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KR20100019041A - Truss type periodic cellular materials having polyhedrons or spheres in their internal vacancies and a manufacturing method of the same - Google Patents

Truss type periodic cellular materials having polyhedrons or spheres in their internal vacancies and a manufacturing method of the same Download PDF

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KR20100019041A
KR20100019041A KR1020080077865A KR20080077865A KR20100019041A KR 20100019041 A KR20100019041 A KR 20100019041A KR 1020080077865 A KR1020080077865 A KR 1020080077865A KR 20080077865 A KR20080077865 A KR 20080077865A KR 20100019041 A KR20100019041 A KR 20100019041A
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South Korea
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truss
porous material
filler
periodic porous
dimensional plane
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강기주
허해규
이병철
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전남대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A truss type periodic cellular material and a method of manufacturing the same are provided to improve energy absorption force due to structural stability and deformation. CONSTITUTION: A method of manufacturing truss type periodic cellular material comprises the following steps of: weaving or cross-placing a wire(21) and forming a two-dimensional plane of a net shape with plural holes; placing polyhedron or sphere filler(31) on a part of plural holes formed on the two-dimensional plane; laminating the two-dimensional plane with layers; forming a 3D truss structure(11) by weaving the two dimensional plane with wire; and welding the polyhedron or the sphere filler and the wire respectively or to each other.

Description

내부 공간이 다면체 또는 구형의 재료로 충진된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료와 그 제조 방법{TRUSS TYPE PERIODIC CELLULAR MATERIALS HAVING POLYHEDRONS OR SPHERES IN THEIR INTERNAL VACANCIES AND A MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}TRUSS TYPE PERIODIC CELLULAR MATERIALS HAVING POLYHEDRONS OR SPHERES IN THEIR INTERNAL VACANCIES AND A MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 다공질 재료와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 트러스 구조체의 내부 빈 공간에 다면체 또는 구형의 충진재가 충진된 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료와 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous material and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a truss-shaped periodic porous material and a method for producing the same, characterized in that the inner hollow space of the truss structure is filled with a filler. will be.

다공질 재료는 내부에 형성된 다수의 작은 빈 공간으로 인해 가벼우면서도 상대적으로 높은 강도를 가지는 재료이다. 이와 같은 다공질 재료 중에서 내부 빈 공간의 크기, 형태, 및 배치가 균일한 재료를 주기적인 다공질 재료(Periodic Cellular Materials)라고 한다.Porous materials are materials that are light and have relatively high strength due to the large number of small voids formed therein. Among such porous materials, materials having uniform sizes, shapes, and arrangements of internal void spaces are called periodic cellular materials.

최근, 새로운 중간재 소재로서 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료가 소개되고 있다(H. N. G. Wadley, N. A. Fleck, A. G. Evans, 2003, Composite Science and Technology, Vol.63, pp.2331~2343).Recently, a periodic porous material in the form of a truss has been introduced as a new intermediate material (H. N. G. Wadley, N. A. Fleck, A. G. Evans, 2003, Composite Science and Technology, Vol. 63, pp. 2331 ~ 2343).

트러스 구조는 정밀한 계산을 통하여 최적의 강도를 갖도록 설계되어 허니 컴(honeycomb) 격자에 버금가는 기계적 물성을 가지는 외에도, 내부가 개방되어 공간의 활용이 유리하다는 장점을 가지고 있다.The truss structure is designed to have the best strength through precise calculations, and has the mechanical properties comparable to that of a honeycomb lattice.

도 1은 피라미드, 옥테트, 및 카고메 트러스의 단층 구조를 도시하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 1을 참조하여 트러스 구조의 종류에 대하여 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram for illustrating the monolayer structures of pyramids, octets, and kagome trusses. Hereinafter, the type of the truss structure will be described with reference to FIG. 1.

피라미드(pyramid) 트러스는 가장 일반적인 트러스 구조이다. 구체적으로, 피라미드 트러스는, 4개의 정삼각형 격자가 하나의 꼭지점을 중심으로 경사면을 이루고 1개의 정사각형 격자가 밑면 또는 윗면을 이루어 구성됨으로써, 사각형 형태의 판구조물 제조에 유리한 장점을 가진다.Pyramid trusses are the most common truss structures. Specifically, the pyramid truss has an advantageous advantage in the production of a rectangular plate structure, because the four regular triangular gratings form a sloped surface around one vertex and one square grating constitutes a bottom or top surface.

