KR20230106293A - 복합재 대량생산 금형을 포함하는 복합재 대량생산 시스템 및 이를 이용하는 복합재 대량생산 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합재를 대량생산할 수 있는 복합재 대량생산 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대량생산 효율을 높인 복합재 대량생산 시스템 및 이를 이용하는 복합재 대량생산 방법에 관한 것이다. 본 발명은 히팅 프레스 공정과, RTM 성형 공정을 병합한 C-RTM(Compression Resin Transfer Molding) 공정을 통해 복합재를 제작하고, 하나의 이동 컨테이너에 소재 적층, 경화제 주입, 가압, 가열, 금형 분리 공정이 모두 집적될 수 있도록 함으로써, 높은 품질의 복합재를 생산해 냄과 동시에 생산 비용을 줄이고 대량생산이 적합하도록 할 수 있는 효과가 있다.

Description

복합재 대량생산 금형을 포함하는 복합재 대량생산 시스템 및 이를 이용하는 복합재 대량생산 방법{Composite mass production system including composite material mass production mold and composite material mass production method using the same}
본 발명은 복합재를 대량생산할 수 있는 복합재 대량생산 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대량생산 효율을 높인 복합재 대량생산 시스템 및 이를 이용하는 복합재 대량생산 방법에 관한 것이다.
종래의 프로펠러 분산추진 비행체 또는 미래형 모빌리티(PAV, UAM) 등에 적용되는 대량의 프롭 블레이드 또는 프로펠러는 경량화를 위해 고밀도 발포 폼코어 소재를 코어로 하고, 고위도 환경에서 방빙 및 제빙을 위해 코어의 표면에 탄소삼유 또는 아라미드 섬유와 같은 파이버 소재를 코팅하는 방식을 사용하여 왔다. 이를 제조하기 위한 종래기술은 핸드레이업 방식, 히팅 프레스 방식 및 RTM(Resin Transfer Molding) 방식이 있었다.
종래의 핸드레이업 방식의 경우, 작업자가 직접 원소재를 적층 한 후, 오븐이나 오토클레이브(Autoclave)에 넣어 경화시키는 방식으로써, 생산성이 매우 낮고 작업자의 숙련도에 따라 품질이 상이하다는 문제점이 있었으며, 종래의 히팅프레스 성형의 경우, 레진이 프리프레그된 파이버 섬유를 적층함으로써 코어부와의 접착력이 높아 작업이 용이하다는 장점이 있었으나, 프리프레그된 파이버 섬유의 경우 소재의 가격이 비싸 가격 면에서 비효율적이라는 문제점이 있었으며, RTM 성형 방식의 경우 레진이 함침되지 않은 일반 파이버 섬유(드라이 섬유)를 사용함으로써 상술한 히팅 프레스 성형방식에 비해 원소재 가격은 저렴하지만 낮은 압력상태에서 성형되기 때문에 고품질의 부품보장이 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 프로펠러의 전체 무게를 경량화 하기 위해 고밀도 발포 폼코어 소재를 코어층의 주 재료로 사용하기 때문에, 일반적으로 평편한 판 형상으로 공급되는 폼코어 소재를 밀링과 같은 후가공 공정을 진행한 후 사용하는데, 이 때, 가공 과정에서 소재의 낭비가 매우 심하고 프로펠러의 날개 깃과 같이 뾰족하게 가공되어야 하는 부분에서 폼코어소재의 파손이 발생하는 경우가 많았다.
한국공개특허 10-2018-0067765 "드론용 2엽 프로펠러 및 이의 제조방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 히팅 프레스 공정과, RTM 성형 공정을 병합한 C-RTM(Compression Resin Transfer Molding) 공정을 통해 복합재를 제작함으로써, 높은 품질의 복합재를 생산해 냄과 동시에 생산 비용을 줄이고 대량생산이 적합하도록 할 수 있는 복합재 대량생산 금형을 포함하는 복합재 대량생산 시스템 및 이를 이용하는 복합재 대량생산 방법을 제공함에 있다.
더 나아가, 하나의 이동 컨테이너에 소재 적층, 경화제 주입, 가압, 가열, 금형 분리 공정이 모두 집적될 수 있도록 함으로써, 높은 품질의 복합재를 생산해 냄과 동시에 생산 비용을 줄이고 대량생산이 적합하도록 할 수 있는 복합재 대량생산 금형을 포함하는 복합재 대량생산 시스템 및 이를 이용하는 복합재 대량생산 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 대량생산 금형은 일면에 제품의 일측 외면 형상이 오목형성된 하부금형, 일면에 제품의 타측 외면 형상이 오목형성된 상부금형, 상부금형과 하부금형의 일측 모서리에 각각 연결되며, 상부금형의 일면과 하부금형의 일면이 이루는 각도가 변경가능하도록 상부금형과 하부금형을 결합시키는 연결부를 포함하되, 상부금형의 일면과 하부금형의 일면이 서로 마주보며, 이루는 각도가 0도일 때, 상부금형의 일면 및 하부금형의 일면은 서로 소정 간격 이격된 것을 특징으로 한다.
