KR101412917B1 - A cellular material with three dimensional truss structure composed of straight wires and fabrication method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직선 와이어로 구성된 3차원 트러스 구조를 갖는 다공질 재료와 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3 방향의 복수의 직선 와이어들로 구성되어 3차원 트러스 구조체를 가짐으로써 무게 대비 강도와 강성도가 높고, 제조공정이 단순한 다공질 재료에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a porous material having a three-dimensional truss structure composed of straight wires, and more particularly, to a three-dimensional truss structure comprising a plurality of straight wires in three directions, And a porous material having a simple manufacturing process.
본 발명은 2012년 한국연구재단에서 지원하는 중견연구자 지원사업(도전)의 일환으로 수행된 연구로부터 도출된 것이다.The present invention is derived from the research carried out as part of the mid-term researcher support project (challenge) supported by the Korea Research Foundation in 2012.
[과제관리번호: 2012R1A2A1A01003405, 과제명: 멀티스케일 초경량 금속의 제조법][Assignment number: 2012R1A2A1A01003405, Title: Manufacturing method of multi-scale ultra-light metal]
트러스 구조는 전통적으로 토목, 건축용 경량, 고강도 구조로서 널리 활용되어 왔다. 최근 트러스의 크기를 대폭 축소하여 트러스 요소의 길이가 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터 수준이 되도록 한 구조체가 일종의 다공질 재료로서 우수한 특성을 갖는다고 보고되었다. 즉, 기존의 대표적인 다공질 재료인 발포 재료(porous material)가 불규칙한 아치 또는 원형의 다수의 휘어진 요소로 구성되지만, 트러스 형태를 갖는 새로운 다공질 재료는 무게 대비 기계적 강도와 강성이 월등히 우수하다. 트러스 구조체는 그 단위셀의 형태에 따라 분류될 수 있다. 도 1은 대표적인 트러스 구조인 피라미드(a), 옥테트(b), 카고메(c) 트러스의 단층(single layer) 구조와 카고메 트러스 다층(multi-layer) 구조(d)를 나타낸 것이다. 이상의 트러스로 구성된 재료를 제조하는 방법은 Wadley, Fleck, Evans의 논문(Fabrication and structural performance of periodic cellular metal sandwich structures, Composites Science and Technology Vol.63, pp.2331-2343 (2003))에 정리되어 있다. 작은 셀로 구성된 다층 트러스 구조를 갖는 것은 재료의 균일성(homogeneity)과 샌드위치 심재로 사용 시 좌굴과 공진의 억제에 유리하다. 단층의 트러스 구조를 갖는 재료는 박판 성형이나 와이어 절곡을 통하여 제조될 수 있으나, 다층의 트러스 구조를 갖는 것은 인베트스먼트 주조로만 제조될 수 있다. 즉, 수지로 트러스 구조를 만들고, 이것을 주형으로 하여 금속을 주조하여 제조하는 방법이다(S. Chiras, D.R. Mumm, N. Wicks, A.G. Evans, J.W. Hutchinson, K. Dharmasena, H.N.G. Wadley, S. Fichter, 2002, International Journal of Solids and Structures, Vol.39, pp.4093~4115).Truss structures have traditionally been widely used as lightweight, high strength structures for civil engineering and construction purposes. Recently, it has been reported that the structure in which the size of the truss is greatly reduced so that the length of the truss element is in the range of several micrometers to several millimeters, is excellent as a kind of porous material. That is, although the conventional porous material, which is a typical porous material, is composed of a plurality of bent elements having irregular arcs or circular shapes, the new porous material having a truss shape has excellent mechanical strength and rigidity in weight. The truss structure can be classified according to the type of the unit cell. Fig. 1 shows a single layer structure of a pyramid (a), an octet (b), and a Kagome (c) truss, which are typical truss structures, and a Kagome truss multi-layer structure (d). The method of manufacturing a material composed of the above truss is described in Wadley, Fleck, Evans (Fabrication and structural performance of periodic cellular metal sandwich structures, Composites Science and Technology Vol.63, pp.2331-2343 (2003) . Having a multi-layer truss structure composed of small cells is advantageous for homogeneity of material and suppression of buckling and resonance when used as a sandwich core material. A material having a truss structure of a single layer can be produced through sheet metal forming or wire bending, but having a multi-layer truss structure can be manufactured only by injection molding. (Chiras, DR Mumm, N. Wicks, AG Evans, JW Hutchinson, K. Dharmasena, HNG Wadley, and S. Fichter, "A method of manufacturing a truss structure by using a resin as a mold, 2002, International Journal of Solids and Structures, Vol. 39, pp. 4093-4115).
상술한 선행기술들의 문제점을 해결하고자 본 발명자 중 강기주를 포함한 2인은 공간상에서 서로 60도 또는 120도의 방위각을 갖는 6 방향의 연속된 와이어 군을 서로 교차시킴으로써 이상적인 카고메 트러스 또는 옥테트 트러스와 유사한 형태의 3차원 다공질 경량 구조체와 그 제조방법을 개발하였고, 이에 관한 내용은 본 출원인이 보유하고 있는 등록특허 제0708483호에 구체적으로 개시되어 있다.In order to solve the problems of the above-mentioned prior arts, two persons including the river of the present inventors intersected each other with six consecutive wire groups having azimuth angles of 60 degrees or 120 degrees in space to each other to form an ideal Kagome truss or octet truss- Dimensional porous lightweight structure and a manufacturing method thereof have been developed and the contents thereof are specifically disclosed in Patent No. 0708483 owned by the present applicant.
또한, 본 발명자 중 강기주를 포함한 2인은 3차원 다공질 경량 구조체를 더욱 효과적으로 제조할 수 있는 방법으로서, 연속된 와이어를 먼저 나선형으로 성형한 후 이를 회전하여 삽입함으로써 조립하는 나선형 와이어로 직조된 3차원 다공질 경량 구조체와 그 제조방법을 제안하였고, 이에 관한 내용은 본 출원인이 보유하고 있는 등록특허 제1029183호에 구체적으로 개시되어 있다.In addition, the present inventors of the present invention proposed a method for manufacturing a three-dimensional porous lightweight structure more effectively by two persons including a steel wire, wherein a three-dimensional porous lightweight structure is formed by spirally winding a continuous wire, A porous lightweight structural body and a manufacturing method thereof are proposed, and the contents thereof are specifically disclosed in Patent No. 1029183 owned by the present applicant.
도 2는 등록특허 제1029183호에서 도 1의 3차원 카고메 트러스와 유사한 형태를 나선형 와이어로 조립한 구조체를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 카고메 트러스와 유사한 형태를 가지면서 나선형 와이어로 구성된 3차원 다층 트러스 구조체는 기계적 물성이 우수하고, 연속 공정에 의해 대량 생산할 수 있는 등 종래에 비해 여러 가지 이점을 가지고 있다.FIG. 2 is a view showing a structure in which a shape similar to the three-dimensional Kagome truss of FIG. 1 is assembled with a helical wire in the registered patent No. 1029183. The three-dimensional multi-layer truss structure having a shape similar to that of the Kagome truss shown in FIG. 2 and composed of a helical wire is excellent in mechanical properties, and can be mass-produced by a continuous process.
