KR101413377B1 - 구부러진 열가소성 복합재 부품들을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

연속공정에서 맞춤형 및 변하는 두께를 구비한 구부러진 열가소성 복합재 라미네이트 부품들을 형성하는 제조방법을 개시한다. 자동화된 장비 또는 수동 레이업이 부품들이나 구성요소들을 다층 스택으로 합치는데 사용된다. 각 스택은 플라이 형성 영역들을 포함하여, 배향과 위치를 유지하기 위하여 적절한 위치에 점착된 모든 플라이들을 포함한다. 플라이 강화 툴링은 모든 필요한 부품 외형들을 포함하며 멀티 플라이 스택들과 다른 두께의 영역들을 잠재적으로 갖는 하나의 일체화된 열가소성 복합재 라미네이트를 형성하기 위하여 맞춤형 멀티 플라이 스택들에 통합된다.

Description

구부러진 열가소성 복합재 부품들을 제조하는 방법 {METHOD FOR FABRICATING CURVED THERMOPLASTIC COMPOSITE PARTS}

본 발명은 일반적으로 플라스틱 재료를 사용하는 제조공정에 관한 것으로서, 특히 구부러진 열가소성 복합재 부품들을 제조하는 신규한 방법에 관한 것이다.

두께가 일정하고 길이가 정확한 열가소성 복합재(TPC) 라미네이트를 제조하기 위한 공정들이 다수 존재한다. 프레싱, 스탬핑 및 오토클레이브(autoclave) 성형 등의 비연속 공정들에 추가하여, 압출성형, 인발성형, 롤 성형 및 압축성형 등의 연속공정들이 있다. 후자의 공정들은 연속 길이의 부품들을 생산할 수 있지만, 그 중량이 특별히 중요한 것이 되는 경량의 항공 구조체나 기타 구조체들이 필요로 하는 가변 두께의 부품들을 생산하는 능력이 결여되어 있다. 그리고, 상술한 공정들은 그 길이를 따라서 굴곡을 갖는 부품들을 생산할 수 없다.

따라서 연속공정에서 맞춤 두께를 갖는 구부러진(curved) 열가소성 복합재 라미네이트를 제조할 수 있는 새로운 방법을 제공할 필요성이 있다. 바람직하게는, 이러한 방법은 비용이 적게 드는 방법이어야 하고 가능하다면 자동화된 장비의 잇점을 가져야 한다.

본 발명은 연속공정에서 맞춤형 및 가변 두께를 구비한 구부러진 열가소성 복합재 라미네이트들을 제조하는 혁신적인 방법을 제공한다. 이 혁신적인 공정은 자동화된 장비나 수동 레이업을 사용하여 부품들이나 구성요소들을 다층 스택으로 합친다. 각 스택은 플라이 형성 영역들을 포함하여, 배향과 위치를 유지하기 위하여 적절한 위치에 점착된 모든 플라이들을 포함한다. 강화 툴링은 모든 필요한 부품의 외형(feature)들을 포함하며 멀티 플라이(multiple ply) 스택들과는 두께가 다른 영역들을 잠재적으로 갖는 하나의 일체화된 복합재 라미네이트를 형성하기 위하여 맞춤형 멀티플 2 플라이 스택들에 통합된다.

