KR101880709B1 - 겹치기 이음 예비성형체로의 3차원 제직물 코너 맞춤 - Google Patents

겹치기 이음 예비성형체로의 3차원 제직물 코너 맞춤 Download PDF

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Abstract

3차원 코너 맞춤 겹치기 이음 예비성형체(three-dimensional corner lap joint preform); 및 제직물 플랜지를 포함하는 3차원 코너 맞춤 겹치기 이음 예비성형체의 형성 방법이 개시된다. 상기 제직물 플랜지는 이 플랜지로부터 연장하는 하나 이상의 다리를 갖는다. 상기 다리는 하나 이상의 독립적으로 제직된 부분을 포함할 수 있으며, 이는 상기 다리를 주름잡아 꿰매지(dart) 않고 또는 추가적인 강화재를 추가하지 않고 코너를 형성할 수 있게 한다. 상기 독립적으로 제직된 부분들은 상기 예비성형체 내로 제직되지 않은 경사 섬유를 포함할 수 있다. 상기 제직되지 않은 구역은 상기 코너의 형성 이전에 상기 다리의 부분을 제거할 수 있게 하여, 상기 다리 부분들이 중첩하여 겹치기 이음을 형성할 수 있게 한다.

Description

겹치기 이음 예비성형체로의 3차원 제직물 코너 맞춤{Three-Dimensional Woven Corner Fitting with Lap Joint Preforms}
본 명세서에서 언급된 모든 특허, 특허 출원, 문서, 및/또는 참고문헌은 인용에 의하여 본 명세서에 통합되며, 본 발명의 실시에 있어서 채용될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 3차원(3D) 제직물 예비성형체(woven preform)에 관한 것이고, 구체적으로는 강화 복합 재료에서 사용되는 3D 제직물 예비성형체에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 주름잡아 꿰매지(dart) 않고 또는 추가적인 강화재를 필요로 하지 않고 코너 맞춤(corner fitting)으로 형성될 수 있는 예비성형체에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 겹치기 이음으로 코너 맞춤으로 형성될 수 있는 예비성형체에 관한 것이다.
구조 성분을 생산하기 위한 강화 복합 재료의 사용은 현재 널리 퍼져 있으며, 경량, 고강도, 고인성, 고내열성이고, 또한 성형(forming) 및 형태화(shaping)될 수 있는 능력을 갖는 이들의 바람직한 특성이 크게 유리하게 사용될 수 있는 응용 분야에서 특히 그러하다. 그러한 성분은, 예를 들면, 항공학, 항공우주산업, 위성, 고성능 레크리에이션 제품, 해양, 및 다른 응용분야에서 사용된다.
전형적으로 그러한 성분은 매트릭스 재료 중에 심어 넣어진(embedded) 강화 재료로 이루어진다. 상기 강화 성분은 유리, 탄소, 세라믹, 아라미드, 폴리에틸렌, 및/또는 소망하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 다른 성질(그 중에서 중요한 것은 응력 파괴(stress failure)에 대항하는 큰 강도이다)을 나타내는 다른 재료와 동일한 재료로부터 만들어질 수 있다. 이들 재료는 종종 섬유로 제조되어 강화 섬유로 사용되거나, 또는 상기 섬유는 실(yarn)로 형성되며, 이들 실은 상기 성분에서 강화사(reinforcing yarn)로서 사용된다.
궁극적으로 완성된 성분의 구성 요소가 되는 그러한 강화 재료를 사용함으로써 매우 큰 강도와 같은, 강화 재료의 소망하는 특성이 완성된 복합체 성분에 부여된다. 전형적인 구성 강화 재료는 강화 예비성형체를 위한 소망하는 구조(configuration)로 제직(woven), 편성(knitted) 또는 그렇지 않으면 이와 다르게 배향될 수 있다. 많은 경우, 선택되는 구성 강화 재료의 성질의 최적 이용을 보장하기 위하여 특히 주의가 기울여진다. 보통 그러한 강화 예비성형체는 매트릭스 재료와 결합되어 소망하는 완성된 성분을 형성하거나 또는 완성된 성분의 궁극적인 생산을 위한 작업 재고품(working stock)을 생산한다.
소망하는 강화 예비성형체가 구축된 후, 수지 또는 매트릭스 재료가 상기 예비성형체로 그리고 상기 예비성형체내로 도입되며, 이에 의하여 전형적으로 상기 강화 예비성형체는 매트릭스 재료로 둘러싸이며 매트릭스 재료가 강화 예비성형체의 구성 요소들 사이의 구역(interstitial area)을 충전한다. 매트릭스 재료는 에폭시, 비스말레이미드, 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹, 탄소 및/또는 소망하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 다른 성질을 또한 나타내는 다른 재료와 같은 임의의 다종 다양한 재료일 수 있다. 매트릭스로서 사용되기 위하여 선택되는 재료는 강화 예비성형체의 재료와 동일하거나 동일하지 않을 수 있으며 필적할 만한 물리적, 화학적, 열적, 또는 다른 성질을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다. 그러나, 전형적으로 그들은 같은 재료가 아닐 것이며 또는 필적할 만한 물리적, 화학적, 열적, 또는 다른 성질을 갖지 않을 것이다. 왜냐하면, 무엇보다도 복합체를 사용하는데 있어서 추구되는 통상의 목적이 하나의 구성 재료만을 사용하는 것으로는 달성할 수 없는 특성의 조합을 완제품에서 달성하는 것이기 때문이다. 그렇게 조합된 후, 강화 예비성형체와 매트릭스 재료는 그 후 동일한 작업에서 열경화 또는 다른 알려진 방법으로 경화되고 안정화될 수 있으며, 그 후 소망하는 성분을 생산하기 위한 다른 작업에 가해질 수 있다. 그렇게 경화된 후, 고화된 매트릭스 재료의 덩어리(mass)는 강화 재료(예를 들면, 강화 예비성형체)에 매우 강하게 부착되어 있는 것에 주의하는 것이 이때 중요하다. 그 결과, 완성된 성분상의 응력은, 특히 섬유들 사이의 접착제로서 작용하는 매트릭스 재료를 통하여, 강화 예비성형체의 구성 재료로 효과적으로 전달되고 이에 의하여 효과적으로 지탱된다. 강화 예비성형체 내의 어떠한 틈(break) 또는 불연속성도 완성된 성분에 가해지는 응력을 전달하고 지탱하는 상기 예비성형체의 능력을 제한한다.
특정 응용 분야에서, 3차원(3D) 제직물 복합체 구조물이 주 하중 지탱 부재(primary load carrying member)로서 소망된다. 그러한 부재를 위한 예비성형체의 하나의 유용한 형태(shape)는 일반적으로 "파이(Pi)" 예비성형체로 지칭되며, 이렇게 지칭되는 이유는 축방향에서 보았을 때(axial view) 이것이 그리스 문자 파이(Π)를 닮았기 때문이다. 다른 유용한 예비성형체는, 예를 들면, T 또는 L과 같이 다른 단면 형태를 가질 수 있다. 특정한 구조 형태를 갖는 섬유 예비성형체가 종래의 북 직기(shuttle loom) 상에서 제직될 수 있으며, 몇 개의 현존하는 특허는 그러한 구조물을 제직하는 방법을 설명한다(예를 들면, 미국 특허 제6,446,675호; 미국 특허 제6,712,099호; 및 미국 특허 제7,712,488호).
이들 예비성형체를 사용하는 단점 중의 하나는 이들이 종래의 방법에 따라서 기립한(upstanding) 다리 또는 다리들을 주름잡아 꿰매지(dart) 않고는 코너 맞춤(corner fitting)으로 형성될 수 없다는 점이다. 다리를 주름잡아 꿰맴으로써 강화 재료의 연속성이 코너를 통과하여 상실되어, 코너를 통과하여 주 하중 경로(primary load carrying path)가 제거되거나 또는 감소한다. 예를 들면, 위에서 개시된 예비성형체 형태가 코너 맞춤으로 형성되는 경우, 굽힘의 평면(즉, 굽힘의 내부상에서)에 평행한 다리(들)의 과잉 재료가 축적되어 코너의 내부에서 찌그러질(buckle) 것이다.
코너 맞춤 예비성형체의 구조적 일체성을 유지하기 위하여, 많은 경우에 절단부 또는 절단부들에서 및 코너 그 자체의 둘레에서 강화재의 추가가 요구된다. 상기 강화재는 종종 시트 또는 플레이트 형태의 재료이며, 전형적으로 추가적인 제직물 재료(woven material)이다. 상기 추가적인 강화재는 코너 맞춤 예비성형체의 두께 및 중량의 국소적인 증가를 낳는다. 상기 강화재는 강화된 코너 그 자체에서 국소적인 중량 집중을 낳을 수 있다.
주름잡아 꿰맨 개선을 위한 하나의 그러한 강화재는 미국 특허 출원 2011-0111664 A1호에 개시되어 있으며, 이의 전체 내용은 인용에 의하여 본 명세서에 병합된다. 이 참고 문헌에 의하여 제공되는 주름잡아 꿰맨 예비성형체(darted preform)를 위한 강화재는 조향 제직포(steered woven fabric)의 형태이며, 이는 파이(Pi) 예비성형체의 기립 다리들 사이의 공간을 충전하며 제직에 의하여 조향되어 상기 다리를 주름잡아 꿰맨 것에 의하여 가능하게 된 곡률(curvature)을 따른다. 조향 제직포가 자리를 잡은 후, 예비성형체가 더 가공되어 강화 복합체 구조물을 형성한다.
