KR20050120175A - A method of construction of three dimensional cellular light materials and the continuous manufacture - Google Patents

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Abstract

본 발명은 와이어를 이용하여 3차원 트러스 구조를 갖는 다공질 경량 구조재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 3차원 공간 상에서 서로 60도 또는 120도 각도를 갖는 6방향의 와이어들이 굽히지 않고 서로 교차하여 적층되어 트러스를 형성한다. 적층 후 필요에 따라 와이어의 교차점을 용접, 브레이징, 납땜, 수지본드 등으로 접합하여 가벼우면서도 기계적으로 강도와 강성도가 높은 구조재를 제조할 수 있다. 내부의 빈 공간을 다공질재나 수지, 금속 등의 고체로 채워 3차원 섬유강화 복합재료를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a porous lightweight structural material having a three-dimensional truss structure using a wire. Wires in six directions having a 60-degree or 120-degree angle to each other in three-dimensional space are stacked to cross each other without bending to form a truss. After lamination, the intersection point of the wire may be joined by welding, brazing, soldering, resin bonding, etc., if necessary, to produce a structural material having high strength and rigidity in light weight. The three-dimensional fiber-reinforced composite material can be manufactured by filling the empty space inside with a solid such as a porous material, a resin, or a metal.

Description

와이어를 이용한 3차원 다공질 경량 구조재의 구성방법과 그 연속적인 생산방법 {A Method of Construction of Three Dimensional Cellular Light Materials and the Continuous Manufacture} A method of construction of three dimensional cellular light materials and the continuous manufacture

본 발명은 다공질의 가벼우며 강도와 강성도가 높은 구조재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 공학의 여러 분야에서 본 발명과 같은 효과적인 구조물을 제공하려는 노력은 계속되어 왔다. 그 예로서 발포금속(metal foam)을 들 수 있다. 금속이 액체 또는 반고체인 상태에서 내부에 기포를 발생시키거나, 스폰지와 같은 개방형 발포수지를 주형으로 하여 주조하는 방법이 사용되고 있으나 가격에 비하여 강도, 강성도와 같은 기계적 물성이 열등하여 널리 활용되고 있지 않다. The present invention relates to a method for producing a porous, lightweight, high structural strength and rigidity. In many fields of engineering efforts to provide effective structures such as the present invention have continued. Examples thereof include metal foams. It is used to generate air bubbles inside the metal in the liquid or semi-solid state, or to cast with open foamed resin such as sponge as a mold, but it is not widely used due to inferior mechanical properties such as strength and stiffness compared to the price. .

발포금속을 대체하는 소재로서 주기적인 트러스 구조를 갖는 개방형 경량 구조재가 있다. 정밀한 계산을 통해 최적의 강도 및 강성도를 갖도록 설계된 트러스 구조를 하고 있기 때문에 기계적 물성이 우수하다. 가장 단순하고 효과적인 3차원 트러스는 6개의 요소가 정사면체의 형태로 결합된 것이다. 이 트러스를 단위 셀(unit cell)로 연속적인 조합을 통하여 큰 구조물을 만들 수 있다. 이러한 트러스 구조의 형태로서 정사면체와 정 팔면체가 조합된 형태의 옥테트 트러스가 가장 일반적이다. 도 1은 단층(single layer) 옥테트 트러스의 형태를 단위 셀과 함께 나타내고 있다.As a substitute material for the foamed metal, there is an open lightweight structural member having a periodic truss structure. The mechanical properties are excellent because the truss structure is designed to have the best strength and stiffness through precise calculation. The simplest and most effective three-dimensional truss is a combination of six elements in the shape of a tetrahedron. The truss can be combined into unit cells to form large structures. As the truss structure, an octet truss having a combination of a tetrahedron and an octahedron is most common. 1 shows the shape of a single layer octet truss together with a unit cell.

트러스구조를 갖는 다공질 경량 구조재의 제작방법으로서 다음 몇 가지 방법이 알려져 있다. (참고문헌 : H.H.G. Wadley 등 저, "Fabrication and structural performance of periodic cellular metal sandwich structure", Composite Science Technology, Vol.63, pp.2331-2343, 2003) 첫째, 수지로 트러스구조를 만들고 이것을 주형으로 금속을 주조하여 제조하는 방법이다. 둘째, 얇은 판재에 주기적인 구멍을 뚫어 그물 형태로 만들고 이것을 절곡하여 트러스 중간층을 구성한 후 상하에 면판을 부착하는 방법이다. 2층 이상의 다층구조로 만들 경우 상부 면판 위에 다시 절곡하여 만든 트러스 중간층을 놓고 그 위에 면판을 부착하는 방법을 쓴다. 셋째, 수직한 두 방향의 와이어로 그물 형태의 철망을 짜고 이것을 적층하고 접합하는 방법이다. 도 2는 셋째 방법을 나타내고 있다. 이 방법은 제조비용을 최소화할 수 있다고 알려져 있으나 단순히 두 방향의 철사를 천을 짜는 것처럼 조합했기 때문에 위에서 언급했던 옥테트나 카고메 트러스와 같은 이상적인 구조가 아니고 접합할 부분이 너무 많아 비용이나 강도면에서 불리하다.  As a method for producing a porous lightweight structural material having a truss structure, several methods are known. (Reference: HHG Wadley et al., "Fabrication and structural performance of periodic cellular metal sandwich structure", Composite Science Technology, Vol. 63, pp.2331-2343, 2003) It is a method of manufacturing by casting. Second, it is a method of attaching a face plate to the top and bottom after forming a truss intermediate layer by forming a net form by periodically drilling holes in a thin plate. In the case of a multi-layered structure of two or more layers, a method of attaching a face plate on top of a truss intermediate layer made by bending over the top face plate is used. Third, weaving wire mesh in the form of two vertical wires and laminating and joining them. 2 shows a third method. This method is known to minimize manufacturing costs, but it is not an ideal structure such as octets and kagome trusses mentioned above because it is simply combined with two wires as weaving, and it is disadvantageous in terms of cost and strength because there are too many parts to be joined. Do.

