KR20060066766A

KR20060066766A - 초경량 샌드위치 판재의 제조방법

Info

Publication number: KR20060066766A
Application number: KR1020040105226A
Authority: KR
Inventors: 강기주; 나성준; 안대건; 조영재; 김병국
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-19
Also published as: KR100633657B1

Abstract

본 발명은 초경량 샌드위치 판재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 직교하는 2 방향 또는 3 방향의 와이어를 그물 형태로 직조한 후, 프레스 가공을 통하여 각각 피라미드 또는 정사면체 트러스를 형성한 다음, 상하에 얇은 면판을 대고 교차점이나 접합부위는 용접등의 방법으로 부착하는 비강성 및 비강도가 우수한 초경량 샌드위치 판재의 제조방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 2방향의 와이어를 그물형태로 직조하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 와이어의 교차점을 그물의 대각선 방향으로 프레스 가공하여 트러스 구조로 성형하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제3단계로 형성되는 초경량 샌드위치 판재의 제조방법을 제공한다.

샌드위치 판재, 와이어, 트러스, 면판

Description

초경량 샌드위치 판재의 제조방법{Method to manufacture light sandwich panels}

도 1은 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법의 제1실시예를 나타내는 사시도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법의 제2실시예를 나타내는 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법의 제3실시예를 나타내는 사시도.

도 5은 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법의 제4실시예를 나타내는 사시도.

도 6은 종래의 샌드위치 판재의 제조방법의 일실시예를 나타내는 사시도.

도 7은 종래의 샌드위치 판재의 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 와이어 20 : 트러스

30 : 면판 50 : 샌드위치 판재

근래에, 스티로폼과 같은 발포성수지나 하니컴(honeycomb)과 같은 격자형 소재를 중간층(core)으로 하고 양면에 얇은 면판(face sheet)을 부착한 샌드위치 판재는 가볍고 압축강도 및 굽힘강도가 높으며 단열성이 좋아 널리 활용되고 있다.

그러나, 중간층 내부가 막혀 있어 물질의 저장이나 통로로 활용할 수 없고, 높은 열전달 특성이 요구되는 경우에는 사용할 수 없다.

또한, 대부분의 중간층 재료가 합성수지나 종이이기 때문에 기계적 강도에 한계가 있으며 고온에서 사용할 수 없고 재활용이 곤란하다.

일부 제품은 중간층 소재로서 유리섬유, 암면과 같은 배화성 소재를 사용하기도 하지만 기계적 강도가 낮고 재활용이 곤란하기는 마찬가지이다.

이와 같은 문제점을 극복할 수 있는 중간층 소재로 발포금속(metal foam)을 들 수 있다.

상기 발포금속은 녹는 온도와 열전달율, 기계적 강도가 높고, 발포금속을 구성하는 개개의 방(cell)이 개방형(open cell)일 경우 유체가 통과할 수 있어 그것의 저장이나 통로의 역할을 할 수 있다.

특히, 냉각수나 공기를 유통시킬 경우 열전달 특성이 뛰어나서 고성능 냉각핀(cooling fin)으로 활용되고 있다.

그러나, 생산단가가 비싸고 단위무게당 기계적 강도 및 강성도(비강성 및 비강도)가 종래의 하니컴 중간층을 가진 샌드위치 판재보다 열등하여 보급이 지연되고 있다.

21세기에 들어서, 발포성금속 대신 금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 새로운 샌드위치 판재가 개발되었다.

기계적 강도 및 강성도가 최적으로 설계된 트러스를 이용함으로써, 하니컴 샌드위치 판재와 대등한 단위무게당 강성 및 강도를 가지면서 개방형 셀 발포금속과 같이 내부공간 활용이 가능한 새로운 소재로서 각광을 받고 있다.

상기 트러스의 형태로서 피라미드와 정사면체가 가장 일반적이다. 트러스의 각 요소가 서로 정삼각형을 이루고 있어 강도 및 강성도가 우수하다. 금속제 트러스를 갖는 샌드위치 판재의 제작방법으로서 다음 몇가지 방법이 알려져 있다.

