KR20040006081A - 곡면 건축 구조물 제작을 위한 임의의 곡률을 갖는복합재료 대구경 원관의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡면 건축 구조물 제작을 위한 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작방법에 관한 것으로, 그 목적은 자유로운 형태로 구부러진 곡관을 손쉽게 제작하고 이러한 관들의 조합으로 어떠한 복잡한 형상의 구조물이라도 구현할 수 있는 곡관의 제작방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가공이 용이한 재료를 제작하고자 하는 부재의 곡률에 맞추어 관의 내부에 접하는 형상으로 재단하여 이들을 접합하여 하나의 부재의 형상을 완성하는 단계와, 제작하고자 하는 부재와 동일한 외경의 원형 PVC 관을 굴곡되는 원주상의 내측 일부분만 남기고 굴곡되는 원추상의 외측은 10-30mm 길이로 자르는 단계와, 상기 원형 PVC 관을 곡관의 내부 형상에 맞춰 완성한 부재에 하나씩 끼우는 단계와, 상기 부재에 끼워져 굴곡되면서 잘리어져 벌어진 PVC의 링과 링 사이에 퍼티를 채워 접합함으로서 마스터모델을 제작하는 것을 요지로 한다.

Description

곡면 건축 구조물 제작을 위한 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작방법 {Manufacturing method for composite tubes of large circular cross-section for freeform curvature in building structures}

본 발명은 곡면 건축 구조물 제작을 위한 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 자유로운 곡면형태를 가진 건축물(Complex-Shaped Building or Freeform Building)에 적용되는 임의 곡률 구조물의 설계 및 생산공법에 관한 것이다.

통상 건축물에 적용되는 자유로운 곡면을 가진 건물의 외형 구조를 컴퓨터를 이용하여 완벽하게 디자인하고 정의하여 제작해 사용하고 있다. 그러나 외형은 원하는 모양의 자유로운 곡면으로 완벽히 구현했으나, 그 내부에서 떠받치는 구조물은 일반적인 직육면체 건물의 구조물과 크게 다를 바가 없었다.

즉, 원하는 외형을 만들기 위해 1차구조물 자체도 복잡할 뿐만 아니라 엄청난 양의 2차 구조물(Secondary Structures)과 연결시스템(Connecting System)이 필요할 뿐만 아니라, 이 외형을 만들기 위한 각 부재의 절단 및 조립 작업이 대부분 현장에서 1차 구조물에 맞추어 즉석에서 가공되고 조립되기 때문에 많은 인력과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자유로운 형태로 구부러진 곡관을 손쉽게 제작하고 이러한 관들의 조합으로 어떠한복잡한 형상의 구조물이라도 구현할 수 있는 곡관의 제작방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가공이 용이한 재료를 제작하고자 하는 부재의 곡률에 맞추어 관의 내부에 접하는 형상으로 재단하여 이들을 접합하여 하나의 부재의 형상을 완성하는 단계와, 제작하고자 하는 부재와 동일한 외경의 원형 PVC 관을 굴곡되는 원주상의 내측 일부분만 남기고 굴곡되는 원추상의 외측은 10-30mm 길이로 자르는 단계와, 상기 원형 PVC 관을 곡관의 내부 형상에 맞춰 완성한 부재에 하나씩 끼우는 단계와, 상기 부재에 끼워져 굴곡되면서 잘리어져 벌어진 PVC의 링과 링 사이에 퍼티를 채워 접합함으로서 마스터모델을 제작하는 단계를 갖는다.

도 1 은 본 발명에 따른 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작방법을 도시한 플로우차트.

도 2 는 제작하고자 하는 부재의 곡률에 맞추어 관의 내부에 접하는 형상으로 절단된 판재를 도시한 사진.

도 3 은 제작하고자 하는 부재와 동일한 외경의 원형 PVC 관을 원주상의 일부분만 남기고 자른 것을 도시한 사진.

도 4 는 곡관의 내부 형상에 맞춰 잘라둔 판재에 원형 PVC 관을 끼운 것을 도시한 사진.

도 5 는 PVC 링과 링 사이의 벌어진 부분을 퍼티로 채워 매끈하게 만든 것을 도시한 사진.

도 6 은 본 발명에 따른 복합재료 형틀의 사진.

도 7 은 본 발명에 따른 복합재료형틀을 통해 제품의 성형 동작을 보인 간략도.