또한, 옥테트(Octet) 트러스는 정사면체와 정팔면체가 조합된 구조로서, 각 트러스 요소는 서로 정삼각형을 이루고 있다(R. Buckminster Fuller, 1961, US Patent 2,986,241).In addition, the octet truss is a structure in which a tetrahedron and an octahedron are combined, and each truss element forms an equilateral triangle with each other (R. Buckminster Fuller, 1961, US Patent 2,986,241).

계속하여, 21세기에 들어서는 카고메(Kagome) 트러스가 발표(S. Hyun, A.M. Karlsson, S. Torquato, A.G. Evans, 2003, Int J. of Solids and structures, Vol.40, pp.6989-6998)되었는데, 이는 옥테트 트러스를 변형한 것으로, 피라미드 트러스와 옥테트 트러스에 비하여 방향에 따른 구조의 강성 변화가 적고, 좌굴에 대한 저항성, 좌굴 후 변형의 안정성, 에너지 흡수 능력 등이 특히 우수한 것으로 알려져 있다.In the 21st century, Kagome truss was published (S. Hyun, AM Karlsson, S. Torquato, AG Evans, 2003, Int J. of Solids and structures, Vol. 40, pp.6989-6998). It is known that the octate truss is modified, and the stiffness change of the structure according to the direction is less than that of the pyramid truss and the octet truss, and the buckling resistance, the stability of the deformation after buckling, and the energy absorption ability are particularly excellent.

한편, 최근에는 피아노선과 같이 대량생산, 가공, 및 고강도의 실현이 용이한 와이어를 소재로 하여 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료를 제작하는 방법이 제안되고 있다. 이에 관해서는, 등록특허 제566729호, 제633657호, 제700212호, 제 767186호, 특허출원 제2006-0119233호 등에 구체적으로 개시되어 있다. 도 2 내지 도 6에는 상기 특허 및 특허출원에 따른 방법으로 제작된 주기적인 다공질 재료가 도시되어 있다. 이 경우, 섬유강화수지(Fiber Reinforced Plastic) 복합재료를 소재로 하는 와이어를 이용한다면 더욱 가벼운 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료를 제작할 수 있을 것이다.On the other hand, in recent years, there has been proposed a method for producing a truss-shaped periodic porous material using a wire such as a piano wire, which is easy to mass produce, process, and achieve high strength. This is specifically disclosed in Patent Nos. 566729, 633657, 700212, 767186, Patent Application No. 2006-0119233, and the like. 2 to 6 show periodic porous materials produced by the method according to the patents and patent applications. In this case, if a wire made of a fiber reinforced plastic composite material is used, a lighter truss-shaped periodic porous material may be manufactured.

이상과 같은 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료에 압축이나 전단(shear)과 같은 하중이 작용하게 되면, 트러스 요소의 좌굴에 의해 다공질 재료가 파손되는 경우가 많다. 특히, 트러스 요소의 세장비가 높거나 와이어의 소재가 피아노선과 같은 고강도 금속 또는 복합재료에 사용되는 고강도 섬유 또는 섬유강화수지일 경우에는 탄성좌굴이 발생하기 쉽다. 이와 같이 탄성좌굴이 발생하면, 주기적인 다공질 재료의 강도가 급격히 감소하는 경향이 있어 구조재로서 필요한 안정성이 현저히 떨어지고 변형 에너지 흡수량도 적어진다는 문제점이 있다.When a load such as compression or shear is applied to the truss-shaped periodic porous material as described above, the porous material is often damaged by the buckling of the truss element. In particular, elastic buckling is likely to occur when the truss element has high slenderness or when the material of the wire is a high strength fiber or a fiber reinforced resin used for a high strength metal or a composite material such as a piano wire. When elastic buckling occurs as described above, the strength of the periodic porous material tends to decrease rapidly, which causes a problem that the stability required for the structural material is significantly lowered and the amount of strain energy absorption is reduced.

그리고 세라믹이나 일부 고강도 금속은 큰 부피로 제조, 가공하는 것이 어려워 구조재로서의 활용에 한계가 있다. 따라서 이러한 재료들은 소결(sintering)을 통하여 비교적 작은 크기로 활용될 수 밖에 없다. 예컨대, 구조용 판재와 같이 상대적으로 대형 구조물의 형태가 필요한 경우에는 벽돌, 모르타르에서와 같이 접착재로 접합, 적층하거나, 섬유강화합성수지(FRP), 복합재판, 금속판 등을 표면에 부착하는 방법으로 보강하여 사용한다. 그러나 이와 같은 방식으로 제조된 구조물은 충격하중에 취약하고, 일단 파손이 개시된 후에는 빠른 속도로 최종 파괴에 이른다는 단점이 있다.In addition, ceramics and some high-strength metals are difficult to be manufactured and processed in large volumes, and thus there is a limit to their application as structural materials. Therefore, these materials have to be utilized in a relatively small size through sintering (sintering). For example, when a relatively large structure such as a structural plate is required, it is bonded or laminated with an adhesive as in brick or mortar, or reinforced by attaching a fiber reinforced composite resin (FRP), a composite plate, or a metal plate to the surface. use. However, the structure produced in this manner is vulnerable to impact loads, and once the failure is initiated, there is a disadvantage that it reaches a final failure at a high speed.

