KR102227377B1 - 구조물들을 재작업하기 위한 패치들의 자동화된 제조 및 설치 - Google Patents

구조물들을 재작업하기 위한 패치들의 자동화된 제조 및 설치 Download PDF

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Abstract

복합 라미네이트 구조물(44)의 영역(30)은, 이 영역을 스카핑하고, 스카핑된 영역의 3-D 맵을 생성하고, 그리고 3-D 맵에 기초하여 형성되는 재작업 패치(32)를 설치함으로써 재작업된다.

Description

구조물들을 재작업하기 위한 패치들의 자동화된 제조 및 설치{AUTOMATED PRODUCTION AND INSTALLATION OF PATCHES FOR REWORKING STRUCTURES}
본 개시물은 일반적으로 구조물의 영역들을 재작업하기 위한 기술들에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는, 영역들을 재작업하는데 사용되는 패치들의 자동화된 제조 및 설치를 다룬다.
복합 구조물들은 때때로, 다양한 이유들 중 임의의 이유로, 제품 및/또는 성능 규격들에 맞지 않을 수 있는 국부화된 영역들을 포함한다. 예컨대, 구조물의 국부화된 영역들은, 제한 없이, 함몰들, 스크래치들, 홈들, 박리 또는 낙뢰들을 포함하는 부적합사항들 때문에 규정준수 위반(out-of-compliance)일 수 있다. 이들 부적합사항들은 구조물의 초기 제조 동안에 또는 추후에, 즉, 구조물이 운항중(in service)에 배치된 이후에 발생할 수 있다.
국부화된 부적합사항들은 구조물을 재작업(수리를 포함함)함으로써 감소 또는 제거될 수 있다. 재작업/수리 프로세스는 구조물로부터 재료의 하나 또는 그 초과의 층들을 제거하는 것, 그리고 이후, 제거된 재료를 구조물에 본딩되는 복합 패치로 교체하는 것을 수반할 수 있다. 일 기술에서, 구조물과 본딩된 패치 사이에 스카프 이음(scarf joint)을 형성하기 위하여, 재작업 영역의 에지들은 테이퍼링(tapering) 또는 "스카핑(scarfing)"될 수 있다. 다른 기술에서, 패치와 구조물 사이에 일련의 겹치기 이음들을 형성하기 위하여, 재작업/수리된 영역의 에지들은 계단형으로 이루어진다.
복합 패치를 제작하는 현재 방법은, 시간 소모적이고, 노동 집약적이며 그리고 사람의 실수에 영향을 받기 쉽다. 노동자는, 재료가 구조물로부터 제거된 이후에 재작업/수리 영역의 각각의 플라이의 크기 및 형상을 측정하고, 그리고 패치의 패턴을 만든다. 패치의 개별 플라이들은 벌크 재료들로부터 손으로 컷팅되고, 그리고 이후 손으로 배향 및 적층된다. 이들 수동 단계들은, 재작업 패치와 재작업/수리 영역 사이에 원하는 핏(fit)을 달성하기 어렵게 만들 수 있는 부정확들의 도입을 허용할 수 있다. 각 재작업/수리마다, 재작업/수리 프로세스의 일관성은, 패치 영역들을 제작하기 위한 수작업에 대한 의존성으로 인해 변할 수 있다.
이에 따라, 수작업에 대한 필요를 감소시키고, 재작업/수리 패치의 품질을 개선시키며, 그리고 재작업/수리 패치와 재작업이 요구되는 영역 사이의 들어맞음(fitment) 및 정렬 정확성을 증가시키는, 구조물의 영역을 재작업/수리하기 위한 방법 및 관련된 재작업/수리 패치가 필요하다.
개시된 실시예들은, 컴퓨터 제어 하에서 적층 가공(additive manufacturing)에 의해 제조된 복합 라미네이트 재작업/수리 패치를 사용하여, 구조물, 예컨대, 복합 라미네이트를 재작업 및/또는 수리하는 방법을 제공한다. 재작업/수리 패치의 자동화된 제조는 수작업, 및 패치를 컷팅하고, 측정하고, 정렬하고, 그리고 설치할 때의 사람의 실수에 대한 기회를 감소시킨다. 패치의 자동화된 제조는 패치 피처(feature)들의 치수 제어를 증가시킬 수 있고, 이는 재작업되고 있는 구조물과의 개선된 들어맞음 및 정렬을 유도한다. 패치의 자동화된 제조는, 재작업/수리되고 있는 영역의 3-D 맵을 표현하는 디지털 데이터의 세트에 기초하고, 그리고 재작업/수리 영역의 토포그래피에 정확하게 매칭되는 형상, 배향 및 치수들을 갖는 재작업/수리 패치를 야기한다.
개시된 일 실시예에 따라, 복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법이 제공된다. 재료가 재작업될 영역으로부터 제거되고, 그리고 재료의 제거 이후에, 영역의 3-D 맵이 생성된다. 재작업 패치는 3-D 맵에 기초하여 제조된다. 영역으로부터 재료를 제거하는 단계는, 영역 내에서 복합 구조물을 통해 재료 제거 도구를 이동시킴으로써 수행될 수 있고, 그리고 3-D 맵을 생성하는 단계는, 재료 제거 도구의 이동을 기록함으로써 수행될 수 있다. 재료 제거 도구의 이동을 기록하는 단계는 재료가 제거된 영역을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 영역의 3-D 맵을 생성하는 단계는 영역을 광학적으로 스캐닝하는 단계, 및 재료가 영역으로부터 제거된 이후에 영역의 토포그래피를 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 재작업 패치는, 적층 가공에 의해 층별로 제조된다. 적층 가공은 3-D 프린팅, 스테레오리소그래피, 융합 증착 모델링, 및 선택적 레이저 소결 중 하나에 의해 수행될 수 있다. 재작업 패치를 제조하는 단계는, 적층 가공에 의해 복수의 플라이들 각각을 제조하는 단계, 플라이들 각각에 강화 나노튜브들을 넣는 단계, 및 플라이들 각각의 나노튜브들을 원하는 강화 방향으로 정렬하는 단계를 포함한다. 나노튜브들을 정렬하는 단계는 나노튜브들을 전자기장에 노출시킴으로써 수행된다. 영역의 3-D 맵에 기초하여, 재료가 제거된 영역에 플라이들 각각을 정렬 및 배치함으로써, 재작업 패치는 설치된다. 재작업 패치를 제조하는 단계는, 복수의 재작업 패치 플라이들을 서로에 대해 정렬된 관계로 적층시키기 위해, 재료가 제거된 영역의 3-D 맵을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 재작업 패치는, 적층 가공을 사용하여, 구조물의 영역 상에 바로 레이업(lay up)될 수 있다.
