KR20190074230A - Large pulsed electron beam based deburring method and apparatus of carbon fiber-reinforced plastics - Google Patents

Large pulsed electron beam based deburring method and apparatus of carbon fiber-reinforced plastics Download PDF

Info

Publication number
KR20190074230A
KR20190074230A KR1020180163100A KR20180163100A KR20190074230A KR 20190074230 A KR20190074230 A KR 20190074230A KR 1020180163100 A KR1020180163100 A KR 1020180163100A KR 20180163100 A KR20180163100 A KR 20180163100A KR 20190074230 A KR20190074230 A KR 20190074230A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lpeb
electron beam
carbon fiber
pulses
burr
Prior art date
Application number
KR1020180163100A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102142348B1 (en
Inventor
박형욱
김지수
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산과학기술원 filed Critical 울산과학기술원
Publication of KR20190074230A publication Critical patent/KR20190074230A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102142348B1 publication Critical patent/KR102142348B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C37/00Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
    • B29C37/02Deburring or deflashing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2507/00Use of elements other than metals as filler
    • B29K2507/04Carbon

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

The present invention relates to a large pulsed electron beam based deburring method of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and an apparatus thereof, which can improve the quality of a hole and improve the service life of a CFRP composite material. The deburring method of the present invention comprises the steps of: setting a parameter for irradiating an electron beam; and irradiating the electron beam to a burr formed in a drilled hole of the carbon fiber reinforced plastic composite material, according to the set parameter.

Description

카본 섬유 강화 플라스틱의 대형 펄스 전자빔 기반 디버링 방법 및 장치{LARGE PULSED ELECTRON BEAM BASED DEBURRING METHOD AND APPARATUS OF CARBON FIBER-REINFORCED PLASTICS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon fiber reinforced plastic (CFRP)

본 발명은 디버링 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카본 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber-reinforced plastics, CFRP)의 대형 펄스 전자빔(large pulsed electron beam, LPEB) 기반 디버링 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a deburring method and apparatus, and more particularly to a large pulsed electron beam (LPEB) based deburring method and apparatus for carbon fiber-reinforced plastics (CFRP).

우주 항공, 자동차 및 해군과 같은 견고한 구조재를 필요로 하는 산업에서 경량 소재에 대한 수요가 증가하면서 많은 유형의 카본 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP) 및 금속 합금이 개발되었다. Many types of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and metal alloys have been developed with the increasing demand for lightweight materials in industries that require rugged structural materials such as aerospace, automotive and naval.

이 재료들은 개선된 강도 대 중량비, 충격 저항 및 인장 강도를 포함한 우수한 기계적 성질을 가지고 있다. CFRP는 통상적인 금속 합금보다 우수한 기계적 성질을 갖고있지만, 기계 가공에서 사용하기가 어렵기 때문에 산업 응용이 제한적이다.These materials have excellent mechanical properties including improved strength to weight ratio, impact resistance and tensile strength. CFRP has superior mechanical properties than conventional metal alloys, but industrial applications are limited because they are difficult to use in machining.

드릴링(drilling)은 CFRP에서 제품을 생산하는데 널리 사용되는 가공 공정이다. CFRP를 가공할 때 몇 가지 문제가 발생하는데, 가장 중요한 것은 박리(delamination) 및 버(burr) 발생이다. CFRP의 드릴링에 관한 이전의 연구는 이러한 결함을 최소화하고자 했다. 그러나 가공 파라미터 및 공구 형상을 제어하여 홀의 출구 측에서 박리 및 버 발생을 완전히 방지할 수는 없다는 문제가 있다.Drilling is a widely used process for producing products in CFRP. There are some problems when machining CFRP, the most important being delamination and burr occurrence. Previous work on drilling in CFRP sought to minimize these deficiencies. However, there is a problem in that it is impossible to completely prevent peeling and burrs at the outlet side of the hole by controlling the processing parameters and the tool shape.

[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1036879호[Patent Document 1] Korean Patent No. 10-1036879

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 카본 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber-reinforced plastics, CFRP)의 대형 펄스 전자빔(large pulsed electron beam, LPEB) 기반 디버링 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for deburring based on a large pulsed electron beam (LPEB) of carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) .

또한, 본 발명은 LPEB를 조사하여 CFRP 복합 재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)를 제거하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention also aims to irradiate LPEB to remove burrs created in the drilled holes of the CFRP composite.

또한, 본 발명은 가속 전압, 솔레노이드 전압 및 펄스의 수를 설정하여 LPEB를 조사하는 것을 그 목적으로 한다.Further, the present invention aims to irradiate the LPEB by setting the acceleration voltage, the solenoid voltage and the number of pulses.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디버링 방법은 전자 빔을 조사(irradiate)하기 위한 파라미터를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 파라미터에 따라, 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 조사하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a deburring method comprising: setting a parameter for irradiating an electron beam; And irradiating the electron beam to a burr formed in a drilled hole of a carbon fiber-reinforced plastic composite material, according to the set parameters.

실시예에서, 상기 파라미터를 설정하는 단계는, 상기 전자 빔에 대한 가속 전압, 솔레노이드 전압 및 펄스의 수(number) 중 적어도 하나를 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment, the step of setting the parameter may comprise setting at least one of an acceleration voltage, a solenoid voltage and a number of pulses for the electron beam.

실시예에서, 상기 전자 빔을 조사하는 단계는, 상기 펄스의 수에 따라, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 반복적으로(repeatedly) 조사하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment, the step of irradiating the electron beam comprises repeatedly irradiating the electron beam to a burr produced in a drilled hole of the carbon fiber-reinforced plastic composite material, in accordance with the number of pulses Step.

실시예에서, 상기 펄스의 수는, 30 이상일 수 있다.In an embodiment, the number of pulses may be greater than or equal to 30.

실시예에서, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료 상에 금속 마스크(metal mask)가 형성되고, 상기 금속 마스크는, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀과 동일한 직경의 홀이 드릴링되어 있을 수 있다.In an embodiment, a metal mask is formed on the carbon fiber-reinforced plastic composite material, and the metal mask may be drilled with holes having the same diameter as the drilled holes of the carbon fiber-reinforced plastic composite material .

실시예에서, 디버링 장치는, 전자 빔을 조사(irradiate)하기 위한 파라미터를 설정하는 제어부; 및 상기 설정된 파라미터에 따라, 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 조사하는 전자 총(electron gun);을 포함할 수 있다.In an embodiment, the deburring device comprises: a control unit for setting a parameter for irradiating an electron beam; And an electron gun for irradiating the electron beam to a burr formed in the drilled hole of the carbon fiber-reinforced plastic composite material according to the set parameters.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 전자 빔에 대한 가속 전압, 솔레노이드 전압 및 펄스의 수(number) 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.In an embodiment, the control unit may set at least one of an acceleration voltage, a solenoid voltage, and a number of pulses for the electron beam.

실시예에서, 상기 전자 총은, 상기 펄스의 수에 따라, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 반복적으로(repeatedly) 조사할 수 있다.In an embodiment, the electron gun may repeatedly irradiate the electron beam to a burr created in a drilled hole of the carbon fiber-reinforced plastic composite material, depending on the number of pulses.

실시예에서, 상기 펄스의 수는, 30 이상일 수 있다.In an embodiment, the number of pulses may be greater than or equal to 30.

실시예에서, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료 상에 금속 마스크(metal mask)가 형성되고, 상기 금속 마스크는, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀과 동일한 직경의 홀이 드릴링되어 있을 수 있다.In an embodiment, a metal mask is formed on the carbon fiber-reinforced plastic composite material, and the metal mask may be drilled with holes having the same diameter as the drilled holes of the carbon fiber-reinforced plastic composite material .

