WO2021132752A1 - 복합재 제작용 프리폼 성형 장치 및 복합재 제작용 프리폼 성형 방법 - Google Patents

복합재 제작용 프리폼 성형 장치 및 복합재 제작용 프리폼 성형 방법 Download PDF

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WO2021132752A1
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preform
cover
molding
composite material
jig
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PCT/KR2019/018391
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최오영
박광림
곽찬호
한석희
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코오롱데크컴퍼지트 주식회사
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    • 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
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    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
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    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing

Definitions

  • the present invention relates to a preform forming apparatus for manufacturing a composite material and a preform forming method for manufacturing a composite material.
  • the fiber-reinforced composite material is excellent in mechanical properties, light weight, corrosion resistance, etc., it is widely used as a material for manufacturing members for various uses, such as aircraft, automobiles, ships, windmills, sports equipment, and the like.
  • a preform used in the manufacture of such a fiber-reinforced composite is a shape of a fibrous reinforcing material in a certain shape, and after shaping it in a certain shape, a resin is deposited or penetrated into the pores of the preform to finally manufacture a fiber-reinforced composite will do
  • the preform In order to shape the preform, fibers are laminated on the surface of a jig, and then the laminated fibers are shaped in a certain form at high temperature and high pressure. And the binder applied to the fiber is cured so as to maintain the shape of the fiber. To this end, the jig was placed in an oven and heated. As a result, the preform manufacturing process was complicated due to the occurrence of the heating process.
  • the present invention maximizes the efficiency of the process by lowering the product manufacturing time through the preform molding process independent of the main process of injecting the resin and enabling the preform and resin injection to proceed simultaneously.
  • a preform molding apparatus for manufacturing a composite material comprises: a jig body formed with a molding part on which fibers to form a preform are placed; a jig temperature control unit disposed on the jig body to control the temperature of the molding unit; a cover coupled to the jig body and sealing the molding part; a cover temperature control unit disposed on the cover to control the temperature of the cover; a vacuum unit connected to the jig body and vacuuming the sealed forming unit; and a control unit for operating the temperature of the jig temperature control unit and the cover temperature control unit.
  • the fiber By evacuating the forming part, the fiber may be deformed according to the shape of the forming part.
  • the cover may be deformed according to the shape of the molding part by vacuuming the molding part.
  • the cover may be made of silicone.
  • the cover temperature control unit may include a heating wire disposed inside the cover.
  • the jig body may have an arrangement space partitioned from the forming part, and the jig temperature control unit may be disposed in the arrangement space.
  • the jig body may be made of aluminum.
  • the arrangement space may be formed in a line shape.
  • the arrangement space may be formed of a plurality of through-holes penetrating from one side of the jig body to the other side.
  • the jig temperature control unit may include a heating wire disposed in the arrangement space.
  • It may further include an airtight member disposed between the cover and the jig body.
  • a preform forming method for manufacturing a composite material comprises the steps of: preparing a jig body formed with a forming part; raising the temperature of the molding part; laminating fibers to the molding part; sealing the molding unit by coupling a temperature-controllable cover to the jig body; vacuuming the sealed molding part using a vacuum part; increasing the temperature of the jig body and the cover to apply heat to the fiber; and separating the molded preform from the molding part when the fiber is deformed by heat applied to form a preform, and when the binder of the fiber is cured; includes
  • the soft fibers placed in the forming part become soft by heat, the soft fibers are in close contact with the surface of the forming part by evacuation of the forming part and are deformed along the shape of the forming part, and the cover also follows the fibers of the forming part can be transformed into a form.
  • the jig body may maintain a temperature of 60°C to 80°C.
  • the jig body and the cover may maintain a temperature of 80°C to 120°C.
  • the cured preform may be demolded after curing for 1 to 4 hours so that the binder of the fiber is cured.
  • a preform for manufacturing a composite material is manufactured only by using a molding device dedicated to the preform, the preform manufacturing process is fast, the preform can be manufactured precisely, and a precise composite material can be manufactured.
  • the vacuum bag operation used when manufacturing the preform using a laminated jig and the reorganization operation necessary before injecting the preform and resin can be omitted.
  • the process can be simplified.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a preform molding apparatus for manufacturing a composite material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded view of Figure 1;
  • Figure 3 is an enlarged view showing the jig body of Figure 2;
  • Figure 4 is a perspective view showing another embodiment of the jig temperature control unit Figure 3;
  • Figure 5 is a perspective view showing a state in which the fiber is placed on the jig body of Figure 2;
  • FIG. 6 is a block diagram showing a preform forming method for manufacturing a composite material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a perspective view showing a preform molding apparatus for manufacturing a composite material according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded view of Figure 1
  • Figure 3 is an enlarged view showing the jig body of Figure 2
  • Figure 4 is
  • Figure 3 is a perspective view showing another embodiment of the jig temperature control unit
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the fiber is placed on the jig body of FIG. 2 .