그러나, 상술한 3차원 다층 트러스 구조체를 통상적으로 널리 사용되는 직육면체 형태로 제작하게 되면 가장자리에 존재하는 단위셀의 모양이 온전하지 못하여 미관상 좋지 않고, 기계적 강도 면에서도 불리한 점이 있으며, 뿐만 아니라 와이어 사이의 간섭으로 인해 와이어의 배치 밀도를 높이는 데 한계가 있다. 이에, 본 발명자 중 강기주를 포함한 3인은 나선형 와이어로 제작이 가능하면서도 카고메 트러스와 다른 형태를 갖는 새로운 3차원 다공질 경량 구조체의 제조방법을 등록특허 제1155267호에서 제안하였다. 참고적으로, 도 3 내지 도 7에 상기 특허에서 개시된 구조체를 도시하였으며, 도 8에 도2, 도 3 내지 도 7의 나선형 와이어로 조립된 다층 트러스 구조체의 단위셀을 도시하였다. However, when the above-described three-dimensional multi-layer truss structure is manufactured in a commonly used rectangular parallelepiped shape, the shape of the unit cell existing at the edge is not good, and therefore, it is not good in appearance and has a disadvantage in terms of mechanical strength. There is a limit to increase the arrangement density of the wires due to the interference. Accordingly, a method for manufacturing a new three-dimensional porous lightweight structure, which can be made of a spiral wire and including three types of steel cord, is disclosed in Korean Patent No. 1155267, which has a different form from that of the Kagome truss. For reference, FIGS. 3 to 7 show the structure disclosed in the patent, and FIG. 8 shows a unit cell of a multi-layer truss structure assembled with the helical wires of FIGS. 2, 3 to 7.
이와 별도로, 본 발명자 중 강기주를 포함한 3인은 나선형 와이어를 조립하여 구성할 수 있으면서도 와이어 교차점에서 단 2개만의 와이어가 만나는 구조를 가짐으로써 보다 작은 나선 반경을 갖는 나선형 와이어로 제작할 수 있는 새로운 3차원 격자 트러스 구조체와 그 제조방법을 등록특허 제1199606호에서 제안하였다. 도 9에서는 나선형 와이어로 이상적인 트러스 구조와 유사하게 구현한 구조체(a)와 함께 이러한 구조체에 대응되는 이상적인 트러스 구조체(b)를 나타내고 있다.Separately, the present inventors have proposed a new three-dimensional (3-dimensional) wire that can be manufactured by assembling a helical wire and forming a helical wire having a smaller helical radius by having a structure in which only two wires meet at a wire intersection, A lattice truss structure and a manufacturing method thereof are proposed in Patent Registration No. 1199606. Fig. 9 shows the ideal truss structure (b) corresponding to such a structure together with the structure (a) implemented in a similar manner to the truss structure ideal for a spiral wire.
이러한 나선형 와이어로 구성된 구조체는 와이어 교차부를 지나는 와이어 갯수에 따라 나선 반경의 크기가 달라진다. 도 10(a) 내지 도 10(c)에서는 각각 도 2, 도 7 및 도 9의 나선형 와이어 구조체들의 와이어 교차부와 그 단면 형상을 나타내고 있다. 도 2, 도 7 및 도 9의 나선형 와이어 구조체를 각각 WBK(Wire-woven Bulk Kagome), WBD(Wire-woven Bulk Diamond) 및 WBC(Wire-woven Bulk Cross)라고 칭하는데, 각각 3개, 4개 및 2개의 와이어가 교차하므로 와이어 교차 갯수가 가장 적은 WBC의 트러스 요소가 상대적으로 가장 적게 굴곡되어 있다.In such a structure composed of helical wires, the size of the helix radius varies depending on the number of wires passing through the wire intersections. Figs. 10 (a) to 10 (c) show the wire intersections and the cross-sectional shapes of the helical wire structures of Figs. 2, 7 and 9, respectively. The spiral wire structures of FIGS. 2, 7 and 9 are referred to as Wire-Woven Bulk Kagome (WBK), Wire-Woven Bulk Diamond (WBD), and WBC And the two wires intersect, the truss elements of the WBC with the smallest number of wire crossings are relatively less flexed.
최근 본 발명자들의 연구(M.G Lee, K.W. Lee, H.K. Hur, K.J. Kang, "Mechanical behaviors of a wire-woven metal under compression," Composite Structures, Vol.95, pp.264-277, 2013.)에 따르면, WBC가 도 11에 나타낸 바와 같은 X-방향(X-orientation)으로 배치될 경우, 95~99%의 높은 기공률(porosity)에서 압축하중 또는 전단하중 작용 시 기존의 와이어 구조체 중 가장 높은 강도와 강성도를 유지할 수 있음이 확인된 바 있다. 도 11에서는 X-방향으로 배치된 WBC(a) 및 그 이상적인 트러스 구조체(b)를 나타내고 있다. 이러한 우수한 기계적 특성은 앞서 언급한 가장 낮은 트러스 요소의 굴곡과 함께 와이어가 교차하는 다른 와이어에 의하여 한 피치당 4번씩 지지되는 특별한 형태에 기인한 것으로, 도 12에서는 WBC(a) 및 그 이상적인 트러스 구조체(b)에서 한 와이어에 대해 다른 와이어와 교차하는 형상을 나타내고 있으며, 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 한 와이어를 기준으로 수직한 두 방향으로 다른 와이어가 번갈아 교차하고 있음을 알 수 있다. 기공률 95~99%는 경량 샌드위치의 심재(core)로 사용되는 알루미늄 하니컴의 기공률에 합치하는 것으로, 도 11의 X-방향으로 배열된 WBC가 알루미늄 하니컴을 대체할 수 있으며, 열린 내부 공간을 열전달, 유체 보관 등의 추가 용도로 활용할 수 있게 된다.According to a recent study by the present inventors (MG Lee, KW Lee, HK Hur, KJ Kang, "Mechanical behaviors of a wire-woven metal under compression," Composite Structures, Vol.95, pp. 267-277, When the WBC is placed in the X-orientation as shown in FIG. 11, the highest strength and stiffness of the existing wire structure during compressive or shear loading at a high porosity of 95 to 99% It has been confirmed that it can be maintained. Fig. 11 shows the WBC (a) arranged in the X-direction and its ideal truss structure (b). This excellent mechanical property is due to the special shape of the above-mentioned lowest truss element supported by four wires per pitch by the other wires crossing the wire. In Fig. 12, WBC (a) and its ideal truss structure (b) show a state of intersecting another wire with respect to one wire. As shown in Fig. 12 (a), it can be seen that the wires alternate in two directions perpendicular to each other with respect to one wire. The porosity of 95 to 99% corresponds to the porosity of the aluminum honeycomb used as the core of the lightweight sandwich. WBCs arranged in the X-direction in FIG. 11 can replace the aluminum honeycomb, And can be used for additional purposes such as fluid storage.