또한, 최근에는 스티로폼 구의 표면에 금속분말을 분사코팅(spray coating)하여 가열한 후, 스티로폼 구를 연소시킴으로써 내부가 빈 금속구를 만드는 공정이 개발된 바 있다. 이를 MHS(Metal Hollow Sphere)라고 하는데, 다수의 MHS를 수지로 접합하거나 열과 압력을 가하여 서로 접합시킴으로써 일종의 다공질 금속을 제조할 수 있다(K.M. Hurysz, J.L. Clark, A.R. Nagle, C.U. Hardwicke, K.J. Lee, J.K. Cochran et al., Steel and titanium hollow sphere foams. In: A. Evans, D. Schwartz, D. Shih and H. Wadley, Editors, Porous and cellular materials for structural applicationsMRS Proceedings vol. 521, Materials Research Society, Pittsburgh, PA (1998), pp. 191203). 이와 같이 MHS로 제조된 다공질 금속은 기존의 발포금속보다 강도 및 변형 에너지 흡수 면에서 우수하지만, 내부공간이 닫혀 있어 그 활용에 제한이 있다.In addition, recently, a process of making a metal sphere with a hollow inside by spraying a metal powder on the surface of a styrofoam sphere and heating it, and then burning the styrofoam sphere has been developed. This is called MHS (Metal Hollow Sphere), and it is possible to manufacture a kind of porous metal by joining a plurality of MHS with resin or by applying heat and pressure (KM Hurysz, JL Clark, AR Nagle, CU Hardwicke, KJ Lee, JK). Cochran et al., Steel and titanium hollow sphere foams.In: A. Evans, D. Schwartz, D. Shih and H. Wadley, Editors, Porous and cellular materials for structural applications MRS Proceedings vol. 521, Materials Research Society, Pittsburgh, PA (1998), pp. 191203). As described above, the porous metal made of MHS is superior in strength and deformation energy absorption than conventional foam metals, but its internal space is closed, thereby limiting its utilization.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 구조적인 안정성 및 변형에 의한 에너지 흡수력이 증가된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료와 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a truss type periodic porous material having a structural stability and an energy absorption force due to deformation and a method of manufacturing the same by solving the above problems.

본 발명에 따른 내부 공간이 다면체 또는 구형의 재료로 충진된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료와 그 제조 방법의 요지는 다음과 같다.The gist of the truss-shaped periodic porous material filled with a polyhedron or spherical material according to the present invention is as follows.

(1) 내부에 다수의 빈 공간이 형성되는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료에 있어서,(1) In the periodic porous material in the form of a truss in which a plurality of empty spaces are formed,

상기 다수의 빈 공간 중 적어도 일부는 다면체 또는 구형의 충진재로 충진되는 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료.At least a portion of the plurality of empty spaces are filled with a truss-shaped periodic porous material, characterized in that filled with a polyhedral or spherical filler.

(2) 상기 다면체 또는 구형의 충진재는 금속, 세라믹, 합성수지 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료.(2) The truss-shaped periodic porous material according to the above (1), wherein the polyhedral or spherical filler is made of any one selected from metal, ceramic, and synthetic resin.

(3) 상기 (1) 또는 (2) 기재에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료를 제조하는 방법으로서,(3) A method for producing a truss-shaped periodic porous material according to the above (1) or (2),

와이어를 직조 또는 교차 배치하여 다수의 구멍을 가지는 그물 형태의 2차원 평면을 형성하는 단계;Weaving or crossing the wires to form a two-dimensional plane in the form of a net having a plurality of holes;

상기 2차원 평면에 형성된 다수의 구멍 중 적어도 일부에 다면체 또는 구형 의 충진재를 배치하는 단계;Arranging polyhedral or spherical fillers in at least some of the plurality of holes formed in the two-dimensional plane;

상기 다면체 또는 구형의 충진재가 배치된 2차원 평면을 복수의 층으로 적층하는 단계;Stacking a two-dimensional plane in which the polyhedral or spherical fillers are arranged in a plurality of layers;

상기 복수의 층으로 적층된 2차원 평면을 면외 방향으로 삽입되는 와이어로 엮어 3차원 트러스 구조체를 형성하는 단계;Forming a three-dimensional truss structure by weaving the two-dimensional plane stacked in the plurality of layers with a wire inserted in an out-of-plane direction;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법.Method for producing a periodic porous material of the truss form comprising a.