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Quot; a "general inventor") to fully disclose the scope of the invention.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 가속 전압, 솔레노이드 전압 및 펄스의 수에 따라 LPEB를 조사하여 CFRP 복합 재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)를 제거함으로써, 홀의 품질을 높이고 CFRP 복합재료의 수명을 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the LPEB is irradiated according to the acceleration voltage, the solenoid voltage and the number of pulses to remove the burr generated in the drilled hole of the CFRP composite, thereby improving the quality of the hole, The life can be improved.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and the potential effects expected by the technical features of the present invention can be clearly understood from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 복합재료의 드릴링 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)의 광학 이미지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사를 사용하여 CFRP 복합재료를 디버링하는 과정의 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사 전후의 버(burr)의 광학 이미지를 도시한다.
도 6(a) 내지 6(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사 파라미터를 독립적으로 변화시킨 경우의 버(burr) 크기 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀의 치수 정확도 산출의 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사 전후의 3D 기하학적 이미지의 예를 도시한다.
도 9(a) 내지 9(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 전압(Va), 솔레노이드 전압(Vs) 및 펄스의 수에 대한 LPEB 조사 후의 직경 편차를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 장치의 동작 방법을 도시한다.
1 shows a drilling apparatus for a CFRP composite according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an optical image of a burr created in a drilled hole in accordance with an embodiment of the present invention.
3 illustrates an LPEB-based deburring apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an example of a process for deburring a CFRP composite using LPEB irradiation according to an embodiment of the present invention.
5 shows an optical image of a burr before and after LPEB irradiation according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 6 (a) to 6 (c) show a burr size graph when the LPEB irradiation parameters are independently varied according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows an example of the calculation of the dimensional accuracy of a hole according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows an example of a 3D geometric image before and after LPEB irradiation according to an embodiment of the present invention.
9 (a) to 9 (c) show the diameter deviation after the LPEB irradiation with respect to the acceleration voltage Va, the solenoid voltage Vs and the number of pulses according to the embodiment of the present invention.
10 illustrates an operation method of an LPEB-based deburring apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Various features of the invention disclosed in the claims may be better understood in view of the drawings and detailed description. The devices, methods, processes and various embodiments disclosed in the specification are provided for illustration. The disclosed structural and functional features are intended to enable a person skilled in the art to practice various embodiments and are not intended to limit the scope of the invention. The terms and phrases disclosed are intended to facilitate understanding of the various features of the disclosed invention and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber-reinforced plastics, CFRP)의 대형 펄스 전자빔(large pulsed electron beam, LPEB) 기반 디버링 방법 및 장치를 설명한다.Hereinafter, a large pulsed electron beam (LPEB) based deburring method and apparatus of carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 복합재료의 드릴링 장치(100)를 도시한다.1 illustrates a drilling apparatus 100 for a CFRP composite according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 드릴링 장치(100)는 드릴 비트(drill bit)(110) 및 덮개 고정부(covering fixture)(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the drilling apparatus 100 may include a drill bit 110 and a covering fixture 120.

드릴 비트(110)는 덮개 고정부(120)에 의해 고정된 CFRP 복합재료(composite)를 드릴링할 수 있다. 예를 들어, 드릴 비트(110)는 9mm의 직경을 가질 수 있다. 일 실시예에서, CFRP 복합재료는 단향성 CFRP 복합재료를 포함할 수 있다. The drill bit 110 may drill a CFRP composite secured by the lid securing portion 120. For example, the drill bit 110 may have a diameter of 9 mm. In one embodiment, the CFRP composite material may comprise a unidirectional CFRP composite.

공급 속도, 절삭 속도, 직경 및 회전 주파수뿐만 아니라 섬유 방향, 섬유 길이 및 수지(resin) 특성과 같은 재료 특성을 포함하는 드릴링 파라미터는 CFRP의 홀 품질에 영향을 미칠 수 있다. 드릴링 파라미터를 조정함으로써 드릴링력(drilling force) 및 홀 품질이 변경될 수 있다. 드릴링 파라미터는 드릴링된 홀에서 발견되는 결함과 밀접한 관련이 있을 수 있다. Drilling parameters, including feed rate, cutting speed, diameter and rotation frequency, as well as material properties such as fiber orientation, fiber length and resin properties, can affect hole quality in CFRP. By adjusting the drilling parameters, the drilling force and hole quality can be changed. The drilling parameters may be closely related to defects found in drilled holes.

드릴링 파라미터에 따른 드릴링 공정을 통해 CFRP 복합재료의 드릴링된 홀에 버(burr)가 생성될 수 있다. 버(burr)는 드릴링 과정에서 제거되지 않은 섬유에 의해 생성될 수 있다. 이 경우, 도 2를 참고하면, CFRP 복합재료는 단방향성이기 때문에, 드릴링 공정을 통해 홀에 생성된 버(burr)는 대칭으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 버(burr)는 상대적으로 높은 종횡비를 가지며, 평균 길이는 5.09mm이고 폭은 0.4mm일 수 있다.Burrs can be created in the drilled holes of the CFRP composite through a drilling process according to the drilling parameters. Burrs can be created by fibers that have not been removed during the drilling process. In this case, referring to FIG. 2, since the CFRP composite is unidirectional, the burrs generated in the holes through the drilling process can be distributed symmetrically. For example, the burr may have a relatively high aspect ratio, an average length of 5.09 mm and a width of 0.4 mm.

또한, CFRP 복합재료의 층이 분리되고 굽힘 응력(bending stress)이 굽힘 강도 한계(bending strength limit)를 초과하면, 미절삭 섬유(uncut fiber)로 인해 CFRP 복합재료 층이 파손되어 홀의 출구 측에서 박리가 발생할 수 있다.In addition, when the CFRP composite layer is separated and the bending stress exceeds the bending strength limit, the CFRP composite layer is broken due to the uncut fiber, and the CFRP composite layer is peeled from the exit side of the hole May occur.

CFRP 복합재료는 특정 방향을 가지므로, CFRP 복합재료의 스택에 있는 섬유는 단향성으로 정렬될 수 있다. 드릴 비트(110)를 사용하여 드릴 회전 방향으로 향하는 섬유는 제거할 수 없다. 드릴이 홀 안으로 관통한 후에, 홀 입구에 있는 섬유는 드릴 비트(110)의 나머지 부분에 의해 제거될 수 있지만, 홀의 출구에 있는 버(burr)는 제거되지 않을 수 있다.Since CFRP composites have specific orientations, the fibers in the stack of CFRP composites can be aligned unidirectionally. The fibers which are oriented in the drill rotation direction by using the drill bit 110 can not be removed. After the drill has penetrated into the hole, the fibers at the hole entrance can be removed by the remainder of the drill bit 110, but the burr at the exit of the hole may not be removed.