다른 알려진 방법들은 강화재를 코너에서 예비성형체에 부착하기 위하여 기계적 고정장치(mechanical fastener), 예를 들면, 볼트 또는 리벳을 필요로 할 수 있다. 그러나, 그러한 성분들의 계면에서 금속 볼트 또는 리벳을 사용하는 것은 종종 수용가능하지 않다. 왜냐하면 그러한 고정장치는 관통 구멍(through hole)을 필요로 하는데, 이것이 복합 구조물의 일체성(integrity)을 더욱 위태롭게 하기 때문이다. 치명적으로, 고정장치는 중량을 증가시키고, 또한 그러한 요소들과 이를 둘러싼 재료 사이에 다른 열팽창계수를 도입한다.
종래 기술 방법들은 강화 재료의 추가 및 이에 의하여 야기되는 국소적인 두께 증가 및 추가적인 중량 없이 코너 맞춤(corner fitting)으로 형성될 수 있는 3D 제직물 예비성형체에 대한 필요성을 적절하게 해결하지 않았다.
본 발명은 추가적인 강화재의 필요 및 이와 관련된 국소적인 두께 증가 및 추가적인 중량 없이 겹치기 이음을 갖는 코너 맞춤으로 형성될 수 있는 3D 제직물 예비성형체를 제공함으로써 상기한 종래 기술의 단점을 해결하는 것이다.
따라서, 본 발명은 주름잡아 꿰매지(dart) 않고 또는 추가적인 강화재를 필요로 하지 않고 코너 맞춤으로 형성될 수 있는 3D 제직물 예비성형체 및 이 3D 제직물 예비성형체의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 주름잡아 꿰매지(dart) 않고 또는 추가적인 강화재를 필요로 하지 않고 코너 맞춤으로 형성될 수 있는 3D 제직물 예비성형체, 및 수지 또는 매트릭스 재료를 포함하는 강화 복합체 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 플랜지 또는 베이스, 및 상기 플랜지의 주표면으로부터 연장하는 적어도 하나의 다리를 포함하는 3D 제직물 예비성형체로서, 코너 맞춤으로 형성되도록 적합화되어 있는 3D 제직물 예비성형체에 관한 것이다. 상기 예비성형체의 다리의 길이 방향 부분(lengthwise portion)은 소망되는 코너의 구역에서 하나 이상의 독립적으로 제직된 층으로 생성된다. 상기 예비성형체 다리의 하나 이상의 제직된 층은 서로에 대하여 독립적으로 그리고 플랜지와 독립적으로 제직되며, 유리, 탄소, 세라믹, 아라미드, 폴리에틸렌, 및/또는 소망하는 물리적, 열적, 화학적 및/또는 다른 성질을 나타내는 다른 재료와 같은 재료를 전형적으로 포함하는 섬유 또는 실(yarn)로 제직된다. 상기 코너의 구역에 있지 않은 다리의 다른 부분은 독립적으로 제직된 층을 포함하는 부분과 동일하거나 또는 유사한 두께의 단일층 또는 다층으로서 제직될 수 있고 그리고 플랜지와 일체적으로 제직될 수 있다.
독립적으로 제직된 층을 포함하는 다리의 길이 방향 부분에서, 상기 다리 또는 다리들에서의 경사 섬유는 형성되는 층의 숫자에 따라 그룹들로 나누어진다. 독립적으로 제직된 층을 포함하는 다리의 부분에서 적어도 하나의 그룹의 경사 섬유 또는 실은 상기 부분의 길이의 적어도 일 부분에서 경사 부사(warp float)로서 수반된다. 본 개시 전체를 통하여 사용된 "부사"는 이 구역에서의 경사 섬유 또는 실이 이 구역에서의 어떠한 위사 섬유 또는 실과도 제직되지 않는 것을 의미한다. 상기 다리의 길이 방향 부분의 적어도 하나의 그룹의 경사 섬유 또는 실은 상기 부분의 길이의 적어도 일 부분에서 위사 섬유 또는 실과 제직된다. 독립적으로 제직된 층을 포함하는 다리의 길이 방향 부분의 길이를 따라서, 경사 섬유 또는 실의 그룹은 해당하는 위사 섬유 또는 실과 제직되는 것과 제직되지 않는 것 사이에서 교대할 수 있다. 즉, 경사 섬유 또는 실의 하나의 그룹은 독립적으로 제직된 층을 포함하는 다리의 길이 방향 부분의 일 부분에서 위사 섬유 또는 실과 제직할 수 있고 또한 상기 길이 방향 부분의 다른 부분에서 위사 섬유 또는 실과 제직하지 않을 수 있다. 유사하게, 경사 섬유 또는 실의 하나의 그룹은 독립적으로 제직된 층을 포함하는 다리의 길이 방향 부분의 일 부분에서 위사 섬유 또는 실과 제직하지 않을 수 있고 또한 상기 길이 방향 부분의 다른 부분에서 위사 섬유 또는 실과 제직할 수 있다.
즉, 상기 다리에서 독립적으로 제직된 층은 그 길이의 일 부분을 따라서 제직된 경사 및 위사 섬유 또는 실을 포함할 수 있으며, 그 길이의 다른 부분을 따라서 위사 섬유 또는 실과 제직되지 않은 경사 섬유 또는 실의 부사를 포함할 수 있다. 유사한 방식으로, 상기 다리에서 독립적으로 제직된 층은 그 길이의 일 부분을 따라서 위사 섬유 또는 실과 제직되지 않은 경사 섬유 또는 실을 포함할 수 있으며, 그 길이의 다른 부분을 따라서 위사 섬유 또는 실과 제직된 경사 섬유 또는 실을 포함할 수 있다. 제직된 경사/위사 섬유 또는 실 부분은 부사로서 수반되는 경사 섬유 또는 실을 포함한다.
하나 이상의 독립적으로 제직된 층으로 생성된 다리의 부분은 너비 방향으로, 보통 두 개의 실질적으로 동일한 길이 세그먼트로 절단되며(즉, 양분), 절단부는 플랜지로 연장하지만, 플랜지의 주표면 안으로는 연장하지 않는다. 하나의 세그먼트의 독립적으로 제직된 층들이 중첩되고 다른 세그먼트의 독립적으로 제직된 층들과 이음(joint)을 형성하여 절단부의 그 영역에서 코너(corner)를 형성할 수 있도록 상기 예비성형체는 이어서 절단부의 선(즉, 플랜지의 주표면 상으로의 절단부의 투사선(projection))에서 접힐 수 있다. 제1 다리 세그먼트의 층들은 제2 다리 세그먼트의 층들과 끼워질(interleave) 수 있으며, 또는 깍지 끼워질(interdigitate) 수 있어서 제1 다리 세그먼트로부터의 하나 이상의 층은 제2 다리 세그먼트 내의 이웃하는 층들 사이의 공간을 충전(fill)할 수 있다. 위의 코너 맞춤 예비성형체의 다른 구현예에서, 하나의 다리 세그먼트의 단일 독립적인 층들이 교대로 다른 다리 세그먼트의 독립적인 층들과 끼워져서 상기 다리들의 중첩 또는 이음 구역(joint area)에서의 연속적인 층들은 교대하는 세그먼트들로부터 온 것이다. 다른 구현예에서, 상기 다리 세그먼트들의 층들의 일부, 또는 모두가 끼워짐(interleaving) 없이 중첩될 수 있다.
일부 구현예들에서, 하나 이상의 상기 층들이 하나 또는 양쪽 모두의 다리 세그먼트로부터 제거되며, 나머지 층들은 일 영역에서 중첩되어 상기 다리의 중첩된 영역은 상기 다리의 두 세그먼트의 독립적으로 제직된 층들의 숫자보다 적은 숫자를 포함한다. 일부 구현예들에서, 중첩 영역의 두께는 다리의 나머지 부분, 즉 다리의 비중첩 부분의 두께와 동일하거나, 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들면, 두 개의 독립적으로 제직된 층을 갖는 부분(즉 다리가 두 갈래로 갈라지다)을 포함하는 예비성형체에서, 각각의 세그먼트 내의 하나의 층이 제거될 수 있어서 중첩 영역이 또한 두 개의 층을 포함하였다. 모든 층들이 동일하거나, 또는 비슷한 두께를 갖는 구현예들에서, 중첩 영역은 다리의 비중첩 부분의 두께와 동일하거나, 또는 실질적으로 동일한 두께를 가질 것이다. 다른 두께의 층들을 갖는 구현예들에서, 중첩 영역은 다리의 비중첩 부분의 두께와 동일한 두께를 가질 수 있거나 또는 갖지 않을 수 있다.
다리가 두 갈래로 갈라진 부분을 갖는 3D 제직물 예비성형체의 일부 구현예들에서, 상기 부분은 실질적으로 동일한 두께의 제1 제직층 및 제2 제직층을 포함한다. 다리의 상기 부분이 절단부를 가지며 양분되어 두 개의 세그먼트를 형성하는 경우, 각각의 세그먼트는 동일한, 또는 실질적으로 동일한 길이의 제1 제직층 및 제2 제직층을 포함한다. 일부 구현예들에 따르면, 하나의 세그먼트의 제1 제직층이 제거되고 그리고 제2 세그먼트의 제2 제직층이 제거되어, 예비성형체를 소망하는 코너 맞춤 형태(corner fitting shape)로 접으면, 중첩 영역은 다리의 비중첩 부분과 동일하거나, 또는 실질적으로 동일한 두께를 가지며, 다른 세그먼트들로부터 취해진, 제1 제직층 및 제2 제직층을 포함한다. 그러면, 중첩 부분은 상기 중첩 부분의 양 측면상에서 다리의 적어도 바로 이웃하는 부분과 동일평면(coplanar)이다. 따라서, 이 구현예에서, 중첩 영역 및 상기 중첩 영역에 바로 이웃하는 다리의 비중첩 영역의 사이에서 다리 두께의 편차가 없거나, 또는 편차가 실질적으로 없다.