개시된 다른 실시예에 따라, 구조물을 재작업하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 구조물의 영역으로부터 재료를 제거하는 단계, 및 재료가 구조물로부터 제거된 이후에, 영역의 3-D 정의를 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 디지털 데이터의 세트에 기초하여 적층 가공을 사용하여 재작업 패치를 제조하는 단계, 및 구조물의 영역에 재작업 패치를 설치하는 단계를 포함한다. 재작업 패치를 제조하는 단계는 복수의 플라이들을 제조하는 단계를 포함하고, 여기서 플라이들 각각은 단방향 강화를 갖고 그리고 플라이들은 상이한 플라이 배향들을 갖는다. 매트릭스 재료와 탄소 나노튜브들의 혼합물을 제공하고 매트릭스 재료를 융합함으로써, 플라이들 각각은 층별로 제조된다. 재작업 패치를 제조하는 단계는 전자기장을 사용하여 탄소 나노튜브들을 정렬하는 단계를 포함한다. 디지털 데이터의 세트는, 구조물로부터 재료가 제거된 이후에 영역을 광학적으로 스캐닝함으로써 생성될 수 있다. 재작업 패치를 형성하기 위해 적층 가공을 사용하는 단계는 복수의 개별 플라이들을 형성하는 단계, 및 플라이들을 플라이 스택으로 조립하는 단계를 포함하고, 이 조립하는 단계는 디지털 데이터의 세트에 기초하여 플라이들을 서로에 대해 정렬하는 단계를 포함한다. CNC 조종기를 사용하여, 플라이들은 조립될 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 복합 라미네이트 구조물의 영역을 재작업하기 위한 복합 라미네이트 패치를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은, 가용성 매트릭스 재료와 탄소 나노튜브들의 혼합물을 제공하는 단계, 및 상이한 플라이 배향들을 갖는 복수의 강화된 복합 플라이들을 제조하는 단계를 포함하고, 이 제조하는 단계는 매트릭스 재료를 층별로 융합시키는 단계, 및 혼합물이 융합되고 있을 때 탄소 나노튜브들을 배향시키는 단계를 포함한다. 복합 플라이들 각각은 3-D 프린팅, 스테레오리소그래피, 융합 증착 모델링, 및 선택적 레이저 소결 중 하나에 의해 제조될 수 있다. 방법은 또한, 복합 라미네이트 패치의 모델을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계, 및 디지털 데이터의 세트에 기초하여 복수의 강화된 복합 플라이들을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, CNC 제어기 및 디지털 데이터의 세트를 사용하여 복합 플라이들을 조립하는 단계를 더 포함할 수 있다. 탄소 나노튜브들을 배향시키는 단계는, 전자기장을 사용하여 수행될 수 있다.
추가의 실시예에 따라, 구조물을 재작업하기 위한 패치는 탄소 나노튜브들로 각각 강화된 복수의 수지 플라이들을 포함한다.
요컨대, 본 발명의 일 양상에 따라, 복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 재작업될 영역으로부터 재료를 제거하는 단계; 재료의 제거 이후에, 영역의 3-D 맵을 생성하는 단계; 및 3-D 맵에 기초하여 재작업 패치를 제조하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 영역으로부터 재료를 제거하는 단계는 영역 내에서 복합 구조물을 통해 재료 제거 도구를 이동시키는 단계를 포함하고, 그리고 3-D 맵을 생성하는 단계는 재료 제거 도구의 이동을 기록하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 재료 제거 도구의 이동을 기록하는 단계는 재료가 제거된 영역을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 영역의 3-D 맵을 생성하는 단계는 영역을 광학적으로 스캐닝하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 영역을 광학적으로 스캐닝하는 단계는, 재료가 영역으로부터 제거된 이후에 영역의 토포그래피를 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계를 포함한다.
유리하게, 재작업 패치를 제조하는 방법은, 재작업 패치의 적층 가공에 의해 층별로 수행된다.
유리하게, 방법에서, 적층 가공은 3-D 프린팅, 스테레오리소그래피, 융합 증착 모델링, 및 선택적 레이저 소결 중 하나에 의해 수행된다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 제조하는 단계는, 적층 가공에 의해 복수의 플라이들 각각을 제조하는 단계, 플라이들 각각에 강화 나노튜브들을 넣는 단계, 및 플라이들 각각의 나노튜브들을 원하는 강화 방향으로 정렬하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 나노튜브들을 정렬하는 단계는 나노튜브들을 전자기장에 노출시킴으로써 수행된다.
유리하게, 방법은 구조물 상에 재작업 패치를 인 시튜(in situ)로 레이업하는 단계를 더 포함한다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 인 시튜로 레이업하는 단계는 적층 가공에 의해 수행된다.
유리하게, 방법은, 구조물의 영역 상에 재작업 패치를 설치하는 단계를 더 포함하고, 이 설치하는 단계는, 영역의 3-D 맵에 기초하여 재료가 제거된 영역에 플라이들 각각을 정렬 및 배치하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 제조하는 단계는, 복수의 재작업 패치 플라이들을 서로에 대해 정렬된 관계로 적층시키기 위해, 재료가 제거된 영역의 3-D 맵을 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 구조물을 재작업하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 구조물의 영역으로부터 재료를 제거하는 단계; 재료가 구조물로부터 제거된 이후에, 영역의 3-D 정의를 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계; 디지털 데이터의 세트에 기초하여 적층 가공을 사용하여 재작업 패치를 제조하는 단계; 및 구조물의 영역에 재작업 패치를 설치하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 제조하는 단계는 복수의 플라이들을 제조하는 단계를 포함하고, 플라이들 각각은 단방향 강화를 갖고 복수의 플라이들은 상이한 플라이 배향들을 갖는다.
유리하게, 방법에서, 플라이들 각각을 제조하는 단계는 층별로 초래된다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 제조하는 단계는 매트릭스 재료와 탄소 나노튜브들의 혼합물을 제공하는 단계, 및 매트릭스 재료를 융합시키는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 제조하는 단계는 전자기장을 사용하여 탄소 나노튜브들을 정렬하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 제조하는 단계는 적층 가공을 사용하여 층별로 재작업 패치를 형성하는 단계, 및 층이 형성되고 있을 때 층들 각각을 경화시키는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계는, 재료가 구조물로부터 제거된 이후에 영역을 광학적으로 스캐닝함으로써 수행된다.
유리하게, 방법에서, 재작업 패치를 형성하기 위해 적층 가공을 사용하는 단계는 복수의 개별 플라이들을 형성하는 단계, 및 플라이들을 플라이 스택으로 조립하는 단계를 포함하고, 이 조립하는 단계는 디지털 데이터의 세트에 기초하여 플라이들을 서로에 대해 정렬하는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 플라이들을 조립하는 단계는, CNC 조종기를 사용하여 수행된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 복합 라미네이트 구조물의 영역을 재작업하기 위한 복합 라미네이트 패치를 제조하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 가용성 매트릭스 재료와 탄소 나노튜브들의 혼합물을 제공하는 단계; 및 상이한 플라이 배향들을 갖는 복수의 강화된 복합 플라이들을 제조하는 단계를 포함하고, 이 제조하는 단계는, 매트릭스 재료를 층별로 융합시키는 단계, 및 혼합물이 융합되고 있을 때 탄소 나노튜브들을 배향시키는 단계를 포함한다.
유리하게, 방법에서, 복수의 복합 플라이들은 3-D 프린팅, 스테레오리소그래피, 융합 증착 모델링, 및 선택적 레이저 소결 중 하나에 의해 각각 제조된다.
유리하게, 방법은, 복합 라미네이트 패치의 모델을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계, 및 디지털 데이터의 세트에 기초하여 복수의 강화된 복합 플라이들을 제조하는 단계를 더 포함한다.
유리하게, 방법은, CNC 제어기 및 디지털 데이터의 세트를 사용하여 복합 플라이들을 조립하는 단계를 더 포함한다.
유리하게, 방법에서, 탄소 나노튜브들을 배향시키는 단계는, 전자기장을 사용하여 수행된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 구조물의 영역을 재작업하기 위한 패치가 제공되고, 이 패치는, 탄소 나노튜브들로 각각 강화된 복수의 라미네이트된 수지 플라이들을 포함한다.