(4) 상기 트러스 구조체를 형성한 후에, 상기 다면체 또는 구형의 충진재와 와이어를 각각 또는 서로 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (3) 기재의 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법.(4) after the truss structure is formed, further comprising the step of joining the polyhedral or spherical filler and the wire to each other or to each other, wherein the truss-shaped periodic porous material as described in the above (3). .

(5) 상기 구형의 충진재는,(5) The spherical filler,

스티로폼 구의 표면에 금속분말을 분사코팅하여 가열한 후, 상기 스티로폼 구를 연소시켜 형성되는 내부가 빈 금속구(Metal Hollow Sphere: MHS)인 것을 특징으로 하는 상기 (3) 기재의 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법.After the metal powder is spray-coated and heated on the surface of the styrofoam sphere, the inside of the truss-shaped truss form (3) is characterized in that the interior of the hollow metal sphere (MHS) formed by burning the styrofoam sphere is formed. Method for producing a porous material.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 내부 공간이 다면체 또는 구형의 재료로 충진된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료와 그 제조 방법에 따르면, 압축 또는 전단 하중시 트러스 요소의 좌굴을 억제하고, 좌굴 발생 후에도 급격한 강도 저하를 억제함으로써 구조재로서의 안정성을 향상시키고 변형에 의한 에너지 흡수량을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 경량화가 가능하여 판재와 같은 구조용 부재로 서 활용될 수 있으며, 이미 확립된 접합기술을 사용하여 제작됨으로써 생산 비용이 절감되고 대량생산이 용이한 장점이 있다.According to the truss-shaped periodic porous material filled with a polyhedral or spherical material in the interior space according to the present invention as described above and a method of manufacturing the same, it is possible to suppress the buckling of the truss element during compression or shear load, even after buckling occurs By suppressing a sudden drop in strength, the stability as a structural member can be improved and the amount of energy absorption due to deformation can be increased. In addition, the present invention can be utilized as a structural member such as a plate material can be reduced in weight, by using the already established bonding technology has the advantage of reducing the production cost and easy mass production.

이하에서는 본 발명에 따른 내부 공간이 다면체 또는 구형의 재료로 충진된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료와 그 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면에서는 명세서 전체를 통하여 유사한 구성에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, a preferred embodiment of the truss-shaped periodic porous material filled with a polyhedral or spherical material according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals designate like elements throughout the specification.

먼저, 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료에 대하여 설명한다.First, the truss-shaped periodic porous material will be described.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 구조를 도시하기 위한 도면이다.FIG. 7 illustrates a structure of a periodic porous material in the form of a truss according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료는 트러스 구조체(10)와 충진재(30)로 구성된다.Referring to FIG. 7, a periodic porous material in the form of a truss according to the present invention is composed of a truss structure 10 and a filler 30.

트러스 구조체(10)는 와이어(20)의 교차 또는 직조 방식에 의해 형성되고, 이와 같은 트러스 구조체(10)의 내부에 형성된 다수의 빈 공간에 충진재(30)가 위치하여 충진된다.The truss structure 10 is formed by the crossing or weaving method of the wires 20, and the filler 30 is positioned and filled in a plurality of empty spaces formed in the truss structure 10.

상기 와이어(20)는 충진재(30)를 서로 엮어 줌으로써 충진재(30)가 특정의 위치에서 이탈되지 않도록 하는 기능을 한다.The wire 20 serves to prevent the filler 30 from being separated from a specific position by weaving the fillers 30 together.

상기 충진재(30)는 가해질 충격하중을 고려하여 금속, 세라믹, 합성수지 등으로 제조될 수 있다. 또한, 충진재(30)는 상기 트러스 구조체(10)에 형성된 빈 공간에 따라 구형으로 형성된다. 이 경우, 본 실시예에서는 구형의 충진재를 예시하 였으나, 충진재의 형상이 구형에 한정되는 것은 아니며 빈 공간의 형태에 따라 다면체로 하는 것도 가능하다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.The filler 30 may be made of metal, ceramic, synthetic resin, or the like in consideration of the impact load to be applied. In addition, the filler 30 is formed in a spherical shape according to the empty space formed in the truss structure (10). In this case, although the spherical filler is exemplified in the present embodiment, the shape of the filler is not limited to the spherical shape and may be a polyhedron depending on the shape of the empty space. This will be described later.