제1 세그먼트로부터의 하나의 제직층이 제2 세그먼트로부터의 제직층과 중첩하는 구현예들에서, 형성된 이음(joint)은 때때로 단일 겹치기 이음(single lap joint)으로 지칭된다. 일부 상황에서, 단일 겹치기 이음의 특징은 적당할 수 있거나 또는 바람직할 수 있다.
일부 구현예들은 다리의 세 갈래로 갈라진 부분을 포함하며, 즉 상기 부분은 세 개의 독립적으로 제직된 영역을 포함하며, 위에서 설명된 방식과 유사한 방식으로 3D 제직물 코너 맞춤으로 형성될 수 있다. 상기 세 갈래로 갈라진 부분은 제1 외부층, 내부 또는 중간층, 및 제2 외부층을 포함한다. 상기 세 갈래로 갈라진 부분을 두 개의 세그먼트로 양분하면, 하나의 다리 세그먼트의 세 개의 제직층이 다른 다리 세그먼트의 세 개의 제직층과 중첩하되, 끼워짐(interleaving) 있게 또는 없게, 또는 상기 다리들의 제직층들이 부분적으로 끼워질 수 있게 중첩되도록, 3D 제직물 예비성형체를 절단부의 선을 따라서 굽힘으로써 코너 맞춤이 형성될 수 있다.
세 갈래로 갈라진 부분이 다리의 비중첩 부분과 동일하거나 또는 유사한 두께를 갖는 중첩 이음 영역으로 형성될 3D 제직물 코너 맞춤의 구현예들에서, 중첩 부분이 비중첩 부분과 동일한 숫자의 제직층을 갖도록 층들이 각각의 세그먼트로부터 제거된다. 예를 들면, 중첩 영역에서의 제직층의 총 숫자가 세 개가 되도록 하나의 제직층이 하나의 다리 세그먼트로부터 제거되고, 두 개의 제직층이 다른 다리 세그먼트로부터 제거될 수 있다. 제직층들의 각각이 동일한 두께인 경우, 중첩 영역은 다리의 비중첩 부분의 두께와 동일하거나, 또는 실질적으로 동일한 두께를 가질 것이다. 다른 두께의 제직층들을 갖는 구현예들에서, 중첩 영역은 다리의 비중첩 부분의 두께와 동일한 두께를 가질 수 있거나 또는 갖지 않을 수 있다.
두 개의 세 갈래로 갈라진 영역(trifurcated region)으로 양분된 세 갈래로 갈라진 부분(trifurcated portion)을 포함하는 하나의 구현예에서, 제1 및 제2 외부층은 제1 다리 세그먼트로부터 제거되어, 상기 영역 내에 중간(내부)층만을 남긴다. 제2 다리 세그먼트에서는, 하나의 중간층만이 제거된다. 세그먼트들을 분리하는 절단부의 평면의 플랜지 상으로의 투사선을 따라 예비성형체를 소망하는 코너 맞춤 형태로 접으면, 제1 세그먼트의 나머지 중간(내부) 제직층은 제2 세그먼트의 제1 및 제2 제직 외부층의 사이에 위치할 수 있어서, 제2 세그먼트의 중간(내부) 제직층에 의하여 이전에 점유된 공간을 충전한다.
이 구현예에서, 다리의 중첩 영역은 이중 겹치기 전단 이음(double lap shear joint)을 형성하며, 만일 다리 세그먼트들에서 상기 세 개의 제직층이 동일한 두께인 경우, 중첩 영역은 다리의 비중첩 부분과 실질적으로 동일한 두께이다. 이중 겹치기 전단 이음은 일부 응용분야에 바람직한 특성을 가질 수 있다. 일부 구현예들은 다리의 비중첩 영역과 실질적으로 동일한 두께를 갖는 중첩 영역을 제공하며, 여기에서 중첩 부분은 다리의 적어도 바로 이웃하는 부분과 실질적으로 동일평면이며, 중첩 영역의 편심 적재(eccentric loading)는 다른 유형의 중첩 이음 상에서 감소될 수 있다.
위에서 설명한 구현예들은 단지 설명의 편의를 위하여 한 부분의 독립적으로 제직된 층을 갖는 단일 다리, 예를 들면, L 또는 T 단면 프로파일을 갖는 3D 제직물 코너 맞춤을 가질 수 있을 것이다. 비슷한 예비성형체가 플랜지의 동일 표면으로부터 연장하는 두 개의 다리로 형성되어, 위에서 논의된 3D 제직물 파이(Pi) 프로파일 예비성형체를 형성할 수 있다. 복수 개의 독립적으로 제직된 층을 포함하는 다리에서 중첩 영역의 형성에 관한, 위의 논의는 플랜지의 측면으로부터 연장하는 다리의 숫자와 관계없이 적절하다. 복수 개의 다리를 갖는 예비성형체는 중첩 영역을 형성하는 독립적으로 제직된 층들을 포함하는 하나 이상의 다리를 가질 수 있다.
코너 맞춤으로서 사용하기 위한 파이 단면 겹치기 이음을 갖는 3D 제직물 예비성형체의 구현예들에서, 예를 들면, 예비성형체의 각각의 다리는 독립적으로 제직된 층들을 포함하는 부분을 가질 수 있다. 예비성형체가 이후에 소망하는 형태로 접혔을 때 적어도 코너가 형성될 구역에서, 상기 형성될 코너의 구역에서의 제1 다리의 부분은 비슷한 구역에서의 제2 다리의 부분에 실질적으로 평행하다. 제1 및 제2 다리에서의 독립적으로 제직된 층들은 동일한 공간에 걸치거나(coextensive), 또는 실질적으로 동일한 공간에 걸친다. 소망하는 코너의 구역, 또는 위치에서의 다리들에 수직하고 플랜지에 수직한 절단부가 만들어진다. 절단부는 다리의 깊이를 관통하여 플랜지의 표면까지(플랜지의 표면을 포함하지 않음) 연장하여, 독립적으로 제직된 층들을 갖는 다리의 부분을 길이와 깊이가 실질적으로 동일한 두 개의 영역으로 양분한다.
T 단면 및 L 단면 3D 제직물 예비성형체에서와 같이, 3D 제직물 파이 단면 예비성형체는, 예를 들면, 복수 개의 독립적으로 제직된 층들을 포함하는 다리(또는 다리들)을 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 다리(들)은 절단되어, 상기 독립적으로 제직된 층들의 영역을 양분할 수 있다. 절단부의 평면의 플랜지 상으로의 투사선을 따라 예비성형체가 소망하는 코너 맞춤 형태로 접힌 경우, 다리들의 부분들은 단일 다리에 대하여 위에서 설명한 바와 같이 중첩될 수 있다. 다리 부분들은 끼워짐(interleaving) 있게 또는 없게 중첩될 수 있으며, 또는 부분적 끼워짐있게 중첩될 수 있다. 일부 구현예들에서, 중첩 부분의 총 두께가 다리의 비중첩 부분과 실질적으로 동일하도록 중첩 부분이 형성될 수 있다. 이는 예비성형체가 접힌 이후 중첩 영역에서, 층들의 총 숫자, 및 총 두께가 예비성형체가 접히기 이전에 제직된 그대로(as-woven)의 부분들에서 발견되는 것과 동일하도록 각각의 다리 세그먼트로부터 제직층들을 선택적으로 제거함으로써 달성될 수 있다.
두 갈래로 갈라진 다리를 갖는 3D 제직물 예비성형체의 일 구현예에서, 하나의 다리의 하나의 세그먼트로부터의 제1 제직층 및 다른 다리로부터의 제2 세그먼트로부터의 제2 제직층이 제거될 수 있다. 층들이 다리들에서 실질적으로 동일한 두께인 구현예들에서, 각 부분으로부터 하나의 층을 포함하는 중첩 부분은 비중첩 부분과 실질적으로 동일한 두께를 가질 것이다.
세 갈래로 갈라진 다리를 갖는 3D 제직물 예비성형체의 일 구현예에서, 하나의 다리 부분의 제1 세그먼트의 내부(중간)층이 제거되고 그 다리 부분의 제2 세그먼트의 제1 및 제2 외부층이 제거되어서 내부층이 제1 세그먼트로부터 제거된 공간 내에 나머지 내부층이 맞추어(fit)질 수 있다. 유사하게, 제2 다리의 하나의 세그먼트의 외부층들이 제거될 수 있으며 그 다리의 제2 세그먼트의 내부층이 제거될 수 있어서 하나의 세그먼트의 내부층이 다른 세그먼트의 층들 사이에 맞추어진다. 층 제거 또는 층 중첩을 위한 다른 구조(scheme)가 이용될 수 있다. 예를 들면, 코너 맞춤을 위하여 사용되는 3D 제직물 파이 형태 예비성형체에서, 중첩 영역에서의 제1 다리로부터의 제직층들을 제거하기 위한 구조는 제2 다리에서의 제직층 제거 구조와 동일하거나, 또는 다를 수 있다. 중첩 영역에서, 제1 다리에서의 제직층들의 중첩을 위한 구조는 제2 다리에서의 제직층들의 중첩 구조와 동일하거나, 또는 다를 수 있다.