상기 방법에 의해 형성된 복합재 부품은 예를 들어 자동차와 항공기 분야의 응용를 포함하여 광범위한 응용들에서 사용되는 것을 볼 수 있다. 본 발명에 따라 형성된 복합재 부품의 일예는 민간 항공기의 구조 강화부재로서 사용하기에 이상적으로 알맞다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 맞춤형 및 변하는 두께를 갖는 구부러진 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 불균일한 두께를 갖는 섬유보강 열가소성 재료의 멀티 플라이 스택을 형성하는 단계와, 스택으로부터 구부러진 블랭크를 절단하는 단계와, 예비성형된 부품을 생산하기 위하여 예비성형 스테이션을 통해 구부러진 통로에 구부러진 블랭크를 공급하는 단계와, 프레스를 통해 구부러진 통로에 예비성형된 부품을 공급하는 단계와, 플라이들을 압착하기 위하여 예비성형된 부품을 가압하는 단계를 구비한다. 플라이들이 서로 고정된 상태로 보유지지되도록 열가소성 수지의 국부적인 용융에 의해 스택의 플라이들이 함께 점착된다. 복수의 부품 블랭크들이 각 재료 스택으로부터 절단될 수 있다. 블랭크들의 각각은 라미네이트 플라이들이 압착되기 전에 부품의 어떤 외형들이 예비성형되는 예비성형구조를 통해 공급된다. 부품의 맞춤형 및 변하는 두께의 외형들은 예비성형된 부품 위에 배치되며 부품과 함께 프레스로 공급되는 구부러진 툴을 사용하여 형성된다. 예비성형된 부품에 대하여 구부러진 툴을 프레스에서 가압하면 플라이들이 압착됨에 따라 툴의 표면 외형들이 부품에 주어진다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 연속 공정에서 맞춤형 및 변하는 두께를 갖는 구부러진 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 구부러진 예비성형된 부품을 생산하기 위하여 예비성형 스테이션을 통해 구부러진 통로에 멀티 플라이 열가소성 라미네이트 블랭크를 공급하는 단계와, 프레스를 통해 구부러진 통로에 구부러진 예비성형된 부품을 공급하는 단계와, 플라이들을 압착하고 부품에 맞춤형 및 변하는 두께를 규정하는 외형들을 부여하기 위하여 예비성형된 부품을 가압하는 단계를 구비한다. 이 방법은 불균일한 두께를 갖는 열가소성 재료의 멀티 플라이 스택을 형성하는 단계와, 멀티 플라이 스택으로부터 구부러진 블랭크를 절단하는 단계;를 더 구비한다. 스택의 플라이들은 라미네이트 블랭크가 예비성형 스테이션을 통해 공급됨에 따라 서로 고정된 상태로 플라이들을 보유지지하기 위하여 함께 점착된다. 구부러진 예비성형된 부품은 열가소성 수지 매트릭스의 용융점까지 가열되고, 각 증분 단계 후 프레스가 부품의 섹션을 압착하도록 프레스를 통해 점진적으로 이동된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 맞춤형 및 변하는 두께 외형들을 갖는 구부러진 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 구부러진 멀티 플라이 열가소성 라미네이트 블랭크를 형성하는 단계와, 블랭크의 부분들을 변형시킴으로써 구부러진 예비성형된 부품을 생산하는 단계와, 구부러진 툴을 구부러진 예비성형된 부품과 접촉시키는 단계와, 압착 프레스를 통해 구부러진 통로에 구부러진 툴과 함께 구부러진 예비성형된 부품을 공급하는 단계와, 라미네이트 플라이들을 압착하여 맞춤형 및 변하는 두께를 형성하기 위하여 구부러진 툴과 구부러진 예비성형된 부품을 함께 가압하는 단계를 구비한다. 이 방법은 불균일한 두께를 갖는 열가소성 재료의 멀티 플라이 스택을 형성하는 단계와, 재료 스택으로부터 구부러진 블랭크를 절단하는 단계를 더 구비한다. 납땜 인두나 이와 유사한 것이 블랭크가 예비성형된 부품으로 변형되는 동안 플라이들을 서로에 대하여 고정된 상태로 보유지지되도록 하기 위하여 플라이들을 함께 점착하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 연속 공정에서 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법으로서,
(A) 구부러진 예비성형된 부품을 생산하기 위하여 예비성형 스테이션을 통해 구부러진 통로에 다수 플라이 열가소성 라미네이트 블랭크를 공급하는 단계; (B) 프레스를 통해 구부러진 통로에 구부러진 예비성형된 부품을 공급하는 단계; 및 (C) 플라이들을 압착하고 부품에 외형들을 부여하기 위하여 예비성형된 부품을 가압하는 단계를 구비하는, 연속 공정에서 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, (D) 불균일한 두께를 갖는 열가소성 재료의 다수 플라이 스택을 형성하는 단계; 및 (E) 상기 단계(D)에서 형성된 스택으로부터 구부러진 블랭크를 절단하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 단계(D)는 플라이들이 서로 고정된 상태로 보유지지되는 점착 스택을 형성하기 위하여 스택의 플라이들을 함께 점착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 점착은 스택의 플라이들의 마주보는 부분들을 융용시켜서 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 단계(A)는 블랭크가 구부러진 통로를 통해 이동하면서 구부러진 블랭크의 적어도 부분들을 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, (D) 블랭크에 대하여 툴링을 위치시키는 단계; 및 (E) 예비성형 스테이션을 통해 구부러진 통로에 구부러진 불랭크와 함게 툴링을 공급하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, (F) 프레스를 통해 구부러진 통로에 예비성형된 부품과 함께 툴링을 공급하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 열가소성 라미네이트 블랭크는 자유 유동온도를 갖는 매트릭스 수지 성분을 포함하고, (D) 상기 단계(E)가 수행되기 전에 상기 열가소성 라미네이트 블랭크의 매트릭스 수지 성분의 적어도 자유 유동온도까지 예비성형된 부품을 가열하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 단계(C)는 구부러진 툴을 예비성형된 부품과 접촉시키는 단계와, 예비성형된 부품에 외형들을 부여하기 위하여 구부러진 툴을 예비성형된 부품에 대하여 가압하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 단계(B)는 프레스를 통해 구부러진 통로에 예비성형된 부품을 점진적으로 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 단계(C)는 상기 단계들 중 하나를 통해 예비성형된 부품이 이동될 때마다 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 방법을 사용하여 제조된 열가소성 라미네이트 부품을 특징으로 한다. .
본 발명은, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법으로서, (A) 구부러진 다수 플라이 열가소성 라미네이트 블랭크를 형성하는 단계; (B) 블랭크의 부분들을 변형시킴으로써 구부러진 예비성형된 부품을 생산하는 단계; (C) 구부러진 툴을 구부러진 예비성형된 부품과 접촉시키는 단계; (D) 프레스를 통해 구부러진 통로에 구부러진 툴과 함께 구부러진 예비성형된 부품을 공급하는 단계; 및 (E) 라미네이트 플라이들을 압착하기 위하여 구부러진 툴과 구부러진 예비성형된 부품을 함께 가압하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, (F) 불균일한 두께를 갖는 열가소성 재료의 다수 플라이 스택을 형성하는 단계; (G) 단계(F)에서 형성된 스택으로부터 구부러진 블랭크를 절단하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 단계(F)는 플라이들이 서로 고정된 상태로 보유지지되는 점착된 스택을 형성하기 위하여 스택의 플라이들을 함께 점착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 단계(B)는 예비성형 스테이션을 통해 구부러진 통로에 구부러진 블랭크를 통과시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 열가소성 라미네이트 블랭크는 자유 유동온도를 갖는 매트릭스 수지 성분을 포함하고, (F) 상기 단계(E)가 수행되기 전에 열가소성 라미네이트 블랭크의 매트릭스 수지 성분의 적어도 자유 유동온도까지 예비성형된 부품을 가열하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 단계(D)는 프레스를 통해 구부러진 통로에 예비성형된 부품을 점진적으로 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 단계(E)는 상기 단계들 중 하나를 통해 예비성형된 부품이 이동될 때마다 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 방법을 사용하여 제조된 열가소성 라미네이트 부품을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징이나 잇점 및 장점들이 첨부도면과 청구항들을 참조하면 본 발명의 하기 설명으로부터 명백해 질 것이다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 형성된 열가소성 복합재 라미네이트의 사시도와 전개도이다.

도2는 맞춤형 멀티 플라이 스택을 형성하는데 사용되는 컨베이어 테이블의 사시도이다.

도3은 도2에서 형성된 맞춤형 다층 스택의 일예를 나타내는 사시도이다.

도4는 도1의 열가소성 복합재 라미네이트를 형성하는데 사용되는 강화구조의 강화영역과 예비성형 영역을 나타내는 도면이다.

도5는 도4의 강화구조의 예비성형영역의 사시도이다.

도6은 도2 내지 도5에 따라 도1의 열가소성 복합재 라미네이트를 형성하기 위한 바람직한 방법을 설명하는 논리흐름도이다.

도7a 내지 도7f는 본 발명의 방법에 따라서 형성된 구부러진 열가소성 복합재 라미네이트 부품들의 예를 나타내는 사시도이다.

도8은 스택으로부터 절단된 3개의 구부러진 부품 블랭크를 구비한, 열가소성 복합재료의 맞춤형 다층 스택의 사시도이다.

도9는 본 발명의 방법에 따라서 구부러진 열가소성 복합재 부품들을 형성하는데 사용되는 툴링의 사시도이다.

도10은 구부러진 열가소성 복합재 부품에 외형들을 부여하는데 사용되는 구부러진 툴의 사시도이다.

도11은 도10에 도시된 툴의 저면도이다.

도12는 툴의 2부분들 사이에 포획된 구부러진 복합재 부품의 일부를 나타내는 부분 단면도이다.

도13은 라미네이트 플라이들을 압착하는데 사용되는 툴링과 기계 프레스 다이들과 작동되는 상태에 있는 것을 나타낸, 열가소성 복합재 I 단면 빔의 전개 단면도이다.

도14는 구부러진 복합재 부품들을 생산하는 방법에 사용되는 압착 프레스의 일부분과 예비성형 스테이션을 나타내는 사시도이다.

도15는 도14와 유사한 도면이지만 프레스와 예비성형 스테이션의 반대쪽을 나타낸다.

도16은 강화 툴링을 사용하여 예비성형된 부품을 압착하는 다이들을 나타낸, 프레스의 관통단면도이다.

도17은 일정한 곡률을 가진 부품을 생산하기 위한 툴링 슬리브들에 대한 구부러진 다이를 나타낸, 프레스의 부분 단면도이다.