  • the preform forming apparatus for manufacturing a composite material is a jig body (1), a jig temperature control unit (5), a cover (2), a cover temperature control unit (3), a vacuum unit (7) and the control unit (4), including a preform is formed in a dedicated device before the main process of composite material injection of resin is supplied to the main process of composite.
  • the jig body 1 has a predetermined width, and a molding part 11 is formed on the upper surface of which fibers M for molding a preform are placed.
  • the forming part 11 has a predetermined shape.
  • the shape of the molding part 11 may be variously changed according to the shape of the composite material to be manufactured.
  • the lower surface of the fiber is in contact with the surface of the molded part 11 , and the fiber M is deformed along the shape of the molded part 11 by heat.
  • the surface of the molded part 11 is smooth so that the fibers can be uniformly adhered to the entire surface along the shape of the molded part 11 .
  • An airtight member 6 is positioned on the upper surface of the jig body 1 , and the airtight member 6 is disposed at a portion bordering the forming part 11 and other parts.
  • the airtight member 6 protrudes from the upper surface of the jig body 1 and may be made of rubber or the like.
  • the jig body 1 may be made of, for example, aluminum having excellent thermal conductivity.
  • the jig body 1 is not limited to aluminum.
  • An arrangement space 12 for arranging the jig temperature control unit 5 is formed inside the jig body 1 .
  • the arrangement space 12 is partitioned from the forming part 11 .
  • the arrangement space 12 is formed in the form of a hole penetrating from one side of the jig body 1 to the other side, that is, along the longitudinal direction of the jig body 1 .
  • the arrangement space 12 is formed in plurality at intervals along the width direction of the jig body (1).
  • the arrangement space 12 may be formed in a line shape as shown in FIG. 4 .
  • the arrangement space 12 may be formed in a shape corresponding to the forming part 11 .
  • the shape of the arrangement space 12 may be variously changed according to the design of the jig body 1 .
  • the jig temperature control unit 5 applies heat to the molding unit 11 so that the fibers placed on the molding unit 11 are deformed.
  • the jig temperature control unit 5 may heat the molding unit 11 to a temperature of 60°C to 120°C.
  • the jig temperature control unit 5 applies heat to the forming unit 11 step by step. For example, it may be heated to 60 °C to 80 °C or 80 °C to 120 °C.
  • the jig temperature control unit 5 applies heat to the molding unit 11 at a set temperature for a predetermined time.
  • the time for which the jig temperature control unit 5 applies heat to the molding unit 11 depends on the temperature currently being applied to the jig body 1 . This may be variously changed according to the material, thickness, shape, etc. of the fiber.
  • the jig temperature control unit 5 may include a heating wire inserted into the arrangement space 12 , a planar heating element, a heater, and the like. Also, the jig temperature control unit 5 may be a heating medium flowing through the arrangement space 12 . The heating medium may be a fluid such as water or oil. The type of the jig temperature control unit 5 is not specifically limited, and as long as it can increase the temperature of the molding unit 11, various applications may be made. The jig temperature control unit 5 applies heat to the lower surface of the fiber through the forming unit 11 .
  • the lid 2 covers the fibers placed on the forming part 11 . Accordingly, the lower surface of the cover 2 and the upper surface of the fibers are in contact with each other. And the edge of the cover (2) is out of the airtight member (6) is in contact with the upper surface of the jig body (1).
  • a fixing groove is formed along the upper surface of the upper surface of the jig body 1 in contact with the edge of the cover 2 .
  • the cover 2 may be inserted into the fixing groove, and the fixing bar may be inserted in a state in which the cover 2 is inserted into the fixing groove to prevent the cover 2 from being separated from the fixing groove.
  • the configuration for fixing the cover (2) to the jig body (1) can be changed in various ways, and is not limited to the fixing bar and the fixing groove.
  • the cover (2) may be fixed in a state in which the lower surface of the edge is in contact with the upper surface of the jig body (1).
  • the molding part (11) is closed so that the surrounding air of the jig body (1) is not introduced into a closed state. At this time, the sealing force is further improved by the airtight member 6 .
  • the cover 2 is deformed together when the fibers are deformed along the forming portion 11, the cover 2 may be made of silicone or the like.
  • the cover 2 is not limited to silicone and may be variously applied as long as it is a material that can be deformed along the fiber.