그럼에도 불구하고, 나선형 와이어로 구성된 다공질 재료는 그 트러스 요소가 굴곡되기 때문에 상당 수준의 강도 및 강성도 저하가 필연적이다. 상기 본 발명자들의 연구(M.G Lee, K.W. Lee, H.K. Hur, K.J. Kang, "Mechanical behaviors of a wire-woven metal under compression," Composite Structures, Vol.95, pp.264-277, 2013.)에 따르면, WBC는 굴곡된 트러스로 인하여 대응되는 이상적인 트러스 구조체에 비하여 압축 하중 작용 시 강도는 약 20%, 강성도는 약 50% 감소하는 것으로 파악되었다.Nevertheless, porous materials made of helical wires are inevitably degraded in strength and stiffness to a considerable extent because their truss elements are bent. According to the study of the present inventors (MG Lee, KW Lee, HK Hur, KJ Kang, "Mechanical behaviors of a wire-woven metal under compression," Composite Structures, Vol. 95, pp. 267-277, Compared to the ideal truss structure corresponding to the bent truss, the WBC was found to have a strength reduction of about 20% and a stiffness reduction of about 50% when the compression load was applied.
한편, 본 발명자 중 강기주를 포함한 2인은 직선 와이어로 옥테트와 유사한 구조체를 제조하는 방법을 등록특허 제0566729호에 제시한 바 있다. 도 13은 그 구조를 나타내고 있다. 도 13의 확대 도면에서 명백하게 알 수 있듯이, 이 구조체에서는 이상적인 옥테트와 다르게 와이어의 교차부에서 와이어끼리 밀착하지 않고 서로 이격되기 때문에 이의 접합부가 취약하고, 많은 양의 접합물질(수지 또는 용가재)이 필요하게 된다. 또한, 본 발명자 중 강기주를 포함한 4인은 면외 방향은 직선 와이어, 면내 방향은 나선 와이어로 구성된 다공질 구조체를 등록특허 제1155262호에 제시한 바 있다. 도 14 및 도 15는 그 두 가지 구조체와 단위셀의 형상을 나타내고 있는데, 각각 WBK 및 WBD와 유사한 형태를 갖는 것을 알 수 있다. 복합재를 이용하여 WBK와 유사한 구조체를 제조하여 그 특성을 평가한 논문(Byung-Chul Lee, Ki-Won Lee, Jun-Hyeung Byun and Ki-Ju Kang, "The compressive response of new composite truss cores," Composites B, Vol.43, pp.317-324, 2012)에 따르면, 면외 방향에 직선 와이어를 사용함으로써 그 강도가 상당히 증가하였으나, 강성도는 면내 방향의 나선형 와이어 때문에 여전히 낮은 문제가 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 나선 와이어를 조립하여 구성된 구조체는 와이어끼리 서로 꼬여 있어 와이어 교차부를 납땜, 브레이징, 용접, 수지접착 등의 방법으로 고정하기 전에도 스스로 그 형태를 유지하여 제조공정 상 다루기 편한 반면에, 위와 같이 직선 와이어를 일부 또는 전체로 사용하여 구조체를 제조하는 경우에는 교차부를 고정하기 전에 그 조립된 형태를 유지하기 위해서는 외부 지지체가 필요하다.On the other hand, the inventors of the present invention have proposed a method of manufacturing a structure similar to an octet as a straight wire by two persons including a stronghold, as disclosed in Japanese Patent No. 0566729. [ Fig. 13 shows the structure thereof. As clearly shown in the enlarged view of FIG. 13, unlike the ideal octet, the wires are not in close contact with each other at the intersections of the wires but are spaced apart from each other so that the joints thereof are weak and a large amount of bonding material . In addition, the present inventors have proposed a porous structure composed of a straight line wire in the out-of-plane direction and a spiral wire in the in-plane direction, for four persons including the precipitate, in Japanese Patent Registration No. 1155262. [ FIGS. 14 and 15 show the shapes of the two structures and the unit cells, which are similar to those of WBK and WBD, respectively. Composite materials were used to fabricate a structure similar to WBK and its properties were evaluated. Byung-Chul Lee, Jun-Hyeung Byun and Ki-Ju Kang, "Compressive response of new composite truss cores, B, Vol. 43, pp. 317-324, 2012), it has been found that the use of straight wire in the out-of-plane direction has significantly increased its strength, but the stiffness is still problematic due to the helical wires in the in-plane direction. In addition, the structure constructed by assembling the spiral wire is easy to handle in the manufacturing process because the wires are twisted with each other to maintain the shape of the wire intersection itself before soldering, brazing, welding, resin bonding, etc., In the case of constructing a structure using part or all of the wire, an external support is required to maintain its assembled form before the intersection is secured.
이상의 논리에 따라, 도 11의 WBC와 유사한 구조와 방향을 가지면서 직선 와이어로 구성되고 제조공정이 단순한 새로운 다공질 구조체 개발이 요구되고 있다.According to the above logic, it is required to develop a new porous structure having a structure and direction similar to those of the WBC shown in Fig.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 공간상에서 서로 90도 방위각을 갖는 3 방향의 직선 와이어 군을 교차하여 조립된 3차원 트러스 형태의 구조를 가지면서, 가벼우며 구조적 강도와 강성도가 높고, 제조공정이 단순하여 경제적 측면에서도 유리한 새로운 다공질 구조체 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention has been developed to solve the above-mentioned problems. The present invention has a three-dimensional truss-like structure formed by crossing three straight wire groups having an azimuth angle of 90 degrees with respect to each other in space, and is lightweight and has structural strength and rigidity And which is advantageous from the viewpoint of economical efficiency, and a method of manufacturing the same.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 연속된 와이어군으로 구성되는 3차원 격자 트러스 구조체에 있어서, 평면상에서 일정 간격을 두고 평행하게 배열된 제1 직선 와이어군과 상기 제1 직선 와이어군 상에서 상기 제1 직선 와이어군에 90도의 방위각을 갖도록 겹쳐져 동일한 간격을 두고 평행하게 배열된 제2 직선 와이어군으로 이루어지고, 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군의 교차점이 고정되어 일정한 사각형 구멍을 형성하는 격자망; 및 상기 교차점 사이에 상기 격자망과 수직한 방향으로 교차되는 제3 와이어군;으로 구성되고, 상기 트러스 구조체의 모든 교차점에서 두 개의 와이어만 교차되는 3차원 격자 트러스 구조체이고, 상기 격자망은 상기 평면상에서 수직 방향으로 일정 간격을 두고 평행하게 다단 배열되되, 이웃하여 배열된 격자망이 상기 사각형 구멍의 피치 이하의 간격만큼 평행이동되도록 다단 배열되고, 상기 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 상기 3차원 격자 트러스 구조체를 세우고 상기 격자망을 바라본 형상이 연속된 X자(X-orientation) 형상이 되도록 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군이 배향된 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional lattice truss structure including a plurality of continuous wire groups, including: a first linear wire group and a second linear wire group, Wherein the first straight wire group and the second straight wire group are arranged so as to have an azimuth angle of 90 degrees and arranged at equal intervals in parallel with each other and the intersection point of the first straight wire group and the second straight wire group is fixed A lattice net forming a constant square hole; And a third wire group intersecting the intersection in a direction perpendicular to the lattice network, wherein a three-dimensional lattice truss structure intersects only two wires at all intersections of the truss structure, Wherein the lattice grids are arranged in multiple stages in parallel at a predetermined interval in the vertical direction so that the grating meshes arranged adjacent to each other are moved in parallel by an interval smaller than the pitch of the square holes, Dimensional lattice truss structure, and the first straight wire group and the second straight wire group are oriented such that a shape viewed from the lattice network is a continuous X-orientation shape. Lt; / RTI >
또한, 상기 제3 와이어군은 직선 와이어 또는 나선형 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체를 제공한다.Also, the third wire group may be a straight wire or a spiral wire.
