KR20220059916A

KR20220059916A - 샌드위치 구조물 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20220059916A
Application number: KR1020210147675A
Authority: KR
Inventors: 김학성; 유명현; 엄희진; 김헌수; 이지석
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2022-05-10
Also published as: KR102652610B1

Abstract

샌드위치 구조물이 제공된다. 상기 샌드위치 구조물은, 제1 표면층을 이루는 제1 스킨부; 상기 제1 스킨부와 대향되게 이격되며, 제2 표면층을 이루는 제2 스킨부; 및 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이에 개재되어 중간층을 이루되, 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이 공간을 복수 개의 분할 공간으로 구획하는 코어부를 포함하며, 상기 복수 개의 분할 공간에는 각각, 에너지 저장체가 내재화될 수 있다.

Description

샌드위치 구조물 및 그 제조 방법{Sandwich structure and method of manufacturing thereof}

본 발명은 샌드위치 구조물 및 그 제조 방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 우수한 기계적 물성을 제공할 뿐만 아니라 에너지 저장 기능까지 갖춘, 샌드위치 구조물 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.

최근, 자동차, 항공기, 선박 등의 부품 제조에 있어서 샌드위치 구조가 주목 받고 있다. 종래에 많이 사용되고 있는 샌드위치 구조의 경우, 스킨과 코어는 주로 금속을 이용하여 제작된다.

종래 기술에 따른 금속을 이용하여 제작된 샌드위치 구조는, 구조적 특징으로 인하여 굽힘 강성 관점에서 단일 소재보다 성능 향상이 가능하지만 경량화에 있어 한계점이 존재하는 문제가 있었다.

또한, 종래의 샌드위치 구조는 주로 얇은 판재 형태로 제작되는데, 이 경우, 금속의 연성으로 인하여 좌굴에 취약하다는 단점을 가진다.

한편, 종래의 샌드위치 구조는 구조적 특성 상 선체 두께로 인한 내부 공간 감소가 발생되며, 이로 인하여, 배터리와 같은 에너지 저장체를 싣기 위해서는 추가적인 공간이 확보되어야 한다.

하지만, 종래의 제작 방식으로는 복잡한 형상 제작이 불가능하였기 때문에, 코어 형상 설계를 통한 기계적 물성 향상에 분명한 한계가 존재하였다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 우수한 기계적 물성을 제공할 뿐만 아니라 에너지 저장 기능까지 갖춘, 샌드위치 구조물 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 샌드위치 구조물을 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 샌드위치 구조물은, 제1 표면층을 이루는 제1 스킨부; 상기 제1 스킨부와 대향되게 이격되며, 제2 표면층을 이루는 제2 스킨부; 및 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이에 개재되어 중간층을 이루되, 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이 공간을 복수 개의 분할 공간으로 구획하는 코어부를 포함하며, 상기 복수 개의 분할 공간에는 각각, 에너지 저장체가 내재화될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 코어부는 요(凹)부 및 상기 요부와 상하 대칭 구조를 가지는 철(凸)부를 포함하며, 상기 요부와 철부는 일 방향으로 순차 반복적으로 구비되고, 상기 에너지 저장체는 상기 요부에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 스킨부, 제2 스킨부 및 코어부는 각각, 링 형상으로 구비되되, 상기 제2 스킨부는 상기 제1 스킨부 내부에 삽입 가능하도록 상기 제1 스킨부보다 작은 직경을 가지며, 상기 복수 개의 분할 공간 각각에 내재화되는 복수 개의 에너지 저장체는 원주 방향으로 배열되어 링 형상을 이룰 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 스킨부와 코어부 및 상기 제2 스킨부와 코어부는 각각 볼트 결합될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 전기 회로부를 더 포함하되, 상기 전기 회로부는 상기 코어부의 일면에 마련되어, 상기 내재화된 에너지 저장체와 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 전기 회로부가 마련되는 코어부의 일면은 상기 제2 스킨부와 마주하는 면일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 코어부가 전도성 물질로 이루어지는 경우, 상기 코어부의 일면에는 절연층이 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 복수 개의 에너지 저장체는 상기 코어부의 원주 방향으로 상기 코어부의 일면과 타면에 교번 조립되어 코어 조립체를 이루며, 상기 코어 조립체는 축 방향으로 복수 개 배열될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 복수 개의 코어 조립체는 서로 원주 방향 틀어진 각도에 따라 분할 파라미터 1 내지 분할 파라미터 N(여기서, 상기 N은 자연수)으로 배열 구조가 정의되되, 상기 분할 파라미터 1은 상기 복수 개의 코어 조립체의 에너지 저장체 각각이 축 방향으로 모두 동일선상에 배열된 구조로 정의되고, 상기 분할 파라미터 N은 하나의 세트를 이루는 N 개의 코어 조립체의 에너지 저장체 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 스킨부, 제2 스킨부 및 코어부는 연속 섬유로 이루어질 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 연속 섬유는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 아라미드, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 이루어진 섬유 군 중에서 선택된 어느 하나의 섬유 또는 둘 이상이 혼합된 섬유로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명은, 샌드위치 구조물 제조 방법을 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 샌드위치 구조물 제조 방법은, 설정 폭을 가지는 연속 섬유로 이루어지며, 샌드위치 구조물의 제2 표면층을 이루는 제2 스킨부를 배치하는 단계; 상기 제2 스킨부 상에 상기 제2 스킨부의 길이 방향으로 복수 개의 에너지 저장체를 이격 배치하는 단계; 설정 폭을 가지는 연속 섬유로 이루어지며 상기 제2 스킨부와 상기 복수 개의 에너지 저장체가 이루는 굴곡에 상응하는 요부와 철부의 교번 배열로 이루어진 코어부를 상기 제2 스킨부 및 복수 개의 에너지 저장체 상에 밀착시키는 단계; 상측으로 노출되는 상기 코어부의 요부에 에너지 저장체를 배치하는 단계; 및 설정 폭을 가지는 연속 섬유로 이루어지며, 샌드위치 구조물의 제1 표면층을 이루는 제1 스킨부를 상기 코어부 및 상기 에너지 저장체 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 스킨부, 코어부 및 제2 스킨부는 3D 프린팅, RTM, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), 열압착, 성형 중 어느 하나의 방식으로 제작될 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 샌드위치 구조물 제조 방법은, 연속 섬유를 이용하여, 링 형상의 제1 스킨부, 상기 제1 스킨부보다 직경이 작은 링 형상의 제2 스킨부 및 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이에 링 결합될 수 있는 크기로 이루어지며 원주 방향으로 요철 구조를 가지는 코어부를 제조하는 단계; 상기 코어부의 원주 방향으로 상기 코어부의 일면과 타면의 요부에 에너지 저장체를 조립하여, 코어 조립체를 제조하는 단계; 및 적어도 하나의 상기 코어 조립체를 상기 제1 스킨부의 내경과 상기 제2 스킨부의 외경 사이에 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 표면층을 이루는 제1 스킨부; 상기 제1 스킨부와 대향되게 이격되며, 제2 표면층을 이루는 제2 스킨부; 및 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이에 개재되어 중간층을 이루되, 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이 공간을 복수 개의 분할 공간으로 구획하는 코어부를 포함하며, 상기 복수 개의 분할 공간에는 각각, 에너지 저장체가 내재화될 수 있다.

