KR102079564B1 - 적층형 격자패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타일 안테나의 배열을 위한 하부지지 구조물로 사용될 수 있는 경량 및 고강성의 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

적층형 격자패널 및 이의 제조방법{Laminate grid panel structure and fabrication method therefore}
본 발명은 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타일 안테나의 배열을 위한 하부지지 구조물로 사용될 수 있는 경량 및 고강성의 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
복합소재(Composite material)는 높은 비강성, 비강도의 특징으로 가벼운 무게가 요구되는 다양한 산업분야에서 연구 또는 적용되고 있으며, 이러한 복합소재는 같은 재료로 더 높은 강성을 얻기 위해서 다양한 구조적 설계 방법들이 등장하였다.
대표적인 복합재료 구조 설계 방법으로 샌드위치 구조(Sandwich structure)와 격자 구조(Grid/Lattice structure)가 있다. 샌드위치 구조는 최외각층이 복합재료로 적층되어 있고 가운데 저밀도 허니콤 코어(Honeycomb core) 또는 폼 코어(Foam core) 등이 위치한 대칭형 구조로써, 구조의 두께를 증가시켜 높은 강성(Stiffness) 특성을 부여한다.
또한, 격자구조는 다양한 격자 패턴이 적용된 경량 강성 구조를 의미한다. 동일 무게의 샌드위치 구조보다 면외(Out-of-plane) 방향의 강성은 약하나, 면내(In-plane) 방향의 강성은 우수한 특성을 가지고 있다. 또한, 샌드위치 구조에 비해 손상에 의한 검사가 용이하며, 제작 과정 또는 장기간 운용 시 습기 침투에 의한 코어 재료의 부식이 염려되지 않는다. 이 같은 장점들 때문에 우주산업분야에 많이 활용되고 있는 추세이다.
복합재 격자구조를 제작하는 대표적인 방법으로는 필라멘트 와인딩 공법이 있다. 이러한 형태로 제작되는 구조는 주로 높은 하중을 견뎌야 하는 발사체 구조물에 적용되고 있다. 이 공법은 실린더 형태로 제작되므로 적용될 수 있는 형상이 한정적이며, 제작 과정에서 섬유의 교차부와 비교차부의 섬유 체적률이 달라지므로, 구조체에 적용하였을 때 거동을 예측하기 위한 설계/해석에 대해 많은 시간과 노력이 필요하다.
한편, Tsai 등은 Interlocked 격자구조에 대해서 연구하여 그 구조적 우수성을 확인하였다. 하지만, 격자를 별도로 제작함으로써 구조와 별도의 본딩(bonding) 공정이 요구된다는 점, 격자를 교차시키기 위해 slot 가공을 수행함으로써 slot에서 큰 응력집중이 발생한다는 점이 단점으로 지적되고 있다.
선행문헌 : 대한민국 등록특허 제10-1343912호 "우주 임무 적용을 위한 격자-강화된 경량 복합재료 전자장비 하우징"
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 직물타입의 섬유강화 복합재료를 프리프레그(Prepreg) 상태에서 격자 패턴으로 재단하고, 이를 적층하여 일체로 성형하는 적층형 격자패널의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 격자구조에 대한 격자 사이의 간격 및 두께 등을 자유롭게 설정함으로써, 격자패널이 적용되는 구조물 또는 설계자의 의도에 따라 다양하게 적용이 가능하며, 격자의 방향(outward or inward)에 대하여 자유로운 배치가 가능하여 높은 설계자유도를 가질 수 있는 적층형 격자패널의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기존의 평판형의 격자패널이 아닌 3차원 곡면 형상으로 이루어진 격자패널의 제작이 가능하여 적용대상의 형상에 적극 대응할 수 있는 적층형 격자패널의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 적층형 격자패널의 제조방법은 격자패널의 제조방법에 있어서, 면상에 격자 패턴의 적층홈(110)이 구비되고, 상기 적층홈에 의해 구획된 다수의 블럭(120)이 형성되는 몰드(100)를 제작하는 몰드제조단계(S100); 상기 몰드에 적층하기 위한 원소재를 수지에 예비 함침하여 프리프레그(200)를 준비하는 준비단계(S200); 상기 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈 형상에 대응하도록 격자 패턴으로 재단하여 격자형 프리프레그(300)를 제작하는 재단단계(S300); 상기 격자형 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈에 적층하는 제1적층단계(S400); 상기 프리프레그를 상기 격자형 프리프레그의 상부에 적층하는 제2적층단계(S500); 및 상기 적층된 격자형 프리프레그 및 프리프레그를 기 설정된 온도 및 압력으로 성형하여 격자패널을 제작하는 성형단계(S600);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 몰드제조단계는 상기 몰드의 적층홈의 상단 모서리부분이 기 설정된 곡률을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 준비단계는 상기 원소재의 재질이 직물타입의 섬유강화 복합재료인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 재단단계는 소재의 손실을 최소화하기 위해 상기 격자형 프리프레그의 섬유방향을 기반으로 재단하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 재단단계는 상기 격자형 프리프레그가 섬유방향을 기반으로 