한국 특허 출원번호 10-2003-0078507 에서는 6방향의 와이어를 3차원 직조하여 옥테트 트러스와 유사한 트러스구조를 구성하는 방법을 제시한 바 있다. 도 3은 그 형태를 나타내고 있다. 피아노선이나 섬유강화복합재료와 같이 고강도 소재를 와이어 형태로 입수하는 것이 용이하므로 높은 강도를 갖는 3차원 트러스 경량 구조재를 제조하는 방법으로 유망하다. 그러나 아직까지는 이 구조의 생산에 필요한 6축 3차원 직기가 개발되어 있지 않아 대량생산이 현실화되기 어렵다. 또한 각각의 와이어가 직조되면서 굴곡되기 때문에 이상적인 직선 트러스요소보다는 강도 면에서 불리하다. Korean Patent Application No. 10-2003-0078507 has proposed a method for constructing a truss structure similar to an octet truss by three-dimensional weaving wires in six directions. 3 shows the form. Since it is easy to obtain high-strength materials in the form of wire, such as piano wire or fiber reinforced composite material, it is promising as a method of manufacturing a three-dimensional truss lightweight structural material having high strength. However, since 6-axis three-dimensional looms are not yet developed for the production of this structure, mass production is difficult to realize. It is also disadvantageous in terms of strength rather than ideal straight truss elements because each wire is bent as weave.

미국 특허 5076330(특허일자 1991.12.31)은 공간 상에서 서로 일정한 각도를 갖는 4방향의 섬유강화수지 막대기를 서로 교차하며 적층하여 3차원 복합재료를 만드는 방법을 제시한 바 있다. 이 방법에서는 막대기를 굽히지 않은 채로 단순히 일정한 순서에 따라 적층하기 때문에 강도 면에서 유리하며 생산 장치도 비교적 간단하다. 그러나 이 방법은 내부에 빈공간이 없는 3차원 섬유강화복합재료를 만들기 위한 것으로 다공질 경량 구조재를 생산하는 데 사용될 수 없다. 또한 제품의 각 구성 요소가 옥테트 트러스와 같은 이상적인 구조를 이루지 않으므로 옥테트 트러스만큼의 강도 및 강성도를 갖지 못한다. U.S. Patent No. 5076330 (December 31, 1991) proposed a method of making a three-dimensional composite material by intersecting and stacking four directions of fiber-reinforced resin sticks having a constant angle to each other in space. This method is advantageous in terms of strength because the bars are simply stacked in a certain order without bending, and the production apparatus is relatively simple. However, this method is intended to produce three-dimensional fiber-reinforced composites with no voids inside and cannot be used to produce porous lightweight structural materials. In addition, each component of the product does not have the same ideal structure as an octet truss, so it does not have the strength and stiffness as much as an octet truss.

통상 섬유강화복합재료는 얇은 2차원 판(lamina) 형태로 제작되어 두꺼운 소재가 필요한 경우 적층해서 사용한다. 그러나 이 경우 층과 층사이가 분리되는 현상이 발생하여 강도가 떨어지기 때문에 섬유를 처음부터 3차원으로 직조하고 나중에 수지, 금속 등 기지(matrix)과 복합하는 방법을 사용한다. 도 4는 3차원 직조된 섬유를 나타내고 있다. 섬유 대신에 금속선과 같이 강직성(stiffness)이 큰 재료를 사용하여 3차원 직조를 통하여 다공질의 경량 구조재를 만들 수도 있다. 하지만 위에서 언급한 이상적인 트러스 구조가 아니기 때문에 기계적 강도가 낮고 방향에 따라 물성이 다르게 된다. 또한 같은 이유로 3차원 직조된 섬유로 제작된 복합재료의 기계적 물성이 나쁘다.In general, fiber-reinforced composite materials are manufactured in the form of thin two-dimensional plates (lamina), and when thick materials are required, they are laminated and used. However, in this case, the separation between the layers occurs and the strength is reduced, so we use the method of weaving the fibers in three dimensions from the beginning and later compounding with a matrix such as resin and metal. 4 shows a three-dimensional woven fiber. Instead of fibers, a porous, lightweight structural member can be made through three-dimensional weaving using materials with high stiffness, such as metal wires. However, since it is not the ideal truss structure mentioned above, the mechanical strength is low and the physical properties vary depending on the direction. In addition, the mechanical properties of the composite material made of three-dimensional woven fiber is bad for the same reason.

