KR101858767B1 - 복합제품으로 평평한 가공 재료를 성형하기 위한 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용품으로 가공 재료(12)를 성형하는 방법을 개시하는데, 이 방법은 (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구(32) 및 비-강성의 암형 공구(23, 24, 26)를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계; (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구(50)를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함한다.

Description

복합제품으로 평평한 가공 재료를 성형하기 위한 공정{PROCESS FOR SHAPING A FLAT WORKING MATERIAL INTO A COMPOSIT PRODUCT}
본 출원은 본 명세서에서 참고 인용되고 2010년 6월 23일자에 출원된 미국 가출원 제61/357,799호를 우선권 주장한다.
본 발명의 사상(들)은 용품을 형성 또는 성형하는 분야, 특히 적어도 하나의 형성 또는 성형 단계에 대한 하이드로포밍 공정을 사용하여 용품을 형성 또는 성형하는 것에 관련된다.
현존 하이드로포밍 공정은 특정 형상의 용품을 형성하기 위해 고정식 다이 또는 이동식 펀치에 대해 가공 재료의 일부를 압축하는 고-압 유압 유체를 사용한다. 예를 들어, 연속-섬유 또는 부직-섬유 복합물과 같은 복합 재료 또는 시트 금속의 부분으로부터 복합 구조물을 성형하기 위해 하이드로포밍 공정을 사용하는 것은 종래 기술에 공지되었다. 하이드로포밍 공정에 의해 공급된 정수압의 균등한 인가로 인해 이는 성형된 가공 재료 내에 주름 및 접힘 발생을 감소시키는 이점을 제공하는 것으로 알려졌다.
다층 연속 섬유 또는 부직 섬유 복합물의 형성은 경화 단계를 필요로 하고, 압력 및 열이 복합 금속의 층의 수지 기저를 압축 및 융합시키고, 층들 사이로부터 공기 공극을 제거하고 및 복합 재료의 층을 최종적으로 경화 또는 고정하기 위해 복합 재료의 층에 인가된다. 그러나, 예를 들어, 폴리에틸렌과 같은 탄도 복합 시트에 대해 적합한 전형적인 섬유 재료는 연장된 기간 동안 높은 열에 노출 시에 열화되는 것으로 알려졌다.
추가로, 복합 구조물을 성형하기 위해 하이드로포밍 공정을 사용하는 공지된 이점에 따라 사용자는 형성 공정 동안 복합 재료의 층의 링클링을 감소시키기 위해 그 외의 다른 공지된 성형 방법을 사용할 때 필요한 형성 공정 이전에 복합 재료의 평평한 층의 몸체 내로 양각 절단부를 배치하는 것을 방지할 수 있다. 평평한 층 내로 양각 절단부를 배치하는 단점은 복합 층(즉, 보강 층)이 절단될 때 복합 재료의 층의 강도, 특히 이의 보강 섬유의 강도가 감소되는 것이다. 따라서, 이들 층의 강도를 최대화하기 위하여 복합 재료의 층의 몸체 내로 절단되는 것을 방지하는 것이 선호된다. 사전-형성 단계 동안에 하이드로포밍 공정을 사용함에 따라 평평한 복합 층의 몸체 내래 절단되는 것이 방지된다. 또한, 종래 기술은 하이드로포밍 공정 동안에 가공 재료의 링클링을 방지하기 위하여 가압 단계 이전에 하이드로폼 프레스의 챔버 내에 가공 재료의 기계적 클램핑을 개시한다.
따라서, 복합 재료의 층의 몸체 내로 양각 절단부를 제공하기 위한 필요성을 배제하고 보강 섬유 재료에 의해 겪는 열에 대한 지속적인 노출을 감소시키며 최종 용품의 제조와 연계된 비용에 상당한 영향을 미치지 않으면서 용품의 형성된 형상을 개선시키는 용품을 형성 또는 성형하기 위한 공정을 제공하는 것이 선호될 수 있다.
연관 배경기술 참조에는 미국 특허 제5,578,158호, 제6,631,630호, 및 제7,862,323호가 포함된다.
일 양태에서, 본 발명은 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법을 개시하며, 이 방법은 (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계; (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 가공 재료를 성형하는 방법을 개시하는데, 가공 재료는 수지 매트릭스 재료를 포함하고 상기 방법은 (a) 강성의 수형 공구 및 비-강성 암형 공구를 이용하는 디프-드로우 하이드로포밍 공정을 사용하여 사전-형성 형태로 가공 재료를 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, 압밀 및 성형하는 단계는 수지 매트릭스 재료의 임계 온도 미만에서 수행되고, (b) 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, 추가로 압밀 및 성형하는 단계는 임계 온도 이상의 온도에서 수행된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법을 개시하는데, 이 방법은 (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성 공구 및 비-강성 공구를 이용하는 동적 하이드로폼 공정을 사용하여 사전-형성 형상으로 가공 재료를 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, (b) 추가 열이 존재하는 상태에서, 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함한다.
도 1은 사전-형성 단계의 성형 단계 이전에 감압된 상태에 있는 하이드로포밍 장치 내에 배치된 비성형된 가공 재료의 단면도.
도 2는 사전-형성 단계의 성형 단계 이전에 가압된 상태에 있는 도 1의 하이드로포밍 장치의 단면도.
도 3은 사전-형성 단계의 성형 단계 동안에 가압된 상태에 있는 도 1의 하이드로포밍 장치의 단면도.
도 4는 사전-형성 단계의 성형 단계 이후에 가압된 상태에 있는 도 1의 하이드로포밍 장치의 단면도.
도 5는 사전-형성 단계의 성형 단계 이후에 비가압된 상태에 있는 도 1의 하이드로포밍 장치의 단면도.
도 6은 가공 재료의 최종-형성 단계 이전에 비가압 상태에 있는 마무리 장치 내에 배치된 사전-형성된 가공 재료의 단면도.
도 7은 최종-형성 단계의 성형 단계 동안에 가압된 상태에 있는 도 6의 마무리 장치의 단면도.
도 8은 최종-형성 단계의 성형 단계 이후에 비가압된 상태에 있는 도 6의 마무리 장치의 단면도.
상세한 설명은 단지 선호되는 예시적 실시 형태를 제공하며, 본 명세서에 교시된 본 발명의 사상(들)의 범위, 적용가능성 또는 구성을 제한하기 위한 의도는 아니다. 게다가. 선호되는 예시적 실시 형태의 상세한 설명은 본 발명의 사상(들)의 선호되는 예시적 실시 형태를 실시가능한 기술 내용을 당업자에게 제공할 것이다. 첨부된 청구항을 기초로, 본 발명의 사상(들)의 범위로부터 벗어나지 않고 요소들의 기능 및 배열에 있어서 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 사상(들)의 설명을 돕기 위하여, 방향적 용어가 명세서 및 청구항에서 사용되어 본 발명의 사상(들)의 일부(예를 들어, 상부, 하부, 좌측, 우측 등)를 설명할 수 있다. 이들 방향적 정의는 단지 본 발명의 사상(들)을 설명 및 청구하는데 도움이 되기 위함이고 임의의 방식으로 본 발명의 사상(들)을 제한하기 위한 의도는 아니다. 추가로, 도면과 공동으로 명세서에 도입된 도면부호는 그 외의 다른 양태에 대한 배경을 제공하기 위하여 명세서에서 추가 설명 없이 하나 이상의 후속 도면에서 반복될 수 있다.
이 출원에서, "사전-형성(pre-forming)"은 용품의 원하는 최종 형상에 가까워지도록 가공 재료(working material)의 일부의 성형으로서 정의된다.
이 출원에서, "가공 재료"는 제조 용품이 형성되는 재료, 예를 들어, 복합 재료의 하나 이상의 층으로 정의된다. 복합 재료는 바람직하게는 추가로 후술된 바와 같이 프리프레그 시트(prepreg shee)이다. 가공 재료는 평평할 수 있거나, 또는 본 개시의 목적으로 임의의 그 외의 다른 초기 형상일 수 있다.
본 출원에는 2가지의 주요 단계: 즉 (1) 용품의 원하는 최종 형상(즉, "사전-형성 형상")에 가까워지도록 추가된 열 없이 압력을 인가함으로써 가공 재료의 부분을 사전-형성하는 단계를 포함하는 제1 단계; 및 (2) 추가된 열 및 압력을 인가함으로써 최종 형상의 용품 내로 가공 재료의 부분을 최종 성형 또는 형성하는 단계를 포함하는 제2 단계를 포함하는 복합 용품을 형성 또는 성형하기 위한 공정이 개시된다. 종래 기술에서와는 달리, 본 공정은 하이드로포밍 단계(hydroforming stage) 동안에 하이드로폼 프레스(hydroform press)의 챔버 내에서 가공 재료의 위치를 지지하기 위한 기계적 클램핑 장치를 필요로 하지 않는다. 본 공정에서, 하이드로폼 프레스의 멤브레인은 하이드로포밍 단계 동안에 가공 재료에 인가된 클램핑 력 모두를 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 일 실시 형태에서, 원하는 최종 용품은 예를 들어, 조종사(pilot)와 보병(infantrymen)이 사용하기 위한 탄도 특성(ballistic quality)을 갖는 헬멧이다. 이 실시 형태에서, 가공 재료는 매트릭스 재료 또는 수지 내에 사전-함침되는 복합 섬유의 다수의 시트(하기에서 "프리-프레그" 시트로 언급됨)를 포함할 수 있다. 프리-프레그 시트의 매트릭스는 프리-프레그의 시트 내에서 섬유의 상대 배향을 유지시키고, 프리-프레그 시트의 구조적 일체성을 위한 기초를 제공하며, 추가로 후술된 바와 같이 경화 공정 동안에 프리-프레그의 다수의 시트를 서로 접합하는데 사용된다. 본 발명의 사상(들)에 따른 일부 실시 형태에서, 프리-프레그 시트는 평평한 초기 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 사상(들)에 따른 일부 실시 형태에서, 프리-프레그 시트의 복합 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE")으로 구성될 수 있다. UHMWPE의 주요한 상용 예시에는 로얄(Royal) DSM N.V에 의해 제조된 다이네마(DYNEEMA)® 및 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드(Honeywell International Inc)에 의해 제조된 스펙트라(SPECTRA)®가 포함되며, 이 둘 모두는 단-방향 섬유 배향을 갖는 프리-프레그 시트("UD 프리-프레그")의 형태로 판매된다.
대안의 실시 형태에서, 가공 재료는 금속성 재료, 아마미드 재료, 탄소 재료, 플라스틱-기반 복합 재료(UD 프리-프레그일 수 있음), 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가공 재료는 섬유질 재료(예를 들어, 프리-프레그, 아라미드) 및 비-섬유질 재료(예를 들어, 탄소, 금속)를 포함할 수 있다. 추가 대안의 실시 형태에서, 가공 재료는 적어도 하나의 프리-프레그 시트, 아라미드-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층, 및 코어에 프리-프레그 시트(들), 프리-프레그 시트(들)의 하나 또는 양 측면에 위치된 아라미드-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층, 및 스택-업(stack-up)(들)의 최외측 층(들)을 형성하는 탄소-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층을 갖는 "스택-업" 또는 "레이-업(lay-up)"과 같이 구성된 탄소-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 아라미드-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층은 제1 및 제2 아라미드-기반 복합 층을 포함하고, 탄소-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층은 제1 및 제2 탄소-기반 복합 층을 포함하고, 가공 재료는 적층된 구성의 상부 층으로부터 적층된 구성의 하부 층으로 다음의 순차적인 순서로 적층되어 배열된다: 제1 탄소-기반 복합 층; 제1 아라미드-기반 복합 층; 적어도 하나의 프리프레그 시트; 제2 아라미드-기반 복합 층; 제2 탄소-기반 복합 층.
추가 대안의 실시 형태에서, 가공 재료는 제1 섬유 배향을 갖는 제1 단방향 프리프레그 층 및 제2 섬유 배향을 갖는 제2 단방향 프리프레그 층을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 섬유 배향들은 직교한다(즉, 서로 90°로 배열됨).
프리-프레그의 시트로부터 용품의 성형 또는 형성과 연계된 하나의 주요한 요구는 가능한 많이 가공 재료의 성능 특성의 저하를 최소화시키면서 원하는 최종 용품으로 가공 재료의 성능 특성을 변환시키는 것이다. 추가로, 최종 용품의 제조와 연계된 비용을 상당히 증가시키지 않으면서 이 목적을 구현하는 것이 선호될 수 있다.
하이드로폼 프레스가 복합 재료를 사전-형성하기 위해 사용되지 않을 때, 또는 사전-형성 단계가 생략되는 경우에, 사전-형성 공정 동안에 복합 재료의 층의 주름 생성을 감소시키기 위하여 형성 공정에 앞서 복합 재료의 평평한 층의 몸체 내로 양각 절단부(relief cut)를 배치하는 것이 필요할 수 있다. 복합 재료의 평평한 층의 몸체 내로 이들 양각 절단부를 배치시키기 위한 일 단점은 복합 재료의 층의 강도에 있으며, 특히 각각의 층의 보강 섬유가 트리밍(trim)될 때 이의 보강 섬유의 강도가 감소된다. 복합 재료의 층의 보강 섬유들은 이들이 이의 전체 절단되지 않은 길이로 유지될 때 이의 최대 일체성을 유지한다. 따라서, 이들 층의 강도를 최대화하기 위하여 복합 재료의 층 내에 양각 절단부가 생기는 것을 방지하는 것이 선호될 수 있다. 사전-형성 단계에서 하이드로 폼 프레스(hydro form press)를 사용함에 따라 복합 재료의 층 내에 이들 양각 절단부를 배치시킬 필요가 없다.
본 발명의 사상(들)에 따라서, 사전-형성 단계에 앞서, 원하는 사전-형성된 용품의 비-평면형 형상에 해당하는 적절한 평면형 형상으로 복합 재료의 평평한 층을 사전-트리밍하는 것이 선호될 수 있다. 예를 들어, 원하는 사전-형성된 용품이 대략 반-구형 형상을 갖는 경우에, 그 뒤에 복합 재료의 평평한 층은 사전-형성 공정에 앞서 원형 형상으로 사전-트리밍될 수 있다. 유사하게, 원하는 사전-형성된 용품이 타원형 형상을 갖는 경우에, 그 뒤에 복합 재료의 평평한 층이 사전-형성 공정에 앞서 해당 타원형 형상으로 절단될 수 있다. 전술된 바와 같이, 일부 실시 형태에서 복합 재료의 평평한 층의 몸체 내로 절단부를 형성할 필요가 없다는 것은 명확하다. 다시 말해서, 일부 실시 형태에서, 복합 재료의 평평한 층의 사전-트리밍된 형상의 주연부 내에 절단부가 형성되지 않는다. 대안의 실시 형태에서, 복합 재료의 평평한 층의 몸체 내에 절단부가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 여기서 사전-형성 공정의 결과로서 형성된 폐기 재료의 양을 감소시키는 것이 선호될 수 있다.
이제 일반적으로 도 1 내지 도 8을 참조하면, 용품을 형성하기 위한 예시적인 방법이 하기에서 기재될 것이다. 도 1 내지 도 5에는 제1, 즉 방법의 사전-형성 단계에 따른 방법이 예시되고, 도 6 내지 도 8에는 제2, 즉 방법의 최종-형성 단계에 따른 단계가 도시된다.
도 1에는 사전-형성 단계의 성형 단계에 앞서 하이드로포밍 장치(20) 내에 위치된 가공 재료(10)의 일부의 단면도가 도시된다. 이 실시 형태에서, 가공 재료(10)는 하나 이상의 평평한 시트를 포함한다. 이 단계에서, 장치(20)의 챔버(26)는 비가압된 상태, 즉 대략 정상 대기 압력에 있다. 챔버(26)는 이의 하부 단부를 따라 멤브레인(23)을 포함한다. 이 단계에서, 챔버(26)는 멤브레인(23)이 가공 재료(10)와 접촉하지 않도록 비가압된다. 공지된 하이드로 폼 프레스, 예를 들어, 미국 오클라호마주 털사 소재의 프레이어 테크놀로지 그룹(Pryer Technology Group)에 의해 제조된 상표명 트라이폼(TRIFORM)™의 프레스가 사전-형성 단계를 위해 이용될 수 있다. 챔버(26)의 하부 단부에는 펀치 개구(punch opening, 33)가 형성되고, 이 펀치 개구는 이의 중심에 개구(13)를 갖는 드로우 링(draw ring, 11)이 상부에 놓인다. 드로우 링(11)의 개구(13)는 펀치(32)의 상부 단부(34)의 형상에 해당되도록 성형되고, 펀치 개구(33)보다 더 작다. 드로우 링(11)의 개구(13)는 하기에 추가로 논의된 펀치(32)의 치수보다 실제로 크지 않도록 주의 깊게 성형된다. 예를 들어, 펀치(32)와 개구(12)의 폭의 차이는 0.0100-0.0400 인치(0.0254-0.102 센티미터)일 수 있다. 드로우 링(11)의 개구(13)와 펀치(32) 사이의 억지 끼워맞춤(tight fit)은 펀치(32)가 펀치 개구(33) 내에 압력 밀봉부를 형성하고 이를 충분히 충전하기 위한 위치에 미리 배치된 상태에서 챔버(26)가 가압될 때 가공 재료(10)가 펀치 개구(33) 내로 하향으로 밀려지는 것을 방지한다. 드로우 링(11) 및 펀치(32) 조합은 다양한 형상 및 크기의 사전-형성된 용품을 형성하기 위하여 교체가능하다.
도 2에는 챔버(26)가 유체 도관(30)에 의해 챔버(26)에 대한 유압 유체의 추가를 통하여 부분적으로 압축된 후의 장치(20)의 단면도를 도시한다. 유압 유체는 예를 들어, 그 외의 다른 공지된 유압 유체가 또한 적합할지라도 오일일 수 있다. 사전-형성 단계 동안에, 챔버(26)는 예를 들어, 더 높거나 또는 낮은 초기 압력이 또한 인가될 수 있을지라도 250-500 p.s.i(1.72* 106-3.45* 106 파스칼)의 크기로 초기에 가압될 수 있다. 챔버(26)의 가압의 결과로서, 멤브레인(23)의 외부 표면(24)은 가공 재료(10)의 전체 내부 표면에 압력을 제공하고 이와 접촉한다. 후술된 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 챔버(26) 내의 압력은 가공 재료(10)가 장치(20)의 펀치(32)에 의해 성형됨에 따라 점진적으로 증가될 수 있다.
도 3 및 도 4에는 각각 사전-형성 단계의 성형 단계 동안에 그리고 이후에 장치(20)의 단면도를 도시한다. 성형 단계 동안에, 장치(20)의 유압-구동식 펀치(32)는 가공 재료(10)의 외부 표면(14)에 대해 상향 압축된다. 따라서, 펀치(32)는 강성의 수형 성형 공구와 같이 제공된다. 이 실시 형태에서, 펀치(32)의 상부 단부(34)는 형성된 용품, 즉 헬멧의 최종 형상의 형상에 가까운 형상으로 제공된다. 펀치(32)의 상부 단부(34)의 형상은 필수적이지는 않지만 원하는 최종 용품의 정확한 형상을 나타낼 수 있다. 펀치(32)가 가공 재료(10)의 외부 표면(14)에 대해 그리고 챔버(26) 내로 상측을 향하여 이동함에 따라, 가공 재료(10)의 내부 표면(12)에 멤브레인(23)에 의해 제공된 정수압이 예를 들어, 1,000 내지 15,000 p.s.i.(6.89* 106-1.03* 108 파스칼)의 최대 압력으로 점진적으로 증가하고, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 사전-형성된 용품(16) 내에서 가공 재료(10)를 성형한다. 멤브레인(23)은 이에 따라 비-강성 암형 성형 공구로서 제공된다. 이 실시 형태에서, 사전-형성 단계의 압축 단계는 추가 열 없이 수행된다. 전술된 바와 같이, 가공 재료(10)가 예컨대, UHMWP와 같은 보강 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 경우, 사전-형성 단계 동안에 추가된 열이 없음에 따라 열 노출로부터 섬유가 보호되고 이 단계 동안에 야기되는 손상으로부터 섬유가 보호된다.
일부 실시 형태에서(도시되지 않음), 가공 재료(10)에 대해 펀치(32)의 이동이 도움이 되도록 펀치(32)의 상부 단부(34)를 윤활하는 것이 선호될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 윤활제가 가공 재료(10)에 의해 흡수되는 것을 원치 않는 경우에 가공 재료(10)의 외부 표면(14)과 윤활제를 직접 접촉시키는 것이 선호되지 않을 수 있다. 이들 실시 형태에서, 가공 재료(10)의 외부 표면(14)과 펀치(32)의 상부 단부(34) 사이에 배리어(barrier)가 배치될 수 있다. 따라서, 배리어는 윤활제가 가공 재료와 접촉하는 것을 방지한다. 대안의 실시 형태에서, 윤활제 및/또는 배리어는 전체적으로 생략될 수 있다. 특정 대안의 실시 형태에서, 배리어 자체는 예를 들어, 배리어가 고-연신 플라스틱 재료 또는 그 외의 다른 적합한 재료로 제조되는 경우 윤활제로서 제공될 수 있다.
사전-형성 공정은 일련의 "단계식(stepped)" 동적 성형 단계로 수행될 수 있으며, 각각의 동적 성형 단계는 펀치(32)의 낮춰진 위치(deepening position)와 챔버(26) 내에 생성된 압력의 동시 증가적 크기를 특징으로 한다. 즉, 이 출원의 목적을 위해 "동적 하이드로 포밍"은 원하는 용품을 성형하기 위하여 이동하는(즉, 정지된 상태로 유지되지 않음) 하이드로 폼 프레스의 챔버 내에 펀치를 포함한다. 본 발명의 사상(들)에 따르는 일부 실시 형태에서, 성형 단계의 일부 또는 모두는 정적 "드웰(dwell)" 성형 단계에 의해 분리될 있으며, 이 동안에 펀치(32)의 위치는 이동하지 않으며 챔버(26) 내의 압력은 일정한 값으로 유지된다. 정적 "드웰" 성형 단계는 챔버(26)로부터 공기를 배출시키기 위해 제공되고, 이에 따라 가공 재료(10) 또는 장치(20)에 대한 손상이 방지되고 챔버(26) 내에서 공기의 디젤링(dieseling), 즉 스파크가 없는 상태에서의 연소가 방지된다. 드웰 기간은 가공 재료(10)의 층들을 추가로 압밀시키고 이들 층들 사이의 공기를 배출시키기 위해 제공될 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 실시 형태에서, 펀치(32)는 "드프-드로우(deep-draw)"(예를 들어, 대략 10 인치/25.4 센티미터의 깊이) 또는 "레귤러 드로우(regular-draw)"(예를 들어, 대략 7 인치/17.8 센티미터의 깊이)의 펀칭을 수행하는 능력을 갖는다. 이 실시 형태에서, 레귤러 드로우 능력이 대안으로 사용될 수 있을지라도, 디프-드로우 능력이 사용된다. 대안의 실시 형태에서(도시되지 않음), 사전-형성 단계에서 하이드로 포밍 장치는 이동식 펀치가 없이 제공될 수 있으며, 대신에 원하는 사전-형성된 용품의 형상(또는 상호 형상)인 고정식 암 또는 수형 다이를 포함할 수 있다. 고정식 다이를 사용하는 이 공정은 도 1 내지 도 5의 실시 형태에 대해 전술된 바와 같이 동적 하이드로포밍의 공정과 상반된 정적 하이드로포밍으로 지칭될 수 있다. 암형 또는 수형 정적 하이드로포밍 대안의 실시 형태에서, 가압식 챔버의 멤브레인은 다이에 대해 가공 재료를 압축하고 가공 재료를 원하는 사전-형성 형상으로 성형하도록 기능을 할 수 있다. 추가 대안의 실시 형태에서, 정적 및 동적 하이드로포밍 단계의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 펀치는 고정식 다이의 기능을 제공하도록 하이드로폼 프레스의 챔버 내에 초기에 다소 위치될 수 있으며, 이에 따라 장치의 챔버가 가압될 때(즉, 정적 단계) 용품을 부분적으로 형성하는데 도움이 된다. 추후에, 펀치는 용품의 추가 성형(및, 선택적으로 챔버의 가압의 변화)이 발생됨에 따라(즉, 동적 단계) 이동할 수 있다. 추가 대안의 실시 형태에서, 멤브레인-레스 하이드로폼 프레스(membrane-less hydroform press)는 멤브레인을 갖는 하이드로폼 프레스 대신에 사용될 수 있으며, 이 실시 형태에서, 가공 재료가 전술된 바와 같이 배리어 내에서 둘러쌓여지지 않는다면 가공 재료와 직접 접촉할 수 있다.
하이드로포밍은 가공 재료의 종래의 정합-금속 몰딩(matched-metal molding)(스탬핑) 또는 드로잉에 비해 선호되며, 여기서 하이드로포밍은 더 큰 치수 안정성을 제공하고 가공 재료의 링클링(wrinkling)을 감소시키며 공구 및 제조 비용을 감소시킨다. 디프-드로우 하이드로포밍은 이들이 성형됨에 따라 가공 재료의 링클링을 감소시키는데 특히 효과적이다. 하이드로포밍은 또한 금속 부분이 서로를 지나 이동함에 따라 스탬핑 공정 동안에 겪는 전단력을 제거한다. 하이드로포밍은 하이드로포밍 장치의 챔버 내에 있는 가공 재료의 표면을 따라 모든 지점에 정상적인 등압(isostatic pressure)을 인가함으로써 이들 원하는 결과를 구현한다.
도 5에는 하이드로포밍 단계의 성형 단계가 수행된 후에 장치(20)의 단면도가 도시된다. 이 단계 동안에, 챔버(26)는 유체 도관(30)을 통하여 이로부터 유압 유체를 제거함으로써 감압된다. 그 결과, 멤브레인(23)은 상향 이동되고, 사전-형성된 용품(16)의 외부 표면과 더 이상 접촉하지 않는다. 이 실시 형태에서, 사전-형성 단계는 그 후에 펀치(32)를 이의 원래 위치로 재차 인입시키고(도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이), 장치(20)로부터 사전-형성된 용품(16)을 제거함으로써 완료된다.
본 발명의 사상(들)에 따르는 방법의 제2 단계에서, 사전-형성된 용품(16)은 마무리 장치(finishing machine) 내로 이동되고, 여기서 최종 용품으로 추가로 압밀 및 성형되며, 가공 재료의 수지 성분들은 최종적으로 압력 및 추가 열을 인가함으로써 성형 또는 경화된다. 공정의 최종-형성 단계는 예를 들어, 오토클레이브, 하이드로클레이브, 하이드로폼 프레스, 또는 정합-금속 공구(matched-metal tooling)와 같은 다양한 마무리 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
사전-형성된 용품(16)은 UD 프리-프레그의 다층을 포함하는 경우, 예를 들어, 임의의 잔여 공기 공극을 제거하기 위해 이들 층을 추가로 압밀시키고, 인접한 UD 프리-프레그 층들의 매트릭스들을 서로 결합 또는 경화시켜서 최종 용품을 형성하는 것이 선호될 수 있다. 따라서, 최종 형상으로 사전-형성된 용품(16)을 압밀(consolidate) 및 성형하고 필요 시에 매트릭스 재료를 경화시키기 위해 최종-형성 단계에서 사전-형성된 용품(16)에 압력과 열이 인가된다.
도 6 내지 도 8에 도시된 실시 형태에서, 정적 하이드로폼 프레스가 마무리 장치(40)로 사용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 사전-형성된 용품(16)은 수형 다이(male die, 50) 주위에서 마무리 장치(40)의 챔버(46) 내에 배치된다. 수형 다이(50)는 이 실시 형태에서 헬멧인 완전히 형성된 용품의 원하는 형상으로 제공된다. 후술된 바와 같이, 챔버(46)가 압축될 때, 챔버(46) 내에 위치된 멤브레인(43)은 사전-형성된 용품(16)과 접촉하고 이에 압력을 인가한다. 그 결과, 사전-형성된 용품은 수형 다이(50)의 외부 표면(52)에 대해 압축되어 사전-형성된 용품(16)이 최종 용품(18)으로 성형된다. 대안의 실시 형태에서, 수형 다이(50)는 원하는 용품의 대략적인 형상으로 암형 다이 또는 다이컷에 의해 대체될 수 있다. 이들 실시 형태에서, 멤브레인(43)은 암형 다이 또는 다이컷에 대해 원하는 형상으로 사전-형성된 용품(16)을 압축하는 수형 구성요소로서 작용할 수 있다. 이 공정은 백 몰딩 또는 백 압력 몰딩으로서 지칭될 수 있다.
도 6에는 최종-형성 단계의 최종 성형 단계에 앞서 마무리 장치(40) 내에 배치된 사전-형성된 용품(16)의 단면도가 도시된다. 이 단계에서, 장치(40)의 챔버(46)는 비압축 상태, 즉 대략 정상적인 대기압에 있다. 이 단계에서, 멤브레인(43)은 사전-형성된 용품(16)과 접촉하지 않는다. 적합한 공지된 하이드로폼 프레스스가 최종-형성 단계를 위해 이용될 수 있다. 또한, 동일한 하이드로 폼 프레스가 본 명세서에 개시된 발명의 사상(들)의 범위 내에서 사전-형성 단계 및 최종-형성 단계에서 사용될 수 있다.
도 7에는 챔버(46)가 유체 도관(48)을 통하여 챔버(46)에 대한 유압 유체의 추가를 통하여 가압된 후의 장치(40)의 단면도가 도시된다. 챔버(46)는 예를 들어, 사용된 재료의 특성에 따라 더 크거나 작은 정도의 압력이 인가될 수 있을지라도, 2,500 내지 5,000 p.s.i.(1.72*107-3.45*107 파스칼)의 압력으로 부분적으로 압축될 수 있다. 챔버(46) 내의 압력이 점진적으로 증가되는(단속적 "드웰" 단계에 따라 또는 이 단계 없이) "단계식" 가압 공정이 또한 최종-형성 단계에서 이용될 수 있다. 도 7의 실시 형태를 재차 언급하면, 이 때, 챔버(46) 및/또는 다이(50) 내의 유체가 또한 필요에 따라 가열되어 UD 프리-프레그 층의 매트릭스 재료의 최종 성형 또는 경화를 위한 임계 온도에 도달된다. 매트릭스 재료가 열가소성 수지인 경우, 예를 들어, 임계 온도는 특정 열가소성 수지의 용융 온도일 수 있다. 이들(예를 들어, 열가소성 수지) 실시 형태에서, 챔버(46) 및/또는 다이(50) 내의 유체는 특정 열가소성 수지의 용융 온도 또는 이 온도 초과로 가열될 수 있으며, 이에 따라 매트릭스 재료가 유동하고 프리-프레그 층의 보강 섬유들 간의 공극을 충전하는 액체 생태로 변환된다. 열가소성 수지가 사용되는 경우, 플라스틱 재료의 추가 경화 단계가 필요하거나 또는 필요하지 않을 수 있다. 대안의 실시 형태에서, 예를 들어, 매트릭스 재료가 열경화성 수지인 경우에, 임계 온도는 선택된 열경화성 수지에 대한 경화 온도일 수 있다. 이들 실시 형태에서, 챔버(46) 및/또는 다이(50) 내의 유체는 매트릭스 재료를 원하는 고체 형상으로 경화시키기에 충분한 온도로 가열될 수 있다. 적합한 가열(즉, 임계) 온도 및 열-노출 시간이 프리-프레그 층에서 사용되는 재료에 의존되는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
도 7을 재차 언급하면, 장치(40)의 챔버(46)의 가압의 결과로서, 멤브레인(43)의 외부 표면(44)은 사전-형성된 용품(16)의 외부 표면(47)에 압력을 공급한다. 멤브레인(43)이 사전-형성된 용품(16)의 외부 표면(47)에 압력을 공급함에 따라 사전-형성된 용품(16)의 내부 표면(45)은 수형 다이(50)에 대해 압축된다. 따라서, 수형 다이(50)는 사전-형성된 용품(16)의 외부 표면(47)에 대해 멤브레인(43)이 압축됨에 따라 사전-형성된 용품(16)에 의해 취해지는 형상을 결정한다.
도 8에는 최종-형성 단계의 성형 단계가 수행된 후에 장치(40)의 단면이 도시된다. 이 단계 동안에, 챔버(46)는 유체 도관(48)을 통하여 이로부터 유압 유체의 제거에 의해 감압된다. 결과적으로, 멤브레인(43)은 상향 이동되고 이제 최종 용품(18)으로 완전히 성형되는 사전-형성된 용품(16)의 외부 표면(47)과 더 이상 접촉하지 않는다. 이 실시 형태에서, 최종-형성 단계가 종료된다. 최종 용품(18)은 그 뒤에 장치(40)로부터 제거될 수 있다.
본 명세서에 교시된 발명의 사상(들)의 원리가 선호되는 실시 형태에 따라 전술될지라도, 이 기술 내용은 발명의 사상(들)을 제한하기 위함이 아니고 단지 예시로서 제공되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 사상(들)의 추가 양태
본 발명의 사상(들)의 추가 양태는 다음을 포함한다:
양태 1: 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법은: (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계; (b) 추가 열이 존재 하에서 적어도 하나의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함한다.
양태 2: 양태 1의 방법에서, 단계(a)는 동적 성형 단계를 포함하고, 각각의 동적 성형 단계는 가공 재료의 제1 표면에 대해 강성의 수형 공구의 위치를 낮추는 단계(deepening) 및 가공 재료의 제2 표면에 압력을 인가하는 단계를 포함한다.
양태 3: 양태 2의 방법에서, 각각의 동적 성형 단계는 가공 재료의 제2 표면에 증가된 압력을 인가하는 단계를 포함한다.
양태 4: 양태 1 내지 3 중 임의의 일 양태의 방법에서, 비-강성 암형 공구는 단계(a) 동안에 가공 재료에 인가된 클램핑 력 모두를 제공한다.
양태 5: 양태 1 내지 3 중 임의의 일 양태의 방법에서, 단계(a)는 기계식 클램핑 장치를 이용하지 않는다.
양태 6: 양태 1 내지 5 중 임의의 일 양태의 방법에서, 드로우 링은 단계(a)에 앞서 가공 재료와 강성의 수형 공구 사이에 배치된다.
양태 7: 양태 1 내지 6 중 임의의 일 양태의 방법에서, 단계(a)는 제1 형성 장치 내에서 수행되고, 단계(b)는 제2 형성 장치 내에서 수행된다.
양태 8: 양태 7의 방법에서, 제2 형성 장치는 하이드로 폼 프레스이다.
양태 9: 양태 1 내지 9 중 임의의 일 양태의 방법에서, 적어도 하나의 추가 강성의 형성 공구는 수형이다(male-shaped).
양태 10: 양태 1 내지 9 중 임의의 일 양태의 방법에서, 적어도 하나의 추가 강성의 형성 공구는 단계(b) 동안 이동되지 않는다.
양태 11: 양태 1 내지 8 중 임의의 일 양태 또는 양태 10의 방법에서, 적어도 하나의 추가 강성의 형성 공구는 암형이다(female-shaped).
양태 12: 양태 1 내지 8 중 임의의 일 양태의 방법에서, 적어도 하나의 추가 강성의 형성 공구는 한 쌍의 정합 금속 몰드(matched metal mold)를 포함한다.
양태 13: 양태 1 내지 12 중 임의의 일 양태의 방법에서, 가공 재료는 섬유 재료 및 비-섬유 재료를 포함한다.
양태 14: 양태 1 내지 13 중 임의의 일 양태의 방법에서, 가공 재료는 적어도 하나의 프리프레그 시트를 포함하고, 적어도 하나의 프리프레그 시트는 복수의 복합 섬유를 포함한다.
양태 15: 양태 14의 방법에서, 복수의 복합 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌으로 구성된다.
양태 16: 양태 13 내지 15 중 임의의 일 양태의 방법에서, 아라미드-복합 재료의 하나 이상의 층 및 탄소-기반 복합 재료의 하나 이상의 층을 추가로 포함한다.
양태 17: 양태 16의 방법에서, 아라미드-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층은 제1 및 제2 아라미드-기반 복합 층을 포함하고, 탄소-기반 복합 재료의 적어도 하나의 층은 제1 및 제2 탄소-기반 복합 재료를 포함하며, 가공 재료는 적층된 구성의 하부 층으로 적층된 구성의 상부 층으로부터 하기 순서를 갖는 적층된 구성으로 배열됨: 제1 탄소-기반 복합 층; 제1 아리마드-기반 복합 층; 적어도 하나의 프리프레그 시트; 제2 아라미드-기반 복합 층; 및 제2 탄소-기반 복합 층.
양태 18: 양태 1 내지 17 중 임의의 일 양태의 방법에서, 가공 재료는 제1 섬유 배향을 갖는 제1 단-방향 프리프레그 층 및 제2 섬유 배향을 갖는 제2 단방향 프리프레그 층을 포함하고, 제1 및 제2 섬유 배향은 서로 직교한다.
양태 19: 양태 1 내지 18 중 임의의 일 양태의 방법에서, 단계(a) 동안에 인가된 최대 압력은 단계(b) 동안에 인가된 최대 압력의 적어도 2배이다.
양태 20: 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 가공 재료를 성형하는 방법으로서, 가공 재료는 수지 매트릭스 재료를 포함하고 상기 방법은 (a) 강성의 수형 공구 및 비-강성 암형 공구를 이용하는 디프-드로우 하이드로포밍 공정을 사용하여 사전-형성 형태로 가공 재료를 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, 압밀 및 성형하는 단계는 수지 매트릭스 재료의 임계 온도 미만에서 수행되고, (b) 적어도 하나의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, 추가로 압밀 및 성형하는 단계는 임계 온도 이상의 온도에서 수행된다.
양태 21: 양태 20의 방법에서, 단계(a)는 추가 열이 없는 상태에서 수행된다.
양태 22: 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법은 (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성 공구 및 비-강성 공구를 이용하는 동적 하이드로폼 공정을 사용하여 사전-형성 형상으로 가공 재료를 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, (b) 추가 열이 존재하는 상태에서, 적어도 하나의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함한다.

Claims (22)

  1. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 단계(a)는 일련의 동적 성형 단계를 포함하고, 각각의 동적 성형 단계는 가공 재료의 제1 표면에 대해 강성의 수형 공구의 위치를 낮추는 단계(deepening) 및 가공 재료의 제2 표면에 압력을 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 각각의 동적 성형 단계는 가공 재료의 제2 표면에 증가된 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 비-강성 암형 공구는 단계(a) 동안에 가공 재료에 인가된 클램핑 력 모두를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 단계(a)는 기계식 클램핑 장치를 이용하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    드로우 링은 단계(a)에 앞서 가공 재료와 강성의 수형 공구 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    단계(a)는 제1 형성 장치 내에서 수행되고, 단계(b)는 제2 형성 장치 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제2 형성 장치는 하이드로 폼 프레스인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구는 수형인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    하나 이상의 추가 강성의 형성 공구는 단계(b) 동안 이동되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구는 암형인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    하나 이상의 추가 강성의 형성 공구는 한 쌍의 정합 금속 몰드(matched metal mold)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 가공 재료는 섬유 재료 및 비-섬유 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 가공 재료는 하나 이상의 프리프레그 시트를 포함하고, 하나 이상의 프리프레그 시트는 복수의 복합 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 복수의 복합 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    가공 재료는 하나 이상의 프리프레그 시트를 포함하고, 하나 이상의 프리프레그 시트는 복수의 복합 섬유를 포함하고,
    상기 가공 재료는 또한 아라미드-복합 재료의 하나 이상의 층 및 탄소-기반 복합 재료의 하나 이상의 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 아라미드-기반 복합 재료의 하나 이상의 층은 제1 및 제2 아라미드-기반 복합 층을 포함하고, 탄소-기반 복합 재료의 하나 이상의 층은 제1 및 제2 탄소-기반 복합 재료를 포함하며, 가공 재료는 적층된 구성의 하부 층으로 적층된 구성의 상부 층으로부터 제1 탄소-기반 복합 층; 제1 아리마드-기반 복합 층; 하나 이상의 프리프레그 시트; 제2 아라미드-기반 복합 층; 및 제2 탄소-기반 복합 층의 순서를 갖는 적층된 구성으로 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    가공 재료는 제1 섬유 배향을 갖는 제1 단-방향 프리프레그 층 및 제2 섬유 배향을 갖는 제2 단방향 프리프레그 층을 포함하고, 제1 및 제2 섬유 배향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성의 수형 공구 및 비-강성의 암형 공구를 이용하는 동적 하이드로포밍 공정을 사용하여 가공 재료를 사전-형성 형상으로 압밀 및 성형하는 단계;
    (b) 추가 열이 존재 하에서 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    단계(a) 동안에 인가된 최대 압력은 단계(b) 동안에 인가된 최대 압력의 적어도 2배인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 가공 재료를 성형하는 방법으로서, 가공 재료는 수지 매트릭스 재료를 포함하고 상기 방법은 (a) 강성의 수형 공구 및 비-강성 암형 공구를 이용하는 디프-드로우 하이드로포밍 공정을 사용하여 사전-형성 형태로 가공 재료를 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, 압밀 및 성형하는 단계는 수지 매트릭스 재료의 임계 온도 미만에서 수행되고, (b) 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고, 추가로 압밀 및 성형하는 단계는 임계 온도 이상의 온도에서 수행되며,
    상기 단계(a)는 일련의 동적 성형 단계를 포함하고, 각각의 동적 성형 단계는 가공 재료의 제1 표면에 대해 강성의 수형 공구의 위치를 낮추는 단계(deepening) 및 가공 재료의 제2 표면에 압력을 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 단계(a)는 추가 열이 없는 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 최종 형상을 갖는 복합 제품으로 평평한 가공 재료를 성형하는 방법으로서,
    (a) 추가 열이 없는 상태에서 강성 공구 및 비-강성 공구를 이용하는 동적 하이드로폼 공정을 사용하여 사전-형성 형상으로 가공 재료를 압밀 및 성형하는 단계를 포함하고,
    (b) 추가 열이 존재하는 상태에서, 하나 이상의 추가 강성의 형성 공구를 사용하여 최종 형상으로 가공 재료를 추가로 압밀 및 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 단계(a)는 일련의 동적 성형 단계를 포함하고, 각각의 동적 성형 단계는 가공 재료의 제1 표면에 대해 강성의 수형 공구의 위치를 낮추는 단계(deepening) 및 가공 재료의 제2 표면에 압력을 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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