직교형상으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제1적층단계는 상기 격자형 프리프레그를 기 설정된 적층 갯수마다 진공상태에서 압착하는 압착단계(S410)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1적층단계 및 제2적층단계는 격자패널이 적용되는 대상물의 설계 개념 및 하중 조건을 기반으로 상기 프리프레그 및 격자형 프리프레그를 길이 방향을 따라 드랍하여 적층하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 격자구조에 대한 격자 사이의 간격 및 두께 등을 자유롭게 설정함으로써, 격자패널이 적용되는 구조물 또는 설계자의 의도에 따라 다양하게 적용이 가능하며, 격자의 방향(outward or inward)에 대하여 자유로운 배치가 가능하여 높은 설계자유도를 가질 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 기존의 평판형의 격자패널이 아닌 3차원 곡면 형상으로 이루어진 격자패널의 제작이 가능하여 적용대상의 형상에 적극 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 제조방법을 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 몰드를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리프레그 및 격자형 프리프레그가 몰드에 적층되는 개념을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 일측 단면을 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널을 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 제조방법을 나타낸 순서도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 몰드를 나타낸 도면, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리프레그 및 격자형 프리프레그가 몰드에 적층되는 개념을 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층형 격자패널의 일측 단면을 개략적으로 나타낸 도면, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이에 본 발명에 따른 적층형 격자패널의 제조방법은 상술한 도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 크게 몰드제조단계(S100), 준비단계(S200), 재단단계(S300), 제1적층단계(S400), 제2적층단계(S500) 및 성형단계(S600)로 구성된다.
먼저, 상기 몰드제조단계는 면상에 격자 패턴의 적층홈(110)이 구비되고, 상기 적층홈에 의해 구획된 다수의 블럭(120)이 형성되는 몰드(100)를 제작하는 단계이다.
이때, 상기 몰드제조단계는 상기 몰드의 적층홈의 상단 모서리부분이 기 설정된 곡률을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 몰드의 적층홈은 상단 모서리부분이 곡률을 갖도록 형성되어, 추후 격자패널의 성형 시, 프리프레그의 층간분리(Delamination) 및 패널 사이에서 응력 집중이 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이때, 상기 설정된 곡률은 바람직하게는 도 4를 기준으로 볼 때, 상기 몰드의 하부면을 기준으로 3,500mm의 일 방향 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
다음은, 상기 몰드에 적층하기 위한 원소재를 수지에 예비 함침하여 프리프레그(200)를 준비하는 준비단계이다.
이때, 상기 원소재는 재질이 직물타입의 섬유강화 복합재료인 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 평직물(Plain weave fabric) 탄소섬유강화복합재료(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics)로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 평직물 탄소섬유강화복합재료의 기계적 물성은 표 1과 같다.
Property Symbol Value Unit
Lomg. Modulus E11 64.02 GPa
Trans. Modulus E22 64.02 GPa
In-plane shear modulus G12 3.65 GPa
Poisson’s ratio ν 12 0.06
Density ρ 1550 ㎏/㎥
Ply thickness t 0.2 mm
이와 같은 평직물 탄소섬유강화복합재료를 수지에 예비함침하여 프리프레그를 제작할 수 있다.
다음은, 상기 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈 형상에 대응하도록 격자 패턴으로 재단하여 격자형 프리프레그(300)를 제작하는 재단단계(S300)이다.
이때, 상기 재단단계는 소재의 손실을 최소화하기 위해 상기 격자형 프리프레그의 섬유방향을 기반으로 재단하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상술한 평직물 탄소섬유강화복합재료의 직물 섬유의 방향을 고려하여 재단함으로써, 소재의 손실을 최소화 하도록 하기 위한 것으로, 상기 격자형 프리프레그가 섬유방향을 기반으로 직교형상(Orthogonal grid)으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
다음은, 상기 격자형 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈에 적층하는 제1적층단계(S400)이다.