이에 따라, 우수한 기계적 물성을 제공할 뿐만 아니라 에너지 저장 기능까지 갖춘, 샌드위치 구조물 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.

이때, 본 발명의 실시 예에 따르면, 샌드위치 구조를 통하여, 내재화된 에너지 저장체를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 효율적인 부피 활용을 통하여 에너지 저장 공간을 추가 확보하여 효율적인 운용을 가능하게 할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물을 예를 들어, 잠수함 선체 구조물, 자동차 프레임 구조물 및 자동차 문 구조물 등에 적용하는 경우, 높은 기계적 강도를 부여하는 가운데 경량화를 이룰 수 있으며, 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 샌드위치 구조물이 적용되는, 잠수함 선체 구조물, 자동차 프레임 구조물 및 자동차 문 구조물 등이 보다 효율적으로 운용되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 샌드위치 구조물을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 변형 실시 예에 따른 패널형 샌드위치 구조물을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 스킨부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 코어부를 나타낸 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코어 조립체의 분할 파라미터 배열 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 전기 회로부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 절연층을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패널형 샌드위치 구조물 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 12은 도 11의 S110 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 13은 도 11의 S120 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 도 11의 S130 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 15는 도 11의 S140 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 도 11의 S150 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 샌드위치 구조물 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 18은 도 17의 S210 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 19는 도 17의 S220 단계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 20은 도 17의 S230 단계를 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 샌드위치 구조물을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 변형 실시 예에 따른 패널형 샌드위치 구조물을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 스킨부를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 코어부를 나타낸 사시도이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코어 조립체의 분할 파라미터 배열 구조를 설명하기 위한 모식도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 전기 회로부를 설명하기 위한 모식도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물의 절연층을 설명하기 위한 모식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물(100)은 원통형으로 구비될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물(100)은 판상의 패널형으로도 구비될 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물(100)은 자동차, 수중 운동체, 항공기 등 다양한 동체의 구조체로 적용되어, 우수한 기계적 물성을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물(100)은 우수한 기계적 물성을 제공할 뿐만 아니라 에너지 저장 기능까지 갖추고 있는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물(100)은 원통형 또는 패널형으로 구비될 수 있다. 이때, 설명의 편의를 위하여, 하기에서는 샌드위치 구조물(100)의 형태를 원통형으로 상정하여 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물(100)은 제1 스킨부(110), 제2 스킨부(120) 및 코어부(130)를 포함하여 형성될 수 있다.

도 3을 더 참조하면, 제1 스킨부(110)는 샌드위치 구조물(100)의 제1 표면층을 이룰 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 스킨부(110)는 설정 폭을 가지는 링 형상으로 구비될 수 있다. 이때, 제1 스킨부(110)는 샌드위치 구조물(100)의 표피층 혹은 최외각층을 이룰 수 있다. 이에 따라, 제1 스킨부(110)는 제2 스킨부(120)보다 상대적으로 큰 직경을 가질 수 있다.

제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120)가 조립되는 경우, 제1 스킨부(110)의 내경과 제2 스킨부(120)의 외경 사이에는 코어부(130)가 설치될 이격 공간이 마련될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 스킨부(110)는 코어부(130)를 통하여 제2 스킨부(120)와 연결될 수 있다.

제1 스킨부(110)는 내경 측에 배치되는 코어부(130)와 볼트(T) 결합될 수 있다. 이를 위해, 제1 스킨부(110)에는 원주 방향으로 볼트(T)가 체결되는 체결공(111)이 설정 간격으로 복수 개 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1 스킨부(110)와 코어부(130)가 볼트(T)를 통하여 결합됨에 따라, 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 제1 스킨부(110)와 코어부(130)가 볼트(T)를 통하여 결합됨에 따라, 필요에 따라 언제든지 제1 스킨부(110)로부터 코어부(130)를 분리하는 것이 가능할 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제1 스킨부(110)와 코어부(130)는 에폭시에 의해 접합될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 스킨부(110)는 연속 섬유로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 스킨부(110)는 연속 탄소 섬유로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제1 스킨부(110)는 탄소 섬유 외에도 유리 섬유, 케블라, 아라미드, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 이루어진 섬유 군 중에서 선택된 어느 하나의 섬유 또는 둘 이상이 혼합된 섬유로도 이루어질 수 있다.