  • the cover 2 is separated from the jig body 1 when the fiber is deformed and the molding of the preform is completed, and the preform may be demolded in the molding unit 11 .
  • the cover temperature control unit 3 is disposed inside the cover 2 .
  • the cover temperature control unit 3 includes a heating wire, a planar heating element, and the like.
  • the heating wire is arranged in the form of a line.
  • the cover temperature control unit (3) applies heat from the cover (2) to the upper surface of the fiber (M).
  • the cover temperature control unit 3 can apply heat to the fibers at the same temperature and time as the jig temperature control unit 5 .
  • the jig temperature control unit 5 and the cover temperature control unit 3 simultaneously apply heat to the fibers placed on the molding unit 11 .
  • the fibers become brittle by the heat applied from the upper and lower surfaces.
  • the vacuum unit 7 includes a pipe connected to the forming unit 11 through the jig body 1 and a vacuum pump connected to the pipe.
  • the vacuum part 7 may be coupled to the cover 2 and connected to the forming part 11 .
  • the position of the vacuum unit 7 may vary depending on the design of the preform forming apparatus for manufacturing the composite material.
  • the vacuum unit 7 forms a vacuum by discharging the air of the molding unit 11 closed by the cover 2 when the jig temperature control unit 5 and the cover temperature control unit 3 apply heat to the fibers. . At this time, the soft fibers are in close contact with the surface of the molded part 11 and are deformed along the shape of the molded part 11 .
  • the vacuum pressure may be adjusted so that the fibers are deformed according to the shape of the forming part 11 .
  • the cover 2 made of silicone is also deformed along the molded part 11 together with the fibers. Since the detailed configuration of the vacuum unit 7 is the same as that of the vacuum pressure generator of a known configuration, a detailed description thereof will be omitted.
  • the control unit 4 is connected to the jig temperature control unit 5 and the cover temperature control unit 3, and sets the temperature and time of the jig temperature control unit 5 and the cover temperature control unit 3 to set the jig temperature. Controls the operation of the control unit (5) and the cover temperature control unit (3). Accordingly, the control unit 4 includes a temperature and time input unit, a temperature and time display unit, and a circuit unit for controlling the temperature and time. Here, the time display unit displays the heating time, curing time, and the like.
  • the jig temperature control unit 5 and the cover temperature control unit 3 may each include a control unit 4 .
  • the preform molding method for manufacturing a composite material includes the steps of preparing the jig body (S10), raising the temperature of the molding part (S20), laminating fibers in the molding part (S30), sealing the molding part (S40), the molding part Vacuuming (S50), applying heat to the fiber (S60), and separating the molded preform from the molding unit (S70).
  • Heat is applied to the molding unit 11 using the jig temperature control unit 5 to mold the preform using the fibers.
  • the temperature may be 60 °C to 80 °C.
  • the surface temperature of the molding unit 11 by the jig temperature control unit 5 maintains a temperature higher than that of the atmosphere (S20).
  • the binder-coated fibers M are placed on the molding unit 11 .
  • the lamination angle of the fibers may be variously changed depending on the field (aircraft, automobile, etc.) to which the composite material is applied, a region (body, door, wing, etc.) (S30).
  • a cover (2) having a cover temperature control unit (3) is disposed on the upper surface of the jig body (1) to cover the fibers placed on the molding unit (11). And the cover (2) is fixed to the jig body (1) so that the molding part (11) is sealed. At this time, in order to increase the sealing force, the cover 2 is fixed to the jig body 1 with a fixing means such as a fixing bar (S40).
  • the air in the sealed molding part (11) is discharged to make the vacuum.
  • the fibers and the cover 2 are deformed according to the shape of the forming part 11 .
  • the sealed forming unit 11 is vacuumed. Due to the vacuum of the forming unit 11, the fibers are in close contact with the surface of the forming unit 11, and the cover is also deformed along the forming unit 11 together with the fibers (S50).
  • the temperature of the sealed molding part 11 is measured, and curing of the binder is performed. At this time, curing is performed for 1 to 4 hours depending on the binder.
  • the vacuum of the forming part 11 is released and the cover 2 is separated from the jig body 1 . And the fiber is deformed along the forming part 11, and the molded preform is demolded in the forming part 11 (S70).
  • the demolded preform is transferred to the main process step of injecting the resin to make the composite material.
  • the preform for manufacturing the composite material is manufactured only by using a molding device dedicated to the preform, the preform manufacturing process is fast, the preform can be precisely manufactured, and a precise composite material can be manufactured.
  • the preform is manufactured using a dedicated molding device, the vacuum bag operation used when manufacturing the preform using the laminated jig and the reorganization operation necessary before injection of the preform and resin can be omitted, thereby simplifying the process of manufacturing the composite material.