이때, 상기 제1적층단계는 상기 격자형 프리프레그를 기 설정된 적층 갯수마다 진공상태에서 압착하는 압착단계(S410)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 격자형 프리프레그는 상기 몰드의 적층홈에 순차적으로 적층되는 바, 적층된 격자형 프리프레그가 추후 재료간의 층간분리가 발생되지 않도록 하기 위해, 설정된 적층 갯수마다 압착패드를 이용하여 진공상태에서 압착하도록 형성된다.
이때, 바람직하게는 상기 기 설정된 적층 갯수는 3 내지 4장으로 설정될 수 있다.
다음은, 상기 프리프레그를 상기 격자형 프리프레그의 상부에 적층하는 제2적층단계(S500)이다.
즉, 상기 몰드의 적층홈에 상기 격자형 프리프레그의 적층이 완료되면, 그 상부에 프리프레그를 순차적으로 적층하는 단계이다.
이때, 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 제1적층단계 및 제2적층단계는 격자패널이 적용되는 대상물의 설계 개념 및 하중 조건을 기반으로 상기 프리프레그 및 격자형 프리프레그를 길이 방향을 따라 드랍하여 적층하는 것을 특징으로 한다.
다시말해, 본 발명의 적층형 격자패널을 실제 구조물에 적용하는 경우, 하중을 많이 받는 부분과 적게 받는 부분으로 나뉘게 되는데, 이에 따라 설계를 하게 되면 무게 절감 등을 위해 제작해야할 파트가 증가하는 단점이 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 프레프레그 및 격자형 프리프레그를 길이방향을 따라 드랍하여 적층함으로써, 고 하중을 받는 부위는 격자를 두껍고 높게 하여 하중을 지지하게 하며, 저 하중을 받는 부분은 격자를 좁고 낮게 하여 하중의 크기에 따라 격자의 형태를 최적화 할 수 있다.
즉, 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널의 각 격자 영역의 상세한 설명은 다음과 같다.
① 제1격자영역(410) - 상대적으로 하중을 받는 부분에 대한 격자로, 제2격자영역에 비해 높고 두껍게 설계
② 제1천이영역(420) - 제1격자영역에서 제2격자영역을 완만(smooth)하게 연결하기 위한 천이 영역으로, 길이 방향에 따라 섬유를 일정하게 드랍(drop)하여 적층
③ 제2격자영역(430) - 상대적으로 저 하중을 받는 부분에 대한 격자로, 제1격자영역에 비해 낮고 좁은 형태로 설계
④ 제2천이영역(440) - 제2격자영역에서 패널영역으로 이어지는 영역으로, 제1천이영역과 동일하게 섬유를 드랍하여 적층
⑤ 패널영역(450) - 격자가 없이 패널만으로 구성된 영역
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 격자패널은 적용되는 구조물에 대한 최적화가 가능한 장점이 있다.
마지막으로, 상기 적층된 격자형 프리프레그 및 프리프레그를 기 설정된 온도 및 압력으로 성형하여 격자패널을 제작하는 성형단계(S600)이다.
이때, 상기 성형단계는 바람직하게는 오토클레이브 공정을 통해 일체 성형할 수 있으며, 상기 기 설정된 온도와 압력은 표 2와 같다.
The curing cycle
Figure 112018076347336-pat00001
상술한 제조방법에 따라 제작된 적층형 격자패널의 기계적 특성을 확인하고자, 적층형 격자패널과 격자가 없는 패널을 MTS 재료 시험기를 이용하여 축 방향에 대한 인장 및 압축, 전단, 굽힘 하중 시험을 수행하였다.
이때, 적층형 격자패널은 360×360㎟ 의 크기이며, 격자 사이의 셀 사이즈는 93×93㎟ 의 정사각형 형태이고, 격자의 너비 및 두께는 4㎜이고, 무게는 780g으로 제작되었다.
또한, 격자가 없는 패널은 360×360㎟ 의 크기이며, 시편의 무게는 645g으로 제작되었다.
② 축 방향 인장 및 압축 시험
적층형 격자패널과 격자가 없는 패널을 각각 인장하중은 30 kN을 부가하였으며, 압축하중은 시험 안전상의 이유로 인하여 X방향으로 10 kN, Y방향으로 15 kN을 부가하여 구조 거동을 살펴보았다. 이에 축 방향 인장, 압축 시험의 셋업은 표 3과 같다.
Set up of axial tensile-compressive test
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00002
위와 같은 X방향의 하중 시험에 대한 결과는 표 4와 같다.
Load-deflection results corresponding to x-direction
(a) under tensile load / (b) under compressive load

Figure 112018076347336-pat00003
상기 표에서 보는 바와 같이, 시험 결과 X방향의 시험조건에서는 제안된 시편이 선형변형 구간에 있음이 확인된다. 유한요소해석으로 예측한 시편의 기계적 거동과 실제 시험에서 얻어진 결과가 유사한 것으로 판단되며, 본 유한요소모델 방법 및 해석의 타당성을 입증하였다.