또한, 상기 제1 직선 와이어군, 상기 제2 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점은 납땜, 브레이징, 용접 및 수지접착으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 접합수단으로 고정된 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체를 제공한다.The intersection points of the first straight wire group, the second straight wire group, and the third wire group are fixed by any one of joining means selected from the group consisting of soldering, brazing, welding and resin bonding. A three-dimensional lattice truss structure is provided.
또한, 상기 제1 직선 와이어군, 상기 제2 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군은 금속, 세라믹, 복합재 및 합성수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체를 제공한다.Wherein the first straight wire group, the second straight wire group, and the third wire group are made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics, composites, and synthetic resins. Lt; / RTI >
상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법에 있어서, (a) 평면상에서 일정 간격을 두고 평행하게 배열된 제1 직선 와이어군과 상기 제1 직선 와이어군 상에서 상기 제1 직선 와이어군에 수직한 방향으로 동일한 간격을 두고 평행하게 배열된 제2 직선 와이어군으로 이루어지고, 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군의 교차점이 고정되어 일정한 사각형 구멍을 형성하는 격자망을 배열하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 격자망과 동일한 구조를 갖는 격자망을 상기 평면상에서 수직 방향으로 일정 간격을 두고 평행하게 배열하되, 이웃하여 배열된 격자망이 상기 사각형 구멍의 피치 이하의 간격만큼 상기 제1 직선 와이어 및 상기 제2 직선 와이어 방향으로 평행이동되도록 배열하는 단계; (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하여 다수의 격자망이 일정 간격으로 배열된 적층체를 형성하는 단계; (d) 상기 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 상기 적층체를 세워 상기 격자망을 바라본 형상이 연속된 X자(X-orientation) 형상이 되도록 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군을 배향시킨 후, 상기 격자망을 바라보는 방향에서 보이는 사각형 구멍에 하나씩 건너 교대로 제3 와이어를 삽입하여, 상기 격자망의 교차점 사이에 상기 격자망과 수직한 방향으로 상기 제3 와이어군이 교차되도록 하는 단계; 및 (e) 상기 제1 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점과 상기 제2 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점을 고정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a three-dimensional lattice truss structure, the method comprising the steps of: (a) forming a first straight wire group arranged at a predetermined interval on a plane, And a second rectilinear wire group arranged parallel to the first rectilinear wire group at equal intervals in a direction perpendicular to the rectilinear wire group, wherein the intersection of the first rectilinear wire group and the second rectilinear wire group is fixed, Arranging a network; (b) a lattice network having the same structure as that of the lattice network in the step (a) is arranged in parallel in a vertical direction on the plane at regular intervals, and the lattice nets arranged next to each other are spaced apart from each other by Arranging the first straight wire and the second straight wire in parallel to move in the direction of the first straight wire and the second straight wire; (c) repeating the steps (a) and (b) to form a plurality of lattice nets arranged at regular intervals; (d) setting the laminates so that the plane formed by the lattice network is a vertical plane and arranging the first straight wire group and the second straight wire so that the shape of the lattice network looks like a continuous X- The third wire is inserted alternately one by one in a square hole viewed in the direction of looking at the lattice nets and the third wire group is inserted between the intersections of the lattice nets in a direction perpendicular to the lattice nets, Intersect; And (e) fixing the intersection of the first straight wire group and the third wire group and the intersection of the second straight wire group and the third wire group. A method for manufacturing a truss structure is provided.
또한, 상기 (d) 단계는 상기 격자망을 바라보는 방향에서 보이는 사각형 구멍에 하나씩 건너 교대로 제3 와이어를 삽입한 후, 상기 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 상기 적층체를 세워 상기 격자망을 바라본 형상이 연속된 X자(X-orientation) 형상이 되도록 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군을 배향시켜, 상기 격자망의 교차점 사이에 상기 격자망과 수직한 방향으로 상기 제3 와이어군이 교차되도록 하는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법을 제공한다.In the step (d), the third wire is inserted alternately one by one in the rectangular holes viewed in the direction of looking at the grid, then the stack is raised so that the plane formed by the grid is perpendicular to the grid, Wherein the first straight wire group and the second straight wire group are oriented such that the shape of the network is an X-orientation, and the first straight wire group and the second straight wire group are oriented in a direction perpendicular to the lattice network, And the third wire group is intersected with each other.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 제3 와이어군은 직선 와이어로 구성되어, 상기 삽입이 상기 제3 와이어의 병진이동만으로 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.In addition, in the step (d), the third wire group is formed of a straight wire, and the insertion is performed only by translational movement of the third wire.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 제3 와이어군은 나선형 와이어로 구성되어, 상기 삽입이 상기 제3 와이어의 회전 삽입으로 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법을 제공한다.In addition, in the step (d), the third wire group is composed of a helical wire, and the insertion is performed by rotationally inserting the third wire.
본 발명은 기존 나선형 와이어로 제작된 WBC와 달리, 트러스 요소가 직선이므로 무게 대비 강도 및 강성도가 우수한 다공질 구조체를 제공할 수 있다.The present invention can provide a porous structure having a weight-to-weight ratio and a rigidity because the truss elements are straight lines, unlike the WBC made of conventional helical wires.
또한, 격자망 제작 시 직조를 하지 않고 단순 중첩을 하며, 격자망에 수직한 방향으로 별도의 직선 와이어를 삽입할 경우에는 회전 삽입하지 않고 단순 병진이동(translation)만 하기 때문에 제조공정이 단순한 효과가 있다.In addition, in the case of forming a lattice network, simple superposition is performed without weaving, and when a straight wire is inserted in a direction perpendicular to the lattice network, the manufacturing process is simply effected because it is simply translated without performing rotation insertion have.
또한, 격자망에 수직한 방향으로 별도의 직선 와이어를 삽입할 경우, 삽입된 직선 와이어는 중력에 의하여 격자망 내의 두 방향의 와이어에 의해 지지되기 때문에 별도의 외부 고정도구를 필요로 하지 않아 제조비용과 대량 생산성 측면에서 유리한 효과가 있다.In addition, when a separate straight wire is inserted in a direction perpendicular to the lattice network, the inserted straight line is supported by two wires in the lattice network due to gravity, And has a favorable effect in terms of mass productivity.