드릴링된 홀의 품질과 관련된 가장 큰 문제는 박리 및 버(burr) 발생으로 인한 것일 수 있다. 따라서 버(Burr) 제거는 치수 정밀도(dimensional accuracy)를 높여 드릴링 품질을 향상시킬 수 있다.The biggest problem associated with the quality of drilled holes may be due to delamination and burr occurrence. Burr removal can therefore improve the quality of drilling by increasing dimensional accuracy.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 장치(300)를 도시한다.FIG. 3 illustrates an LPEB-based deburring device 300 in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, CFRP 복합재료를 드릴링함에 따라 드릴링된 홀(hole)에 버(burr)가 발생하기 때문에, 버(burr)를 제거하기 위해 LPEB가 조사될 수 있다. LPEB는 플라즈마 가스에서 가속 전자 빔인 플라즈마 전자 빔(plasma electron beam)을 통해 기판에 에너지를 전달할 수 있다. 일 실시예에서, LPEB는 재료를 빠르게 용융 및 재응고시킴으로써 재응고 층을 유도할 수 있다. 재응고 층은 기계적 및 화학적 특성이 변경된 것으로 알려져 있다. Referring to FIG. 3, LPEB can be irradiated to remove burrs because burrs are created in drilled holes as the CFRP composite material is drilled. The LPEB can transfer energy to the substrate through a plasma electron beam, which is an accelerated electron beam in a plasma gas. In one embodiment, the LPEB can induce a resolidification layer by rapidly melting and resolidifying the material. The resolidification layer is known to have changed its mechanical and chemical properties.

LPEB 기반 디버링 장치(300)는 진공 챔버(310)에 수용된 전자 총(electron gun)(320)과 이동 스테이지(moving stage)(330)를 포함할 수 있다. The LPEB-based deburring device 300 may include an electron gun 320 and a moving stage 330 housed in a vacuum chamber 310.

전자 총(320)은 가속 전압(acceleration voltage)(Va), 솔레노이드 전압(solenoid voltage)(Vs) 및 펄스의 수(number of pulse)에 따라 LPEB를 조사할 수 있다. 즉, LPEB 조사 중에 드릴링 공정이 수행된 CFRP 복합재료를 포함하는 기판(substrate)으로 전달된 총 에너지 양에 영향을 미치는 세 가지 LPEB 조사 파라미터는 가속 전압(Va), 솔레노이드 전압(Vs) 및 펄스의 수를 포함할 수 있다.The electron gun 320 may irradiate the LPEB according to an acceleration voltage Va, a solenoid voltage Vs, and a number of pulses. That is, the three LPEB irradiance parameters that affect the total amount of energy delivered to the substrate containing the CFRP composite material subjected to the drilling process during LPEB irradiation are the acceleration voltage (Va), the solenoid voltage (Vs) May include numbers.

전자 총(320)의 캐소드(cathode)는 가속 전자를 이용하여 불활성 가스를 이온화할 수 있다. 이온화된 불활성 가스는 플라즈마를 의미할 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스는 아르곤을 포함할 수 있다. 압력은 0.05Pa로 설정될 수 있다. The cathode of the electron gun 320 can ionize the inert gas using accelerating electrons. The ionized inert gas may refer to a plasma. For example, the inert gas may include argon. The pressure can be set to 0.05 Pa.

LPEB 조사 중에 가속 전자의 높은 운동 에너지는 열에너지로 변환될 수 있다. LPEB 조사에 의해 유도된 고온은 일반적으로 표적 물질을 용융시키거나 증발시킬 수 있다. 또한, 전자 빔이 카본-카본 결합을 파괴할 수 있기 때문에, 상대적으로 낮은 에너지의 전자 빔이 폴리머를 가교 결합시키는데 사용될 수 있다.During LPEB irradiation, the high kinetic energy of the accelerating electrons can be converted to thermal energy. High temperatures induced by LPEB irradiation can generally melt or vaporize the target material. Also, because the electron beam can destroy the carbon-carbon bond, a relatively low energy electron beam can be used to crosslink the polymer.

그러나, LPEB의 에너지 밀도는 폴리머 가교 결합에 사용되는 전자 빔의 에너지 밀도보다 높다. 이것은 반복적인 조사가 카본-카본 결합을 파괴, 파괴 및 분리할 수 있음을 의미할 수 있다. CFRP 복합재료의 버(burr)가 주로 카본 섬유(carbon fiber)로 이루어지기 때문에, LPEB 조사에 의해 효과적으로 제거될 수 있다.However, the energy density of the LPEB is higher than the energy density of the electron beam used in the polymer cross-linking. This may mean that repeated irradiation can destroy, destroy and separate the carbon-carbon bond. Since the burrs of the CFRP composite are mainly composed of carbon fibers, they can be effectively removed by LPEB irradiation.

LPEB 기반 디버링 장치(300)의 제어부(미도시)는 가속 전압(Va)과 솔레노이드 전압(Vs)을 조절함으로써 LPEB의 에너지 밀도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 에너지 밀도를 5 내지 10J/cm2 범위로 얻기 위해, 가속 전압(Va)은 20 내지 30keV로, 솔레노이드 전압(Vs)은 1.0 내지 1.5keV로 조절될 수 있다.A controller (not shown) of the LPEB-based deburring apparatus 300 can control the energy density of the LPEB by adjusting the acceleration voltage Va and the solenoid voltage Vs. For example, in order to obtain the energy density in the range of 5 to 10 J / cm2, the acceleration voltage Va may be adjusted to 20 to 30 keV and the solenoid voltage Vs may be adjusted to 1.0 to 1.5 keV.

LPEB 조사 파라미터는 또한 홀 표면의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 솔레노이드 전압(Vs)은 가속 전자가 나선형 경로를 따라 캐소드로부터 기판의 표면으로 이동하게 할 수 있다. 로렌츠 힘에 의해 유도된 나선형 경로는 전자 총(310)이나 이동 스테이지(320)를 기울이지 않아도 홀의 수직면을 조사할 수 있다.The LPEB irradiance parameter can also affect the quality of the hole surface. The solenoid voltage Vs can cause accelerating electrons to travel from the cathode to the surface of the substrate along a spiral path. The helical path induced by the Lorentz force can illuminate the vertical plane of the hole without tilting the electron gun 310 or the moving stage 320.

나선형 경로의 반경이 솔레노이드 전압(Vs)에 반비례하므로, 솔레노이드 전압(Vs)을 증가시키면 가속 전자가 측면과의 충돌을 줄임으로써 홀 안으로 더 깊숙이 침투할 수 있다.Since the radius of the helical path is inversely proportional to the solenoid voltage Vs, increasing the solenoid voltage Vs allows the accelerating electrons to penetrate deeper into the hole by reducing collision with the side.

전자 총(320)은 LPEB가 2μs의 지속 시간으로 매우 짧은 펄스를 갖도록 조사하므로, 버(burr)를 제거하기에 충분한 에너지를 전달하기 위해 10-30 펄스의 수가 사용될 수 있다. LPEB의 조사 주파수는 0.1Hz일 수 있다. The electron gun 320 irradiates the LPEB with a very short pulse with a duration of 2 mu s so that a number of 10-30 pulses may be used to deliver sufficient energy to remove the burr. The irradiation frequency of the LPEB may be 0.1 Hz.

이동 스테이지(330)는 LPEB가 CFRP 복합재료의 드릴링된 홀의 중심에 초점을 맞출 수 있도록 CFRP 복합재료의 위치를 수평 이동시킬 수 있다. 따라서, LPEB는 각 드릴링된 홀의 전체 표면 및 엣지에 균일하게 조사될 수 있다. 예를 들어, 에너지 밀도의 85% 이상을 포함하는 LPEB의 유효 반경은 20mm일 수 있다. The moving stage 330 can horizontally move the position of the CFRP composite so that the LPEB can focus on the center of the drilled hole of the CFRP composite. Thus, the LPEB can be uniformly irradiated onto the entire surface and edge of each drilled hole. For example, the effective radius of the LPEB, including 85% or more of the energy density, may be 20 mm.