도 8 은 본 발명에 따른 제작방법을 통해 제작된 곡관 4개가 결합된 사진.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 임의의 곡률을 갖는 대구경 원관을 제작하는 방법에 있어서, 제작하고자 하는 부재와 동일한 곡률 그대로의 형태를 갖는 마스터 모델을 제작하는 단계와, 상기 마스터 모델을 이용하여 복합재료형틀을 제작하는 단계와, 상기 복합재료형틀을 통해 다양한 곡률 반경을 갖는 제품을 성형하는 단계를 갖고, 상기 마스터 모델을 제작하는 단계는 가공이 용이한 재료를 제작하고자 하는 부재의 곡률에 맞추어 관의 내부에 접하는 형상으로 재단하여 이들을 접합하여 하나의 부재의 형상을 완성하는 단계와, 제작하고자 하는 부재와 동일한 외경의 원형 PVC 관을 굴곡되는 원주상의 내측 일부분만 남기고 굴곡되는 원추상의외측은 10-30mm 길이로 자르는 단계와, 상기 원형 PVC 관을 곡관의 내부 형상에 맞춰 완성한 부재에 하나씩 끼우는 단계와, 상기 부재에 끼워져 굴곡되면서 잘리어져 벌어진 PVC의 링과 링 사이에 퍼티를 채워 접합함으로서 마스터모델을 제작하는 단계를 가지며, 상기 복합재료형틀을 통해 제품을 성형하는 단계는 유리섬유 등의 재질로 이루어진 보강섬유 예비성형품(preform)을 복합재료형틀 안쪽에 장착하는 단계와, 상기 형틀 내부에 삽입된 팽창튜브에 공압을 가하여 보강섬유를 형틀에 밀착시키는 단계와, 상기 보강섬유에 열경화성 수지를 주입하여 함침 후 경화시켜 높은 강도를 갖는 복합재료 곡관을 성형하는 단계와, 상기 형틀 내부에 삽입된 팽창튜브의 공압을 낮추어 튜브를 제거하는 단계를 포함하여 구성됨으로서 제작하고자 하는 부재와 동일한 곡률 그대로의 형태를 갖는 복합재료 대구경 원관을 제작하는 것이다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작 방법을 도시한 플로우차트이고, 도 2 는 제작하고자 하는 부재의 곡률에 맞추어 관의 내부에 접하는 형상으로 절단된 판재를 도시한 사진이며, 도 3 은 제작하고자 하는 부재와 동일한 외경의 원형 PVC 관을 원주상의 일부분만 남기고 자른 것을 도시한 사진이고, 도 4 는 곡관의 내부 형상에 맞춰 잘라둔 판재에 원형 PVC 관을 끼운 것을 도시한 사진이며, 도 5 는 PVC 링과 링 사이의 벌어진 부분을 퍼티로 채워 매끈하게 만든 것을 도시한 사진이고, 도 6 은 본 발명에 따른 복합재료 형틀의 사진이며, 도 7 은 본 발명에 따른 복합재료형틀을 통해 제품의 성형 동작을 보인 간략도이고, 도 8 은 본 발명에 따른 제작방법을 통해 제작된 곡관 4개가 결합된 사진으로서,

1차 구조물(Primary Structures)이 3차원적으로 변화하는 임의의 곡면을 쫓아가기 위해서는 먼저 축 방향에 따라 MOI(Moment of Inertia)가 변하지 않아야 하기 때문에 원형의 단면을 가진 구조물이어야 한다.

본 발명은 자유로운 형태로 구부러진 곡관을 손쉽게 제작하고, 상기 곡관들의 적절한 조합으로 어떠한 복잡한 형상의 구조물도 구현할 수 있도록 성형성이 탁월하며 가볍고 튼튼한 복합재료(Composites)를 소재로 사용하였다.

복합재료를 이용하여 원형 단면을 가진 임의의 곡률의 대구경 곡관을 제작하기 위해서는 먼저 제품을 만들기 위한 형틀(Mold)을 제작해야 한다.

자유로운 곡면 구조물의 부재는 각 부분마다 서로 다른 다양한 곡률반경과 길이를 가지고 있으므로 많은 종류의 형틀을 필요로 한다.

본 발명은 소량 다품종의 개념으로 저렴하게 생산할 수 있는 복합재료 형틀을 제작하였다.