소망하는 코너 맞춤 형태로 접힌 세 갈래로 갈라진 다리(또는 두 갈래로 갈라진 다리, 또는 모두)를 갖는 3D 제직물 파이 예비성형체로서 하나의 세그먼트의 하나의 내부 제직층이 제2 세그먼트의 두 개의 제직층의 사이에 끼워진 3D 제직물 파이 예비성형체의 구현예들에서, 이중 겹치기 이음(double lap joint)이 형성된다. 일부의 경우에서, 예를 들면, 파이 형태 예비성형체의 하나 또는 양 다리를 이용하여 코너 맞춤에서 이중 겹치기 이음을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 3D 제직물 예비성형체를 이용하는 코너 맞춤에서 이중 겹치기 이음은 일부 응용분야에서 일부 다른 유형의 이음에 대하여, 증가된 강도와 같이, 바람직한 특성을 보유할 수 있다.
위에서 설명한 완성된 3D 제직물 예비성형체는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 수지 전사 성형(resin transfer molding) 또는 화학적 증기 침투(chemical vapor infiltration)와 같은 전형적인 기술을 사용하여, 이에 제한되는 것은 아니지만, 에폭시, 비스말레이미드, 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹, 탄소, 또는 소망하는 물리적, 열적, 화학적, 또는 다른 특성을 나타내는 다른 재료와 같은 매트릭스 재료의 도입으로 강화 복합체 구조물(reinforced composite structure)로 가공될 수 있다. 상기 예비성형체는 수지 또는 매트릭스 재료로 주입되어, 강화 복합체 구조물을 생성한다.
본 개시에서 그리고 특히 특허청구범위 및/또는 발명의 상세한 설명에서, 용어 "포함한다(comprises)", "포함하였다(comprised)", "포함하는(comprising)" 등은 미국 특허법에서 이들에 부여하는 의미를 가질 수 있다; 예를 들면, 이들은 "포함한다(includes)", "포함하였다(included)", "포함하는(including)" 등을 의미할 수 있다; 및 "본질적으로 이루어진(consisting essentially of)" 또는 "본질적으로 이루어진다(consists essentially of)"와 같은 용어는 미국 특허법에서 이들에게 할당하는 의미를 갖는다. 예를 들면, 이들은 명시적으로 기술되지 않은 요소를 허용하지만, 종래 기술에서 발견되는 요소 또는 본 발명의 기본적인 또는 새로운 특징에 영향을 미치는 요소를 배제한다.
이들 및 다른 구현예들은 다음의 발명의 상세한 설명에서 개시되며 또는 다음의 발명의 상세한 설명으로부터 명백해지며, 이의 범위내에 포함된다.
예로서 제공되지만, 설명하는 특정한 구현예들로만 본 발명을 제한하려는 의도는 아닌, 이하의 발명의 상세한 설명은 첨부 도면과 함께하여 가장 잘 이해될 수 있다. 여기에서 동일한 참조번호는 동일한 또는 유사한 요소 또는 부품을 나타낸다. 이하 도면에서,
도 1a - 1c는 전형적인 종래 기술의 3D 제직물 예비성형체(woven preform)의 사시도이며;
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 예비성형체의 사시도이며;
도 3a는 본 발명의 일 구현예에 따른 도 2의 선 III-III을 따라 취해진 단면도이며;
도 3b는 본 발명의 다른 구현예에 따른 선 III-III을 따라 취해진 단면도이며;
도 4a는 선 IV-IV을 따라 취해진 도 2의 예비성형체의 측면도이며;
도 4b는 도 4a의 예비성형체의 측면도이며, 이때 우측면이 제1 회전 위치에 있으며;
도 4c는 도 4a의 예비성형체의 측면도이며, 이때 우측면이 제2 회전 위치에 있으며;
도 5a - 5c는 본 발명의 일 구현예에 따른 선 V-V을 따른 도 4a - 4c의 예비성형체의 상부도이며;
도 6a - 6c는 본 발명의 일 구현예에 따른 선 V-V을 따른 도 4a - 4c의 예비성형체의 상부도이며;
도 7는 본 발명의 일 구현예에 따른 선 V-V을 따른 도 4a의 예비성형체의 상부도이며;
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 예비성형체의 사시도이며;
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 3D 제직물 예비성형체의 기립 다리의 상면도이며; 및
도 10은 본 발명의 다른 구현예에 따른 3D 제직물 예비성형체의 기립 다리의 상면도이다.
본 발명의 구현예들이 이하에서 개시된 예비성형체의 구현예들 및 이의 예시적인 응용을 묘사하는 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 그러나, 개시된 예비성형체의 응용은 도시된 그들 구현예에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 발명은, 예시의 목적으로 제공되며 제한이 아닌, 묘사된 구현예들 및 이들의 세부사항에 제한되지 않는다.
본 발명은 다리 또는 플랜지를 주름잡아 꿰매지(dart) 않고 또는 코너 또는 다른 위치에서 강화 재료를 추가하지 않고 겹치기 이음을 갖는 코너 맞춤으로 형성될 수 있는 삼차원(3D) 제직물 예비성형체 및 그러한 예비성형체의 형성 방법에 관한 것이다. 종래 기술의 3D 제직물 예비성형체(1)의 예가 도 1a - 1c에 도시되어 있으며, 이는 각각 L 단면, T 단면, 및 Pi 단면 예비성형체를 도시한다. 다른 배치(configuration)의 3D 예비성형체가 가능하다. 평면 플랜지(2)는 두 개의 주표면(4 및 4'), 적어도 하나의 모서리 표면(edge surface: 5), 및 하나의 주표면(4)으로부터 연장하는 하나 이상의 기립 다리(6)를 포함한다.
다리(6)는 도 1a에 도시된 바와 같이 모서리 표면(5)과 정렬되어 플랜지(2)의 모서리를 따라 위치하여, L 예비성형체 단면을 형성할 수 있다. T 예비성형체 단면은 도 1b에 도시된 바와 같이 예비성형체의 모서리 표면(5)들의 사이에 위치하는 주표면(4)으로부터 연장하는 다리(6)를 포함한다. 다리(6)는 적어도 상기 다리의 길이의 부분에서 예비성형체(1)의 세로축 L과 정렬할 수 있다. 파이 예비성형체 단면은 플랜지(2)의 주표면(4)으로부터 연장하는 두 개의 다리(6, 6')를 포함한다. 다리(6, 6')는 선형 또는 비선형일 수 있으며, 적어도 상기 다리의 길이의 부분에서 세로축 L에 평행할 수 있다.
본 발명은 이하의 논의로부터 쉽게 명백하게 되는 방식으로 위에서 언급한 3D 제직물 예비성형체 단면의 어느 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명은 또한 다른 3D 제직물 예비성형체 단면, 예를 들면 두 개보다 많은 기립 다리를 갖는 예비성형체를 사용할 수 있으며, 이는 이하의 개시로부터 명백하게 될 것이다. 본 개시의 부분들은 하나의 특정한 유형의 예비성형체에 향할 수 있다; 그러나, 이 설명은 문맥이 다르게 나타내지 않는 한 플랜지 및 적어도 하나의 기립 다리를 포함하는 모든 삼차원(3D) 제직물 예비성형체에도 적용된다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 T 단면 3D 예비성형체(1)를 도시한다. 도시된 구조(construction) 및 기술이 3D 제직물 L 단면 및 파이 단면 예비성형체에도 역시 적당하다는 것은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 평면 플랜지(2)는 평면 주표면(4) 및 대체적으로 평행한 대향하는 주표면(4'), 세로축(L), 및 적어도 하나의 모서리 표면(5)을 포함한다. 기립 다리(6)는 세로축(L)에 실질적으로 평행하게 배열되어 있으며 제1 외부측면(7) 및 제2, 일반적으로 평행한, 외부 측면(9)을 포함한다. 다리(6)의 세로 길이를 따른 적어도 하나의 부분(8)은 이하에서 더욱 상세하게 논의될 복수 개의 독립적으로 제직된 층으로 이루어져 있다(하나의 부분(8)이 도시되어 있다). 부분(8)은 절단부(10)에 의하여 제1 세그먼트(12) 및 제2 세그먼트(14)로 양분된다. 절단부(10)는 상기 절단부의 위치에서 상기 주표면(4)으로 다리(6)의 깊이(D)를 관통하여 만들어져 있다. 절단부(10)의 평면은 상기 절단부의 위치에서 다리(6) 및 플랜지 주표면(4)에 수직하다. 플랜지(2)의 주표면(4) 상으로의 절단부(10)의 투사선은 절단부 선(11)을 제공한다.