이상적인 경량 구조재는 단위 무게 당 강도 및 강성도 (비강도 및 비강성)가 크고 이를 제조하는 장치가 간단하고 원재료의 손실이 없어 생산단가가 낮은 것이다. 본 발명은 이러한 경량 구조재를 제작하는 방안으로서 와이어를 평면상에서 3방향, 공간상에서 6방향으로 일정 순서로 적층하여 3차원 트러스를 구성한 후 각 교차점을 접합하여 다공질 경량 구조재를 완성한다. The ideal lightweight structural material has a high strength and stiffness (non-strength and non-stiffness) per unit weight, a simple device for manufacturing it, and low production cost due to no loss of raw materials. The present invention is a method for manufacturing such a lightweight structural member to form a three-dimensional truss by stacking the wires in a predetermined order in three directions on a plane, six directions in space to form a three-dimensional truss to complete the porous lightweight structural member by joining each intersection.

이를 통하여 이상적인 옥테트 트러스에 가까운 구조재를 적은 비용으로 대량 생산할 수 있다. 또한 내부의 빈 공간을 수지 또는 금속으로 채움으로써 기존 제품보다 강도가 월등히 높고 방향에 관계없이 물성이 거의 일정한 준등방성(quasi-isotropic) 3차원 섬유 강화 복합재료를 만들 수도 있다. This allows mass production of structural materials close to ideal octet trusses at low cost. It is also possible to create quasi-isotropic three-dimensional fiber-reinforced composites, which are filled with resins or metals, with a much higher strength than conventional products and almost constant physical properties regardless of the direction.

본 발명은 다층(Multi Layer, Bulk) 옥테트 트러스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 도 5는 이상적인 다층 옥테트 트러스의 입체도이다. 정확한 형상을 설명하기 위해서 직교좌표축을 함께 표시하였다. z 축은 맨 아래 평면상의 빗금친 마름모꼴을 전후로 종단하는 대각선 방향의 트러스 요소와 평행이다. x 축은 그 마르모꼴을 좌우로 횡단하는 대각선 a-a'과 평행하다. y 축은 x-z평면에 수직이다. 도 6, 7, 8은 도 5의 물체를 각각 z 축, x 축, y 축에서 바라본 투영도이다. 도 9는 옥테트 트러스를 이루는 정사면체를 나타내고 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a multilayer (bulk) octet truss. 5 is a stereogram of an ideal multilayer octet truss. To illustrate the exact shape, the Cartesian coordinate axes are also shown. The z axis is parallel to the diagonal truss element ending back and forth the hatched lozenge on the bottom plane. The x-axis is parallel to the diagonal a-a 'traversing its marmot. The y axis is perpendicular to the x-z plane. 6, 7 and 8 are projection views of the object of FIG. 5 as viewed from the z-axis, the x-axis, and the y-axis, respectively. Fig. 9 shows a tetrahedron constituting an octet truss.