또한, 상부금형 또는 하부금형 중 적어도 어느 하나에 관통 형성된 경화제 주입홀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 대량생산 시스템은 제 1항의 복합재 대량생산 금형을 포함하고, 일면에 복합재 대량생산 금형이 위치하고, 일측으로부터 타측으로 복합재 대량생산 금형을 전달하는 이동부, 이동부 상의 상부금형과 하부금형의 일면에 외피층을 적층하는 외피 적층부, 외피 적층부의 타측에 위치하되, 상부금형에 적층된 외피층 또는 하부금형에 적층된 외피층 중 적어도 어느 하나의 상면에 코어층을 적층하는 코어 적층부, 코어 적층부의 타측에 위치하되 코어층과 외피층의 사이에 경화제를 주입하는 경화제 주입부, 경화제 주입부의 타측에 위치하되 복합재 대량생산 금형을 가압하여 경화제를 외피층에 함침시키는 가압부, 가압부의 타측에 위치하되 복합재 대량생산 금형을 가열하여 경화제를 경화하는 경화부, 및 경화부의 타측에 위치하되 제품을 복합재 대량생산 금형으로부터 분리하는 탈형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 외피 적층부의 일측에 위치하되, 상부금형의 일면 및 하부금형의 일면에 이형처리를 하는 이형처리부, 및 이형처리부의 일측에 위치하는 플라즈마 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이형처리부는, 상부금형의 일면 및 하부금형의 일면에 이형제를 도포하는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상부금형의 일면과 하부금형의 일면이 서로 마주보도록 상부금형을 하부금형의 상부로 덮고 위치를 고정하는 밀폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 외피층은 드라이 섬유 소재이고, 코어층은 고밀도 발포 폼코어 소재인 것을 특징으로 한다.
또한, 외피 적층부는, 드라이 섬유를 1장 이상 적층하는 적층기와, 적층된 드라이 섬유를 절단하여 외피층을 생산하는 절단기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 외피층 생산부 및 절단된 외피층을 상부금형의 일면 및 하부금형의 일면 각각에 적층하는 외피층 이동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 외피층 생산부는, 외피층에 열 또는 압력을 가하여 표면이 소정 이상의 곡률을 갖도록 성형하는 열간성형기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 코어 적층부는, 내부에 발포소재가 수용되고, 일단에 발포소재가 배출되는 배출구가 형성되는 하우징, 하우징의 내부에 내장되어 연장방향으로 왕복운동하여 발포소재를 배출구로 배출하는 스크류, 하우징의 내부에 발포소재를 주입하는 발포소재 주입홀 및 배출구와 연결되어 발포소재의 형상을 고정하는 몰드를 포함하는 코어층 생산부 및 생산된 코어층을 외피층의 상면에 적층하는 코어층 이동장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 경화부는, 이동부의 일면에 내장되거나 또는 이동부의 상단 및 하단 중 적어도 어느 하나에 배치된 1개 이상의 히터인 것을 특징으로 한다.
또한, 이동부는 일측과 타측이 서로 맞닿는 원형 컨베이어 벨트인 것을 특징으로 한다.
또한, 이동부는 일측으로부터 타측까지 직선으로 연장된 직선 컨베이어 벨트인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 대량생산 방법은 복합재 대량생산 시스템을 이용한 복합재 대량생산 방법에 있어서, (a) 외피 적층부가 상부 금형 및 하부 금형에 외피층을 적층하는 단계, (b) 코어 적층부가 상부 금형과 하부 금형 중 적어도 어느 하나에 코어층을 적층하는 단계, (c) 밀폐부가 상부금형을 하부금형의 상부로 덮고 위치를 고정 및 밀폐하는 단계, (d) 경화제 주입부가 경화제를 상부금형과 하부금형의 사이에 주입하는 경화제 주입 단계, (e) 가압부가 복합재 대량생산 금형을 가압하여 경화제를 외피층에 함침시키는 단계, (f) 경화부가 상부 금형과 하부 금형으로 이루어진 복합재 대량생산 금형을 가열하여 경화제를 경화하는 단계, (g) 탈형부가 제품을 복합재 대량생산 금형으로부터 분리하는 탈형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (a) 단계는, (a1) 적층기가 드라이섬유를 적층하는 단계, (a2) 절단기가 (a1) 단계에서 적층된 드라이섬유를 절단하는 단계 및 (a3) 외피층 이동장치가 성형이 완료된 외피층을 이동시키고 복합재 대량생산 금형에 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (a4) 열간 성형기가 외피층에 열 또는 압력을 가하여 표면이 소정 이상의 곡률을 갖도록 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (b) 단계는, (b1) 하우징의 배출구가 몰드와 연결되는 단계, (b2) 스크류가 왕복운동하여 하우징의 내부의 발포소재를 몰드의 내부에 주입하는 단계, (b3) 발포소재가 몰드의 내부에서 고정되도록 소정 시간 대기하는 단계, (b4) 몰드와 코어층을 분리하는 단계 및 (b5) 코어층 이동장치가 성형이 완료된 코어층을 이동시키고 복합재 대량 생산 금형에 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (a) 단계에 선행하여, (h) 이형처리부가 상부금형의 일면 및 하부금형의 일면을 이형처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 복합재 대량생산 금형을 포함하는 복합재 대량생산 시스템 및 이를 이용하는 복합재 대량생산 방법은 히팅 프레스 공정과, RTM 성형 공정을 병합한 C-RTM(Compression Resin Transfer Molding) 공정을 통해 복합재를 제작함으로써, 높은 품질의 복합재를 생산해 냄과 동시에 생산 비용을 줄이고 대량생산이 적합하도록 할 수 있는 효과가 있다.