도18은 도17과 유사한 도면이지만 불균일한 곡률을 가진 부품을 생산하기 위한 툴링 슬리브들을 나타낸다.

본 발명은 연속 공정에서 맞춤형 및 변하는 두께를 갖는 열가소성 복합재("TPC") 라미네이트 재료를 성형하는 신규한 제조방법을 제공한다. 본 발명은 예컨대 항공산업분야를 포함하여 넓은 범위의 잠재적인 응용들에 적용가능한 용도를 확인한다. 본 발명의 바람직한 방법은 항공기 동체의 지지 프레임의 열가소성 복합재 강화 부재들을 성형하는데 이상적으로 알맞다. 열가소성 복합재 강화부재들의 잠재적인 예들은 동체 껍질부, 날개 껍질부, 제어 표면들, 도어 패널 및 억세스 패널을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 강화 부재들은 킬빔(keel beam), 바닥빔(floor beam) 및 덱크빔(deck beam)을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 단지 설명만을 위해서, 본 발명은 먼저 민간 항공기 동체에 사용하기 위한 열가소성 복합재 플로어 빔(20)의 성형을 참조로 하여 설명될 것이다. 다만, I-빔을 도시하고 있으나, Z-빔, U-빔, T-빔 등의 다른 강화부재의 지오메트리들이 후술될 것인데, 여기에는 그 길이를 따라 굴곡을 갖는 것을 포함한다.

도1을 참조하면, 열가소성 복합재 라미네이트, 본 명세서에서는 맞춤형 및 변하는 두께 영역(t1과 t2)을 갖는 열가소성 복합재 라미네이트 바닥빔(20)은 각각의 쌍의 캡영역(24)에 그 어느 한 끝이 결합되는 웹(web) 영역(22)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 캡 영역(24) 쌍과 웹 영역(22)은 한쌍의 열가소성 복합재 충전 너겟(filler nugget)(26)과 그리고 한쌍의 두께가 균일한 점착 다층 플라이 시트 스택(74)으로 한쌍의 두께가 불균일한 점착(tacked) 다층 플라이 시트 스택(76)을 강화함으로써 하나의 통합된 라미네이트 구조로서 형성된다. 시트 스택(76)은 2개의 플라이로서 도시되어 있지만, 시트 스택들(74와 76)중 어느 하나는 응용에 따라서 임의 갯수의 플라이를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한 도1에 균일한 두께의 하나의 플라이를 갖는 것으로 도시된 캡 영역(24)들은 두께가 변하는 및/또는 복수의 플라이 영역들을 유사하게 구비할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

다른 예(미도시)에서는, 바닥 빔(20) 등의 열가소성 복합재 라미네이트가 본 명세서에서 설명한 것과 마찬가지 방법으로 하나 이상의 균일한 또는 불균일한 점착 다층 플라이 시트(74, 76)를 열가소성 복합재료(30)로 된 하나 이상의 단일 플라이(도2와 도3에는 부재번호 32로 도시함)나 열가소성 재료(30)의 하나 이상의 부분 플라이(도3에 부재번호 34로 도시함) 또는 하나 이상의 두께가 균일 또는 불균일한 점착된 다층 점착 스택(74, 76) 및 이들의 조합으로 강화함으로써 달리 형성될 것이다. 그리고, 하나 이상의 충전 너겟(26)이 열가소성 복합재 라미네이트(20)의 다른 구현예를 형성하기 위해 그 조합에서 사용될 수도 있다. 도1에 도시된 것과 같은 열가소성 복합재 바닥빔(20)을 성형하는 방법을 도2 내지 도6과 연계하여 더 상세히 후술한다.

플라이들(32, 34)에 사용된 열가소성 재료(30)는 폴리에테르에테르케톤("PEEK"), 폴리에테르케톤케톤("PEKK"), 폴리페닐설폰("PPS"), 유리(s-타입이나 e-타입) 또는 탄소 섬유와 같은 섬유 성분(도3에서 부재번호 38로 도시함)으로 바람직하게는 강화된 폴리에테르이미드("PEI") 등의 섬유보강 열가소성 매트릭스 폴리머(도3에 부재번호 40으로 도시함)를 포함한다. 열가소성 재료(30)로 된 각 플라이(32, 34) 내의 섬유(38)들은 특별한 응용분야에 따라서 단방향 또는 불균일한 배열로 배향될 수 있다. 당업자가 인식하고 있는 바와 같이, 각 플라이(32, 34)에 사용되는 매트릭스 수지의 타입은 물론 매트릭스 수지(40) 내의 섬유(38)들의 상대적인 타입, 두께, 양들은 열가소성 라미네이트 복합재(20)의 비용과 궁극적으로 원하는 물리적 기계적 성질들을 포함하는 여러 인자들에 기초하여 크게 변할 수 있다. 그리고, 다른 플라이(32, 34)에 대한 하나의 플라이(32, 34)의 단방향 섬유들의 상대적인 배향은 열가소성 복합재 라미네이트(20)의 기계적인 성질들에 영향을 미칠 수도 있다.

너겟(26)들은 압출성형이나 기타 주지의 성형공정을 통해 열가소성 재료(30)와 호환가능한 열가소성 재료(37)로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 너겟(26)들의 매트릭스 수지 구성(42)은 재료(30)들의 매트릭스 수지 구성(40)과 같다. 추가하여, 충전 너겟(26)들은 열가소성 재료(30) 내에 포함된 섬유(38)들과 유사한 섬유(44)들을 이용할 수 있다.

논리흐름도(도6)와 처리도(도2 내지 도5)를 참조하면, 도1의 TPC 라미네이트 바닥빔(20)을 형성하는 방법은 각기 롤러(46)나 기타 보유기구에 보유되는 열가소성 재료(36)들로 된 예비성형된 플라이(32, 34)들과 그리고 예비성형된 충전 너겟(26)들을 제공함으로써 단계(150)에서 시작한다.

다음으로 단계(160)에서, 열가소성 재료(36)들의 멀티플 플라이(32, 34)들은 수동 레이업 공정이나 자동 공정을 사용하여 두께가 불균일하거나 또는 두께가 균일한 비점착 다층 플라이 시트 스택(58 또는 60)을 형성하도록 원하는 구성으로 적층된다.

자동화된 공정에서는, 도2에 도시된 바와 같이, 열가소성 재료(30)의 복수의 플라이(32 또는 34)(도3)가 롤러(46)들로부터 컨베이어 테이블(48)상에 펼쳐져서 합쳐진 불균일한 또는 균일한 두께의 다층 플라이 스택(58 또는 60)을 형성한다. 롤러(46)들은 다른 인접 층(32, 34)에 대하여 특별한 방위에서 각각의 플라이 층(32, 34)들을 배치하기 위해 컨베이어 테이블(48)의 한쪽 끝(50)에 또는 측면(52, 54)을 따라 위치될 수 있다. 따라서 예를 들어 전체 플라이(32)의 아래쪽 층은 한쪽 방향으로 뻗어있는 단방향 섬유(38)들을 가지며 배치될 수 있고, 다음의 각각의 위쪽 전체 플라이(32)는 다른 방향으로 (예컨대 하부층의 플라이(32)에 대하여 45°또는 90°로) 배치된 단방향 섬유(38)를 가질 수 있다. 컨베이어 테이블(48) 위에 위치된 레이저 투사기(56)는 전체 플라이(32)에 대하여 국부적인 또는 부분적인 플라이(34) 및/또는 포켓(36)의 적절한 위치를 보장한다.

