KR100706770B1 - 3차원 형상의 구조물 형성용 2차원 시트 및 상기 시트의 제조 방법 - Google Patents

3차원 형상의 구조물 형성용 2차원 시트 및 상기 시트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

일부 영역이 제거된 2차원 구조의 시트로서, 접는 작업에 의해 절단 또는 다트 공정없이도 3차원 구조로 형성될 수 있는 시트.

Description

3차원 형상의 구조물 형성용 2차원 시트 및 상기 시트의 제조 방법{A two dimensional sheet of material for forming a structure having a three dimensional shape and a method of making the sheet}
본 출원은 "강화 물건 및 그 제조 방법(Reinforced Article and Method of Making)"이라는 표제 하에 2001년 3월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/796,942호의 일부 계속 출원으로서, 상기 미국 특허 출원 제09/796,942호는 "강화 물건 및 그 제조 방법(Reinforced Article and Method of Making)"이라는 표제 하에 2000년 12월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/749,318호의 일부 계속 출원이며, 상기 출원의 개시 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 3차원 물건으로 제조되는 기재에 관한 것이다.
강화 섬유 복합재 구조(fiber reinforced composite structure)는 강도와 같은 기계적 장점을 제공하면서도 가볍다는 잇점을 갖고 있다. 그러나, 많은 실용예에서는 성형 플라스틱, 목재 또는 금속 조직이 상대적으로 가공(fabricate)하기 용이하기 때문에 비용 문제와 관련하여 바람직하다. 그러나 때때로, 포장 박스 또는 저장 바구니와 같은 물건은, 부주의한 취급으로 인해 손상되기 쉽거나 또는 중량 및 강도 문제로 이들을 적층시키는데 있어 제한을 받게 된다. 반면 강화 섬유 복합재 구조가 훨씬 더 바람직하지만, 다소 복잡한 3차원(3D) 구조를 제작하는데 드는 비용이 상당하다.
이는 복합재 구조가 통상적으로 직조된 평평한 섬유 기재로부터 출발하기 때문이다. 이러한 기재는 물건 형상으로 제작된 다음 수지로 코팅되고 원하는 형상으로 열형성 또는 경화되어야 한다. 이러한 공정은 상대적으로 평평하거나 또는 평탄한 표면에서 용이하게 수행될 수 있다. 그러나, 상자 또는 바구니의 측면, 모서리 및 기저부의 접합부에서와 같은 각진 표면의 경우에도 절단 또는 다트(darting)공정이 필요하다. 이러한 작업은 다소 노동 집약적이며, 제조 비용도 증가시킨다. 통상적으로 저렴할 것으로 생각되는 물건, 예를 들면 포장용 바구니에 대하여, 상기와 같은 이유로 증가되는 비용 문제가 상기 바구니 등을 강화시킴으로써 얻는 잇점보다 부담될 수 있다.
직조된 3D 구조는 특수 기계로 직조될 수 있기는 하지만, 그에 관련된 비용이 상당하므로 오로지 단순한 구조를 제작하기 위한 용도로 이용하기 위하여 직조기를 이용하는 것은 대단히 바람직하지 않다.
강화 섬유를 이용하여 3D 구조를 생성하는 것 외에도, 시트 금속, 플라스틱, 직물, 종이, 보드지 등과 같은 2D(2차원) 시트 물질로 3D 구조를 제조하는 것 또한 바람직하다.
결과적으로, 강화되었는지 여부에 관계없이 3차원 구조의 물건은 다양한 분야에서 바람직하지만, 이들의 제조 공정에 드는 비용을 감소시킬 필요가 있다. 이러한 비용 절감을 통하여, 상기 물건의 대량 생산 및 광범위 보급 및 이용이 가능해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 3D 구조를 제조하는데 있어서 어떤 물질로 된시트를 절단하거나 다트(dart)할 필요성을 최소화시키거나 제거하는 것이다. 본 발명의 일부분으로서 다른 목적은 상기 구조의 제조 공정을 단순화시키고 이에 요구되는 노동력을 감소시키는 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 잇점은 본 발명으로부터 명확해질 것이다. 본 발명은 3D 구조를 만들기 위하여 특수하게 디자인된 시트를 제공하는 것에 관한 것이다. 이는 2D 구조로부터 출발한 다음 특히 딥 드로(deep draw)를 가진 3D 구조로 제조된다. 이를 위하여, 상기 시트를 접는 경우에 형성되는 3D 구조의 에지부를 모으고 변형시킬 수 있는 영역을 만들어 내는 방식으로 상기 시트가 제조된다. 제거된 영역의 경계를 이루는 나머지 시트 부분 중의 에지부는 그대로 두거나 또는 용접, 열접착(thermal bonding) 또는 접착제 접착(adhesive bonding)과 같은 방법을 사용하여 봉합(seam)될 수 있다.
이제 도면을 보다 상세히 참조하면, 동일한 부분은 유사한 참조 번호로 표시되어 있다. 도 1에는 본 발명에 따른 평평한 2D 시트(10)의 일 실시예가 도시되어 있다. 상기 시트(10)는 시트 금속, 플라스틱, 직물, 종이, 보드지 또는 본 발명의 목적에 적합한 기타 다른 재료로 제조될 수 있다.
설명을 위하여 도 1에서, 상기 시트(10)는 접힘선(30) 내지 (36)을 따라 나뉘어진 영역 또는 구역(12) 내지 (28)로 나뉘어져 있다. 시트는 시트 물질 일부가 제거된 채로 제조되거나 또는 빈 공간없이 제조된다.
시트(10)가 만들어지면, 이를 원하는 형상으로 만들 수 있다.
도 2a-2d를 보면, 도 2a에는 평평한 2D 시트(10)가 도시되어 있다. 시트(10)를 접힘선(30) 및 (32)를 따라 접는다. 그 다음에는 도 2c에서와 같이, 접힘선(30) 및 (32)와 수직인 접힘선(34) 및 (36)을 따라 시트(10)를 접는다. 이 과정에서, 영역(20)에는 시트 물질이 존재하지 않기 때문에 그 인접 영역은 도 2d에 도시된 바와 같이 접경 관계에 놓이도록 접힐 수 있게 된다. 이와 같이 형성된 에지부 또는 모서리(38)를 그대로 두거나 또는 예를 들면, 용접, 열접착, 접착제 접착 또는 사용 목적에 적합한 기타 다른 방법으로 봉합시킬 수 있다. 접는 작업은 자동으로 이루어질 수 있거나 또는 이와 같은 방식으로 접기에 적합한 기타 다른 방법으로 이루어질 수도 있다.
전술한 바와 같은 작업에서는, 편리하게도 절단 또는 다트할 필요가 없게 되므로 노동력 및 물건을 만드는 비용은 절감된다. 본 발명에 의하면, 공정의 자동화가 증가될 수 있으므로, 이러한 구조가 사용될 수 있는 분야는 확대되게 된다.
도 3에 관하여 간단히 살펴보면, 평평한 2D 시트(110)가 도시되어 있다. 시트(110)에는 시트 물질이 제거되어 있는 복수의 영역(120)이 도시되어 있다. 이러한 시트(110)를 이용하여 접음으로써 도 4에 도시된 바와 같은 복잡한 구조(130)로 만들어질 수 있다. 물론 시트 물질이 제거되는 영역의 크기 및 위치를 변화시킴으로써 다른 형상을 만드는 것도 가능하다.
따라서 본 발명에 의하여 본 발명의 목적 및 장점이 구현되며, 본 명세서에서는 바람직한 구체예가 개시되고 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것이 아니라 이하 첨부된 청구 범위에 의하여 결정되어야 한다.
따라서 본 발명에 의하여 본 발명의 목적 및 잇점은 도면과 관련하여 설명되는 발명의 상세한 설명으로부터 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 평평한 2D 시트의 구조에 관한 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2a 내지 2d는 딥 드로가 생성되도록 시트를 접는 순서에 관한 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 접거나 잡아 당길 때 복잡한 구조가 생성되도록 복수의 제거 영역을 가진 2D 시트의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 시트로부터 형성된 3D 구조의 일 실시예에 대한 사시도이다.