X방향의 인장 압축 거동에서는 격자 패널 시편의 변형이 보다 작게 나타나기는 하지만, 격자에 의한 면내강성 증가의 효과가 유의미하게 부각되지는 않는다고 판단된다.
한편, X방향 압축하중에서의 선형 좌굴(Buckling)해석 결과 격자가 없는 패널의 경우 좌굴임계하중(Buckling critical load)이 15.8 kN으로 계산되었고 적층형 격자패널의 경우 26.6 kN으로 계산되었다. 즉, 격자에 의해 21%의 무게 증가가 발생하지만, 면외 방향의 강성 증가에 의해 약 68%의 좌굴하중 증가 효과가 있는 것으로 생각된다.
이에, X방향 압축하중 하에서의 좌굴 모드 해석결과는 표 5와 같다.
Buckling mode under x-directional compressive load
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Figure 112018076347336-pat00004
한편, Y방향 하중에 대한 시험결과는 표 6과 같다.
Load-deflection results corresponding to y-direction
(a) under tensile load / (b) under compressive load

Figure 112018076347336-pat00005
즉, Y방향의 경우 일방향 곡률이 있기 때문에, 동일 하중에서 X방향의 시험보다 더 높은 변형이 나타난다. Y방향 인장에서는 해석 값이 측정 값보다 더 크게 예측하였다. 이는 곡률에 의한 오차로 판단되나, 경향성은 해석과 시험간의 유사성이 나타남을 확인할 수 있다.
이에 X축 시험과 마찬가지로 적층형 격자패널의 변형이 보다 작게 나타나지만 격자에 의한 면내 강성 증가 효과는 크지 않은 것으로 판단된다. Y방향 압축의 경우 언급한 바와 같이 일 방향 곡률에 의해 좌굴에 취약할 것으로 예상되었으며, 시험 결과 격자가 없는 패널의 경우 약 -7 kN 수준에서 큰 변형이 발생하기 시작하였다.
한편, 적층형 격자패널의 경우 -15 kN까지 선형성이 유지됨을 확인할 수 있다. 유한요소 모델에서 좌굴임계하중을 계산한 결과, 격자가 없는 패널은 -10 kN으로 계산된 반면, 적층형 격자패널의 경우 -17 kN으로 계산되었다.
즉, 제안된 적층형 격자패널은 격자가 없는 패널에 비해 21%의 무게 증가가 발생하지만, 면외 방향으로 강성을 향상시켜 곡면 방향에 대해 좌굴임계하중을 70% 증가시켜, 좌굴을 방지하는데 효과적인 것으로 판단된다.
또한, Y방향 압축하중에 대한 좌굴 모드 해석결과는 표 7과 같으며, Y축 방향 압축시험에서 발생한 좌굴 현상을 표 8과 같이 나타내었다.
즉, 아래와 같은 표 7 내지 표 8에서 보는 바와 같이, 비격자구조의 좌굴하중 하에서 격자구조는 형상이 유지됨을 확인할 수 있으며, 시험에서 나타난 좌굴 모드가 해석과 유사함을 확인할 수 있다.
Buckling mode under y-directional compressive load
(a) non-grid structure / (b) grid structure

Figure 112018076347336-pat00006
Deformed shape of specimen under compression load
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Figure 112018076347336-pat00007
③ 전단 시험
전단 시험은 표 9와 같이 치구를 제작하고 시험을 구성하였으며, 각 코너에는 볼 베어링을 두어 전단 변형이 가능하도록 하였다. 전단 시험에서는 10 kN의 하중을 부가하여 구조의 거동을 확인하였다.
Set up of shear test
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Figure 112018076347336-pat00008
위와 같은 전단 하중 시험에 대한 시험 결과와 해석 결과를 표 10과 같이 나타내었다.
Load-deflection results under shear load
Figure 112018076347336-pat00009
전단 하중 시험 결과에서 살펴보면, 일정 하중 이하의 선형 구간에서 비격자 구조의 변형이 격자 구조보다 작게 나타나는 것을 확인할 수 있으나, 이는 복잡한 구성품들이 포함되어 있는 전단 치구 셋업에서 발생할 수 있는 오차 수준으로 판단되어 실질적으로 큰 차이는 없는 것으로 보인다. 한편, 격자가 없는 패널의 경우에는 하중 증가에 따른 일부 비선형 구간이 나타난 것을 확인하였다. 이는 시편의 기하학적 특성인 Y방향의 곡률에 의한 현상으로 판단된다.
