KR20180057364A - 섬유 프리폼 제조 장치 - Google Patents

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KR20180057364A
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윤선희
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주식회사 하이인텍
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Abstract

구조가 간단하여 유지 보수 및 제어가 쉽고 생산성이 높은 섬유 프리폼 제조 장치가 개시된다.
본 발명의 일 양상에 따른 섬유 프리폼을 제조하는 장치는 표면에 점착제가 도포된 섬유를 워크피스(workpiece) 표면에 적층하여 섬유 프리폼을 제조하는 장치로서, 제1로봇암, 제2로봇암, 제어부를 포함한다. 제1로봇암은 인입된 다수의 섬유를 소정의 간격으로 배출하는 배열헤드가 일측에 장착된다. 제2로봇암은 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 하는 제1고정부가 장착된다. 제3로봇암은 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 하는 제2고정부가 장착된다. 제어부는 제1로봇암, 제2로봇암, 제3로봇암의 동작을 제어한다. 구체적으로 제어부는 배열헤드에서 섬유가 소정의 길이만큼 인출되면 제2로봇암으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하도록 함과 동시에 제1로봇암을 이동시켜 섬유가 계속하여 인출되도록 하며, 섬유가 다시 소정의 길이만큼 인출되면 제3로봇암으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하는 방식으로 제2로봇암과 제3로봇암이 교대로 소정 위치에서 배열헤드에서 배출되는 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 한다.

Description

섬유 프리폼 제조 장치{Apparatus for manufacturing carbon fiber preform}
본 발명은 섬유 프리폼(preform) 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 섬유 강화 플라스틱(Fiber reinforced plastic, FRP)의 성형에 이용되는 섬유 기재인 섬유 프리폼의 제조 장치에 관한 것이다.
최근에는, 유리 섬유나 섬유, 또는 나일론 섬유 등의 강화 섬유로 된 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastics; FRP)이 산업 전반에서 폭넓게 적용하게 되고 있다. FRP 부품은 가볍고 강도가 우수하여 특히나 자동차의 외장품으로 각광받고 있다. 플라스틱 등의 수지류는 경도는 우수한 반면 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 섬유는 인장강도가 높지만 말 그대로 섬유라서 굽힘 반발력이 없기 때문에 이 둘을 결합하는 것이다. 마치 단단하지만 잘 끊어지는 시멘트에 잘 끊어지지 않고 쉽게 휘는 철근을 심으로 쓰는 것과 마찬가지다. 탄소는 같은 부피의 철에 비해 1/4의 무게 밖에 나가지 않는데다 인장강도는 10배나 되기 때문에 섬유를 이용하면 차체 구조도 단순히 할 수 있을뿐더러 경량화에 엄청난 도움을 주고 있다.
이와 같은 FRP를 제조하는 방법으로 소정의 형재에 판상의 프리프레그(강화 섬유에 미리 매트릭스 수지를 함침한 것)를 적층한 후, 가열 경화하여 성형하는 것이 알려져 있다. 프리프레그를 수작업으로 적층하는 경우, 자유로운 형상으로 적층하는 것이 가능하지만, 대형의 것을 적층하는 것은 곤란하다. 또한, 작업시간이 길어지고, 작업자의 기량에 의하여 제품의 품질이 좌우된다는 문제가 있다.
최근에는 적층 공정을 자동적으로 행하는 적층 방법이 알려져 있다. 이는 미리 수지가 함침된 강화 섬유인 판상의 프리프레그를 맨드릴 표면에 가압하면서 적층함과 동시에, 별도로 구비된 가열 장치나 오토클레이브 등에 의해 함침된 수지를 용융하여 고착하여 가는 성형 방법이다. 그러나, 이러한 판상 프리프레그를 적층한 후, 가열 경화하여 FRP를 제조하는 방법은 프리프레그를 제조하는 데에 많은 비용이 들고 대형 FRP 패널을 수납 가능한 대형의 오토클레이브가 필요하다는 문제가 있었다.
이러한 문제 때문에 프리프레그를 이용한 성형 방법보다는 성형 사이클을 단축할 수 있도록 섬유 프리폼(preform)을 만든 후 수지를 함침하여 FRP를 제조하는 수지충진성형법(Resin Transfer Molding, RTM)이 각광받고 있다. 섬유 프리폼(preform)이란 섬유 강화 플라스틱에서 수지가 충전되지 않은 섬유만의 형태로 존재하는 것을 말한다.
