KR20090132373A - 피라미드형 체적 구조재 및 그 제작방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 익스펜디드 메탈의 마름모 형태에 대해 대각선 방향으로 크림핑 가공함으로써 피라미드형 트러스 구조를 갖는 피라미드형 트러스 코어와, 사각형 형태로 타공된 타공망을 포함하며, 피라미드형 트러스 코어와 타공망을 교대로 적층하고, 서로 간의 접점부위를 접합하여 구성한다. 이 발명은 내부에 피라미드형 트러스가 주기적으로 형성됨에 따라, 경량성, 내충격성, 흡음성 및 열교환성 등이 우수하다. 따라서, 산업전반의 금속 신소재로서, 선박, 비행기, 자동차, 인공 뼈대 등 다양한 분야로의 응용이 가능하다.

Description

피라미드형 체적 구조재 및 그 제작방법{Pyramidal bulk structure and manufacturing method}
이 발명은 피라미드형 체적 구조재에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 익스펜디드 메탈(expanded metal)을 크림핑(crimping) 가공한 피라미드형 트러스 코어(Pyramidal truss core)와 타공망(perforated core)을 차례로 적층하고 접합하여 제작한 피라미드형 체적 구조재에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 가이드 핀을 이용해 피라미드형 트러스 코어와 타공망을 정확하게 적층하여 피라미드형 체적 구조재를 제작하는 방법에 관한 것이기도 하다.
종래의 샌드위치 패널은 합성수지 복합재료, 폼 또는 금속, 비금속을 이용하여 3차원 형상의 내부구조를 갖도록 구성된다. 이러한 샌드위치 패널은 단위 층의 내부구조 상하 양면에 표면판재를 접합하여 제작한다. 따라서, 그 적용분야가 판재형태로 국한되는 단점이 있다.
국내 공개특허 제2005-116445호에는 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드 위치 패널에 대해 공개되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널(100)은 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공한 요철 구조의 내부 구조재(110)와, 이 내부 구조재(110)의 상하면에 접합되는 한 쌍의 외측판(120, 130)으로 구성된다. 이러한 샌드위치 패널(100)은 경량성, 흡음성, 비강성, 내충격성 등의 기계적 성질이 우수한 특성을 갖지만, 내부 구조재(110)가 1개의 단위층을 구성함에 따라 판재형태로 그 적용범위가 국한되는 단점이 있다.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공한 피라미드형 트러스 코어와 타공망을 차례로 적층하고 접합하여 피라미드 구조기반의 3차원 초경량 체적구조로 구성함으로써, 구조적으로 피라미드형 트러스 기반의 주기성을 갖는 경량성, 고강도성, 충격흡수성, 흡음성, 높은 열교환율의 장점을 갖는 피라미드형 체적 구조재를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 가이드 핀을 이용해 피라미드형 트러스 코어와 타공망을 정확하고 편리하게 적층할 수 있어 생산성을 향상시키고, 또한 그 적층높이를 자유롭게 조절할 수 있어 다양한 범위에 적용 가능한 피라미드형 체적 구조재의 제작방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
이 발명은 익스펜디드 메탈의 마름모 형태에 대해 대각선 방향으로 크림핑 가공함으로써 피라미드형 트러스 구조를 갖는 피라미드형 트러스 코어와, 사각형 형태로 타공된 타공망을 포함하며, 피라미드형 트러스 코어와 타공망을 교대로 적층하고, 서로 간의 접점부위를 접합하여 구성한 것을 특징으로 한다.
이 발명의 접점부위는 용접, 브레이징 또는 접착제 접합될 수 있다.
