KR20230054942A - 프리폼 제조용 섬유 자동 배열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프리폼 제조용 섬유 자동 배열 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 섬유 복합재를 공급하는 공급부, 섬유 복합재를 롤러부재로 가압하여 시트형의 구조체를 성형하는 성형부 및 섬유 복합재의 상면을 가압한 구조체의 형상이 유지된 상태로 기재 상에 안착시키는 압착부를 포함하여 압착부는 기재의 일단으로부터 타단으로 이동하며 구조체를 가압하는 것인 섬유 자동 배열 장치에 관한 것이다.

Description

프리폼 제조용 섬유 자동 배열 장치{AUTOMATED FIBER PLACEMENT DEVICE FOR PREFORM MANUFACTURING}
본 발명은 섬유 복합재를 배열하기 위한 프리폼 제조용 섬유 자동 배열 장치에 관한 것이다.
AFP(Automated Fiber Placement)는 1970년대 항공 우주산업에 등장했으며, 이는 필라멘트 감기(Filament winding) 및 자동 테이프 적층(Automated tape laying)의 장점을 결합하여 복합재료 기술 분야에 있어서 빠르게 성장하며 효과적인 자동화 제조 기술 중 하나이다.
AFP는 토우 프레그 및 프리프레그과 같은 섬유 복합재를 직선 스트립 또는 곡선 형태로 배치 할 수 있다. 또한, AFP는 기존 수동 공정에 비해 더 정확하고 일관된 섬유 배열으로 프리폼 제작이 가능하다.
종래에는 AFP를 이용하여 프리폼 제작시 틈, 겹침 등과 같은 결함 등이 발생하여 제품의 초기외관 품질 및 기계적 물성의 저하를 초래하였다.
이에 따라, 상기 결함을 해소시키기 위한 방법으로 설계를 통해 섬유 복합재 간의 중첩을 최소화하면서 적절하게 자동 배열하는 방법이 있다. 하지만, 섬유 복합재를 중첩하여 배열하는 방법은 단차 발생으로 인한 다른 결함을 야기할 수 있다.
이를 해소하기 위한 방법으로 섬유 복합재의 형상을 변경시키는 방법이 있으나 이는 추가 공정으로 인해 원가를 상승시키게 하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 배경 하에, 연속공정이 가능하며 프리폼 제작시 틈, 겹침 등과 같은 결함을 최소화 할 수 있는 섬유 자동 배열 장치에 대한 연구가 필요하다.
대한민국 공개특허공보 10-2015-0144768호
본 발명의 목적은 연속공정이 가능한 프리폼 제작시 틈, 겹침 등과 같은 결함을 최소화 할 수 있는 섬유 자동 배열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 섬유 복합재의 형상을 변경함으로써 섬유 복합재를 중첩시 단차 발생을 최소화할 수 있는 프리폼 제조용 섬유 자동 배열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 더욱 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 섬유 복합재를 적층하기 위한 섬유 자동 배열(AFP, Automated Fiber Placement) 장치에 있어서, 일정 폭을 갖는 시트형의 섬유 복합재를 공급하는 공급부, 상기 공급부의 후단에 위치하고, 굴곡이 있는 형태의 롤러부재를 포함하며, 상기 공급부로부터 공급되는 섬유 복합재를 상기 롤러부재로 가압하여 시트형의 구조체를 성형하는 성형부 및 상기 성형부의 후단에 위치하고, 상기 구조체의 상면 형상과 대응하는 형상을 갖고 상기 성형부로부터 공급되는 구조체의 상면을 가압하여 상기 구조체의 형상이 유지된 상태로 기재 상에 안착시키는 압착부를 포함하고, 상기 압착부는 상기 기재의 일단으로부터 타단으로 이동하며 상기 구조체를 가압하는 것이다.