피처들, 기능들, 및 장점들은 본 개시물의 다양한 실시예들에서 독립적으로 달성될 수 있거나, 또는 추가의 세부사항들을 하기의 설명 및 도면들을 참조하여 알 수 있는 또 다른 실시예들에서 결합될 수 있다.
예시적 실시예들의 특성으로 여겨지는 신규한 피처들은 첨부된 청구항들에서 제시된다. 그러나, 예시적 실시예들, 뿐만 아니라 바람직한 사용 모드, 추가의 목표들 및 그 장점들은, 첨부된 도면들과 함께 읽을 때 본 개시물의 예시적 실시예의 하기의 상세한 설명을 참조하여 최상으로 이해될 것이다.
도 1은 재작업이 요구되는 영역을 포함하는 복합 외판을 갖는 항공기의 사시도의 예시이다.
도 2는 도 1에 도시된 항공기의 동체의 일부를 형성하는 복합 라미네이트 배럴 섹션의 사시도의 예시이다.
도 3 및 도 3a는 계단형 에지들을 갖는 재작업 패치를 도시하는, 재작업이 요구되는 복합 외판의 영역의 단면도의 예시들이다.
도 4는 도 3과 유사한 예시이지만, 테이퍼형 에지들을 갖는 재작업 패치의 대안적 형태를 도시한다.
도 5는 구조물의 영역을 재작업하는 방법의 흐름도의 예시이다.
도 6은 구조물의 영역을 재작업하기 위한 시스템의 전체적인 블록의 예시이다.
도 7은 재작업되고 있는 구조물의 영역으로부터 재료를 제거하는데 사용되는 재료 제거 시스템의 블록도의 예시이다.
도 8은 재료가 제거된 구조물의 영역의 3-D 디지털 표현을 생성하는데 사용되는 맵핑 시스템의 블록도의 예시이다.
도 9는 복합 재작업 패치를 제작하는데 사용되는 적층 가공 시스템의 블록도의 예시이다.
도 10은 구조물 상에 재작업 패치를 배치하는데 사용되는 재료 배치 시스템의 블록도의 예시이다.
도 11은 부적합사항을 갖는 구조물의 사시도의 예시이다.
도 12는 부적합사항을 제거하기 위하여 재작업될 영역의 윤곽을 도시하는, 도 11과 유사한 예시이다.
도 13은 도 12의 라인(11-11)을 따라서 절취된 단면도의 예시이다.
도 14는 도 12와 유사한 예시이지만, 재작업 영역으로부터 재료 제거 시스템에 의해 재료가 제거된 것을 도시한다.
도 15는 도 14와 유사한 예시이지만, 재작업 영역의 3-D 디지털 표현을 생성하는 맵핑 시스템을 도시한다.
도 16은 적층 가공 시스템에 의해 제조되고 있는 재작업 패치의 개별 플라이들을 도시하는 결합된 블록 및 개략도의 예시이다.
도 17은 재료 배치 시스템을 사용하여 재작업 영역에 패치를 자동 배치하는 것을 도시하는 사시도의 예시이다.
도 18은 재작업 패치의 플라이들을 부품 상으로 위치시키고 정렬하는데 사용되는 레이저 프로젝션 시스템을 도시하는 사시도의 예시이다.
도 19는 재작업 패치의 플라이들을 제조하는 적층 가공 시스템의 결합된 블록 및 개략도의 예시이다.
도 20은 재작업 패치의 적층 가공 동안에 탄소 섬유 나노튜브들이 자기장들에 의해 어떻게 정렬되는지를 도시하는 평면도의 예시이다.
도 21은 도 19에 도시된 적층 가공 시스템에 의해 제조되는 플라이의 개별 층들을 도시하는 단면도의 예시이다.
도 22는 플라이들의 상이한 배향들을 도시하는, 재작업 패치의 분해 등각도의 예시이다.
도 23은 자기 재료로 코팅된 유리 섬유의 사시도의 예시이다.
도 24는 항공기 제조 및 서비스 방법의 흐름도의 예시이다.
도 25는 항공기의 블록도의 예시이다.
개시된 실시예들은, 구조물의 부적합사항들을 감소시키거나 또는 제거하고 그리고/또는 구조물의 국부화된 영역들의 물리적 특성들을 변경하기 위하여, 구조물의 영역을 재작업 및/또는 수리하는 방법에 관한 것이다. 하기의 설명의 용이함을 위해, 용어들 "재작업" 및 "재작업하는 것"은 구조물의 영역들에 행해지는 수리들을 포함하는 것으로 의도된다. 예컨대, 도 1을 참조하면, 항공기(34)는 동체(36), 한 쌍의 날개들(38) 및 꼬리 조립품(40)을 포함하고, 이들 전부는 바깥쪽 외판(44)에 의해 커버된다. 외판(44)은, 이후에 때때로 간단히 "구조물", "복합 구조물" 또는 "복합 라미네이트"로 지칭되는 복합 라미네이트 구조물을 포함할 수 있다. 항공기(34)가 운항중인 동안에, 이벤트들, 예컨대, 다양한 이벤트들 중 임의의 이벤트에 의해 유발되는 외판(44) 상의 충격은, 외판(44)의 영역(30) 내에 하나 또는 그 초과의 부적합사항들(35)의 형성을 야기할 수 있다. 이후에 "재작업 영역(30)"으로 지칭되는 영역(30)의 부적합사항들(35)을 감소시키거나 또는 제거하기 위하여, 이 영역은 복합 재작업 패치(32)를 사용하여 재작업되고 그리고 복구된다. 이후에 더욱 상세히 논의될 바와 같이, 이 재작업 프로세스는 재작업 영역(30) 내의 외판(44)으로부터 재료를 제거하는 것, 그리고 제거된 재료를 복합 패치(32)로 교체하는 것을 수반한다.
이제 도 2를 참조하면, 개시된 방법 및 재작업 패치(32)는 또한, 중간 제조 단계에 있는 부품을 포함하는 구조물(44)의 영역(30)을, 그것이 조립되고 그리고/또는 운항중에 배치되기 이전에 재작업하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 동체(36)의 복합 배럴 섹션(42)은 배럴 섹션(42)으로 하여금 원하는 규격들을 벗어나게 하는 하나 또는 그 초과의 부적합사항들(35)을 하나 또는 그 초과의 영역들(30) 내에 포함할 수 있다. 영역(30)을 원하는 규격들 내로 들게 하기 위해, 재료가 재작업 영역(30)으로부터 제거되고, 그리고 개시된 실시예들에 따라 제조되는 본딩된 재작업 패치(32)에 의해 교체될 수 있다.