본 발명의 구현예들에서, 세그먼트(12) 및 세그먼트(14)는 동일한 깊이(D)를 가지며 세로축(L)을 따라 각각 동일한 길이 l1 및 l2, 또는 실질적으로 동일한 길이이다. 일부 구현예들에서, l1 및 l2는 동일한 길이일 수 있으며 다리(6)의 깊이(D)와 동일할 수 있다. 세그먼트(12), 세그먼트(14) 및 D 사이의 다른 치수 관계가 가능하며 이하의 논의에서 명백해지는 바와 같이 형성된 코너 맞춤의 특징에 영향을 미칠 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 두 구현예에 따른 도 2의 선 III-III을 따라 취해진 단면도이다. 도 3a는 두 개의 독립적인 층(16) 및 층(18)으로 제직된 부분(8)의 제2 세그먼트(14)를 도시한다. 부분(8)의 전체가 두 개의 독립적인 층으로 제직되어 있기 때문에, 제1 세그먼트(12)(단면도로 도시되지 않음)가 또한 두 개의 독립적으로 제직된 층(16, 18)을 포함한다. 이 구현예에서, 두 개의 독립적인 층(16, 18)으로 제직된 부분(8)은 두 갈래로 갈라진 부분으로 불리우며, 세그먼트(12) 및세그먼트(14)는 두 갈래로 갈라진 세그먼트이며, 양자 모두 독립적으로 제직된 층(16, 18)을 포함한다. 도 3a에서 도시된 바와 같이, 독립적으로 제직된 층(16)이 부사로서 수반된다. 즉, 층(16)에서의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않는다(부사). 독립적으로 제직된 층(18)의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직된다. 세그먼트(12)는 동일한 구조(scheme)로 제직될 수 있거나, 또는 위사 섬유와 제직된 경사 섬유 및 위사 섬유와 제직되지 않은 경사 섬유는 전환(switch)되어서 층(16)은 위사 섬유와 제직된 경사 섬유를 갖고, 층(18)에서의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않는다(부사).
도 3b는 본 발명의 다른 구현예를 도시하며, 여기에서 부분(8)의 제2 세그먼트(14)는 세 개의 독립적인 층(20, 22, 및 24)과 제직한다. 이 구현예에서, 세 개의 독립적인 층(20-24)과 제직된 부분(8)은 세 갈래로 갈라진 부분으로 불리우며, 세그먼트(12) 및 세그먼트(14)는 세 갈래로 갈라진 세그먼트이며, 역시 독립적인 층(20-24)을 갖는다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 외부의 두 층(20 및 24)의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되고, 층(22)의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않는다. 즉 층(22)는 부사로서 수반된다.
세 갈래로 갈라진 세그먼트에서 위사 섬유와 제직된 경사 섬유 및 위사 섬유와 제직되지 않은 경사 섬유의 다른 배열이 본 발명의 구현예들에 따라서 사용될 수 있다. 예를 들면, 외부의 두 층(20 및 24)에서의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않고, 층(22)의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되도록, 즉 도 3a에 도시된 세그먼트(14)의 반대가 되도록, 세그먼트(12)(단면도로 도시되지 않음)가 형성될 수 있다. 이 배치(configuration)에서, 층(20) 및 층(24)는 부사로서 수반된다.
도 4a는 선 IV-IV을 따라 취해진 도 2의 3D 제직물 예비성형체의 측면도이다. 플랜지(2)의 주표면(4)을 따라 절단부의 선(11)에서 예비성형체(1)를 접음으로써 본 발명에 따른 예비성형체로부터 코너 맞춤이 형성될 수 있다. 예를 들면, 화살표(30)에 의하여 나타낸 바와 같이 우측면(28)이 윗방향으로 회전하는 동안 예비성형체(1)의 좌측면(26)은 정지상태로 유지될 수 있으며, 이에 의하여 상기 예비성형체가 주표면(4)을 따른 절단부(10)의 평면의 투사선을 따라 절단부(10)의 바닥(bottom)을 축으로 회전(pivot)하는 것을 가능하게 하며, 이것이 접힘선(fold line: 11)을 확립한다.
도 4b는 접힘선(11)에 대하여 α 만큼 회전한 도 4a의 예비성형체(1)의 우측면(28)을 나타낸다. 우측면(28)의 원위치는 가상선으로 도시되어 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이 회전하면, 세그먼트(14)의 부분(실선으로 도시)은 대체적으로 32인 중첩 영역에서 세그먼트(12)의 부분(가상선으로 도시)과 부분적으로 중첩한다. 우측면(28)이 30으로 표시된 방향으로 더 회전함에 따라 중첩(32)의 양은 증가한다.
도 4c는 비슷한 치수의 세그먼트(12) 및 세그먼트(14)가 32'로 식별된 중첩 영역에서 완전히 중첩하도록 도 4a의 도시로부터 α가 약 90°가 되도록 회전한 예비성형체(1)의 우측면(28)을 도시한다. 도 2에서 가장 분명하게 도시된 바와 같이, 세그먼트(12)의 길이(l1) = 세그먼트(14)의 길이(l2) = D인 경우, 완전한 중첩 영역(full overlap region)이 달성된다. 11, 12 및 D 사이의 다른 관계가 가능하며 중첩의 양에 영향을 미칠 수 있으며, 예비성형체 측면(26) 및 예비성형체 측면(28)이 서로에 대하여 90°로 배열된 경우 영역(32')에서 특히 그러하다.
각도 α가 90°인 경우, 좌측면(26) 및 우측면(28)이 서로에 대하여 직각으로 배열된다. 각도 α가 90°보다 큰 경우, 좌측면(26) 및 우측면(28)의 끼인각이 예각(acute included angle)을 이룬다. 각도 α가 90°보다 작지만 0°보다 큰 경우, 좌측면(26) 및 우측면(28)의 끼인각이 둔각(obtuse included angle)을 이룬다.
세그먼트(12) 및 세그먼트(14) 내의 독립적으로 제직된 층들은 임의의 소망하는 배치(configuration)로 중첩될 수 있다. 예를 들면, 하나의 세그먼트 내의 독립적으로 제직된 층들은 다른 세그먼트 내의 독립적으로 제직된 층들과 임의의 편리한 구조(scheme)로 끼워질 수 있다. 중첩 영역 내에 포함되지 않은 다리(6)의 부분들, 즉 부분(8)의 바깥쪽의 다리(6)의 부분들은 비중첩 영역 또는 영역들을 구성한다.
중첩 영역(32')은 세그먼트(12) 및 세그먼트(14)의 전체 두께를 포함하여, 중첩 영역(32')이 개별 세그먼트 또는 비중첩 영역의 두께의 두 배가 되게 할 수 있다. 많은 상황에서, 중첩 영역에서 두 배의 두께(double thickness)를 제거하는 것이 바람직하다. 본 발명의 구현예들에 따르면, 각각의 세그먼트(12) 및 세그먼트(14)로부터 하나 이상의 독립적으로 제직된 층들을 제거함으로써 중첩 영역(32)에서의 증가된 두께가 감소될 수 있다.
예를 들면, 다리(6)의 부분(8)이 두 갈래로 갈라진, 즉 두 개의 독립적인 층(16, 18)을 포함하는 구현예들에서, 세그먼트(12)로부터의 하나의 제직층이 제거될 수 있고 세그먼트(14)로부터의 하나의 제직층이 제거될 수 있다. 제거된 층은 부사로서 수반된 경사 섬유를 갖는 층, 즉 위사와 제직되지 않은 층이다. 그러면 중첩 영역(32, 32')은 네 개라기보다는 두 개의 층을 포함하며, 중첩 영역(32) 또는 중첩 영역(32)에서의 두께는 원래의 세그먼트(12, 14)의 두께와 동일하거나, 또는 실질적으로 동일할 것이며, 또는 다리(6)의 비중첩 부분에서의 두께와 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 것이다.
도 5a는 선 V-V을 따라 취해진 도 4a의 3D 제직물 예비성형체(1)의 상면도이다. 이 구현예에 따르면, 다리(6)는 두 갈래로 갈라져 있으며 따라서 도 3a의 단면도에 부합한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제직층(18)은 세그먼트(12)로부터 제거되었으며, 제직층(16)은 세그먼트(14)로부터 제거되었다. 도 4b에 해당하는 도 5b는 접힘선(11)에 대하여 일정한 양만큼 회전한 예비성형체(1)의 우측면(28)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 우측면(28)은 종이 평면으로부터 나오며, 각도 α는 도시되어 있지 않다. 세그먼트(12)의 층(16) 및 세그먼트(14)의 층(18)은 영역(32)에서 중첩한다.
도 5c는 선 V-V을 따라 바라본 도 4c에 해당하며, 도 5a에 나타낸 위치로부터 접힘선(11)에 대하여 약 90°회전한 우측면(28)을 도시한다. 층(16) 및 층(18)은 도 4c에서의 영역(32')로 가장 잘 도시되는 바와 같이 완전히, 또는 실질적으로 완전히, 서로 중첩한다. 이 구현예에서, 단일 겹치기 이음이 중첩 영역(32')에서 형성되며, 중첩 두께는 비중첩하는 세그먼트의 두께와 실질적으로 동일하다. 상기 이음의 결합선(bond line), 즉 층(16) 및 층(18)의 인접하는 표면 사이의 계면은, 층(16) 및 층(18)이 동일한 두께인 경우, 다리(6)의 중심선에 정렬할 수 있다. 층(16) 및 층(18)이 동일한 두께가 아닌 구현예들에서, 상기 이음의 결합선은 다리(6)의 중심선으로부터 오프셋될 수 있다.