상기 성형부는, 상기 섬유 복합재의 폭 방향을 따라 배치된 제1 회전축에 의해 회전 가능한 원통형의 제1 몸체부 및 상기 제1 몸체부의 양 측면에 위치하고, 상기 제1 몸체부 보다 큰 외경을 갖는 원통형상의 제1 돌출부를 포함하는 제1 롤러부재 및 상기 제1 롤러부재의 상측에 평행하게 위치하며, 제2 회전축에 의해 회전 가능한 원통형상의 제2 몸체부 및 상기 제2 몸체부의 일 측면에 위치하고, 상기 제2 몸체부 보다 작은 외경을 갖는 원통형상의 제2 돌출부를 포함하는 제2 롤러부재를 포함할 수 있다.
상기 성형부는, 상기 제1 롤러부재의 양측면에 한 쌍으로 위치하는 제1 원형 톱니바퀴, 상기 제2 롤러부재의 양측면에 한 쌍으로 위치하며 상기 한 쌍의 제1 원형 톱니바퀴와 맞물리는 제2 원형 톱니바퀴 및 상기 한쌍의 제1 원형 톱니바퀴 및 제2 원형 톱니바퀴의 양측면에 각각 위치하는 평판 형태의 지지대를 포함하는 속도조절유닛를 더 포함할 수 있다.
상기 성형부는, 상기 섬유 복합재의 폭 방향을 따라 배치된 제3 회전축에 의해 회전 가능한 원통형의 제3 몸체부 및 상기 제3 몸체부의 양 측면에 위치하고, 상기 제3 몸체부 보다 큰 외경을 갖는 원통형상의 제3 돌출부를 포함하는 제3 롤러부재 및 상기 제3 롤러부재의 상측에 평행하게 위치하며, 상기 제3 돌출부의 일 측면에 위치하며 일정 높이를 가지는 제1 벽체, 상기 제3 돌출부의 타 측면에 위치하며 상기 제1 벽체와 같은 높이를 가지는 제2 벽체, 상기 제1 벽체 및 제2 벽체를 연결하는 상판을 포함하는 성형가이드를 포함할 수 있다.
상기 성형부 및 압착부 사이에 위치하고 상기 압착부가 상기 기재의 일단으로부터 타단으로 일정 거리 이동한 시점에 상기 구조체를 절단하는 절단부를 더 포함할 우 있다.
상기 압착부는 상기 기재의 타단으로 이동하고, 상기 절단부에 의해 절단된 나머지 구조체가 상기 기재 상에 안착되어 제1 열의 구조체가 상기 기재 상에 안착되는 것일 수 있다.
상기 압착부는, 기재 상에 사방으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 제1 열의 구조체의 폭 방향으로 이동하며, 상기 기재의 일단으로부터 타단으로 또는 타단으로부터 일단으로 이동하면서 상기 제1 열의 구조체와 일정 부분이 중첩되거나 상기 제1 열의 구조체의 측면과 맞닿도록 제2 열의 구조체를 안착하는 것일 수 있다.
상기 압착부는, 상기 구조체의 폭 방향을 따라 배치된 제4 회전축에 의해 회전 가능한 원통형상의 제4 몸체부 및 상기 제4 몸체부의 양 측면에 위치하고 상기 제4 몸체부 보다 작은 외경을 갖는 원통형상의 제 4돌출부를 포함하는 제4 롤러부재를 포함할 수 있다.
상기 압착부는, 상기 구조체의 폭 방향을 따라 배치된 제5 회전축에 의해 회전 가능한 원통형상의 제5 몸체부 및 상기 제5 몸체부의 양 측면에 위치하고 상기 제5 몸체부 보다 큰 외경을 갖는 원통형상의 제 5돌출부 포함하는 제5 롤러부재 를 포함할 수 있다.
상기 섬유 복합재는 프리프레그 또는 토우 프리프레그를 포함하는 것일 수 있다.
상기 압착부는 합성고무 또는 테프론 고무가 코팅된 것일 수 있다.
상기 섬유 자동 배열 장치는 상기 섬유 복합재의 이송 속도를 30 ~ 60 m/min 하여 이송시키는 것일 수 있다.
상기 성형부는, 상기 제2 롤러부재가 4 ~ 6 N/mm의 압력으로 상기 섬유 복합재를 가압하는 것일 수 있다.