도 1은 피라미드, 옥테트, 카고메 트러스의 단층(single layer) 구조와 카고메 트러스 다층(multi-layer) 구조를 나타낸 도면,
도 2는 등록특허 제1029183호에서 도 1의 3차원 카고메 트러스와 유사한 형태를 나선형 와이어로 조립한 구조체를 도시한 도면,
도 3 내지 도 7은 등록특허 제1155267호에서 개시된 구조체를 도시한 도면,
도 8은 도2, 도 3 내지 도 7의 나선형 와이어로 조립된 다층 트러스 구조체의 단위셀을 도시한 도면,
도 9는 등록특허 제1199606호에서 제안한 나선형 와이어를 이용하여 조립되는 와이어 교차점에서 단 2개만의 와이어가 만나는 구조를 갖는 3차원 격자 트러스 구조체와 대응되는 이상적인 트러스 구조체를 도시한 도면,
도 10(a) 내지 도 10(c)는 각각 도 2, 도 7 및 도 9의 나선형 와이어 구조체들의 와이어 교차부와 그 단면 형상을 나타낸 도면,
도 11은 와이어 교차점에서 단 2개만의 와이어가 만나는 구조를 갖는 3차원 트러스 구조체에서 바닥면에 수직한 2차원 망 내의 두 방향의 와이어가 바닥면에 대하여 45도의 방향(X-방향)으로 배치된 형상(a) 및 그 이상적인 트러스 구조체(b)를 도시한 도면,
도 12는 WBC(a) 및 그 이상적인 트러스 구조체(b)에서 한 와이어에 대해 다른 와이어와 교차하는 형상을 나타낸 도면,
도 13은 등록특허 제0566729호에서 제시된 직선 와이어로 제조된 옥테트와 유사한 구조체를 도시한 도면,
도 14 및 도 15는 등록특허 제1155262호에서 제시된 면외 방향은 직선 와이어, 면내 방향은 나선 와이어로 구성된 다공질 구조체와 단위셀의 형상을 나타낸 도면,
도 16 내지 도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 제조과정을 순차적으로 설명하는 도면,
도 20은 도 19(b)를 다른 각도에서 바라본 형상(a) 및 한 와이어에 대해 다른 와이어와 교차하는 형상(b)을 나타낸 도면,
도 21 및 도 22는 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 제조과정 중 나선형 와이어 삽입 및 교차부 고정 과정을 설명하는 도면.1 illustrates a single layer structure and a Kagome truss multi-layer structure of a pyramid, an octet, and a Kagome truss,
FIG. 2 is a view showing a structure in which a shape similar to the three-dimensional Kagome truss of FIG. 1 is assembled into a spiral wire, in Japanese Patent No. 1029183,
FIGS. 3-7 illustrate the structure disclosed in the Korean Patent No. 1155267,
FIG. 8 is a view showing a unit cell of a multi-layer truss structure assembled with the helical wires of FIGS. 2 and 3 to 7;
9 is a view showing an ideal truss structure corresponding to a three-dimensional lattice truss structure having a structure in which only two wires meet at a wire intersection point assembled by using the helical wire proposed in Japanese Patent No. 1199606,
Figs. 10 (a) to 10 (c) are respectively a wire cross section and a cross-sectional shape of the helical wire structures of Figs. 2, 7 and 9,
FIG. 11 shows a three-dimensional truss structure having a structure in which only two wires meet at a wire intersection, in which wires in two directions in a two-dimensional network perpendicular to the bottom surface are disposed in a direction (X-direction) Figure (a) and its ideal truss structure (b)
Fig. 12 is a view showing a shape intersecting another wire with respect to one wire in WBC (a) and its ideal truss structure (b)
Fig. 13 shows a structure similar to the octet fabricated with the straight wire shown in the registered patent No. 0566729, Fig.
Figs. 14 and 15 are views showing the shape of a unit cell and a porous structure composed of a straight wire in the out-of-plane direction and a spiral wire in the in-plane direction, as shown in Japanese Patent No. 1155262,
FIGS. 16 to 19 are views for sequentially explaining the manufacturing process of the three-dimensional lattice truss structure according to the first embodiment of the present invention,
Fig. 20 is a view showing a shape (a) viewed from another angle and Fig. 19 (b) showing a shape (b) crossing another wire with respect to one wire;
21 and 22 are views for explaining a process of inserting a spiral wire and fixing an intersection during a manufacturing process of a three-dimensional lattice truss structure according to a second embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Also, throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements, unless specifically stated otherwise.
본 발명자들은 최근의 연구 결과(M.G Lee, K.W. Lee, H.K. Hur, K.J. Kang, "Mechanical behaviors of a wire-woven metal under compression," Composite Structures, Vol.95, pp.264-277, 2013.)로부터 WBC와 유사한 구조와 방향을 가지면서 직선 와이어로 구성되어 무게 대비 강도 및 강성도가 우수하고, 제조공정이 단순한 새로운 다공질 구조체를 제시할 수 있음을 착안하고 본 발명에 이르게 되었다. 이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
The inventors of the present invention have found from recent studies (MG Lee, KW Lee, HK Hur, KJ Kang, "Mechanical behaviors of a wire-woven metal under compression," Composite Structures, Vol. 95, pp. It is possible to provide a new porous structure having a structure and direction similar to those of the WBC while being composed of a straight wire and having excellent strength and stiffness as compared with weight and having a simple manufacturing process. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
제1실시예First Embodiment
도 16 내지 도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 제조과정을 순차적으로 설명하는 도면이다.FIGS. 16 to 19 are views for sequentially explaining the manufacturing process of the three-dimensional lattice truss structure according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체 제조에 있어, 먼저, 서로 90도의 방위각을 갖도록 교차되어 일정한 사각형 구멍을 형성하는 격자망을 미리 준비된 사각 형상의 고정 프레임 크기로 절단하되, 프레임을 바라보았을 때 와이어들이 45도 방향으로 배치될 수 있도록 도 16에 도시된 바와 같이 X-방향(X-orientation)의 격자망 형태로 절단하여 복수로 준비한다. 격자망은 예컨대, 미리 제작된 전기저항 용접된 사각격자망을 이용하여 준비할 수 있다.In the manufacture of the three-dimensional lattice truss structure according to the first embodiment of the present invention, first, a lattice net intersecting each other at an azimuth angle of 90 degrees to form a constant square hole is cut into a square frame fixed frame size, 16, a plurality of wires are cut out in the form of a lattice network in the X-orientation, as shown in FIG. 16, so that the wires can be arranged in a direction of 45 degrees. The lattice network can be prepared, for example, by using a square lattice network manufactured by electric resistance welding in advance.