본 발명에서는 와이어를 굽히지 않고 단순히 반복적인 적층을 통하여 위와 유사한 준(quasi) 옥테트 트러스를 제조할 수 있음을 제시한다. 적층 과정을 자세히 설명하면 다음과 같다. 도 10은 도 5의 x-z 평면에 해당하는 판(plate)을 나타낸 것이다. 이 판은 그림에 각각 (10), (20), (30)으로 표기된, 서로 60도 또는 120도로 교차하는 세 방향의 와이어군(평행한 와이어 무리)으로 구성되어 있다. 도 11은 이러한 판 4개가 평행하게 적층된 것을 나타내고 있는데 맨 위층으로부터 판 A, 판 B, 판 C 순으로 표기한다. 도 12는 이것을 y 축에서 바라본 것으로, 도 10과 비교해 보면 판 A, B, C는 모두 (10), (20), (30)의 와이어군으로 구성되어 있다는 점은 같지만 각 판을 이루는 와이어가 평면상에서 삼각형 각 변 길이의 1/3 만큼 씩 평행하게 이동되어 판 A, B, C 다음에 다시 판 A가 반복됨을 알 수 있다. 도 13은 도 11에 판 A, B, C를 관통하는 4번째 방향인 (40) 와이어군이 추가로 투입된 형상이다. 각 판 내의 (10), (20), (30) 와이어군은 정사면체의 밑면의 세변 방향으로 배열된데 반해 (40) 와이어군은 판과 54.7도를 이루는 정사면체의 세 경사변 중 한 방향이다. 도 14는 도 12를 x 축에서 바라본 것이다. 같은 요령으로 나머지 두개의 경사변 방향으로 (50), (60) 와이어군을 투입하면 도 15와 같은 준(quasi)옥테트 트러스의 형상이 된다. 도 16, 17, 18는 각각 도 15의 준옥테트 트러스를 x 축, z 축, y 축에서 바라본 투영도이다. 도 19는 준옥테트 트러스를 이루는 준정사면체를 나타내고 있다. 와이어군(40), (50), (60)의 투입 순서를 바꾸어도 위와 유사한 준옥테트 트러스를 구성할 수 있다. 이 경우 와이어가 교차하는 부분의 형상이 다소 달라진다. 도 15부터 도 19까지의 준옥테트 트러스를 각각 도 5부터 도 9까지의 이상적인 옥테트 트러스와 비교해보면 세 와이어가 교차하는 부분을 제외하고 전체적인 형상이 매우 유사함을 알 수 있다. 적층 후에 각 와이어 교차점을 액체나 스프레이 형태의 수지접합, 브레이징, 납땜, 용접 등의 방법으로 고정하며 완성한다. 와이어의 소재로서 금속, 섬유, 합성수지, 섬유강화합성수지 등이 사용될 수 있다. 와이어의 굵기와 트러스 요소의 길이에 따라 작게는 수 1/10 밀리미터에서 크게는 수십 미터의 구조물을 만들 수 있다.The present invention suggests that a quasi octet truss similar to the above can be produced by simply repeating lamination without bending the wire. Detailed description of the lamination process is as follows. FIG. 10 illustrates a plate corresponding to the x-z plane of FIG. 5. The plates consist of three groups of wires (parallel wires) that cross each other at 60 or 120 degrees, indicated by (10), (20) and (30) in the figure, respectively. Fig. 11 shows four such plates stacked in parallel, and is written in order of plate A, plate B, and plate C from the top layer. 12 is viewed from the y-axis. Compared with FIG. 10, the plates A, B, and C are all composed of the wire groups of (10), (20), and (30), but the wires forming the plates are the same. It can be seen that plate A is repeated after plates A, B, and C by being moved in parallel by 1/3 of the length of each side of the triangle. FIG. 13 is a shape in which the (40) wire group, which is the fourth direction penetrating through the plates A, B, and C, is additionally inserted in FIG. 11. The wire groups (10), (20) and (30) in each plate are arranged in the triangular direction of the base of the tetrahedron, whereas the (40) wire group is one of the three inclined sides of the tetrahedron forming 54.7 degrees with the plate. FIG. 14 is a view of FIG. 12 from the x-axis. In the same manner, when the (50) and (60) wire groups are inserted in the remaining two inclined sides, the quasi-octet truss as shown in FIG. 15 is formed. 16, 17, and 18 are projection views of the quasi-octet truss of FIG. 15 as viewed from the x-axis, z-axis, and y-axis, respectively. Fig. 19 shows a quasi- tetrahedron forming a quasi-octate truss. Even if the order of input of the wire groups 40, 50, and 60 is changed, a quasi-octet truss similar to the above can be configured. In this case, the shape of the intersection portion of the wire is somewhat different. Comparing quasi-octet trusses from FIGS. 15 to 19 with the ideal octet trusses from FIGS. 5 to 9, the overall shape is very similar except for the intersection of the three wires. After lamination, each wire crossing point is completed by fixing in the form of liquid or spray resin bonding, brazing, soldering, welding, etc. As the material of the wire, metal, fiber, synthetic resin, fiber reinforced synthetic resin and the like can be used. Depending on the thickness of the wire and the length of the truss elements, structures from as small as a few tenths of millimeters to several tens of meters can be made.

도 20은 이상의 제작과정을 구체적으로 실현하여 연속적으로 준 옥테트 트러스를 육각기둥 형태로 제작할 수 있는 기계장치의 예이다. 기계장치를 지지해 주는 구조물과 동력전달 및 제어 장치 등은 생략하였다. 도 21~23은 도 20을 각각 z 축, x 축, y 축에서 본 투영도이다. 전체 제작과정은 크게 과정 1과 과정 2로 구분한다. 과정 1은 와이어군(10), (20), (30)을 투입하여 판 A, B, C를 만드는 과정이고, 과정 2는 와이어군(40), (50), (60)을 투입하는 과정이다.20 is an example of a mechanical device capable of realizing the above-described manufacturing process in detail to produce a continuously given octet truss in the form of a hexagonal column. Structures that support mechanical devices, power transmission and control devices are omitted. 21 to 23 are projection views of FIG. 20 as viewed from the z-axis, the x-axis, and the y-axis, respectively. The whole production process is largely divided into process 1 and process 2. Process 1 is a process for making plates A, B, and C by inserting the wire groups 10, 20, and 30, and process 2 is a process for inputting the wire groups 40, 50, and 60. to be.