더 나아가, 하나의 이동 컨테이너에 소재 적층, 경화제 주입, 가압, 가열, 금형 분리 공정이 모두 집적될 수 있도록 함으로써, 높은 품질의 복합재를 생산해 냄과 동시에 생산 비용을 줄이고 대량생산이 적합하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 복합재 대량생산 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 복합재 대량생산 금형을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 경화제 주입홀을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 이형처리부를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 외피 적층부의 기능을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 섬유 적층 방식의 제 1 실시 예를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 섬유 적층 방식의 제 2 실시 예를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 코어 적층부의 기능을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 코어층 생산부를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 코어층 생산부의 기능을 도시한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 밀폐부의 기능을 도시한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 경화제 주입부의 기능을 도시한 개략도이다.
도 13은 본 발명의 가압부의 기능을 도시한 개략도이다.
도 14는 본 발명의 경화부의 기능을 도시한 개략도이다.
도 15는 본 발명의 복합재 대량생산 방법을 도시한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 커버 적층 단계의 세부 단계를 도시한 순서도이다.
도 17은 본 발명의 코어 적층 단계의 세부 단계를 도시한 순서도이다.
도 18은 본 발명의 복합재 대량생산 방법의 일 실시 예를 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하로, 도 1을 참조하여 본 발명의 복합재 대량생산 시스템(1000)의 기본 구성에 대해 설명한다.
본 발명의 복합재 대량생산 시스템(1000)은 복합재를 제작하기 위해 복합재의 형상이 오목형성된 복합재 대량생산 금형(100)을 포함하고, 복합재 대량생산 금형(100)을 이동시키기 위한 이동부(200)를 포함할 수 있다. 이동부(200)는 일면에 복합재 대량생산 금형(100)이 위치하고, 일측으로부터 타측으로 복합재 대량생산 금형(100)을 전달하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 복합재 대량생산 시스템(1000)은 이동부(200)의 진행방향에 따라 순차적으로 복합재를 생산하기 위한 장치들이 배치되어 복합재를 자동으로 대량생산할 수 있다. 보다 자세히, 이동부(200) 상의 상부금형(110)과 하부금형(120)의 일면에 외피층(A)을 적층하는 외피 적층부(300), 외피 적층부(300)의 타측에 위치하되, 상부금형(110)에 적층된 외피층(A) 또는 하부금형(120)에 적층된 외피층(A) 중 적어도 어느 하나의 상면에 코어층(B)을 적층하는 코어 적층부(400), 코어 적층부(400)의 타측에 위치하되 코어층(B)과 외피층(A)의 사이에 경화제를 주입하는 경화제 주입부(500), 경화제 주입부(500)의 타측에 위치하되 복합재 대량생산 금형(100)을 가압하여 경화제를 외피층(A)에 함침시키는 가압부(610), 가압부(610)의 타측에 위치하되 복합재 대량생산 금형(100)을 가열하여 경화제를 경화하는 경화부(620), 및 경화부(620)의 타측에 위치하되 제품을 복합재 대량생산 금형(100)으로부터 분리하는 탈형부(700)를 포함하는 것이 바람직하다.
이 때, 외피층(A)은 드라이섬유가 적층된 후, 복합재 대량생산 금형(100)의 형태에 맞도록 절단성형된 형상인 것이 바람직하고, 코어층(B)은 복합재 대량생산 금형(100)의 내부 공간에 대응되는 형태로 성형된 고밀도 코어폼일 수 있다. 즉, 드라이섬유의 사이에 고밀도 코어폼을 적층한 후, 경화제를 주입하고 이를 가압, 가열 하여 경화시키는 것이다. 이에 따라 종래의 기술에 비해 , 높은 품질의 복합재를 생산해 냄과 동시에 생산 비용을 줄이고 대량생산이 적합하도록 할 수 있는 효과가 있다.
이 때, 이동부(200)는 일측과 타측이 서로 맞닿는 원형 컨베이어 벨트일 수 있다. 또는, 이와 같은 형태를 취함으로써, 탈형부(700)에 의해 제품이 탈형된 이후, 이동부(200)에 의해 복합재 대량생산 금형(100)이 이형처리부(800)로 전달될 수 있어 공정이 순환될 수 있어, 생산성을 극대화할 수 있다. 또는 이동부(200)는 일측부터 타측까지 직선으로 연장된 직선 컨베이어 벨트일 수 있다. 이러한 형태를 취함으로써, 공간 활용성을 높일 수 있다. 즉, 일정한 공간 내에 직선 형태의 이동부(200)가 여러 줄 배치 될 수 있는 것이디. 이에 따라 생산성을 높일 수 있다. 이 때, 이동부(200)의 타측 최말단에서 제품이 탈형된 복합재 대량생산 금형(100)을 이동부(200)의 일측 최말단에 위치하는 이형처리부(800)에 전달하는 전달수단이 더 포함되는 것이 바람직하다.