CFRP 복합재료는 카본 섬유(carbon fiber)와 수지(resin)의 두 가지 재료로 구성될 수 있다. 카본 섬유와 수지는 완전히 다른 특성을 가지므로 LPEB 조사에 의해 다르게 영향을 받을 수 있다. 그러나, CFRP 복합체의 표면에서 폴리머 수지의 증발 및 카본 섬유의 손상을 피할 필요가 있다.CFRP composites can be composed of two materials: carbon fiber and resin. Carbon fibers and resins have completely different properties and can be affected differently by LPEB irradiation. However, it is necessary to avoid evaporation of the polymer resin and damage of the carbon fibers on the surface of the CFRP composite.

LPEB의 에너지가 CFRP 복합재료에 포함된 카본 섬유 및 수지의 결합 에너지보다 높기 때문에, LPEB가 조사되는 경우 카본 섬유 및 수지가 손상될 수 있다. 따라서, 버(burr)를 제외한 CFRP 복합재료를 보호하기 위해서 CFRP 복합재료 위에 금속 마스크가 적층될 수 있다. Since the energy of LPEB is higher than the bond energy of carbon fiber and resin contained in the CFRP composite, carbon fiber and resin may be damaged when LPEB is irradiated. Thus, a metal mask may be deposited over the CFRP composite to protect the CFRP composite material other than the burr.

이 경우, 금속 마스크는 섬유 레이저에 의해 드릴링된 홀과 동일한 직경(예: 9mm)으로 절삭될 수 있다. 이후, 금속 마스크는 LPEB 조사 전에 드릴링된 CFRP 복합재료에 위에 고정될 수 있다. 예를 들어, 금속 마스크는 알루미늄 마스크를 포함할 수 있다. 이로 인해, LPEB 조사 중 CFRP 복합재료의 손상이 방지되고, 미절삭 섬유 또는 버(burr)만이 제거될 수 있다.In this case, the metal mask may be cut to the same diameter (e.g., 9 mm) as the hole drilled by the fiber laser. Thereafter, the metal mask may be secured onto the CFRP composite material drilled prior to LPEB irradiation. For example, the metal mask may include an aluminum mask. This prevents damages of the CFRP composite during LPEB irradiation, and only the micro-cut fibers or burrs can be removed.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사를 사용하여 CFRP 복합재료를 디버링하는 과정의 예를 도시한다.4 illustrates an example of a process for deburring a CFRP composite using LPEB irradiation according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, CFRP 복합재료의 드릴링된 홀을 디버링하기 위해 LPEB 조사(irradiation) 공정이 사용될 수 있다. LPEB 조사 전후의 미절삭 섬유(fiber)인 버(burr)의 크기와 구조가 측정될 수 있다. Referring to FIG. 4, an LPEB irradiation process may be used to deburr drilled holes of a CFRP composite. The size and structure of the burrs of the fiber before and after LPEB irradiation can be measured.

본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 공정은 LPEB 조사 중에 에너지 전달에 영향을 미치는 세 가지 주요 파라미터, 즉 가속 전압(acceleration voltage), 솔레노이드 전압(solenoid voltage) 및 펄스의 수(number of pulse)를 독립적으로 조절함으로써 디버링을 수행할 수 있다. The LPEB-based deburring process according to one embodiment of the present invention has three main parameters that affect energy transfer during LPEB irradiation: acceleration voltage, solenoid voltage, and number of pulses. The deburring can be performed independently.

일 실시예에서, LPEB가 10 펄스로 조사되는 경우, CFRP 복합재료의 수지가 증발될 수 있다. 일 실시예에서, LPEB가 20 펄스로 조사되는 경우, CFRP 복합재료의 카본 섬유는 손상되어 다발형 버(burr)가 생성될 수 있다. 일 실시예에서, LPEB가 30 펄스로 조사되는 경우, CFRP 복합재료의 다발형 버(burr)가 제거될 수 있다. In one embodiment, when the LPEB is irradiated with 10 pulses, the resin of the CFRP composite can be evaporated. In one embodiment, when the LPEB is irradiated with 20 pulses, the carbon fibers of the CFRP composite may be damaged to produce bundle-shaped burrs. In one embodiment, when the LPEB is irradiated with 30 pulses, the multiple burrs of the CFRP composite can be removed.

본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 방법을 적용하여 고품질의 버-프리(burr-free) 드릴링된 홀이 획득될 수 있다.A high-quality burr-free drilled hole can be obtained by applying the LPEB-based deburring method according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사 전후의 버(burr)의 광학 이미지를 도시한다. 5 shows an optical image of a burr before and after LPEB irradiation according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 가속 전압(Va) 및 솔레노이드 전압(Vs)의 모든 값에 대해, 둘러싼 수지를 증발시키고 미절삭 카본 섬유를 분리시키기 위해서는 20펄스 이상이 필요할 수 있다. 광학 현미경 이미지를 통해 수지의 부분 증발 및 카본 섬유의 파쇄를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, for all the values of the acceleration voltage Va and the solenoid voltage Vs, more than 20 pulses may be required to evaporate the surrounding resin and separate the micro-cut carbon fibers. Through the optical microscope image, partial evaporation of the resin and fracture of the carbon fiber can be confirmed.

드릴링된 홀에서 관찰된 견고하고 부서지기 쉬운 버(burr) 대신에, LPEB가 조사된 버(burr)는 다른 파라미터와 상관없이 20회 미만의 조사에 따라 얇고 유연하며 다발형(skein-like) 모양입니다. 이는 수지가 부분적으로 증발하여, 카본 섬유가 부서지지 않았음을 나타낼 수 있다. 이 경우에 에너지 밀도 또는 조사 펄스의 수는 수지가 증발하기에는 너무 낮으므로, LPEB 조사는 미절삭 섬유를 완전히 제거할 수 없다.Instead of the hard, brittle burr observed in the drilled hole, the burr irradiated with LPEB is thin, flexible and skein-like in shape with less than 20 irradiations, is. This may indicate that the resin has partially evaporated so that the carbon fibers are not broken. In this case, the number of energy densities or irradiation pulses is too low for the resin to evaporate, so LPEB irradiation can not completely remove micro-cutting fibers.

잔여 버(burr)의 크기는 20펄스 미만의 조사 후에 감소했지만, 작은 다발형 카본 섬유의 생성은 드릴링된 홀의 품질에 부정적 영향을 미칠 수 있다. 이 다발형 버(burr)는 부분적으로 손상된 카본 섬유로 인해 발생한 것일 수 있다.The size of the residual burr has decreased after less than 20 pulses of irradiation, but the production of small bundle-type carbon fibers can have a negative impact on the quality of the drilled hole. This bundle-type burr may be caused by partially damaged carbon fibers.

그러나, 조사 펄스의 수를 30이상으로 늘리면 거의 모든 버(burr)가 제거될 수 있다. 가속 전압(Va) 및 펄스의 수가 30으로 증가함에 따라 다발형 카본 섬유의 수가 완전히 제거된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 반복된 조사 펄스는 이러한 다발형 카본 섬유를 제거하기 위해 사용될 수 있다. However, if the number of irradiation pulses is increased to 30 or more, almost all the burrs can be removed. As the acceleration voltage Va and the number of pulses increased to 30, it was confirmed that the number of bundle carbon fibers was completely removed. Thus, repeated irradiation pulses can be used to remove such bundled carbon fibers.

