KR20110139543A - 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법에 관한 것으로, 연속된 와이어군으로 구성되는 3차원 격자 트러스 구조체에 있어서, 공간상에서 서로 90도의 방위각을 가지고 교차되어 그물 구조의 2차원 트러스 망을 이루며 다단 배열되는 다수의 나선형 와이어군 및 상기 다수의 와이어군의 교차점과 인접하는 교차점 사이의 반 피치 지점에 상기 2차원 트러스 망과 수직한 방향으로 교차되는 별도의 나선형 와이어군을 포함하여, 모든 교차점에서 서로 직각인 두 방향의 나선형 와이어군이 교차하도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체와 이러한 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법을 포함하여, 각 와이어의 굴곡과 와이어 사이의 간섭을 최소화함으로써 무게 대비 강도와 강성이 높고 표면적이 큰 새로운 형태의 3차원 격자 트러스 구조체와 이를 저비용/대량으로 제조할 수 있는 방법을 제공한다.

Description

3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법{THREE DIMENSIONAL LATTICE TRUSS STRUCTURES AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 교차점에서 만나는 와이어의 개수를 줄여 와이어의 굴곡과 와이어 간의 간섭을 최소화함으로써 일정 공간 내에서 와이어가 차지하는 밀도를 조절하여 기계적 물성이나 열적, 공기 역학적 특성을 향상시킬 수 있는 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래에는 경량 구조재로 발포 금속(metal foam)이 주로 사용되어 왔다. 이러한 발포 금속은 액체 또는 반고체 상태의 금속 내부에 기포를 발생시키는 방법(폐쇄형)이나, 스폰지와 같은 개방형 발포 수지를 주형으로 하여 주조하는 방법(개방형)에 의해 제조되는 것이 일반적이다. 그러나 발포 금속은 내부 형상이 불규칙적이기 때문에 필연적으로 약한 부분이 존재하고, 이에 따라 강도, 강성 등의 기계적 물성이 상대적으로 열악하여 공학적인 용도로의 실용화에 한계가 있었다.
이에, 최근에는 발포 금속을 대체하는 소재로서 주기적인 트러스 구조를 갖는 개방형 경량 구조체가 개발되었다. 이러한 개방형 경량 구조체는 정밀한 수학적/역학적 계산을 통해 최적의 강도 및 강성도를 갖도록 설계된 트러스 구조로 이루어지기 때문에 기계적 물성이 우수하다.
여기서, 트러스 구조의 형태로는 정사면체와 정팔면체가 조합된 형태의 옥테트(Octet) 트러스(R. Buckminster Fuller, 1961, US Patent 2,986,241)가 가장 일반적이다. 옥테트 트러스는 트러스의 각 요소가 서로 정삼각형을 이루고 있어 강도와 강성도 면에서 우수하다.
또한, 최근에는 옥테트 트러스를 변형한 카고메(Kagome) 트러스(S.Hyun, A.M.Karlsson, S.Torquato, A.G.Evans, 2003. Int. J. of Solids and Structures, Vol.40, pp.6989~6998)가 발표되었다. 이 경우, 같은 단면을 가진 가늘고 긴 부재로 트러스를 구성할 때 구조체를 이루는 전체 부재의 길이가 같다면, 카고메 트러스를 구성하는 트러스 요소의 길이가 옥테트 트러스를 구성하는 트러스 요소의 1/2에 불과하기 때문에 트러스 구조체의 주요 파단 현상인 좌굴이 보다 효과적으로 억제되고, 좌굴이 일어나더라도 그 붕괴 과정이 훨씬 안정적이다. 참고적으로, 도 1에는 3차원 카고메 트러스 다층 구조체를 도시하였다.
한편, 트러스 형태의 다공질 경량 구조체를 제조하는 방법으로는 다음과 같은 방법들이 공지되어 있다.
첫째, 수지로 트러스 구조를 만들고, 이것을 주형으로 하여 금속을 주조하여 제조하는 방법(S. Chiras, D.R. Mumm, N. Wicks, A.G. Evans, J.W. Hutchinson, K. Dharmasena, H.N.G. Wadley, S. Fichter, 2002, International Journal of Solids and Structures, Vol.39, pp.4093~4115)(이하, ‘공지기술 1’이라 함)이 있다.