이하로, 도 2 내지 3을 참조하여 본 발명의 복합재 대량생산 금형(100)에 대해 설명한다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합재 대량생산 금형(100)은 일면에 제품의 일측 외면 형상이 오목형성된 하부금형(120), 일면에 제품의 타측 외면 형상이 오목형성된 상부금형(110)을 포함할 수 있다. 이 때 상부금형(110)과 하부금형(120)은 연결부(130)에 의해 연결되는 것이 바람직하다. 연결부(130)는 상부금형(110)과 하부금형(120)의 일측 모서리에 각각 연결되며, 상부금형(110)의 일면과 하부금형(120)의 일면이 이루는 각도가 변경가능 하도록 기능하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게 연결부(130)는 경첩인 것이 바람직하다.
더 나아가, 도 2의 (b)와 같이 연결부(130)에 의해 상부금형(110)이 하부금형(120)의 상부에 위치하여 덮을 때, 즉 상부금형(110)의 일면과 하부금형(120)의 일면이 서로 마주보며 이루는 각도가 0도일 때, 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면은 서로 소정 간격 이격된 것이 바람직하다. 이에 따라, 코어층(B)과 외피층(A)이 복합재 대량생산 금형(100)의 내부에 적층되어 밀폐된 후에 코어층(B), 외피층(A)과 복합재 대량생산 금형(100)의 사이에 소정의 공간이 확보될 수 있고, 그 사이 공간에 경화제가 과충진되어 추후 가압을 통해 두께 방향으로 함침되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합재 대량생산 금형(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상부금형(110) 또는 하부금형(120) 중 적어도 어느 하나에 관통 형성된 경화제 주입홀(140)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 보다 자세히, 하부 금형이 이동부(200)의 일면에 접촉되고, 경화제 주입홀(140)은 상부금형(110)에 형성되는 것이 바람직하다. 복합재 대량생산 금형(100)의 내부 공간과 연통되는 경화제 주입홀(140)을 포함함으로써, 드라이 섬유와 발포소재를 접합할 수 있는 경화제를 복합재 대량생산 금형(100)의 형상에 맞추어 주입할 수 있다.
이하로, 도 4를 참조하여 이형처리부(800)에 대해 설명한다.
본 발명의 복합재 대량생산 시스템(1000)은 외피 적층부(300)의 일측 즉, 이동부의 이동방향의 반대 측에 위치하되, 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면에 이형처리를 하는 이형처리부(800)를 더 포함할 수 있다. 이형처리부(800)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면에 이형제를 도포하는 분사노즐(810)을 포함할 수 있다. 이 때, 분사노즐(810)은 2개 이상일 수 있고, 복합재 대량생산 금형(100)의 양 측에서 이형제를 도포할 수 있다. 또는 이동부(200)와 복합재 대량생산 금형(100)의 상방 중앙부에 위치하여 이형제를 도포할 수 있다. 이에 따라 상부금형(110)과 하부금형(120) 모두에 균일하게 이형제가 도포될 수 있다.
또한 본 발명의 복합재 대량생산 시스템(1000)은 이형처리부(800)의 일측, 즉 이동부(200)의 이동방향과 반대되는 측에 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면에 플라즈마 처리하는 플라즈마 장치를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 장치를 포함함으로써, 복합재 대량생산 금형(100)의 표면에 잔여한 미세 찌꺼기를 처리할 수 있다.
이형처리부(800) 및 플라즈마 장치를 포함함으로써, 경화층이 복합재 대량생산 금형(100)과 접착되지 않고, 용이하게 분리되도록 할 수 있으며, 완성된 제품의 표면이 균일하도록 할 수 있어 제품의 품질을 높일 수 있다.
이하로, 도 5 내지 7을 참조하여 본 발명의 외피 적층부(300)에 대해 설명한다.
도 5에는 외피 적층부(300)에 의해 상부 금형 및 하부 금형에 외피층(A)이 적층완료된 형상이 도시되어 있다. 외피 적층부(300)는, 드라이 섬유를 1장 이상 적층하는 적층기와, 적층된 드라이 섬유를 절단하여 외피층(A)을 생산하는 절단기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 외피층 생산부 및 절단된 외피층(A)을 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면 각각에 적층하는 외피층(A) 이동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 외피층(A)은 드라이 섬유 소재 또는 NFC(Non Crimp Fabric)인 것이 바람직하다.
이 때, 드라이 섬유 층을 적층하는 적층기는 도 6에 도시된 바와 같이, 스티치를 통해 각각의 드라이 섬유 층을 봉재하여 적층하는 방식일 수 있고, 또는 도 7에 도시된 바와 같이, AFP 방식으로 드라이 섬유 층을 적층시 강한힘으로 압착하며 적층하는 방식일 수 있다. 이후 절단기에 의해 요구되는 모양으로 커팅될 수 있다. 이 때, 절단기는 NC 커팅 장치일 수 있다.