상기 압착부는 8 ~ 12 N/mm의 압력으로 상기 구조체를 가압하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 섬유 자동 배열 장치는 섬유 복합재의 형상을 변경함으로써 섬유 복합재를 중첩시 발생되는 섬유 복합재 간의 틈, 겹침 및 단차 발생과 같은 결함을 줄여 프리폼 제조 시 불량을 최소화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 섬유자동 배열 장치는 ATP에서 롤러부재의 형상을 개선하여 추가 공정없이 불량을 최소화함으로써 공정의 단순화 및 원가 절감 측면에서 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유 자동 배열 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 성형부의 제1 실시형태를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 성형부가 분해된 모습을 도시한 것이다.
도 4는 압착부의 제1 실시형태를 도시한 것이다.
도 5는 제1 실시형태의 압착부에 의해 프리폼이 배열되는 모습을 개략적으로 도시한 모습이다.
도 6은 성형부의 제2 실시형태를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 성형부가 분해된 모습을 도시한 것이다.
도 8은 압착부의 제2 실시형태를 도시한 것이다.
도 9는 제2 실시형태의 압착부에 의해 프리폼이 배열되는 모습을 개략적으로 도시한 모습이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 발명에 따른 섬유 자동 배열 장치를 도 1를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 본 발명에 따른 프리폼 제조용 섬유 자동 배열 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 섬유 자동 배열 장치(100)는 공급부(10), 성형부(30), 절단부(50), 압착부(60) 및 가열부(70)를 포함한다.
본 발명은 섬유 복합재를 적층하기 위한 섬유 자동 배열(AFP, Automated Fiber Placement) 장치에 관한 것으로, AFP는 섬유 복합재(101)가 공급되면서 로봇 장치에 의해 이동 되고 기재(1) 위에 섬유 복합재(101)를 연속으로 적층시키는 장치일 수 있다.
본 발명을 설명하기에 앞서 섬유 복합재(101)가 이송되는 순서에 따라 구성의 위치를 전단 및 후단으로 나타낸다. 본 발명에서는, 앞 순서의 위치를 "전단"으로 나타내며, 이어지는 다음 순서의 위치를 "후단"으로 나타낸다.
먼저, 공급부(10)는 일정 폭을 갖는 시트형의 섬유 복합재(101)를 공급한다.
공급부(10)는 상황에 따라 복수개의 릴 형태로 구비되고, 각각의 릴에는 섬유 복합재(101)가 권취되는 형태로 구현될 수 있다.
섬유 복합재(101)는 프리프레그 또는 토우 프리프레그를 포함할 수 있다. 여기서 프리프레그는 고강도 섬유에 열가소성 고분자 수지가 함침된 것이며, 토우 프리프레그는 한 가닥의 고강도 섬유에 고분자 수지가 함침되어 있는 토우 형태의 프리프레그 형태를 가진 것이다.
성형부(30)는 공급부(10)의 후단에 위치하고, 굴곡이 있는 형태의 롤러부재(31)를 포함하며, 공급부(10)로부터 공급되는 섬유 복합재(101)를 롤러부재(31)로 가압하여 시트형의 구조체(102)를 성형한다.
성형부(30)는 섬유 복합재(101)의 원활한 이송 및 장력 유지를 위한 것으로 롤러부재(31)의 폭이 섬유 복합재(101)의 폭 보다 넓게 형성될 수 있다.
절단부(50)는 성형부(30) 및 압착부(60) 사이에 위치하고 압착부(60)가 기재(1)의 일단으로부터 타단으로 일정 거리 이동한 시점에 구조체(102)를 절단할 수 있다.
압착부(60)는 성형부(30)의 후단에 위치하고, 구조체(102)의 상면 형상과 대응하는 형상을 갖고 성형부(30)로부터 공급되는 구조체(102)의 상면을 가압하여 구조체(102)의 형상이 유지된 상태로 기재(1) 상에 안착시킨다.
압착부(60)는 기재(1)를 일단으로부터 타단으로 이동하며 구조체(102)를 가압할 수 있다.
구체적으로, 압착부(60)는 기재(1)의 타단으로 이동하고, 절단부(50)에 의해 절단된 나머지 구조체(102)가 기재(1) 상에 안착되어 제1 열의 구조체를 기재(1) 상에 안착시킬 수 있다.