도2의 과정에 따라 제조된 비점착된 불균일한 두께의 다층 시트 스택(58)의 예가 도3에 도시되어 있는데, 도3은 다양한 전체 플라이와 부분 플라이(32, 34)를 나타내고 있고 플라이(32, 34)들 사이에 형성된 포켓(36)을 더 나타내고 있다. 그리고, 도3은 서로에 대하여 90°방위로 배치된 단방향 섬유(38)들을 가지는 부분 플라이(62, 64)를 나타내는데, 여기서 부분 플라이(62)는 제1 방향(섬유(38)가 전방(66)에서 후방(68)으로 뻗어있음)으로 배치되고 부분 플라이(64)는 다른 방향(섬유(38)가 측방(70)에서 측방(72)으로 뻗어있음)으로 배치되는 것을 나타낸다. 물론, 도시되지는 않았지만, 플라이들은 서로에 대하여 다른 상대적인 방위에 있는 섬유(38)들을 가질 수 있는데, 그 상대적인 방위는 서로에 대하여 수직(즉, 0/90도 배치)한 것으로부터 서로에 대하여 평행(즉, 0/0 배치)한 것까지의 범위를 가지며 그 사이의 모든 가능한 각도(예컨대 0/30 방위, 0/60, 0, 45, 90 방위 등)를 포함한다.

다음, 단계(170)에서, 도2에 형성된 비점착 스택(58, 60)의 여러 플라이들(32, 34) 중 일부 또는 모두는 여러 소정의 위치에서 함께 점착되어 두께가 균일한 또는 두께가 균일하지 않은 점착 다층 플라이 시트 스택(74, 76)을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 스택(58, 60)들은 각각의 스택(74, 76)을 형성하기 위하여 납땜 인두나 초음파 용접기(미도시)를 사용하여 함께 점착되는데, 당업자에게 알려진 열가소성 재료로 된 여러 플라이(32, 34)를 함께 결합시키는데 사용되는 다른 장치들이 특히 고려될 수도 있다. 플라이(32, 34)들 사이의 점착의 양과 위치는 한정하는 것은 아니지만 포켓(64)들과 여러 플라이(32, 34)들의 갯수와 위치를 포함하는 많은 인자들에 좌우된다. 그리고, 점착의 양은 단일 부분으로서 이송될 수 있는 실질적으로 일체화된 점착 스택(74, 76)을 형성하기에 충분하여야 한다.

단계(175)에서, 점착된 스택(74, 76)들은 작은 조각들로 절단될 수 있으며 또는 도1의 바닥빔(20)과 같은 열가소성 복합재 라미네이트를 형성함에 있어서 사용할 준비가 되어 있다.

다음, 단계(180)에서, 적어도 하나의 두께가 균일하거나 균일하지 않은 점착된 스택(74, 76)과, 두께가 불균일한 점착 스택(76)이나 두께가 균일한 점착 스택(74) 또는 단일 플라이(32) 증 적어도 하나와, 임의선택적으로 열가소성 재료(30, 37)로 된 적어도 하나의 충전 너겟(26)의 조합이 강화 구조(78)에 함께 융합되어 바닥빔(20) 등의 하나의 통합된 열가소성 복합재 라미네이트를 형성한다. 특히 도1의 열가소성 복합재 라미네이트 바닥빔(20)을 형성하도록 설계된 하나의 바람직한 강화 구조(78)는 도4와 도5에 도시되어 있다.

도4와 도5를 참조하면, 강화 구조(78)는 예비 성형영역(80)과 강화 영역(82)을 포함할 수 있다. 예비성형 영역(80)에서는, 적어도 하나의 두께가 균일하거나 또는 균일하지 않은 점착 스택(74, 76)과, 임의선택적으로 적어도 하나의 충전 너겟(26)과, 두께가 불균일한 점착 스택(76)과 두께가 균일한 점착 스택(74) 또는 열가소성 재료의 도2와 도3의 단일 플라이(32)중 적어도 하나의 조합이 연속공정에서 그 적절한 방위로 로딩되고 예비성형된 부품(84)을 형성하도록 원하는 형상으로 고온에서 예비성형된다. 예비성형된 부품(84)은 예비성형 영역(80)을 떠나 강화영역(82)으로 들어가는데, 여기서 강화되어 도1과 관련하여 설명한 바닥빔(20) 등의 단일의 통합된 열가소성 복합재 라미네이트를 형성한다. 부품을 예비성형하는데 사용되는 고온은 층들이 예비성형 공정동안 구부러질 수 있도록 단일 플라이(32) 또 는 점착 스택(74, 76)의 연화(softening)를 야기할 정도로 충분히 높아야 한다. 그러나, 이 고온은 매트릭스 수지(40, 42)의 폴리머 성분이 점성 액체의 밀도를 갖는 온도보다 낮아야 한다.

도5를 참조하면, 강화구조(78)의 예비성형 영역(80)은 갭(90)으로 분리된 중앙부(88)를 갖는 한 쌍의 U자형상의 툴링 채널(86)과 한 쌍의 사이드 툴링 시트 부재(92)들을 포함한다. 시트 부재(92)들은 굴대(92)라 불릴 수도 있다. 바람직하게는, 채널(86)들과 사이드 툴링 시트 부재(92)들은 되풀이되는 고열 싸이클을 처리할 수 있는 스테인레스 스틸 등의 재료로 형성된다.

점착 스택(74 또는 76)의 제1 쌍(4)은 각각의 중앙부(88)들 사이에 그리고 U자형 채널(86)들의 갭(90) 내에 인입된다. 동시에, 임의선택적인 충전 너겟(26)과 그리고 추가 점착 스택(74 또는 76) 또는 플라이(32)가 제1 쌍(94)의 각 플랜지(96)를 따라서 그리고 각각의 사이드 툴링 부재(92) 내에 인입된다. 도4와 도5의 도시에 대하여 다음에 설명하기 위하여, 두께가 불균일한 점착 스택(76)은 갭(90) 내에 인입된 제1 쌍(94)으로 도시된다. 두께가 불균일한 점착 스택(74)은 각각의 사이드 툴링 부재(92)와 U자형 채널(86)의 바깥 부분(98) 사이의 위치에 인입되는 것으로 도시된다. 그리고, 플라이 층(32)은 본 설명에는 묘사되지 않는다. 도시되지는 않았지만, U자형 채널(86)은 경사부(ramp)들과 그리고 특별한 재료(여기서는 두께가 불균일한 점착 스택(76)의 제1 쌍(94))의 라미네이트 두께 변형예들(도1의 t1과 t2에 대응)과 정합되도록 설계된 다른 특징들을 포함한다.