첫째, 수지로 트러스구조를 만들고 이것을 주형으로하여 금속을 주조하여 제조하는 방법이다.

둘째, 도 6과 같이, 얇은 판재에 주기적인 구멍(110)을 뚫어 격자(120) 형태로 만들고 이것을 프레스 가공하여 트러스(130) 중간층을 구성한 후 상하에 면판을 부착하는 방법이다.

셋째, 도 7과 같이, 수직한 두 방향의 와이어(210)로 그물 형태의 철망(200)을 짜고 이것을 적층하고 접합한 후 상하에 면판(30)을 부착하는 방법이다.

그러나, 첫번째의 주조 방법은 생산 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

그리고, 두번째와 세번째 방법은 제조비용을 최소화할 수 있다고 알려져 있으나 단순히 두 방향의 철사를 천을 짜는 것처럼 조합했기 때문에 위에서 언급했던 정사면체나 피라미드 트러스와 같은 이상적인 구조가 아니고, 특히, 세번째 방법은 접합할 부분이 너무 많아 비용이나 강도면에서 불리한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 와이어를 평면상에서 서로 직교하는 2축직조 또는 120도로 교차하도록 3축직조하여 그물 형태로 만든 후 프레스 기계로 절곡하여 각각 정사면체 트러스로 만든 중간층의 상하에 얇은 면판을 부착하는 비강성 및 비강도가 우수한 초경량 샌드위치 판재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

2방향의 와이어를 그물형태로 직조하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 와이 어의 교차점을 그물의 대각선 방향으로 프레스 가공하여 트러스 구조로 성형하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제3단계로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

3방향의 와이어를 평면상에서 서로 60도 각도로 교차하도록 직조하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 다수개의 삼각형의 세변을 각각 무게중심방향으로 절곡하여 육각형으로 성형하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 상기 육각형의 상하를 인장하여 각도가 60도와 150도로 이루어지게 성형하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 와이어의 교차점을 횡방향으로 프레스 가공하여 트러스 구조로 성형하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제5단계로 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

내각이 60도가 되도록 3개의 와이어를 각각 지그재그형으로 절곡하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 절곡된 3개의 와이어를 세워서 꼭지점이 평면상에서 서로 60도 각도로 교차하도록 직조하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 직조된 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제3단계로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

두방향 와이어는 150도의 내각을 갖도록, 나머지 한방향 와이어는 60도의 내각을 갖도록 3개의 와이어를 각각 지그재그형으로 절곡하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 3방향의 와이어를 평면상에서 육각형이 되도록 직조하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 와이어의 교차점을 횡방향으로 프레스 가공하여 트러스 구조로 성형하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제4단계로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 2방향 또는 3방향 와이어(10)를 평면상에서 소정각도로 교차하도록 2축 또는 3축직조한 후, 상기 와이어(10)의 교차점을 프레스 가공하여 정사면체의 트러스(20) 구조로 형성된 중간층을 샌드위치 판재에 적용할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

금속제 트러스(20)를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법은 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법의 제1실시예를 나타내는 사시도이다.

첫번째 방법은 서로 직교하는 2방향의 와이어(10)를 이용한 것으로서, 순서는 다음과 같다.

① 2방향의 와이어(10)를 서로 수직으로 교차하도록 직조한다.

보다 상세하게는, 다수개의 제1와이어(10a)를 등간격으로 배열하고, 이 제1와이어(10a)의 수직방향으로 다수개의 제2와이어(10b)를 배열한 다음, 각각의 제2와이어(10b)를 위아래로 번갈아가면서 제1와이어(10a)에 통과시켜 그물형태로 제작한다.

② 그물형태로 직조된 제1 및 제2와이어(10a,10b)의 교차점을 대각선방향으로 프레스 가공한다. 이때, 사각형 모양의 셀(cell)을 하나씩 건너 뛰면서 프레스 가공한다.