따라서, 솔레노이드 전압(Vs)을 증가시켜 홀 표면에서 작은 버(burr)를 제거할 수 있다. 3D 기하학적 스캔을 사용하여 홀의 품질과 디버링 성능을 보다 자세히 확인할 수 있다. 즉, LPEB 조사 전후의 홀 정밀도, 표면 품질 및 버(burr)의 크기를 평가할 수 있다.Therefore, the solenoid voltage Vs can be increased to remove a small burr from the hole surface. 3D geometry scans can be used to further examine hole quality and deburring performance. That is, the hole precision, surface quality, and burr size before and after LPEB irradiation can be evaluated.

도 6(a) 내지 6(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사 파라미터를 독립적으로 변화시킨 경우의 버(burr) 크기 그래프를 도시한다.FIGS. 6 (a) to 6 (c) show a burr size graph when the LPEB irradiation parameters are independently varied according to an embodiment of the present invention.

도 6(a)를 참고하면, 솔레노이드 전압(Vs)과 펄스 수가 고정된 경우, 가속 전압에 대한 LPEB 조사 전과 후의 버(burr) 크기의 변화를 확인할 수 있다. 이 경우, 솔레노이드 전압(Vs)은 1.0keV로 일정하게 유지되었으며, 10개의 조사 펄스가 사용되었다.Referring to FIG. 6A, when the solenoid voltage Vs and the pulse number are fixed, a change in the burr size before and after the LPEB irradiation with respect to the acceleration voltage can be confirmed. In this case, the solenoid voltage Vs was kept constant at 1.0 keV, and 10 irradiation pulses were used.

디버링 후 잔여 버(remaining burr)의 평균 크기는 가속 전압(Va)가 증가함에 따라 약간 감소함을 확인할 수 있다. 잔여 버(burr)의 평균 크기의 감소는 LPEB의 에너지 밀도가 가속 전압(Va)과 함께 증가한다는 사실에 기인한다. 가속 전압(Va)가 30keV일 때, 가장 작은 버(burr)들이 생성될 수 있다. 이 경우, 버(burr) 크기는 5.09mm에서 2.76mm로 45.8% 감소할 수 있다.It can be seen that the average size of the remaining burr after deburring decreases slightly as the acceleration voltage Va increases. The reduction in the average size of the residual burr is due to the fact that the energy density of the LPEB increases with the acceleration voltage Va. When the acceleration voltage Va is 30 keV, the smallest burrs can be generated. In this case, the burr size can be reduced by 45.8% from 5.09 mm to 2.76 mm.

또한, 도 6(a)를 참고하면, 잔여 버(burr)의 크기의 분포를 나타내는 오차 막대는 가속 전압(Va)에 따라 크게 변함을 확인할 수 있다. Va가 20keV에서 30keV로 증가할 때, 버(burr) 크기의 변화 범위가 약간 증가했다. 이러한 크기 변화의 예기치 않은 증가는 디버링된 홀의 품질에 악영향을 줄 수 있다. 6 (a), it can be seen that the error bars indicating the distribution of the size of the residual burr largely change according to the acceleration voltage Va. As Va increased from 20 keV to 30 keV, the range of change in burr size slightly increased. This unexpected increase in size variation can adversely affect the quality of the deburred holes.

도 6(b)를 참고하면, 가속 전압(Va)과 솔레노이드 전압(Vs)이 고정된 경우, 펄스의 수에 따른 버(burr) 크기의 변화를 확인할 수 있다. 예를 들어, 가속 전압(Va)와 솔레노이드 전압(Vs)은 각각 30keV와 1.0keV로 고정될 수 있다.Referring to FIG. 6 (b), when the acceleration voltage Va and the solenoid voltage Vs are fixed, a change in the burr size according to the number of pulses can be confirmed. For example, the acceleration voltage Va and the solenoid voltage Vs can be fixed at 30 keV and 1.0 keV, respectively.

펄스의 수를 증가시키는 것이 가속 전압(Va)를 증가시키는 것보다 잔여 버(burr)의 평균 크기를 훨씬 더 감소시키는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 평균 버(burr) 크기는 20펄스 후에 5.09mm에서 1.93mm로 감소되었다. 30개의 펄스 조사 후에 평균 버(burr) 크기는 0.61mm로 훨씬 더 감소했다.It can be seen that increasing the number of pulses significantly reduces the average size of the residual burr rather than increasing the acceleration voltage Va. For example, the average burr size was reduced from 5.09 mm to 1.93 mm after 20 pulses. The average burr size after 30 pulses was reduced to 0.61 mm.

평균 버(burr) 크기(88%)의 가장 큰 감소는 30개의 조사 펄스 이후에 발생함을 확인할 수 있다. 가속 전압(Va)이 30keV보다 클 때, LPEB 조사가 30회 이상 수행된 후에는 미세한(submicro) 크기의 버(burr)만이 남아있게 된다. 또한, 드릴링된 홀의 품질도 도 6(b)의 오차 막대의 감소로 표시한 것처럼 크게 향상됨을 확인할 수 있다.It can be seen that the greatest decrease in average burr size (88%) occurs after 30 irradiation pulses. When the acceleration voltage Va is greater than 30 keV, only a submicro sized burr remains after the LPEB irradiation has been performed 30 or more times. Also, it can be seen that the quality of the drilled hole is greatly improved as indicated by the reduction of the error bars in Fig. 6 (b).

또한, 도 6(b)를 참고하면, 홀에 최대 20개의 펄스를 조사했을 때, 0.5~3.5mm의 넓은 범위의 버(burr) 크기를 확인할 수 있다. 그러나 펄스의 수가 30으로 증가하면, 버(burr) 크기 범위가 감소함을 확인할 수 있다. Further, referring to FIG. 6 (b), when a maximum of 20 pulses are irradiated to the holes, a burr size in a wide range of 0.5 to 3.5 mm can be confirmed. However, it can be seen that as the number of pulses increases to 30, the burr size range decreases.

도 6(c)를 참고하면, 가속 전압(Va)과 펄스 수가 고정된 경우, 솔레노이드 전압(Vs)에 따른 버(burr) 크기의 변화를 확인할 수 있다. 이 경우, 가속 전압(Va)은 30keV로 설정되고 30개의 조사 펄스가 사용될 수 있다.Referring to FIG. 6 (c), when the acceleration voltage Va and the number of pulses are fixed, a change in the burr size according to the solenoid voltage Vs can be confirmed. In this case, the acceleration voltage Va is set to 30 keV and 30 irradiation pulses can be used.

솔레노이드 전압(Vs)을 증가시킬 때 다른 파라미터의 최적 값을 사용했으므로, 이 실험의 결과는 이전 실험과 다를 수 있다. 솔레노이드 전압(Vs)의 각 값에 대해, 잔여 버(burr)는 극도로 작음을 확인할 수 있다.Since the optimum value of the other parameter was used to increase the solenoid voltage Vs, the result of this experiment may be different from the previous experiment. For each value of the solenoid voltage Vs, it can be confirmed that the residual burr is extremely small.

솔레노이드 전압(Vs)이 1.0keV일 때, 잔여 버(burr)는 이미 미세 레벨(submicron level)에 있었지만, 도 6(c)에서 보는 바와 같이 솔레노이드 전압(Vs)이 증가할수록 그 크기는 더 감소한다. 예를 들어, 솔레노이드 전압(Vs)가 1.0keV에서 1.2keV로 증가할 때, 나머지 버(burr)의 크기는 0.61mm에서 0.39mm로 감소했다. 솔레노이드 전압(Vs)이 1.5keV일 때 가장 작은 잔여 버(burr)가 관찰되었다.When the solenoid voltage Vs is 1.0 keV, the residual burr is already at a submicron level, but as the solenoid voltage Vs increases, the size decreases further as shown in Fig. 6 (c) . For example, when the solenoid voltage Vs increased from 1.0 keV to 1.2 keV, the size of the remaining burrs decreased from 0.61 mm to 0.39 mm. The smallest residual burr was observed when the solenoid voltage (Vs) was 1.5 keV.