점착 스택(74, 76)들과 너겟(26)들이 강화 영역(82)쪽으로 예비성형 영 역(80)을 통해 이동함에 따라, U자형 채널(86)의 어느 한쪽의 두께가 불균일한 점착 스택(76)의 제1 쌍(94)의 플랜지(96)들은 U자형 채널(86)의 각각의 바깥 부분(98)들을 향해 서로 멀어지게 열과 압력을 받아서 바깥쪽으로 휘어진다. 따라서 플랜지(96)들은 너겟(26)들이 균일한 또는 불균일한 두께의 점착 스택(76)의 각각의 안쪽 끝과 플랜지들 사이에 위치되는 상태로, 균일한 또는 불균일한 두께의 점착 스택(76)의 안쪽 면에 대하여 편평하게 결합된다. 예비성형 영역(80) 내의 열은 불균일한 두께의 점착 스택(76)의 플랜지(96)들의 변형을 허용할 정도로 충분히 상승되지만, 각각의 스택(74, 76)들과 너겟(26)들의 매트릭스 수지(40, 42)의 폴리머 성분이 점성 액체의 점도를 갖는 온도 아래이다. 플랜지(96)들의 휘어짐은 롤러(미도시) 등의 외부 성형장치에 의해 플랜지(96)에 가해진 압력에 의해 개시된다. 사이드 툴링 시트 부재(92)들은 점착 스택(74)을 플랜지(96)에 대하여 안쪽으로 압착하여, 플랜지(96)에 플랜지(96)를 구부리는 것을 도와주는 추가 압력이 인가되도록 한다. 그러면 예비성형된 부품(84)은 강화영역(82)으로 이동할 준비가 된다

도4에 제일 잘 도시된 바와 같이, 예비성형된 부품(84)은 안내 롤러(105) 상에서 강화영역(82)내의 별개의 또는 연결된 강화구조(102)로 진입한다. 강화구조(102)는 사이드 툴링 시트 부재(92)와 U자형 채널(86)의 바깥면들과 개별적으로 짝지워지는 일반적으로 부재번호 104로 표기된 복수의 표준 툴링 다이를 포함한다. 더욱 상세한 것은 도13과 도16을 참조하면서 후술한다. 강화 구조(102)의 표준 다이(104)들 사이의 표면들과 채널(86)들 및 시트부재(92)들의 바깥면들 사이의 이 표면들의 공통점은 상이한 플라이 구조를 갖는 다른 예비성형 부품들 사이의 가동시간을 제거하는 것은 물론 부품에 특정된 비용이 많이 들게 정합되는 다이들에 대한 필요성을 제거한다는 점이다.

강화구조(102)는 예비성형 영역(80)으로부터 멀어지게 그리고 강화영역(82) 내에서 예비성형된 부품(84)을 전방으로 점진적으로 이동시키는 진동 구조물(106)을 가진다. 부품(84)이 전방으로 이동함에 따라, 이 부품은 먼저 스택(74, 76)들과 너겟(26)들의 매트릭스 수지(40, 42)의 폴리머 성분의 자유로운 유동을 허용하는 온도까지 부품을 가열하는 가열영역(108)에 진입한다. 다음, 부품(84)은 가압영역(112)까지 전방으로 이동하는데, 여기서 표준 다이들(104)은 점착 스택(74, 76)들과 너겟(26)들의 여러 플라이들(32, 34)을 원하는 형태와 두께로 강화하기에 (즉, 매트릭스 수지의 자유로운 유동을 허용하기에) 충분한 소정의 힘(압력)으로 집합적으로 또는 개별적으로 내려지며, 여기서 바닥빔(20)의 캡 영역/924) 쌍과 ㅇ웹 영역(22)을 형성한다. 각 다이(104)는 절연체들을 가진 복수의 상이한 온도영역들을 가지며 형성된다. 다이(104)들은 실제로 부품(84)과 접촉하지 않지만, 부품(84) 반대쪽의 사이드 툴링 시트 부재(92)와 U자형 채널(86)의 바깥면과 접촉한다. 따라서, 채널(86, 92)의 각각의 안쪽면들은 부품(84)의 부분을 압축한다. 이 압축은 모든 다이(104)가 하나의 독립적이며 통합된 단계에서 압축되는 경우 발생할 수 있다. 다이(104)들은 개방되고, 부품(84)은 강화영역(102) 내에서 예비성형 영역(80)으로부터 멀어지게 전진된다. 다이(104)들은 다시 폐쇄되어, 부품(84)의 일부분이 다른 온도 영역내에서 힘을 받아 압축되게 한다. 이 과정은 부품(84)이 냉각영역(114)쪽으로 안내롤러(105)를 따라서 점진적으로 전진함에 따라서 다이(104)의 각 온도영역에 대해 반복된다.

성형되고 모양이 형성된 부품(84)은 이제 냉각영역(114)에 진입하는데, 냉각영역은 가압영역(112)으로부터 분리되어 있고, 여기에서 온도는 매트릭스 수지(40, 42)의 자유 유동온도 아래로 가져와 융합된 또는 강화된 부품이 그 최종 가압 형상(116)으로 경화된다. 가압된 부품(116)은 이제 강화구조(102)에 진입하는데, 여기서 측방 시트 부재(92)가 스크랩으로서 롤러(120)에 다시 압연된다.

도시하지는 않았지만, 강화구조(102)는 가압된 형상(116)에 모양들이나 외형들을 인입할 수 있는 추가 부품들이나 장치들을 가질 수 있다.

사용될 수 있는 하나의 바람직한 강화 영역 구조(102)는 1993년 9월 30일에 발행된 독일특허출원공개 제4017978호에 개시된 바와 같이 소위 연속압축성형("CCT") 공정이며, 위 특허문헌은 참조문헌으로 합체된다. 그러나, 당업자에게 알려진 다른 성형공정이 발명에 의해 특히 고려되는데, 인발성형이나 롤 성형을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

다음, 단계(190)에서, 가압된 부품(116)은 마감처리되거나 또는 원하는 최종 형상으로 후가공되어 열가소성 복합재 라미네이트(20)를 형성한다. 단계(200)에서는, 라미네이트(20)가 눈으로 검사되는데, 라미네이트(20)가 정확히 형상화되었다는 것과 시각적 흠결이나 기타 흠을 포함하지 않는 것을 확실히 하기 위하여 바람직하게는 초음파 비파괴검사 기술이나 다른 수단을 사용한다. 검사후, 단계(210)에서는, 열가소성 복합재 바닥빔(20) 등의 라미네이트(20)가 그 조립체에 설치될 수 있다. 바닥빔(20)의 경우, 항공기 동체 내에 인입된다.

