• Composites Research
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• 제23권2호
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• pp.31-39
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• 2010

본 논문에서는 모자(Hat)형 보강구조를 가진 복합재 패널을 일체성형(Co-curing), 동시접착(Co-bonding), 이차접착(Secondary bonding)의 세 가지 공법으로 제작하였다. 일체성형은 별도의 접착제 없이 프리프레그 상태의 외피와 보강재를 만들어 함께 성형하는 방법으로 다른 제작 공법에 비해 별도의 조립공정이 불필요한 경제적인 공법이다. 동시접착은 외피와 보강재 중 하나를 먼저 성형하고, 나머지는 프리프레그 상태로 먼저 성형된 구조물과 함께 성형하는 방법이며, 이차접착은 복합재 외피와 보강재를 각각 별도로 제작한 후 이를 접착제를 이용하여 별도로 접착하는 방법이다. 일체성형으로 보강 패널을 제작하는 공정에서는 경화 후 내부 금형의 제거를 용이하게 하기 위한 고무금형을 설계, 제작하였고, 경화 온도로 인해 고무금형에서 발생하는 팽창압력에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 제작된 보강 패널은 3-D 측정 장비와 초음파 장비로 치수정밀도 및 내부 결함을 평가하였으며, 직접인장시험(Pull-off test)을 수행하여 기계적 특성을 평가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.166-166
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• 2011

연료전지 핵심 부품 가운데 하나인 분리판(Bipolar plate)는 막전극체(MEA), 기체확산층(GDL)과 함께 발생한 전류의 수집 및 전달, 반응 가스의 수송, 반응/생성물의 수송 및 제거, 반응열 제거 등을 위한 냉각수 전달 등의 다양한 역할을 담당한다. 이러한 역할을 위하여 분리판은 우수한 전기전도성, 열전도성, 화학적 안정성이 요구되어 진다. 기존의 연료전지용 분리판은 흑연계 소재 및 수지와 흑연을 혼합한 복합 흑연 재료를 통해 제조하여 요구 되어지는 물성을 만족시켜 왔으나 흑연계 분리판의 경우 강도 및 가스 밀폐성 측면에서 낮은 특성을 보이며 특히 고가의 제조 공정 비용과 낮은 양산성으로 인하여 자동차 연료전지 상용화에 수많은 해결 과제를 안고 있었다. 흑연계 분리판의 이러한 문제점을 대체하기 위한 연구로 최근 금속계 분리판의 적용 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히 금속계 분리판은 양산 제조 공정이 적용 가능하여 대량생산이 가능하며 자동차 연료전지 스택의 경량화 및 박판화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 박판의 스테인리스강을 소재로 적용한 금속분리판의 양산을 위하여 반드시 선행되어야 할 연구가 바로 금형 코팅 연구이다. 일반 자동차 생산 금형을 평균 약 50만타로 예측한다면 연료전지 금속계 분리판 성형 금형의 현재 수명은 약 10만타로 추정 가능하다. 이러한 원인은 고하중의 프레스 사용과 정밀 금형으로 인한 극한 공정 조건으로 야기된 결과이며 문제 해결을 위하여 성형 금형에 PVD 코팅 적용 연구를 진행하였다. 성형 금형의 PVD 코팅 적용을 통하여 금형 교체 주기 감소를 통한 생산 원가 절감 및 이형성 개선을 통한 성형성 확보를 목표로 본 연구를 진행하였다.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
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• 한국소성가공학회 2004년도 제3회 금형가공 심포지엄
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• pp.249-254
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• 2004