  • the production cycle can be lowered, thereby increasing productivity, and increasing worker work efficiency by performing the work in parallel.

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Abstract

본 발명은 복합재 제작용 프리폼을 성형하는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치 및 복합재 제작용 프리폼 성형 방법에 관한 것으로, 프리폼을 형성할 섬유가 놓이는 성형부가 형성된 치구본체; 상기 치구본체에 배치되어 상기 성형부의 온도를 조절하는 치구 온도조절부; 상기 치구본체와 결합되며 상기 성형부를 밀폐시키는 덮개; 상기 덮개에 배치되어 상기 덮개의 온도를 조절하는 덮개 온도조절부; 상기 치구본체와 연결되어 밀폐된 상기 성형부를 진공화하는 진공부; 및 상기 치구 온도조절부와 상기 덮개 온도조절부의 온도를 조작하는 제어부; 를 포함하며, 상기 성형부의 진공화로 상기 섬유는 상기 성형부의 형상을 따라 변형된다.

Description

복합재 제작용 프리폼 성형 장치 및 복합재 제작용 프리폼 성형 방법
본 발명은 복합재 제작용 프리폼 성형 장치 및 복합재 제작용 프리폼 성형 방법에 관한 것이다.
섬유 강화 복합재는 기계적 특성, 경량성, 내부식성 등이 우수하기 때문에, 항공기, 자동차, 선박, 풍차, 스포츠용구 등, 다양한 용도를 대상으로 한 부재를 제조하는 재료로서 널리 사용되고 있다.
이와 같은 섬유 강화 복합재의 제조에 이용되는 프리폼(Preform)은 섬유상의 강화재료를 일정형태로 형상화한 것으로서, 일정형태로 형상화한 다음 수지를 프리폼의 공극으로 증착하거나 침투시키어 최종적으로 섬유 강화 복합재를 제조하게 된다.
상기 프리폼(preform)을 형상화하기 위해 섬유를 치구의 표면에 적층한 뒤 고온 고압으로 적층된 섬유를 일정형태로 형상화한다. 그리고 섬유가 형상화된 상태를 유지하도록 섬유에 도포된 바인더를 경화시킨다. 이를 위해 치구를 오븐에 넣어 가열하게 되었다. 이로 인하여 가열 공정 발생으로 프리폼 제작 공정이 복잡하였다.
본 발명은 복합재 제작 공정을 효율적으로 운용하기 위해, 수지를 주입하는 주공정과 독립된 프리폼 성형 공정을 통해 제품 제작 시간을 낮추고 프리폼과 레진 주입이 동시 진행이 가능하게 하여 공정의 효율성을 극대화한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제작용 프리폼 성형 장치는, 복합재 제작용 프리폼을 성형하는 것으로, 프리폼을 형성할 섬유가 놓이는 성형부가 형성된 치구본체; 상기 치구본체에 배치되어 상기 성형부의 온도를 조절하는 치구 온도조절부; 상기 치구본체와 결합되며 상기 성형부를 밀폐시키는 덮개; 상기 덮개에 배치되어 상기 덮개의 온도를 조절하는 덮개 온도조절부; 상기 치구본체와 연결되어 밀폐된 상기 성형부를 진공화하는 진공부; 및 상기 치구 온도조절부와 상기 덮개 온도조절부의 온도를 조작하는 제어부; 를 포함한다.
상기 성형부의 진공화로 상기 섬유는 상기 성형부의 형상을 따라 변형될 수 있다.
상기 덮개는 상기 성형부의 진공화로 상기 성형부의 형상을 따라 변형될 수 있다.
상기 덮개는 실리콘으로 만들어질 수 있다.
상기 덮개 온도조절부는 상기 덮개의 내부에 배치된 열선을 포함할 수 있다.
상기 치구본체에는 상기 성형부와 구획된 배치공간이 형성되어 있고, 상기 배치공간에는 상기 치구 온도조절부가 배치될 수 있다.
상기 치구본체는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
상기 배치공간은 라인 형태로 형성될 수 있다.
상기 배치공간은 상기 치구본체의 일측에서 타측 방향으로 관통한 복수의 관통홀로 형성될 수 있다.
상기 치구 온도조절부는 상기 배치공간에 배치된 열선을 포함할 수 있다.