압착부(60)는 기재(1) 상에 사방으로 이동 가능하게 설치되고, 제1 열의 구조체의 폭 방향으로 이동하며, 기재(1)의 일단으로부터 타단으로 또는 타단으로부터 일단으로 이동하면서 제1 열의 구조체와 일정 부분이 중첩되거나 제1 열의 구조체의 측면과 맞닿도록 제2 열의 구조체를 안착시킬 수 있다.
압착부(60)는 섬유 복합재(101)의 손상을 최소화하고, 이형을 원활히 하기 위해 합성고무 또는 테프론 고무가 코팅될 수 있다.
압착부(60)는 8 ~ 12 N/mm의 압력으로 구조체(102)를 가압할 수 있다. 여기서 압력이 8 N/mm 미만일 경우, 섬유 복합재(101)의 적층 및 배치 오류가 발생할 수 있으며, 압력이 12 N/mm 초과시 기적층 및 배치된 섬유 복합재(101)의 뒤틀림 현상이 및 분리 현상이 발생할 수 있다.
가열부(70)는 섬유 자동 배열 장치(100) 내부에 설치되어, 구조체(102)에 열을 조사할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 섬유 자동 배열 장치(100)는 섬유 복합재(101)를 이송 속도를 30 ~ 60 m/min 하여 이송시킬 수 있다. 여기서 이송속도가 30 m/min 미만일 경우 작업성의 저하를 초래하고, 이송속도가 60 m/min 초과일 경우 섬유 복합재(101)의 꼬임 현상이 발생할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 성형부의 제1 실시형태를 설명하고자 한다. 여기서 도 2는 성형부의 제1 실시형태를 도시한 것이며, 도 3은 도 2의 성형부가 분해된 모습을 도시한 것이다.
성형부(30)는 공급부의 후단에 위치하며, 제1 롤러부재(32), 제2 롤러부재(33) 및 속도조절 유닛(36)을 포함할 수 있다. 이때, 성형부(30)는 제1 롤러부재(32)가 섬유 복합재(101)를 이송시키면서 제2 롤러부재(33)가 섬유 복합재(101)의 형상을 성형할 수 있다. 여기서 제1 롤러부재(32)와 제2 롤러부재(33) 사이로 이송되는 섬유 복합재(101)는 “Z"의 형상으로 유지되며 이송될 수 있다.
제1 롤러부재(32)는 제1 회전축(321), 제1 몸체부(322) 및 제1 돌출부(323)를 포함할 수 있다.
제1 몸체부(322)는 섬유 복합재(101)의 폭 방향을 따라 배치된 제1 회전축(321)에 의해 회전 가능한 원통형상일 수 있다.
제1 돌출부(323)는 제1 몸체부(322)의 양 측면에 위치하며, 제1 몸체부(322) 보다 큰 외경을 갖는 원통형상일 수 있다.
제2 롤러부재(33)는 제1 롤러부재(32)의 상측에 평행하게 위치하며, 제2 회전축(331), 제2 몸체부(332) 및 제2 돌출부(333)를 포함한다.
제2 롤러부재(33)는 4 ~ 6 N/mm의 압력으로 섬유 복합재(101)를 가압할 수 있다. 여기서, 압력이 4 N/mm 미만일 경우, 개선 형상 구현이 부족하여 추가 압착이 필요할 수 있으며, 6 N/mm 초과할 경우, 압착부로 이송시 섬유 복합재(101)의 걸림 현상이 일어날 수 있다.
제2 몸체부(332)는 섬유 복합재(101)의 폭 방향을 따라 배치된 제2 회전축(331)에 의해 회전 가능한 원통형상을 갖는다.
제2 돌출부(333)는 제2 몸체부(332)의 일 측면에 위치하고, 제2 몸체부(332) 보다 작은 외경을 갖는 원통형상일 수 있다.
속도조절 유닛(36)은 압착 및 이송 속도의 조작성과 공정 재현성을 확보하기 위한 것으로, 제1 원형 톱니바퀴(361), 제2 원형 톱니바퀴(362) 및 지지대(363)를 포함할 수 있다.