또한, 이 발명은 상기와 같이 구성된 피라미드형 체적 구조재를 제작하는 방 법으로서, 타공망을 배열하는 제1 단계와, 피라미드형 트러스 코어의 하부 접점과 타공망의 접점이 일치하도록 타공망의 상부에 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제2 단계와, 피라미드형 트러스 코어의 상부 접점과 타공망의 접점이 일치하도록 피라미드형 트러스 코어의 상부에 다른 타공망을 적층하는 제3 단계와, 피라미드형 트러스 코어의 하부 접점과 타공망의 접점이 일치하도록 다른 타공망의 상부에 다른 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제4 단계, 및 제1 단계 내지 제4 단계의 과정을 반복하여 원하는 높이로 적층한 후, 서로 간에 접하는 접점부위를 접합하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명은 상기와 같이 구성된 피라미드형 체적 구조재를 제작하는 방법으로서, 표면에 다수의 가이드 핀 세트가 수직방향으로 설치된 하부금형을 배열하는 제1 단계와, 다수의 가이드 핀 세트를 따라 하부금형의 표면에 타공망을 적층하는 제2 단계와, 다수의 가이드 핀 세트를 따라 타공망의 상부에 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제3 단계와, 다수의 가이드 핀 세트를 따라 피라미드형 트러스 코어의 상부에 다른 타공망을 적층하는 제4 단계와, 다수의 가이드 핀 세트를 따라 다른 타공망의 상부에 다른 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제5 단계와, 제2 단계 내지 제5 단계의 과정을 반복하여 원하는 높이로 적층하는 제6 단계와, 다수의 가이드 핀 세트가 관통하는 다수의 관통구를 갖는 상부금형으로 적층된 피라미드형 트러스 코어와 타공망의 상부에 압력을 부가하고 서로 간의 접점부위를 접합하는 제7 단계, 및 일체화된 피라미드형 체적 구조재를 상부금형 및 하부금형으로 분리하는 제8 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명의 가이드 핀은 그 수평방향 단면이 삼각형 형태이고, 가이드 핀 세트는 두 방향으로 마주보게 되는 4개의 가이드 핀으로 구성되며, 가이드 핀 세트 중에서 일부 가이드 핀의 삼각형의 가로면과 세로면은 타공망을 가이드하고, 삼각형의 빗면은 피라미드형 트러스 코어를 가이드하는 것이 바람직하다.
이 발명은 대량생산이 가능하고 다양한 분야로의 응용이 가능한 피라미드형 트러스 코어(pyramidal truss core)와 일반적인 타공망을 적층하고 접합함으로써 구조재의 단위층 생산이 용이하다.
또한, 이 발명은 피라미드형 트러스 코어와 타공망을 순차적으로 적층함에 있어서 가이드 핀과 금형을 이용함으로써, 정확한 접합부의 위치제어가 가능하다. 또한, 이 발명은 내부에 피라미드형 트러스가 주기적으로 형성됨에 따라, 경량성, 내충격성, 흡음성 및 열교환성 등이 우수하다. 따라서, 산업전반의 금속 신소재로서, 선박, 비행기, 자동차, 인공 뼈대 등 다양한 분야로의 응용이 가능하다.
또한, 이 발명은 가이드 핀을 이용하여 적층함으로써 생산성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 내부구조에 따라 가이드 핀의 형상을 교체함으로써 다양한 내부구조를 가진 체적 구조재를 만들 수 있는 장점이 있다.
아래에서, 이 발명에 따른 피라미드형 체적 구조재 및 그 제작방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 이 발명에 따른 피라미드형 체적 구조재를 구성하는 구성요소들을 도시한 개략도이고, 도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재의 사시도 및 일부 확대도이고, 도 4는 도 3에 도시된 피라미드형 체적 구조재의 일부 측면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재(200)는 피라미드형 트러스 코어(210)와 일반적인 타공망(220)으로 제작된다. 즉, 피라미드형 트러스 코어(210)와 타공망(220)을 교번으로 순차적으로 적층하고 접합함으로써, 그 내부에 피라미드형 트러스가 주기적으로 형성되는 피라미드형 체적 구조재(200)가 제작된다.
여기서, 피라미드형 트러스 코어(210)는 국내 공개특허 제2005-116445호에 공개된 바와 같이 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공하여 요철 구조를 갖도록 제작하되, 익스펜디드 메탈의 마름모 형태에 대해 대각선 방향으로 크림핑 가공함으로써, 피라미드형 트러스 구조를 갖는다. 즉, 피라미드형 트러스 코어(210)는 다수의 단위 피라미드형 트러스를 갖는다. 그리고, 타공망(220)은 사각형으로 타공된 구조를 갖되 정사면체로 규칙적으로 반복되는 정규성을 갖는다. 이 타공망(220)은 상용제품으로서, 그 형태와 크기가 광범위하여 경제성과 생산성이 있는 구조재료이다.
이때, 타공망(220)을 사각형으로 볼 때, 단위 피라미드형 트러스의 하부면은 마름모 형태를 갖는다. 또한, 타공망(220) 위에 피라미드형 트러스 코어(210)를 적층할 경우, 타공망(220)의 사각형 코너부위(접점)에 단위 피라미드형 트러스의 변의 중앙(하부 접점)이 위치한다. 그로 인해, 피라미드형 트러스 코어(210)와 타공망(220)의 접합이 용이할 뿐만 아니라 구조적으로 안정된 구조를 갖는다. 또한, 피라미드형 체적 구조재(200)의 내부에 피라미드형 트러스가 주기적으로 형성되는 구조를 갖는다. 그리고, 피라미드형 트러스 코어(210)와 타공망(220)을 접합함에 있어서는, 용접, 브레이징, 접착제 등을 이용하면 된다.