재작업 영역(30)은 도 3 및 도 3a에 도시되는 개시된 재작업 패치(32)의 하나의 형태를 사용하여 복구될 수 있다. 이 예에서, 여러 알려진 기술들 중 임의의 기술을 사용하여, 재료가 복합 라미네이트 구조물(44)로부터 제거되고, 캐비티(37)를 남겨 두었다. 캐비티(37)는 바깥쪽 주변부(46), 실질적으로 편평한 바닥(48) 및 계단형 에지(50)를 갖는다. 계단형 에지(50)는 임의의 원하는 각도 θ로 테이퍼링될 수 있다. 재작업 패치(32)는 재작업 영역(30)의 계단형 에지(50)에 매칭되는 계단형 에지(45)를 갖게 배열된 복수의 강화된 라미네이트된 플라이들(32a-32f)을 포함한다. 플라이들(32a-32f) 각각의 두께 "t" 및 형상은 실질적으로, 라미네이트 구조물(44)의 대응하는 플라이들(49)의 두께들 및 형상들에 매칭된다. 부가하여, 플라이들(32a-32f)은 복합 라미네이트 구조물(44)의 플라이 스케줄에 매칭될 수 있는 미리결정된 플라이 스케줄에 따라 상이한 플라이 배향들을 가질 수 있다. 도 3에 도시되지 않았지만, 재작업 패치(32)를 라미네이트 구조물(44)에 본딩시키기 위하여, 접착제 본딩 필름 또는 페이스트 접착제가 재작업 패치(32)와 재작업 영역(30) 사이에 배치된다. 또한, 재작업 패치(32)의 수지를 인 시튜로 경화시키는 것이 가능하여서, 접착제 필름 또는 페이스트에 대한 필요가 제거될 수 있다. 또한, 32a-32f의 플라이들은, 구조물(44) 상에 또는 접착제 필름의 위에, 인 시튜로 레이업될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 재작업 패치(32)는 전체 캐비티(37)를 채우고, 그리고 실질적으로 전체 캐비티(37)의 토포그래피 및 배향에 매칭된다. 재작업 패치(32)와 캐비티(37) 사이의 거의 정확한 들어맞음이 재작업 패치(32)와 라미네이트 구조물(44) 사이의 인터페이스에서 원치 않는 공동들 또는 구멍들의 가능성을 감소시켜서, 재작업 패치(32)의 성능 및 재작업 영역(30)의 복구를 개선시킨다. 특정 애플리케이션에 따라, 하나 또는 그 초과의 커버링 플라이들(51)이 재작업 패치(32)와 겹쳐져 라미네이트 구조물(44)에 본딩될 수 있다.
이제, 도 4에 주의를 기울이면, 도 4는 라미네이트 구조물(44)의 스카프-타입 재작업에서 사용하기에 적절한 개시된 재작업 패치(32)의 대안적 실시예를 예시한다. 이 예에서, 예컨대 샌딩에 의해, 재료가 라미네이트 구조물(44)로부터 제거되어, 원하는 각도 θ로 테이퍼링 또는 "스카핑"된 재작업 영역(30)의 에지들(50)을 남겨 둔다. 재작업 패치(32)는 바깥쪽 에지들(45)을 갖는 복수의 라미네이트된 강화된 수지 플라이들(32a-32f)을 포함하고, 이 바깥쪽 에지들(45)은 각각, 캐비티(37)의 테이퍼 각도 θ에 실질적으로 매칭되도록 테이퍼링된다. 작업 패치(32)의 크기, 배향 및 형상은 재작업 캐비티(37)의 크기, 배향 및 형상과 거의 동일하고, 이는 재작업 패치(32)와 재작업 영역(30) 사이의 거의 완벽한 들어맞음을 야기한다.
여기서, 도 3-도 4에 도시된 라미네이트 구조물들(44)의 재작업은 단지, 개시된 재작업 패치(32)가 사용될 수 있는 넓은 범위의 애플리케이션들을 예시한다는 것을 주목해야 한다. 예컨대, 도 3-도 4에 도시된 실시예에서는, 캐비티(37)가 단지 라미네이트 구조물(44)의 두께를 통해 부분적으로 연장되지만, 다른 실시예들에서는, 캐비티(37) 뿐만 아니라 재작업 패치(32)가 외판(44)의 전체 두께를 통해 연장될 수 있다. 또한, 예시된 예에서는, 재작업 패치(32)가 라미네이트 구조물(44)의 일 면으로 적용되지만, 일부 애플리케이션들에서는, 캐비티(37)가 라미네이트 구조물(44)의 다른 면 상에 형성될 수 있고, 그리고 이 다른 면으로 재작업 패치(32)가 적용될 수 있다.
또 다른 애플리케이션들에서, 두 개의 재작업 패치들(32)이 라미네이트 구조물(44)의 마주보는 면들로 각각 적용될 수 있는데, 계단형 겹치기 또는 스카프 이음들이 어느 한 쪽 면에 또는 양면에 있다. 또한, 비록 예시에서는 재작업되고 있는 구조물(44)이 라미네이트이지만, 다른 애플리케이션들에서는, 재작업 패치(32)는, 다른 타입들의 구조물들(44), 예컨대, 제한 없이, 금속성 항공기 외판과 같은 고체 구조물 크기, 또는 안쪽 페이스시트와 바깥쪽 페이스시트들 사이에 샌드위치된 코어를 포함하는 패널형 구조물(전부 미도시)을 재작업하는데 사용될 수 있다.
일부 애플리케이션들에서, 예컨대, 구조물의 표면이 가벼운 스크래치 또는 홈을 갖는 경우와 같이, 재작업 프로세스의 일부로서 구조물(44)로부터 재료를 제거하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 이러한 재작업 애플리케이션들에서, 개시된 방법 및 장치는, 재작업이 요구되는 구조물의 영역 위를 단순히 덮어씌우고 그리고 제자리에 본딩되는 오버레이 타입 재작업 패치(32)를 제작하는데 사용될 수 있다. 오버레이 타입 재작업 패치(32)는 제어되는 환경에서 레이업될 수 있고, 이후, 구조물(44)에 전달되고 이 구조물(44) 상에 설치될 수 있거나, 또는 대안적으로, 바로 구조물의 표면 상에 인 시튜로 레이업될 수 있다.
도 5는 개시된 복합 라미네이트 재작업 패치(32)를 사용하여 구조물(44)을 재작업하는 방법의 전체 단계들을 대략적으로 예시한다. 단계(52)에서 시작하면, 다양한 기술들, 이를테면, 예컨대 그리고 제한 없이, 시각적 표면 검사 또는 초음파 조사 중 임의의 기술을 사용하여, 재작업이 요구되는 구조물의 영역(30)이 식별된다. 단계(54)에서, 하나 또는 그 초과의 부적합사항들을 감소시키거나 또는 제거하기 위해 재료가 재작업 영역(30)으로부터 제거된다. 재료 제거는 이후에 더욱 상세히 논의될 기술들을 사용하여 자동으로 또는 수동으로 달성될 수 있다. 재료 제거가 자동화된 장비를 사용하여 달성되는 경우, 재료 제거 도구의 경로(즉, 도구경로)가 기록되고 디지털 데이터로서 저장될 수 있다. 도구경로는 캐비티(37)의 둘레의 형상 및 길이, 테이퍼 각도, 컷의 깊이 등을 설정한다.
계속해서 도 5를 참조하면, 단계(56)에서, 재작업 영역(30)의 3-D 맵이 생성된다. 3-D 맵은 디지털 데이터의 세트를 포함하고, 이 디지털 데이터의 세트는 캐비티(37)를 포함하는 재작업 영역(30)의 3-D 표현이다. 디지털 데이터의 세트는, 하기에서 설명될 여러 기술들 중 임의의 기술을 사용하여 생성될 수 있다. 예컨대, 단계(54)에서 수행되는, 재료 제거 도구의 이동 경로를 기록함으로써, 디지털 데이터의 세트의 전부 또는 일부분이 생성될 수 있다. 대안적으로, 광학 스캐닝 기술들이 사용될 수 있고, 여기서 캐비티(37)를 포함하는 재작업 영역이 광학적으로 스캐닝되고, 그리고 광학 스캔이 3-D 맵을 표현하는 디지털 데이터로 변환된다. 단계(58)에서는, 단계(56)에서 생성된 3-D 맵에 기초하여, 재작업 패치(32)가 플라이별로 제조되는데, 플라이 각각은 원하는 크기, 형상 및 플라이 배향들을 갖는다. 마지막으로, 단계(60)에서, 재작업 패치(32)가, 구조물(44) 상에 설치되어 실질적으로 캐비티(37)에 들어맞고 이 캐비티(37)를 채운다.