LPEB 기반 디버링 공정은 버(burr)의 크기를 5.09mm에서 0.17mm로 97% 감소시켰다. 즉, LPEB 조사는 드릴링에 의해 생성된 미절삭 섬유를 거의 완전히 제거함을 확인할 수 있다.The LPEB-based deburring process reduced the size of the burr by 97% from 5.09mm to 0.17mm. That is, it can be confirmed that the LPEB irradiation almost completely removes the microcutting fibers generated by drilling.

또한, 도 6(c)를 참고하면, 솔레노이드 전압(Vs)이 변화함에 따라 30개의 조사 펄스로 디버링한 후에 얻은 버(burr) 크기를 확인할 수 있다. 버(burr) 크기의 변화는 각 경우에 매우 작을 수 있다. 이는 드릴링된 홀의 모든 가장자리에서 균일한 디버링 성능을 의미할 수 있다. 이것은 가속 전자와 CFRP 복합재료 사이의 상호 작용에 의해 발생할 수 있다. Referring to FIG. 6 (c), as the solenoid voltage Vs changes, the burr size obtained after deburring with 30 irradiation pulses can be confirmed. The change in burr size can be very small in each case. This can mean uniform deburring performance at all edges of the drilled hole. This can be caused by the interaction between accelerating electrons and CFRP composites.

CFRP 복합재료는 완전히 다른 두 가지 재료, 즉, 에폭시 수지와 카본 섬유로 구성될 수 있다. 에폭시 수지는 접착제 역할을 하기 때문에, 일반적으로 카본 섬유를 둘러쌀 수 있다.CFRP composites can consist of two completely different materials, epoxy resin and carbon fiber. Since the epoxy resin acts as an adhesive, it can generally surround the carbon fibers.

따라서, 가속 전자가 먼저 수지에 조사될 수 있다. LPEB 조사는 큰 온도 그레디언트(gradient) 및 극도로 높은 온도를 유도할 수 있다. 따라서, 에너지 밀도가 충분하다면, 수지는 짧은 펄스의 지속 시간 내에 용융되거나 증발될 수 있다. 이것은 가속 전자가 카본 섬유에 도달하여 카본-카본 결합을 파괴하여 기판에서 미절삭 섬유를 분리할 수 있음을 의미할 수 있다.Therefore, accelerating electrons can be irradiated to the resin first. LPEB irradiation can lead to large temperature gradients and extremely high temperatures. Thus, if the energy density is sufficient, the resin can be melted or evaporated within a short pulse duration. This can mean that the accelerating electrons can reach the carbon fibers and destroy the carbon-carbon bonds to separate the micro-cutting fibers from the substrate.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀의 치수 정확도 산출의 예를 도시한다.Figure 7 shows an example of the calculation of the dimensional accuracy of a hole according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 드릴링 및 디버링된 홀의 치수 정확성(dimensional accuracy)을 평가하기 위하여, 3D 스캔이 사용될 수 있다.Referring to Figure 7, a 3D scan may be used to evaluate the dimensional accuracy of the drilled and deburred holes.

치수 정확도는 스캔을 통해 획득된 드릴링된 홀(710)에 대한 위치 데이터(position data)를 직경이 9mm인 이론적(ideal) 홀(720)에 대한 예상 데이터와 비교하여 산출할 수 있다. 8개의 다른 지점에서 직경을 비교하여 치수 차이를 추정할 수 있다. 치수 정확도는 직경 편차로 표시되는 홀 모양의 균일성으로 평가될 수 있다.The dimensional accuracy can be calculated by comparing the position data for the drilled hole 710 obtained through the scan with the expected data for the ideal hole 720 having a diameter of 9 mm. You can estimate the dimensional difference by comparing diameters at eight different points. Dimensional accuracy can be evaluated as uniformity of the hole shape expressed by the diameter deviation.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 조사 전후의 3D 기하학적 이미지의 예를 도시한다.FIG. 8 shows an example of a 3D geometric image before and after LPEB irradiation according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, CFRP 복합재료에 드릴링된 홀의 품질은 가장자리와 표면에 있는 버(burr)에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 특히, 차체나 항공기에 사용하기 위한 CFRP 복합재료는 미절삭 섬유가 스택의 균열과 박리가 야기할 수 있으므로 매우 작은 버(burr)라도 발생해서는 안 된다. Referring to FIG. 8, the quality of holes drilled in CFRP composites can be negatively affected by burrs on the edges and on the surface. Particularly, CFRP composites for use in automobiles and aircraft should not cause very small burrs because microfibers can cause cracks and delamination of the stack.

가장자리에 있는 파란색과 붉은색 선은 홀의 직경이 직경 9mm의 이상적인 원에서 벗어난 위치를 나타낼 수 있다. The blue and red lines at the edges can indicate the position of the hole away from an ideal circle with a diameter of 9 mm.

도 8을 통해, LPEB 처리 홀 사이의 편차가 비교적 작음을 확인할 수 있다. 또한, 빨간색 화살표로 표시된 가느다란 모양의 버(burr)가 더 큰 직경 편차를 유발한다는 것도 확인할 수 있다. LPEB 조사 후 홀의 평균 직경 편차가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다.8, it can be confirmed that the deviation between the LPEB processing holes is relatively small. It can also be seen that the slender burrs marked with red arrows lead to larger diameter deviations. It can be seen that the average diameter deviation of the holes after LPEB irradiation is greatly reduced.

또한, 높은 솔레노이드 전압(Vs)을 갖는 LPEB 조사가 홀의 표면을 현저하게 더 매끄럽게 만들었음을 확인할 수 있다. 이것은 반경이 더 큰 나선형의 전자보다 재료에 더 깊게 침투하는 반경이 작은 나선형 경로를 따르는 전자 때문일 수 있다. 최적의 파라미터를 가진 LPEB 조사는 형상이 거의 완전 원형인 드릴링된 홀 및 거의 모든 버(burr) 및 다발형 카본 섬유를 제거할 수 있다.It can also be seen that LPEB irradiation with a high solenoid voltage (Vs) significantly smoothened the surface of the hole. This may be due to electrons following a spiral path with a smaller radius penetrating deeper into the material than the spiral of the larger radius. LPEB irradiation with optimal parameters can remove drilled holes and nearly all burrs and bundle-type carbon fibers with nearly perfect circular shapes.

도 9(a) 내지 9(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 전압(Va), 솔레노이드 전압(Vs) 및 펄스의 수에 대한 LPEB 조사 후의 직경 편차를 도시한다. 9 (a) to 9 (c) show the diameter deviation after the LPEB irradiation with respect to the acceleration voltage Va, the solenoid voltage Vs and the number of pulses according to the embodiment of the present invention.

도 9(a)를 참고하면, 직경 편차와 LPEB 파라미터 사이의 관계는 잔여 버(burr)의 크기와 LPEB 조사 파라미터 사이의 관계와 유사할 수 있다. 가속 전압(Va)이 0에서 30keV로 증가함에 따라 직경 편차는 173.4μm에서 94.6μm로 감소할 수 있다.Referring to Figure 9 (a), the relationship between the diameter deviation and the LPEB parameter may be similar to the relationship between the size of the residual burr and the LPEB irradiance parameter. As the acceleration voltage Va increases from 0 to 30 keV, the diameter deviation can be reduced from 173.4 m to 94.6 m.