하지만, 본 발명에서 제안하는 적층형 격자패널의 경우, 이러한 현상이 나타나지 않는 것으 로 보아 곡률로 인한 비선형 현상을 격자 구조가 완화해 주는 것으로 판단된다.
④ 3-Point 굽힘 시험
굽힘 하중 시험은 표 11과 같이 설치하여 변위를 제어하는 방법으로 시험을 수행하였다. 시편의 양 모서리 끝 단은 시험 치구에 걸쳐 있으며, 가운데 위치에서 하중을 부가하여 각 시편의 구조적 거동을 살펴보았다. 시험조건을 반영하여 유한요소 모델에서도 단순지지 조건으로 해석을 수행하여 결과를 산출하였다.
Set up of 3-point bending test
(a) non-grid structure / (b) grid structure
Figure 112018076347336-pat00010
위와 같은 굽힘 하중 시험에 대한 결과는 다음의 표 12와 같다.
Load-deflection results under bending load
Figure 112018076347336-pat00011
본 굽힘 하중 시험은 동일 변위(10 mm) 조건에서 수행되었으며, 적층형 격자패널의 하중은 격자가 없는 패널에 비해 약 2.7배로 측정되었다.
또한, 적층형 격자패널의 경우, 해석으로 예측한 값과 일치하는 것으로 보이고 격자가 없는 패널의 경우, 하중의 차이는 일부 존재하나, 경향성은 일치하고 있다.
이를 통해, 격자 구조물이 패널의 굽힘 강성을 약 2.7배 향상시키는 것을 시험과 해석을 통해 입증하였다.
이와 같이 본 발명은 격자구조에 대한 격자 사이의 간격 및 두께 등을 자유롭게 설정함으로써, 격자패널이 적용되는 구조물 또는 설계자의 의도에 따라 다양하게 적용이 가능하며, 격자의 방향(outward or inward)에 대하여 자유로운 배치가 가능하여 높은 설계자유도를 가질 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 기존의 평판형의 격자패널이 아닌 3차원 곡면 형상으로 이루어진 격자패널의 제작이 가능하여 적용대상의 형상에 적극 대응할 수 있는 효과가 있다.
도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 ... 몰드 110 ... 적층홈
120 ... 블럭 200 ... 프리프레스
300 ... 격자형 프리프레그
S100 ... 몰드제조단계 S200 ... 준비단계
S300 ... 재단단계 S400 ... 제적층단계
S500 ... 제2적층단계 S600 ... 성형단계

Claims (8)

  1. 격자패널의 제조방법에 있어서,
    면상에 격자 패턴의 적층홈(110)이 구비되고, 상기 적층홈에 의해 구획된 다수의 블럭(120)이 형성되는 몰드(100)를 제작하는 몰드제조단계(S100);
    상기 몰드에 적층하기 위한 원소재를 수지에 예비 함침하여 프리프레그(200)를 준비하는 준비단계(S200);
    상기 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈 형상에 대응하도록 격자 패턴으로 재단하여 격자형 프리프레그(300)를 제작하는 재단단계(S300);
    상기 격자형 프리프레그를 상기 몰드의 적층홈에 적층하는 제1적층단계(S400);
    상기 프리프레그를 상기 격자형 프리프레그의 상부에 적층하는 제2적층단계(S500); 및
    상기 적층된 격자형 프리프레그 및 프리프레그를 기 설정된 온도 및 압력으로 성형하여 격자패널을 제작하는 성형단계(S600)를 포함하며,
    상기 몰드제조단계는, 상기 몰드의 적층홈의 상단 모서리부분이 기 설정된 곡률을 갖도록 제작되고,
    상기 준비단계의 상기 원소재는, 직물타입의 섬유강화 복합재료인 것을 특징으로 하는, 적층형 격자패널의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,상기 재단단계는
    소재의 손실을 최소화하기 위해 상기 격자형 프리프레그의 섬유방향을 기반으로 재단하는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 재단단계는
    상기 격자형 프리프레그가 섬유방향을 기반으로 직교형상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제1적층단계는
    상기 격자형 프리프레그를 기 설정된 적층 갯수마다 진공상태에서 압착하는 압착단계(S410)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제1적층단계 및 제2적층단계는
    격자패널이 적용되는 대상물의 설계 개념 및 하중 조건을 기반으로 상기 프리프레그 및 격자형 프리프레그를 길이 방향을 따라 떨어뜨려 적층하는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널의 제조방법.
  8. 제 1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 적층형 격자패널.
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