상기와 같은 소재와 형상으로 제조된 충진재(30)는 요구되는 강도에 따라 트러스 구조체(10)에 형성된 다수의 빈 공간 중 일부 또는 전체에 충진될 수 있다.The filler 30 manufactured in the material and shape as described above may be filled in some or all of the plurality of empty spaces formed in the truss structure 10 according to the required strength.

계속하여, 이하에서는 본 발명에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.Subsequently, various embodiments of the truss-shaped periodic porous material according to the present invention will be described.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 구조를 도시하기 위한 도면이다.8 to 10 are views for showing the structure of the periodic porous material of the truss type according to another embodiment of the present invention.

도 8에는 서로 수직한 3방향의 직선 와이어(21)로 구성된 육면체 트러스 구조체(11)에 육면체 충진재(31)가 충진된 주기적인 다공질 재료의 구조가 도시되어 있다. 이와 같이 트러스 구조체에 충진되는 충진재가 다면체인 경우에는, 도 8의 우측에 도시된 바와 같이, 충진재(31)의 모서리 부분에 와이어(21)의 외주면에 대응되는 형상의 홈(34)을 형성함으로써 각 충진재(31)가 와이어(21)의 간섭없이 인접하는 충진재(31)와 최대한 밀착될 수 있다.8 shows a structure of a periodic porous material in which a hexahedral filler 31 is filled in a hexahedral truss structure 11 composed of three straight wires 21 perpendicular to each other. When the filler filled in the truss structure is a polyhedron in this manner, as shown in the right side of FIG. 8, the groove 34 having a shape corresponding to the outer circumferential surface of the wire 21 is formed in the corner portion of the filler 31. Each filler 31 may be in close contact with the adjacent filler 31 without interference of the wire 21.

본 발명의 다른 실시예로서, 도 9에는 연속된 직선 와이어(22)로 구성된 유사 옥테트 트러스 구조체(12)에 구형 충진재(32)가 충진된 주기적인 다공질 재료의 구조가 도시되어 있다.In another embodiment of the present invention, FIG. 9 illustrates a structure of a periodic porous material filled with a spherical filler 32 in a pseudo-octet truss structure 12 composed of continuous straight wires 22.

계속하여, 도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 피라미드 트러스 구조체(13)에 피라미드형 충진재(33)와 사면체 충진재(33')가 충진된 주기적인 다공질 재료의 구조가 도시되어 있다. 여기서는 설명의 편의를 위해 1층의 구조만을 도시 하였다. 본 실시예의 경우에도 도 8의 실시예와 유사하게 구형이 아닌 다면체의 충진재(33, 33')가 사용되므로, 충진재(33, 33')의 모서리에 와이어(23)의 형상에 대응하는 홈(34)을 형성함으로써 충진재(33, 33')가 서로 밀착되도록 하는 것이 바람직하다.10, as another embodiment of the present invention, a structure of a periodic porous material in which a pyramidal truss structure 13 is filled with a pyramidal filler 33 and a tetrahedral filler 33 ′ is shown. Here, only the structure of the first floor is shown for convenience of description. In the present embodiment, since the fillers 33 and 33 'of the non-spherical polyhedron are used similarly to the embodiment of FIG. 8, grooves corresponding to the shape of the wire 23 at the corners of the fillers 33 and 33' ( It is preferable that the fillers 33 and 33 'be brought into close contact with each other by forming 34).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료는 트러스 구조체와 충진재로 구성됨으로써, 각 부재의 장점을 모두 취할 수 있다. 예컨대, 탄소섬유, 피아노선 등을 와이어로 사용하여 트러스 구조체를 형성하였을 경우에는, 와이어의 인장에 강한 특성과 트러스 구조체의 빈 공간에 충진되는 충진재의 높은 압축강도 특성을 동시에 가지는 이상적인 물성의 다공질 재료를 만들 수 있다.As described above, the truss-shaped periodic porous material according to various embodiments of the present invention is composed of a truss structure and a filler, thereby taking all the advantages of each member. For example, when a truss structure is formed by using carbon fiber, piano wire, or the like as a wire, a porous material having an ideal physical property having both a strong property of tension of the wire and a high compressive strength property of a filler filled in an empty space of the truss structure. Can make

이상으로 본 발명에 따른 내부 공간이 다면체 또는 구형의 재료로 충진된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료에 대하여 설명하였다.In the above, the truss-shaped periodic porous material in which the internal space of the present invention is filled with a polyhedral or spherical material has been described.