과정1에 해당하는 기계 장치들은 도 20의 아래 부분에 있는 것으로 와이어군(10)의 삽입장치 어셈블리(110), 와이어군(20)의 삽입장치 어셈블리(120)과 와이어군(30)의 삽입장치 어셈블리(130)로 구성되어 있고 서로 120도 간격으로 배치되어 있다. 과정 2에 해당하는 기계장치들은 도 20의 윗부분에 있는 것으로 와이어군(40)의 삽입장치 어셈블리(140), 와이어군(50)의 삽입장치 어셈블리(150), 와이어군(60)의 삽입장치 어셈블리(160)로 구성되어 있고 서로 120도 간격으로 배치되어 있다. The mechanical devices corresponding to the process 1 are located in the lower part of FIG. 20, the inserter assembly 110 of the wire group 10, the inserter assembly 120 of the wire group 20, and the inserter of the wire group 30. It is composed of the assemblies 130 and are spaced 120 degrees apart from each other. Mechanisms corresponding to the process 2 are located in the upper part of FIG. 20, the inserter assembly 140 of the wire group 40, the inserter assembly 150 of the wire group 50, and the inserter assembly of the wire group 60. It consists of 160, and is arrange | positioned at 120 degree spaces mutually.

도 24는 판 A, B, C에 속하는 와이어들의 양끝을 지지하는 테두리 역할을 하는 판 홀더(100)와 와이어군(10)의 삽입장치 어셈블리(110)의 대략적인 입체도를 나타내고 있다. 이것은 와이어를 삽입하는 장치와 외부에서 와이어를 그곳까지 공급해주는 장치로 구성되어 있다. 도 25는 와이어를 삽입하는 장치를 보다 상세히 y 축에서 본 투영도, 도 26은 도 25의 단면도에 와이어를 절단하고 공급하는 장치를 추가한 구체적인 예를 나타낸 것으로 와이어 가이드(111), 푸시로드 가이드(112), 와이어 푸시로드 어셈블리(113), 와이어 푸시로드(114), 와이어 저장소(115), 저장된 와이어(116), 와이어 절단 홀더(117), 와이어 절단기(118), 와이어 공급장치(119), 아직 절단되지 않은 와이어(0)로 구성되어 있다. 먼저 판 A를 만들기 위해 판 A의 홀더(100)이 하부로부터 공급되면 와이어 가이드(111)는 푸시로드 가이드(112)에 의해 홀더(100)에 가까이 접근하게 되고, 와이어 푸시로드(114)에 의해 홀더(100)의 테두리에 뚫어진 구멍을 통하여 와이어군(10)이 위치해야 할 자리에 삽입된다. 삽입 후 푸시로드(114)가 제 위치로 돌아가게 되면 저장소(115)에 저장되어 있는 와이어가 가이드(111)의 제 위치에 자중에 의하여 위치하게 된다. 이는 마치 총알이 탄창에서 약실로 장전되는 것과 유사하다. 이와 동시에 아직 절단되지 않은 와이어(0)가 공급장치(119)에 의해 절단 홀더(117)로 삽입된 후 절단기(118)에 의해 적당한 길이로 절단되고, 새로 절단 홀더(117)에 삽입되는 와이어에 의해 저장소(115)에 밀어 넣어져 저장된다. 24 shows a schematic three-dimensional view of the inserter assembly 110 of the plate holder 100 and the wire group 10 serving as an edge for supporting both ends of the wires belonging to the plates A, B, C. It consists of a device that inserts wires and a device that supplies wires from there to the outside. 25 is a projection view of the device for inserting the wire in more detail in the y axis, and FIG. 26 illustrates a specific example in which a device for cutting and supplying wire is added to the cross-sectional view of FIG. 25. The wire guide 111 and the push rod guide ( 112, wire push rod assembly 113, wire push rod 114, wire reservoir 115, stored wire 116, wire cutting holder 117, wire cutter 118, wire feeder 119, It consists of the wire 0 which is not yet cut | disconnected. First, when the holder 100 of the plate A is supplied from the bottom to make the plate A, the wire guide 111 is approached close to the holder 100 by the push rod guide 112, by the wire push rod 114 The wire group 10 is inserted into the position where the wire group 10 should be located through the hole drilled in the edge of the holder 100. When the push rod 114 is returned to its original position after insertion, the wire stored in the reservoir 115 is positioned in its own position in the guide 111 by its own weight. It's like a bullet loaded from a magazine into a chamber. At the same time, the wire 0, which has not yet been cut, is inserted into the cutting holder 117 by the feeder 119 and then cut into the appropriate length by the cutter 118, and the wire is newly inserted into the cutting holder 117. It is pushed into the storage 115 and stored.