세그먼트(12)로부터 제직층(16)을 제거하고, 세그먼트(14)로부터 제직층(18)을 제거하면, 이음이 상기한 바와 같이 형성되는 것을 가능하게 할 것이고, 실질적으로 동일한 결과를 제공할 것이라는 것은 이제 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 이 경우, 세그먼트(12)의 제직층(16) 및 세그먼트(14)로부터의 제직층(18)은 부사로서 경사 섬유를 가질 것이며, 즉 이들 세그먼트에서 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않을 것이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 다리(6)가 세 갈래로 갈라진 부분(8)을 포함하는 본 발명의 구현예들은 코너 맞춤으로 비슷하게 형성될 수 있다. 위에서와 같이, 제1 세그먼트의 독립적으로 제직된 층들(20, 22, 24)은 제2 세그먼트의 독립적으로 제직된층들(20, 22, 24)과 끼워질 수 있다. 도 4b 및 4c의 중첩 영역(32) 또는 중첩 영역(32')과 비슷하게, 중첩 영역에서 형성된 이음은 부분(8)에서의 독립적으로 제직된 층들의 숫자의 두 배를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 이음 또는 중첩 영역은 다리(6)의 비접힘 부분(8) 또는 비중첩 세그먼트(12, 14)의 두 배의 두께, 또는 실질적으로 두 배의 두께를 갖는다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 세 갈래로 갈라진 부분(8)의 각각의 세그먼트(12) 및 세그먼트(14)로부터 하나 이상의 독립적으로 제직된 층(20, 22, 24)을 제거함으로써 중첩 영역(32) 또는 중첩 영역(32')에서 증가된 두께가 감소될 수 있다. 제거될 제직층은 부사로서 경사 섬유를 갖는 것들이다. 제거될 제직층의 총 숫자는 하나의 세그먼트에서의 제직층의 숫자와 동일할 수 있으며, 따라서 세그먼트(12) 또는 세그먼트(14)와 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 두께, 또는 다리(6)의 비중첩 부분과 실질적으로 동일한 두께를 갖는 중첩 영역(32) 또는 중첩 영역(32')을 형성한다. 도 3b에 도시된 바와 같은 세 갈래로 갈라진 영역에서, 세 개의 층(20, 22, 24)이 있다. 그러나, 세 개의 모든 층이 중첩 두께를 감소하기 위하여 동일한 세그먼트(12) 또는 세그먼트(14)에서 제거될 수 있는 것은 아니다. 적어도 하나의 제직층이 제1 세그먼트 내에 잔류하여야 하며 그리고 적어도 하나의 제직층이 제2 세그먼트로부터 제거되어야 한다. 제1 세그먼트 또는 제2 세그먼트라고 지칭하는 것은 설명의 편의를 위한 것이며, 다리(6)의 부분(8)의 세그먼트(12) 또는 세그먼트(14)이 상기 제1 세그먼트 또는 상기 제2 세그먼트로서 간주될 수 있다.
예를 들면, 도 6a는 본 발명의 일 구현예에 따라 취해진 도 4a의 선 V-V을 따른 3D 제직물 예비성형체의 세 갈래로 갈라진 부분(8)의 상면도이다. 이 구현예에서, 부분(8)은 세 개의 독립적으로 제직된 층(20, 22, 24)을 포함한다. 즉 부분(8)은 세 갈래로 갈라져 있다. 제직층(20) 및 제직층(24)는 제1 및 제2 외부층이며, 이들의 외부 표면들은 각각 제1 외부 측면(7) 및 제2 외부 측면(9)에 해당한다. 중간 제직층(22)은 제직층(20) 및 제직층(24)의 사이에 위치한다.
비중첩 영역과 동일한 또는 실질적으로 동일한 두께를 갖는 소망하는 코너 맞춤의 중첩 이음 영역의 비제한적인 예에서, 도 6a의 구현예에서 제직층(20) 및 제직층(24)는 세그먼트(12)에서 제거되며, 제직층(22)는 세그먼트(14)로부터 제거된다. 도 4a에서 30에 의하여 나타낸 바와 같이, 예비성형체를 접어서 코너 맞춤을 형성하기 위하여 예비성형체(1)의 우측면(28)이 접힘선(11)에 대하여 회전하는 경우, 세그먼트(12)로부터 제직층(20) 및 제직층(24)의 제거는 세그먼트(14)의 제직층(20) 및 제직층(24)을 위한 공간을 제공한다. 비슷하게, 세그먼트(14)에서 제직층(22)의 제거는 예비성형체(1)가 접히는 경우 세그먼트(12)에서 잔류하는 제직층(22)을 위한 공간을 제공한다.
도 4b에 해당하는 도 6b는 접힘선(11)에 대하여 양 α (미도시)만큼 회전한 예비성형체(1)의 우측면(28)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 우측면(28)은 종이 평면으로부터 나온다. 세그먼트(12)의 제직층(22)은 세그먼트(14)의 제직층(20) 및 제직층(24)의 사이에 수용되며, 이때 제직층(20) 및 제직층(24)은 영역(32)에서 제직층(22)과 부분적으로 중첩한다.
도 6c에서의 평면도 및 도 4c에서의 측면도에 도시된 바와 같이, 예비성형체(1)는 코너 맞춤을 형성하기 위하여 도 6a의 도시로부터 약 90°접힌 경우, 세그먼트(12)의 제직층(22)은 세그먼트(14)의 제직층(20) 및 제직층(24) 사이의 공간 내에서 완전히, 또는 실질적으로 완전히 존재하며, 상기 공간은 세그먼트(14)에서 제직층(22)의 제거에 의하여 제공된 공간이다. 이렇게 하여 형성된 중첩은 종종 이중 겹치기 이음으로 지칭되며, 이는 특정한 응용분야에서 바람직한 특징을 갖는다. 제직층(20), 제직층(22), 및 제직층(24)이 동일한 두께인 구현예들에서, 중첩 영역(32')에서 조립된 이음은 다리(6)의 중심선에 대하여 대칭적이다. 대칭적인 이중 겹치기 이음의 특징은 종종 바람직하다.
도 6a-6c에서와 같이, 제직층(20), 제직층(22), 및 제직층(24)이 실질적으로 동일한 두께인 세 갈래로 갈라진 구현예들에서, 다리(6)의 중심선(CL)에 대하여 대칭인 이음이 형성될 수 있다. 대칭적인 이음에서, 제직층(22)과 제직층(20)의 계면 및 제직층(22)과 제직층(24)의 계면에서 형성된 결합선들은 중심선(CL)으로부터 실질적으로 등거리이다. 대안적으로, 제직층(20), 제직층(22), 및 제직층(24)이 실질적으로 동일한 두께인 경우, 결합선들은 다리(6)의 중심선(CL)으로부터 다른 거리만큼 오프셋될 수 있다.
세 갈래로 갈라진 부분(8)의 구현예에서, 제직층(20) 및 제직층(24)은 다리(6)의 두께의 실질적으로 1/4의 두께일 수 있으며, 제직층(22)은 다리(6)의 두께의 실질적으로 절반의 두께일 수 있다. 제직층(20, 24)은 절단부(10)의 제1 측면으로부터 제거될 수 있으며, 제직층(22)은 절단부(10)의 제2 측면으로부터 제거될 수 있다. 예비성형체(1)가 위에서 설명된 바와 같이 접힘선(11)을 따라 접힌 경우, 절단부(10)의 제1 측면 상에서 잔류하는 제직층(22)은 절단부(10)의 제2 측면 상에서 잔류하는 제직층들(20, 24) 사이에 위치할 수 있다. 이의 결과의 이중 겹치기 이음은 다리(6)의 중심선에 대하여 대칭적이다.
제직층들(20, 24)이 실질적으로 동일한 두께이고 제직층(22)이 그 두께의 실질적으로 두 배인, 다리(6)의 두께의 다른 분할이 또한 사용되어 대칭적인 이중 겹치기 이음을 제공할 수 있다. 예를 들면, 제직층(20) 및 제직층(24)은 각각 다리(6)의 두께의 1/6일 수 있고, 제직층(22)이 상기 두께의 1/3일 수 있다. 위와 같이 접힌 경우, 이중 겹치기 이음의 총두께는 다리(6)의 총두께일 것이다.
대안적인 구현예들에서, 3D 제직물 예비성형체(1)의 좌측면(26)이 제직층(20) 및 제직층(24)을 포함할 수 있고, 우측면(28)은 제직층(20) 및 제직층(24)을 제거한다. 상기 층들을 중첩함으로써 코너 맞춤을 형성하는 것은 도 6a-6c에서도시되고 위에서 설명된 예에서와 본질적으로 동일할 것이며, 비슷한 이중 겹치기 이음이 형성될 것이다.
대안적으로, 본 발명의 구현예들은 세 갈래로 갈라진 부분(8)을 포함하는 중첩 영역(32')에서 오프셋 겹치기 이음(offset lap joint)을 제공할 수 있다. 예를 들면, 도 7에서, 도 6a의 그것과 비슷한 3D 제직물 예비성형체(1)가 세 갈래로 갈라진 부분(8)으로 도시되어 있다. 이 구현예에서, 예비성형체(1)의 좌측면(26)이 제직층(22) 및 제직층(24) 만을 포함하고, 우측면(28)은 제직층(20) 만을 포함한다. 중첩 영역의 형성은 이전의 예들에서와 같이 달성될 수 있으며, 이 구현예를 위하여는 도시되지 않는다. 그러나, 이 구현예에서, 결합선은 제직층(20) 및 제직층(22)의 이웃한 표면들의 사이에 존재할 수 있다. 따라서, 비대칭적인 단일 겹치기 이음이 세 갈래로 갈라진 부분(8)을 갖는 다리(6)에서 형성될 수 있으며, 결합선은 상기 다리의 중심선으로부터 일정 거리만큼 이격되어 있다.
세 개 이상의 독립적으로 제직된 층을 포함하는 세그먼트의 중첩된 구역에서 겹치기 이음을 형성하는 데 비슷한 구조(scheme)들이 사용될 수 있다.