이에 더하여 외피층 생산부는, 외피층(A)에 열 또는 압력을 가하여 표면이 소정 이상의 곡률을 갖도록 성형하는 열간성형기를 더 포함할 수 있다. 열간성형기를 포함함으로써, 복합재 대량생산 금형(100)의 금형 형상이 소정 곡률이상일 때 주름 없이 외피층(A)이 적층될 수 있다.
이하로, 도 8 내지 10을 참조하여 본 발명의 코어 적층부(400)에 대해 설명한다.
도 8에는 코어 적층부(400)에 의해 상부 금형 또는 하부 금형 중 어느 하나에 코어층(B)이 적층 완료된 형상이 도시되어 있다. 이를 위해 코어 적층부(400)는 코어층(B) 생산부(410)와 생산된 코어층(B)을 외피층(A)의 상면에 적층하는 코어층(B) 이동장치를 포함할 수 있다. 이 때, 코어층(B)은 발포소재 소재인 것이 바람직하다.
도 9에 도시된 바와 같이 코어층(B) 생산부(410)는, 내부에 발포소재가 수용되고, 일단에 발포소재가 배출되는 배출구가 형성되는 하우징(411), 하우징(411)의 내부에 내장되어 연장방향으로 왕복운동하여 발포소재를 배출구로 배출하는 스크류(412), 하우징(411)의 내부에 발포소재를 주입하는 발포소재 주입홀(413) 및 배출구와 연결되어 발포소재의 형상을 고정하는 몰드(414)를 포함하는 것이 바람직하다.
도 10에 도시된 바와 같이, 하우징(411)의 배출구는 몰드(414)와 연결될 수 있고, 하우징(411) 내부의 발포소재가 수용된 공간과 몰드(414)의 내부공간이 연결될 수 있다. 이 때, 하우징(411)의 배출구와 몰드(414)의 위치를 고정하는 별도의 고정부재가 포함될 수 있다. 이는 도 10의(a)에 도시되어 있다. 또한, 스크류(412)는 하우징(411)의 내부 공간에서 회전하며 왕복운동할 수 있다. 이에 따라 하우징(411)의 내부공간에 주입된 발포소재를 몰드(414)의 내부로 전달할 수 있다. 이는 도 10의(b)에 도시되어 있다. 또한, 몰드(414)는 2개 이상의 부품으로 구성되어 추후 분리될 수 있다. 이는 도 10의(c)에 도시되어 있다. 상술한 도 10의 (a), (b), (c)공정은 순차적으로 이루어질 수 있고, 도 10의 (b)와 도 10의(c) 공정 사이에 몰드(414)와 몰드(414) 내부의 발포소재를 소정 시간동안 냉각하여 발포소재의 형상을 고정하는 과정이 더 포함될 수 있다.
이하로, 도 11을 참조하여 본 발명의 밀폐부(900)에 대해 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상부금형(110)의 일면과 하부금형(120)의 일면이 서로 마주보도록 상부금형(110)을 하부금형(120)의 상부로 덮고 위치를 고정하는 밀폐부(900)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상술한 바와 같이, 상부금형(110)과 하부금형(120)은 상부금형(110)이 하부금형(120)을 덮고 있을 때, 서로 소정 간격 a 만큼 이격될 수 있다. 이에 따라 추후 후술할 경화제가 과충진될 공간이 확보될 수 있다. 이 때 과충진 된 경화제는 추후 가압부(610)에 의해 가압되어 두께 방향으로 함침될 수 있다. 이 때 상부 금형과 하부 금형의 각도가 0도가 유지되도록, 즉 상부금형(110)과 하부금형(120)이 서로 마주보는 면이 일정한 간격 이격된 상태로 서로 평행한 상태가 유지되도록 상부 금형과 하부 금형의 일면에 상기 a 만큼의 두께로 돌출이 형성될 수 있다.
밀폐부(900)는 소정의 자유도를 갖는 매니퓰레이터를 포함하여 상부 금형이 하부금형(120)의 상부로 덮이도록 할 수 있다. 또한, 밀폐부(900)는 상부 금형과 하부 금형이 완전히 덮인 후 상부 금형의 위치가 고정될 수 있도록, 소정 압력으로 상부 금형을 누르는 하중 제공 수단을 포함할 수 있다.
이하로, 도 12 내지 13을 참조하여 본 발명의 경화제 주입부(500) 및 가압부(610)에 대해 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 경화제 주입부(500)는 경화제 주입홀(140)과 연결된 경화제 주입 유로를 포함할 수 있다. 이 때 경화제는 레진일 수 있고 외피층(A)과 코어층(B)의 사이에 퍼지도록 액상상태인 것이 바람직하다. 이때, 경화제 주입홀(140)에 의해 주입된 경화제는 상부 금형의 면을 따라 외피층(A)과 코어층(B)의 사이로 도포될 수 있고, 상부 금형과 하부 금형 사이의 공간을 따라 하부 금형과 외피층(A), 코어층(B)의 사이로 침투되어 하부 금형의 면을 따라 균일하게 도포될 수 있다.