이하에서는 상기와 같은 본 발명에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료를 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a truss-shaped periodic porous material according to the present invention as described above will be described in detail.

본 발명에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법은, 와이어를 직조 또는 교차 배치하여 다수의 구멍을 가지는 그물 형태의 2차원 평면을 형성하는 단계, 상기 2차원 평면에 형성된 다수의 구멍 중 적어도 일부에 다면체 또는 구형의 충진재를 배치하는 단계, 상기 다면체 또는 구형의 충진재가 배치된 2차원 평면을 복수의 층으로 적층하는 단계, 상기 복수의 층으로 적층된 2차원 평면을 와이어로 엮어 3차원 트러스 구조체를 형성하는 단계로 구성된다.According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a truss-shaped periodic porous material, comprising: weaving or crossing wires to form a net-shaped two-dimensional plane having a plurality of holes, wherein at least one of the plurality of holes formed in the two-dimensional plane is formed. Arranging polyhedral or spherical fillers on a part, laminating a two-dimensional plane on which the polyhedral or spherical fillers are disposed in a plurality of layers, weaving a two-dimensional plane stacked in the plurality of layers with a three-dimensional truss Forming a structure.

또한, 본 발명은 트러스 구조체의 형성 후, 수지접합, 브레이징, 납땜, 용접 등의 방법으로 상기 다면체 또는 구형의 충진재와 와이어를 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include the step of bonding the wire and the polyhedral or spherical filler by the method of resin bonding, brazing, soldering, welding, etc. after the formation of the truss structure.

여기서, 상기 충진재로서 내부가 빈 금속구(Metal Hollow Sphere: MHS)를 사용하면 보다 가볍고, 강도 및 변형 에너지의 흡수력도 향상된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료를 얻을 수 있다.Here, when the hollow metal sphere (MHS) is used as the filler, it is possible to obtain a truss-shaped periodic porous material that is lighter and has improved absorption of strength and strain energy.

상기와 같은 본 발명에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법은 다양한 형태로 실시될 수 있는 바, 이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.The method for manufacturing a truss-shaped periodic porous material according to the present invention as described above may be carried out in various forms. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 11 내지 도 14은 각각 도 7 내지 도 10의 실시예에 따른 주기적인 다공질 재료의 제조 방법을 도시하기 위한 도면이다.11 to 14 are diagrams for illustrating a method of manufacturing a periodic porous material according to the embodiment of FIGS. 7 to 10, respectively.

먼저, 도 11을 참고할 때, 면내(in-plane)에 3 방향의 나선형 와이어(20)를 직조하여 2차원 카고메 트러스 구조를 형성하고, 2차원 카고메 트러스 구조에 형성된 다수의 육각형 구멍에 구형의 충진재(30)를 위치시켜 배치한 다음, 이를 복수의 층으로 적층하고 면외(out-of-plane)의 세 방향으로 나선형 와이어(20)를 회전 삽입하면 3차원 카고메 트러스 형태와 유사한 구조체(10)를 형성할 수 있다.First, referring to FIG. 11, the spiral wire 20 in three directions is woven in an in-plane to form a two-dimensional kagome truss structure, and a spherical filler is formed in a plurality of hexagonal holes formed in the two-dimensional kagome truss structure. Position and place the 30, then stack it in a plurality of layers and rotate the spiral wire 20 in three out-of-plane directions to form a structure 10 similar to a three-dimensional kagome truss shape. Can be formed.

도 12에는 본 발명의 다른 실시예로서, 면내에 2방향의 평행한 와이어(21)를 서로 수직하게 배열하고, 그 위에 다수의 육면체 충진재(31)을 배치한 다음, 면외의 수직 방향으로 제3 와이어(21')를 삽입함으로써 다공질 구조체(11)를 형성하는 방법이 예시되어 있다. 이 경우에는 와이어들(21, 21')이 서로를 구속하지 않으므 로 다공질 구조체(11)의 외부에 별도의 지지 프레임(도면 미도시)을 이용하여 와이어(21, 21')의 위치를 고정할 필요가 있다.In Fig. 12, as another embodiment of the present invention, two parallel wires 21 in a plane are arranged perpendicular to each other, and a plurality of hexahedral fillers 31 are disposed thereon, and then a third in the out-of-plane vertical direction is formed. A method of forming the porous structure 11 by inserting the wire 21 'is illustrated. In this case, since the wires 21 and 21 'do not restrain each other, the positions of the wires 21 and 21' may be fixed by using a separate support frame (not shown) on the outside of the porous structure 11. There is a need.