제1 원형 톱니바퀴(361)는 제1 롤러부재(32)의 양측면에 한 쌍으로 위치할 수 있다.
제2 원형 톱니바퀴(362)는 제2 롤러부재(33)의 양측면에 한 쌍으로 위치하며 한 쌍의 제1 원형 톱니바퀴(361)와 맞물릴 수 있다.
지지대(363)는 평판 형태로 상기 한쌍의 제1 원형 톱니바퀴(361) 및 제2 원형 톱니바퀴(362)의 양쪽 일측면에 각각 결합될 수 있다.
이어서, 도 4 및 도 5를 참조하여 압착부의 제1 실시형태를 설명하고자 한다. 여기서, 도 4는 압착부의 제1 실시형태를 도시한 것이다. 그리고 도 5는 제1 실시형태의 압착부에 의해 프리폼이 배열되는 모습을 개략적으로 도시한 모습이다.
압착부(60)는 성형부의 후단에 위치하며, 제4 회전축(611), 제4 몸체부(612) 및 제 4돌출부(613)를 포함하는 제4 롤러부재(61)를 포함할 수 있다.
제4 몸체부(612)는 구조체(102a)의 폭 방향을 따라 배치된 제4 회전축(611)에 의해 회전 가능한 원통형상일 수 있다.
제 4돌출부(613)는 제4 몸체부(612)의 양 측면에 위치하고 제4 몸체부(612) 보다 작은 외경을 갖는 원통형상(613)일 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 섬유 자동 배열 장치는“Z"의 형상으로 압착부(60)에서 가압된 구조체(102a)를 중첩시킴으로써, 중첩시 발생되는 섬유 복합재 간의 틈, 겹침 및 단차 발생과 같은 결함을 줄일 수 있는 프리폼(103a)을 제작할 수 있다.
이와 같은 제2 실시형태에 따른 섬유 자동 배열 장치를 설명하면 다음과 같다. 제2 실시형태는 구조체의 형상을 다른 형태로 구현하기 위한 것으로, 성형부 및 압착부를 변경한 것 외에는 동일하다.
먼저, 도 6 및 도 7을 참조하여, 성형부의 제2 실시형태를 설명하고자 한다. 여기서 도 6은 성형부의 제2 실시형태를 도시한 것이며, 도 7은 도 6의 성형부가 분해된 모습을 도시한 것이다.
성형부(30)는 공급부의 후단에 위치하며, 제3 롤러부재(34) 및 성형가이드(37)를 포함할 수 있다. 이때, 성형부(30)는 제3 롤러부재(34)가 섬유 복합재(101)를 이송시키며 성형가이드(37)가 섬유 복합재(101)의 형상을 성형할 수 있다. 여기서 제3 롤러부재(34)와 성형가이드(37) 사이로 이송되는 섬유 복합재(101)는 “T" 의 형상으로 유지되며 이송될 수 있다.
제3 롤러부재(34)는 제3 회전축(341), 제3 몸체부(342) 및 제3 돌출부(343)를 포함할 수 있다.
제3 몸체부(342)는 섬유 복합재(101)의 폭 방향을 따라 배치된 제3 회전축(341)에 의해 회전 가능한 원통형일 수 있다.
제3 돌출부(343)는 제3 몸체부(342)의 양 측면에 위치하고, 제3 몸체부(342) 보다 큰 외경을 갖는 원통형상일 수 있다.
성형가이드(37)는 제3 롤러부재(34)의 상측에 평행하게 위치하며, 제1 벽체(371), 제2 벽체(372) 및 상판(373)을 포함할 수 있다.
제1 벽체(371)는 제3 돌출부(343)의 일 측면에 위치하며 일정 높이를 가질 수 있다.
제2 벽체(372)는 상기 제3 돌출부(343)의 타 측면에 위치하며 제1 벽체(371)와 같은 높이를 가질 수 있다
상판(373)은 제1 벽체(371) 및 제2 벽체(372)를 연결할 수 있다.