도 6은 구조물(44), 예컨대, 복합 라미네이트 구조물(44)(도 1-도 4)을 재작업하기 위한 통합 시스템(75)을 대략적으로 예시한다. 대략적으로, 시스템(75)은 재료 제거 시스템(62), 3-D 맵핑 시스템(64), 적층 가공 시스템(66), 및 재료 배치 시스템(68) 중 하나 또는 그 초과를 포함하고, 이들 전부는 하나 또는 그 초과의 제어기들(70)에 의해 동작된다. 일 실시예에서, 시스템들(62-68)이 공통 네트워크(72)에서 서로 그리고 하나 또는 그 초과의 제어기들(70)과 커플링될 수 있는 반면에, 다른 실시예들에서, 시스템들(62-68) 각각은 별개의 제어기(70)에 의해 동작되는 자립형 독립 시스템일 수 있다.
제어기(70)는 하나 또는 그 초과의 제어 프로그램들(74)에 의해 동작될 수 있고, 그리고 다양한 타입들의 정보, 예컨대, 제한 없이, 라미네이트된 구조물(44)에 대한 플라이 스케줄(78), 도구경로 데이터(80), 및 3-D 맵 데이터(82)을 저장하기 위한 메모리(76)와 커플링될 수 있다. 플라이 스케줄(78)은, 예컨대 그리고 제한 없이 플라이들의 수, 플라이 형상, 플라이 두께들 및 플라이 배향들을 비롯해, 라미네이트 구조물(44)이 구성되는 방법을 정의하는 정보를 포함할 수 있다. 도구경로 데이터(80)는, 재료 제거 도구의 경로를 제어하기 위해 생성되거나, 또는 재료 제거 프로세스 동안에 재료 제거 도구가 수동으로 또는 자동 제어 하에서 변위됨에 따라 기록되는 디지털 정보의 세트를 포함할 수 있다. 3-D 맵 데이터(82)는 앞서 언급된 디지털 데이터의 세트를 포함하고, 이 디지털 데이터의 세트는 캐비티(37)를 포함하는 재작업 영역(30), 및 결국 재작업 패치(32)를 3차원으로 표현한다.
도 7은 재료 제거 시스템(62)의 일 실시예의 전체 컴포넌트들을 대략적으로 예시한다. 전동식 도구(86)가 구조물(44)로부터 재료를 제거하는데 사용될 수 있고, 그리고 원하는 도구경로를 따라서 조종기(88), 예컨대, 로봇(미도시)에 의해 이동될 수 있다. 도구(86)는 제한 없이, 샌더, 그라인더 또는 밀을 포함할 수 있다. 도구(86) 및 조종기(88)는, 예컨대 그리고 제한 없이, CNC(computer numerically controller) 또는 PC(personal computer)를 포함할 수 있는 제어기(90)에 의해 동작된다. 대안적으로, 제어기(90)는 도 6에 도시된 시스템 제어기(70)를 포함할 수 있다. 제어기(90)는 제어기(90)와 커플링된 메모리(94)에 저장된 도구경로 명령들(96)에 기초하는 하나 또는 그 초과의 소프트웨어 프로그램들(92)에 의해 동작될 수 있다.
도 8은 맵핑 시스템(64)의 일 실시예의 전체 컴포넌트들을 대략적으로 예시한다. 광학 스캐너(98), 예컨대, 제한 없이, 레이저 라인 스캐너는 하나 또는 그 초과의 소프트웨어 프로그램들(102)에 의해 동작되는 컴퓨터(100) 또는 유사한 제어기에 의해 제어된다. 광학 스캐너(98)는 재작업 영역(30)을 스캐닝하고, 그리고 캐비티(37)의 3-D 맵을 비롯해 재작업 영역(30)의 3-D 토포그래피컬 맵을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성한다. 광학 스캐너(98)가 예시되지만, 3-D 맵을 생성하기 위한 다른 기술들을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 컴퓨터(100)와 커플링된 메모리(104)가 3-D 맵을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 저장한다.
도 9는 적층 가공 시스템(66)의 일 실시예의 전체 컴포넌트들을 대략적으로 예시한다. 적층 가공 시스템(66)은, 재작업 패치(32)의 각각의 플라이(32a-32f)를 층별로 제조하는 적층 가공 머신(108)을 포함한다. 적층 가공 머신(108)은, 예컨대 그리고 제한 없이, 스테레오리소그래피(SLA) 머신, 3-D 프린터(3DP), 선택적 레이저 소결(SLS) 머신 또는 융합 증착 모델링(FDM) 머신을 포함할 수 있다. 다른 타입들의 적층 가공 머신들 및 관련 기술들이 가능하다.
적층 가공 머신(108)은 PC(personal computer), PLC(programmable logic controller) 또는 유사한 컴퓨터-기반 수치 제어기를 포함할 수 있는 제어기(112)에 의해 동작된다. 제어기(112)는 하나 또는 그 초과의 제어 프로그램들(114)에 의해 동작되고, 그리고 메모리(118)와 커플링된다. 메모리(118)는, 플라이 스케줄(78)(도 6), 3-D 맵 데이터(82) 및 도구경로 데이터(80)를 표현하는 디지털 데이터 세트들(그러나, 이에 제한되지 않음)을 비롯해, 재작업 패치(32)를 제조하기 위해 적층 가공 머신(108)에 의해 사용되는 정보를 저장한다. 제어기(112)는 또한, 전자기장 생성기(116)를 제어한다. 전자기장 생성기(116)는 하나 또는 그 초과의 전자기장들(152)을 생성하고, 이 전자기장들(152)은 플라이들(32a-32f) 각각에 원하는 강화 방향, 즉 플라이 배향을 제공한다.
도 10은 도 6과 관련하여 앞서 논의된 재료 배치 시스템(68)의 추가의 세부사항들을 대략적으로 예시한다. 하기에서 더욱 상세히 논의될 바와 같이, 재작업 패치(32)의 개별 플라이들(32a-32f), 또는 전체 재작업 패치(32)를 픽업하고, 운송하고 그리고 배치하는데 조종기(124), 예컨대, 로봇 디바이스 또는 "픽-앤드-플레이스(pick-and-place)" 머신이 사용될 수 있다. 조종기(124)는 제어 프로그램들(128)을 사용하여 CNC 제어기(126)에 의해 동작된다. CNC 제어기(126)는 메모리(130)에 저장된 다양한 타입들의 데이터, 예컨대, 재작업 영역(30)의 3-D 맵을 표현하는 디지털 데이터 세트(132)에 액세스한다. 재료 배치 시스템(68)은 또한, 이후에 논의되는 레이저 정렬 프로젝션 시스템(122)을 선택적으로 포함할 수 있다. CNC 제어기(126)의 제어 하에서, 재작업 패치의 개별 플라이들(32a-32f)이 수동으로 또는 조종기(124)에 의해 자동으로 적층되고 있을 때 그들을 정렬하는데, 레이저 정렬 및 프로젝션 시스템(122)이 사용될 수 있다.
이제, 도 11-도 17에 주의를 기울이면, 도 11-도 17은 개시된 재작업 패치(32)를 사용하여 구조물(44)을 재작업할 때 수반되는 단계들을 도식적으로 예시한다. 도 11은 구조물(44)을 그것의 본래 성능으로 복구시키기 위해 감소 또는 제거되어야 하는 국부화된 부적합사항(35)을 포함하는 구조물(44)을 도시한다. 예시적 구조물(44)은 복합 라미네이트이지만, 앞서 주목된 바와 같이, 개시된 재작업 방법은 다른 타입들의 구조물들(44), 예컨대, 제한 없이 고체 구조물 또는 샌드위치-타입 구조물을 재작업하는데 사용될 수 있다.
이제, 도 12 및 도 13을 참조하면, 부적합사항(35)은 구조물(44)에 임베딩될 수 있거나, 또는 부분적으로 또는 완전히 구조물(44)의 두께를 통해 연장될 수 있다. 도 13에서 최선으로 도시된 바와 같이, 예시된 예에서, 부적합사항(35)은, 구조물(44)의 바깥쪽 일 표면(53)으로부터 부분적으로 구조물(44)의 두께를 통해 연장되는 함몰을 포함한다. 구조물(44)을 재작업하여 복구시키기 위하여, 처음에, 부적합사항(35)보다 약간 더 큰 크기 및 형상을 갖는 재작업 영역(30)이 식별된다. 재작업 영역(30)의 형상은 부적합사항(35)의 형상에 따라 좌우될 수 있다. 재작업 영역(30)은 대칭적, 비대칭적, 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다.
도 14를 참조하면, 도 12에 도시된 바와 같이 재작업 영역(30)이 식별되면, 이후, 부적합사항(35)을 포함하는 재료를 비롯해, 구조물(44)로부터 재료를 제거하는데 재료 제거 시스템(62)이 사용된다. 앞서 논의된 바와 같이, 재료 제거 프로세스는 샌더, 그라인더, 밀, 또는 특정 애플리케이션에 적절하고 그리고 제거되고 있는 재료의 타입과 호환 가능한 다른 도구를 사용하여 수행될 수 있다.
구조물(44)로부터 재료의 제거는 캐비티(37)가 구조물(44)에 형성되는 것을 야기하고, 예시된 예에서, 캐비티(37)는 단지 부분적으로 44의 구조물의 두께를 통해 연장된다. 라미네이트 구조물(44)의 경우에, 재료 제거 프로세스는 캐비티(37)의 에지들(50)(도 3 및 도 4 참조)을 따라서 플라이 급경사면들(65)을 드러낸다. 사용되는 재작업 프로세스의 타입에 따라, 도 3 및 도 4와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이 에지들(50)은 테이퍼링될 수 있거나 또는 계단형으로 이루어질 수 있다.
이제 도 15를 참조하면, 캐비티(37)를 형성하기 위해 구조물(44)로부터 재료가 제거된 이후에, 캐비티(37)의 3-D 맵을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는데 맵핑 시스템(64)이 사용된다. 3-D 맵은, 플라이 급경사면들의 위치들, 바닥(48)(도 3 및 도 4)의 크기, 배향 및 형상, 에지들(50), 뿐만 아니라 테이퍼 각도 θ를 비롯해, 캐비티(37)의 둘레 에지(46) 뿐만 아니라 캐비티(37)의 다른 토포그래픽 피처들의 크기, 배향 및 형상의 식별을 포함한다.
재작업 프로세스에서 다음 단계는 도 16에서 도시되며, 여기서 앞서 설명된 적층 가공 시스템(66)이 32a-32f의 플라이들 각각을 제조하는데 사용된다. 일 실시예에서는, 플라이들(32a-32f) 각각이 적층 가공 시스템(66)에 의해 별개로 제조되는 반면에, 다른 실시예에서는, 단일 적층 가공 동작에서, 강화된 통합 패치(32)로서, 전체 재작업 패치(32)를 층별로 제조하는 것이 가능하다. 수리 패치(32)는 제어되는 환경에서 레이업되거나, 또는 구조물 상에 바로 레이업될 수 있다.
플라이들(32a-32f) 각각이 제조된 이후에, 이들은 재작업 영역(30) 내의 캐비티(37)로 전달 및 배치된다(138). 일 실시예에서, 개별 플라이들(32a-32)을 캐비티(37)로 순차적으로 배치함으로써 재작업 패치(32)를 조립하는데, 앞서 설명된 재료 배치 시스템(68)이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 플라이들(32a-32f)을 스택(136)으로 조립하고 따라서 전체 스택(136)을 캐비티(37)로 배치하는데 재료 배치 시스템(68)이 사용될 수 있다.
그러나, 하기에서 논의될 바와 같이, 애플리케이션에 따라, 적층 가공 시스템(66)(도 16)은 전체 재작업 패치(32)를 단일 통합 패치(32)로서 제작할 수 있고, 이후, 이 단일 통합 패치(32)는 수동으로 또는 재료 배치 시스템(68)에 의해 캐비티(37)로 배치된다. 저장된 플라이 스케줄(78)(도 6) 및 3-D 맵 데이터(82)를 사용하여, 적층 가공 시스템(66)은 정확한 순서로, 정확한 플라이 배향을 갖게 그리고 서로 정렬되게 플라이들(32a-32f)을 형성할 수 있다. 유사하게, 재작업 패치(32)를 캐비티(37)에 정확하게 정렬 및 배치하기 위해, 재료 배치 시스템(68)은 저장된 3-D 맵 데이터(82)를 사용할 수 있다. 대안적 실시예에서, 미리조립된 재작업 패치(32)가 수작업을 사용하여 수동으로 캐비티(37)에 포지셔닝 및 배치될 수 있다.
재작업 패치(32)를 형성하기 위해 개별 플라이들(32a-32f)이 수동으로 조립되거나 또는 배치되는 경우에, 플라이들(32a-32f)을 서로에 대해 그리고 재작업되고 있는 구조물(44)에 대해 정렬하는 것이 필요하다. 이 정렬은, 도 18에 도시된 레이저 프로젝션 시스템(122)을 사용하여 달성될 수 있다. 저장된 플라이 스케줄(78) 및/또는 3-D 맵 데이터(82)를 사용하여, 레이저들(140)은 라인들(142)을 구조물(44) 상으로 프로젝팅하고, 이 예에서, 이 구조물(44)은 재작업이 요구되는 영역(30)을 갖는 부품(146)을 포함한다. 부품(146)은 테이블(144) 상에서 지지되고, 그리고 레이저들(140)은 테이블(144) 위에서 스탠드(stand)(145)에 의해 지지된다. 프로젝팅되는 레이저 라인들(142)은 각각의 플라이(32a-32f)의 정확한 배치 위치의 윤곽을 형성한다. 프로젝팅되는 레이저 라인들(142)은 148의 작업, 그리고 플라이들(32a-32f)을 정확한 위치들에 수동으로 정렬하는 것을 돕는 시각적 가이드를 형성한다.
이제, 도 19에 주의를 기울이면, 도 19는 적층 가공 시스템(66)의 추가의 세부사항들을 예시한다. 적층 가공 시스템(66)은, 머신 축(175)을 따라서 피스톤(165)에 의해 수직으로 변위 가능한(167) 베드(153)가 제공된 적층 가공 머신(108)을 포함한다. 적층 가공 머신(108)은 플라이들(32) 각각을 베드(153) 상에, 층별로, 매트릭스 재료(160) 및 강화 입자들, 예컨대, 탄소 나노튜브들(154)을 사용하여 형성한다. 플라이(32)의 각각의 층(155)(도 21 참조)이 형성된 이후에, 베드(153)는 하향으로(167) 이동된다. 적층 가공 머신(108)은 제어기(112), 예컨대, 하나 또는 그 초과의 제어 프로그램들(114)에 의해 제어되는 PC에 의해 동작된다. 적층 가공 머신(108)은, 제어기(112)에 의해 액세스되고 그리고 머신(118)에 다운로딩되는, 메모리(118)에 디지털 데이터의 세트로서 저장된 3-D 맵에 기초하여 플라이들(32) 각각을 형성한다. 도 9와 관련하여 앞서 언급된 전자기장 생성기(116)가 또한, 제어기(112)에 의해 동작되고, 그리고 베드(153)에 가까이 그리고 이 베드(153)와 정렬된 채로 위치되는 하나 또는 그 초과의 전자석들(150)을 포함한다.
적층 가공 머신(108)은 SLA(stereolithography), SLS(selective laser sintering), FDM(fused deposition modeling) 및 3DM(3-D printing)을 포함하는 여러 적층 가공 프로세스들(그러나, 이들에 제한되지 않음) 중 임의의 프로세스를 활용할 수 있다. 이들 프로세스들 각각은, 파우더 또는 액체 형태일 수 있는 매트릭스 재료(160)를 국부적으로 융합 또는 경화시킴으로써 플라이들(32a-32f)을 층별로 형성하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 적층 가공 머신(108)은, 3-D 맵 데이터로부터 플라이(32a-32f)의 각각의 층에 대한 상세한 정보를 도출하기 위해 슬라이싱 알고리즘을 활용하는 3-D 프린터일 수 있다. 각각의 플라이(32)는 얇은 분포의 매트릭스 재료(160)로 시작하고, 이 매트릭스 재료(160)는 베드(153)의 표면 위에 확산되는 파우더 입자들을 포함할 수 있다. 잉크-제트 프린팅과 유사한 기술을 사용하여, 바인더 재료(미도시)가 선택적으로 매트릭스 재료 파우더 입자들(160)과 결합되고, 여기서 플라이(32a-32f)가 형성될 것이다. 피스톤(165)이 베드(153)를 진행중인 플라이와 함께 더 낮게(167) 이동시켜, 매트릭스 재료(160)의 다음 층이 확산되고 선택적으로 결합될 수 있다. 매트릭스 재료가 융합되면서 각각의 층(155)이 경화되고, 결과적으로, 적층 가공 머신(108)에 의해 완료될 때 전체 플라이(32a-32g)가 경화된다. 적층 가공 머신(108)이 구조물(44) 상에 바로 플라이들(32a-32f)을 형성하는데 사용되어서, 재작업 패치(32)가 인 시튜로 효과적으로 레이업될 수 있다.
플라이들(32) 각각을 형성하는데 사용되는 매트릭스 재료(160)는, 애플리케이션 및 사용되고 있는 특정 적층 프로세스에 따라, 몇 개만 말하자면, 열경화성 플라스틱들, 예컨대, 에폭시 또는 폴리에스터 수지들, 금속들, 예컨대, Al, Ti, Fe, 및 Ni, 세라믹들, 예컨대, Si, Al2So3, SiC, 및 열가소성플라스틱들, 예컨대, 폴리아미드, 폴리아릴에트르케톤, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리프탈아미드 및 유리 같은 마이크로스피어들(그러나, 이들에 제한되지 않음)을 포함하는 다양한 경화성, 접착성 또는 가용성 재료들 중 임의의 재료를 포함할 수 있다. 플라이들(32) 각각을 원하는 방향으로 단방향으로 강화시키기 위하여, 매트릭스 재료(160)와 혼합된 탄소 나노튜브들(154)은 하기에서 논의되는 전자기장들(152)에 의해 정렬된다.
전자석들(150)은 전자기장들(152)을 생성하기 위해 머신 축(175)에 대해 서로 정렬되고, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 전자기장들(152)은 탄소 나노튜브들(154)을 원하는 방향으로 배향시키기 위해 협력한다. 탄소 나노튜브들(154)은, 그들의 자기저항을 최소화시키기 위하여 그들의 세로방향 축들(156)(도 20)이 전자기장들(152)의 역선들(158)과 정렬되도록 자신들을 배향시킨다. 전자기장들(152)은 또한, 탄소 나노튜브들(154)을 매트릭스 재료(160) 내의 원하는 구역(미도시)으로 이동시킴으로써 이 탄소 나노튜브들(154)을 포지셔닝하는데 사용될 수 있다. 전자석들(150)은, 매트릭스 재료(160)를 굳히는데 사용되는 에너지의 적용에 대하여 삼차원 공간 및 시간에서, 탄소 나노튜브들(24)의 배향 및/또는 포지션을 제어한다.
도 21은 도 19에 도시된 적층 가공 머신(108)에 의해 층층이 연속적으로 형성되는 복수의 층들(155)을 포함하는 플라이(32)를 예시한다. 층들(155) 각각의 탄소 나노튜브들(154)은 전자기장 생성기(116)에 의해 동일한 방향 또는 플라이 배향으로 정렬된다. 도 22를 참조하면, 각각의 플라이(32)의 각각의 층(155)이 탄소 나노튜브들(154)이 원하는 방향으로 정렬되는 원하는 플라이 배향을 갖도록, 각각의 플라이(32a-32f)가 형성되고 있을 때 전자기장 생성기(116)(도 19)가 전자기장들(152)의 배향을 변경시킨다. 도 22에 도시된 예에서, 플라이들(32a-32f)은 0°, +45°, 90°, 90°, -45° 및 0°의 플라이 배향들을 각각 갖는다.
적층 가공을 사용하는 개시된 방법은 또한, 비-자기적인 강화 재료들(예컨대, 유리)로 강화되는 매트릭스 재료로 개별 플라이들(32a-32f)이 형성된 재작업 패치(32)를 제조하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 도 23을 참조하면, 유리 강화 섬유들(161)은 자기 재료, 예컨대, 금속 재료의 층(162)으로 코팅될 수 있다. 유리 섬유들(161)을 코팅하는 층(162)은 유리 섬유들(161)로 하여금 적용되는 자기장들(152)(도 20)의 영향력 하에서 서로 정렬되게 한다.
여기서, 플라이들(32a-32f) 각각이 강화재들을 포함하지 않거나 또는 강화재들이 단방향성이 아닌 복합 라미네이트 패치들을 제조하는데, 3-D 맵핑 및 적층 가공을 사용하는 개시된 방법이 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 예컨대, 제한이 있든지 없든지 간에, 랜덤하게 배향되는 강화 섬유들로 강화된 매트릭스 수지(전부 미도시)로 플라이들(32a-32f)이 형성되는 재작업 패치(32)를 제조하는데, 개시된 방법이 사용될 수 있다.