Claims (15)

  1. 3차원 형상의 구조물 형성용 2차원 시트로서,
    상기 시트 구성 물질로 된 제1영역;
    상기 시트 구성 물질이 제거된 상기 시트의 제2영역;
    상기 제2영역을 정의하는 선들 중 하나에 평행한 제1방향으로 상기 시트를 접음으로써 형성된 제1접힘선; 및
    상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 상기 시트를 접음으로써 형성된 제2접힘선;
    을 포함하고,
    상기 제1접힘선과 상기 제2접힘선을 따라 상기 시트를 접음으로써, 상기 제2영역이 붕괴되면서 상기 제1영역이 상기 제1접힘선과 제2접힘선을 따라 접경 관계에 놓이게 되어 접경부(abutment)가 생성되는 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2영역이 상기 제1영역으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 시트.
  3. 제1항에 있어서, 복수 개의 제1영역과 복수 개의 제2영역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2영역이 상기 제1영역으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접경부가 봉합(seam)되어 있는 것을 특징으로 하는 시트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 접경부가 용접, 열접착 또는 접착제 접착에 의하여 봉합되어 있는 것을 특징으로 하는 시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 형성된 접합부에서 접히는 것을 특징으로 하는 시트.
  8. 3차원 형상의 구조물 형성용 시트를 제조하는 방법으로서,
    시트 물질로 된 제1영역을 가진 시트를 제조하는 단계;
    상기 시트 물질이 비존재하는 상기 시트의 제2영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제2영역 자체를 붕괴시켜 일직선이 되도록 하는 방식으로 상기 시트를 접는 단계를 포함하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1영역으로 둘러싸여 있는 상기 제2영역을 가진 시트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 복수 개의 상기 제1영역 및 제2영역을 가진 시트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1영역으로 둘러싸여 있는 상기 제2영역을 가진 시트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 시트를 접는 단계는 상기 제2영역에 평행한 제1방향과 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이루어지며, 그 결과 상기 제2영역이 붕괴되면서 상기 제1영역끼리 접경부를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 시트를 접는 단계는 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 접합부에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 접경부를 봉합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 봉합은 용접, 열접착 또는 접착제 접착에 의하여 이 루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 구조물 형성용 시트 제조 방법.
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