도 1에는 RTM법으로 자동차 부품을 제조하는 공정이 도시되어 있다.
도 1을 참조하여 RTM법으로 자동차 부품을 제조하는 공정을 설명하면, 먼저 섬유 시트를 제작한다. 다음, 섬유 시트를 재단한 후 최종 제품의 형상에 대응되게 형성된 워크피스(workpiece) 위에 섬유 시트를 적층하여 섬유 다발로 된 섬유 프리폼(perform)을 제작한다. 다음 섬유 프리폼을 금형 사이에 넣고 수지를 가압하여 섬유 사이에 수지가 함침되도록 한다
그런데 이와 같은 섬유 프리폼을 이용한 FRP 제작기술도 섬유 프리폼 제작에 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다. 구체적으로 워크피스의 모서리 영역에서 접착제 또는 별도의 기구를 이용하여 섬유를 워크피스에 고정하면서 작업하는 방법이 개시되어 있는데 이러한 방법은 작업시간이 많이 소요되어 생산성이 낮다는 문제가 있다. 또한, 섬유 가닥 하나 하나마다 점착제 도포부, 냉각부, 가열부 및 절단부를 구비하여야 하므로 배열헤드의 구성이 복잡하게 된다는 문제가 있다. 또한, 헤드 내부에서 액체 상태의 점착제를 섬유에 분사한 후 냉각시키고 다시 가열하는 구성으로 이루어져 헤드가 오염되기 쉽고 청소가 어렵다는 문제가 있다.
일본공개특허공보 2005-219373호(2005.08.18)
본 발명은 구조가 간단하여 유지 보수 및 제어가 쉽고 생산성이 높은 섬유 프리폼 제조 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 섬유 프리폼을 제조하는 장치는 표면에 점착제가 도포된 섬유를 워크피스(workpiece) 표면에 적층하여 섬유 프리폼을 제조하는 장치로서, 제1로봇암, 제2로봇암, 제어부를 포함한다. 제1로봇암은 인입된 다수의 섬유를 소정의 간격으로 배출하는 배열헤드가 일측에 장착된다. 제2로봇암은 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 하는 제1고정부가 장착된다. 제3로봇암은 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 하는 제2고정부가 장착된다. 제어부는 제1로봇암, 제2로봇암, 제3로봇암의 동작을 제어한다. 구체적으로 제어부는 배열헤드에서 섬유가 소정의 길이만큼 인출되면 제2로봇암으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하도록 함과 동시에 제1로봇암을 이동시켜 섬유가 계속하여 인출되도록 하며, 섬유가 다시 소정의 길이만큼 인출되면 제3로봇암으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하는 방식으로 제2로봇암과 제3로봇암이 교대로 소정 위치에서 배열헤드에서 배출되는 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 배출헤드는 복수의 섬유 가닥을 배출하며 제1고정부 및 제2고정부는 섬유 가닥 하나 하나를 고정할 수 있도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 제1고정부 및 제2고정부는 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 배열헤드는 섬유를 절단하는 절단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 섬유 프리폼 제조 장치의 구조가 간단하여 유지 보수 및 제어가 쉽고 생산성이 높아진다.
또한, 본 발명에 따르면 섬유의 배열이 자유롭게 이루어질 수 있다는 장점이 있다. 따라서 특정 부위를 선택적으로 집중 보강하는 섬유 배열이 가능하다.
또한, 섬유가 워크피스 표면의 임의 위치에서 고정되기 때문에 섬유를 직선만이 아닌 곡선/물결 등과 같은 자유로운 형상으로 배열할 수 있다.
또한, 섬유가 배열헤드에서 배출된 후 신속하게 고정되므로, 섬유의 배열 작업이 신속하게 이루어질 수 있다.
도 1은 RTM법으로 자동차 부품을 제조하는 공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 장치에 의해 제작된 섬유 프리폼의 모습을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 방법의 순서도이다.
도 5는 종래 기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 장치를 이용하여 프리폼을 제조하는 방법을 대비한 것이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 후술하는 실시 예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 대응되는 구성 요소들은 동일한 번호로 참조된다. 또한, 구성요소들의 형상이나 크기 등은 실제보다 과장될 수 있다. 그리고 관련된 공지 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 생각되는 경우 그 공지 기술에 대한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예들을 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 장치의 개략도이다.