이와 같은 방법으로, 와이어군의 적층순서대로 와이어군(20)의 삽입장치 어셈블리(120)와 와이어군(30)의 삽입장치 어셈블리(130)가 작동되어 판 A가 완성된다. 도 27은 판 홀더(100)와 세 와이어 삽입장치의 배치 형상을 나타낸 것이다. 각 와이어 삽입장치는 서로 간섭되지 않도록 판 홀더로부터 일정한 거리만큼 떨어져 있다. 완성된 판 A 및 홀더(100)는 h만큼 위쪽(y 축 방향)으로 이송되고 판 B를 위한 새로운 홀더가 하부에서 공급된다. 판의 상하 이송거리 h는 도 19의 트러스를 이루는 정사면체의 높이로서 평판 내 평행한 와이어 사이의 간격 w의 0.943배이다. 판 B를 만드는 과정은 판 A에서와 같으나, 도 12에 나타낸 바와 같이 와이어군이 삽입되는 위치가 와이어 사이 간격 w의 1/3 만큼 평행 이동되어야 한다. 완성된 판 B 및 홀더는 h만큼 위쪽으로 이송되고 다시 판 C를 위한 새로운 홀더가 하부에서 공급된다. 마찬가지로 판 C의 와이어군이 삽입되는 위치가 다시 w의 1/3 만큼 평행 이동되어야 한다. 이와 같은 과정이 반복되어 판 A, B, C, A... 순으로 제작되고 판 사이거리 h를 유지하면서 순차적으로 상부로 이송된다. In this manner, the inserter assembly 120 of the wire group 20 and the inserter assembly 130 of the wire group 30 are operated in the stacking order of the wire group to complete the plate A. 27 shows the arrangement of the plate holder 100 and the three wire insertion device. Each wire inserter is spaced a certain distance from the plate holder so as not to interfere with each other. The completed plate A and holder 100 are conveyed upwards (y axis direction) by h and a new holder for plate B is fed from the bottom. The vertical transport distance h of the plate is the height of the tetrahedron forming the truss of FIG. 19, which is 0.943 times the spacing w between parallel wires in the plate. The process of making plate B is the same as in plate A, but as shown in Fig. 12, the position where the wire group is inserted should be moved by one third of the distance w between the wires. The finished plate B and the holder are transferred upwards by h and again a new holder for plate C is fed from the bottom. Similarly, the position at which the wire group of plate C is inserted must again be moved by one third of w. This process is repeated to make the plates A, B, C, A ... in order and transferred sequentially to the top while maintaining the distance h between the plates.

과정 l에 의해서 제작되어 적층된 판들의 높이 H가 판의 지름 W의 1.141배이상이 되면 경사진 와이어군(40), (50), (60)을 투입하는 과정 2가 시작된다. 도 28은 도 20의 상부에 있는 경사진 와이어 삽입장치 어셈블리(140)를 y 축에서 바라본 투영도이고 도 29는 이것의 단면도에 와이어 절단 및 공급장치를 추가한 것이다. 먼저 와이어 삽입장치 어셈블리(140)로부터 와이어 푸시로드(143)에 의해 와이어군(40)이 삽입된다. 와이어군(40)은 상부의 판 홀더(100)의 테두리 구멍을 통하여 들어가, 미리 만들어진 판 내의 와이어 교차점들을 경사지게 기대면서 미끄러져 그 끝이 최대 H 만큼 아래 위치한 판 홀더의 반대편 테두리에 꽂히게 된다. 와이군(40)이 삽입된 후 푸시로드(143)가 제 위치로 돌아가게 되면 와이어 저장소(144)에 저장되어 있는 와이어가 자중에 의하여 내려와 가이드(141)에 위치하게 된다. 이와 동시에 아직 절단되지 않은 와이어(0)가 공급장치(148)에 의해 절단 홀더(146)로 적당한 길이만큼 삽입된 후 절단기(148)에 의해 절단되고, 다시 절단 홀더(146)에 새로 삽입되는 와이어에 의해 저장소(144)에 밀어 넣어져 저장된다. 이와 같은 방법으로 적층되는 순서에 맞게 와이어군(50) 삽입장치 어셈블리(150)와 와이어군(60) 삽입장치 어셈블리(160)가 작동된다. 그후 이송장치에 의해 판A 및 홀더(100)가 높이 h만큼 상부로 이송되면 판 B 및 홀더(100)가 올라오게 되고 다시 위의 과정 2를 거쳐 경사진 와이어군(40), (50), (60)가 삽입된다. 동시에 장치 하부에서는 과정 1이 진행된다. When the height H of the plates manufactured and stacked by the process l becomes 1.141 times or more than the diameter W of the plate, the process 2 of injecting the inclined wire groups 40, 50 and 60 is started. FIG. 28 is a projection view of the inclined wire inserter assembly 140 at the top of FIG. 20 from the y axis and FIG. 29 adds a wire cutting and feeding device to its cross sectional view. First, the wire group 40 is inserted from the wire inserter assembly 140 by the wire push rod 143. The wire group 40 enters through the rim hole of the upper plate holder 100 and slides while leaning obliquely at the wire crossing points in the pre-made plate so that the end thereof is inserted into the opposite rim of the plate holder which is positioned up to H below. When the push rod 143 is returned to its position after the Y group 40 is inserted, the wire stored in the wire storage 144 is lowered by its own weight and positioned in the guide 141. At the same time, the wire 0, which has not yet been cut, is inserted by the feeder 148 into the cutting holder 146 by a suitable length and then cut by the cutter 148, and the wire is newly inserted into the cutting holder 146 again. Is pushed into the reservoir 144 and stored. In this manner, the wire group 50 inserter assembly 150 and the wire group 60 inserter assembly 160 operate according to the stacking order. Then, when the plate A and the holder 100 is moved upward by a height h by the conveying device, the plate B and the holder 100 are raised, and the wire group 40, 50, which is inclined again through the above process 2, 60 is inserted. At the same time, process 1 proceeds under the device.