이어서, 도 8 및 도 9를 참조하여 압착부의 제2 실시형태를 설명하고자 한다. 여기서, 도 8은 압착부의 제2 실시형태를 도시한 것이다. 그리고 도 9는 제2 실시형태의 압착부에 의해 프리폼이 배열되는 모습을 개략적으로 도시한 모습이다.
압착부(60)는 성형부의 후단에 위치하며, 제5 회전축(621), 제5 몸체부(622) 및 제 5돌출부(623)를 포함하는 제5 롤러부재(62)를 포함할 수 있다
제5 몸체부(622)는 구조체(102b)의 폭 방향을 따라 배치된 제5 회전축(621)에 의해 회전 가능한 원통형상일 수 있다.
제 5돌출부(623)는 제5 몸체부(622)의 양 측면에 위치하고 제5 몸체부(622) 보다 큰 외경을 갖는 원통형상일 수 있다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 섬유 자동 배열 장치는“T"의 형상으로 압착부(60)에서 가압된 구조체(102b)를 중첩시킴으로써, 중첩시 발생되는 섬유 복합재 간의 틈, 겹침 및 단차 발생과 같은 결함을 줄일 수 있는 프리폼(103b)을 제작할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 섬유 자동 배열 장치는 섬유 복합재의 형상을 변경함으로써 섬유 복합재를 중첩시 발생되는 섬유 복합재 간의 틈, 겹침 및 단차 발생과 같은 결함을 줄여 프리폼 제조 시 불량을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 섬유자동 배열 장치는 ATP에서 롤러부재의 형상을 개선하여 추가 공정없이 불량을 최소화함으로써 공정의 단순화 및 원가 절감 측면에서 효과가 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
1: 기재
10: 공급부
30: 성형부 31: 롤러부재
32: 제1 롤러부재
321: 제1 회전축 322: 제1 몸체부 323: 제1 돌출부
33: 제2 롤러부재
331: 제2 회전축 332: 제2 몸체부 333: 제2 돌출부
34: 제3 롤러부재
341: 제3 회전축 342: 제3 몸체부 343: 제3 돌출부
36: 속도조절유닛
361: 제1 원형 톱니바퀴 362: 제2 원형 톱니바퀴 363: 지지대
37: 성형가이드
371: 제1 벽체 372: 제2 벽체 373: 상판
50: 절단부
60: 압착부
61: 제4 롤러부재
611: 제4 회전축 612: 제4 몸체부 613: 제4 돌출부
62: 제5 롤러부재
621: 제5 회전축 622: 제5 몸체부 623: 제5 돌출부
70: 가열부
100: 섬유 자동 배열 장치
101: 섬유 복합재
102, 102a, 102b: 구조체
103a, 103b: 프리폼

Claims (14)

  1. 섬유 복합재를 적층하기 위한 섬유 자동 배열(AFP, Automated Fiber Placement) 장치에 있어서,
    일정 폭을 갖는 시트형의 섬유 복합재를 공급하는 공급부;
    상기 공급부의 후단에 위치하고, 굴곡이 있는 형태의 롤러부재를 포함하며, 상기 공급부로부터 공급되는 섬유 복합재를 상기 롤러부재로 가압하여 시트형의 구조체를 성형하는 성형부; 및
    상기 성형부의 후단에 위치하고, 상기 구조체의 상면 형상과 대응하는 형상을 갖고 상기 성형부로부터 공급되는 구조체의 상면을 가압하여 상기 구조체의 형상이 유지된 상태로 기재 상에 안착시키는 압착부;를 포함하고,
    상기 압착부는 상기 기재의 일단으로부터 타단으로 이동하며 상기 구조체를 가압하는 것인 섬유 자동 배열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형부는,
    상기 섬유 복합재의 폭 방향을 따라 배치된 제1 회전축에 의해 회전 가능한 원통형의 제1 몸체부 및 상기 제1 몸체부의 양 측면에 위치하고, 상기 제1 몸체부 보다 큰 외경을 갖는 원통형상의 제1 돌출부를 포함하는 제1 롤러부재; 및
    상기 제1 롤러부재의 상측에 평행하게 위치하며, 제2 회전축에 의해 회전 가능한 원통형상의 제2 몸체부 및 상기 제2 몸체부의 일 측면에 위치하고, 상기 제2 몸체부 보다 작은 외경을 갖는 원통형상의 제2 돌출부를 포함하는 제2 롤러부재;를 포함하는 섬유 자동 배열 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 성형부는,