계속하여, 도 13에는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다.13, another embodiment of the present invention is shown.

구체적으로, 도 13을 참고할 때, 면내의 세 방향의 직선 와이어(22)가 서로 60도 또는 120도의 방위각을 갖도록 교차하여 중첩한 후, 이에 따라 형성된 다수의 삼각형 구멍에 구형의 충진재(32)를 배치하고, 이를 복수의 층으로 적층하여 다시 면외의 3 방향으로 직선 와이어(22)를 삽입함으로써 3차원 옥테트 트러스와 유사한 구조체(12)를 형성할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 13, the three-dimensional straight wires 22 intersect to overlap each other to have an azimuth angle of 60 degrees or 120 degrees, and then spherical filler 32 is formed in a plurality of triangular holes formed accordingly. It is possible to form a structure 12 similar to a three-dimensional octet truss by arranging it, stacking it in a plurality of layers, and inserting the straight wire 22 again in three out-of-plane directions.

여기서 다수의 삼각형 구멍에 구형의 충진재(32)를 배치할 때에는, 충진재(32)의 부피를 고려하여 모든 구멍에 배치하지 않고, 충진재(32)가 충진된 구멍의 인접하는 구멍은 빈 공간으로 두는 것이 바람직하다.Here, when arranging the spherical filler 32 in a plurality of triangular holes, it is not disposed in all the holes in consideration of the volume of the filler 32, and the adjacent holes of the holes filled with the filler 32 are left empty. It is preferable.

또한, 본 실시예의 경우에도 와이어들(22)이 고정되어 있지 않으므로 도 12의 실시예와 동일하게 별도의 지지 프레임(도면 미도시)을 이용하여 와이어(22)의 위치를 고정시키는 것이 바람직하다.In addition, even in this embodiment, since the wires 22 are not fixed, it is preferable to fix the position of the wire 22 by using a separate support frame (not shown) as in the embodiment of FIG. 12.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 14는 피라미드형 충진재 및 사면체 충진재를 이용하여 다공질 구조체를 형성하는 방법을 도시하고 있다. 먼저, 평판(40) 위에 소정의 간격을 유지하면서 피라미드형 충진재(33)를 배치한 후, 다수의 피라미드형 충진재(33) 사이에 형성된 공간에 사면체 충진재(33')를 배치한다. 계속하여 충진재(33, 33')가 배치된 평판 위에 피라미드 트러스 구조를 위치시키고, 사면체 충진재(33')와 피라미드형 충진재(33)를 차례로 배치한 다음, 그 위에 별도의 평판(41)을 배치하면 다공질 구조체(13)를 얻을 수 있다.As still another embodiment of the present invention, FIG. 14 illustrates a method of forming a porous structure using pyramidal filler and tetrahedral filler. First, the pyramidal filler 33 is disposed on the flat plate 40 while maintaining a predetermined interval, and then the tetrahedral filler 33 'is disposed in the space formed between the plurality of pyramidal fillers 33. Subsequently, the pyramid truss structure is positioned on the plate on which the fillers 33 and 33 'are disposed, the tetrahedral filler 33' and the pyramidal filler 33 are sequentially arranged, and then a separate plate 41 is disposed thereon. The porous structure 13 can be obtained.

이상 설명한 도 11 내지 도 14의 실시예에 따라 다공질 구조체를 형성한 후에는, 전술한 바와 같이, 최종적으로 와이어, 트러스 구조체, 충진재, 평판 등을 서로 접합하여 고정시킬 수 있다. 구체적으로, 충진재가, 융점이 높은 세라믹이거나, 와이어 또는 트러스 구조를 구성하는 금속보다 높은 융점을 가지는 금속인 경우에는 브레이징을 사용할 수 있다. 이외에도 와이어, 트러스 구조, 충진재의 소재 또는 용도에 따라 수지접합이나 납땜, 용접 등의 방법을 사용하는 것도 가능하다.After forming the porous structure according to the embodiment of FIGS. 11 to 14 described above, as described above, the wire, the truss structure, the filler, the flat plate, and the like can be finally bonded to each other and fixed. Specifically, brazing may be used when the filler is a ceramic having a high melting point or a metal having a higher melting point than the metal constituting the wire or truss structure. In addition, a method such as resin bonding, soldering, welding, or the like may be used depending on the material or use of the wire, truss structure, and filler.