이와 같이 하부에서 새로운 판 및 홀더(100)가 올라올 때마다 과정 1과 2가 계속적으로 반복된다. 판 홀더(100)의 형상은 육각형에만 국한되지 않고 필요에 따라 달라질 수 있으며 경사진 와이어군의 투입순서도 (40), (50), (60)뿐만 아니라 (50), (40), (60) 등과 같이 필요에 따라 바뀔 수 있다. In this way, each time the new plate and holder 100 is raised from the bottom, the process 1 and 2 are repeated repeatedly. The shape of the plate holder 100 is not limited to the hexagon, but may be changed as necessary, and the order of input of the inclined wire group is not only 40, 50, and 60, but also 50, 40, and 60. It can be changed as needed.

본 발명은 다공질 경량구조재를 연속적인 공정으로 생산하는 것을 가능하게 한다. 기존의 제조법들이 각층에 해당하는 부분을 먼저 만든 후 차례로 적층하여 접착하거나 주조를 하는 방법을 사용하여 생산공정이 비연속적이므로 비용 면에서 불리하다. 와이어를 3차원으로 직조하는 방법의 경우 와이어가 굴곡되어 강도가 저하되지만 본 발명에서는 와이어를 굽히지 않고 적층하는 것만으로 3차원 트러스 형태를 일관 공정을 통하여 연속적으로 생산하는 것을 가능하게 하므로 대량생산과 저비용을 실현할 수 있게 한다. 또 이상적인 옥테트와 유사한 구조를 가지므로 강도와 강성도 면에서 우수하다.The present invention makes it possible to produce porous lightweight structural materials in a continuous process. Conventional manufacturing methods are disadvantageous in terms of cost because the production process is discontinuous using a method of first forming a part corresponding to each layer and then laminating and bonding or casting one by one. In the method of weaving the wire in three dimensions, the wire is bent and the strength decreases. However, in the present invention, it is possible to continuously produce a three-dimensional truss form through a consistent process by simply stacking the wire without bending it, thereby mass production and low cost To make it possible. It also has a structure similar to that of an ideal octet, which is excellent in strength and stiffness.

완성된 3차원 트러스 구조물의 빈공간에 수지나 금속을 채워 3차원 섬유 강화 복합재료를 만들 수 있다. 이 복합재는 준등방성 재료로서 그 물성이 방향에 무관하게 거의 균일하기 때문에 금속등과 같이 임의의 형상으로 절단하여 사용할 수 있다. Three-dimensional fiber-reinforced composites can be made by filling resin or metal into the voids of the finished three-dimensional truss structure. This composite material is a quasi-isotropic material, and since its physical properties are almost uniform regardless of the direction, it can be cut into any shape such as metal and the like.

도 1은 단층 옥테트 트러스와 단위셀의 형상 1 is a shape of a single layer octet truss and a unit cell

도 2는 2차원 직조된 철망을 적층한 후 접합하여 제조된 다공질구조재의 형상Figure 2 is a shape of the porous structural material prepared by laminating a two-dimensional woven wire mesh

도 3은 와이어를 3차원 직조하여 재조된 다공질구조재의 형상3 is a shape of the porous structural material fabricated by three-dimensional weaving wire

도 4는 3차원 직조된 섬유의 예4 is an example of a three-dimensional woven fiber

도 5는 이상적인 옥테트 트러스의 입체도5 is a stereoscopic view of an ideal octet truss

도 6은 도 5를 z 축에서 본 투영도FIG. 6 is a perspective view of FIG. 5 as viewed from the z axis. FIG.

도 7는 도 5를 x 축에서 본 투영도FIG. 7 is a projection view of FIG. 5 from the x-axis

도 8은 도 5를 y 축에서 본 투영도8 is a projection of FIG. 5 as viewed from the y axis

도 9는 도 5의 이상적인 옥테트를 구성하는 정사면체9 is a tetrahedron constituting the ideal octet of FIG.

도 10은 서로 60도 또는 120도로 교차하는 세 방향의 와이어군(10), (20), (30)이 적층되어 이루는 판을 z-x 평면상에 놓은 형상10 is a shape in which a plate formed by stacking wire groups 10, 20, and 30 in three directions crossing each other at 60 degrees or 120 degrees is placed on a z-x plane.