광의 효율적 사용을 위해 표면에 마이크로 그루브가 새겨진 고성능 광학 부품의 개발이 활발하고, 이들 부품의 다량 생산을 위한 초정밀 금형제조기술이 각광을 받고 있다. 최근의 초정밀 미세 기계가공의 경우 간단한 공정으로 이러한 마이크로 그루브 금형을 제작할 수 있다. 특히 조명각 변조용 렌티큘러 렌즈와 같이 실린더형 그루브 금형의 경우에는 기존의 Lithography, MEMS, LIGA 등 광 에너지를 이용한 다른 제조방법들에서는 가공하기 어려운 점이 있으나, 기계가공에서는 쉽게 제작가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 이러한 미세기계가공기술의 장점을 활용하여 U 형 마이크로 그루브를 가진 Lenticular 렌즈용 금형을 가공하고자 하였다. 가공에는 3 축 구동의 초정밀 미세 복합가공기와 단결정 천연 다이아몬드공구가 사용되었고, 가공방식은 마이크로 세이핑 공정을 적용하였으며, 가공 금형 재료에는 Brass와 무전해 Nickel이 사용되었다. 실험을 통하여 금형가공시의 절삭력, 칩 형상, 가공표면 등의 분석이 수행되었으며 이를 기반으로 여러 가지 가공문제점을 해결하고, 최종적으로 양호한 렌티큘러렌즈용 금형을 가공하였다.

• Composites Research
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• 제14권1호
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• pp.22-29
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• 2001

본 논문의 목적은 샌드위치 구조물의 오토클레이브 성형시 발생하는 승압률, 승온율, 금형 라운드 각도, 코어의 두께, 그리고 결함에 대한 저글 높이의 영향을 결정하고, 하니콤으로 보강된 항공기용 샌드위치 구조의 결함을 최소화시키는 것이다. 결과는 항공기용 샌드위치 구조와 금형 라운드 각도와 같은 금형의 형상, 코어의 두께, 저글의 높이, 그리고 승압률, 승온율과 같은 오토클레이브의 성형 조건이 코어의 무브먼트. 코어의 주름, 프리프레그의 뜨임 현상 그리고 코어의 침하에 영향을 기침을 보여주었다.

• 한국경영과학회:학술대회논문집
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• 대한산업공학회/한국경영과학회 1992년도 춘계공동학술대회 발표논문 및 초록집; 울산대학교, 울산; 01월 02일 May 1992
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• pp.545-554
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• 1992

본 논문에서는 복합형상의 금형을 가공하기 위하여 필요한 공구와 가공경로를 자동으로 생성해 주는 자동공정계획(CAPP)방법을 제시한다. 금형곡면은 일반적으로 복잡한 형상의 자유곡면들의 조합으로 이루어 지는데 육면체 형상의 소재로부터 원하는 금형곡면을 가공하는데는 수십시간의 기계가공 시간이 소요되며 또한 NC Code를 준비하는데도 같은정도의 시간이 소요된다. 금형곡면의 NC가공에 있어서 또다른 어려움은 공구의 과부하와 공구간섭이 빈번하게 발생할 수 있다는 점이다. 제안하는 자동공정계획방법은 전처리, 공정계획, 공구경로 생성의 3단계로 구성된다. 자동공정계획시스템의 입력정보는 1) 생성될 곡면형상 2) 가공할 소재형상 3) 가공공구 셀(드릴, 볼 엔드밀, 플렛 엔드밀), 절삭성 데이타등이다. 전처리 단계에서는 곡면모델러로부터 생성된 입력 형상을 Z-map이라 부르는 자료구조로 변환한다. 두번째 단계에서는 절삭 가공작업의 순서가 사용되는 공구와 함께 후방순환법에 의하여 결정된다. 그리고 실제 가공될 NC공구경로가 마지막 세번째 단계에서 생성된다.