이 후, 도 13에 도시된 바와 같이, 가압부(610)는 상부금형(110)을 상측에서 압박할 수 있다. 이 때, 하부금형(120)은 이동부(200)의 일면에 접한 상태로서, 복합재 대량생산 금형(100)을 지지함으로써 외피층(A), 코어층(B) 및 경화제에 상방과 하방 모두에서 압력이 가해지도록 할 수 있다. 가압부(610)에 의해 압력이 가해짐으로써, 도포된 경화제와 외피층(A)은 서로 함침되어 프리프레그화 될 수 있다. 이에 따라 하나의 가압 경로만으로 종래의 히팅프레스 방식 및 RTM 방식의 장점을 모두 취할 수 있다.
이하로, 도 14를 참조하여 본 발명의 경화부(620)에 대해 설명한다.
또한, 경화부(620)는, 이동부(200)의 일면에 내장된 1개 이상의 히터(621)인 것이 바람직하다. 히터(621)는 이동부(200)의 내부에 내삽될 수 있으며, 또는 이동부(200)의 상단 또는 하단에 배치될 수 있다. 이동부(200)가 컨베이어 벨트라 했을 때, 이동하는 컨베이어 벨트와 히터(621)는 서로 독립적으로 움직일 수 있다. 즉, 컨베이어 벨트가 이동하여 복합재 대량생산 금형(100)의 위치가 이동되더라도 히터(621)의 위치는 고정되는 것이 바람직하다. 또한, 히터(621)는 복합재 대량생산 금형(100)의 이동방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 이 때, 히터(621)의 발열 강도는 외피층(A), 코어층(B) 및 경화제의 재질에 따라 변경될 수 있고, 각각의 히터(621)의 발열 강도 또한 서로 상이할 수 있다.
이하로, 도 15 내지 18을 참조하여 본 발명의 복합재 대량생산 방법에 대해 설명한다.
도 15에 도시된 바와 같이,본 발명은 복합재 대량생산 시스템(1000)을 이용한 복합재 대량생산 방법에 있어서, (a) 외피 적층부(300)가 상부 금형 및 하부 금형에 외피층(A)을 적층하는 단계, (b) 코어 적층부(400)가 상부 금형과 하부 금형 중 적어도 어느 하나에 코어층(B)을 적층하는 단계, (c) 밀폐부(900)가 상부금형(110)을 하부금형(120)의 상부로 덮고 위치를 고정 및 밀폐하는 단계, (d) 경화제 주입부(500)가 경화제를 상부금형(110)과 하부금형(120)의 사이에 주입하는 경화제 주입 단계, (e) 가압부(610)가 복합재 대량생산 금형(100)을 가압하여 경화제를 외피층(A)에 함침시키는 단계, (f) 경화부(620)가 복합재 대량생산 금형(100)을 가열하여 경화제를 경화하는 단계, (g) 탈형부(700)가 제품을 복합재 대량생산 금형(100)으로부터 분리하는 탈형 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
(a) 단계를 수행하기 위해, 외피 적층부(300)는, 드라이 섬유를 1장 이상 적층하는 적층기와, 적층된 드라이 섬유를 절단하여 외피층(A)을 생산하는 절단기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 외피층 생산부 및 절단된 외피층(A)을 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면 각각에 적층하는 외피층(A) 이동장치를 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 외피층(A)은 드라이 섬유 소재 또는 NFC(Non Crimp Fabric)인 것이 바람직하다.
이에 따라, (a) 단계는 도 16에 도시된 바와 같이 세분화 될 수 있다. (a) 단계는, (a1) 적층기가 드라이섬유를 적층하는 단계, (a2) 절단기가 (a1) 단계에서 적층된 드라이섬유를 절단하는 단계 및 (a3) 외피층(A) 이동장치가 성형이 완료된 외피층(A)을 이동시키고 복합재 대량생산 금형(100)에 적층하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
보다 자세히, (a1) 단계의 드라이 섬유 층을 적층하는 적층기는 스티치를 통해 각각의 드라이 섬유 층을 봉재하여 적층하는 방식일 수 있고, 또는 , AFP 방식으로 드라이 섬유 층을 적층시 강한힘으로 압착하며 적층하는 방식일 수 있다. 이후 절단기에 의해 요구되는 모양으로 커팅될 수 있다. 이 때, 절단기는 NC 커팅 장치일 수 있다.
이에 더하여 외피층 생산부는 일 실시 예에서, 열간성형기를 포함할 수 있고, 이에 따라 (a) 단계는, (a4) 열간 성형기가 외피층(A)에 열 또는 압력을 가하여 표면이 소정 이상의 곡률을 갖도록 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 복합재 대량생산 금형(100)의 금형 형상이 소정 곡률이상일 때 주름 없이 외피층(A)이 적층될 수 있다.