이 실시예의 피라미드형 체적 구조재(200)는 구조재의 높은 비강성으로 인해 경량화가 요구되는 선박, 자동차, 항공, 기타제품 등 산업 전반에 이용가능하며, 경제성과 흡음성, 내충격성, 높은 열교환성, 전자파 차폐 등의 장점으로 인해 금속제품의 신소재로 활용이 가능하다.
아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 피라미드형 체적 구조재의 제작방법에 대해 설명한다.
도 5는 이 발명에 따른 피라미드형 체적 구조재를 제작하기 위한 구성요소들의 적층과정을 도시한 흐름도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재(200)를 제작하기 위해서는, 먼저 원하는 넓이의 타공망(220)을 배열한다(제1 단계). 그런 다음, 피라미드형 트러스 코어(210)의 하부 접점과 타공망(220)의 접점이 일치하도록 타공망(220)의 상부에 피라미드형 트러스 코어(210)를 적층한다(제2 단계). 그리고, 피라미드형 트러스 코어(210)의 상부 접점과 타공망(220)의 접점이 일치하도록 피라미드형 트러스 코어(210)의 상부에 다른 타공망(220)을 적 층한다(제3 단계). 그런 다음, 피라미드형 트러스 코어(210)의 하부 접점과 타공망(220)의 접점이 일치하도록 다른 타공망(220)의 상부에 다른 피라미드형 트러스 코어(210)를 적층한다(제4 단계). 상기와 같은 제1 단계 내지 제4 단계의 과정을 반복하여 원하는 높이로 적층한 후, 서로 접하는 피라미드형 트러스 코어(210)와 타공망(220)을 서로 접합함으로써, 이 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재(200)가 제작된다.
도 6은 이 발명에 따른 피라미드형 체적 구조재를 제작하는데 사용되는 하부금형의 구성관계를 도시한 평면도 및 일부 확대도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하부금형(300)은 그 표면에 다수의 가이드 핀(310) 세트가 수직방향으로 설치된다. 여기서, 가이드 핀(310)은 그 수평방향 단면이 삼각형 형상으로 압출된 부품으로, 두 방향으로 마주보게 되는 4개의 가이드 핀(310)이 1개의 세트가 된다. 여기서, 1개의 가이드 핀(310) 세트 중에서 일부 가이드 핀(310)의 삼각형의 가로면과 세로면은 타공망(220)을 가이드하고, 삼각형의 빗면은 피라미드형 트러스 코어(210)를 가이드하게 된다. 따라서, 상기와 같은 하부금형(300)을 이용할 경우에는 피라미드형 트러스 코어(210)와 타공망(220)을 적층함에 있어 접합부의 정확한 위치제어가 가능하다.
도 7은 이 발명의 한 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재의 제작방법을 도시한 흐름도이다.
이 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재를 제작함에 있어서는, 도 6과 같이 구성된 하부금형(300)의 가이드 핀(310)을 따라 도 5와 같은 단계에 따라 타공 망(220)과 피라미드형 트러스 코어(210)를 순차적으로 일정 높이까지 적층한다(도 7의 (a)). 그런 다음, 다수의 가이드 핀 세트가 관통하는 다수의 관통구를 갖는 상부금형(320)으로 적층된 타공망(220)과 피라미드형 트러스 코어(210)의 상부에 압력을 부가하되, 용접, 브레이징, 접착제 접합 등 접합과정에 필요한 압력을 부가한다(도 7의 (b)). 이 상태에서 타공망(220)과 피라미드형 트러스 코어(210)의 접촉부를 용접, 브레이징, 접착제 접합하여 일체화한다. 그런 다음, 도 7의 (c)와 같이 일체화된 피라미드형 체적 구조재(200)를 상하부금형(320, 330)으로부터 분리함으로써 제작을 완료한다.
이 발명은 내부형상이 달라짐에 따라 가이드 핀을 다른 모양으로 제작함으로써, 새로운 내부구조를 지닌 체적 구조재의 제작이 가능하다.
