스와 상이하고, 각 트러스는 폴리머 부재상에 형성된 금속 도금층을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 3차원 마이크로 트러스 구조물로 다양한 응용품을 제조할 경우, 무게 대비 강도 및 강성도가 우수하며, 제조공정이 단순하여 경제성을 확보할 수 있다.
일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 마이크로 마이크로 트러스 구조물(10)은 복수의 트러스가 일렬로 배치되거나 병렬로 배치된 형태로 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 일 예로, 마이크로 트러스 구조물(10)은 동일 평면 상에 배치된 노드(100), 노드(100)에서 제 1 방향으로 연장되는 제 1 트러스(110), 노드(100)에서 제 2 방향으로 연장되는 제 2 트러스(120) 및 노드에서(100)에서 제 3 방향으로 연장되는 제 3 트러스(130)를 포함하되, 제 1 내지 제 3 트러스(110-130) 중 적어도 하나 이상의 트러스(110-130)의 두께 또는 단면적은 다른 트러스와 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 및 3 트러스(120, 130)는 제 1 트러스(110)의 단면적보다 크고, 더 두껍게 형성될 수 있다.
다른 예로, 도 3을 참조하면, 마이크로 트러스 구조물(10)은 동일 평면 상에 배치된 노드(100), 노드(100)에서 제 1 방향으로 연장되는 제 1 트러스(110), 노드(100)에서 제 2 방향으로 연장되는 제 2 트러스(120) 및 노드에서(100)에서 제 3 방향으로 연장되는 제 3 트러스(130)를 포함하되, 제 1 내지 제 3 트러스(110-130) 중 적어도 하나 이상의 트러스(110-130)는 동일 방향으로 연장되는 복수의 트러스로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 트러스(120)는 제1 트러스(110)의 단면적보다 크게 형성되며, 제 3 트러스(130)는 복수의 제 1 트러스(110)가 노드(100) 및 제 2 트러스(120)의 하단으로부터 연장된 형태로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 마이크로 마이크로 트러스 구조물(10)은 복수의 노드들(100)에서 각각 상이한 방향으로 연장되는 복수의 트러스(110-130)를 포함하는 복수의 단위 유닛(10a-10c)이 결합되어 형성될 수 있다. 이때, 복수의 단위 유닛(10a-10c)은 마이크로 트러스 구조물(10)이 설치될 기체(예를 들면, 항공기 날개 및 구조체)에 작용하는 응력 분포에 따라 각 단위 유닛(10a-10c)의 밀집도가 상이하게 설계되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 유닛(10a-10c)이 중간과 좌측 및 우측으로 구분되고, 중간에 좌측 및 우측에는 저하중이 작용하고, 가운데에 고하중이 작용할 경우, 좌측 및 우측에 배치된 단위 유닛(10a, 10c)보다 가운데 배치된 단위 유닛(10b)의 마이크로 트러스 구조물(10)의 밀집도가 높게 형성될 수 있다. 즉, 실제 적용될 것으로 예상되는 하중의 분포를 시뮬레이션을 통해 사전에 예측하고 이를 고려하여, 고하중이 적용되는 지점과 저하중이 적용되는 지점의 밀도가 상이하게 형성되기 때문에 불균일한 하중의 분포에 따른 피해를 방지할 수 있다.
예시적으로, 마이크로 트러스 구조물(10)은 3D 프린팅에 기반하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 트러스(110-130)는 폴리머 부재상에 형성된 금속 도금층을 포함할 수 있다.
예시적으로, 각 트러스(110-130)에 형성된 금속 도금층은 저온 플라즈마 처리 방식으로 금속층을 도금하고, 강도가 높은 폴리머를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
더불어, 본 발명의 마이크로 트러스 구조물(10)은 비등방성 구조체로서, 외부의 응력이 작용하는 지점에 따라 그 변형 상태가 상이하므로, 외부의 응력 변화에 따른 구조물의 변형 방향과 변형량을 제어할 수 있으며, 이에 따라 능동적으로 변형하는 구조물을 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 3차원 마이크로 트러스 구조물
10a,10b,10c: 단위 유닛 100: 노드
110: 제 1 트러스 120: 제 2 트러스
130: 제 3 트러스 50: 무선 송수신 장치
10a,10b,10c: 단위 유닛 100: 노드
110: 제 1 트러스 120: 제 2 트러스
130: 제 3 트러스 50: 무선 송수신 장치
Claims (3)
- 3차원 마이크로 트러스 구조물에 있어서,
동일 평면 상에 배치된 복수의 노드들,
상기 각 노드에서 제 1 방향으로 연장되는 제 1 트러스,
상기 각 노드에서 제 2 방향으로 연장되는 제 2 트러스 및
상기 각 노드에서 제 3 방향으로 연장되는 제 3 트러스를 기본 단위로 포함하되,
상기 제 1 내지 제 3 트러스 중 어느 적어도 하나 이상의 트러스의 두께 또는 단면적은 다른 트러스와 상이하고,
상기 제 1 내지 제 3 트러스는 상기 노드를 기준으로 상호 90도 이하의 상기 제 1 내지 제 3 방향으로 연장되는 것이고,
상기 제 1 내지 제 3 트러스 중 어느 적어도 하나 이상의 트러스는 동일 방향으로 연장되는 복수의 트러스 구조물을 포함하되,
상기 제 2 트러스는 상기 제 1 트러스의 단면적 보다 크게 형성되는 것이고,
상기 제 3 트러스는 상기 제 1 트러스와 대응하는 단면적의 트러스가 평행하도록 복수로 형성되되, 각 트러스가 상기 노드와 상기 제 2 트러스의 하단으로부터 각각 연장되는 것이고,
각 트러스는 폴리머 부재상에 형성된 금속 도금층을 포함하는 것인 3차원 마이크로 트러스 구조물. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로 트러스 구조물은 상기 복수의 노드들에서 각각 상이한 방향으로 연장되는 복수의 트러스를 포함하는 복수의 단위 유닛이 결합된 것이고,
상기 마이크로 트러스 구조물이 설치될 기체에 작용하는 응력 분포에 따라, 상기 단위 유닛의 밀집도가 상이하게 설계되어 형성된 것인 3차원 마이크로 트러스 구조물.
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| KR1020170025763A KR102594989B1 (ko) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | 3차원 마이크로 트러스 구조물 |
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| KR1020170025763A KR102594989B1 (ko) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | 3차원 마이크로 트러스 구조물 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20180098944A KR20180098944A (ko) | 2018-09-05 |
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| KR1020170025763A KR102594989B1 (ko) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | 3차원 마이크로 트러스 구조물 |
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Family Cites Families (4)
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| KR100633657B1 (ko) * | 2004-12-14 | 2006-10-11 | 현대자동차주식회사 | 초경량 샌드위치 판재의 제조방법 |
| KR101199606B1 (ko) * | 2010-06-23 | 2012-11-08 | 전남대학교산학협력단 | 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법 |
| KR101158088B1 (ko) * | 2010-07-16 | 2012-06-22 | 한국과학기술원 | 판재를 이용한 다면체형 트러스 구조체 |
| KR20140002983A (ko) * | 2012-06-28 | 2014-01-09 | 전남대학교산학협력단 | 나노미터 두께의 박막으로 구성된 3차원 격자 트러스 구조체의 제조방법 |
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2017
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