이와 같이 프레스 가공된 2방향 와이어(10)는 정사면체 트러스(20) 구조를 형성하게 된다.

③ 상기 트러스(20)의 상하면에 얇은 면판(30)을 용접 등과 같은 방법으로 부착한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법의 제2실시예를 나타내는 사시도

두번째 방법은, 서로 60도 각도로 교차하는 3방향의 와이어(10)를 이용한 것으로서, 그 순서는 다음과 같다.

① 3방향의 와이어(10)를 서로 60도 각도로 교차하도록 3축직조한다.

즉, 다수개의 제1와이어(10a)를 수평하게 등간격으로 배열하고, 다수개의 제2와이어(10b)를 각각 제1와이어(10a)와 60도 각도(반시계방향기준)로 교차하도록 배치한 다음, 각각의 제2와이어(10b)를 제1와이어(10a)에 위아래로 번갈아가면서 통과시킨다.

그 다음, 다수개의 제3와이어(10c)를 제2와이어(10b)와 60도 각도(반시계방향기준)로 교차하도록 배치한 다음, 각각의 제3와이어(10c)를 제2와이어(10b)에 위아래로 번갈아가면서 통과시킨다

② 상기와 같은 방법으로 직조된 3방향의 와이어(10)는 삼각형의 셀을 이루게 되고, 이 삼각형의 셀을 하나씩 건너뛰면서 세변의 중점을 각각 무게중심방향으로 절곡하여 정육각형의 셀을 형성한다.

③ 상기 다수개의 육각형 셀을 형성한 직조된 3방향의 와이어(10)를 60도 및 150도의 각도로 이루어지는 육각형을 형성하도록 상하로 늘린다.

④ 상기 ③ 단계와 같이 직조된 육각형을 형성하는 와이어(10)를 도 3b와 같이, 횡방향으로 프레스 가공한다.

이와 같이 프레스 가공된 3방향 와이어(10)는 정사면체 트러스(20) 구조를 형성하게 된다. 이때, 완성된 정사면체 트러스(20)의 각변은 평행한 2가닥의 와이어로 구성되어 있고, 꼭지점은 6가닥의 와이어(10)가 교묘하게 서로 비켜감으로써 서로의 간섭을 최소화 하고 있다.

⑤ 상기 트러스(20)의 상하면에 얇은 면판(30)을 용접 등과 같은 방법으로 부착한다.

도 4는 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법의 제3실시예를 나타내는 사시도이다.

세번째 방법은 와이어(10)의 재질이 인장변형이 곤란한 경우나 제조상 편리를 위해서 3축 직조 전에 와이어(10)들을 각각 지그재그형으로 절곡한 것으로서, 그 순서는 다음과 같다.

① 3방향의 와이어(10)를 각각 지그재그형으로 절곡한다. 이때, 내각은 60도 각도로 되어 있다.

② 상기 지그재그형 3방향 와이어(10)가 정사면체의 3면(밑면제외)을 이루도록 세운 다음, 각각의 와이어(10)의 각각의 삼각형 면이 평면상에서 서로 60각도로 교차하도록 3축직조한다.

이때, 완성된 정사면체 트러스(20)의 각변은 평행한 2가닥의 와이어(10)로 구성되어 있고, 꼭지점은 6가닥의 와이어(10)가 교묘하게 서로 비켜감으로써 서로의 간섭을 최소화 하고 있다.

네번째 방법은 3축 직조 전에 두방향의 와이어(10a)를 내각이 150도인 지그재그형으로 절곡하고, 나머지 한방향의 와이어(10b)를 내각이 60도인 지그재그형으로 절곡한 것으로서, 그 순서는 다음과 같다.

① 두방향의 와이어(10a)를 내각이 150도인 지그재그형으로 절곡하고, 나머지 한방향의 와이어(10b)를 내각이 60도인 지그재그형으로 절곡한다.

② 3방향의 지그재그형 와이어(10)가 60도와 150도를 갖는 육각형으로 형성되도록 3축직조한다.