(b) 단계를 수행하기 위해, 코어 적층부(400)는 코어층(B) 생산부(410)와 생산된 코어층(B)을 외피층(A)의 상면에 적층하는 코어층(B) 이동장치를 포함할 수 있다. 이 때, 코어층(B)은 발포소재 소재인 것이 바람직하다. 코어층(B) 생산부(410)는, 내부에 발포소재가 수용되고, 일단에 발포소재가 배출되는 배출구가 형성되는 하우징(411), 하우징(411)의 내부에 내장되어 연장방향으로 왕복운동하여 발포소재를 배출구로 배출하는 스크류(412), 하우징(411)의 내부에 발포소재를 주입하는 발포소재 주입홀(413) 및 배출구와 연결되어 발포소재의 형상을 고정하는 몰드(414)를 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따라 (b) 단계는, (b1) 하우징(411)의 배출구가 몰드(414)와 연결되는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 보다 자세히 하우징(411) 내부의 발포소재가 수용된 공간과 몰드(414)의 내부공간이 연결될 수 있으며, 하우징(411)의 배출구와 몰드(414)의 위치를 고정하는 별도의 고정부재가 포함될 수 있다. 또한, (b2) 스크류(412)가 왕복운동하여 하우징(411) 내부의 발포소재를 몰드(414)의 내부에 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라 하우징(411)의 내부공간에 주입된 발포소재를 몰드(414)의 내부로 전달할 수 있다. 또한, (b3) 발포소재가 몰드(414)의 내부에서 고정되도록 소정 시간 대기하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 몰드(414)와 발포소재를 냉각하여 코어층(B)의 형상을 고정하는 것이 바람직하다. 또한, (b4) 몰드(414)와 코어층(B)을 분리하는 단계 및 (b5) 코어층(B) 이동장치가 성형이 완료된 코어층(B)을 이동시키고 복합재 대량 생산 금형에 적층하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합재 대량생산 방법의 일 실시 예에서, (a) 단계에 선행하여, (h) 이형처리부(800)가 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면을 이형처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. (h) 단계를 수행하기 위해, 이형처리부(800)는 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면에 이형제를 도포하는 분사노즐(810)을 포함할 수 있다. 이 때, 분사노즐(810)은 2개 이상일 수 있고, 복합재 대량생산 금형(100)의 양 측에서 이형제를 도포할 수 있다. 또는 이동부(200)와 복합재 대량생산 금형(100)의 상방 중앙부에 위치하여 이형제를 도포할 수 있다. 이에 따라 상부금형(110)과 하부금형(120) 모두에 균일하게 이형제가 도포될 수 있다.
또한, 본 발명의 복합재 대량생산 시스템(1000)은 이형처리부(800)의 일측에, 즉 이동부(200)의 이동방향의 반대측에 상부금형(110)의 일면 및 하부금형(120)의 일면에 플라즈마 처리하는 플라즈마 장치를 포함할 수 있다. 플라즈마 장치를 포함함으로써, 복합재 대량생산 금형(100)의 표면에 잔여한 미세 찌꺼기를 처리할 수 있다.
(h) 단계를 포함함으로써, 경화층이 복합재 대량생산 금형(100)과 접착되지 않고, 용이하게 분리되도록 할 수 있으며, 완성된 제품의 표면이 균일하도록 할 수 있어 제품의 품질을 높일 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 복합재 대량생산 시스템
100 : 복합재 대량생산 금형
110 : 상부금형
120 : 하부금형
130 : 연결부
140 : 경화제 주입홀
200 : 이동부
300 : 외피 적층부
400 : 코어 적층부
410 : 코어층 생산부
411 : 하우징
412 : 스크류
413 : 발포소재 주입홀
414 : 몰드
500 : 경화제 주입부
610 : 가압부
620 : 경화부
621 : 히터
700 : 탈형부
800 : 이형처리부
810 : 분사노즐
900 : 밀폐부
A : 외피층
B : 코어층

Claims (18)

  1. 일면에 제품의 일측 외면 형상이 오목형성된 하부금형;
    일면에 제품의 타측 외면 형상이 오목형성된 상부금형;
    상기 상부금형과 상기 하부금형의 일측 모서리에 각각 연결되며, 상기 상부금형의 일면과 상기 하부금형의 일면이 이루는 각도가 변경가능하도록 상기 상부금형과 상기 하부금형을 결합시키는 연결부;를 포함하되,
    상기 상부금형의 일면과 상기 하부금형의 일면이 서로 마주보며, 이루는 각도가 0도일 때, 상기 상부금형의 일면 및 상기 하부금형의 일면은 서로 소정 간격 이격된 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 금형.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부금형 또는 상기 하부금형 중 적어도 어느 하나에 관통 형성된 경화제 주입홀; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 금형.
