[한국기술뉴스] 경상국립대학교 항공우주 및 소프트웨어공학부 권진회교수 연구팀은 오차율 없이 정확한 비율로 복합재를 제작하는 복합재료 자동 적층 시스템을 개발했다. 개발된 기술은 경상국립대학교 산학협력단을 통해 2015년 12월 29일 특허를 출원(출원번호 제1020150188289호)했다. 특허 명칭은 '복합재료 자동 적층 시스템’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

복합재료는 무게 대비 우수한 강도를 가진 재료입니다. 복합재료를 구조물에 사용하게 되면 일반적으로 알루미늄에 비해 30% 이상, 강에 비해 50% 이상의 경량 효과가 있어, 항공 분야에 많이 사용됩니다. 복합재료를 제작하는 많은 공정 중에 하나로, 다수의 프리프레그를 쌓은 적층판을 경화하여 복합재 구조물을 제작하는 것이 있습니다. 일반적으로 사용되는 CFRP 프리프레그는 탄소섬유와 폴리머 레진으로 구성되어 있습니다. 주로 탄소섬유가 하중을 지지하기 때문에 프리프레그의 탄소섬유를 하중 방향에 유리하게 배치/적층하여 제작되는 구조물의 중량을 절감할 수 있도록 제작합니다. 예를 들어 항공기 외피의 경우 주로 전단력이 가해지므로 전단력을 잘 지지할 수 있도록 날개 길이방향의 45도로 탄소섬유를 많이 배치하여 중량을 절감할 수 있습니다. 이처럼 복합재료는 프리프레그의 적층각도가 적층판의 강도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 복합재료를 적층할 때 기술자가 직접 적층하는데, 이 때 탄소섬유 적층각 공차가 있을 수 있습니다.

경상국립대학교 연구팀은 이를 방지하고자 자동으로 프리프레그를 적층하는 시스템을 개발하였습니다. 해당 시스템은 복합재료의 단순 물성을 측정하기 위한 시험편 제작 시스템입니다.

적층하고자 하는 프리프레그 롤을 시스템의 프리프레그 롤러에 장착합니다. 이 후 시스템 제어장치에 적층각을 입력합니다. 시스템을 실행하면 몰드가 전진하며 프리프레그를 몰드 위에 적층합니다.

시스템은 사용자가 입력한 적층각에 따라 몰드를 회전시켜 프리프레그의 적층각을 결정합니다. 몰드각도는 스텝모터로 제어합니다. 스텝모터는 제어 장치로부터 펄스신호가 입력될 때마다 일정한 각도씩 회전하는 모터로, 일반적으로 사용되는 서보모터에 비해 회전각 오차가 매우 작은 모터입니다. 스텝모터를 사용한 적층각 오차는 스텝모터의 각도공차와 동일한 것을 확인하였습니다. 시중에 통용되는 저렴한 스텝모터를 사용해도 0.18도 이내의 아주 적은 적층오차로 적층할 수 있습니다.

본 발명은 수작업으로 적층하는 것보다 정확한 적층각으로 구조물을 만들 수 있어 복합재료 제품의 질 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.