둘째, 얇은 금속판에 주기적인 구멍을 뚫어 그물 형태로 만들고, 이것을 절곡하여 트러스 중간층을 구성한 후 상부와 하부에 면판을 각각 부착하는 방법(D.J. Sypeck and H.N.G. Wadley, 2002, Advanced Engineering Materials, Vol.4, pp.759~764)(이하, ‘공지기술 2’라 함)이 있다. 이 경우, 2층 이상의 다층 구조로 만들고자 할 때에는 상부 면판 위에 상술한 바와 같이 절곡하여 만든 트러스 중간층을 부착하고, 그 위에 다시 면판을 부착하는 방법을 사용한다.
셋째, 수직한 두 방향의 와이어로 그물 형태의 철망을 짜고, 이것을 적층하여 접합하는 방법(D.J. Sypeck and H.G.N. Wadley, 2001, J. Mater. Res., Vol.16, pp.890~897)(이하, ‘공지기술 3’이라 함)이 있다.
그러나 공지기술 1은 제조 공정이 복잡하여 고가의 비용이 소요되고, 주조성이 우수한 금속의 경우에만 제조가 가능하기 때문에 적용 범위가 협소하며, 또한, 그 결과물은 주조 조직의 특성상 결함이 많고 강도가 부족한 경향이 있다. 또한, 공지기술 2는 얇은 금속판에 구멍을 뚫는 과정에서 재료의 손실이 많고, 트러스 중간층을 하나로 구성할 경우에는 특별한 문제가 없으나 트러스 중간층을 다수개 적층하고자 할 때에는 접합부가 지나치게 많아져 접합 비용과 강도면에서 불리한 단점이 있다. 한편, 공지기술 3의 경우에도 형성된 트러스가 기본적으로 정사면체나 피라미드와 같은 이상적인 구조가 아니어서 기계적인 강도가 열등하고, 공지기술 2와 동일한 방식으로 적층하여 서로 접합해야 하기 때문에 접합부가 지나치게 많아져 접합 비용과 강도면에서 불리하다.
도 2는 공지기술 3을 이용하여 제조된 구조체를 도시한 도면이다.
보다 구체적으로, 공지기술 3은 제조비용을 절감할 수 있다고 알려져 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 단순히 두 방향의 철사를 섬유를 짜듯이 조합하기 때문에 상술한 3차원 옥테트 트러스나 3차원 카고메 트러스와 같이 기계적 물성 또는 전기적 물성 등이 최적화된 이상적인 구조가 아니고, 접합할 부분이 너무 많아 비용이나 강도면에서 불리하다.
이에, 본 발명자 중 강기주를 포함한 2인은 상술한 공지기술들의 문제점을 해결하고자 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 갖는 6방향의 연속된 와이어 군을 서로 교차시킴으로써 이상적인 카고메 트러스 또는 옥테트 트러스와 유사한 형태의 3차원 다공질 경량 구조체와 그 제조 방법을 개발하였고, 이에 관한 내용은 본 출원인이 선출원한 등록특허 제0708483호에 구체적으로 개시되어 있다.
또한, 동 발명자들은 3차원 다공질 경량 구조체를 더욱 효과적으로 제조할 수 있는 방법으로서, 연속된 와이어를 먼저 나선형으로 성형한 후 이를 회전하며 삽입함으로써 조립하는 나선형 와이어로 직조된 3차원 다공질 경량 구조체와 그 제조 방법을 제안하였고, 이에 관한 내용은 본 출원인이 선출원한 공개특허 제2006-0130539호에 개시되어 있다.
도 3은 상기 특허출원에서 도 1의 3차원 카고메 트러스와 유사한 형태를 나선형 와이어로 조립한 구조체를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 카고메 트러스와 유사한 형태를 가지면서 나선형 와이어로 구성된 3차원 다층 트러스 구조체는 기계적 물성이 우수하고, 연속 공정에 의해 대량 생산할 수 있는 등 종래에 비해 여러 가지 이점을 가지고 있다.