도 9(b)를 참고하면, 펄스의 수가 증가함에 따라 직경 편차에 대한 LPEB의 효과가 현저하게 증가할 수 있다. 예를 들어, 편차가 173.4μm에서 53μm로 69.4% 감소하는 것을 확인할 수 있다. LPEB 조사의 표면 평활화 효과(surface smoothing effect)는 솔레노이드 전압(Vs)이 증가함에 따라 직경 편차가 더 감소되었다. 1.5keV로 설정된 솔레노이드 전압(Vs)으로 LPEB 조사의 30펄스 후에 직경 편차는 11.6μm로 감소할 수 있다.Referring to FIG. 9 (b), as the number of pulses increases, the effect of LPEB on the diameter deviation can be remarkably increased. For example, it can be seen that the deviation decreases from 173.4 μm to 53 μm by 69.4%. The surface smoothing effect of the LPEB irradiation was further reduced as the solenoid voltage (Vs) increased. After 30 pulses of LPEB irradiation with a solenoid voltage (Vs) set to 1.5 keV, the diameter deviation can be reduced to 11.6 m.

또한, 가속 전압(Va)을 증가시켰을 때보다 펄스의 수를 증가시켰을 때, 직경 편차의 감소가 더 커서, 펄스의 수에 가장 민감한 것으로 보입니다. 이것은 잔여 버(burr)의 크기와도 관련이 있습니다. Also, when the number of pulses is increased compared to when the acceleration voltage (Va) is increased, the reduction in diameter deviation is larger and appears to be most sensitive to the number of pulses. This also relates to the size of the residual burr.

도 9(c)를 참고하면, 솔레노이드 전압(Vs)의 변화가 직경 편차에 미치는 영향은 잔여 버(burr)의 크기에 미치는 영향과 유사함을 확인할 수 있다. 솔레노이드 전압(Vs)이 1.0keV일 때, 직경 편차는 현저하게 감소하였고, 솔레노이드 전압(Vs)이 증가할수록 계속 감소할 수 있다.Referring to FIG. 9 (c), it is confirmed that the influence of the change in the solenoid voltage Vs on the diameter deviation is similar to the influence on the size of the residual burr. When the solenoid voltage Vs is 1.0 keV, the diameter deviation is remarkably reduced and can be continuously decreased as the solenoid voltage Vs is increased.

잔여 버(burr)의 크기를 줄였을 때와 같은 방식으로 파라미터를 변경하여 홀 모양의 정확성을 향상 시킬 수 있다. 구체적으로, 가속 전압(Va), 솔레노이드 전압(Vs) 및 펄스의 수를 증가시킴으로써 잔여 버(Burr)가 적고 정확한 홀 모양의 홀이 획득될 수 있다.It is possible to improve the accuracy of the hole shape by changing the parameters in the same manner as when the size of the residual burr is reduced. Specifically, by increasing the acceleration voltage Va, the solenoid voltage Vs and the number of pulses, the residual burr can be reduced and accurate hole-shaped holes can be obtained.

CFRP 복합재료의 드릴링된 홀의 경우, 홀의 기하학적 정확도 측면에서 디버링 성능이 평가될 수 있다. 잔여 미절삭 섬유는 홀의 모양을 왜곡시켜 홀의 품질을 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 공정은 CFRP 복합재료의 드릴링된 홀의 기하학적 정확도를 향상시킬 수 있다.For drilled holes in CFRP composites, the deburring performance can be evaluated in terms of hole geometry accuracy. The remaining uncut fibers can distort the shape of the hole and reduce the quality of the hole. Thus, the LPEB-based deburring process according to one embodiment of the present invention can improve the geometric accuracy of drilled holes in CFRP composites.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 장치(300)의 동작 방법을 도시한다.10 illustrates a method of operation of an LPEB-based deburring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참고하면, S1001 단계는 전자 빔을 조사하기 위한 파라미터를 설정하는 단계이다. 예를 들어, 전자 빔은 LPEB를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 빔에 대한 가속 전압, 솔레노이드 전압 및 펄스의 수(number) 중 적어도 하나를 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 펄스의 수는, 30 이상일 수 있다. Referring to FIG. 10, step S1001 is a step of setting a parameter for irradiating the electron beam. For example, the electron beam may include LPEB. In one embodiment, at least one of the acceleration voltage, the solenoid voltage, and the number of pulses for the electron beam can be set. In one embodiment, the number of pulses may be greater than or equal to 30.

S1003 단계는 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 전자 빔을 조사하는 단계이다. 예를 들어, 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료는 CFRP 복합재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 펄스의 수에 따라, 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 반복적으로(repeatedly) 조사할 수 있다. Step S1003 is a step of irradiating an electron beam onto a burr formed in a drilled hole of a carbon fiber-reinforced plastic composite material. For example, the carbon fiber reinforced plastic composite material may comprise a CFRP composite material. In one embodiment, depending on the number of pulses, the electron beam may be repeatedly irradiated to burrs created in the drilled holes of the carbon fiber-reinforced plastic composite material.

일 실시예에서, 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료 상에 금속 마스크(metal mask)가 형성되고, 금속 마스크는, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀과 동일한 직경의 홀이 드릴링되어 있을 수 있다. In one embodiment, a metal mask is formed on the carbon fiber-reinforced plastic composite material, and the metal mask may be drilled with holes of the same diameter as the drilled holes of the carbon fiber-reinforced plastic composite material.

즉, 에너지 밀도와 펄스의 수가 너무 낮은 경우, 다발형 미절삭 카본 섬유가 관찰될 수 있다. 이것들은 홀의 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 공정은 LPEB 조사 파라미터를 최적화하여 드릴링된 CFRP 복합재료에서 결함 없는 디버링을 수행할 수 있다.That is, when the energy density and the number of pulses are too low, a bundle-like cut-off carbon fiber can be observed. These can degrade the quality of the holes. Thus, the LPEB-based deburring process according to an embodiment of the present invention can optimize the LPEB irradiance parameters to perform defect-free deburring in the drilled CFRP composite.

결함이 없는 홀이 있는 CFRP 복합재료는 수명이 길어지므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 LPEB 기반 디버링 공정을 사용하여 조립된 CFRP 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. The CFRP composite with defect-free holes has a longer lifetime and thus can improve the quality of the CFRP product assembled using the LPEB-based deburring process according to one embodiment of the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed herein are for the purpose of describing, not limiting, the technical spirit of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope of the same should be understood as being included in the scope of the present invention.