다음으로, 준비된 격자망을 상기 고정 프레임에 배치한다. 도 16(a)에서는 고정 프레임에 격자망 한 장이 배치되면서 격자망 내 와이어가 프레임에 대해 45도 방향으로 배치된 형상을 나타내고 있다. 고정 프레임에는 배치되는 격자망의 수평 위치를 고정하기 위해 각 모서리 부위에 수 개의 기둥이 수직으로 고정되어 있고, 각 기둥에는 프레임과 일정 간격을 유지하도록 원통형 스페이서(spacer)가 결합되어 있으며, 원통형 스페이서는 중공형으로 제작되어 기둥에 관통되어 삽입된다. 이때, 최종 제조되는 트러스 구조체가 서로 수직인 세 방향에서 바라보았을 때 완전히 같은 형상(사각형)이 되도록 하고자 할 경우에는 스페이서의 두께는 (격자망 내의 와이어 간격-와이어 굵기*2) 로 설계할 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니고 무게 대비 강도 및 강성도, 기공률 등을 고려하여 원하는 두께로 설계할 수 있다. 도 16(b)에서는 도 16(a)를 직상방에서 바라본 격자망이 프레임에 한 장 배치된 구조를 나타낸 것으로, 프레임의 네 모서리에 고정된 기둥들로 인해 격자망이 면내에서 수평 위치가 움직이지 않고 완전히 고정되도록 그 크기와 위치가 설계된 것을 알 수 있다.Next, the prepared grid is placed in the fixed frame. In Fig. 16 (a), a grid network is arranged in a fixed frame, and wires in the grid network are arranged in a 45-degree direction with respect to the frame. In order to fix the horizontal position of the lattice network disposed in the fixed frame, several columns are vertically fixed to the respective corner portions. A cylindrical spacer is coupled to each column so as to maintain a certain distance from the frame, Is made hollow and inserted through the column. In this case, when the final truss structure is to be exactly the same shape (square) when viewed from three mutually perpendicular directions, the thickness of the spacer can be designed to be (wire spacing in the lattice network - wire thickness * 2) . Of course, the present invention is not limited to this, and a desired thickness can be designed in consideration of the weight-to-weight ratio, stiffness, and porosity. 16 (b) shows a structure in which a grid of the grid shown in FIG. 16 (a) is arranged in a frame, and the grid is moved in the plane in the plane due to the columns fixed to the four corners of the frame. It can be seen that the size and position are designed so that it is completely fixed without being fixed.
다음으로, 각 기둥에 한 개씩의 스페이서를 추가로 삽입하고, 다른 한 장의 격자망을 적층한다. 추가되는 격자망은 이전에 배치된 격자망내 와이어 방향으로 반 피치씩 평행이동된 상태로 배치한다. 이때 물론, 평행이동은 격자망내 와이어의 피치 이하의 간격에서 임의의 정도로 수행될 수 있는 것이며, 반 피치씩 평행이동될 경우 최종 제조되는 트러스 구조를 직상방에서 바라보았을 때 형성되는 사각형 크기가 격자망의 크기에 절반(길이 기준) 크기로 보이게 된다. 이와 같은 과정을 도 17(a)에 나타낸 바와 같이 반복하여 원하는 층수만큼 격자망을 적층한 후 각 기둥에 스페이서를 삽입하고 최상부에 최하부와 같은 사각 고정 프레임을 배치하고 기둥에 너트 등을 이용하여 체결시켜 전체 조립체를 고정한다. 도 17(a)에서는 고정 프레임에 5층의 격자망이 적층된 후의 형상을 나타내고 있으며, 도 17(b)는 이를 직상방에서 바라본 형상을 나타낸 것으로, 각 격자망 상부 또는 하부에 배치된 망이 서로 격자망내 와이어 방향으로 반 피치씩 평행이동된 상태이기 때문에 도 16(b)에서 보이는 사각형 구멍 크기보다 약 절반 정도로 작아진 것을 알 수 있다.Next, one spacer is inserted into each column, and another grid is laminated. The additional lattice nets are arranged in a state in which they are moved in parallel in half a pitch in the wire direction in the previously arranged lattice nets. In this case, the parallel movement can be carried out to an arbitrary degree in a pitch less than the pitch of the wire in the lattice network, and when the lattice is moved in parallel by half pitch, the square size formed when the truss structure, Of the size of the image. 17 (a), a spacer is inserted into each column, a square fixing frame such as the lowermost portion is disposed on the uppermost portion, and the column is fastened with a nut or the like Thereby fixing the entire assembly. FIG. 17 (a) shows a shape after five layers of lattice nets are stacked on a fixed frame, and FIG. 17 (b) shows a shape viewed from a room above the lattice nets. It is seen that the size of the square hole shown in FIG. 16 (b) is reduced to about half of that of the square hole shown in FIG.
다음으로, 격자망이 수평면과 수직하도록, 즉, 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 고정된 조립체를 90도 회전시켜 세우고, 격자망을 바라보는 방향에서 형성된 작은 사각형 구멍에 하나씩 건너 교대로 직선 와이어를 삽입한다. 도 18(a)는 일부 직선 와이어가 삽입된 상태를 나타내고 있고, 도 18(b)는 도 18(a)를 격자망 정면에서 바라본 형상을 나타내고 있고, 도 18(c)는 도 18(b)에서 굵은선으로 표시된 부분을 확대하여 나타내고 있다. 삽입된 직선 와이어는 중력의 작용에 의하여 저절로 격자망을 이루는 와이어에 의하여 지지되는 위치로 몰리게 되어, 정교한 작업을 요구하지 않고도 간편하게 직선 와이어를 격자망의 교차점 사이의 중간 지점에 배치시킬 수 있다. 상기 직선 와이어의 삽입으로 격자망을 구성하는 와이어를 포함한 모든 와이어의 교차점에서 반드시 두 가닥의 서로 수직한 와이어가 교차하게 된다.Next, the assembly fixed so that the grating net is perpendicular to the horizontal plane, that is, the plane formed by the grating net is rotated by 90 degrees, and the assembly is alternately arranged in a small rectangular hole formed in the direction in which the grating net is viewed. Insert the wire. 18 (b), 18 (a), 18 (b) and 18 (b) show a state in which a part of straight wire is inserted, A portion indicated by a thick line is enlarged and shown. The inserted straight wire is naturally driven to a position supported by the wires constituting the lattice network so that the straight line can be easily disposed at the midpoint between the intersections of the lattice networks without requiring a complicated operation. At the intersection of all the wires including the wires constituting the grid network by the insertion of the straight wire, two wires perpendicular to each other must always intersect with each other.
이때, 본 발명에서 상기 직선 와이어의 삽입은 상기 조립체를 세우기 전에 수행될 수 있음은 물론이다. 즉, 격자망을 바라보는 방향에서 보이는 사각형 구멍에 하나씩 건너 교대로 직선 와이어를 삽입한 후, 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 적층체를 세움으로써 삽입된 직선 와이어가 중력의 작용에 의하여 저절로 격자망을 이루는 와이어에 의하여 지지되는 위치로 몰리게 하여 격자망을 바라본 형상이 도 18에 나타낸 바와 같은 형상이 되도록 하는 것이 가능하다.In this case, it is a matter of course that the insertion of the straight wire in the present invention can be performed before the assembly is erected. That is, after inserting the straight wire alternately one by one into the square holes seen in the direction of looking at the lattice network, the laminated body is set up so that the plane formed by the lattice network becomes a vertical plane, It is possible to make the shape of the grating net as shown in Fig. 18 by causing it to move to the position supported by the wire constituting the grating net.
이상의 과정을 거쳐 격자망과 수직한 방향으로 직선 와이어의 삽입이 완료되면, 수직 와이어의 삽입으로 형성되는 교차점을 고정하는 작업을 수행한다. 예컨대, 용가재 금속분말, 점성의 바인더(binder) 및 플럭스가 혼합된 페이스트(paste)를 도포하고 적절한 분위기에서 가열하면 용가재가 녹아 와이어 교차부를 고정할 수 있고, 냉각 후 고정 프레임, 기둥 및 스페이서를 분리하여 최종 트러스 구조체를 제작할 수 있다. 이때, 상기 수직 와이어의 삽입으로 형성되는 교차점에 대한 고정 작업 시 격자망의 교차점에 대해서도 함께 고정 작업을 수행할 수 있다. 도 19(a) 및 도 19(b)는 제작된 최종 트러스 구조체 및 그 일부를 확대하여 나타내고 있고, 도 19(c) 내지 도 19(e)는 각각 도 19(a)에 나타낸 트러스 구조체에 대해 정면, 측면 및 상면에서 바라본 형상을 나타내고 있고, 도 20은 도 19(b)를 다른 각도에서 바라본 형상(a) 및 한 와이어에 대해 다른 와이어와 교차하는 형상(b)을 나타내고 있다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 와이어의 교차점에서 반드시 두 개의 와이어만 교차하는 것을 알 수 있다.