그러나 상술한 3차원 다층 트러스 구조체를 통상적으로 널리 사용되는 직육면체 형태로 제작하게 되면 가장자리에 존재하는 단위셀의 모양이 온전하지 못하여 미관상 좋지 않고, 기계적 강도면에서도 불리한 점이 있으며, 뿐만 아니라 와이어 사이의 간섭으로 인해 와이어의 배치 밀도를 높이는 데 한계가 존재한다.
이에, 동 발명자들은 나선형 와이어로 제작이 가능하면서도 카고메 트러스와 다른 형태를 갖는 새로운 3차원 다공질 경량 구조체의 제조 방법을 특허출원 제10-2009-0080085호에서 제안하였다. 참고적으로, 도 4 내지 도 8에는 상기 특허 출원에서 와이어를 이용해 유사하게 구현하고자 했던 트러스 구조물의 이상적인 형태를 도시하였고, 도 9 내지 도 13에는 도 4 내지 도 8의 다층 트러스 구조체와 유사한 형태를 나선형 와이어로 조립한 예를 도시하였다.
도 14는 도 1, 도 4 내지 도 8의 다층 트러스 구조체를 구성하는 단위셀을 도시한 도면이고, 도 15는 도 도 3, 도 9 내지 도 13의 나선형 와이어로 조립된 다층 트러스 구조체의 단위셀을 도시한 도면이다.
그러나 상기 공개특허 제2006-0130539호 및 특허출원 제10-2009-0080085호에서 제안한 나선형 와이어로 조립된 3차원 다층 트러스 구조체는, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 와이어들끼리 교차하는 점에서 3개, 4개 또는 6개의 와이어가 상호 일정한 방위각을 가지고 접하게 된다. 이와 같이 와이어의 교차점에서 많은 개수의 와이어가 만나는 구조는 이를 조립하는데 필요한 나선형 와이어가 큰 나선 반경(helical radius)을 갖도록 미리 성형되어 있어야 하므로 트러스 구조체를 구성하는 와이어의 굴곡이 심해져 전체 구조체의 강도가 떨어지는 단점이 있다.
본 발명자들은 상술한 제반 문제점을 인식하여 나선형 와이어를 조립하여 구성할 수 있으면서도 와이어 교차점에서 단 2개만의 와이어가 만나는 구조를 가짐으로써 보다 작은 나선 반경을 갖는 나선형 와이어로 제작할 수 있는 새로운 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법으로서 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 공간상에서 서로 90도의 방위각을 갖는 3방향의 연속된 나선형 와이어군을 서로 교차시켜 조립함으로써 일정한 모양으로 형성되는 무게 대비 강도와 강성이 높고 표면적이 큰 새로운 트러스 형태의 3차원 격자 트러스 구조체와 이를 저비용/대량으로 생산(제조)하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 나선형으로 성형된 와이어로 제작이 가능하면서도 기존의 트러스와 다른 형태를 갖는 새로운 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 직육면체 형태로 제작할 때 가장자리에 존재하는 단위셀의 모양이 온전하고, 미관상, 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라 와이어의 배치 밀도를 높일 수 있는 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 그물 형태의 와이어를 단순히 짜서 적층하는 방식이 아니라 나선형 와이어를 이용하여 연속 공정으로 3차원으로 직접 조립하는 방식에 의하여 형성되며, 와이어의 교차점 모두에서 단 두 개의 와이어가 접촉함으로써 교차점의 크기가 작아 기계적 물성이나 열적, 공기 역학적 특성이 우수한 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명은, 연속된 와이어군으로 구성되는 3차원 격자 트러스 구조체에 있어서, 서로 연결(또는 교차)되어 2차원 트러스 망을 이루며 다단 배열되는 다수의 와이어군 및 상기 다수의 와이어군의 연결점(또는 교차점), 또는 상기 연결점(또는 교차점)과 인접하는 연결점(또는 교차점) 사이의 중간 지점에 상기 2차원 트러스 망과 수직한 방향으로 연결(또는 교차)되는 별도의 와이어군을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체를 제공한다.
이 경우, 상기 다수의 와이어군 또는 상기 별도의 와이어군 중에서 적어도 하나 이상의 와이어군은 나선형 와이어로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 다수의 와이어군 및 상기 별도의 와이어군의 피치 또는 직경은 서로 다를 수 있다.