발명이 기본적으로 I-빔 형상을 갖는 열가소성 복합재 바닥빔(20)을 형성하는 것으로 설명되었지만, 다른 잠재적인 형상들이 본 발명에서 특히 고려된다. 이는 L자 형상, C자 형상, T자 형상이나 또는 두께 변화들이 부품의 임의의 섹션에서 발생할 수 있는 평판형상을 갖는 열가소성 복합재 라미네이트를 포함한다. 이 대안적 형상의 라미네이트들 또는 바닥빔(20)의 다른 형태조차 하나 이상의 균일한 또는 불균일한 점착 다층 플라이 시트(74, 76)를 본 명세서에 기재한 방법과 유사한 방법으로 열가소성 복합재료(30)의 하나 이상의 플라이(32), 열가소성 재료(30)의 하나 이상의 부분 플라이(34), 또는 하나 이상의 균일한 또는 불균일한 두께의 점착된 다층 점착스택(74, 76) 및 이들의 임의 조합으로 강화함으로써 형성된다. 그리고, 하나 이상의 충전 너겟(26)이 열가소성 복합재 라미네이트(20)들의 추가 대쳬예를 형성하기 위해 사용될 수도 있다. 이 대안적인 바람직한 변형예들 중 임의의 것을 달성하기 위하여, 예비성형 영역(80) 내의 툴링에 대한 수정예들이 TPC 라미네이트(20)에 대한 원하는 두께의 변형예와 정합시키기 위해 필요하다. 예를 들어, 도5의 U자형 툴(86)은 도1의 바닥빔(20) 등의 I-빔들을 형성하는데 한정되고, 갭(90)을 가진 다르게 생긴 툴(86)은 C자 형상의 라미네이트, L자 형상의 라미네이트들 또는 각각의 플라이층들 사이에 테이퍼를 갖는 편평한 빔들을 형성하는데 사용된다. U자형 툴(86)과 비슷하게, 이 대안 툴들은 강화영역(102) 내에서 표준 다이(104)들에 정합되는 스택(74, 76)들과 접촉하지 않는 영역을 포함한다.

본 발명은 열가소성 복합재 라미네이트들을 성형하는데 이상적으로 맞추어져 있지만, 수정된 일단계(single-step) 강화영역을 사용하여, 열가소성 라미네이트 복합재들이 형성될 수도 있다. 이 수정된 강화 공정의 예에서는, 열경화성 부품을 형성하기 위하여 가열 및 가압 영역들이 매트릭스 수지의 반응온도 또는 경화온도 이상의 온도에 도달한다. 따라서, 단일 가압공정에 의해 후속의 가압단계없이 최종의 원하는 형상을 가진 부품을 얻는다.

본 발명은 연속공정으로 맞춤형 및 변하는 두께를 구비한 복합 열가소성 복합재 라미네이트들을 제조하는 혁신적인 방법을 제공한다. 이 혁신적인 공정은 자동화된 장비 또는 수동 레이업을 사용하여 부품들이나 구성성분들을 다층 스택으로 합친다. 각 스택은 방위와 위치를 유지하기 위하여 플라이 형성 영역을 포함하여, 적절한 위치에 점착된 모든 플라이를 포함한다. 강화구조는 다층 스택들로부터 복합재 라미네이트들을 성형하는 2 단계 방법을 사용하며 이 결과를 달성하기 위하여 모든 필요한 부품의 외형들을 포함한다. 예비성형 영역(80)의 U자형 툴(86) 등의 툴링은 적절한 형상으로 만들어져 성형된 TPC 라미네이트(20)들에서 원하는 두께 변형을 생성하고 강화영역(82)과 함께 표준 다이들과 정합되도록 더 설계된다.

상기 방법에 의해 형성된 복합재 부품은 예컨대 자동차와 항공기 분야는 물론 다양한 응용분야에서 사용되는 것을 발견할 수 있다. 본 발명에 따라서 형성된 복합재 부품의 일예는 민간 항공기의 열가소성 복합재 라미네이트 바닥빔(20) 등의 구조강화부재로서 사용하기에 이상적으로 알맞다.

도7 내지 도15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 그 길이방향을 따라 맞추어진 및/또는 변하는 두께를 가지며 그리고 구부러진 열가소성 라미네이트 부품 들을 제조하는데 사용될 수 있다. 구부러진 라미네이트들은 그 곡률이 일정하거나 (원형) 라미네이트 부품의 길이를 따라 변하는 것으로 제조될 수 있다. 앞서 설명된 실시예의 경우와 마찬가지로, 구부러진 열가소성 라미네이트 부품은 맞추어진 영역과 그리고 부분 플라이나 국소 플라이들을 추가하여 달성되는 변하는 두께의 영역, 또는 포켓들을 포함하는 영역들을 포함할 수 있다. "맞춤형" 또는 "맞추어진"이란 부품의 표면 프로파일을 언급하는 것으로서, 압착 공정동안 플라이들이 강화된 후 원하는 표면 프로파일을 달성하기 위해 부품의 특정 영역에서 플라이들의 선택적인 추가 또는 감소가 사용될 수 있다. 본 발명의 이 실시예에 의해 생산된 구부러진 부품들은 프레임, 링, 성형구 및 구조적인 항공기 강화부재 또는 항공기 껍질부, 날개 껍질부, 도어 패널과 액서스 패널, 킬빔(keel beam), 바닥빔, 그리고 데크 빔 등에 다양하게 응용될 수 있다. 구부러진 부품들은 도7a 내지 도7f에 도시된 것 등의 여러 단면으로 제조될 수 있다. I-단면을 갖는 제조된 부품(212)은 도7a에 도시되고 U자형 단면을 갖는 부품(214)은 도7b에 도시된다. L자형 단면의 부품(216)은 도7c에 도시되어 있고 T자형 단면의 부품이 도7d에 도시되어 있다. Z자형 단면의 부품(220)은 도7e에 도시되어 있고 단순한 사각형 단면을 갖는 부품(222)이 도7f에 도시되어 있다. 도7a 내지 도7f에 도시된 부품들은 전술한 것처럼 일정한 곡률 또는 변하는 곡률을 가질 수 있고, 그 길이를 따라서 하나 이상의 지점에서 두께가 변하거나 맞추어진 두께의 영역들을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 구부러진 열가소성 라미네이트 부품들의 제조에 있어서 예비 단계들은 전술한 것과 유사하다. 열가소성 재료의 복수의 플라이들이 컨베이어 테이블에 놓여져 도2와 연계하여 설명한 바와 같이 합쳐진 다층의 두께가 균일하거나 균일하지 않은 멀티 플라이 스택을 형성한다. 결과로서 얻어지는 다층 스택은 플라이들(32, 34) 사이에 생성된 포켓(36)들은 물론 전체 및 부분 플라이들(32, 34)을 포함하는 도3에 도시된 스택(58)과 따라서 유사하다. 섬유들의 배향 방향에 대하여 교번하는 각도로 배열된 단방향 섬유(38)들을 가지는 부분 플라이들(62, 64)이 포함될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 다층 스택(58)의 시트들은 납땜 인두 또는 다른 가열장치(미도시)를 사용하여 함께 점착되어 플라이들이 서로에 대하여 고정된 상태로 유지된다. 전술한 방법에 의해 제조된, 합쳐진 점착 스택(224)이 도8에 도시된다.