• 유변학
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• 제7권2호
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• pp.139-149
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• 1995

실제 복합재료 제조공정에 널리 이용되는 등방성 탄소섬유직조와 에폭시수지에 대 해서 수지의 유동을 일방향으로 근사하여 비정상상태 투과계수와 모세관압을 측정하는 실험 을 수행하였고 적층된 섬유직조의 기공율, 금형 주입압력 그리고 섬유직조의 적층수에 따른 수지유동특성을 분석하였다. 또한 금형 충전과정에 대한 유동가시화 실험을 수행하여 유동 선단과 충전시간을 측정하였다. 전체 조업압력에 미치는 모세관압의 영향을 규명하기 위해 일정 유입압력에 따른 금형충전과정에 대하여 유한요소/관할부피 방법을 이용한 수치모사를 수행하였다. 함침공정의 수지유동에서 비정상상태 투과계수는 섬유직조의 기공율에 따라 급 격히 증가하였고 에폭시수의 표면장력에 기인한 모세관압은 기공율 감소에 따라 급격히 증 가하였다. 동일한 기공율에서 섬유직조의 적층수가 증가함에 따라 투과계수와 모세관압은 모두 증가하는 경향을 보였다. 또한실험에서 측정한 모세관압을 고려하여 유동선단과 금형 충전시간을 수치모사방법으로 예측ㄷ한 결과는 유동가시화 실험에의한 결과와 잘 일치함을 보였다. 이결과로부터 낮은 압력에서 조업하는 RTM공정에서 모세관압효과는 유동선단과 금형 충전시간을 예측하는데 기여함을 알수 있다.

• Composites Research
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• 제12권2호
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• pp.70-81
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• 1999

고분자 복합재료 제조공정인 수지이동성형(RTM) 공정은 최근 들어서 고성능 재료를 필요로 하는 항공산업분야에서 관심의 대상이 되고 있다. 본 연구에서는 유한요소/관할부피 기법을 도입한 수치모사를 통해서 수지이동 성형공정에서의 금형충전단계를 해석하였다. 섬유직조망의 투과계수를 정량적으로 측정하고, 또한 수치모사에 이용된 프로그램을 검증하기 위하여 유동가시화 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 강화섬유와 수지물질로는 여러 가지 형태의 섬유직조망과 실리콘 기름을 선택하였다. 수치모사와 유동가시화 실험을 병행함으로써 섬유직조망의 구조, 금형의 구조, 금형삽입체가 금형충전단계에서의 수지 유동선단의 형태에 미치는 영향을 살펴보았다. 모델링에 의해 예측된 유동선단은유동가시화 실험을 통해 관찰된 결과와 잘 일치한 것으로 나타났으나, 금형내 불균일한 섬유부피분율로 인해 섬유조직망의 투과계수가 전 영역에서 일정한 값을 가지지 못하기 때문에 약간의 차이를 보여주었다. 원형의 구조물이 금형내에 삽입되어 있는 경우, 월드라인의 위치를 예측된 유동선단으로부터 정성적으로 추정할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.105-105
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• 2010