이 경우, 상기 다수의 와이어군 및 상기 별도의 와이어군의 교차점은 수지접합, 용접, 납땜, 브레이징 또는 가는 선에 의한 결박을 포함하는 접합수단 중 어느 하나에 의해 고정되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은, 연속된 와이어군으로 구성되는 3차원 격자 트러스 구조체에 있어서, 공간상에서 서로 90도의 방위각을 가지고 교차되어 그물 구조의 2차원 트러스 망을 이루며 다단 배열되는 다수의 나선형 와이어군 및 상기 다수의 와이어군의 교차점과 인접하는 교차점 사이의 반 피치 지점에 상기 2차원 트러스 망과 수직한 방향으로 교차되는 별도의 나선형 와이어군을 포함하여, 모든 교차점에서 서로 직각인 두 방향의 나선형 와이어군이 교차하도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 방법에 있어서, (a) 제 1 와이어군을 일정한 간격으로 평행하게 배열하는 단계와, (b) 상기 제 1 와이어군에 상기 제 1 와이어군과 90도의 방위각을 가지는 제 2 와이어군을 회전 삽입하여 2차원 트러스 망을 형성하는 단계와, (c) 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계를 반복 수행하여 상기 2차원 트러스 망을 다수개 형성하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계에서 마련된 다수개의 2차원 트러스 망을 일정한 간격으로 다단 배열하는 단계 및 (e) 상기 제 1 와이어군과 상기 제 2 와이어군의 교차점, 또는 상기 교차점과 인접하는 교차점 사이의 중간 지점에 상기 2차원 트러스 망과 수직한 방향으로 제 3 와이어군을 회전 삽입하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법을 제공한다.
이 경우, 상기 적어도 하나 이상의 다른 와이어군은 나선형 와이어로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 (d) 단계는 상기 2차원 트러스 망을 면내에서 상기 2차원 트러스 망의 피치 이하의 간격만큼 규칙적으로 평행 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법은 상기 (e) 단계 이후 상기 각 와이어군의 교차점을 수지접합, 용접, 납땜, 브레이징, 또는 가는 선에 의한 결박을 포함하는 접합수단 중 어느 하나를 이용하여 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 나선형으로 가공된 일정 길이의 와이어를 다수개 준비하고, 먼저 사각형 프레임 위에 프레임의 한 변과 평행한 제 1 축 방향으로 일정 간격을 갖도록 평행하게 배치한 후 그 위로 90도의 방위각을 갖는 프레임의 다른 한 변과 평행한 제 2 축 방향으로 위와 같은 일정 간격으로 배치하여 정사각형 구멍을 갖는 그물 형태의 2차원 구조물을 만들고, 이러한 2차원 구조물을 면에 수직한 방향으로 일정 간격을 갖도록 평행하게 배열한 다음, 제 1 축과 제 2 축 방향에 수직한 제 3 축 방향으로 상기 나선형 와이어를 회전 삽입하는 방법으로 조립하여 3차원 격자 트러스 구조체를 제조함으로써 연속 와이어로 구성된 3차원 격자 트러스 구조체의 제작을 용이하게 할 수 있으며, 이에 따라 저비용으로 대량 생산이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 구성하는 와이어의 교차점 각각에서 단 두 개의 와이어만이 접촉되도록 함으로써 교차점의 크기가 작아 각 와이어의 굴곡과 와이어 간의 간섭을 최소화 할 수 있고, 이에 따라 일정 공간 내에서 와이어가 차지하는 밀도의 조절이 자유로워 기계적 물성이나 열적, 공기 역학적 특성의 선택의 폭이 넓다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체는 연속 와이어가 나선형으로 제작됨으로써 의도하는 트러스 구조에 근사한 형태를 유지하면서도 와이어 상호간의 밀착 성능을 향상시켜 그 자체로서 별도의 외부 지지체 없이도 조립된 형태를 유지할 수 있기 때문에 제조 공정이 간편해지고, 용접, 브레이징, 납땜, 액체, 또는 가는 선에 의한 결박 등의 방법으로 와이어 교차점을 고정하여 소망하는 기계적 물성을 얻을 수 있다.