복합재료 형틀을 만들기 위해서는 각 부분의 부재의 곡률 그대로의 형태를 가진 마스터 모델(Master Model)이 필요하며, 손쉽게 마스터 모델을 제작하기 위한 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2에서와 같이 합판 등의 가공이 용이한 재료를 제작하고자 하는 부재의 곡률에 맞추어 관의 내부에 접하는 형상으로 절단하고, 여기서 판재의 형상은곡면 데이터를 곧바로 레이저 커터(Laser Cutter) 등을 이용해 절단하여 만든다. 다음으로 도 3에서와 같이 제작하고자 하는 부재와 동일한 외경의 원형 PVC관을 원주상의 일부분만 남기고 10~30mm 길이로 자르며, 상기와 같이 잘라진 PVC 링을 도 4에서와 같이 곡관의 내부 형상에 맞춰 잘라둔 판재에 하나씩 끼우고, 잘려진 판재에 PVC 링이 다 끼워지면 링과 링 사이의 벌어진 부분은 도 5에서와 같이 접합제 퍼티를 채워 매끈하게 만들음으로서 마스터 모델을 제작하는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 제작된 마스터 모델을 이용하여 복합재료 형틀(도6)을 제작하고 상기 형틀의 안쪽에는 도 7에 도시된 바와 같이 신축성이 있는 고무나 실리콘 등의 재질로 제작된 팽창튜브를 삽입하여 중공형 원통(hollow cylinder) 형태의 제품을 성형하는 것이다. 복합재료 곡관의 제작은 수지이송성형법을 이용하여 제작하게 되고, 성형이 끝난 뒤에는 팽창튜브 내부의 공기 압력을 낮추어 튜브를 손쉽게 제거할 수 있다.

본 발명의 복합재료형틀을 통해 다양한 곡률 반경을 갖는 제품을 성형하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 유리섬유 등의 재질로 이루어진 보강섬유 예비성형품(preform)을 복합재료형틀 안쪽에 장착하고, 상기 형틀 내부에 삽입된 팽창튜브에 공압을 가하여 보강섬유를 형틀에 밀착시켜 원하는 제품의 외형과 동일한 형태로 고정하며, 상기 보강섬유에 열경화성 수지를 주입하여 함침 후 경화시켜 높은 강도를 갖는 복합재료 곡관을 성형하고, 상기 형틀 내부에 삽입된 팽창튜브의 공압을 낮추어 튜브를 제거함으로서 원하는 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관을 성형하는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작 방법으로 외형 구조물 자체가 원하는 곡면에 맞추어 성형되므로 본 발명은 별도의 복잡한 2차 구조물이나 연결시스템이 필요 없기 때문에 공사기간을 획기적으로 줄일 수 있고, 곡면과 직선이 만나는 부분에 발생하는 건물 내부의 죽은 공간(Dead Space)도 제거하여 공간 효율을 높일 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 임의의 곡률을 갖는 대구경 원관을 제작하는 방법에 있어서,

   제작하고자 하는 부재와 동일한 곡률 그대로의 형태를 갖는 마스터 모델을 제작하는 단계와,

   상기 마스터 모델을 이용하여 복합재료형틀을 제작하는 단계와,

   상기 복합재료형틀을 통해 다양한 곡률 반경을 갖는 제품을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 건축 구조물 제작을 위한 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스터 모델을 제작하는 단계는

   가공이 용이한 재료를 제작하고자 하는 부재의 곡률에 맞추어 관의 내부에 접하는 형상으로 재단하여 이들을 접합하여 하나의 부재의 형상을 완성하는 단계와,

   제작하고자 하는 부재와 동일한 외경의 원형 PVC 관을 굴곡되는 원주상의 내측 일부분만 남기고 굴곡되는 원추상의 외측은 10-30mm 길이로 자르는 단계와,

   상기 원형 PVC 관을 곡관의 내부 형상에 맞춰 완성한 부재에 하나씩 끼우는 단계와,

   상기 부재에 끼워져 굴곡되면서 잘리어져 벌어진 PVC의 링과 링 사이에 퍼티를 채워 접합함으로서 마스터모델을 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 건축 구조물 제작을 위한 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복합재료형틀을 통해 제품을 성형하는 단계는

   복합재료 형틀 내부에 형틀의 길이에 따라 길게 팽창튜브를 삽입하는 단계와,

   유리섬유 등의 재질로 이루어진 보강섬유 예비성형품(preform)을 복합재료형틀 안쪽에 팽창튜브를 감싸도록 장착하는 단계와,

   상기 형틀 내부에 삽입된 팽창튜브에 공압을 가하여 보강섬유를 형틀에 밀착시키는 단계와,

   상기 보강섬유에 열경화성 수지를 주입하여 함침 후 경화시켜 높은 강도를 갖는 복합재료 곡관을 성형하는 단계와,

   상기 형틀 내부에 삽입된 팽창튜브의 공압을 낮추어 튜브를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 건축 구조물 제작을 위한 임의의 곡률을 갖는 복합재료 대구경 원관의 제작방법.