100: 드릴링 장치
110: 드릴 비트
120: 덮개 고정부
300: 디버링 장치
310: 진공 챔버
320: 전자 총
330: 이동 스테이지
710: 드릴링된 홀
720: 이론적 홀
100: Drilling device
110: Drill bit
120:
300: Deburring device
310: Vacuum chamber
320: Electronic gun
330: Moving stage
710: drilled hole
720: Theoretical Hall

Claims (10)

전자 빔을 조사(irradiate)하기 위한 파라미터를 설정하는 단계; 및
상기 설정된 파라미터에 따라, 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 조사하는 단계;
를 포함하는,
디버링 방법.
Setting a parameter for irradiating the electron beam; And
Irradiating the electron beam to a burr formed in a drilled hole of a carbon fiber-reinforced plastic composite material according to the set parameters;
/ RTI >
Deburring method.
제1항에 있어서,
상기 파라미터를 설정하는 단계는,
상기 전자 빔에 대한 가속 전압, 솔레노이드 전압 및 펄스의 수(number) 중 적어도 하나를 설정하는 단계;
를 포함하는,
디버링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the setting of the parameter comprises:
Setting at least one of an acceleration voltage, a solenoid voltage and a number of pulses for the electron beam;
/ RTI >
Deburring method.
제2항에 있어서,
상기 전자 빔을 조사하는 단계는,
상기 펄스의 수에 따라, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 반복적으로(repeatedly) 조사하는 단계;
를 포함하는,
디버링 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the step of irradiating the electron beam comprises:
Repeatedly irradiating the electron beam to a burr formed in a drilled hole of the carbon fiber-reinforced plastic composite material in accordance with the number of pulses;
/ RTI >
Deburring method.
제2항에 있어서,
상기 펄스의 수는, 30 이상인,
디버링 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the number of pulses is at least 30,
Deburring method.
제1항에 있어서,
상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료 상에 금속 마스크(metal mask)가 형성되고,
상기 금속 마스크는, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀과 동일한 직경의 홀이 드릴링되어 있는,
디버링 방법.
The method according to claim 1,
A metal mask is formed on the carbon fiber-reinforced plastic composite material,
Wherein the metal mask is formed by drilling a hole having the same diameter as the drilled hole of the carbon fiber-reinforced plastic composite material,
Deburring method.
전자 빔을 조사(irradiate)하기 위한 파라미터를 설정하는 제어부; 및
상기 설정된 파라미터에 따라, 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 조사하는 전자 총(electron gun);
을 포함하는,
디버링 장치.
A control unit for setting a parameter for irradiating the electron beam; And
An electron gun for irradiating the electron beam to a burr formed in a drilled hole of a carbon fiber-reinforced plastic composite material according to the set parameters;
/ RTI >
Deburring device.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전자 빔에 대한 가속 전압, 솔레노이드 전압 및 펄스의 수(number) 중 적어도 하나를 설정하는,
디버링 장치.
The method according to claim 6,
Wherein,
Setting at least one of an acceleration voltage, a solenoid voltage and a number of pulses for the electron beam,
Deburring device.
제7항에 있어서,
상기 전자 총은,
상기 펄스의 수에 따라, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀에 생성된 버(burr)에 상기 전자 빔을 반복적으로(repeatedly) 조사하는,
디버링 장치.
8. The method of claim 7,
The electron gun
And repeatedly irradiating the electron beam to a burr formed in a drilled hole of the carbon fiber-reinforced plastic composite material, in accordance with the number of the pulses,
Deburring device.
제7항에 있어서,
상기 펄스의 수는, 30 이상인,
디버링 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the number of pulses is at least 30,
Deburring device.
제6항에 있어서,
상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료 상에 금속 마스크(metal mask)가 형성되고,
상기 금속 마스크는, 상기 카본섬유 강화 플라스틱 복합재료의 드릴링된 홀과 동일한 직경의 홀이 드릴링되어 있는,
디버링 장치.
The method according to claim 6,
A metal mask is formed on the carbon fiber-reinforced plastic composite material,
Wherein the metal mask is formed by drilling a hole having the same diameter as the drilled hole of the carbon fiber-reinforced plastic composite material,
Deburring device.
KR1020180163100A 2017-12-19 2018-12-17 Large pulsed electron beam based deburring method and apparatus of carbon fiber-reinforced plastics KR102142348B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170175423 2017-12-19
KR20170175423 2017-12-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190074230A true KR20190074230A (en) 2019-06-27
KR102142348B1 KR102142348B1 (en) 2020-08-07

Family

ID=67057105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180163100A KR102142348B1 (en) 2017-12-19 2018-12-17 Large pulsed electron beam based deburring method and apparatus of carbon fiber-reinforced plastics

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102142348B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060088585A (en) * 2005-02-02 2006-08-07 주식회사 엠비스텐실즈 Device and method electrolytic deburring of thin plate material for a shadow mask
KR101036879B1 (en) 2008-08-27 2011-05-25 주식회사 이오테크닉스 Drilling apparatus and drilling method
KR20160088060A (en) * 2015-01-15 2016-07-25 울산과학기술원 The large pulsed electron beam(LPEB)-assisted hybrid deburring process of the patterned metal masks
JP2017168206A (en) * 2016-03-14 2017-09-21 Necプラットフォームズ株式会社 Electron beam processing device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060088585A (en) * 2005-02-02 2006-08-07 주식회사 엠비스텐실즈 Device and method electrolytic deburring of thin plate material for a shadow mask
KR101036879B1 (en) 2008-08-27 2011-05-25 주식회사 이오테크닉스 Drilling apparatus and drilling method
KR20160088060A (en) * 2015-01-15 2016-07-25 울산과학기술원 The large pulsed electron beam(LPEB)-assisted hybrid deburring process of the patterned metal masks
JP2017168206A (en) * 2016-03-14 2017-09-21 Necプラットフォームズ株式会社 Electron beam processing device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jisoo Kim et al., Hybrid deburring process assisted by a large pulsed electron beam(LPEB) for laser-fabricated patterned metal masks, Applied Surface Science, Vol. 357, Part B, 1 Dec. 2015, pp. 1676-1* *
Okada,A. et.al, Fundamental Study on Micro-deburring by Large-area EB Irradiation, Procedia CIRP, 2013, Vol.5, pp.19-24* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102142348B1 (en) 2020-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004038339B4 (en) Wafer processing method
US5837964A (en) Laser drilling holes in components by combined percussion and trepan drilling
Kim et al. Deburring drilled holes in CFRP composites with large pulsed electron beam (LPEB) irradiation
Volosova et al. Use of laser ablation for formation of discontinuous (discrete) wear-resistant coatings formed on solid carbide cutting tool by electron beam alloying and vacuum-arc deposition
US20200230705A1 (en) Coated cutting tool
EP4292735A1 (en) Coated tool
Ho et al. Magnetic-field-assisted laser percussion drilling
KR101073414B1 (en) Method of removing hard coating film
Okada et al. Fundamental study on micro-deburring by large-area EB irradiation
Brecher et al. Finishing of polycrystalline diamond tools by combining laser ablation with grinding
JP2017072596A (en) Method for preparing sample for microstructural diagnosis and sample for microstructural diagnosis
KR101893810B1 (en) Grid, production method therefor and ion beam processing device
Świercz et al. Experimental investigation of influence electrical discharge energy on the surface layer properties after EDM
KR102142348B1 (en) Large pulsed electron beam based deburring method and apparatus of carbon fiber-reinforced plastics
JP6850990B2 (en) Diamond-coated cutting tool and its manufacturing method
CA2356055C (en) Laser shock peening tape, method and article
CN110052674B (en) Processing system and processing technology for carbon fiber reinforced composite material micropores
Gohil et al. Challenges in machining of natural fibre composites
CN102371378B (en) Surface wrapping cutting tool
Yilbas et al. Study into the effect of beam waist position on hole formation in the laser drilling process
KR20160029091A (en) Tixsi1-xn layers and the production thereof
RU2428521C2 (en) Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure
Zhang et al. Friction-reducing effect and damage mechanism of laser micro-texture on diamond films during friction
Balamurugan et al. A study on magnetic field assisted laser percussion drilling and its effect on surface integrity
Kalashnikov et al. The effect of the Ti-6Al-4V titanium alloy cylindrical sample 3D-printing trajectory on the structure and mechanical properties

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant