KR101836057B1 - 3차원 제지 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종이 제품, 예컨대 티슈 종이의 제조에 유용한 벨트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 티슈 제품을 만들기 위한 통기 건조 공정에 사용되는 벨트, 보다 특이하게는 그와 함께 제조된 티슈 제품에 특성을 부여하는 특정한 패턴을 그 위에 갖는 부가적으로 제조된 벨트에 관한 것이다.

Description

3차원 제지 벨트{THREE-DIMENSIONAL PAPERMAKING BELT}

본 발명은 제지 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 욕실 티슈, 세안 티슈, 냅킨, 타월, 수건 등과 같은 흡수성 티슈 제품의 제조에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 장식 요소에 의해 선택적으로 경계가 이루어진 배경 영역을 갖는 흡수성 티슈 제품을 제조하는데 사용되는 개선된 직물, 티슈 제조 방법, 직물 제조 방법 및 그것에 의해 생산된 실제 티슈 제품에 관한 것이다.

티슈 제품, 특히 흡수성 티슈 제품의 제조에 있어서, 물성 및 최종 제품 외관 개선에 대한 필요성이 지속적으로 있다. 일반적으로, 티슈 제품의 제조에서 최종 종이 제품의 물성을 향상시키기 위해 특별히 고안된 제지 직물상에 부분적으로 탈수된 셀룰로오스 웹을 성형할 수 있는 기회가 있음이 알려져 있다. 이러한 성형은 미국 특허 제5,672,248호에 개시된 바와 같은 비크레이프된(uncreped) 통기 건조 공정에서 또는 미국 특허 제4,637,859호에 개시된 대로 습식 압축 티슈 제조 공정에서 직물에 의해 적용될 수 있다. 습식 성형은 전형적으로 티슈 웹이 추후에 크레이프되는지, 또는 비크레이프된 티슈 제품이 생산되는지 여부와 관계없이 바람직한 물성을 부여한다.

그러나, 흡수성 티슈 제품은 제지기에서 제조한 후 후속 작업에서 빈번하게 엠보싱되는 반면, 건조 티슈 웹은 낮은 수분 함량을 가져서, 소비자가 선호하는 시각적으로 매력적인 질감 또는 장식 선을 부여한다. 따라서, 바람직한 물성 및 만족스러운 시각적 외관을 모두 갖는 흡수성 티슈 제품은 2개의 별개의 기계에서 2개의 제조 단계를 종종 필요로 한다. 그러므로, 원하는 시각적 외관 및 제품 특성을 제공할 수 있는 단일 단계 제지 공정이 필요하다. 또한 시각적으로 식별 가능한 패턴 및 제품 특성을 부여할 뿐만 아니라, 기계 효율 및 생산성에 영향을 주지 않는 제지 공정을 개발할 필요성이 있다.

국제 출원 제PCT/US13/72220호, 제PCT/US13/72231호 및 제PCT/US13/72238호에 개시된 바와 같은 상기 필요성을 결합하려는 이전의 시도는 직물에 선 요소로서 압출된 패턴을 갖는 통기 건조 직물을 이용하였다. 압출된 선 요소는 불연속 또는 연속 패턴을 형성할 수도 있다. 이러한 방법은 질감을 생성할 수 있는 반면, 압출 기술은 형성될 수 있는 선의 종류가 제한되어서 통기 건조 직물의 투과성을 감소시킨다. 감소된 투과율은 차례로 건조 효율을 감소시키고 티슈 기계 효율성 및 생산성에 부정적인 영향을 미친다.

이와 같이, 티슈 기계 효율성 및 생산성의 손실 없이 물성이 개선된 시각적으로 식별 가능한 패턴을 갖는 티슈 제품을 생산하는 방법 및 제조 물품에 대한 필요성이 여전히 남아있다.

본 발명은 천공된 요소 또는 전술한 필요성 중 하나 이상을 만족시킬 수 있는 복수의 이격된 돌출부에 의해 형성된 3차원 디자인 요소를 갖는 제지 벨트를 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 제지 벨트는, 티슈 제조 공정에서 통기 건조 직물로서 사용될 때, 실질적으로 균일한 밀도를 가질 뿐만 아니라 선택적으로 시각적으로 식별 가능한 장식 요소를 갖는 티슈 제품을 생산한다. 따라서, 특정 측면에서 본 발명은 3D 인쇄 기술과 같은 임의 형상 제작(SFF) 또는 층 제작(LM) 기술을 사용하여 부분적으로 제조되는 제지 벨트를 제공한다. 결과적인 제지 벨트는 그것의 종이 접촉 표면 상에 배치된 천공된 3차원 요소를 갖는 연속 직포 제지 직물과 같은 지지 구조체를 포함한다.

다른 측면에서, 본 발명은 SFF에 의한 제지 직물의 제조 방법을 제공한다. 임의 형상 제작은 지지 구조체의 시트 접촉 표면 상에 배치된 3차원 요소를 갖는 직물을 형성하는데 사용될 수 있고, 여기에서 상기 요소는 추후에 응고되는 유동성 물질로부터 층별로 단계적으로 형성되어서 높은 온도 및 습도와 같은 제지 공정의 엄격함을 견딘다. 따라서, 일 측면에서, 유동성 물질 층은 원하는 위치에서 직포 제지 직물과 같은 지지 구조체 상으로 잉크젯 인쇄 헤드로부터 액적 형태로 단계적으로 놓여지고, 그것이 놓여질 때 각각 응고된다.

다른 측면에서, 본 발명은 종이 접촉 및 기계 접촉 표면을 갖는 직포 제지 직물과 같은 지지 구조체 상에 적어도 하나의 노즐로부터 물질을 공급하는 단계를 포함하는 제지 벨트 제조 방법을 제공하고, 여기에서 상기 노즐은 상기 지지 구조체에 대해 병진 이동 축을 따라 이동 가능하고 상기 노즐과 상기 지지 구조체 사이 간격은 조절 가능하고, 여기에서 상기 노즐을 통한 유동 및 상기 노즐의 병진 운동은 제어되어서 상기 노즐이 제어된 방식으로 상기 물질을 분배하여 지지 구조체의 종이 접촉 표면 상에 복수의 불연속 요소를 형성한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 지지 구조체를 제공하는 단계; PET(폴리에스테르), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PCTA(폴리 1,4 시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 및 PEEK(폴리에테르에테르케톤)로 구성된 그룹에서 선택된 유동성 물질을 단독으로 또는 조합하여 벨트 상에 분배하기 위해 z 갠트리에 결합된 압출 헤드를 제공하는 단계; x 및 y 방향으로 압출 헤드 또는 연속 벨트를 이송하면서 압출 헤드로부터 벨트 상에 유동성 물질을 배출해서 요소의 단면 형상을 형성하는 단계; 하우징 및 헤드 부재를 z 방향으로 동시에 이송해서 상기 요소를 융기부에 형성하는 단계를 포함하는 지지 구조체 상에 3차원 요소를 만들기 위한 부가 공정을 제공한다

다른 측면에서, 본 발명은 지지 구조체 및 그 위에 배치된 복수의 3D 인쇄 요소를 포함하는 3차원 제지 직물을 제공하며, 상기 요소는 제1 평면에 놓인 종이 접촉 표면, 제2 평면에 놓인 지지 구조체 접촉 표면, 제1 평면에 놓인 제1 구멍, 제2 평면에 놓인 제2 구멍, 및 제1 및 제2 구멍을 연결하는 연속 채널을 갖는다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 연속 제지 벨트 및 그 위에 배치된 복수의 3D 인쇄 요소를 포함하는 3차원 제지 직물을 제공하며, 상기 요소는 기계 접촉 표면 및 대향한 종이 접촉 표면 및 한 쌍의 대향된 측벽을 가지고, 기계 접촉 표면 및 종이 접촉 표면 각각은 연속 채널에 의해 결합된 구멍을 가지고 적어도 하나의 측벽은 연속 채널에 의해 기계 접촉 표면 상의 구멍에 연결된 구멍을 갖는다.

본 발명의 이들 및 다른 측면은 이하 도면을 참조하여 더욱 완전하게 기술될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제지 직물의 사시도를 도시하고;
도 2는 2-2 선을 따라서 본 도 1의 요소의 단면도를 도시하고;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제지 직물의 사시도를 도시하고;
도 4는 4-4 선을 따라서 본 도 3의 요소의 단면도를 도시하고;
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 티슈 웹들의 제조에 유용한 직물의 상면도를 도시하고;
도 6은 도 5의 6-6 선을 따라 절취한 직물의 단면도를 도시하고;
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 티슈 웹들의 제조에 유용한 연속 직물의 사시도를 도시하고;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 불연속 요소를 포함하는 벨트를 도시하고; 그리고
도 9는 도 8의 9-9 선을 따라 절취한 벨트의 단면도를 도시한다.

정의

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “티슈 제품”은 티슈 웹들로 이루어진 제품들을 지칭하며, 욕실 티슈, 세안 티슈, 종이 타월, 산업용 수건, 음식서비스용 수건, 냅킨, 의료용 패드, 및 기타 유사한 제품들을 포함한다. 티슈 제품들은 한 겹, 2겹, 3겹 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “티슈 웹” 및 “티슈 시트”는 티슈 제품을 형성하기에 적합한 섬유성 시트 물질을 지칭한다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “요소”는 지지 구조체의 평면으로부터 z-방향으로 연장되는 물질을 지칭한다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “선 요소”는 그것이 존재하는 지지 구조체에 대하여 연속적, 불연속적, 단속적 그리고/ 또는 부분적인 선일 수 있는 선 형상의 요소를 지칭한다. 선 요소는 직선형, 만곡형, 꼬임형, 컬링형, 곡선형, 사행형, 정현파형 및 이들의 혼합물과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “연속 선 요소”는 지지 구조체의 일 치수를 통하여 중단 없이 연장되는 지지 구조체 상에 배치된 선 요소를 지칭한다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “불연속 요소” 및 “돌출부”는 지지 구조체 상에 배치된 별개의 미연결 요소를 지칭한다. 일 실시예에서, 예를 들어 도트(dot) 및/또는 대시(dash)와 같은 복수의 불연속 요소가 배치되어서 장식 패턴을 형성할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “곡선형 장식 요소”는 실질적으로 시각적으로 연결된 직선 섹션, 곡선 섹션 또는 양자를 포함하는 임의의 선 또는 가시 패턴을 지칭한다. 곡선형 장식 요소는 시각적으로 실질적으로 연결된 파형 선으로 나타나서, 시그너처 또는 패턴을 형성할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, “장식 패턴”은 임의의 비무작위적 반복 디자인, 그림 또는 무늬를 지칭한다. 곡선형 장식 요소는 인식 가능한 형상을 형성할 필요는 없고, 곡선형 장식 요소의 반복 디자인이 장식 패턴을 구성하는 것으로 고려된다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “구멍(aperture)”은 본원에 개시된 바와 같은 3차원 요소 또는 돌출부의 일 표면 상에 배치된 개구를 지칭한다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “임의 형상 제작”(solid free form fabrication, SFF)은 일반적으로 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결, 잉크젯 인쇄, 적층 물체 제조, 융합 증착 모델링, 레이저 보조 용접 또는 클래딩, 및 형상 증착 모델링과 같은 잘 알려진 층 제작 공정 중 어느 하나를 사용한 물질의 3차원 인쇄를 지칭한다. SFF는 전형적으로 컴퓨터 보조 디자인(CAD) 기하학 파일로 3D 물체를 표현하고, 디자인 파일을 기계 제어 명령으로 변환하고, 명령을 사용하는 것을 포함하여 본질적으로 점별로 또는 층별로 부분들을 만들기 위한 부분 빌딩 도구를 구동 및 제어한다

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “3-D 인쇄” 는 일반적으로 융합 증착 모델링 공정(이하 FDM으로 약칭함)을 미국 특허 제5,121,329호에 기술한 대로 지칭하고, 이 문헌의 내용은 본 개시 내용과 일치하는 방식으로 본 명세서에서 참고로 포함되며, 일반적으로 가열된 노즐을 사용하여 나일론, ABS 플라스틱 (아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 및 왁스와 같은 물질을 용융 및 압출한다. 빌드 물질은 막대 또는 필라멘트의 형태로 노즐에 공급된다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “인쇄 헤드”는 압출 기반 3D 인쇄 공정에서 필라멘트의 운반, 용융 및 도포를 위한 전체 장치를 의미한다.

발명의 상세한 설명

본 발명자들은 이제 놀랍게도 임의 형상 제작이 종이 웹 및 보다 특히 티슈 웹의 제조에 유용한 신규한 제지 기계 클로딩(clothing)을 생산하는데 사용될 수도 있다는 것을 발견하였다. 특히, 본 발명자들은 시각적으로 식별 가능한 장식 요소뿐만 아니라 실질적으로 균일한 밀도를 갖는 티슈 제품을 제조하는데 차례로 사용될 수 있는, 연속 직포 제지 벨트와 같은, 지지 구조체 상에 3차원 요소를 제작하는데 임의 형상 제작이 사용될 수 있음을 발견하였다. 임의 형상 제작에 의한 3차원 요소의 제조는 지지 구조체 및 요소의 종이 접촉 표면 모두에 구멍을 형성하고 구멍을 연속 채널과 연결시킬 수 있는 이점을 제공한다. 요소의 두 표면을 결합하는 이러한 연속 채널은 생산 중에 젖은 종이 웹에서 물의 제거를 용이하게 한다. 또한, 요소 자체는 웹에 시각적으로 특징적인 3차원 패턴을 부여할 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 한 쌍의 요소(40a, 40b) 및 지지 구조체(30) (또한 본원에서 직물로 지칭됨)를 포함하는 무한 벨트(10)가 도시된다. 지지 구조체(30)는 2개의 주요 치수 - 제조 동안에 티슈 웹의 주행의 주요 방향에 평행한 벨트(10)의 평면 내의 방향인 기계 방향(“MD”) 및 기계 방향에 일반적으로 직교하는 교차 기계 방향(“CD”)- 을 갖는다. 지지 구조체(30)는 일반적으로 액체 및 공기에 대해 투과성이다. 하나의 특히 바람직한 실시예에서, 지지 구조체는 직포 직물이다. 지지 구조체는 실질적으로 평면일 수 있고 또는 리지(ridges)에 의해 한정된 3차원 표면을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 지지 구조체는 1x1 평직 패턴(plain weave pattern)으로 슈트 얀(shute yarn)들(34)과 섞여 짜인 기본 날실(warp yarn)들(32)을 갖는 다층 평직 직물(30)과 같은 실질적으로 평면형 직포 직물이다. 적합한 실질적으로 평면형 직포 직물의 일 실시예는 미국 특허 제8,141,595호에 개시되어 있고, 그 문헌의 내용이 본 개시와 일치하는 방식으로 본원에 포함된다. 특히 바람직한 실시예에서, 지지 구조체(30)는 실질적으로 평면형 직포 직물이고 여기에서 내하중(load-bearing) 슈트들(34) 및 내하중 날실(32) 모두의 최고점들이 평면과 동일 평면이고 그와 일치하도록 평직 내하중층이 구성된다.

지지 구조체(30)는 한 쌍의 대향된 주요 표면 - 웹 접촉 표면(64) 및 기계 접촉 표면(62)을 포함한다. 전형적인 제지 작동에 사용되는 기계는 당 업계에 잘 알려져 있고, 예를 들면 진공 픽업 슈, 롤러 및 건조 실린더를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 벨트는 티슈 제조 공정 중에 건조 실린더를 가로질러 초기 티슈 웹을 운반하는데 유용한 통기 건조 직물을 포함한다. 이런 실시예에서, 웹 접촉 표면(64)은 초기 티슈 웹을 지지하는 반면에, 대향 표면, 기계 접촉 표면(62)은 통기 건조기와 접촉한다.

도 1을 더 참조하면, 요소(40a, 40b)는 일반적으로 지지 구조체에 부착되고 지지 구조체(30)의 평면(50)으로부터 이격되게 z-방향으로 연장되어 웹 접촉 표면(64)의 일부를 형성한다. 일반적으로 요소(40a, 40b)는 하기에서 보다 상세히 기술될 임의 형상 제작을 사용하여 지지 구조체(30) 상에 배치되며, 일반적으로 지지 구조체(30)의 평면(50) 위에 놓이고 웹 접촉 표면(64)의 일부를 형성하는 상부 표면(48)을 따라 배치된 복수의 구멍(41a, 41b)을 포함한다.

요소(40a, 40b)에 추가로, 웹 접촉 표면(64)은 바람직하게는 복수의 지면(landing) 구역(60)을 포함한다. 지면 구역들(60)은 요소(40a, 40b)에 의해 일반적으로 접경되고 벨트(10)의 최상부 표면 평면(50)과 동일한 공간에 있다. 지면 구역들(60)은 일반적으로 액체에 대해 투과성이고 상이한 유체 압력의 적용에 의해, 증발 기구(evaporative mechanism)들에 의해, 또는 건조 공기가 제지 벨트(10) 상에 있으면서 초기 티슈 웹을 통과할 때 또는 진공이 벨트(10)를 통해 인가될 때 모두, 물이 셀룰로오스 섬유성 구조체로부터 제거될 수 있게 한다. 임의의 특별한 이론에 의해 구애받지 않으면서, 요소 및 지면 구역의 배열은 초기 웹의 모델링을 허용해서 섬유를 z-방향으로 편향시키고 결과적인 티슈 웹 상에 캘리퍼 및 미적 패턴을 발생시키는 것을 가능하게 하는 것으로 여겨진다.

이제 도 2로 돌아가, 요소(40)는 일반적으로 제1 평면에 놓이는 바닥 표면(44)을 갖는다. 바닥 표면은 일반적으로 지지 구조체와 요소 사이의 접촉을 형성한다. 바닥 표면(44)에 대향된 것은 제1 평면 위에서 제2 평면에 놓이는 최상부 표면(48)이다. 바닥(44) 및 최상부(48) 표면들은 한 쌍의 대향된 측벽(45, 47)에 의해 결합되어서 예시된 요소(40)가 높이(h) 및 폭(w)을 갖도록 유발한다. 따라서, 도시된 실시예에서, 요소(40)는 일반적으로 평면 측벽(45, 47), 및 폭(w)과 높이(h)가 동일한 정사각형 단면을 갖는다. 이런 실시예들에서, w 및 h는 약 0.6 내지 약 3.0mm일 수도 있고, 특히 바람직한 실시예에서 w 및 h는 약 0.7 내지 약 1.4mm, 보다 더 바람직하게는 약 0.8 내지 약 1.0mm일 수 있다. 도시된 요소는 정사각형 단면을 가지지만, 본 발명은 이하 더 상세히 기술되는 것처럼 이에 제한되지 않는다.

도 2에 도시된 바와 같은 정사각형 단면을 갖는 것 이외에, 요소 단면은 직사각형, 사다리꼴, 삼각형, 볼록형 또는 오목형일 수 있다. 예를 들어, 요소들은 그것이 바닥 표면으로부터 최상부 표면까지 연장될 때 서로를 향해 수렴하는 측벽에 의해 결합되는 평면인 바닥 및 최상부 표면을 일반적으로 포함할 수 있어서, 사다리꼴 단면을 갖는 요소를 유발한다. 또한, 요소(40)는 약 0.5 mm보다 큰, 예컨대 약 0.5 내지 약 3.5 mm, 보다 바람직하게는 약 0.7 내지 약 1.4 mm, 특히 바람직한 실시예에서 약 0.8 내지 약 1.0mm의 폭(w)을 가질 수 있다. 폭은 일반적으로 주어진 장소에서 벨트의 평면 내의 융기부의 주요 치수에 대해 수직으로 측정된다. 요소(40)가 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 경우, 폭(w)은 요소(40)를 형성하는 2개의 평면형 측벽들(45, 47) 사이의 거리로서 일반적으로 측정된다. 요소가 평면형 측벽들을 가지지 않는 경우, 폭은 요소가 캐리어와 접촉하는 지점에서 요소의 기저부를 따라 측정된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 요소(40)는 연속 채널(43)에 의해 결합된 한 쌍의 대향된 구멍(41, 42)을 포함할 수 있다. 제1 구멍(41)은 요소(40)의 최상부 표면(48) 상에 배치되고 제2 구멍(42)은 바닥 표면(44) 상에 배치된다. 구멍(41, 42)은 일반적으로 요소(40)를 통해 연장되는 연속 채널(43)에 의해 결합되어, 바닥(44)과 최상부 표면(48) 사이에 연속적인 통로를 생성한다. 바람직하게, 연속 채널(43)은 요소를 통한 공기 및/또는 물의 통과를 허용하도록 형성된다. 특정 실시예에서, 채널(43)은 본질적으로 원형, 타원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형인 수평방향 단면을 가질 수 있다. 상기 구멍은 서로에 대해 유사하거나 상이한 수평방향 단면 및 이들을 결합하는 채널을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 구멍(41, 42) 및 채널(43) 모두 직사각형 수평방향 단면을 갖는다.

구멍의 수평방향 단면 형상이 변할 수 있는 것처럼, 구멍의 체적은 벨트의 원하는 투과성에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 구멍은 요소 체적의 약 20% 이상의 체적, 예로 약 20 내지 약 90%, 보다 바람직하게는 약 50 내지 약 90%를 가질 수 있다. 채널의 길이는 한 쌍의 대향하는 구멍을 연결하는 다양한 경로를 취할 수 있기 때문에 변할 수 있지만, 그러나 바람직한 실시예에서 채널은 실질적으로 선형이고 요소의 높이와 본질적으로 동일한 길이를 갖는다.

구멍 및 채널이 실질적으로 직사각형 수평방향 단면을 갖는 것과 같이 크기 및 형상이 실질적으로 유사한 경우, 폭(w)은 약 0.1mm 이상, 예로 약 0.1 내지 약 3.0mm, 보다 바람직하게 약 0.1 내지 약 2.0mm일 수 있다. s로서 도 2에 도시된 채널 측벽은 일반적으로 사용시 변형에 저항할 만큼 충분히 두껍고, 예로 약 0.08 mm보다 크고, 예로 약 0.08 내지 약 0.5 mm, 보다 바람직하게는 약 0.10 내지 약 0.2 mm이다. 구멍뿐만 아니라 이들을 연결하는 채널의 크기는 원하는 웹 탈수 및 건조 특성뿐만 아니라 결과적인 웹의 미적 특질을 달성하기 위해 달라질 수 있다. 예를 들어, 구멍 치수 및 형상의 적절한 선택에 의해, 결과적인 티슈에서 구멍 패턴의 가시성 정도는 원하는 대로 희미하거나 뚜렷하게 될 수 있다.

이하 도 3을 참조하면, 다른 실시예에서, 요소(40a, 40b)는 요소 측벽(45, 47) 중 하나 또는 양자를 따라 배치된 하나 이상의 구멍(46)을 포함할 수 있다. 요소의 최상부 표면(48)을 따라 배치되고 전술된 구멍(41a, 41b)처럼, 측벽 구멍(46)은 도 3에 도시된 바와 같은 직사각형 단면을 포함하는 임의의 수의 상이한 단면 형상을 가질 수 있다. 측벽 구멍(46)은 일반적으로 요소(40)의 바닥 표면(44)에 배치된 구멍(42)에 연결된다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 연속 채널(43)은 측벽 구멍(46a)과 바닥 표면 구멍(42a)을 결합해서, 측벽(47)과 요소의 바닥(44) 사이에 연속 통로를 만든다. 이러한 방식으로, 웹이 제조 중 요소 둘레에서 성형될 때, 물은 측벽과 접촉하는 웹으로부터 요소를 통하여 통과하고 바닥을 빠져나갈 수 있다. 임의의 특별한 이론에 의해 구애받지 않으면서, 이러한 추가 수분 통로는 건조를 향상시키고 초기 웹의 성형을 개선하는 것으로 여겨진다.

임의의 수의 상이한 단면 형상을 취하는 것 이외에, 측벽 구멍은 다양한 패턴으로 요소 측벽을 따라 이격되고 배열될 수 있어서 건조 효율성을 개선하고 웹의 성형을 최대화한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 측벽 구멍은 지지 구조체의 웹-접촉 표면의 평면에 실질적으로 평행하게 배향된다. 또한, 측벽 구멍은 요소의 임의의 높이를 따라 위치될 수 있고, 하지만, 특정 실시예에서 티슈 웹의 성형을 개선하기 위해서, 구멍은 요소의 하부 3분의 1을 따라, 보다 바람직하게는 요소가 지지 구조체와 접촉하는 지점에 인접하여 배치된다.

이하 도 5로 돌아가, 무한 벨트(10)는 실질적으로 MD 방향으로 배향되고 지지 구조체(30)의 CD 방향을 가로질러 서로 이격된 복수의 요소(40a-40d)를 포함할 수 있다. 요소(40a-40d)는 연속적인 선 요소, 보다 구체적으로 정현파 또는 파 형상을 갖는 연속 선 요소로 도시되어 있지만, 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 요소(40a-40d)는 일반적으로 지지 구조체(30)의 평면(50)으로부터 이격되게 z-방향으로 연장되어서 웹 접촉 표면(64)의 일부를 형성한다. 요소(40a-40d)는 웹 접촉 표면(64)의 일부를 형성하는 최상부 표면(48)을 따라 복수의 구멍(41)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 구멍(41)은 바람직하게 연속 채널을 통해 요소의 바닥 표면 상의 구멍과 연통한다. 이러한 방식으로, 벨트(10)가 제조 중 웹을 지지하고 있을 때 웹은 최상부 표면(48)과 접촉하게 되고 물은 구멍(41)을 통과하여 요소를 통해 바닥 표면(도 5에 도시되지 않음)으로 이송되어서 웹의 탈수를 용이하게 할 수 있다.

요소의 간격 및 배열은 원하는 티슈 제품의 특성 및 외관에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 요소(40a-40d)는 벨트(10)의 일 치수를 통하여 연속적으로 연장되고 각 요소는 인접한 요소로부터 이격되어 있다. 따라서, 상기 요소들은 벨트의 전체 교차 기계 방향을 가로질러 이격되거나, 기계 방향으로 벨트를 무한하게 둘러싸거나, 기계 및 교차 기계 방향에 대해 비스듬히 움직일 수 있다. 물론, 위에서 기술된 요소 정렬의 방향(기계 방향, 교차 기계 방향 또는 대각선)은 요소의 주요 정렬을 나타낸다. 각 정렬 내에서, 요소는 다른 방향으로 정렬된 세그먼트를 가질 수 있지만, 전체 요소의 특정 정렬을 생성하기 위해 집합한다.

이격된 요소(40a-40d)는 그 사이에 지면 구역(60)을 형성하고, 지면 구역은 요소와 함께 일반적으로 벨트(10)의 웹 접촉 표면(64)을 구성한다. 사용시, 초기 티슈 웹이 형성될 때, 섬유는 연속 요소에 의해 z-방향으로 편향되지만, 그러나, 요소의 간격은 웹이 비교적 균일 한 밀도를 유지하도록 되어있다. 이러한 배열은 개선된 웹 확장성, 증가된 시트 벌크, 보다 우수한 부드러움 및 보다 만족스러운 질감의 이점을 제공한다. 이러한 특성은 웹 접촉 표면을 구성하는 요소의 퍼센트를 바꾸어줌으로써 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 간격 및 배열은, 요소가 웹 접촉 표면의 약 15 % 초과, 예를 들어 약 15 내지 약 35%, 보다 바람직하게는 약 18 내지 약 30% 더욱더 바람직하게는 웹-접촉 표면의 약 20 내지 약 25%를 구성하도록 조절될 수 있다.

캘리퍼, 밀도 및 교차 기계 방향 신축성 및 인성과 같은, 제조된 웹의 물성을 변경하는 부가적 수단은 요소의 형상 및 특히 선 요소의 형상뿐만 아니라 서로에 대한 선 요소의 간격 및 배열을 변경하는 것이다. 예를 들어, 선 요소는, 선 요소가 서로 동상(in-phase)으로 배치되어서 P(하나의 요소의 중심으로부터 인접한 요소의 중심까지 측정된 인접한 요소들 사이의 거리)가 대략 일정한, 파 형상 패턴을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 요소들은 인접하는 요소들이 서로로부터 오프셋되는 파 패턴을 형성할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 선 요소는 선형일 수 있다. 다른 실시예들에서, 요소들은 선형일 수 있고, 선 요소들이 서로 멀어지게 분기할 때 최대 간격과 선 요소들이 서로를 향하여 수렴할 때 최소 간격 사이에서 교대하는 인접한 선형 요소들을 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 특정 요소 패턴에 상관없이, 또는 인접하는 패턴들이 서로 동상 또는 이상(out-phase)인지의 여부에 상관없이, 상기 요소들은 약간의 최소 거리만큼 서로로부터 분리된다.

도 5에 도시된 것과 같은, 바람직한 일 실시예에서, 요소(40a-40d)는 정현파 형상을 갖는 연속적인 선 요소이고, 서로 실질적으로 평행하게 배열되어서 요소 중 어느 것도 서로 교차하지 않는다. 이와 같이, 도시된 실시예에서, 개개의 요소들의 인접하는 측벽들은 서로로부터 동일하게 이격되어 있다. 이러한 실시예에서, 디자인 요소(또한 본원에서 피치 또는 간단히 p라고 함)의 중심 대 중심 간격은 약 1.0mm보다 클 수 있고, 예로 약 1.0 내지 약 20 mm 떨어져 있고, 보다 바람직하게는 약 2.0 내지 약 10mm 떨어져 있을 수 있다. 하나의 특히 바람직한 실시예에서, 연속 요소는 약 3.8 내지 약 4.4mm로 서로 이격되어 있다. 임의의 특별한 이론에 의해 구애받지 않으면서, 정현파 요소의 이러한 간격 및 배열은, 신축성과 같은, 개선된 캘리퍼 및 교차 기계 방향 인장 특성을 유발하는 것으로 여겨진다. 또한, 이 배열은 3차원 표면 지형, 또한 비교적 균일한 밀도를 갖는 티슈 웹을 제공한다.

요소들이 도 5에 도시된 것과 같은 파 형상을 가지는 경우, 요소들(40a 40d)은 진폭(A) 및 파장(L)을 갖는다. 진폭은 약 2.0 내지 약 200mm, 특히 바람직한 실시예에서는 약 10 내지 약 40mm 및 보다 더 바람직하게는 약 18 내지 약 22mm의 범위일 수 있다. 마찬가지로, 파장은 약 20 내지 약 500mm, 특히 바람직한 실시예에서는 약 50 내지 약 200mm 및 보다 더 바람직하게는 약 80 내지 약 120mm 의 범위일 수 있다.

도 6으로 돌아가면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제지 직물의 단면도를 도시한다. 직물은 일반적으로 웹 접촉 표면(64) 및 기계 접촉 표면(62)을 포함한다. 웹 접촉 표면(64)은 벨트의 최상부 표면 평면(50)으로부터 z-방향으로 연장되는 요소(40a, 40b, 40c)에 의해 일반적으로 접경되는 지면 구역(60)을 포함한다. 요소(40a, 40b, 40c)는 요소의 최상부와 바닥 사이에 연속 통로를 형성하는 바닥 표면 구멍(42)으로 연장되는 연속 채널(43)을 갖는 구멍(41)을 포함한다. 요소(40)는 일반적으로 벨트의 최상부 평면(50)과 요소의 최상부 평면(52) 사이에서 측정된 높이(h)와 요소 측벽들 사이에서 측정된 폭(w)을 갖는다. 또한, 요소들은 인접한 요소들의 중간 점들 사이에서 측정된 거리(p)만큼 서로 이격되어 있다.

도 7에 도시된 것과 같은 특히 바람직한 실시예에서, 요소(40a-40d)는 연속적인 선 요소이고 실질적으로 벨트(10)의 일 치수를 통하여 연장되고, 복수개에서 각 선 요소는 인접한 요소로부터 이격되어 있다. 이런 식으로, 요소들은 벨트의 전체 교차 기계 방향에 걸칠 수 있거나 또는 기계 방향으로 벨트를 무한하게 둘러쌀 수 있다. 연속 요소들은 일반적으로 실질적으로 벨트의 일 치수를 통하여 연장되기 때문에, 상기 요소들은 복수의 불연속 요소들로 형성된 패턴과 구별될 수 있고, 이것은 본 발명의 다른 실시예이고 이하에서 더 상세히 기술될 것이다. 따라서, 특정 실시예에서, 지면 구역은 실질적으로 기계 방향 배향으로 연장하는 제1 및 제2 연속 선 요소에 대해 시각적으로 구별되는 차단을 제공한다.

이제 본 발명의 다른 실시예로 돌아가면, 요소들이 전술한 바와 같이 연속적이라기보다는 불연속적이다. 명료성을 위해, 불연속 요소는 본원에서 돌출부로 지칭될 것이다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 돌출부는 도 8 및 도 9에 도시된다. 일반적으로, 돌출부(80a-80c)는 불연속적이고 서로 이격되어 있다. 각각의 돌출부(80a-80c)는 지지 구조체(90)에 결합되고 그것의 웹 수축 평면(92)으로부터 외측으로 연장된다. 돌출부(80a-80c)는 지지 구조체(90)의 평면(92) 위의 제2 평면(96)에 놓이는 상부 표면(82)에서 끝난다. 2개의 평면들(92, 96) 사이 차이는 일반적으로 돌출부의 높이(h)를 나타낸다. 이러한 방식으로, 웹 접촉 표면(98)은 웹 대면 표면(91) 및 돌출부(80a-80c)의 상부 표면(82)을 포함하고 2개의 상이한 융기부에 놓여있는 2개의 주요 평면(92, 96)을 갖는다.

도 9에 도시된 돌출부(80a-80c)는 일반적으로 (지지 구조체(90)의 평면(92)에 대한) 정사각형 수평방향 및 측방향 단면 형상을 갖지만, 그러나 형상은 이에 제한되지 않는다. 돌출부(80a-80c)는 임의의 수의 상이한 수평방향 및 측방향 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수평방향 단면은 직사각형, 원형, 타원형, 다각형 또는 육각형 형상을 가질 수 있다. 또한, 단일 벨트는 동일하거나 상이한 단면 형상을 갖는 돌출부를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 돌출부는 일반적으로 지지 구조체의 평면에 수직인 측벽을 갖는 실질적으로 정사각형 형상이다. 대안적으로, 돌출부는 말단부보다 넓은 기저부를 갖는 돌출부를 생성하도록 수렴하는 측면에 의해 형성된 테이퍼형 측방향 단면을 가질 수 있다.

특정 실시예들에서, 개개의 돌출부는 장식 패턴을 생성하도록 배열될 수 있다. 도 8에 도시 된 것과 같은 하나의 특정한 실시예에서, 돌출부(80a-80c)는 파 형상의 장식 패턴(98)을 생성하도록 비무작위적 패턴으로 이격되어 배열된다. 벨트(100)는 실질적으로 기계 방향으로 배향되고 서로 이격된 복수의 장식 패턴(98a, 98b)을 포함한다. 장식 패턴(98a, 98b)의 간격 및 배열의 결과로서, 지면 구역(102)은 인접한 패턴들(98a, 98b) 사이에 생성된다. 지면 구역(102)은 개개의 이격된 돌출부(80a-80c)에 의해 형성된 장식 패턴(98)에 시각적으로 구별되는 차단을 제공한다. 이러한 방식으로, 불연속 요소임에도 불구하고, 돌출부(80a-80c)는 이격될 수 있어서 실질적으로 기계 방향으로 연장되는 시각적으로 구별되는 곡선형 장식 패턴을 형성한다. 따라서, 특정 실시예에서, 전체적으로 볼 때, 불연속 요소는 파 형상의 장식 패턴을 형성한다. 파 형상의 장식 패턴은 파 형상의 패턴을 형성하는 선 요소에 대해 전술한 것과 유사한 치수, 예로 약 10 내지 약 40mm의 진폭 및 약 50 내지 약 200mm의 파장을 가질 수 있다. 또한, 개개의 파 형상의 패턴은 약 1.0 내지 약 20mm 이격되고 보다 바람직하게는 약 2.0 내지 약 10mm 이격되게 서로 이격될 수 있다.

다른 실시예들에서, 돌출부는 이격되어 배열되어서 꽃, 하트, 강아지, 로고, 상표, 단어(들) 등과 같은 장식적인 그림, 아이콘 또는 형상을 형성할 수 있다. 일반적으로, 디자인 요소들은 지지 구조체에 대해 이격되고 동일하게 이격되거나 변화될 수 있어서 밀도 및 이격 거리가 디자인 요소들 사이에서 변할 수 있다. 예를 들어, 디자인 요소의 밀도는 웹 상에 비교적 많거나 비교적 적은 수의 디자인 요소를 제공하도록 변화될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 디자인 요소에 의해 커버되는 배경 표면의 퍼센트로서 측정된 디자인 요소 밀도는 약 10 내지 약 35%이고 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 30%이다. 유사하게, 디자인 요소의 간격은 또한 변화될 수 있고, 예를 들어, 디자인 요소는 이격된 열로 배열될 수 있다. 또한, 이격된 열들 사이 및/또는 단일 열 내의 디자인 요소들 사이의 거리도 또한 변화될 수 있다.

돌출부들은 이격되고 배열되어 장식 패턴을 형성할 수 있지만, 인접한 돌출부들은 일반적으로 서로 이격되어서 그 사이에 공간을 생성한다. 서로에 대한 개개의 돌출부의 배열 및 간격에 따라, 돌출부간 공간은 공기 및 액체를 투과할 수 있는 공극으로서 발생하거나 발생하지 않을 수 있다. 특정 실시예들에서, 공간은 지지 구조체를 형성하는데 사용된 얀이 완전히 없을 수도 있고, 얀에 의해 부분적으로 잘 안 보일 수도 있고 또는 얀에 의해 완전히 안 보일 수도 있다. 따라서, 공간은 다양한 정도의 공기 및 액체 투과성을 가질 수 있다. 벨트가 건조 중 초기 티슈 웹을 지지하는데 사용된 통기 건조 직물인 특정 실시예들에서, 얀과 돌출부가 완전히 또는 실질적으로 없는 높은 퍼센트의 공간을 제공해서 직물 및 추후에 초기 웹을 통한 공기의 통과를 용이하게 하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 돌출부 및 얀이 완전히 없는 구역의 존재는 건조 효율을 개선할 수 있다. 공간은 인접한 돌출부들 사이 공간에 의해 한정되므로, 공간은 일반적으로 약 0.1 내지 약 1mm, 예로 약 0.2 내지 약 0.6mm, 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.5mm의 폭으로 변화할 수 있다.

돌출부의 크기 및 인접한 돌출부 사이의 간격은 주어진 디자인 또는 전체 벨트를 통하여 동일할 수도 있고 또는 그것은 디자인 또는 전체 벨트를 통하여 변화될 수 있다. 예를 들어, 디자인은 2개, 3개, 4개 또는 5개의 상이한 크기를 갖는 돌출부들에 의해 형성될 수 있고, 여기에서 돌출부들 사이 공간은 인접한 돌출부들의 상대적 크기에 따라 변한다. 따라서, 특정 실시예들에서, 돌출부의 표면적과 공간의 폭의 비는 약 5:1 내지 약 1:2, 예로 약 4:1 내지 약 1:1의 범위일 수 있다.

도 9를 참조하면, 돌출부들(80a-80c)이 서로 이격될 때, 돌출부들은 그 사이에 지면 구역(102)을 한정한다. 지면 구역(102)은 일반적으로 돌출부(80a-80c)에 의해 접경되고 지지 구조체(90)의 최상부 표면 평면(92)과 동일한 공간에 있다. 지면 구역들(102)은 일반적으로 액체에 대해 투과성이고 상이한 유체 압력의 적용에 의해, 증발 기구(evaporative mechanism)들에 의해, 또는 건조 공기가 제지 벨트(100) 상에 있으면서 초기 티슈 웹을 통과할 때 또는 진공이 벨트(100)를 통해 인가될 때 모두, 물이 셀룰로오스 섬유성 구조체로부터 제거될 수 있게 한다.

선 요소 및 불연속적 돌출부를 포함하는 본 발명의 요소는 일반적으로 임의의 적합한 방식으로 지지 구조체 상에 고분자 물질을 증착함으로써 형성된다. 따라서 특정 실시예들에서 요소들은, 예로 미국 특허 제5,939,008호에 개시된 바와 같이, 압출함으로써 형성되고, 그 문헌의 내용은 본 개시와 일치하는 방식으로 참조로 본원에 포함되고, 또는 예로 미국 특허 제5,204,055호에 개시된 바와 같이 고분자 물질을 지지 구조체로 인쇄함으로써 형성되고, 그 문헌의 내용은 본 개시와 일치하는 방식으로 참조로 본원에 포함된다. 다른 실시예들에서, 디자인 요소는 2개 이상의 고분자 물질을 압출 또는 인쇄함으로써, 적어도 일부 영역에서 생성될 수 있다.

일 실시예에서, 요소들은 SFF 또는 층 제작(LM) 기술, 예로 3D 인쇄 기술을 사용해 형성되고 이 기술은 미국 특허 제5,204,055호에 기술되어 있다. 일반적으로, 각 층이 이전 층의 상부에 인쇄되어 형성되는 일련의 물질 층들로부터 요소를 형성하는데 3D 인쇄 기술이 사용될 수 있다.

요소의 3 차원 인쇄는 일반적으로 당 업계에 공지된 적절한 컴퓨터 모델링 프로그램을 사용하여 3 차원으로 요소의 컴퓨터 모델을 생성하는 것으로 시작한다. 요소의 컴퓨터 모델은 일련의 수평방향 디지털 조각으로 완전히 구분되어 각 층에 대한 일련의 조각 패턴을 정의한다.

일 실시예에서, 요소들은 벨트의 폭의 적어도 일부에 걸쳐 있는 하나 이상의 인쇄 헤드를 사용하여 형성될 수 있다. 인쇄 헤드는 움직일 수 있어서 물질을 고정된 벨트에 인쇄하거나, 벨트가 움직일 수 있고 인쇄 헤드가 고정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이동하는 물체가 평탄한 평면에서 실질적으로 일정한 속도로 움직이는 것이 일반적으로 바람직하다. 하나의 특히 바람직한 실시예에서, 복수의 인쇄 헤드는 인쇄 중 평탄한 평면에서 이동하는 벨트의 폭을 가로질러, 벨트의 주행 방향에 수직으로 연장되고, 바람직하게는 벨트를 따라 실질적으로 일정하게 분리되어 이격된다. 그러나, 인쇄 헤드를 일정하게 분리하는 것은 중요하지 않습니다.

인쇄 헤드는 한 층의 물체를 이전에 인쇄된 층에 인쇄한다. 따라서, 제1 인쇄 헤드는 제1 층을 인쇄하고, 제2 인쇄 헤드는 제2 층을 제1 층에 인쇄하고, 제 N 인쇄 헤드는 제 N 층을 제 n-1 층에 인쇄한다.

층들은 일정한 두께를 가지고 인쇄 헤드는 제어되어서 평면도에서 층들이 서로 위에 인쇄된다. 각각의 인쇄 헤드로부터 그것이 인쇄하는 표면까지 거리는 또한 바람직하게 모든 인쇄 헤드들에 대해 동일하다. 따라서, 제1 인쇄 헤드로부터 기판까지의 거리는 바람직하게 제7 인쇄 헤드로부터 제6 층까지의 거리와 동일하다. 이것은 복셀(voxel) 높이에 의해 각 층에 대해 인쇄 헤드(들)를 순차적으로 상승시킴으로써 달성될 수 있다. 이 상황에서, 정확히 동시에 상이한 층들에 대해 인쇄 헤드에 의해 분출된 액적은 동시에 그것의 목적지에 도착할 것이다.

특정 실시예에서, 요소들은 구멍을 가지고 형성될 수 있다. 구멍은 일반적으로 유체 통로로서 또는 다른 목적을 위해 기능하고 최종 제품에서 인쇄되거나 삽입된 물질의 '빈 상태'로 남아있다. 상기 구멍은 형상이 변할 수 있고, 정사각형, 직사각형, 타원과 원, 및 홀수의 변을 갖는 다각형을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 구멍은 동일하거나 상이한 형상일 수 있고 동일하거나 상이한 크기일 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 구멍은 요소의 적어도 2개의 상이한 표면에 배치되고, 구멍은 연속 채널에 의해 서로 연결된다. 연속 채널은 한 쌍의 구멍을 서로 연통되게 배치하고 요소를 통과하는 통로를 생성한다.

인쇄 시스템은 벨트가 인쇄될 때 벨트를 이동시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 바람직하게, 벨트는 평탄한 평면에서 실질적으로 일정한 속도로 이동된다. 벨트는 직접 구동될 수도 있고 또는 컨베이어 시스템 상에 위치될 수도 있다.