이상으로 본 발명에 따른 내부 공간이 다면체 또는 구형의 재료로 충진된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료와 그 제조 방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 범위가 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 파악될 수 있는 모든 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As described above, a preferred embodiment of a truss-shaped periodic porous material filled with a polyhedron or a spherical material and a method for manufacturing the same according to the present invention have been described in detail with reference to the drawings. It is to be understood that the present invention is not limited to the present invention and includes all modifications that can be grasped from the matters described in the claims.

도 1은 피라미드, 옥테트, 및 카고메 트러스의 단층 구조를 도시하기 위한 도면,1 is a view for showing the monolayer structure of the pyramid, the octet, and the kagome truss,

도 2 내지 도 6은 와이어를 소재로 하여 제작된 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료를 도시하기 위한 도면,2 to 6 are views for showing a periodic porous material in the form of truss made of a wire material,

도 7 내지 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 구조를 도시하기 위한 도면,7 to 10 are views for showing the structure of the periodic porous material of the truss type according to various embodiments of the present invention,

도 11 내지 도 14는 각각 도 7 내지 도 10의 실시예에 따른 주기적인 다공질 재료의 제조 방법을 도시하기 위한 도면.11 to 14 illustrate a method of manufacturing a periodic porous material according to the embodiment of FIGS. 7 to 10, respectively.

*도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing

10, 11, 12, 13 : 트러스 구조체 20, 21, 22, 23 : 와이어10, 11, 12, 13: truss structure 20, 21, 22, 23: wire

30, 31, 32, 33, 33' : 충진재 34 : 홈30, 31, 32, 33, 33 ': Filler 34: Groove

40, 41 : 평판40, 41: reputation

Claims (5)

내부에 다수의 빈 공간이 형성되는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료에 있어서,In the periodic porous material in the form of a truss in which a plurality of empty spaces are formed, 상기 다수의 빈 공간 중 적어도 일부는 다면체 또는 구형의 충진재로 충진되는 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료.At least a portion of the plurality of empty spaces are filled with a truss-shaped periodic porous material, characterized in that filled with a polyhedral or spherical filler. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다면체 또는 구형의 충진재는 금속, 세라믹, 합성수지 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료.The polyhedral or spherical filler is a truss type periodic porous material, characterized in that made of any one selected from metal, ceramic, synthetic resin. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료를 제조하는 방법으로서,A method of manufacturing a periodic porous material in the form of a truss according to claim 1, 와이어를 직조 또는 교차 배치하여 다수의 구멍을 가지는 그물 형태의 2차원 평면을 형성하는 단계;Weaving or crossing the wires to form a two-dimensional plane in the form of a net having a plurality of holes; 상기 2차원 평면에 형성된 다수의 구멍 중 적어도 일부에 다면체 또는 구형의 충진재를 배치하는 단계;Arranging polyhedral or spherical fillers in at least some of the plurality of holes formed in the two-dimensional plane; 상기 다면체 또는 구형의 충진재가 배치된 2차원 평면을 복수의 층으로 적층하는 단계;Stacking a two-dimensional plane in which the polyhedral or spherical fillers are arranged in a plurality of layers; 상기 복수의 층으로 적층된 2차원 평면을 면외 방향으로 삽입되는 와이어로 엮어 3차원 트러스 구조체를 형성하는 단계;Forming a three-dimensional truss structure by weaving the two-dimensional plane stacked in the plurality of layers with a wire inserted in an out-of-plane direction; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법.Method for producing a periodic porous material of the truss form comprising a. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 트러스 구조체를 형성한 후에, 상기 다면체 또는 구형의 충진재와 와이어를 각각 또는 서로 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법.After forming the truss structure, further comprising bonding each of the polyhedral or spherical fillers and wires to each other or to each other. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 구형의 충진재는,The spherical filler, 스티로폼 구의 표면에 금속분말을 분사코팅하여 가열한 후, 상기 스티로폼 구를 연소시켜 형성되는 내부가 빈 금속구(Metal Hollow Sphere: MHS)인 것을 특징으로 하는 트러스 형태의 주기적인 다공질 재료의 제조 방법.Method of producing a truss-shaped periodic porous material, characterized in that the metal hollow (Metal Hollow Sphere: MHS) formed by burning the styrofoam spheres by heating and spray coating the surface of the styrofoam spheres.
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