계속해서, 도 1 및 도 3을 참조하면, 제2 스킨부(120)는 샌드위치 구조물(100)의 제2 표면층을 이룰 수 있다. 이러한 제2 스킨부(120)는 설정 폭을 가지는 링 형상으로 구비될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 스킨부(120)는 제1 스킨부(110)보다 상대적으로 작은 직경을 가질 수 있다.

이에 따라, 제2 스킨부(120)는 제1 스킨부(110)의 내경 측에 제1 스킨부(110)와 대향되게 이격되는 형태로 배치될 수 있다. 이를 통하여, 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120) 사이에는 코어부(130)가 설치되는 공간이 정의될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 스킨부(120)는 코어부(130)를 통하여 제1 스킨부(110)와 연결될 수 있다.

한편, 제2 스킨부(120)는 외경 측에 배치되는 코어부(130)와 볼트(T) 결합될 수 있다. 이를 위해, 제2 스킨부(120)에는 원주 방향으로 볼트(T)가 체결되는 체결공(121)이 설정 간격으로 복수 개 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 스킨부(110)와 코어부(130), 제2 스킨부(120)와 코어부(130)가 각각, 볼트(T) 결합됨에 따라, 샌드위치 구조물(100)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 스킨부(110)와 코어부(130), 제2 스킨부(120)와 코어부(130)가 각각, 볼트(T) 결합됨에 따라, 필요에 따라 언제든지 제1 스킨부(110)와 코어부(130)를 분리하거나 제2 스킨부(120)와 코어부(130)를 분리할 수 있다.

이와 같이, 제1 스킨부(110)와 코어부(130), 제2 스킨부(120)와 코어부(130)가 각각, 볼트(T) 결합되면, 후술되는 에너지 저장체(B)의 교체 편의성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 1 스킨부(110), 코어부(130) 및 제2 스킨부(120)는 에폭시에 의해 접합될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 스킨부(120)는 제1 스킨부(110)와 마찬가지로 연속 섬유로 이루어질 수 있다. 즉, 제2 스킨부(120)는 예를 들어, 연속 탄소 섬유로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제2 스킨부(120)는 탄소 섬유 외에도 유리 섬유, 케블라, 아라미드, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 이루어진 섬유 군 중에서 선택된 어느 하나의 섬유 또는 둘 이상이 혼합된 섬유로도 이루어질 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 코어부(130)는 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120) 사이에 개재되어, 샌드위치 구조물(100)의 중간층을 이룰 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어부(130) 또한 제1 스킨부(110) 및 제2 스킨부(120)와 마찬가지로 링 형상으로 구비될 수 있다. 이때, 코어부(130)는 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120)가 대향되면서 이루는 사이 공간에 삽입 가능한 크기로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어부(130)는 제1 스킨부(110) 및 제2 스킨부(120)와 각각 볼트(T) 결합될 수 있다. 이를 위해, 코어부(130)에는 원주 방향으로 볼트(T)가 체결되는 체결공(131)이 설정 간격으로 복수 개 형성될 수 있다.

여기서, 코어부(130)의 원주 방향으로 형성된 복수 개의 체결공(131)은 제1 스킨부(110)의 체결공(111) 및 제2 스킨부(120)의 체결공(121)과 교번되면서 볼트(T)가 체결되는 단일 유로를 이룰 수 있다.

예를 들어, 어느 하나의 체결공(131)이 제1 스킨부(110)에 구비되는 체결공(111)과 단일 유로를 이룰 경우, 상기 어느 하나의 체결공(131)을 기준으로 이의 원주 방향 양측 체결공(131)은 제2 스킨부(120)에 구비되는 체결공(121)과 단일 유로를 이룰 수 있다.

한편, 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120) 사이에 개재되어 샌드위치 구조물(100)의 중간층을 이루는 코어부(130)는 상기 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120)가 대향되면서 이루는 사이 공간을 복수 개의 분할 공간(도 2의 S)으로 구획할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수 개의 분할 공간(도 2의 S)에는, 각각, 배터리와 같은 에너지 저장체(B)가 내재화될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 샌드위치 구조물(100)에 복수 개의 에너지 저장체(B)를 내재화함으로써, 에너지 밀집도를 향상시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어부(130)는 물결 무늬, 벌집 구조 및 요철 구조 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어부(130)는 요(凹)부(132)와 철(凸)부(133)를 포함할 수 있다.

상기 요부(132)와 철부(133)는 일 방향, 예를 들어, 원주 방향으로 순차 반복적으로 구비될 수 있다. 이때, 요부(132)와 철부(133)는 상하 대칭 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 요부(132)가 역 등변 사다리꼴로 구비되는 경우, 철부는 이와 대응되는 등변 사다리꼴로 구비될 수 있다.

제1 스킨부(110)와 마주하는 코어부(130)의 일면을 기준으로, 요부(132)의 바닥면은 제2 스킨부(120)와 밀착될 수 있다. 이에 따라, 요부(132)의 바닥면에 형성되는 체결공(131)은 제2 스킨부(120)에 형성되는 체결공(121)과 단일 유로를 이루며, 이러한 단일 유로에는 제2 스킨부(120)와 코어부(130)를 고정시키기 위한 볼트(T)가 체결될 수 있다.

또한, 제1 스킨부(110)와 마주하는 코어부(130)의 일면을 기준으로, 철부(133)의 돌출면은 제1 스킨부(110)와 밀착될 수 있다. 이에 따라, 철부(133)의 돌출면에 형성되는 체결공(131)은 제1 스킨부(110)에 형성되는 체결공(111)과 단일 유로를 이루며, 이러한 단일 유로에는 제1 스킨부(110)와 코어부(130)를 고정시키기 위한 볼트(T)가 체결될 수 있다.

여기서, 상기 요부(132)의 바닥면은 제2 스킨부(120)와 마주하는 코어부(130)의 타면을 기준으로 볼 때, 철부(133)의 돌출면이 되고, 상기 철부(133)의 돌출면은 요부(132)의 바닥면이 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 코어부(130)의 일면과 타면에 원주 방향으로 형성되는 복수 개의 요부(132)는 복수 개의 분할 공간(도 2의 S)으로 정의될 수 있다.

에너지 저장체(B)는 복수 개의 분할 공간(도 2의 S)을 정의하는 복수 개의 요부(132)에 탑재될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어부(130)의 요철 구조는 원주 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 요부(1432)에 탑재되는 복수 개의 에너지 저장체(B)는 링 형상을 이루는 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120)의 사이 공간에 원주 방향으로 배열되면서, 이들과 마찬가지로 링 형상을 이룰 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수 개의 에너지 저장체(B)는 코어부(130)의 원주 방향으로 코어부(130)의 일면과 타면에 교번 조립되어 코어 조립체(도 5의 130B)를 이룰 수 있다. 이때, 이러한 코어 조립체(130B)는 축 방향으로 복수 개 배열되어 샌드위치 구조물(100)을 이룰 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 축 방향으로 배열되는 복수 개의 코어 조립체(130B)의 원주 방향으로 틀어진 결합 각도를 조절함으로써, 샌드위치 구조물(100)의 기계적 특성을 조절할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수 개의 코어 조립체(130B)는 서로 원주 방향으로 틀어진 각도에 따라 분할 파라미터 1 내지 분할 파라미터 N으로, 배열 구조가 정의될 수 있다. 여기서, 상기 N은 자연수일 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 코어 조립체(130B)가 축 방향으로 연속 배열되는 경우, 분할 파라미터 1은 3개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 모두 동일선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다. 다른 관점에서, 분할 파라미터 1은 3개의 코어 조립체(130B)의 철부(133) 각각이 축 방향으로 모두 동일선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

즉, 분할 파라미터 1은 첫 번째 코어 조립체(130B)를 기준으로, 이에 차례로 축 방향으로 연결되는 두 번째 코어 조립체(130B) 및 세 번째 코어 조립체(130B)의 원주 방향으로 틀어진 결합 각도가 0인 것을 의미할 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 3개의 코어 조립체(130B)가 축 방향으로 연속 배열되는 경우, 분할 파라미터 2는 하나의 세트를 이루는 2개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

즉, 분할 파라미터 2는 2개의 코어 조립체(130B)인 첫 번째 코어 조립체(130B)와 두 번째 코어 조립체(130B)가 하나의 세트를 이루는 가운데, 첫 번 째 코어 조립체(130B)에 축 방향으로 연결되는 두 번째 코어 조립체(130B)가 원주 방향으로 틀어진 배열 구조일 수 있다.

이때, 분할 파라미터 2의 경우, 두 번째 코어 조립체(130B)에 축 방향으로 연결되는 세 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)는 첫 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)와 축 방향으로 동일선상에 배열될 수 있다.

이에 따라, 두 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)와 세 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)는 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열될 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 코어 조립체(130B)가 축 방향으로 연속 배열되는 경우, 분할 파라미터 3은 하나의 세트를 이루는 3개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

즉, 분할 파라미터 3은 3개의 코어 조립체(130B)인 첫 번째 코어 조립체(130B) 내지 세 번째 코어 조립체(130B)가 하나의 세트를 이루는 가운데, 첫 번 째 코어 조립체(130B)에 축 방향으로 연결되는 두 번째 코어 조립체(130B)가 원주 방향으로 틀어지고, 두 번째 코어 조립체(130B)에 축 방향으로 연결되는 세 번째 코어 조립체(130B) 또한 원주 방향으로 더 틀어질 수 있다. 이에 따라, 세 번째 코어 조립체(130B)는 첫 번째 코어 조립체(130B)에 대해서, 두 번째 코어 조립체(130B)보다 원주 방향으로 더 틀어질 수 있다.

예를 들어, 한 개의 코어 조립체(130B)가 축 방향으로 더 연결되어, 4개의 코어 조립체(130B)가 축 방향으로 연속 배열되는 경우를 상정하면, 분할 파라미터 3의 경우, 세 번째 코어 조립체(130B)에 축 방향으로 연결되는 네 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)는 첫 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)와 축 방향으로 동일선상에 배열될 수 있다.

이에 따라, 네 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)는 두 번째 및 세 번째 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B)와 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열될 수 있다.

마찬가지로, 도시하진 않았지만, 적어도 5개의 코어 조립체(130B)가 축 방향으로 연속 배열되는 경우를 상정하면, 분할 파라미터 4는 하나의 세트를 이루는 4개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

또한, 분할 파라미터 5는 하나의 세트를 이루는 5개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

즉, 분할 파라미터 N은 하나의 세트를 이루는 N 개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수 개의 코어 조립체(130B)의 축 방향 배열 구조를 분할 파라미터 1 내지 분할 파라미터 N으로 조절함으로써, 샌드위치 구조물(100)의 기계적 특성을 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어부(130)는 제1 스킨부(110) 및 제2 스킨부(120)와 마찬가지로 연속 섬유로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 제1 스킨부(110), 제2 스킨부(120) 및 코어부(130)가 연속 섬유로 이루어짐에 따라, 샌드위치 구조물(100)은 보다 경량화될 수 있다.

코어부(130)는 예를 들어, 연속 탄소 섬유로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 코어부(130)는 탄소 섬유 외에도 유리 섬유, 케블라, 아라미드, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 이루어진 섬유 군 중에서 선택된 어느 하나의 섬유 또는 둘 이상이 혼합된 섬유로도 이루어질 수 있다.

샌드위치 구조물(100)에 내재화되는 복수 개의 에너지 저장체(B)에 저장되어 있는 에너지를 사용하기 위해서는 복수 개의 에너지 저장체(B)와, 이의 에너지를 동력으로 제공 받아 구동되는 장치나 시스템 간의 전기적 연결 구조가 필요하다.

이에, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샌드위치 구조물(100)은 전기 회로부(140)를 더 포함할 수 있다.

상기 전기 회로부(140)는 코어부(130)의 일면에 마련되어, 내재화된 에너지 저장체(B)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 전기 회로부(140)는 에너지 저장체(B)의 출력 단자(B1) 및 외부 장치 간의 전기적 연결을 위해, 코어부(130)의 일면에 패턴화되는 배선 패턴(142) 및 상기 배선 패턴(142) 상에 연결되어 에너지, 즉, 전기의 흐름을 제어하는 전력 반도체(141)를 포함할 수 있다.

이때, 도 9를 참조하면, 상기 전기 회로부(140)가 마련되는 코어부(130)의 일면은 제2 스킨부(120)와 마주하는 면일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전기 회로부(140)는 원통형 샌드위치 구조물(100)의 내경 측으로 구비될 수 있다. 이를 통해, 전기 회로부(140)는 외부 환경으로부터 보호될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 코어부(130)는 탄소 섬유와 같은 전도성 물질로 이루어질 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 코어부(130)가 전도성 물질로 이루어지는 경우, 코어부(130)의 일면에는 절연층(150)이 형성될 수 있다. 이에, 전기 회로부(140)는 절연층(150) 상에 마련되어, 에너지 저장체(B)의 출력 단자(B1)와만 전기적으로 연결될 수 있다.

실시 예1

샌드위치 구조 코어부를 물결 무늬 격자를 이용하여 너비가 57.09㎜, 높이가 20.202㎜인 단위 구조를 정의하였으며, 이러한 단위 구조를 여러 개 사용하여 샌드위치 코어를 설계하였다. 스킨부는 슬라이스 프로그램을 이용하여 [0/90]ns 배열이 되도록 적층각을 지정하였다. 설계된 샌드위치 구조의 스킨부와 지름이 0.35㎜인 연속 탄소 섬유 필라멘트를 이용하여 3D 프린팅하였다. 프린팅 온도는 275℃로 설정하였으며, 프린팅 레이어 두께는 0.125㎜로 진행하였다. 코어 재료로는 단섬유 강화 나일론 필라멘트를 이용하였으며, 이 경우, 나일론 모재 안에 탄소 단섬유가 강화되어 있는 것으로 지름은 1.75㎜이며, 기존 플라스틱 노즐을 이용하여 추가적인 커팅 기능 없이 프린팅 가능하다. 프린팅된 코어와 스킨은 사포를 이용하여 폴리싱하였으며, 이러한 후처리 공정 진행 후 접합하였다. 코어와 스킨부는 에폭시를 이용하여 접합하였으며, 80℃에서 4시간 경화 후 3점 굽힘 시험을 진행하였다. 3점 굽힘 시험 시 변위 제어로 진행하였으며, 변위 속도는 2㎜/min으로 설정하였다. 시험 결과, 단섬유 강화 필라멘트로 제작된 샌드위치 구조의 경우, 447.63 N/㎜의 굽힘 강성과 2092.52N의 최대 하중 값을 얻었다.

실시 예2

코어 재료를 연속 섬유 강화 나일론 필라멘트를 이용하여 실시 예1과 동일한 형상을 제작하였다. 연속 탄소 섬유 강화 나일론 필라멘트의 경우, 나일론 모재 안에 연속 탄소 섬유가 강화되어 있는 지름 0.35㎜의 필라멘트이며, 연속 탄소 섬유 전용 노즐을 이용하여 프린팅 중간에 커팅을 진행하면서 제작하였다. 프린팅된 코어와 스킨은 사포를 이용하여 폴리싱하였으며, 이러한 후처리 공정 진행 후 접합하였다. 코어와 스킨부는 에폭시를 이용하여 접합하였으며, 80℃에서 4시간 경화 후 3점 굽힘 시험을 진행하였다. 실시 예1과 동일한 방식으로 3점 굽힘 시험을 진행하였다. 시험 결과, 연속 탄소 섬유 강화 필라멘트로 제작된 샌드위치 구조의 경우, 882.72 N/㎜의 굽힘 강성과 3842.90N의 최대 하중 값을 얻었다.

실시 예3

실시 예1의 제작 방식으로, 코어 재료를 연속 섬유 강화 나일론 필라멘트를 이용하여 분할 파라미터에 따라 다른 코어 형상을 제작하였다. 이는, 분할 파라미터에 따라 코어 형상 각도를 다르게 배열한 것으로 분할 파라미터 2의 경우에 대해 프린팅하여 샌드위치 구조를 제작하였다. 시험 결과, 분할 파라미터가 2인 샌드위치 구조의 경우, 1110.27 N/㎜의 굽힘 강성과 3538.52 N의 최대 하중 값을 얻었다.

실시 예4

실시 예1의 제작 방식으로, 코어 재료를 연속 섬유 강화 나일론 필라멘트를 이용하여 분할 파라미터에 따라 다른 코어 형상을 제작하였다. 이는, 분할 파라미터에 따라 코어 형상 각도를 다르게 배열한 것으로 분할 파라미터 3의 경우에 대해 프린팅하여 샌드위치 구조를 제작하였다. 시험 결과, 분할 파라미터가 3인 샌드위치 구조의 경우, 1736.18 N/㎜의 굽힘 강성과 4301.99 N의 최대 하중 값을 얻었다.

실시 예5

실시 예1의 제작 방식으로, 코어 재료를 연속 섬유 강화 나일론 필라멘트를 이용하여 분할 파라미터에 따라 다른 코어 형상을 제작하였다. 이는, 분할 파라미터에 따라 코어 형상 각도를 다르게 배열한 것으로 분할 파라미터 4의 경우에 대해 프린팅하여 샌드위치 구조를 제작하였다. 시험 결과, 분할 파라미터가 4인 샌드위치 구조의 경우, 1932.65 N/㎜의 굽힘 강성과 4126.21 N의 최대 하중 값을 얻었다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패널형 샌드위치 구조물 제조 방법에 대하여, 도 11 내지 도 16을 참조하여 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패널형 샌드위치 구조물 제조 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 12은 도 11의 S110 단계를 설명하기 위한 모식도이며, 도 13은 도 11의 S120 단계를 설명하기 위한 모식도이고, 도 14는 도 11의 S130 단계를 설명하기 위한 모식도이며, 도 15는 도 11의 S140 단계를 설명하기 위한 모식도이고, 도 16은 도 11의 S150 단계를 설명하기 위한 모식도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패널형 샌드위치 구조물 제조 방법은 S110 단계 내지 S150 단계를 포함할 수 있다.

S110 단계

도 12에 도시된 바와 같이, S110 단계는 샌드위치 구조물(도 2의 100)의 제2 표면층을 이루는 판상의 제2 스킨부(120)를 배치하는 단계이다.

이때, 상기 제2 스킨부(120)는 3D 프린팅, RTM, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), 열압착, 성형 중 어느 하나의 방식으로 제작될 수 있다. 이러한 제2 스킨부(120)로는 연속 섬유를 사용할 수 있다.

제2 스킨부(120)로는 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 아라미드 등의 연속 탄소 섬유 필라멘트와, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리젖산, 스타이렌 수지 등의 플라스틱 필라멘트와, 단섬유가 혼합되어 있는 폴리마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 단섬유 필라멘트를 사용할 수 있다.

여기서, 제2 스킨부(120)를 제작하는 방식이 3D 프린팅인 경우, 연속 섬유 필라멘트를 3D 프린팅을 통해 적층하는 단계 및 상기 적층 단계에서 얻은 복합 재료를 후처리 공정으로 표면 처리하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

S120 단계

도 13에 도시된 바와 같이, S120 단계는 준비된 제2 스킨부(120) 상에 제2 스킨부(120)의 길이 방향으로 복수 개의 에너지 저장체(B)를 이격 배치하는 단계이다. 이때, 복수 개의 에너지 저장체(B)는 제2 스킨부(120) 상에 등 간격으로 배치될 수 있으며, 이격된 폭은 에너지 저장체(B)의 폭과 대응될 수 있다.

S130 단계

도 14에 도시된 바와 같이, S130 단계는 코어부(130)를 제2 스킨부(120) 및 복수 개의 에너지 저장체(B) 상에 배치하는 단계이다.

여기서, 코어부(130)로는 제2 스킨부(120)와 마찬가지로, 연속 섬유가 사용될 수 있다. 이때, 코어부(130)를 제조하는 연속 섬유가 3D 프린팅용 필라멘트인 경우, 트러스, 피라미드, 물결 무늬, 벌집 모양, re-entrant 구조 등 격자 및 결정 구조 군에 해당하는 형상을 연속 섬유 필라멘트를 이용하여 섬유 배열이 흐트러지지 않게 3D 프린팅함으로써, 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 3D 프린팅용 필라멘트로는 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 아라미드 등의 연속 탄소 섬유 필라멘트와, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리젖산, 스타이렌 수지 등의 플라스틱 필라멘트와, 단섬유가 혼합되어 있는 폴리마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 단섬유 필라멘트를 사용할 수 있다.

또한, 코어부(130)를 제조하는 연속 섬유가 단섬유 혹은 직조된 시트인 경우, 트러스, 피라미드, 물결 무늬, 벌집 모양, re-entrant 구조 등의 격자 및 결정 구조 군에 해당하는 형상 몰드를 이용하여 시트 적층 후 RTM, VARTM, 오토 클레이브, 열압착 방식 등으로 모재를 경화시킬 수 있다.

이때, 제2 스킨부(120)와 코어부(130)는 수지나 볼트(T)에 의해 결합될 수 있다. 제2 스킨부(120)와 코어부(130)의 결합에 수지가 사용되는 경우, 수지는, 에폭시 기반의 열경화성 플라스틱과 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트 등의 열 가소성 플라스틱 등의 군에서 하나의 종류를 사용하거나 두 개 이상의 수지를 선택적으로 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코어부(130)는 복수 개의 에너지 저장체(B)가 이루는 굴곡에 상응하는 요부(132) 및 철부(133)의 교번 배열로 이루어질 수 있으며, S130 단계에서는 이러한 코어부(130)를 제2 스킨부(120) 및 복수 개의 에너지 저장체(B) 상에 밀착시킬 수 있다.

S140 단계

도 15에 도시된 바와 같이, S140 단계는 상측으로 노출되는 코어부(130)의 요부(132)에 에너지 저장체(B)를 배치하는 단계이다.

이에 따라, 제2 스킨부(120) 상에는 제2 스킨부(120)의 길이 방향으로 등변 사다리꼴 형상의 복수 개의 에너지 저장체(B)가 서로 맞물리는 형태로 배열될 수 있다.

S150 단계

도 16에 도시된 바와 같이, S150 단계는 설정 폭을 가지는 판상의 제1 스킨부(110)를 코어부(130) 및 에너지 저장체(B) 상에 배치하는 단계이다.

제1 스킨부(110)는 3D 프린팅, RTM, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), 열압착, 성형 중 어느 하나의 방식으로 제작될 수 있다. 이러한 제1 스킨부(110)로는 연속 섬유를 사용할 수 있다.

이러한 제1 스킨부(110)로는 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 아라미드 등의 연속 탄소 섬유 필라멘트와, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리젖산, 스타이렌 수지 등의 플라스틱 필라멘트와, 단섬유가 혼합되어 있는 폴리마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 단섬유 필라멘트를 사용할 수 있다.

이와 같이, S150 단계가 완료되면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패널형 샌드위치 구조물(100)이 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 샌드위치 구조물 제조 방법에 대하여, 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명하기로 한다.

도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 샌드위치 구조물 제조 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 18은 도 17의 S210 단계를 설명하기 위한 모식도이며, 도 19는 도 17의 S220 단계를 설명하기 위한 모식도이고, 도 20은 도 17의 S230 단계를 설명하기 위한 모식도이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 샌드위치 구조물 제조 방법은 S210 단계 내지 S230 단계를 포함할 수 있다.

S210 단계

도 18에 도시된 바와 같이, S210 단계에서는 연속 섬유를 이용하여 제1 스킨부(110), 제2 스킨부(120) 및 코어부(130)를 제조할 수 있다.

이때, S210 단계에서는 연속 섬유를 이용하여, 링 형상의 제1 스킨부(110)를 제조할 수 있다.

또한, S210 단계에서는 연속 섬유를 이용하여, 제1 스킨부(110)보다 직경이 작은 링 형상의 제2 스킨부(120)를 제조할 수 있다.

그리고 S210 단계에서는 연속 섬유를 이용하여, 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120) 사이에 링 결합될 수 있는 크기로 이루어지며 원주 방향으로 예를 들어, 요철 구조를 가지는 코어부(130)를 제조할 수 있다.

여기서, 이러한 제1 스킨부(110), 제2 스킨부(120) 및 코어부(130)는 3D 프린팅, RTM, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), 열압착, 성형 중 어느 하나의 방식으로 제조될 수 있다.

이때, 제1 스킨부(110) 및 제2 스킨부(120)로는 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 아라미드 등의 연속 탄소 섬유 필라멘트와, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리젖산, 스타이렌 수지 등의 플라스틱 필라멘트와, 단섬유가 혼합되어 있는 폴리마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 단섬유 필라멘트를 사용할 수 있다.

여기서, 제1 스킨부(110) 및 제2 스킨부(120)를 제조하는 방식이 3D 프린팅인 경우, 연속 섬유 필라멘트를 3D 프린팅을 통해 적층하는 단계 및 상기 적층 단계에서 얻은 복합 재료를 후처리 공정으로 표면 처리하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 코어부(130) 제조에 사용되는 3D 프린팅용 필라멘트로는 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 아라미드 등의 연속 탄소 섬유 필라멘트와, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리젖산, 스타이렌 수지 등의 플라스틱 필라멘트와, 단섬유가 혼합되어 있는 폴리마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 단섬유 필라멘트를 사용할 수 있다.

한편, 코어부(130) 제조에 사용되는 연속 섬유가 단섬유 혹은 직조된 시트인 경우, 트러스, 피라미드, 물결 무늬, 벌집 모양, re-entrant 구조 등의 격자 및 결정 구조 군에 해당하는 형상 몰드를 이용하여 시트 적층 후 RTM, VARTM, 오토 클레이브, 열압착 방식 등으로 모재를 경화시킬 수 있다.

S220 단계

도 19에 도시된 바와 같이, S220 단계에서는 코어부(130)의 원주 방향으로, 코어부(130)의 일면과 타면의 요부(132)에 에너지 저장체(B)를 조립하여, 코어 조립체(130B)를 제조할 수 있다.

이때, S220 단계에서는 이러한 코어 조립체(130B)를 축 방향으로 복수 개 배열시킬 수 있다.

예를 들어, S220 단계에서는 파라미터 1로 정의되는 배열 구조로 복수 개의 코어 조립체(130B)를 축 방향으로 배열시킬 수 있다. 여기서, 파라미터 1로 정의되는 배열 구조는 복수 개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 모두 동일선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

또한, S220 단계에서는 파라미터 2로 정의되는 배열 구조로 복수 개의 코어 조립체(130B)를 축 방향을 배열시킬 수 있다. 여기서, 파라미터 2로 정의되는 배열 구조는 하나의 세트를 이루는 2개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

이와 같이, S220 단계에서는 파라미터 N으로 정의되는 배열 구조로 복수 개의 코어 조립체(130B)를 축 방향으로 배열시킬 수 있다.

여기서, 파라미터 N으로 정의되는 배열 구조는 하나의 세트를 이루는 N개의 코어 조립체(130B)의 에너지 저장체(B) 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의될 수 있다.

여기서, N은 자연수이며, 상기 N의 수가 클수록 제조되는 샌드위치 구조물(100)의 기계적 특성은 보다 향상될 수 있다.

S230 단계

도 20에 도시된 바와 같이, S230 단계에서는 적어도 하나의 코어 조립체(130B)를 제1 스킨부(110)의 내경과 제2 스킨부(120)의 외경 사이에 결합시킬 수 있다.

여기서, S230 단계에서는 코어 조립체(130B)를 제1 스킨부(110)와 제2 스킨부(120) 사이에 삽입한 후 볼트(T)를 통하여, 이들과 일체로 결합시킬 수 있다. 또한, S230 단계에서는 수지를 사용하여, 코어 조립체(130B)를 제1 스킨부(110) 및 제2 스킨부(120)와 접합시킬 수도 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100; 샌드위치 구조물
110; 제1 스킨부
111, 121, 131; 체결공
120; 제2 스킨부
130; 코어부
130B; 코어 조립체
132; 요부
133; 철부
140; 전기 회로부
141; 전력 반도체
142; 배선 패턴
150; 절연층
B; 에너지 저장체
B1; 출력 단자
T; 볼트
S; 분할 공간

Claims

제1 표면층을 이루는 제1 스킨부;
상기 제1 스킨부와 대향되게 이격되며, 제2 표면층을 이루는 제2 스킨부; 및
상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이에 개재되어 중간층을 이루되, 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이 공간을 복수 개의 분할 공간으로 구획하는 코어부;를 포함하며,
상기 복수 개의 분할 공간에는 각각, 에너지 저장체가 내재화되는, 샌드위치 구조물.
제1 항에 있어서,
상기 코어부는 요(凹)부 및 상기 요부와 상하 대칭 구조를 가지는 철(凸)부를 포함하며,
상기 요부와 철부는 일 방향으로 순차 반복적으로 구비되고,
상기 에너지 저장체는 상기 요부에 배치되는, 샌드위치 구조물.
제1 항에 있어서,
상기 제1 스킨부, 제2 스킨부 및 코어부는 각각, 링 형상으로 구비되되,
상기 제2 스킨부는 상기 제1 스킨부 내부에 삽입 가능하도록 상기 제1 스킨부보다 작은 직경을 가지며,
상기 복수 개의 분할 공간 각각에 내재화되는 복수 개의 에너지 저장체는 원주 방향으로 배열되어 링 형상을 이루는, 샌드위치 구조물.
제3 항에 있어서,
상기 제1 스킨부와 코어부 및 상기 제2 스킨부와 코어부는 각각 볼트 결합되는, 샌드위치 구조물.
제4 항에 있어서,
전기 회로부를 더 포함하되,
상기 전기 회로부는 상기 코어부의 일면에 마련되어, 상기 내재화된 에너지 저장체와 전기적으로 연결되는, 샌드위치 구조물.
제5 항에 있어서,
상기 전기 회로부가 마련되는 코어부의 일면은 상기 제2 스킨부와 마주하는 면인, 샌드위치 구조물.
제5 항에 있어서,
상기 코어부가 전도성 물질로 이루어지는 경우, 상기 코어부의 일면에는 절연층이 형성되는, 샌드위치 구조물.
제3 항에 있어서,
상기 복수 개의 에너지 저장체는 상기 코어부의 원주 방향으로 상기 코어부의 일면과 타면에 교번 조립되어 코어 조립체를 이루며,
상기 코어 조립체는 축 방향으로 복수 개 배열되는, 샌드위치 구조물.
제8 항에 있어서,
상기 복수 개의 코어 조립체는 서로 원주 방향 틀어진 각도에 따라 분할 파라미터 1 내지 분할 파라미터 N(여기서, 상기 N은 자연수)으로 배열 구조가 정의되되,
상기 분할 파라미터 1은 상기 복수 개의 코어 조립체의 에너지 저장체 각각이 축 방향으로 모두 동일선상에 배열된 구조로 정의되고,
상기 분할 파라미터 N은 하나의 세트를 이루는 N 개의 코어 조립체의 에너지 저장체 각각이 축 방향으로 서로 다른 선상에 배열된 구조로 정의되는, 샌드위치 구조물.
제1 항에 있어서,
상기 제1 스킨부, 제2 스킨부 및 코어부는 연속 섬유로 이루어지는, 샌드위치 구조물.
제10 항에 있어서,
상기 연속 섬유는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 아라미드, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 이루어진 섬유 군 중에서 선택된 어느 하나의 섬유 또는 둘 이상이 혼합된 섬유로 이루어지는, 샌드위치 구조물.
설정 폭을 가지는 연속 섬유로 이루어지며, 샌드위치 구조물의 제2 표면층을 이루는 제2 스킨부를 배치하는 단계;
상기 제2 스킨부 상에 상기 제2 스킨부의 길이 방향으로 복수 개의 에너지 저장체를 이격 배치하는 단계;
설정 폭을 가지는 연속 섬유로 이루어지며 상기 제2 스킨부와 상기 복수 개의 에너지 저장체가 이루는 굴곡에 상응하는 요부와 철부의 교번 배열로 이루어진 코어부를 상기 제2 스킨부 및 복수 개의 에너지 저장체 상에 밀착시키는 단계;
상측으로 노출되는 상기 코어부의 요부에 에너지 저장체를 배치하는 단계; 및
설정 폭을 가지는 연속 섬유로 이루어지며, 샌드위치 구조물의 제1 표면층을 이루는 제1 스킨부를 상기 코어부 및 상기 에너지 저장체 상에 배치하는 단계;를 포함하는, 샌드위치 구조물 제조 방법.
제12 항에 있어서,
상기 제1 스킨부, 코어부 및 제2 스킨부는 3D 프린팅, RTM, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), 열압착, 성형 중 어느 하나의 방식으로 제작되는, 샌드위치 구조물 제조 방법.
연속 섬유를 이용하여, 링 형상의 제1 스킨부, 상기 제1 스킨부보다 직경이 작은 링 형상의 제2 스킨부 및 상기 제1 스킨부와 제2 스킨부 사이에 링 결합될 수 있는 크기로 이루어지며 원주 방향으로 요철 구조를 가지는 코어부를 제조하는 단계;
상기 코어부의 원주 방향으로 상기 코어부의 일면과 타면의 요부에 에너지 저장체를 조립하여, 코어 조립체를 제조하는 단계; 및
적어도 하나의 상기 코어 조립체를 상기 제1 스킨부의 내경과 상기 제2 스킨부의 외경 사이에 결합시키는 단계;를 포함하는, 샌드위치 구조물 제조 방법.