먼저, 본 발명에 따른 섬유 프리폼 제조 장치는 표면에 점착제가 도포된 섬유를 워크피스(workpiece) 표면에 적층하여 섬유 프리폼을 제조하는 장치이다. 따라서 섬유의 표면에 점착제를 도포하고 냉각, 가열하는 구성이 배열헤드에 구비될 필요가 없으므로 배열헤드의 구성이 간단해지고 유지 보수 및 제어가 용이하게 된다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 장치는 제1로봇암(10), 제2로봇암(20), 제3로봇암(30), 제어부(40)를 포함한다.
제1로봇암(10)은 인입된 다수의 섬유를 소정의 간격으로 배출하는 배열헤드가 일측에 장착된다. 제1로봇암(10)은 도 2에 도시된 것과 같이 베이스(11), 제1관절부(12), 제2관절부(13)로 이루어질 수 있다. 제1관절부(12)는 베이스(11)에 대해 상하방향으로 회전 가능하게 형성될 수 있다. 그리고 제2관절부(13)는 제1관절부(12)에 대해 피봇 결합되어 자유롭게 회전 가능하게 형성될 수 있다. 그리하여 제1로봇암(10)의 선단부(13A)가 3차원 공간을 자유롭게 이동 가능하게 될 수 있다. 이러한 베이스(11), 제1관절부(12), 제2관절부(13)의 결합 구조는 하나의 예시일 뿐이므로 다른 결합구조를 통해 제1로봇암(10)의 선단부가 3차원 공간을 자유롭게 이동할 수 있게 하는 것도 가능하다. 제1로봇암(10)의 선단부(13)에는 섬유(Y)를 안내하는 가이드부(15)를 구비하는 배열헤드(14)가 장착되어 있다. 그리하여 워크피스의 표면에 대응해 섬유(Y)를 적층할 수 있다.
한편, 섬유(Y)는 별도로 설치되는 크릴(K, creel)에 다수 장착되는 보빈(B)에서 인출되고 위에서 설명한 가이드부(15)를 통해 워크피스의 표면에 배열될 수 있다. 그리고 섬유(Y)의 표면에는 점착제가 미리 도포되므로 배열헤드에서 섬유에 점착제를 도포하고 냉각할 필요가 없다. 따라서 배열헤드의 구성이 간단해질 수 있다.
제2로봇암(20)은 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 하는 제1고정부(24)가 장착된다. 제2로봇암(20)도 제1로봇암(10)과 마찬가지로 베이스(21), 제1관절부(22), 제2관절부(23)로 이루어질 수 있다. 제1관절부(22)는 베이스(21)에 대해 상하방향으로 회전 가능하게 형성될 수 있다. 그리고 제2관절부(23)는 제1관절부(22)에 대해 피봇 결합되어 자유롭게 회전 가능하게 형성될 수 있다. 그리하여 제2로봇암(20)의 선단부(23A)가 3차원 공간을 자유롭게 이동 가능하게 될 수 있다. 이러한 베이스(21), 제1관절부(22), 제2관절부(23)의 결합 구조는 하나의 예시일 뿐이므로 다른 결합구조를 통해 제2로봇암(20)의 선단부가 3차원 공간을 자유롭게 이동할 수 있게 하는 것도 가능하다. 이와 같이 제2로봇암(20)의 선단부(23A)가 3차원 공간을 자유롭게 이동 가능하므로 제2로봇암(20)이 배열헤드에서 배출된 섬유를 임의의 위치에서 압착하여 워크피스에 고정되도록 할 수 있다. 따라서 섬유를 직선만이 아닌 곡선/물결 등과 같은 자유로운 형상으로 배열할 수 있다.
제3로봇암(30)은 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 하는 제2고정부(34)가 장착된다. 제3로봇암(30)도 제2로봇암(20)과 마찬가지로 베이스(31), 제1관절부(32), 제2관절부(33)로 이루어질 수 있다. 제1관절부(32)는 베이스(31)에 대해 상하방향으로 회전 가능하게 형성될 수 있다. 그리고 제2관절부(33)는 제1관절부(32)에 대해 피봇 결합되어 자유롭게 회전 가능하게 형성될 수 있다. 그리하여 제3로봇암(30)의 선단부(33A)가 3차원 공간을 자유롭게 이동 가능하게 될 수 있다. 이러한 베이스(31), 제1관절부(32), 제2관절부(33)의 결합 구조는 하나의 예시일 뿐이므로 다른 결합구조를 통해 제3로봇암(30)의 선단부가 3차원 공간을 자유롭게 이동할 수 있게 하는 것도 가능하다. 이와 같이 제3로봇암(30)의 선단부(33A)가 3차원 공간을 자유롭게 이동 가능하므로 제3로봇암(30)이 배열헤드에서 배출된 섬유를 임의의 위치에서 압착하여 워크피스에 고정되도록 할 수 있다. 따라서 섬유를 직선만이 아닌 곡선/물결 등과 같은 자유로운 형상으로 배열할 수 있다.