하나보다 많은 다리(6)를 포함하는 본 발명의 구현예들이 예상되며 특정한 응용분야에서 바람직할 수 있다. 예를 들면, 도 1c에 도시된 바와 같이 파이 단면을 갖는 3D 제직물 예비성형체는 때때로 항공학, 항공우주산업, 또는 다른 응용분야에서 유용하다. 어떤 조건하에서는, 파이 단면을 갖는 3D 제직물 예비성형체를 코너 맞춤으로 형성하는 것이 바람직하거나 또는 필요하다. 위에서 논의된 다리 구조(leg construction)는 파이 예비성형체에도 적용되어 코너를 형성하는 것을 가능하게 할 수 있다.
파이 단면을 갖는 3D 제직물 예비성형체는 두 개의 다리를 포함하도록 형성될 수 있으며, 이들 중 적어도 하나는 하나 이상의 독립적으로 제직된 층을 포함하는 부분(8)을 포함한다. 일부 구현예에서, 예비성형체의 양 다리는 적어도 하나의 위치에서 하나 이상의 제직층을 포함한다. 예를 들면, 각각의 다리의 부분(도 2의 부분(8)과 비슷함)은 두 개의 독립적으로 제직된 층(도 3a에서의 층(16, 18)과 비슷함)을 포함하는 두 갈래로 갈라진 다리, 또는 세 개의 독립적으로 제직된 층을 포함하는 부분(도 3b에 도시된 바와 같은 부분(8)과 비슷함)을 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서, 3D 제직물 파이 예비성형체(1')는 도 8에 도시된 바와 같이 두 개의 다리(6, 6')로 구성되어 있으며, 각각의 다리(6, 6')는 각각 부분(8, 8')을 포함하며, 이 부분(8, 8')은 위에서 논의된 바와 같이 하나 이상의 독립적으로 제직된 층을 갖는다. 적어도 하나의 위치에서, 제1 다리(6)의 부분(8) 및 제2 다리(6')의 부분(8')은 도 8에 도시된 바와 같이 평행하고 동일한 공간에 걸친다(coextensive). 부분(8) 및 부분(8')은 다리의 깊이(D)를 관통하여 절단부(10) 및 절단부(10')에서 플랜지 주표면(4)으로 절단된다. 절단부(10)는 적어도 상기 절단부의 위치에서 다리(6, 6') 및 플랜지(2)의 주표면(4)에 수직하다. 절단부(10)의 표면(4) 위로의 투사선은 접힘선(11)을 제공한다.
도 8의 예비성형체(1')는 도 4a-4c에 도시된 것과 비슷한 방식으로 접힘선(11)을 따라 예비성형체(1')을 접음으로써 코너 맞춤으로 형성될 수 있다. 도 4b에서와 같이 예비성형체의 우측면(28)이 접힘선(11)에 대하여 회전하고 좌측면(26)이 정지상태로 남아 있기 때문에 세그먼트(12, 14) 및 세그먼트(12', 14') 내의 독립적으로 제직된 층들은 중첩할 수 있다. 각각 부분(8) 및 부분(8') 내의 독립적으로 제직된 층들(12, 14) 및 독립적으로 제직된 층들(12', 14')이 중첩함에 따라, 이들은 위에서 논의된 임의의 구조(scheme)로 끼워질 수 있다. 예를 들면, 세그먼트(14) 내의 독립적으로 제직된 층들은 세그먼트(12) 내의 독립적으로 제직된 층들과 교대로 끼워질 수 있다. 대안적으로, 제1 세그먼트, 예를 들면 세그먼트(12) 내의 하나보다 많은 연속적인 독립적으로 제직된 층은 제2 세그먼트, 예를 들면 세그먼트(14) 내의 두 개의 연속적인 독립적으로 제직된 층의 사이에 위치할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 부분(8) 및 부분(8') 내의 하나 이상의 독립적으로 제직된 층은 부사로서 수반되는 경사 섬유를 가질 수 있다. 즉 상기 경사 섬유들은 위사 섬유들과 제직되지 않는다. 또한 위에서와 같이, 중첩 영역이 다리의 비중첩 부분과 동일한 두께, 또는 실질적으로 동일한 두께가 되도록 경사 섬유 부사를 갖는 제직층들이 중첩 영역 내에서 제거될 수 있다. 대칭적인 결합선 및 비대칭적인 결합선이 위에서 논의된 바와 같이 형성될 수 있다. 다리(6')에서의 세그먼트(14') 내의 독립적으로 제직된 층들은 다리(6)에서 사용된 동일한 구조(scheme)를 채용하여 세그먼트(12') 내의 독립적으로 제직된 층들과 끼워질 수 있다. 대안적으로, 다른 구조가 다른 다리에서 사용될 수 있다.
위에서 논의된 구현예들은 플랜지(또는 베이스) 및 하나 이상의 다리를 가지며 본 발명에 따라 중첩 이음을 갖는 코너 맞춤으로 형성되는 3D 제직물 예비성형체를 예시한다. 위에서 논의된 구현예들은 단지 예시의 명확성을 위하여 하나의 부분(8) 만을 포함하는 3D 제직물 예비성형체를 예시한다. 다른 구현예들은 위에서 논의된 상기 부분(8)과 비슷하게 구조를 가지며 상기 예비성형체(1)의 다리(들)(6)의 세로 길이를 따라 다양한 위치에서 형성된 추가적인 부분(8)을 포함할 수 있다. 각각의 부분(8)은 위에서 논의된 바와 같이 각도 α를 갖는 코너 맞춤으로 접히거나 형성될 수 있다. 하나보다 많은 부분(8), 따라서 하나보다 많은 코너 맞춤을 포함하는 일부 구현예들에서, 3D 제직물 예비성형체는 각각의 부분(8)에서 U 형태 배치(U-shaped configuration) 또는 C 형태 배치로, 또는 상기 예비성형체를 다리(들)에 대하여 동일한 방향으로 접음으로써 얻어진 다른 열린 평면 도형(open plane figure)으로 접힐 수 있다.
닫힌 평면 도형, 예를 들면 삼각형, 직사각형, 또는 다른 단순 다각형(simple polygon)이 동일한 방식으로 접힌 본 발명의 3D 제직물 예비성형체로부터 형성될 수 있다. 상기 3D 제직물 예비성형체는 n 개의 동일한 변 및 n 개의 동일한 각을 갖는 정다각형(regular polygon)으로 배치될 수 있거나 또는 동일하지 않은 변 및 각을 가질 수 있다.
n 개의 변의 단순 다각형으로 형태화될 3D 제직물 예비성형체를 형성하는 데 있어서, 설명된 바와 같이 n-1 개의 부분(8)을 형성하는 것 이외에, 상기 예비성형체의 두 개의 단부가 결합되었을 때 겹치기 이음(단부 겹치기 이음(end lap joint))을 형성하도록 상기 예비성형체의 각 단부가 형성될 수 있다. 상기 단부 겹치기 이음은 단일 겹치기 이음 또는 이중 겹치기 이음일 수 있으며, 상기 3D 제직물 예비성형체의 부분(8)들에서 형성된 겹치기 이음과 동일하거나 다를 수 있다. 단일 겹치기 이음의 경우, 도 5a 및 5b에 도시된 단일 겹치기 이음과 비슷하게, 상기 3D 제직물 예비성형체의 제1 단부는 도 3a에 도시된 바와 같이 형성될 수 있으며, 여기에서 층(16)에서의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않는다. 상기 3D 제직물 예비성형체의 제1 단부에서, 층(16)은 제거될 수 있다.
단순 다각형으로 형태화될 3D 제직물 예비성형체의 제2 단부에서, 층(18)에서의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않는다. 상기 예비성형체의 제2 단부에서, 층(18)은 제거될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 3D 제직물 예비성형체의 다리는 따라서 불연속적으로 도시된 도 9에 도시된 바와 같이 구성될 수 있으며, 여기에서 상기 예비성형체의 층(16)은 제1 단부(34)에서 제거되며, 층(18)은 제2 단부(36)로부터 제거된다. 3D 제직물 예비성형체의 단부(34) 및 단부(36) 사이의 부분(8)은 도 9에서 도시되어 있지 않다.
위에서 논의된 바와 같이 적당한 접힘선(11)에서 접힌 경우, 도 9의 단부(34) 및 단부(36)는 중첩하는 관계로 될 수 있으며, 단부 겹치기 이음, 이 경우 단일 겹치기 이음을 형성한다.
도 6a 및 6b에 도시된 이중 겹치기 이음과 비슷한, 단부 이중 겹치기 이음을 포함하는 구현예들에서, 3D 제직물 예비성형체의 제1 단부는, 층(22)의 경사 섬유가 위사 섬유와 제직되지 않은, 도 3b에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 3D 제직물 예비성형체의 제1 단부에서, 내부 또는 중간층(22)은 제거될 수 있으며, 이에 의하여 제1 외부층(20) 및 제2 외부층(24)을 남긴다. 3D 제직물 예비성형체의 제2 단부에서, 제1 외부층(20) 및 제2 외부층(24)의 경사 섬유는 위사 섬유와 제직되지 않는다. 상기 예비성형체의 제2 단부에서, 층(20) 및 층(24)은 제거될 수 있으며, 중간층(22)을 남긴다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 3D 제직물 예비성형체의 다리는 따라서 불연속적으로 도시된 도 10에 도시된 바와 같이 구성될 수 있으며, 여기에서 상기 예비성형체의 층(22)은 제1 단부(34)에서 제거되며, 층(20) 및 층(24)은 제2 단부(36)로부터 제거된다. 3D 제직물 예비성형체의 단부(34) 및 단부(36) 사이의 부분(8)은 도 10에서 도시되어 있지 않다.