상기 덮개와 상기 치구본체의 사이에 배치된 기밀부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제작용 프리폼 성형 방법은, 성형부가 형성된 치구본체를 준비하는 단계; 상기 성형부의 온도를 높이는 단계; 상기 성형부에 섬유를 적층하는 단계; 상기 치구본체에 온도를 조절할 수 있는 덮개를 결합하여 상기 성형부를 밀폐시키는 단계; 진공부를 이용하여 밀폐된 상기 성형부를 진공화하는 단계; 상기 치구본체와 상기 덮개의 온도를 높이여 상기 섬유에 열을 가하는 단계; 및 상기 섬유는 가해지는 열에 의해 변형되어 프리폼으로 성형되고, 상기 섬유의 바인더가 경화되면 성형된 프리폼을 상기 성형부에서 분리하는 단계; 를 포함한다.
상기 성형부에 놓인 섬유는 열에 의해 무른 상태가 되면, 무른 섬유는 상기 성형부의 진공화에 의해 상기 성형부의 표면에 밀착되어 상기 성형부의 형상을 따라 변형되고, 상기 덮개 또한 상기 섬유를 따라 상기 성형부의 형으로 변형될 수 있다.
상기 성형부의 온도를 높이는 단계에서 상기 치구본체는 60℃ 내지 80℃의 온도를 유지할 수 있다.
상기 섬유에 열을 가하는 단계에서 상기 치구본체와 상기 덮개는 80℃ 내지 120℃의 온도를 유지할 수 있다.
상기 프리폼을 치구본체에서 탈형하는 단계에서 상기 섬유의 바인더가 경화되도록 1시간 내지 4시간 경화를 진행한 후 경화된 프리폼을 탈형할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복합재 제작을 위한 프리폼을 프리폼 전용 성형 장치를 이용하야 제작하므로 프리폼 제작 공정이 빠르며 프리폼을 정교하게 제작할 수 있으며 정밀한 복합재를 제작할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 프리폼을 전용 성형 장치를 이용하여 제작하므로 적층 치구를 이용하여 프리폼을 제작할 때 사용되는 진공 백 작업과 프리폼과 레진 주입 전 필요한 재정비 작업을 생략할 수 있어 복합재 제작에 따른 공정을 간소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제작용 프리폼 성형 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 분해도.
도 3은 도 2의 치구본체를 나타낸 확대도.
도 4는 도 3은 치구 온도조절부의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 5는 도 2의 치구본체에 섬유가 놓인 상태를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제작용 프리폼 성형 방법을 나타낸 블록도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제작용 프리폼 성형 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 제작용 프리폼 성형 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해도이며, 도 3은 도 2의 치구본체를 나타낸 확대도이고, 도 4는 도 3은 치구 온도조절부의 다른 실시예를 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 2의 치구본체에 섬유가 놓인 상태를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 복합재 제작용 프리폼 성형 장치는 치구본체(1), 치구 온도조절부(5), 덮개(2), 덮개 온도조절부(3), 진공부(7) 및 제어부(4)를 포함하며 수지를 주입하는 복합재 제작 주 공정 전에 프리폼을 전용 장치에서 형성하여 복합재 주 공정으로 공급한다.
치구본체(1)는 기설정된 넓이를 가지며, 상면에는 프리폼을 성형하기 위한 섬유(M)가 놓이는 성형부(11)가 형성되어 있다. 성형부(11)는 기설정된 형상을 가진다. 성형부(11)의 형상은 제작하기 위한 복합재의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 섬유의 하면은 성형부(11)의 표면과 접하고 있으며 섬유(M)는 열에 의해 성형부(11)의 형상을 따라 변형된다. 성형부(11)의 표면은 섬유가 성형부(11)의 형상을 따라 전체적으로 균일하게 밀착될 수 있도록 매끄럽게 형성되어 있다.
치구본체(1)의 상면에는 기밀부재(6)가 위치하며, 기밀부재(6)는 성형부(11)와 그 외 부분을 경계 짓는 부분에 배치되어 있다. 기밀부재(6)는 치구본체(1)의 상면으로부터 돌출되어 있으며 고무 따위로 만들어질 수 있다. 치구본체(1)는 열전도율이 우수한 알루미늄 따위로 만들어질 수 있다. 치구본체(1)를 알루미늄으로 한정하는 것은 아니다.