도 1은 3차원 카고메 트러스 다층 구조체를 도시한 도면,
도 2는 공지기술 3을 이용하여 제조된 구조체를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 3차원 카고메 트러스와 유사한 형태를 나선형 와이어로 조립한 구조체를 도시한 도면,
도 4 내지 도 8은 각각 특허출원 제10-2009-0080085호에서 와이어를 이용하여 구현한 트러스 구조물의 이상적인 형태를 도시한 도면,
도 9 내지 도 13은 각각 도 4 내지 도 8의 다층 트러스 구조체와 유사한 형태를 나선형 와이어로 조립한 예를 도시한 도면,
도 14는 도 1, 도 4 내지 도 8의 다층 트러스 구조체를 구성하는 단위셀을 도시한 도면,
도 15는 도 도 3, 도 9 내지 도 13의 나선형 와이어로 조립된 다층 트러스 구조체의 단위셀을 도시한 도면,
도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 17은 도 16의 투영도,
도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 19는 도 18의 투영도,
도 20은 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 단위셀을 도시한 도면,
도 21은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 22는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 23은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 24는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 25는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 26 내지 도 28은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법을 도시한 도면.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체는, 서로 연결(교차)되어 2차원 트러스 망을 이루며 다단 배열되는 다수의 와이어군과, 상기 다수의 와이어군에 각각 수직하게 연결(교차)되는 별도의 와이어군을 기본적인 구성으로 하고, 상기 2차원 트러스 망의 형태나 상기 와이어군의 형태 또는 연결(교차) 위치를 변형한 것을 특징적인 구성으로 하는 바 이하에서는 본 발명의 다양한 실시예를 도면을 참고하여 설명하도록 한다.
제 1 실시예
도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면이고, 도 17은 도 16의 투영도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체(100)는 서로 90도의 방위각을 가지며 연결되는 제 1 와이어(110)와, 제 2 와이어(120) 및 제 3 와이어(130)로 구성된다. 이 경우, 상기 제 3 와이어(130)는 상기 제 1 와이어(110)와 상기 제 2 와이어(120)의 연결점(L)과 인접하는 연결점(L') 사이의 중간 지점에 형성된다.
상기 3차원 격자 트러스 구조체(100)의 경우에는, 도 16의 확대도에서 명확히 알 수 있듯이 트러스 요소들이 연결되는 모든 점에서 2방향의 트러스 요소가 직각으로 만나며, 또한, 도 17에 도시된 바와 같이 서로 직각인 세 좌표축에서 투영한 형상이 서로 동일하다.
제 2 실시예
도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면이고, 도 19는 도 18의 투영도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체(200)는 전술한 제 1 실시예와 유사한 구조를 가지되, 제 1 와이어(210)와, 제 2 와이어(220) 및 제 3 와이어(230)가 나선형으로 이루어져 서로 교차되는 것을 특징적인 구성으로 한다.
상기 3차원 격자 트러스 구조체(200)의 경우에도, 도 18의 확대도에 도시된 바와 같이 제 1 실시예의 트러스 요소의 교차점에 해당하는 모든 위치에서 서로 직각인 두 방향의 나선형 와이어가 서로 교차하고 있으며, 또한, 도 19에 도시된 바와 같이 세 좌표축에서 투영한 형상도 동일하다.
도 20은 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 단위셀을 도시한 도면이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 전술한 상기 3차원 격자 트러스 구조체(100)(200)의 단위셀(U1)(U2)은 그 모양이 온전함을 알 수 있다. 이러한 단위셀의 모양은 본 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 후술하는 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
제 3 실시예
도 21은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체(300)는 전술한 제 2 실시예의 변형예로서, 제 1 와이어(310)와 제 2 와이어(320)는 직선형이고, 제 3 와이어(330)는 나선형인 것을 특징적인 구성으로 한다.
제 4 실시예
도 22는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체(400)는 전술한 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 변형예로서, 세 방향의 제 1 와이어(410), 제 2 와이어(420) 및 제 3 와이어(430)의 피치나 직경이 서로 다른 것을 특징적인 구성으로 한다.