    상기 제1 롤러부재의 양측면에 한 쌍으로 위치하는 제1 원형 톱니바퀴, 상기 제2 롤러부재의 양측면에 한 쌍으로 위치하며 상기 한 쌍의 제1 원형 톱니바퀴와 맞물리는 제2 원형 톱니바퀴 및 상기 한쌍의 제1 원형 톱니바퀴 및 제2 원형 톱니바퀴의 양측면에 각각 위치하는 평판 형태의 지지대를 포함하는 속도조절유닛;
    를 더 포함하는 섬유 자동 배열 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성형부는,
    상기 섬유 복합재의 폭 방향을 따라 배치된 제3 회전축에 의해 회전 가능한 원통형의 제3 몸체부 및 상기 제3 몸체부의 양 측면에 위치하고, 상기 제3 몸체부 보다 큰 외경을 갖는 원통형상의 제3 돌출부를 포함하는 제3 롤러부재; 및
    상기 제3 롤러부재의 상측에 평행하게 위치하며, 상기 제3 돌출부의 일 측면에 위치하며 일정 높이를 가지는 제1 벽체, 상기 제3 돌출부의 타 측면에 위치하며 상기 제1 벽체와 같은 높이를 가지는 제2 벽체, 상기 제1 벽체 및 제2 벽체를 연결하는 상판을 포함하는 성형가이드;
    를 포함하는 섬유 자동 배열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성형부 및 압착부 사이에 위치하고 상기 압착부가 상기 기재의 일단으로부터 타단으로 일정 거리 이동한 시점에 상기 구조체를 절단하는 절단부;를 더 포함하는 섬유 자동 배열 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압착부는 상기 기재의 타단으로 이동하고, 상기 절단부에 의해 절단된 나머지 구조체가 상기 기재 상에 안착되어 제1 열의 구조체가 상기 기재 상에 안착되는 것인 섬유 자동 배열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압착부는,
    기재 상에 사방으로 이동 가능하게 설치되고,
    상기 제1 열의 구조체의 폭 방향으로 이동하며,
    상기 기재의 일단으로부터 타단으로 또는 타단으로부터 일단으로 이동하면서 상기 제1 열의 구조체와 일정 부분이 중첩되거나 상기 제1 열의 구조체의 측면과 맞닿도록 제2 열의 구조체를 안착하는 것인 섬유 자동 배열 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압착부는,
    상기 구조체의 폭 방향을 따라 배치된 제4 회전축에 의해 회전 가능한 원통형상의 제4 몸체부 및 상기 제4 몸체부의 양 측면에 위치하고 상기 제4 몸체부 보다 작은 외경을 갖는 원통형상의 제 4돌출부를 포함하는 제4 롤러부재;를 포함하는 섬유 자동 배열 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압착부는,
    상기 구조체의 폭 방향을 따라 배치된 제5 회전축에 의해 회전 가능한 원통형상의 제5 몸체부 및 상기 제5 몸체부의 양 측면에 위치하고 상기 제5 몸체부 보다 큰 외경을 갖는 원통형상의 제 5돌출부 포함하는 제5 롤러부재;를 포함하는 섬유 자동 배열 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 복합재는 프리프레그 또는 토우 프리프레그를 포함하는 것인 섬유 자동 배열 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압착부는 합성고무 또는 테프론 고무가 코팅된 것인 섬유 자동 배열 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 자동 배열 장치는
    상기 섬유 복합재의 이송 속도를 30 ~ 60 m/min 하여 이송시키는 것인 섬유 자동 배열 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 성형부는,
    상기 제2 롤러부재가 4 ~ 6 N/mm의 압력으로 상기 섬유 복합재를 가압하는 것인 섬유 자동 배열 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 압착부는 8 ~ 12 N/mm의 압력으로 상기 구조체를 가압하는 것인 섬유 자동 배열 장치.
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