치구본체(1)의 내부에는 치구 온도조절부(5)를 배치하기 위한 배치공간(12)이 형성되어 있다. 배치공간(12)은 성형부(11)와 구획되어 있다. 배치공간(12)은 치구본체(1)의 일측에서 타측 방향으로 즉, 치구본체(1)의 길이 방향을 따라 관통한 홀 형태로 형성되어 있다. 이때 배치공간(12)은 치구본체(1)의 폭 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성된다. 그러나, 배치공간(12)은 도 4에서 도시한 바와 같이 라인 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만 배치공간(12)은 성형부(11)와 대응하는 형상으로 형성될 수도 있다. 배치공간(12)의 형상은 치구본체(1)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
치구 온도조절부(5)는 성형부(11)에 놓인 섬유가 변형되도록 성형부(11)에 열을 가한다. 치구 온도조절부(5)는 성형부(11)를 60℃ 내지 120℃의 온도로 가열할 수 있다. 치구 온도조절부(5)는 단계적으로 성형부(11)에 열을 가한다. 예컨대 60℃ 내지 80℃ 또는 80℃ 내지 120℃로 가열할 수 있다. 치구 온도조절부(5)는 설정된 온도로 기설정된 시간동안 성형부(11)에 열을 가한다. 여기서, 치구 온도조절부(5)가 성형부(11)에 열을 가하는 시간은 현재 치구본체(1)에 가하고 있는 온도에 따라 다르다. 이는 섬유의 재질 두께 형상 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
치구 온도조절부(5)는 배치공간(12)으로 삽입된 열선, 면상발열체, 히터 따위를 포함할 수 있다. 또한 치구 온도조절부(5)는 배치공간(12)을 유동하는 열매체일 수 있다. 열매체는 물, 기름 등의 유체일 수 있다. 치구 온도조절부(5)의 종류에 대해서 구체적으로 한정하지 않으며, 성형부(11)의 온도를 높일 수 있는 것이라면 다양하게 적용될 수 있다. 치구 온도조절부(5)는 성형부(11)를 통해 섬유의 하면에 열을 가한다.
덮개(2)는 성형부(11)에 놓인 섬유를 덮고 있다. 이에 덮개(2)의 하면과 섬유의 상면은 서로 접한다. 그리고 덮개(2)의 가장자리는 기밀부재(6)를 벗어나 치구본체(1)의 상면과 접하고 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 덮개(2)의 가장자리와 접하는 치구본체(1)의 상면에는 상면을 따라 고정홈이 형성되어 있다. 고정홈에는 덮개(2)가 삽입될 수 있으며 덮개(2)가 고정홈에서 이탈하지 않도록 고정홈에 덮개가 삽입된 상태에서 고정바가 삽입될 수 있다. 덮개(2)를 치구본체(1)에 고정하는 구성은 다양하게 변경될 수 있는 것으로 고정바와 고정홈으로 한정하지 않는다. 그러나 덮개(2)는 그 가장자리 하면이 치구본체(1)의 상면과 접한 상태로 고정될 수도 있다.
덮개(2)가 치구본체(1)의 상면에 고정되면서 성형부(11)는 치구본체(1)의 주변 공기가 유입되지 않도록 폐쇄되어 밀폐된 상태가 된다. 이때 기밀부재(6)에 의해 밀폐력은 더욱 향상된다.
한편, 덮개(2)는 섬유가 성형부(11)를 따라 변형될 때 함께 변형되며, 덮개(2)는 실리콘 따위로 만들어질 수 있다. 덮개(2)를 실리콘으로 한정하지 않으며 섬유를 따라 변형될 수 있는 재질이라면 다양하게 적용될 수 있다. 그리고 덮개(2)는 섬유가 변형되어 프리폼의 성형이 완료되면 치구본체(1)에서 분리되며, 프리폼은 성형부(11)에서 탈형될 수 있다.
덮개 온도조절부(3)는 덮개(2)의 내부에 배치되어 있다. 덮개 온도조절부(3)는 열선, 면상발열체 따위를 포함한다. 열선은 라인 형태로 배치되어 있다. 덮개 온도조절부(3)는 덮개(2)에서 섬유(M)의 상면으로 열을 가한다. 덮개 온도조절부(3)는 치구 온도조절부(5)와 같은 온도 및 시간으로 섬유에 열을 가할 수 있다.
이에 치구 온도조절부(5)와 덮개 온도조절부(3)는 성형부(11)에 놓인 섬유에 열을 동시에 가한다. 섬유는 상면과 하면에서 가해지는 열에 의해 무른 상태가 된다.
진공부(7)는 치구본체(1)를 통해 성형부(11)와 연결된 배관, 배관과 연결된 진공펌프를 포함한다. 그러나 진공부(7)는 덮개(2)와 결합되어 성형부(11)와 연결될 수 있다. 진공부(7)의 위치는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치의 설계에 따라 달라질 수 있다.
진공부(7)는 치구 온도조절부(5)와 덮개 온도조절부(3)가 섬유에 열을 가할 때 덮개(2)에 의해 밀폐된 성형부(11)의 공기를 배출하여 진공을 형성한다. 이때 무른 상태의 섬유는 성형부(11)의 표면에 밀착되어 성형부(11)의 형상을 따라 변형된다. 진공 형성 시 성형부(11)의 형상에 따라 섬유가 변형되도록 진공압을 조절할 수 있다.