제 5 실시예
도 23은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체(500)는 전술한 제 3 실시예의 변형예로서, 제 3 와이어(530)가 제 1 와이어(510)와 제 2 와이어(520)의 교차점(I)과 교차점(I') 사이의 중간 지점이 아닌 교차점(I)(I')에 교차되는 것을 특징적인 구성으로 한다.
제 6 실시예
도 24는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면이다.
도 24에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체(600)는 서로 60도 또는 120도의 방위각을 이루며 연결되어 2차원 카고메(Kagome) 트러스 형상의 망을 이루는 제 1 와이어(610)와, 제 2 와이어(620) 및 제 3 와이어(630)와, 상기 각 와이어(610)(620)(630)에 수직하게 교차되는 나선형의 제 4 와이어(640)로 구성되되, 상기 제 4 와이어(640)가 상기 각 와이어(610)(620)(630)의 교차점(I)(I') 또는 교차점(I)과 교차점(I') 사이의 중간 지점에 교차되는 것을 특징적인 구성으로 한다. 이 경우, 상기 제 1 와이어(610)와, 상기 제 2 와이어(620) 및 상기 제 3 와이어(630)는 도 24의 하부에 도시된 바와 같이 나선형으로 구성되는 것도 물론 가능하다.
제 7 실시예
도 25는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체를 도시한 도면이다.
도 25에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체(700)는 서로 연결되어 다수의 삼각형 구멍을 형성하는 제 1 와이어(710)와, 제 2 와이어(720) 및 제 3 와이어(730)와, 상기 각 와이어(710)(720)(730)에 수직하게 교차되는 나선형의 제 4 와이어(740)로 구성된다. 이 경우, 상기 제 4 와이어(740)는 상기 각 와이어(710)(720)(730)의 교차점(I)(I') 또는 교차점(I)과 교차점(I') 사이의 중간 지점에 교차될 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 와이어(710)와, 상기 제 2 와이어(720) 및 상기 제 3 와이어(730)의 형태가 직선형으로 제한되는 것은 아니며, 도 25의 하부에 도시된 바와 같이 나선형으로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에서 2차원 트러스 망의 형태가 전술한 제 6 실시예와 제 7 실시예의 형태로 제한되는 것은 아니며, 다른 트러스 형태나 공지된 다양한 형태로 변형 가능한 것으로 이해되어야 한다.
이상으로 본 발명에 따른 3차원 격자 트러스 구조체와 다양한 실시예를 도면을 참고하여 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법을 도면을 참고하여 설명하도록 한다.
도 26 내지 도 28은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 도 26에 도시된 바와 같이 나선형으로 가공된 제 1 와이어군(10)을 한 축(제 1 축) 방향으로 평행하게 일정 간격을 가지고 배열한다. 이 경우, 상기 제 1 와이어군(10)을 이루는 각 와이어의 굴곡 형상은 인접한 와이어와 서로 반대가 되도록 한다.
계속하여, 제 1 축과 90도의 방위각을 갖는 다른 축(제 2 축) 방향으로 제 2 와이어군(20)을 회전 삽입한다. 이러한 과정을 반복 수행하여 다수의 2차원 트러스 망을 제작한 후 도 27에 도시된 바와 같이 제 1 축 및 제 2 축에 수직한 축(제 3 축) 방향으로 일정 간격을 두고 배치한다. 이 경우, 상기 2차원 트러스 망은 상부와 하부의 인접한 2차원 트러스 망과 제 1 축 및 제 2 축 방향으로 각각 반 피치씩 평행 이동하도록 한다.
마지막으로, 도 28에 도시된 바와 같이 제 3 축 방향으로 나선형의 제 3 와이어(30)를 회전 삽입한다. 이 경우, 상기 제 3 와이어(30)가 삽입되는 정확한 위치는 상기 제 1 와이어(10)와 상기 제 2 와이어(20)의 교차점 간의 중간 지점이다.