인쇄 헤드에 의해 인쇄되는 물질은 광경화성 수지 및 즉시 중합(self-curing) 수지를 포함할 수 있다. 광경화성 수지는 UV 경화, 가시광 경화, 전자 빔 경화, 감마 방사선 경화, 고주파 경화, 마이크로파 경화, 적외선 경화 또는 수지를 경화하도록 방사선을 적용하는 것을 포함하는 다른 공지된 경화 방법에 의해 경화 가능한 수지를 포함할 수 있다. 적합한 수지는 또한 에폭시 수지의 경화, 폴리우레탄 혼합물과 같은 자동 경화 고분자의 압출, 열 경화, 적용된 핫멜트 또는 용융된 열가소성 수지의 응고에서처럼 방사선을 추가할 필요 없이 화학 반응을 통해 경화될 수 있는 것을 포함할 수 있다.

특정 실시예들에서, 고분자 물질은 PET (폴리에스테르), PPS (폴리페닐렌 설파이드), PCTA(폴리 1,4 시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 또는 PEEK (폴리에테르에테르케톤)를 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 일반적으로, 이러한 물질은 공기 및 수증기의 존재 하에 최고 500℉의 연속 서비스를 견딜 수 있다.

다른 실시예들에서, 고분자 물질은 예를 들어 약 0.5 내지 10중량%의 실리콘 및 폴리에테르설폰, 폴리에테르이미드, 폴리페닐설폰, 폴리페닐렌, 폴리카보네이트, 내충격성 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리스티렌, 아크릴, 비정질 폴리아미드, 폴리에스테르, 나일론, PEEK, PEAK 및 ABS로 구성된 그룹에서 선택된 베이스 고분자를 포함하는 열가소성 수지와 같은 열가소성 수지를 포함한다.

또 다른 실시예들에서, 물질은 120℃에서 ASTM D790-10에 따라 측정된 70,000 센티푸아즈(cP) 초과, 바람직하게는 약 100,000 내지 약 150,000cP 범위의 점도를 갖는 고분자 물질을 포함할 수 있다. 특정한 바람직한 실시예들에서, 고분자 물질은 폴리우레탄, 실리콘 또는 폴리우레아 중 적어도 하나를 포함하고 약 120,000 내지 약 140,000cP의 점도를 갖는다.

하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 벨트는 가열되고, 유동 가능한 모델링 물질을 노즐로부터 지지 구조체 상으로 압출하는 압출 헤드를 포함하는 LM 방법에 의해 제조된다. 압출 헤드 및 지지 구조체가 x-y-z 갠트리 시스템에 의해 3차원으로 서로에 대해 이동함에 따라, 압출된 물질은 CAD 모델로부터 정의된 구역에 층별로 증착된다. 물질은 3차원 요소를 형성하기 위해서 증착된 후 응고된다. 물질은 냉각에 의한 증착 후에 응고되는 열가소성 물질일 수 있다.

전술한 바와 같은 3차원 요소를 제조하기에 적합한 압출 헤드 및 시스템은 Stratasys FDM® 모델링 기계로부터 상업적으로 입수 가능하다. 액화기 및 분배 노즐을 포함하는 압출 헤드는 고체 형태의 모델링 물질을 수용한다. 필라멘트는 액화기 내부에서 유동 가능 온도로 가열되고 그것은 그 후 노즐을 통해 분배된다. 열가소성 물질, 특히 ABS 열가소성 수지는 Stratasys FDM® 모델링 기계에서 증착 모델링에 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 컨트롤러는 수평방향 x, y 평면에서 압출 헤드의 이동을 제어하고, 수직 z 방향에서 빌드 플랫폼의 이동을 제어하고, 헤드로 모델링 물질의 공급을 제어한다. 이러한 가공 변수를 제어함으로써 모델링 물질은 CAD 모델과 유사한 3차원 물체를 생성하기 위해 CAD 모델에서 정의된 구역에서 층별로 "비드(beads)" 또는 "로드(roads)"로 원하는 유량으로 증착된다. 모델링 물질은 열적으로 응고되고 최종 모델은 기판에서 제거된다.

지금 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 제1 실시예에서, 본 발명은 지지 구조체 및 지지 구조체에 부착되고 그로부터 z 방향으로 연장되는 3차원 요소를 포함하는 제지 벨트를 제공하고, 지지 구조체 및 3차원 요소는 상이한 재료로 구성되고, 여기에서 3차원 요소는 임의 형상 제작 또는 층 제작에 의해 형성되는 것을 이해할 것이다.

제2 실시예에서, 본 발명은 제1 실시예의 제지 벨트를 제공하고, 여기에서 요소는 인쇄 헤드로부터 직조된 지지 구조체 상으로 유동성 고분자 물질로 층별로 단계적으로 형성된다.

제3 실시예에서, 본 발명은 제1 또는 제2 실시예의 제 지 벨트를 제공하고, 여기에서 3차원 요소는 최상부면 및 대향하는 바닥 표면을 갖는 선 요소이고, 제1 및 제2 구멍은 최상부 및 바닥 표면에 배치되고 연속 채널은 제1 및 제2 구멍을 연결한다.

제4 실시예에서, 본 발명은 제1 내지 제3 실시예의 제지 벨트를 제공하고 여기에서 3차원 요소는 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는 선 요소이다.

제5 실시예에서, 본 발명은 제1 내지 제4 실시예의 제지 벨트를 제공하고 여기에서 3차원 요소는 측벽, 바닥 표면, 측벽과 바닥 표면 상에 배치된 제1 및 제2 구멍 및 제1 및 제2 구멍을 연결하는 연속 채널을 갖는 선 요소이다.

제6 실시예에서, 본 발명은 제1 내지 제5 실시예의 제지 벨트를 제공하고 여기에서 벨트는 서로 평행하고 이격된 복수의 실질적으로 기계 방향 배향된 연속 3차원 선 요소를 포함한다.

제7 실시예에서, 본 발명은 제6 실시예의 제지 벨트를 제공하고 여기에서 복수의 실질적으로 기계 방향 배향된 연속적인 3차원 선 요소는 약 50 내지 약 200mm의 파장 및 약 10 내지 약 40mm의 진폭을 가지며 약 2.0 내지 약 10mm 이격된 간격(P)을 갖는 정현파 형상을 갖는다.

제8 실시예에서, 본 발명은 기계 및 교차 기계 방향 및 기계 접촉 표면 및 대향된 상부 표면을 갖는 지지 구조체; 및 상기 지지 구조체의 상부 표면에 배치된 복수의 부가적으로 제조된 선 요소를 포함하는 무한 제지 벨트를 제공하고, 상기 선 요소는 최상부 표면, 바닥 표면, 한 쌍의 대향된 측벽, 상기 최상부 표면에 배치 된 제1 구멍과 상기 바닥 표면에 배치된 제2 구멍 및 제1 및 제2 구멍을 연결하는 연속 채널을 갖는다.

제9 실시예에서, 본 발명은 제8 실시예의 무한 제지 벨트를 제공하고 여기에서 선 요소는 연속적이고 지지 구조체의 기계 방향으로 배향되고 서로로부터 동일하게 이격되어 있다.

제10 실시예에서, 본 발명은 제8 또는 제9 실시예의 무한 제지 벨트를 제공하고 여기에서 선 요소는 직사각형 단면을 갖는다.

제11 실시예에서, 본 발명은 제8 내지 제10 실시예의 무한 제지 벨트를 제공하고 여기에서 선 요소는 0.5 내지 약 3.5mm의 높이 및 약 0.5 내지 약 3.5mm의 폭을 갖는다.

제12 실시예에서, 본 발명은 제8 내지 제11 실시예의 무한 제지 벨트를 제공하고 여기에서 지지 구조체의 선 요소 및 상부 표면은 웹 접촉 표면을 포함하고 여기에서 선 요소는 웹 접촉 표면의 표면적의 약 15 내지 약 35 %을 포함한다.