그리고 실리콘으로 이루어진 덮개(2) 또한 섬유와 함께 성형부(11)를 따라 변형된다. 이와 같은 진공부(7)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 진공압 발생장치와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
제어부(4)는 치구 온도조절부(5) 및 덮개 온도조절부(3)와 연결되어 있으며, 치구 온도조절부(5)와 덮개 온도조절부(3)의 온도, 시간 등을 설정하여 치구 온도조절부(5)와 덮개 온도조절부(3)의 작동을 제어한다. 이에 제어부(4)에는 온도 및 시간 입력부, 온도 및 시간 표시부, 온도와 시간을 제어하는 회로부를 포함한다. 여기서 시간 표시부는 열을 가하는 시간, 경화되는 시간 등을 표시한다. 치구 온도조절부(5)와 덮개 온도조절부(3)는 제어부(4)를 각각 구비할 수 있다.
다음은 위에서 설명한 복합재 제작용 프리폼 성형 장치를 이용한 복합재 제작용 프리폼 성형 방법에 대해 설명한다.
복합재 제작용 프리폼 성형 방법은 치구본체를 준비하는 단계(S10), 성형부의 온도를 높이는 단계(S20), 성형부에 섬유를 적층하는 단계(S30), 성형부를 밀폐시키는 단계(S40), 성형부를 진공화하는 단계(S50), 섬유에 열을 가하는 단계(S60) 및 성형된 프리폼을 성형부에서 분리하는 단계(S70)를 포함한다.
복합재를 제작하기 전에 프리폼을 성형하기 위한 프리폼 성형 장치를 준비한다. 그리고 준비된 프리폼 성형 장치의 치구본체(1)와 덮개(2)를 분리하며 치구본체(1)의 성형부(11) 표면을 정리한다(S10).
섬유를 이용하여 프리폼을 성형하기 위해 치구 온도조절부(5)를 이용하여 성형부(11)에 열을 가한다. 이때 온도는 60℃ 내지 80℃일 수 있다. 치구 온도조절부(5)에 의해 성형부(11)의 표면 온도는 대기보다 높은 온도를 유지한다(S20).
성형부(11)의 온도가 높아지면 바인더가 도포된 섬유(M)를 성형부(11)에 놓는다. 이때 복합재의 설계에 따라 섬유의 적층 각도를 확인하여 복수의 층으로 적층 할 수 있다. 섬유의 적층 각도는 복합재가 적용되는 분야(항공기, 자동차 등), 부위(몸체, 도어, 날개 등) 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다(S30).
덮개 온도조절부(3)를 구비한 덮개(2)를 치구본체(1)의 상면에 배치하여 성형부(11)에 놓인 섬유를 덮는다. 그리고 성형부(11)가 밀폐되도록 덮개(2)를 치구본체(1)에 고정한다. 이때 밀폐력을 높이기 위해 덮개(2)는 고정바 따위의 고정수단으로 치구본체(1)에 고정한다(S40).
진공부(7)를 이용하여 밀폐된 성형부(11)의 공기를 배출하여 진공화 한다. 섬유와 덮개(2)는 성형부(11)의 형상을 따라 변형된다. 이때 섬유가 성형부(11)의 표면에 밀착될 수 있도록 진공압을 조절하면서 밀폐된 성형부(11)를 진공화 한다. 성형부(11)의 진공화로 인하여 섬유는 성형부(11)의 표면에 밀착되며 덮개 또한 섬유와 함께 성형부(11)를 따라 변형된다(S50).
성형부(11)의 진공화가 완료되면 진공의 누설이 발생하지 않도록 확인한다. 그리고 치구본체(1)에 배치된 치구 온도조절부(5)와 덮개(2)에 배치된 덮개 온도조절부(3)를 이용하여 성형부(11)를 따라 변형된 섬유에 80℃ 내지 120℃의 열을 기설정된 시간동안 가한다.
밀폐된 성형부(11)의 온도를 측정하며, 바인더의 경화를 진행한다. 이때 바인더에 따라 1시간 내지 4시간 동안 경화를 진행한다. 경화가 완료되면 성형부(11)의 진공을 해제하고 덮개(2)를 치구본체(1)에서 분리한다. 그리고 섬유가 성형부(11)를 따라 변형되어 성형된 프리폼을 성형부(11)에서 탈형 한다(S70). 탈형 한 프리폼은 복합재 제작을 위해 수지를 주입하는 주공정 단계로 이송되어 복합재를 제작한다.