③ 상기 ② 단계와 같이 직조된 육각형을 형성하는 와이어(10)를 도 3b와 같이, 횡방향으로 프레스 가공한다.

이와 같이 프레스 가공된 3방향 와이어(10)는 정사면체 트러스(20) 구조를 형성하게 된다. 이때, 완성된 정사면체 트러스(20)의 각변은 평행한 2가닥의 와이어(10)로 구성되어 있고, 꼭지점은 6가닥의 와이어(10)가 교묘하게 서로 비켜감으로써 서로의 간섭을 최소화 하고 있다.

여기서, 프레스 가공시 사용되는 금형은 "V"자형 블록(3)과 해머(1)로 형성되어 있과, 와이어(10)의 소재로서 금속, 세라믹, 섬유, 합성수지, 섬유강화합성수지 등이 사용될 수 있다.

또한, 와이어(10)의 굵기와 트러스(20) 요소의 길이에 따라 작게는 1 밀리미터에서 크게는 수십미터의 구조물을 만들 수 있다.

이와 같은 제조방법에 의하면, 비강성 및 비강도가 우수한 초경량 샌드위치 판재를 만들 수 있고, 중간층 내부의 빈 공간을 물질이나 배선의 통로나 저장의 용도로 활용할 수 있고 이 공간을 다른 다공성물질이나 수지, 금속 등 고체로 채워 트러스(20)의 좌굴 변형을 억제함으로써 샌드위치 판재의 강도를 보다 더 높일 수도 있다

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 초경량 샌드위치 판재의 제조방법에 의하면, 와이어를 평면상에서 서로 직교하는 2축직조 또는 120도로 교차하도록 3축 직조하여 그물 형태로 만든 후 프레스 기계로 절곡하여 각각 정사면체 트러스로 만든 중간층의 상하에 얇은 면판을 부착함으로써, 비강성 및 비강도가 우수하고 제조비용을 절감할 수 있다.

Claims

금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

2방향의 와이어를 그물형태로 직조하는 제1단계와;

상기 제1단계에서 와이어의 교차점을 그물의 대각선 방향으로 프레스 가공하여 트러스 구조로 성형하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제3단계로 형성되는 것을 특징으로 하는 초경량 샌드위치 판재의 제조방법.
금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

3방향의 와이어를 평면상에서 서로 60도 각도로 교차하도록 직조하는 제1단계와;

상기 제1단계에서 다수개의 삼각형의 세변을 각각 무게중심방향으로 절곡하여 육각형으로 성형하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 상기 육각형의 상하를 인장하여 각도가 60도와 150로 이루어지게 성형하는 제3단계와;

상기 제3단계에서 와이어의 교차점을 횡방향으로 프레스 가공하여 트러스 구조로 성형하는 제4단계와;

상기 제4단계에서 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제5단계로 형성되는 것을 특징으로 하는 초경량 샌드위치 판재의 제조방법.
금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

내각이 60도가 되도록 3개의 와이어를 각각 지그재그형으로 절곡하는 제1단계와;

상기 제1단계에서 절곡된 3개의 와이어를 세워서 꼭지점이 평면상에서 서로 60도 각도로 교차하도록 직조하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 직조된 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제3단계로 형성되는 것을 특징으로 하는 초경량 샌드위치 판재의 제조방법.
금속제 트러스를 중간층으로 적용하는 샌드위치 판재의 제조방법에 있어서,

두방향 와이어는 150도의 내각을 갖도록, 나머지 한방향 와이어는 60도의 내각을 갖도록 3개의 와이어를 각각 지그재그형으로 절곡하는 제1단계와;

상기 제1단계에서 3방향의 와이어를 평면상에서 육각형이 되도록 직조하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 와이어의 교차점을 횡방향으로 프레스 가공하여 트러스 구조로 성형하는 제3단계와;

상기 제3단계에서 트러스의 상하면에 면판을 부착하는 제4단계로 형성되는 것을 특징으로 하는 초경량 샌드위치 판재의 제조방법.