이상에서 이 발명의 피라미드형 체적 구조재 및 그 제작방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 종래기술에 따른 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 개략도이고,
도 2는 이 발명에 따른 피라미드형 체적 구조재를 구성하는 구성요소들을 도시한 개략도이고,
도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재의 사시도 및 일부 확대도이고,
도 4는 도 3에 도시된 피라미드형 체적 구조재의 일부 측면도이고,
도 5는 이 발명에 따른 피라미드형 체적 구조재를 제작하기 위한 구성요소들의 적층과정을 도시한 흐름도이고,
도 6은 이 발명에 따른 피라미드형 체적 구조재를 제작하는데 사용되는 하부금형의 구성관계를 도시한 평면도 및 일부 확대도이며,
도 7은 이 발명의 한 실시예에 따른 피라미드형 체적 구조재의 제작방법을 도시한 흐름도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
200 : 피라미드형 체적 구조재 210 : 피라미드형 트러스 코어
220 : 타공망 300 : 하부 금형
310 : 가이드 핀 320 : 상부 금형

Claims (6)

  1. 익스펜디드 메탈의 마름모 형태에 대해 대각선 방향으로 크림핑 가공함으로써 피라미드형 트러스 구조를 갖는 피라미드형 트러스 코어와,
    사각형 형태로 타공된 타공망을 포함하며,
    상기 피라미드형 트러스 코어와 상기 타공망을 교대로 적층하고, 서로 간의 접점부위를 접합하여 구성한 것을 특징으로 하는 피라미드형 체적 구조재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접점부위는 용접, 브레이징 또는 접착제 접합되는 것을 특징으로 하는 피라미드형 체적 구조재.
  3. 청구항 1에 기재된 피라미드형 체적 구조재를 제작하는 방법으로서,
    상기 타공망을 배열하는 제1 단계와,
    상기 피라미드형 트러스 코어의 하부 접점과 상기 타공망의 접점이 일치하도록 상기 타공망의 상부에 상기 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제2 단계와,
    상기 피라미드형 트러스 코어의 상부 접점과 상기 타공망의 접점이 일치하도록 상기 피라미드형 트러스 코어의 상부에 다른 타공망을 적층하는 제3 단계와,
    상기 피라미드형 트러스 코어의 하부 접점과 상기 타공망의 접점이 일치하도록 다른 타공망의 상부에 다른 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제4 단계, 및
    상기 제1 단계 내지 제4 단계의 과정을 반복하여 원하는 높이로 적층한 후, 서로 간에 접하는 접점부위를 접합하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드형 체적 구조재의 제작방법.
  4. 청구항 1에 기재된 피라미드형 체적 구조재를 제작하는 방법으로서,
    표면에 다수의 가이드 핀 세트가 수직방향으로 설치된 하부금형을 배열하는 제1 단계와,
    상기 다수의 가이드 핀 세트를 따라 상기 하부금형의 표면에 상기 타공망을 적층하는 제2 단계와,
    상기 다수의 가이드 핀 세트를 따라 상기 타공망의 상부에 상기 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제3 단계와,
    상기 다수의 가이드 핀 세트를 따라 상기 피라미드형 트러스 코어의 상부에 다른 타공망을 적층하는 제4 단계와,
    상기 다수의 가이드 핀 세트를 따라 상기 다른 타공망의 상부에 다른 피라미드형 트러스 코어를 적층하는 제5 단계와,
    상기 제2 단계 내지 제5 단계의 과정을 반복하여 원하는 높이로 적층하는 제6 단계와,
    상기 다수의 가이드 핀 세트가 관통하는 다수의 관통구를 갖는 상부금형으로 적층된 상기 피라미드형 트러스 코어와 상기 타공망의 상부에 압력을 부가하고 서로 간의 접점부위를 접합하는 제7 단계, 및
    일체화된 피라미드형 체적 구조재를 상기 상부금형 및 상기 하부금형으로 분리하는 제8 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드형 체적 구조재의 제작방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가이드 핀은 그 수평방향 단면이 삼각형 형태이고,
    상기 가이드 핀 세트는 두 방향으로 마주보게 되는 4개의 상기 가이드 핀으로 구성되며,
    상기 가이드 핀 세트 중에서 일부 상기 가이드 핀의 삼각형의 가로면과 세로면은 상기 타공망을 가이드하고, 상기 삼각형의 빗면은 상기 피라미드형 트러스 코어를 가이드하는 것을 특징으로 하는 피라미드형 체적 구조재의 제작방법.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점부위는 용접, 브레이징 또는 접착제 접합되는 것을 특징으로 하는 피라미드형 체적 구조재의 제작방법.
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