이상의 과정을 통하여 조립된 3차원 격자 트러스 구조체는 별도의 지지체 없이 스스로 형태를 유지할 수 있으나 강도를 보다 높이고자 할 경우에는 와이어의 교차점을 수지접합, 용접, 납땜, 또는 가는 선에 의한 결박 등을 포함하는 각종 접합수단에 의해 체결하여 고정하는 것도 가능하다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 제 1 와이어 20 : 제 2 와이어
30 : 제 3 와이어 100 : 3차원 격자 트러스 구조체
110 : 제 1 와이어 120 : 제 2 와이어
130 : 제 3 와이어 200 : 3차원 격자 트러스 구조체
210 : 제 1 와이어 220 : 제 2 와이어
230 : 제 3 와이어 300 : 3차원 격자 트러스 구조체
310 : 제 1 와이어 320 : 제 2 와이어
330 : 제 3 와이어 400 : 3차원 격자 트러스 구조체
410 : 제 1 와이어 420 : 제 2 와이어
430 : 제 3 와이어 500 : 3차원 격자 트러스 구조체
510 : 제 1 와이어 520 : 제 2 와이어
530 : 제 3 와이어 600 : 3차원 격자 트러스 구조체
610 : 제 1 와이어 620 : 제 2 와이어
630 : 제 3 와이어 640 : 제 4 와이어
700 : 3차원 격자 트러스 구조체 710 : 제 1 와이어
720 : 제 2 와이어 730 : 제 3 와이어
740 : 제 4 와이어 L, L' : 연결점
I, I' : 교차점 U1, U2 : 단위셀

Claims (9)

  1. 연속된 와이어군으로 구성되는 3차원 격자 트러스 구조체에 있어서,
    서로 연결(또는 교차)되어 2차원 트러스 망을 이루며 다단 배열되는 다수의 와이어군; 및
    상기 다수의 와이어군의 연결점(또는 교차점), 또는 상기 연결점(또는 교차점)과 인접하는 연결점(또는 교차점) 사이의 중간 지점에 상기 2차원 트러스 망과 수직한 방향으로 연결(또는 교차)되는 별도의 와이어군;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 와이어군 또는 상기 별도의 와이어군 중에서 적어도 하나 이상의 와이어군은 나선형 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 와이어군 및 상기 별도의 와이어군의 피치 또는 직경은 서로 다른 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 와이어군 및 상기 별도의 와이어군의 교차점은 수지접합, 용접, 납땜, 브레이징 또는 가는 선에 의한 결박을 포함하는 접합수단 중 어느 하나에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.
  5. 연속된 와이어군으로 구성되는 3차원 격자 트러스 구조체에 있어서,
    공간상에서 서로 90도의 방위각을 가지고 교차되어 그물 구조의 2차원 트러스 망을 이루며 다단 배열되는 다수의 나선형 와이어군; 및
    상기 다수의 와이어군의 교차점과 인접하는 교차점 사이의 반 피치 지점에 상기 2차원 트러스 망과 수직한 방향으로 교차되는 별도의 나선형 와이어군;을 포함하여, 모든 교차점에서 서로 직각인 두 방향의 나선형 와이어군이 교차하도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.
  6. 3차원 격자 트러스 구조체를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 제 1 와이어군을 일정한 간격으로 평행하게 배열하는 단계와;
    (b) 상기 제 1 와이어군에 상기 제 1 와이어군과 90도의 방위각을 가지는 제 2 와이어군을 회전 삽입하여 2차원 트러스 망을 형성하는 단계와;
    (c) 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계를 반복 수행하여 상기 2차원 트러스 망을 다수개 형성하는 단계와;
    (d) 상기 (c) 단계에서 마련된 다수개의 2차원 트러스 망을 일정한 간격으로 다단 배열하는 단계; 및
    (e) 상기 제 1 와이어군과 상기 제 2 와이어군의 교차점, 또는 상기 교차점과 인접하는 교차점 사이의 중간 지점에 상기 2차원 트러스 망과 수직한 방향으로 제 3 와이어군을 회전 삽입하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 와이어군, 상기 제 2 와이어군 또는 상기 제 3 와이어군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 와이어군은 나선형 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 2차원 트러스 망을 면내에서 상기 2차원 트러스 망의 피치 이하의 간격만큼 규칙적으로 평행 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법은,
    상기 (e) 단계 이후 상기 각 와이어군의 교차점을 수지접합, 용접, 납땜, 브레이징을 포함하는 접합수단 중 어느 하나를 이용하여 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체의 제조 방법.
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