제어부(40)는 제1로봇암(10), 제2로봇암(20), 제3로봇암(30)의 동작을 제어한다. 구체적으로 제어부(40)는 배열헤드에서 섬유가 소정의 길이만큼 인출되면 제2로봇암(20)으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하도록 함과 동시에 제1로봇암(10)을 이동시켜 섬유가 계속하여 인출되도록 하며, 섬유가 다시 소정의 길이만큼 인출되면 제3로봇암(30)으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하는 방식으로 제2로봇암(20)과 제3로봇암(30)이 교대로 소정 위치에서 배열헤드에서 배출되는 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 한다.
제어부(40)가 제1로봇암(10), 제2로봇암(20), 제3로봇암(30)의 동작을 위와 같이 제어함으로써 섬유의 배열이 끊김 없이 연속적으로 이루어질 수 있으므로, 섬유의 절단 동작이 최소화될 수 있다. 또한, 제2로봇암(20)과 제3로봇암(30)이 교대로 섬유를 고정하는 동안 제1로봇암(10)이 이동하면서 섬유를 인출하므로 작업이 신속하게 이루어질 수 있다. 이를 통하여 생산성이 증가될 수 있다. 그리고 위에서 설명한 바와 같이 제1로봇암(10), 제2로봇암(20), 제3로봇암(30)이 3차원 공간을 자유롭게 이동하면서 섬유를 적층 및 압착하므로 섬유를 직선만이 아닌 곡선/물결 등과 같은 자유로운 형상으로 배열할 수 있다. 따라서 특정 부위를 선택적으로 집중 보강하는 섬유 배열이 가능하다.
도 3에는 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 장치에 의해 제작된 섬유 프리폼의 모습이 도시되어 있다.
한편, 배출헤드(14)는 복수의 섬유 가닥을 배출하며 제1고정부(24) 및 제2고정부(34)는 섬유 가닥 하나 하나를 고정할 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들어 배출헤드(14)는 12가닥의 섬유를 배출하도록 구성될 수 있다. 배출헤드(14)가 많은 수의 섬유 가닥을 배출하는 경우 작업이 신속하게 이루어질 수 있다. 그리고 제1고정부(24) 및 제2고정부(34)가 섬유 가닥 하나 하나를 고정할 수 있도록 제1고정부(24) 및 제2고정부(34)에는 다수의 핑거부(미도시)가 구비될 수 있다. 이 경우 워크피스의 형상에 맞추어 섬유 가닥 하나 하나를 고정할 수 있게 된다. 그리하여 버려지는 섬유를 최소화할 수 있게 된다. 핑거부는 스프링이나 실린더로 동작할 수 있다.
또한, 제1고정부(24) 및 제2고정부(34)는 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비할 수 있다. 이를 위해 제1고정부(24) 및 제2고정부(34)에는 내부에 열선 등이 구비된 가열부(25, 35)가 배치될 수 있다. 제1고정부(24) 및 제2고정부(34)가 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비하는 경우 섬유가 배출헤드에서 배출된 후 신속하게 고정되므로 섬유의 배열 작업이 신속하게 이루어질 수 있다. 그리하여 생산성이 증가될 수 있다.
또한, 배열헤드(14)는 섬유를 절단하는 절단부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 그리하여 부득이하게 섬유를 절단하여야 하는 경우 절단부가 섬유를 절단할 수 있게 된다. 이를 통해 버려지는 섬유를 최소화할 수 있게 된다.
도 4는 위와 같이 형성된 섬유 프리폼 제조 장치를 이용하여 표면에 점착제가 도포된 섬유를 워크피스 표면에 적층함으로써 섬유 프리폼을 제조하는 방법의 순서도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 섬유의 표면에 점착제를 도포한다. 섬유의 표면에 점착제를 분사하여 섬유의 표면에 점착제를 도포할 수 있다. 이와 같이 섬유의 표면에 점착제를 도포하는 단계를 별도로 구성하는 경우 섬유의 표면에 점착제를 도포하고 냉각, 가열하는 구성이 배열헤드에 구비될 필요가 없으므로 배열헤드의 구성이 간단해지고 유지 보수 및 제어가 용이하게 된다.