자동차 차체부품에 적용되는 플라스틱 소재는 강도와 내마모성, 내충격성의 충분한 물성확보가 필요하며, 이에 플라스틱 소재의 기계적 특성 향상을 위해 유리 섬유가 다량 함유된 복합소재적용이 증가하고 있다. 반면 플라스틱이 고강도화함에 따라 제품 성형을 위한 사출 금형을 손상시키는 사례가 빈번하게 발생하고, 소재의 유동성 저하에 따른 사출 불량이 증가하고 있어 고강성 플라스틱 복합소재에 대응하는 고경도, 고내마모 특성이 부여된 사출 금형의 개발이 시급한 실정이다. 특히 사출 금형에 사용되는 소재는 기존 소재에 비해 우수한 내마모성과 함께 고광택을 유지하는 것이 더욱 중요해졌으며, 이에 따라 유럽, 일본과 국내 연구진에 의해 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 일본에서 개발되어 국내에도 소개된 래디칼 질화는 기존 질화법에 표면의 화합물 층만을 제어하는 것으로 다소의 표면 광택 효과는 있으나, 플라스틱 사출에 그대로 적용하기에는 무리가 따르므로 그 용도가 극히 제한적이다. 본 연구에서 적용한 나노 질화기술은 0.1torr 이하의 고진공에서 고밀도의 플라즈마 에너지를 발생시키는 방법으로 화합물층이 없는 나노 크기의 질화층을 소재 표면에 형성시키는 기술로서, 처리 후에도 표면의 색상 및 광택의 변화가 없는 것을 특징으로 한다. 또한 표면 경도 및 피로 특성을 향상시킴으로써 금형의 내구 수명을 향상시킬 것으로 기대된다. 본 연구에서는 KP4 금형 소재를 사용하여 플라즈마 이온 질화 시험 조건에 따른 소재의 경도 및 내마모 특성을 파악하고, 미세 조직 분석 및 XRD 분석 등을 통해 내마모 특성 향상에 대한 기본 특성을 평가하였다. 또한 인장시험을 통해 인장강도, 항복강도 및 연신율을 파악하고, 이를 토대로 고주기 피로시험을 실시함으로써 S-N curve를 얻고, 이를 통해 피로 강도 및 피로 수명에 미치는 나노 질화 처리의 영향을 파악하고자 하였다. 플라즈마 이온 질화 시험은 질소와 수소 비율($N_2:H_2$), 진공도, Screen bias voltage, Bias voltage를 변화시켰으며, 챔버 온도는 $400^{\circ}C$로 고정하였으며, 처리시간도 3시간으로 고정하였다. 질소와 수소의 비율은 3:1일 때 최고의 내마모 특성을 보였으며, 진공도는 내마모 특성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 관찰되었다. KP4의 초기 경도값은 약 302 Hv인 반면 최적의 나노 질화처리를 거친 시편에서는 800Hv 이상의 Vickers 경도값을 보였다. SEM 미세조직 분석과 EPMA를 통한 성분 분석을 시행한 결과 표층으로부터 약 $1.5{\mu}m$의 나노질화층을 확인할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제26권1호
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• pp.42-47
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• 2013

본 연구에서는 공기역학적 또는 열 전달에 유리한 형상인 딤플을 복합재료 제품의 표면에 다수 형성하는 경제적이고도 효과적인 성형방법을 개발하였다. 금형을 이용하여 제품의 표면에 다수의 딤플을 형성시키려면 몰드의 표면에 볼록한 반구형상을 가공하여야 하는데 이렇게 하려면 높은 금형 제작비가 소요된다. 본 연구에서는 다수의 원형 구멍이 뚫린 판재를 이용하여, 이의 표면에 복합재료 스킨을 입히면서 외부에서 압력을 가하여 딤플 형상이 표면에 자연스럽게 형성되도록 하는 방법을 개발하였다. 표면에 다수의 딤플을 갖는 복합재료는 공기저항을 줄이거나 방열효과가 필요한 고속 경기용 자동차의 외장 등으로 널리 응용 될 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권12호
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• pp.1647-1653
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• 2011

일반적으로 사출금형의 사출주기는 플라스틱 제품의 냉각 시간에 크게 좌우되는 데, 냉각회로를 적용하여 조절할 수 있다. 금형의 냉각회로는 전통적으로 기계가공을 통하여, 직선형상만을 생성할 수 있었지만, 최근 적층조형 방법의 개발로 코어 형상을 따라가는 형상적응형 냉각회로를 생성할 수 있게 되었다. 한편 금형의 다이 재질로 열저항력이 크고, 치수변화가 적은 H13 스틸이 널리 사용되고 있지만, 열전도율이 낮기 때문에 냉각효율은 높지 않다. 이러한 점에서 열전달 효율을 극대화 시킬 수 있는 방법으로 H13 스틸과 구리(Cu)를 기능적으로 혼합한 기능성 경사 복합재(FGM)를 적층조형을 이용하여 냉각회로에 적용하는 방안이 검토되고 있다. 이러한 시도로서 본 논문에서는 H13 스틸과 Cu 간의 FGM을 이용한 형상적응형 냉각회로의 모델링 방법을 제안하고자 한다.