따라서, 복합재 제작을 위한 프리폼을 프리폼 전용 성형 장치를 이용하야 제작하므로 프리폼 제작 공정이 빠르며 프리폼을 정교하게 제작할 수 있으며 정밀한 복합재를 제작할 수 있다.
그리고 프리폼을 전용 성형 장치를 이용하여 제작하므로 적층 치구를 이용하여 프리폼을 제작할 때 사용되는 진공 백 작업과 프리폼과 레진 주입 전 필요한 재정비 작업을 생략할 수 있어 복합재 제작에 따른 공정을 간소화할 수 있다.
또한 종래에 성형에 필요한 치구의 생산 주기를 프리폼 전용 성형장치를 추가함에 따라 생산 주기를 낮출 수 있어 생산성을 높이고, 작업을 평행하게 진행함으로써 작업자 작업 효율을 높일 수 있다.
그리고, 프리폼 제작 공정을 독립적으로 진행함으로써, 작업의 정량화 및 공정 데이터 레코더(data recorder)가 용이하여 공정 관리 효율이 높아진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 복합재 제작용 프리폼을 성형하는 것으로,
    프리폼을 형성할 섬유가 놓이는 성형부가 형성된 치구본체;
    상기 치구본체에 배치되어 상기 성형부의 온도를 조절하는 치구 온도조절부;
    상기 치구본체와 결합되며 상기 성형부를 밀폐시키는 덮개;
    상기 덮개에 배치되어 상기 덮개의 온도를 조절하는 덮개 온도조절부;
    상기 치구본체와 연결되어 밀폐된 상기 성형부를 진공화하는 진공부; 및
    상기 치구 온도조절부와 상기 덮개 온도조절부의 온도를 조작하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 성형부의 진공화로 상기 치구 온도조절부와 상기 덮개 온도조절부에 의해 열이 가해진 상기 섬유는 상기 성형부의 형상을 따라 변형되는
    복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 덮개는 상기 성형부의 진공화로 상기 성형부의 형상을 따라 변형될 수 있는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 덮개는 실리콘으로 만들어진 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 덮개 온도조절부는 상기 덮개의 내부에 배치된 열선을 포함하는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 치구본체에는 상기 성형부와 구획된 배치공간이 형성되어 있고, 상기 배치공간에는 상기 치구 온도조절부가 배치되어 있는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 치구본체는 알루미늄으로 만들어진 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 배치공간은 라인 형태로 형성되어 있는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  8. 제5항에서,
    상기 배치공간은 상기 치구본체의 일측에서 타측 방향으로 관통한 복수의 관통홀로 형성된 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
    치구 온도조절부는
  9. 제5항에서,
    상기 치구 온도조절부는 상기 배치공간에 배치된 열선을 포함하는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 덮개와 상기 치구본체의 사이에 배치된 기밀부재를 더 포함하는 복합재 제작용 프리폼 성형 장치.
  11. 성형부가 형성된 치구본체를 준비하는 단계;
    상기 성형부의 온도를 높이는 단계;
    상기 성형부에 섬유를 적층하는 단계;
    상기 치구본체에 온도를 조절할 수 있는 덮개를 결합하여 상기 성형부를 밀폐시키는 단계;
    진공부를 이용하여 밀폐된 상기 성형부를 진공화하는 단계;
    상기 치구본체와 상기 덮개의 온도를 높이여 상기 섬유에 열을 가하는 단계; 및
    상기 섬유는 가해지는 열에 의해 변형되어 프리폼으로 성형되고, 상기 섬유의 바인더가 경화되면 성형된 프리폼을 상기 성형부에서 분리하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 성형부에 놓인 섬유는 열에 의해 무른 상태가 되면, 무른 섬유는 상기 성형부의 진공화에 의해 상기 성형부의 표면에 밀착되어 상기 성형부의 형상을 따라 변형되고, 상기 덮개 또한 상기 섬유를 따라 상기 성형부의 형으로 변형되는
    복합재 제작용 프리폼 성형 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 성형부의 온도를 높이는 단계에서 상기 치구본체는 60℃ 내지 80℃의 온도를 유지하는 복합재 제작용 프리폼 성형 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 섬유에 열을 가하는 단계에서 상기 치구본체와 상기 덮개는 80℃ 내지 120℃의 온도를 유지하는 복합재 제작용 프리폼 성형 방법.
  14. 제11항에서,
    상기 프리폼을 치구본체에서 탈형하는 단계에서 상기 섬유의 바인더가 경화되도록 1시간 내지 4시간 경화를 진행한 후 경화된 프리폼을 탈형하는 복합재 제작용 프리폼 성형 방법.
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