위에서 논의된 바와 같이 적당한 접힘선(11)에서 접힌 경우, 도 10의 단부(34) 및 단부(36)는, 층(22)가 층(20) 및 층(24)의 사이에 위치하여, 단부 겹치기 이음, 이 경우 이중 겹치기 이음을 형성하는 관계가 될 수 있다.
3D 제직물 예비성형체로부터 형성된 단순 다각형의 배치(configuration)에 따라, 3D 제직물 예비성형체 단부에서 단일 겹치기 이음을 형성하는 층(16) 및 층(18), 또는 상기 예비성형체 단부에서 이중 겹치기 이음을 형성하는 층(20), 층(22) 및 층(24)은 서로 완전히 중첩할 수 있거나 또는 완전히는 중첩하지 못할 수 있다. 즉, 어느 한 층의 표면은 이웃하는 층의 표면을 완전히 피복(cover)할 수 있거나 또는 완전히는 피복하지 못할 수 있다.
따라서 지금까지 본 발명의 다양한 구현예들을 상세하게 설명하였지만, 상기한 구절들에 의하여 정의된 발명이 위의 설명에서 진술된 특정한 상세 내용으로 제한되는 것이 아님은 말할 필요도 없다. 왜냐하면 이들의 많은 명백한 변형예들이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 가능하기 때문이다.
1: T 단면 3D 예비성형체
2: 평면 플랜지
4: 평면 플랜지의 평면 주표면
4': 평면 플랜지의 대향 주표면
5: 평면 플랜지의 모서리 표면
6: 기립 다리
7: 기립 다리의 제1 외부측면
8: 기립 다리의 세로 길이를 따른 하나의 부분
9: 기립 다리의 제2 외부측면
10: 절단부
11: 절단부의 투사선
12: 부분(8)의 제1 세그먼트
14: 부분(8)의 제2 세그먼트
D: 기립 다리의 깊이
L: 평면 플랜지(2)의 세로축

Claims (14)

  1. 3차원(3D) 제직물 예비성형체(woven preform)로서,
    교직된(interwoven) 경사 및 위사 섬유 또는 실을 포함하며, 제1 주표면을 갖는 평면 플랜지(planar flange); 및
    경사 및 위사 섬유 또는 실을 포함하는 제1 다리(leg)로서, 상기 제1 다리는 상기 평면 플랜지의 상기 제1 주표면으로부터 연장하며, 상기 제1 다리의 적어도 일 부분은 상기 제1 주표면에 수직하게 배열된 복수의 독립적으로 제직된 층들을 포함하는 제1 다리를 포함하며,
    상기 제1 다리는 상기 제1 다리를 관통하는 절단부를 포함하며, 상기 절단부는 상기 제1 다리를 제1 부분과 제2 부분으로 분할하며,
    상기 복수의 독립적으로 제직된 층들의 각각의 세그먼트 부분은 상기 절단부 위치에 인접한 상기 제1 부분의 제1 위치에서 그리고 상기 절단부 위치에 인접한 상기 제2 부분의 제2 위치에서 상기 제1 다리의 다른 위치들에서보다 감소된 두께를 가지며,
    상기 제1 부분은 상기 제2 부분에 비스듬하고(at an angle),
    상기 제1 위치 및 제2 위치는 적어도 부분적으로 중첩(overlap)되어 있는 3차원 제직물 예비성형체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 독립적으로 제직된 층들의 각각의 세그먼트 부분은 부사(浮絲; float)를 포함하며, 상기 부사는 상기 세그먼트 부분내의 위사 섬유와 제직되지 않는 경사 섬유 또는 실인 것을 특징으로 하는 3차원 제직물 예비성형체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 부사를 포함하는 상기 세그먼트 부분의 적어도 일 부분은 각각의 상기 각각의 독립적으로 제직된 층으로부터 제거된 것을 특징으로 하는 3차원 제직물 예비성형체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 부분의 독립적으로 제직된 층들은 상기 제2 부분의 독립적으로 제직된 층들과 깍지 끼워져(interdigitate) 있는 것을 특징으로 하는 3차원 제직물 예비성형체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사 및 위사 섬유 또는 실을 포함하는 제2 다리로서, 상기 제2 다리는 상기 평면 플랜지의 상기 제1 주표면으로부터 연장하며, 상기 제2 다리의 적어도 일 부분은 상기 제1 다리의 상기 독립적으로 제직된 층들에 평행하며 이에 경계를 접하는(coterminous) 복수의 독립적으로 제직된 층들을 포함하는 제2 다리를 더 포함하며,
    상기 제2 다리는 상기 제2 다리를 관통하는 절단부를 포함하며, 상기 절단부는 상기 제2 다리를 독립적으로 제직된 층들의 제3 세그먼트 부분 및 독립적으로 제직된 층들의 제4 세그먼트 부분으로 분할하여, 각각의 부분의 독립적으로 제직된 층은 부사(float)로서 상기 경사 섬유를 포함하며, 상기 부사는 상기 세그먼트 부분내의 위사 섬유와 제직되지 않는 경사 섬유 또는 실이며,
    상기 제2 다리의 상기 복수의 독립적으로 제직된 층들의 각각의 세그먼트 부분은 상기 절단부 위치에 인접한 상기 제3 부분의 제1 위치에서 그리고 상기 절단부 위치에 인접한 상기 제4 부분의 제2 위치에서 상기 제2 다리의 다른 위치들에서보다 감소된 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 제직물 예비성형체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 경사 및 위사 섬유 또는 실은 유리, 탄소, 세라믹, 아라미드, 및 폴리에틸렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 3차원 제직물 예비성형체.
  7. 청구항 1에 따른 예비성형체를 포함하는 3차원(3D) 섬유 강화 복합체 구조물.
  8. 청구항 7에 있어서, 매트릭스 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원(3D) 섬유 강화 복합체 구조물.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 매트릭스 재료는 에폭시, 비스말레이미드, 폴리에스테르, 비닐-에스테르, 세라믹, 및 탄소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 3차원(3D) 섬유 강화 복합체 구조물.
  10. 예비성형체의 형성방법으로서,
    플랜지를 형성하기 위하여 경사 섬유 또는 실을 위사 섬유 또는 실과 제직하는 단계로서, 상기 플랜지는 제1 주표면 및 상기 플랜지로부터 연장하는 하나 이상의 다리를 가지며, 제1 다리의 적어도 일 부분은 상기 제1 주표면에 수직하게 배열된 복수의 독립적으로 제직된 층들을 포함하며, 상기 복수의 독립적으로 제직된 층들의 하나의 적어도 일 부분은 부사(float)로서 수반된(carried) 경사 섬유 또는 실을 포함하며, 상기 부사는 상기 적어도 일 부분 내의 위사 섬유와 제직되지 않는 경사 섬유 또는 실인, 제직하는 단계;
    상기 제1 다리를 관통하여 절단하는 단계로서, 상기 절단부는 상기 제1 다리를 독립적으로 제직된 층들의 제1 부분 및 독립적으로 제직된 층들의 제2 부분으로 분할하여, 각각의 부분의 적어도 하나의 독립적으로 제직된 층은 부사로서 상기 경사 섬유를 포함하는, 절단하는 단계;
    상기 절단부 위치에 인접한 상기 제1 부분의 제1 위치에서 그리고 상기 절단부 위치에 인접한 상기 제2 부분의 제2 위치에서 상기 제1 다리의 세그먼트 부분의 두께를 감소시키는 단계; 및
    상기 제1 위치 및 제2 위치에서의 상기 독립적으로 제직된 층들이 적어도 부분적으로 중첩하도록 상기 예비성형체를 접는(folding) 단계를 포함하는 예비성형체의 형성방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 부분의 상기 독립적으로 제직된 층들을 상기 제2 부분의 상기 독립적으로 제직된 층들과 깍지 끼는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예비성형체의 형성방법.
  12. 3차원(3D) 제직물 예비성형체의 형성 방법으로서,
    교직된 경사 및 위사 섬유 또는 실을 포함하며, 제1 주표면을 갖는 평면 플랜지를 형성하는 단계;
    상기 경사 및 위사 섬유 또는 실을 포함하는 제1 다리를 형성하는 단계로서, 상기 제1 다리는 상기 평면 플랜지의 상기 제1 주표면으로부터 연장하며, 상기 제1 다리의 적어도 일 부분은 상기 제1 주표면에 수직하게 배열된 복수의 독립적으로 제직된 층들을 포함하는, 형성하는 단계;
    상기 제1 다리를 관통하여 절단하는 단계;
    상기 절단부 위치에 인접한 제1 부분의 제1 위치에서 그리고 상기 절단부 위치에 인접한 제2 부분의 제2 위치에서 상기 제1 다리의 세그먼트 부분의 두께를 감소시키는 단계; 및
    상기 제1 위치 및 상기 제2 위치에서의 독립적으로 제직된 층들이 적어도 부분적으로 중첩하도록 상기 제1 부분을 상기 절단부에서 상기 제2 부분에 대하여 각도를 이루도록 하는(angling) 단계를 포함하는 3차원 제직물 예비성형체의 형성 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 각각의 제직된 층의 세그먼트 부분은 부사를 포함하며, 상기 부사는 상기 세그먼트 부분내의 위사 섬유와 제직되지 않는 경사 섬유 또는 실인 것을 특징으로 하는 3차원 제직물 예비성형체의 형성 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 부사를 포함하는 상기 세그먼트 부분의 적어도 일 부분을 각각의 독립적으로 제직된 층으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 제직물 예비성형체의 형성 방법.
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