구부러진 복합재 부품들을 제조하는 방법에 있어서 다음 단계는 합쳐진 스택(224)으로부터 개별 부품 플라이 스택 또는 부품 블랭크(226)들을 절단하는 단계를 구비한다. 이 절단 작업은 예컨대 원하는 부품의 곡률에 대체로 대응하는 바깥쪽 프로파일을 가지는 절단 블랭크(226)들을 제조하는 컴퓨터 제어하에 작동하는 워터젯 절단기(미도시)에 의해 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이 이 곡률은 일정하거나 또는 부품 블랭크(226)의 길이를 따라서 변할 수 있다.

부품 블랭크(226)들은 후술하는 강화 툴링 세트와 함께 구부러지지 않은 복합재 부품들을 제조하는 것과 관련하여 전술한 것과 대체로 유사한 방식으로 예비성형 스테이션(275)(도14 및 도15)에 공급된다. 그러나 본 실시예의 경우, 강화 툴링 슬리브(235)와 블랭크(226)들은 예비성형 스테이션(275)에 공급될 때 구부러진 통로를 통과하여 이동한다.

강화 툴링 슬리브(235)는 도9에 도시되어 있는데, 위쪽 및 아래쪽 툴링 슬리브(232, 234)들은 물론 구부러진 안쪽 및 바깥쪽 툴링 슬리브(228, 230)들을 구비한다. 위쪽 및 아래쪽 툴링 슬리브(232, 234)들은 각기 블랭크(226)들의 곡률에 대응하는 곡률을 가지며, 안쪽 및 바깥쪽 툴링 슬리브(228, 230)들은 유사하게 구부러지거나 또는 예비성형 공정동안 부품 블랭크(226)의 곡률과 일치하도록 하기 위하여 쉽게 구부러지는 것일 수 있다. 도9, 14 및 도15에 도시된 예에서, 툴링 슬리브(228-234)들은 도7e에 도시된 Z자형 단면의 부품(220)을 제조하도록 구성된다. 도면에 특히 도시하지는 않았지만, 툴링 슬리브(228-234)들의 부품 쪽 표면들은 변하는 두께, 변하는 곡률, 포켓 등의 거울 상(mirror image)의 외형들을 부품에 생성하는 툴링의 외형들을 포함한다.

도14와 도15를 특히 참조하면, 위쪽 및 아래쪽 툴링 슬리브(232, 234)들은 블랭크가 복수의 성형장치(268)와 한 세트의 가이드(270)를 포함하는 예비성형 스테이션(275)로 구부러진 통로(280)에 공급되기 전에 부품 블랭크(226) 둘레에 조립된다. 부품 블랭크(226)는 Z형 단면 부품(220)의 캡(220b)(도7e)과 웹(220a) 및 빔 웹(220a)의 국부적인 강화부를 형성하는 한 세트의 빌드업(buildup) 플라이(264)를 구비하는 편평한 점착 스택(262)을 포함하는 것으로 보여질 수 있다.

부품 블랭크(226)와 툴링 슬리브(232, 234)들을 구비하는 협지된 조립체가 예비성형 스테이션(275)로 공급됨에 따라, 안쪽 및 바깥쪽 툴링 슬리브(228, 230)들은 협지된 어셈블리와 접촉하면서 공급된다. 성형장치(268)들은 툴링 슬리브(232, 234)들 상의 플랜지(265)들에 대하여 블랭크(226)의 에지 부분들을 변형시키도록 기능하여, Z형 단면 부품(220)의 캡(220b)을 예비성형한다. 동시에, 추가 캡 보강 플라이(266)들이 성형 장치들(268)과 툴링 플랜지(265) 사이에 공급된다. 가이드(270)들은 안쪽 및 바깥쪽 툴링 슬리브(228, 230)들이 캡(220b)을 형성하는 블랭크(226)의 에지들과 접촉하게 한다. 툴링 슬리브(235)들과 함께 예비성형된 블랭크(226)는 강화 툴링 슬리브(235)에 힘을 가하는 다이들을 포함하는 CCM 기계 등의 구부러진 프레스(284)를 매개로 구부러진 통로(280)에서 계속 이동한다. 이 힘은 예비성형된 부품의 플라이들의 압착 및 강화를 가져온다. 도면에 특히 도시되지는 않았지만, 히터나 오븐들이 필요하다면 부품 블랭크(226)의 매트릭스 수지의 폴리머 성분이 점성 액체의 점도를 갖는 온도까지 부품 블랭크(226)를 가열하기 위해 제공된다. 이런 방식으로 부품 블랭크(226)를 가열하는 것은 플라이 강화를 촉진시킨다. 어떤 경우에는, 부품 블랭크(226)의 예비 가열이 예비 성형 공정을 촉진시키기 위해 요구될 수도 있다. 부품 블랭크(226)의 예비가열에 대한 필요성은 플라이들의 갯수, 플라이 배향. 재료의 타입, 예비성형되는 형상 등의 여러 인자들에 좌우될 수 있다.

프레스(284)는 도4와 연계하여 설명된 것과 기본적으로 유사하다. 그러나 도4에 도시된 프레스와는 달리, 프레스(284)에 사용되는 다이들은 구부러진, 예비성형된 부품 블랭크(226)를 수용하도록 어느 정도의 곡률를 구비한다. 이러한 하나의 다이(286)가 도17에 도시되어 있는데, 다이(286)의 안쪽 면(296)은 위쪽 툴링 슬리브(232) 상의 플랜지(265)의 곡률과 정합하는 곡률을 가지는 것으로 보여질 수 있다. 다이(286)는 압착 공정동안 화살표(288) 방향으로 안쪽으로 이동하여 플랜지(265)와 접촉하며, 다른 구부러진 다이(미도시)는 이동하여 안쪽 툴링 슬리브(228)와 접촉한다. 프레스(284)에 사용되는 다이들의 곡률의 양은 부분적으로는 제조될 구부러진 부품의 형상과 부품 내의 외형들의 제조에 필요한 툴링 슬리브들의 형상에 좌우될 것이다. 다이(286)의 바깥면(298)은 도17에 도시된 바와 같이 구부러지거나 또는 편평할 수 있다. 예비성형된 부품은 프레스(284)를 매개로 점차 구부러진 통로(280)에서 이동한다. 부품의 이동이 각 증분 단계에서 휴지됨에 따라 프레스 다이들은 툴링 슬리브(235)들에 열과 힘을 가하여, 다이들 아래에 놓인 플라이들의 섹션의 강화를 가져온다.