  3. 제 1항의 상기 복합재 대량생산 금형;을 포함하고,
    일면에 상기 복합재 대량생산 금형이 위치하고, 일측으로부터 타측으로 상기 복합재 대량생산 금형을 전달하는 이동부;
    상기 이동부 상의 상기 상부금형과 상기 하부금형의 일면에 외피층을 적층하는 외피 적층부;
    상기 외피 적층부의 타측에 위치하되, 상기 상부금형에 적층된 외피층 또는 상기 하부금형에 적층된 외피층 중 적어도 어느 하나의 상면에 코어층을 적층하는 코어 적층부;
    상기 코어 적층부의 타측에 위치하되 상기 코어층과 상기 외피층의 사이에 경화제를 주입하는 경화제 주입부;
    상기 경화제 주입부의 타측에 위치하되 상기 복합재 대량생산 금형을 가압하여 상기 경화제를 상기 외피층에 함침시키는 가압부;
    상기 가압부의 타측에 위치하되 상기 복합재 대량생산 금형을 가열하여 상기 경화제를 경화하는 경화부; 및
    상기 경화부의 타측에 위치하되 제품을 상기 복합재 대량생산 금형으로부터 분리하는 탈형부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 외피 적층부의 일측에 위치하되,
    상기 상부금형의 일면 및 상기 하부금형의 일면에 이형처리를 하는 이형처리부; 및
    상기 이형처리부의 일측에 위치하는 플라즈마 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 이형처리부는,
    상기 상부금형의 일면 및 상기 하부금형의 일면에 이형제를 도포하는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 상부금형의 일면과 상기 하부금형의 일면이 서로 마주보도록 상기 상부금형을 상기 하부금형의 상부로 덮고 위치를 고정하는 밀폐부;를 더 포함하는 복합재 대량생산 시스템.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 외피층은 드라이 섬유 소재이고,
    상기 코어층은 고밀도 발포 폼코어 소재인 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 외피 적층부는,
    드라이 섬유를 1장 이상 적층하는 적층기와,
    적층된 상기 드라이 섬유를 절단하여 상기 외피층을 생산하는 절단기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 외피층 생산부 및
    절단된 상기 외피층을 상기 상부금형의 일면 및 상기 하부금형의 일면 각각에 적층하는 외피층 이동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는
    것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 외피층 생산부는,
    상기 외피층에 열 또는 압력을 가하여 표면이 소정 이상의 곡률을 갖도록 성형하는 열간성형기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량 생산 시스템.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 코어 적층부는,
    내부에 발포소재가 수용되고, 일단에 상기 발포소재가 배출되는 배출구가 형성되는 하우징,
    상기 하우징의 내부에 내장되어 연장방향으로 왕복운동하여 발포소재를 상기 배출구로 배출하는 스크류,
    상기 하우징의 내부에 발포소재를 주입하는 발포소재 주입홀 및
    상기 배출구와 연결되어 발포소재의 형상을 고정하는 몰드를 포함하는 코어층 생산부 및
    생산된 상기 코어층을 상기 외피층의 상면에 적층하는 코어층 이동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  11. 제 3항에 있어서,
    상기 경화부는,
    상기 이동부의 일면에 내장되거나 또는 상기 이동부의 상단 및 하단 중 적어도 어느 하나에 배치된 1개 이상의 히터인 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 이동부는 일측과 타측이 서로 맞닿는 원형 컨베이어 벨트인 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  13. 제 3항에 있어서,
    상기 이동부는 일측으로부터 타측까지 직선으로 연장된 직선 컨베이어 벨트인 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 시스템.
  14. 복합재 대량생산 시스템을 이용한 복합재 대량생산 방법에 있어서,
    (a) 외피 적층부가 상부 금형 및 하부 금형에 외피층을 적층하는 단계;
    (b) 코어 적층부가 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 중 적어도 어느 하나에 코어층을 적층하는 단계;
    (c) 밀폐부가 상기 상부금형을 상기 하부금형의 상부로 덮고 위치를 고정 및 밀폐하는 단계;
    (d) 경화제 주입부가 경화제를 상기 상부금형과 상기 하부금형의 사이에 주입하는 경화제 주입 단계;
    (e) 가압부가 복합재 대량생산 금형을 가압하여 상기 경화제를 상기 외피층에 함침시키는 단계;
    (f) 경화부가 상기 상부 금형과 상기 하부 금형으로 이루어진 상기 복합재 대량생산 금형을 가열하여 상기 경화제를 경화하는 단계;
    (g) 탈형부가 제품을 상기 복합재 대량생산 금형으로부터 분리하는 탈형 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 적층기가 드라이섬유를 적층하는 단계,
    (a2) 절단기가 상기 (a1) 단계에서 적층된 드라이섬유를 절단하는 단계 및
    (a3) 외피층 이동장치가 성형이 완료된 상기 외피층을 이동시키고 상기 복합재 대량생산 금형에 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    (a4) 열간 성형기가 상기 외피층에 열 또는 압력을 가하여 표면이 소정 이상의 곡률을 갖도록 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 하우징의 배출구가 몰드와 연결되는 단계,
    (b2) 스크류가 왕복운동하여 상기 하우징의 내부의 발포소재를 상기 몰드의 내부에 주입하는 단계,
    (b3) 발포소재가 상기 몰드의 내부에서 고정되도록 소정 시간 대기하는 단계,
    (b4) 상기 몰드와 상기 코어층을 분리하는 단계 및
    (b5) 코어층 이동장치가 성형이 완료된 상기 코어층을 이동시키고 상기 복합재 대량 생산 금형에 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 (a) 단계에 선행하여,
    (h) 이형처리부가 상기 상부금형의 일면 및 상기 하부금형의 일면을 이형처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 대량생산 방법.
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