제13 실시예에서, 본 발명은 제8 내지 제12 실시예의 무한 제지 벨트를 제공하고 여기에서 선 요소는 최상부 표면 및 바닥 표면에 배치된 복수의 대향된 구멍을 포함하고, 대향된 구멍은 연속 채널에 의해 서로 연결되고, 여기에서 구멍은 요소의 전체 최상부 표면적의 약 20 내지 약 90%를 포함한다.

제14 실시예에서, 본 발명은 제8 내지 제13 실시예의 무한 제지 벨트를 제공하고 여기에서 구멍은 약 0.05 내지 약 0.5mm²의 단면적을 갖는다.

제15 실시예에서, 본 발명은 제8 내지 제14 실시예의 무한 제지 벨트를 제공하고 상기 벨트는 적어도 하나의 측벽에 배치된 구멍을 더 포함하고, 상기 구멍은 연속 채널에 의해 바닥 표면에 배치된 구멍에 연결된다.

Claims (24)

1. 무한 제지 벨트로,
   a. 기계 및 교차 기계 방향 및 기계 접촉 표면 및 대향된 상부 표면을 갖는 지지 구조체; 및
   b. 상기 지지 구조체의 상부 표면에 배치된 복수의 부가적으로 제조된 선 요소를 포함하되, 상기 선 요소는 최상부 표면, 바닥 표면, 한 쌍의 대향된 측벽, 상기 최상부 표면에 배치된 제1 구멍과 상기 바닥 표면에 배치된 제2 구멍, 및 상기 제1 및 제2 구멍을 연결하는 연속 채널을 갖는, 무한 제지 벨트.
2. 제1항에 있어서, 상기 선 요소는 연속적이고 상기 지지 구조체의 기계 방향으로 배향되고 서로로부터 동일하게 이격되어 있는, 무한 제지 벨트.
3. 제1항에 있어서, 상기 선 요소는 직사각형 단면을 갖는, 무한 제지 벨트.
4. 제3항에 있어서, 상기 선 요소는 0.5 내지 3.5mm의 높이 및 0.5 내지 3.5mm의 폭을 갖는, 무한 제지 벨트.
5. 제1항에 있어서, 상기 선 요소 및 상기 지지 구조체의 상부 표면은 웹 접촉 표면을 포함하고 여기서 상기 선 요소는 상기 웹 접촉 표면의 표면적의 15 내지 35 %을 포함하는, 무한 제지 벨트.
6. 제1항에 있어서, 상기 선 요소는 상기 최상부 표면 및 바닥 표면에 배치된 복수의 대향된 구멍을 포함하되, 상기 대향된 구멍은 연속 채널에 의해 서로 연결되고, 여기서 상기 구멍은 상기 요소의 전체 최상부 표면적의 20 내지 90%를 포함하는, 무한 제지 벨트.
7. 제1항에 있어서, 각 구멍은 0.05 내지 0.5mm²의 단면적을 갖는, 무한 제지 벨트.
8. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 측벽에 배치된 구멍을 더 포함하되, 상기 구멍은 연속 채널에 의해 상기 바닥 표면에 배치된 구멍에 연결된, 무한 제지 벨트.
9. 지지 구조체 및 상기 지지 구조체에 부착되고 그로부터 z 방향으로 연장되는 3차원 요소를 포함하는 제지 벨트로, 상기 요소는 적어도 하나의 구멍을 가지고, 상기 지지 구조체 및 상기 3차원 요소는 상이한 재료로 구성되고, 여기서 상기 3차원 요소는 임의 형상 제작 또는 층 제작에 의해 형성되는 것인, 무한 제지 벨트.
10. 제9항에 있어서, 서로 이격되어서 장식 패턴을 형성하도록 배열된 복수의 불연속 요소를 포함하는, 무한 제지 벨트.
11. 제10항에 있어서, 상기 불연속 요소는 직사각형 단면, 0.5 내지 3.5mm의 높이 및 0.5 내지 3.5mm의 폭을 가지고, 서로 적어도 1.0mm 이격되어 있는, 무한 제지 벨트.
12. 제9항에 있어서, 상기 지지 구조체는 기계 및 교차 기계 방향을 가지고 상기 요소는 연속 선 요소이고 상기 지지 구조체의 기계 방향으로 배향되고 서로로부터 동일하게 이격되어 있는, 무한 제지 벨트.
13. 제12항에 있어서, 상기 선 요소는 직사각형 단면을 갖는, 무한 제지 벨트.
14. 제12항에 있어서, 상기 선 요소는 0.5 내지 3.5mm의 높이 및 0.5 내지 3.5mm의 폭을 갖는, 무한 제지 벨트.
15. 제12항에 있어서, 상기 선 요소 및 상기 지지 구조체의 상부 표면은 웹 접촉 표면을 포함하고 여기서 상기 선 요소는 상기 웹 접촉 표면의 표면적의 15 내지 35 %을 포함하는, 무한 제지 벨트.
16. 제12항에 있어서, 상기 선 요소는 최상부 표면 및 바닥 표면에 배치된 복수의 대향된 구멍을 포함하되, 상기 대향된 구멍은 연속 채널에 의해 서로 연결되고, 여기서 상기 구멍은 상기 요소의 전체 최상부 표면적의 20 내지 90%를 포함하는, 무한 제지 벨트.
17. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구멍은 0.05 내지 0.5mm²의 단면적을 갖는, 무한 제지 벨트.
18. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 측벽에 배치된 구멍을 더 포함하되, 상기 구멍은 연속 채널에 의해 바닥 표면에 배치된 구멍에 연결된, 무한 제지 벨트.
19. 무한 제지 벨트 상에 3차원 요소를 만들기 위한 부가 방법으로,
    a. 무한 제지 벨트를 제공하는 단계;
    b. PET(폴리 에스테르), PPS(폴리 페닐렌 설파이드), PCTA(폴리 1,4 시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 및 PEEK(폴리에테르에테르케톤)로 구성된 그룹에서 선택된 유동성 물질을, 단독으로 또는 조합하여 상기 무한 제지 벨트 상에 분배하기 위해 x-y-z 방향으로 이동가능한 갠트리에 결합된 압출 헤드를 제공하는 단계;
    c. x 및 y 방향으로 상기 압출 헤드 또는 상기 무한 제지 벨트를 이송하면서 상기 압출 헤드로부터 상기 무한 제지 벨트 상에 상기 유동성 물질을 배출해서 3차원 요소의 단면 형상을 형성하는 단계;
    d. 상기 압출 헤드를 z 방향으로 동시에 이송해서 3차원 요소를 융기부로 형성하는 단계; 및
    e. 단계 (c) 및 (d)를 반복하여 상기 3차원 요소를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 형성된 3차원 요소는 최상부 표면, 바닥 표면, 한 쌍의 대향된 측벽, 상기 최상부 표면에 배치된 제1 구멍과 상기 바닥 표면에 배치된 제2 구멍, 및 상기 제1 및 제2 구멍을 연결하는 연속 채널을 갖는, 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 유동성 물질은 70,000 내지 100,000cP 범위의 점도를 갖는, 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 유동성 물질은 100,000 내지 150,000cP 범위의 점도를 갖는, 방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 압출 헤드는 복수의 노즐을 포함하는, 방법.
23. 제19항에 있어서, 상기 요소는 복수의 구멍을 가지는 연속 선 요소인, 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 연속 선 요소는 0.5 내지 3.5mm의 높이 및 0.5 내지 3.5mm의 폭을 가지는 직사각형 단면을 가지는, 방법.

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