다음, 표면에 점착제가 도포된 섬유가 배열헤드(14)에 인입되도록 한다. 섬유가 장력을 유지하면서 배열헤드(14)에 인입될 수 있도록 다수의 보빈(B)이 구비될 수 있다.
다음, 제1로봇암(10)이 섬유를 소정 길이만큼 인출한다(S10). 제1로봇암(10)이 이동하면서 배열헤드(14)를 통해 워크피스의 표면에 섬유를 배열하게 된다. 이 때 배열헤드(14)는 복수의 섬유 가닥을 배출할 수 있다. 예를 들어 배출헤드(14)는 12가닥의 섬유를 배출하도록 구성될 수 있다. 배출헤드(14)가 많은 수의 섬유 가닥을 배출하는 경우 작업이 신속하게 이루어질 수 있다.
다음, 제2로봇암(20)이 소정 위치에서 섬유를 압착한다(S20). 제2로봇암(20)에는 제1고정부(24)가 구비되므로 제1고정부(24)를 통해 섬유를 압착한다. 제1고정부(24)가 섬유를 압착하는 경우 섬유는 워크피스의 표면에 부착되게 된다. 한편, 제1고정부(24)에는 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비할 수 있다. 이를 위해 제1고정부(24에는 내부에 열선 등이 구비된 가열부(25)가 배치될 수 있다. 제1고정부(24)가 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비하는 경우 섬유가 배출헤드에서 배출된 후 신속하게 고정되므로 섬유의 배열 작업이 신속하게 이루어질 수 있다. 그리하여 생산성이 증가될 수 있다.
다음, 제2로봇암(20)이 섬유를 압착하는 동안, 제1로봇암(10)이 이동하여 다시 소정 길이만큼 섬유를 인출한다(S30). 제1로봇암(10)이 이동하면서 배열헤드를 통해 워크피스의 표면에 섬유를 배열하게 된다.
다음, 제2로봇암(20)이 섬유를 계속하여 압착하는 동안, 제3로봇암(30)이 소정 위치에서 섬유를 압착한다(S40). 제3로봇암(30)에는 제2고정부(34)가 구비되므로 제2고정부(34)를 통해 섬유를 압착한다. 제2고정부(34)가 섬유를 압착하는 경우 섬유는 워크피스의 표면에 부착되게 된다. 한편, 제2고정부(34)에는 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비할 수 있다. 이를 위해 제2고정부(34)에는 내부에 열선 등이 구비된 가열부(35)가 배치될 수 있다. 제2고정부(24)가 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비하는 경우 섬유가 배출헤드에서 배출된 후 신속하게 고정되므로 섬유의 배열 작업이 신속하게 이루어질 수 있다. 그리하여 생산성이 증가될 수 있다.
그리고 위와 같은 S10 내지 S40 과정을 반복하여 워크피스 표면에 섬유를 적층한다.
위에서 설명한 바와 같은 방법을 통해 섬유 프리폼을 제조하는 경우, 섬유의 배열이 끊김 없이 연속적으로 이루어질 수 있고 섬유를 직선이 아닌 자유로운 형상으로 배열할 수 있으므로 섬유의 절단 동작이 최소화되고 보강이 필요한 부위에 섬유를 선택적으로 집중하여 배열할 수 있다. 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 프리폼 제조 장치를 이용하여 프리폼을 제조하는 방법의 장점이 종래 기술과 대비하여 도시되어 있다. 이와 같이 하여 섬유를 대각선으로 배치하는 경우 5~40%의 섬유를 절감할 수 있다.