When the insertion of the straight wire in the direction perpendicular to the grid network is completed through the above process, the intersection formed by the insertion of the vertical wire is fixed. For example, application of a metal powder, a viscous binder and flux paste and heating in an appropriate atmosphere can melt the melt and fix the wire intersection. After cooling, the stationary frame, the column and the spacer are separated So that a final truss structure can be manufactured. At this time, it is also possible to fix the intersection of the mesh network in the fixing operation for the intersection formed by inserting the vertical wire together. Figs. 19 (a) and 19 (b) are enlarged views of the final truss structure and parts thereof, and Fig. 19 (c) Fig. 20 shows a shape (a) viewed from a different angle in Fig. 19 (b) and a shape (b) crossing another wire with respect to one wire. As shown in FIG. 20, it can be seen that only two wires cross each other at the intersection of the wires.
제2실시예Second Embodiment
도 21 및 도 22는 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체의 제조과정 중 나선형 와이어 삽입 및 교차부 고정 과정을 설명하는 도면이다.FIGS. 21 and 22 are views for explaining a process of inserting a spiral wire and fixing an intersection during a manufacturing process of a three-dimensional lattice truss structure according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 격자 트러스 구조체는 제1실시예와 동일한 방법으로 복수의 격자망을 고정 프레임에 배치하고 고정하여 조립체를 제작한 후 사각형 구멍에 직선 와이어가 아닌 나선형 와이어를 삽입하여 제작된다.The three-dimensional lattice truss structure according to the second embodiment of the present invention is constructed by arranging and fixing a plurality of lattice nets in a fixed frame in the same manner as in the first embodiment to form a helical wire .
즉, 격자망이 수평면과 수직하도록 고정된 조립체를 90도 회전시켜 세우고, 격자망을 바라보는 방향에서 형성된 작은 사각형 구멍에 하나씩 건너 교대로 나선형 와이어를 회전시켜 삽입한다. 이때, 제1실시예에서와 마찬가지로, 상기 나선형 와이어의 삽입은 상기 조립체를 세우기 전에 수행될 수 있음은 물론이다. 도 21(a)는 일부 나선형 와이어가 삽입된 상태를 나타내고 있고, 도 21(b)는 도 21(a)를 격자망 정면에서 바라본 형상을 나타내고 있고, 도 21(c)는 도 21(b)에서 굵은선으로 표시된 부분을 확대하여 나타내고 있다. 삽입되는 나선형 와이어의 피치 및 나선 반경은 각각 격자망 사이 간격의 2배 및 격자망을 구성하는 와이어의 직경과 같다. 나선형 와이어의 삽입은 미리 배치된 격자망 내의 와이어 교차점 사이 중간 지점에 나선형 와이어를 회전시켜 삽입하여 격자망을 구성하는 와이어를 포함한 모든 와이어의 교차점에서 반드시 두 가닥의 서로 수직한 와이어가 교차하게 할 수 있고, 새로 삽입된 나선형 와이어에 의해 복수의 격자망이 서로 구속되어 전체 구조체가 외부 지지체 없이도 그 형태가 유지되도록 할 수 있다. 도 22(a) 및 도 22(b)는 제작된 최종 트러스 구조체 및 그 일부를 확대하여 나타내고 있다.
That is, the assembled assembly is rotated 90 degrees so that the grating net is perpendicular to the horizontal plane, and the spiral wire is alternately inserted into the small square holes formed in the direction of looking at the grating net. At this time, as in the first embodiment, it is needless to say that the insertion of the helical wire can be performed before erecting the assembly. 21 (a) shows a state in which a part of helical wires is inserted, and Fig. 21 (b) shows a shape viewed from the front of a lattice network in Fig. 21 A portion indicated by a thick line is enlarged and shown. The pitch and helix radius of the inserted helical wire is equal to twice the spacing between the lattice nets and the diameter of the wires constituting the lattice nets. The insertion of the helical wire can be accomplished by rotating the helical wire at the midway point between the wire intersections in the pre-arranged grid and inserting two wires perpendicular to each other at the intersection of all the wires, including the wires constituting the grid. And the plurality of grid meshes are constrained to each other by the newly inserted helical wire so that the whole structure can be maintained without the external support. 22 (a) and 22 (b) are enlarged views of the final truss structure and a part thereof.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, range, and equivalence of the claims are included in the scope of the present invention Should be interpreted.
Claims (8)
평면상에서 일정 간격을 두고 평행하게 배열된 제1 직선 와이어군과 상기 제1 직선 와이어군 상에서 상기 제1 직선 와이어군에 90도의 방위각을 갖도록 겹쳐져 동일한 간격을 두고 평행하게 배열된 제2 직선 와이어군으로 이루어지고, 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군의 교차점이 고정되어 일정한 사각형 구멍을 형성하는 격자망; 및 상기 교차점 사이에 상기 격자망과 수직한 방향으로 교차되는 제3 와이어군;으로 구성되고, 상기 트러스 구조체의 모든 교차점에서 두 개의 와이어만 교차되는 3차원 격자 트러스 구조체이고,
상기 격자망은 상기 평면상에서 수직 방향으로 일정 간격을 두고 평행하게 다단 배열되되, 이웃하여 배열된 격자망이 상기 사각형 구멍의 피치 이하의 간격만큼 평행이동되도록 다단 배열되고, 상기 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 상기 3차원 격자 트러스 구조체를 세우고 상기 격자망을 바라본 형상이 연속된 X자(X-orientation) 형상이 되도록 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군이 배향된 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.In a three-dimensional lattice truss structure composed of a series of wires,
A first straight wire group arranged at regular intervals in parallel on the plane and a second straight wire group superimposed on the first straight wire group so as to have an azimuth angle of 90 degrees and arranged at equal intervals in parallel, A lattice network in which the intersection points of the first straight wire group and the second straight wire group are fixed and form a constant square hole; And a third wire group intersecting the intersection in a direction perpendicular to the lattice network, wherein a three-dimensional lattice truss structure is formed by intersecting two wires at all intersections of the truss structure,
Wherein the lattice nets are arranged in a multi-step manner so as to be parallel to each other at regular intervals in the vertical direction on the plane so that neighboring lattice nets arranged in parallel are moved in parallel by an interval smaller than the pitch of the rectangular holes, Wherein the first straight wire group and the second straight wire group are oriented such that the three-dimensional lattice truss structure is formed so as to be a vertical plane and an X-orientation shape in which the lattice network is viewed is a continuous X- A three-dimensional lattice truss structure.
상기 제3 와이어군은 직선 와이어 또는 나선형 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.The method according to claim 1,
And the third wire group is composed of a straight wire or a spiral wire.
상기 제1 직선 와이어군, 상기 제2 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점은 납땜, 브레이징, 용접 및 수지접착으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 접합수단으로 고정된 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.The method according to claim 1,
Wherein the intersection points of the first straight wire group, the second straight wire group, and the third wire group are fixed by any one of joining means selected from the group consisting of soldering, brazing, welding, and resin bonding. Lattice truss structure.
상기 제1 직선 와이어군, 상기 제2 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군은 금속, 세라믹, 복합재 및 합성수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체.The method according to claim 1,
Wherein the first straight wire group, the second straight wire group, and the third wire group are made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics, composites, and synthetic resins.
(a) 평면상에서 일정 간격을 두고 평행하게 배열된 제1 직선 와이어군과 상기 제1 직선 와이어군 상에서 상기 제1 직선 와이어군에 수직한 방향으로 동일한 간격을 두고 평행하게 배열된 제2 직선 와이어군으로 이루어지고, 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군의 교차점이 고정되어 일정한 사각형 구멍을 형성하는 격자망을 배열하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 격자망과 동일한 구조를 갖는 격자망을 상기 평면상에서 수직 방향으로 일정 간격을 두고 평행하게 배열하되, 이웃하여 배열된 격자망이 상기 사각형 구멍의 피치 이하의 간격만큼 상기 제1 직선 와이어 및 상기 제2 직선 와이어 방향으로 평행이동되도록 배열하는 단계;
(c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하여 다수의 격자망이 일정 간격으로 배열된 적층체를 형성하는 단계;
(d) 상기 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 상기 적층체를 세워 상기 격자망을 바라본 형상이 연속된 X자(X-orientation) 형상이 되도록 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군을 배향시킨 후, 상기 격자망을 바라보는 방향에서 보이는 사각형 구멍에 하나씩 건너 교대로 제3 와이어를 삽입하여, 상기 격자망의 교차점 사이에 상기 격자망과 수직한 방향으로 상기 제3 와이어군이 교차되도록 하는 단계; 및
(e) 상기 제1 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점과 상기 제2 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점을 고정하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.A method for manufacturing a three-dimensional lattice truss structure,
(a) a first rectilinear wire group arranged in parallel on a plane at regular intervals and a second rectilinear wire group arranged in parallel in the direction perpendicular to the first rectilinear wire group on the first rectilinear wire group Arranging a lattice network in which the intersection points of the first straight wire group and the second straight wire group are fixed and form a constant square hole;
(b) a lattice network having the same structure as that of the lattice network in the step (a) is arranged in parallel in a vertical direction on the plane at regular intervals, and the lattice nets arranged next to each other are spaced apart from each other by Arranging the first straight wire and the second straight wire in parallel to move in the direction of the first straight wire and the second straight wire;
(c) repeating the steps (a) and (b) to form a plurality of lattice nets arranged at regular intervals;
(d) setting the laminates so that the plane formed by the lattice network is a vertical plane and arranging the first straight wire group and the second straight wire so that the shape of the lattice network looks like a continuous X- The third wire is inserted alternately one by one in a square hole viewed in the direction of looking at the lattice nets and the third wire group is inserted between the intersections of the lattice nets in a direction perpendicular to the lattice nets, Intersect; And
(e) fixing an intersection of the first straight wire group and the third wire group and the intersection of the second straight wire group and the third wire group;
And a third truss structure.
(a) 평면상에서 일정 간격을 두고 평행하게 배열된 제1 직선 와이어군과 상기 제1 직선 와이어군 상에서 상기 제1 직선 와이어군에 수직한 방향으로 동일한 간격을 두고 평행하게 배열된 제2 직선 와이어군으로 이루어지고, 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군의 교차점이 고정되어 일정한 사각형 구멍을 형성하는 격자망을 배열하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 격자망과 동일한 구조를 갖는 격자망을 상기 평면상에서 수직 방향으로 일정 간격을 두고 평행하게 배열하되, 이웃하여 배열된 격자망이 상기 사각형 구멍의 피치 이하의 간격만큼 상기 제1 직선 와이어 및 상기 제2 직선 와이어 방향으로 평행이동되도록 배열하는 단계;
(c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하여 다수의 격자망이 일정 간격으로 배열된 적층체를 형성하는 단계;
(d) 상기 격자망을 바라보는 방향에서 보이는 사각형 구멍에 하나씩 건너 교대로 제3 와이어를 삽입한 후, 상기 격자망이 형성하는 평면이 수직면이 되도록 상기 적층체를 세워 상기 격자망을 바라본 형상이 연속된 X자(X-orientation) 형상이 되도록 상기 제1 직선 와이어군과 상기 제2 직선 와이어군을 배향시켜, 상기 격자망의 교차점 사이에 상기 격자망과 수직한 방향으로 상기 제3 와이어군이 교차되도록 하는 단계; 및
(e) 상기 제1 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점과 상기 제2 직선 와이어군 및 상기 제3 와이어군의 교차점을 고정하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.A method for manufacturing a three-dimensional lattice truss structure,
(a) a first rectilinear wire group arranged in parallel on a plane at regular intervals and a second rectilinear wire group arranged in parallel in the direction perpendicular to the first rectilinear wire group on the first rectilinear wire group Arranging a lattice network in which the intersection points of the first straight wire group and the second straight wire group are fixed and form a constant square hole;
(b) a lattice network having the same structure as that of the lattice network in the step (a) is arranged in parallel in a vertical direction on the plane at regular intervals, and the lattice nets arranged next to each other are spaced apart from each other by Arranging the first straight wire and the second straight wire in parallel to move in the direction of the first straight wire and the second straight wire;
(c) repeating the steps (a) and (b) to form a plurality of lattice nets arranged at regular intervals;
(d) inserting third wires alternately one by one into a square hole viewed in the direction of looking at the mesh, and then forming the stacked body so that the plane formed by the mesh is perpendicular to the mesh, The first linear wire group and the second linear wire group are oriented so as to be in a continuous X-orientation, and the third wire group is arranged between the intersections of the grids in a direction perpendicular to the grids, Intersect; And
(e) fixing an intersection of the first straight wire group and the third wire group and the intersection of the second straight wire group and the third wire group;
And a third truss structure.
상기 (d) 단계에서 상기 제3 와이어군은 직선 와이어로 구성되어, 상기 삽입이 상기 제3 와이어의 병진이동만으로 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.The method according to claim 5 or 6,
Wherein in the step (d), the third wire group is formed of a straight wire, and the insertion is performed only by translational movement of the third wire.
상기 (d) 단계에서 상기 제3 와이어군은 나선형 와이어로 구성되어, 상기 삽입이 상기 제3 와이어의 회전 삽입으로 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자 트러스 구조체 제조방법.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein in the step (d), the third wire group is composed of a helical wire, and the insertion is performed by rotationally inserting the third wire.
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KR101029183B1 (en) | 2006-11-29 | 2011-04-12 | 전남대학교산학협력단 | Three-dimensional cellular light structures weaving by helical wires and the manufacturing methodof the same |
KR101155267B1 (en) | 2009-08-27 | 2012-06-18 | 전남대학교산학협력단 | Manufacturing method of three dimensional lattice truss structures composed of helical wires |
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