도 11은 도 10의 판과 유사한 4개의 판이 일정간격으로 y 축 방향으로 적층된 형상 FIG. 11 is a view in which four plates similar to those of FIG. 10 are stacked in a y-axis direction at regular intervals.

도 12는 도 11을 y 축에서 본 투영도12 is a projection of FIG. 11 as viewed from the y axis.

도 13은 도 11에 판들을 관통하는 와이어군(40)이 추가된 형상FIG. 13 is a view in which a wire group 40 penetrating the plates is added to FIG. 11.

도 14는 도13을 z 축에서 본 투영도FIG. 14 is a projection view of FIG. 13 as viewed from the z axis. FIG.

도 15는 서로 60도 또는 120도로 교차하는 6 방향의 와이어군(10)~(60)이 적층되어 형성된 준 옥테트 트러스 형상FIG. 15 is a quasi-octet truss shape formed by stacking wire groups 10 to 60 in six directions crossing each other at 60 degrees or 120 degrees.

도 16은 도 15를 z 축에서 본 투영도FIG. 16 is a perspective view of FIG. 15 as seen from the z axis

도 17은 도 15의 x 축에서 본 투영도FIG. 17 is a projection view from the x-axis of FIG. 15

도 18은 도 15의 y 축에서 본 투영도FIG. 18 is a projection view from the y axis of FIG. 15

도 19는 도 15의 준 옥테트 트러스를 구성하는 준 정사면체의 형상19 is a shape of a quasi- tetrahedron constituting the quasi-octet truss of FIG.

도 20은 준 옥테트 트러스를 제작하는 기계장치의 입체도20 is an isometric view of a mechanism for making a quasi-octet truss.

도 21은 도 20을 z 축에서 본 투영도FIG. 21 is a perspective view of FIG. 20 as viewed from z-axis

도 22는 도 20을 x 축에서 본 투영도FIG. 22 is a projection view of FIG. 20 from an x-axis

도 23은 도 20을 y 축에서 본 투영도FIG. 23 is a projection view of FIG. 20 from the y axis

도 24는 판 A, B, C에 속하는 와이어들의 양끝을 지지하는 판홀더(100)과 와이어 삽입장치 어셈블리(110)의 일부를 나타내는 입체도24 is a three-dimensional view showing a portion of the plate holder 100 and the wire inserter assembly 110 supporting both ends of the wires belonging to the plates A, B, C.

도 25는 도 24에 와이어 삽입장치의 상세도를 추가한 것을 y 축에서 본 투영도FIG. 25 is a projection view of the wire insertion device of FIG. 24 as seen from the y axis.

도 26은 도 25의 F-F' 단면도에 와이어 절단, 공급장치를 추가한 것FIG. 26 is a view illustrating a wire cutting and feeding device added to the cross-sectional view taken along line F-F 'of FIG.

도 27은 판홀더(100)과 세 와이어 삽입장치 어셈블리 (110), (120), (130)의 배치 형상을 y축에서 본 투영도FIG. 27 is a projection view of the plate holder 100 and the layout of the three wire inserter assemblies 110, 120, and 130 viewed from the y-axis.

도 28은 도 20의 와이어군(40)의 삽입장치 어셈블리 (140)을 y 축에서 본 투영도FIG. 28 is a projection view of the inserter assembly 140 of the wire group 40 of FIG. 20 seen from the y axis.

도 29는 도 28의 G-G' 단면도에 와이어 절단, 공급장치를 추가한 것FIG. 29 is a view illustrating a wire cutting and feeding device added to the line G-G 'of FIG. 28;

Claims (4)

6 방향의 와이어를 이용하여 3차원 트러스 및 경량 구조재를 제작하는데 있어서 본 발명의 구성 및 작용의 항에 준하는 구조물의 제작방법과 그 기계장치Method for producing a structure and its apparatus according to the terms and conditions of the present invention in manufacturing a three-dimensional truss and a light weight structural member using six directions of wire 제 1항에 있어서 완성된 트러스 기둥의 단면이 육각형이 되도록 기계장치를 구성하는 방법 The method of claim 1 wherein the mechanism is constructed such that the cross section of the completed truss column is hexagonal. 제 1항에 있어서 완성된 트러스 구조물에 액체나 스프레이 형태의 접착제, 브레이징, 납땝 등의 방법으로 와이어의 교차점을 접합하여 고정된 구조물을 제작하는 방법The method of claim 1, wherein the intersection of the wires is bonded to the finished truss structure by a liquid, spray-type adhesive, brazing, soldering, or the like, to fabricate the fixed structure. 제 3항에 있어서 구조물을 만든 후 트러스 구조물의 빈 공간을 수지나 금속 등을 침투시켜 3차원 섬유강화 복합재료를 제조하는 방법The method of manufacturing a three-dimensional fiber-reinforced composite material according to claim 3, wherein the hollow space of the truss structure is made to penetrate resin or metal after making the structure.
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