그리고, 제2로봇암(20)과 제3로봇암(30)이 교대로 섬유를 고정하는 동안 제1로봇암(10)이 이동하면서 섬유를 인출하므로 작업이 신속하게 이루어질 수 있다. 이를 통하여 생산성이 증가될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
B: 보빈
K: 크릴
Y: 섬유
1: 워크피스
2: 프리폼
10: 제1로봇암
11, 21, 31: 베이스
12, 22, 32: 제1관절부
13, 23, 33: 제2관절부
14: 배열헤드
15: 가이드부
25, 35: 가열부
20: 제2로봇암
30: 제3로봇암
40: 제어부

Claims (4)

  1. 표면에 점착제가 도포된 섬유를 워크피스(workpiece) 표면에 적층하여 섬유 프리폼을 제조하는 장치에 있어서,
    인입된 다수의 섬유를 소정의 간격으로 배출하는 배열헤드가 일측에 장착된 제1로봇암;
    상기 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 상기 워크피스에 고정되도록 하는 제1고정부가 장착된 제2로봇암;
    상기 배열헤드에서 배출된 섬유를 압착하여 상기 워크피스에 고정되도록 하는 제2고정부가 장착된 제3로봇암; 및
    상기 제1로봇암, 제2로봇암, 제3로봇암의 동작을 제어하는 제어부;
    를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 배열헤드에서 섬유가 소정의 길이만큼 인출되면 제2로봇암으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하도록 함과 동시에 제1로봇암을 이동시켜 섬유가 계속하여 인출되도록 하며, 섬유가 다시 소정의 길이만큼 인출되면 제3로봇암으로 하여금 소정 위치에서 섬유를 압착하는 방식으로 제2로봇암과 제3로봇암이 교대로 소정 위치에서 상기 배열헤드에서 배출되는 섬유를 압착하여 워크피스에 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 섬유 프리폼 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출헤드는 복수의 섬유 가닥을 배출하며 상기 제1고정부 및 제2고정부는 섬유 가닥 하나 하나를 고정할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 다이렉트 섬유 프리폼 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1고정부 및 제2고정부는 섬유에 열을 가하는 기능을 더 구비한 것을 특징으로 하는 다이렉트 섬유 프리폼 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배열헤드는 섬유를 절단하는 절단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 섬유 프리폼 제조 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020033484A1 (en) * 2018-08-07 2020-02-13 University Of Southern California Hybrid formation of multi-layer prepreg composite sheet layup

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002205341A (ja) * 2001-01-09 2002-07-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合材成形装置および複合材成形方法
JP2005219373A (ja) * 2004-02-06 2005-08-18 Murata Mach Ltd 強化繊維の自動積層装置及び強化繊維プリフォームの製造方法
EP2314435A2 (en) * 2009-10-08 2011-04-27 General Electric Company Resin application and infusion system
EP2433784A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-28 General Electric Company System and method for the automated delivery and layup of resin infused fibers
KR20130091648A (ko) * 2010-04-16 2013-08-19 컴포지턴스 게엠베하 적층된 섬유 패브릭을 제조하는 장치 및 방법
KR101422129B1 (ko) * 2013-05-16 2014-07-22 재단법인 중소조선연구원 회전식 몰드를 이용한 고속 적층성형 장치
JP2015514030A (ja) * 2012-04-13 2015-05-18 コンポジテンス ゲーエムベーハーＣｏｍｐｏｓｉｔｅｎｃｅ ＧｍｂＨ レイングヘッド、及び、繊維複合材料から構造部品用立体プリフォームを製造するための装置と方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002205341A (ja) * 2001-01-09 2002-07-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合材成形装置および複合材成形方法
JP2005219373A (ja) * 2004-02-06 2005-08-18 Murata Mach Ltd 強化繊維の自動積層装置及び強化繊維プリフォームの製造方法
EP2314435A2 (en) * 2009-10-08 2011-04-27 General Electric Company Resin application and infusion system
KR20130091648A (ko) * 2010-04-16 2013-08-19 컴포지턴스 게엠베하 적층된 섬유 패브릭을 제조하는 장치 및 방법
EP2433784A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-28 General Electric Company System and method for the automated delivery and layup of resin infused fibers
JP2015514030A (ja) * 2012-04-13 2015-05-18 コンポジテンス ゲーエムベーハーＣｏｍｐｏｓｉｔｅｎｃｅ ＧｍｂＨ レイングヘッド、及び、繊維複合材料から構造部品用立体プリフォームを製造するための装置と方法
KR101422129B1 (ko) * 2013-05-16 2014-07-22 재단법인 중소조선연구원 회전식 몰드를 이용한 고속 적층성형 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020033484A1 (en) * 2018-08-07 2020-02-13 University Of Southern California Hybrid formation of multi-layer prepreg composite sheet layup
US11628624B2 (en) 2018-08-07 2023-04-18 University Of Southern California Hybrid formation of multi-layer prepreg composite sheet layup
US11919239B2 (en) 2018-08-07 2024-03-05 University Of Southern California Hybrid formation of multi-layer prepreg composite sheet layup

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