전술한 바와 같이, 라미네이트된 부품은 그 길이를 따라서 일정한 곡률이 아닌 변하는 곡률을 가질 수 있는데, 이와 관련해서는 도18을 참조한다. 구부러진 예비성형 부품(292)을 압착하는데 사용되는 다이(286)는 툴링 슬리브(290)의 바깥면과 맞물리는 일정하게 구부러진 안쪽면(296)을 가진다. 툴링 슬리브(290)의 바깥면(300)은 다이(286)의 안쪽면(296)의 곡률과 정합하는 일정한 곡률을 갖지만, 툴링 슬리브(290)의 바깥면(300)의 반경과는 다른 반경을 가지고 구부러진 안쪽면을 가져서, 부품(292)이 일정하지 않은 바깥쪽 반경을 가지게 한다.

구부러진 열가소성 라미네이트 부품(236)의 다른 예가 도10과 도11에 도시되어 있는데, 여기서는 부품이 그 길이를 초과하는 곡률을 가지며 단면이 U자형인 몸체(238)를 가진다. 몸체(238)는 부품(236)이 그 길이를 따라서 두께가 다른 3개의 섹션을 가지도록 몸체(238) 두께의 변이를 형성하는 한 쌍의 비탈진 경사부(240)를 가진다. 그리고, 몸체(238)의 위쪽에는 부품(236)의 감소된 두께 영역을 나타내는 포켓 또는 오목부(242)가 구비된다. 몸체(238)의 다른 두께들은 t₁, t₂, t₃로 표시되고, 포켓(244)의 두께는 t₄로 표시된다. 부품(236)은 일정한 안쪽 및 바깥쪽 곡률들을 소유하지만, 곡률은 부품(236)의 길이를 따라서 변할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

도12는 부품의 플라이들을 강화하기 위하여 툴링 슬리브(246, 280)들 내에 보유지지된 부품(236)의 부분을 나타낸다. 부품의 플라이(236)들은 몸체(238)의 두께를 효과적으로 증가시키고 경사부(240)를 가져오는 플라이 빌드업 영역(252)을 가지는 것으로 보여질 수 있다. 툴링 슬리브들은 박리 코팅된 금속 쐐기부(246)와 그리고 경사부(240)를 형성하는 비탈진 경사부를 가지는 바깥쪽 강화 툴 부분(248)을 포함한다. 도12에 도시된 바와 같이, 툴링 슬리브(248)의 위쪽은 도13에 도시된 다이(256)들 중 임의의 것 등의 유니버셜 다이와 맞물릴 수 있게 하기 위하여 편평하다.

도13은 본 발명의 방법에 따라서 제조된 구부러진 부품(212)의 다른 예를 나타낸다. 부품(212)은 I-형 단면을 가진 구부러진 빔을 구비한다. 종래의 기계 다이(256)들은 그 길이를 따라서 곡률과 그리고 변하는 두께를 가지는 부품들을 강화하기 위하여 사용될 수 있다. 이 예에서, 툴링 슬리브들은 한 쌍의 편평한 금속시트 또는 쐐기부(260)들과 그리고 단면이 대체로 U자형상인 한 쌍의 툴링 슬리브(258)들을 구비한다. 편평한 시트(260)들은 부품(212)의 캡을 형성하는데 도움을 주며 슬리브(258)들은 부품(212)의 웹은 물론 캡의 부분들을 형성하는 기능을 한 다. 부품(212)을 마주보는 슬리브(258)들의 면들은 부품(212)에 거울상 외형들을 주는 솟아오른 영역들 또는 경사부(ramp)들과 같은 툴링 외형들을 가질 수 있다. 도13에 특히 도시되지는 않았지만, 시트(260)들과 툴링 슬리브(258)들은 역시 구부러진 부품(212)을 형성하기 위하여 그 길이를 따라 구부러질 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 이용하여 설명되었지만, 특히 상술한 내용에 비추어 변형예들이 당업자에 의해 이루어질 수 있기 때문에 여기에 한정되는 것은 물론 아니라는 것을 이해할 것이다.

Claims (29)

1. 섬유보강 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법으로서,

   (A) 불균일한 두께를 갖는 섬유보강 열가소성 재료로 된 멀티 플라이 스택(224)을 형성하는 단계;

   (B) 상기 단계(A)에서 형성된 멀티 플라이 스택(224)으로부터 블랭크(226)를 절단하는 단계;

   (C) 상기 단계(B)에서 절단된 블랭크(226)를 예비성형 스테이션(275)을 매개로 구부러진 통로(280)로 공급하여 예비성형된 구부러진 블랭크(226)를 형성하는 단계;

   (D) 상기 단계(C)에서 제조된 예비성형된 구부러진 블랭크(226)를 프레스(284)를 매개로 구부러진 통로(280)로 공급하는 단계;

   (E) 플라이들을 압착함으로써 상기 단계(D)에서 제조된 예비성형된 구부러진 블랭크(226)를 가압하여 예비성형된 부품(292)을 제조하는 단계;를 포함하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 단계(A)는, 플라이들이 서로 고정된 상태로 보유지지되는 점착 스택을 형성하기 위하여 스택의 플라이들을 함께 점착하는 단계를 포함하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
3. 청구항 제2항에 있어서, 상기 점착단계는, 스택의 플라이들의 마주보는 부분들을 용융시켜서 수행되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
4. 청구항 제1항에 있어서, 상기 단계(C)는, 블랭크(226)가 구부러진 통로(280)를 통해 이동하는 동안에, 블랭크(226)의 적어도 부분들을 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
5. 청구항 제1항에 있어서,

   (F) 구부러진 블랭크(226)에 대하여 툴링 슬리브(232, 234)를 위치시키는 단계; 및

   (G) 예비성형 스테이션(275)을 통해 구부러진 통로(280)에 구부러진 블랭크(226)와 함께 툴링 슬리브(232, 234)을 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
6. 청구항 제5항에 있어서,

   (H) 프레스(284)를 매개로 구부러진 통로(280)에 성형된 구부러진 블랭크(226)와 함께 툴링 슬리브(228, 230, 235)를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
7. 청구항 제1항에 있어서, 상기 섬유보강 열가소성 재료는 자유 유동온도를 가지는 매트릭스 수지 성분을 포함하고, 또 상기 방법은,

   (F) 상기 단계(E)가 수행되기 전에 열가소성 재료의 매트릭스 수지 성분의 적어도 자유 유동온도까지 구부러진 블랭크(226)를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 단계(E)는,

   구부러진 툴링 슬리브(290)를 예비성형된 부품(292)과 접촉시키는 단계, 및

   예비성형된 부품(292)에 툴링 슬리브(290)의 외형들을 부여하기 위하여 예비성형된 부품(292)에 대하여 구부러진 툴링 슬리브(290)를 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
9. 청구항 제1항에 있어서, 상기 단계(B) 내지 단계(E)는, 연속공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
10. 청구항 제1항에 있어서,

    상기 단계(D)는, 점진적인 단계로 프레스를 매개로 구부러진 통로(280)에 블랭크(226)를 이동시키는 단계를 포함하고, 및

    상기 단계 (E)는, 블랭크(226)가 상기 단계들 중의 하나의 단계를 통해 이동될 때마다 수행되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 라미네이트 부품을 제조하는 방법.
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