본 서면 설명은, 최선 모드를 비롯한 본 발명을 개시하기 위해, 그리고 또한 당업자가 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 실시 및 사용하고 그리고 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 비롯해 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기 위해, 예들을 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항들에 의해 정의되고, 그리고 당업자들에게 발생하는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은, 이들이 청구항들의 문언와 상이하지 않은 구조적 엘리먼트들을 가질 경우, 또는 이들이 청구항들의 문언들과 사소한 차이들을 갖는 균등한 구조적 엘리먼트들을 포함하는 경우 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
본 개시물의 실시예들은 다양한 잠재적인 애플리케이션들에서, 특히, 예컨대, 항공우주, 해양, 자동차 애플리케이션들, 및 항공기 외판들과 같은 구조물들이 재작업되어야 하는 다른 애플리케이션을 포함하는 운송 산업에서, 용도를 발견할 수 있다. 따라서, 이제, 도 24 및 도 25를 참조하면, 본 개시물의 실시예들은 도 24에 도시된 항공기 제조 및 서비스 방법(164) 및 도 25에 도시된 항공기(166)의 상황에서 사용될 수 있다. 개시된 실시예들의 항공기 애플리케이션들은, 예컨대, 제한 없이, 항공기(166)의 날개들, 꼬리 조립품 또는 동체 상의 외판의 영역들의 재작업을 포함할 수 있다. 사전-제작 동안, 예시적 방법(164)은 항공기(166)의 규격 및 설계(168), 및 재료 조달(170)을 포함할 수 있다. 제조 동안, 항공기(166)의 컴포넌트 및 하위조립품 제조(172) 그리고 시스템 통합(174)이 이루어진다. 컴포넌트 및 하위조립품 제조(172) 및/또는 시스템 통합(174) 동안에, 개시된 방법(164)은 불균일(non-uniformity)을 포함하는 복합 구조물을 재작업하는데 사용될 수 있다. 이후에, 항공기(166)는 운항중(178)에 배치되기 위해 인증 및 납품(176)을 거칠 수 있다. 인증 및 납품 프로세스(176)의 일부로서, 불균일들을 포함하는 항공기(166)의 영역들을 재작업하기 위해, 개시된 방법을 사용하는 것이 필요할 수 있다. 고객에 의해 운항중에 있는 동안에, 항공기(166)는 일상의 유지보수 및 서비스(180)를 위해 스케줄링되고, 이 일상의 유지보수 및 서비스(180)는 또한 수정, 재구성, 재연마 등을 포함할 수 있다. 항공기가 운항중(178)에 있는 동안에, 및/또는 일상의 유지보수 및 서비스(180) 동안에, 불균일들을 포함하는 항공기(166)의 컴포넌트들 및 하위조립품들은 개시된 방법(164)을 사용하여 재작업될 수 있다.
방법(164)의 프로세스들 각각은 시스템 통합자, 제3자, 및/또는 오퍼레이터(예컨대, 고객)에 의해 수행 또는 실행될 수 있다. 본 설명의 목적들을 위해, 시스템 통합자는 제한 없이 임의의 수의 항공기 제조업자들 및 주요-시스템 하청업자들을 포함할 수 있고; 제3자는 제한 없이 임의의 수의 벤더들, 하청업자들, 및 공급업자들을 포함할 수 있고; 그리고 오퍼레이터는 항공사, 임대 회사, 군수업체, 서비스 조직 등일 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 예시적 방법(164)에 의해 제조되는 항공기(166)는 복수의 시스템들(184)을 갖는 에어프레임(182), 및 인테리어(186)를 포함할 수 있다. 개시된 방법은, 에어프레임(182) 및/또는 인테리어(186)의 하나 또는 그 초과의 컴포넌트들에서 불균일들을 감소 또는 제거하는데 사용될 수 있다. 하이-레벨 시스템들(184)의 예들은 추진 시스템(188), 전기 시스템(190), 유압 시스템(192) 및 환경 시스템(194) 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템들이 포함될 수 있다. 비록 항공우주 예가 도시되지만, 본 개시물의 원리들은 다른 산업들, 예컨대, 해양 및 자동차 산업들에 적용될 수 있다.
본원에 구현되는 시스템들 및 방법들은 제조 및 서비스 방법(164)의 단계들 중 임의의 하나 또는 그 초과의 단계들 동안에 사용될 수 있다. 예컨대, 제조 프로세스(172)에 대응하는 컴포넌트들 또는 하위조립품들은 항공기(166)가 운항중에 있는 동안에 제조되는 컴포넌트들 또는 하위조립품들과 유사한 방식으로 제작 또는 제조될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 초과의 장치 실시예들, 방법 실시예들, 또는 이들의 결합은 제조 단계들(172 및 174) 동안에, 예컨대, 실질적으로 항공기(166)의 조립을 더 신속하게 처리하거나 또는 항공기(166)의 비용을 감소시킴으로써 활용될 수 있다. 유사하게, 장치 실시예들, 방법 실시예들, 또는 이들의 결합 중 하나 또는 그 초과는 항공기(166)가 운항중인 동안에, 예컨대 그리고 제한 없이, 유지보수 및 서비스(180)에 활용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 어구 "~중 적어도 하나"는, 항목들의 목록과 함께 사용될 때, 열거된 항목들 중 하나 또는 그 초과의 상이한 결합들이 사용될 수 있고 그리고 목록의 각각의 항목의 단 한 개만이 필요할 수 있음을 의미한다. 예컨대, "항목 A, 항목 B, 및 항목 C 중 적어도 하나"는 제한 없이, 항목 A, 항목 A 및 항목 B, 또는 항목 B를 포함할 수 있다. 이 예는 또한 항목 A, 항목 B, 및 항목 C, 또는 항목 B 및 항목 C를 포함할 수 있다. 항목은 특정 오브젝트, 물건, 또는 카테고리일 수 있다. 다시 말해, ~중 적어도 하나는, 임의의 결합 항목들 및 임의의 수의 항목들이 목록으로부터 사용될 수 있지만, 목록의 항목들 전부가 요구되는 것은 아님을 의미한다.
상이한 예시적 실시예들의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제시되었으며, 개시된 형태로 실시예들을 총망라하는 것으로 의도되거나 이로 제한되는 것은 아니다. 많은 수정들 및 변형들이 당업자들에게 명백할 것이다. 추가로, 상이한 예시적 실시예들은 다른 예시적 실시예들과 비교할 때 상이한 장점들을 제공할 수 있다. 선택되는 실시예 또는 실시예들은, 실시예들의 원리들, 현실적 애플리케이션을 최선으로 설명하기 위하여, 그리고 당업자들이, 고려되는 특정 용도에 적합한 대로 다양한 수정들을 갖는 다양한 실시예들에 대한 본 개시물을 이해하는 것을 가능하게 하기 위해, 선택 및 설명된다.

Claims (14)

  1. 복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법으로서,
    재작업될 영역으로부터 재료를 제거하는 단계;
    상기 재료의 제거 이후에, 상기 영역의 3-D 맵을 생성하는 단계;
    상기 복합 구조물 상에 플라이를 인 시튜(in situ)로 형성하기 위해, 상기 3-D 맵에 기초하여, 상기 영역의 표면 위에 매트릭스 재료를 분포시키는 것을 통해 상기 영역에 상기 플라이를 레이업(lay up)하고, 상기 매트릭스 재료에 바인더 재료를 융합시키는 단계; 및
    상기 플라이를 인 시튜로 레이업하는 단계 이후에, 상기 복합 구조물 상에 상기 플라이를 경화시키는 단계
    를 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영역으로부터 재료를 제거하는 단계는, 영역 내에서 상기 복합 구조물을 통해 재료 제거 도구를 이동시키는 단계를 포함하고, 그리고
    상기 3-D 맵을 생성하는 단계는, 상기 재료 제거 도구의 이동을 기록하는 단계를 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 재료 제거 도구의 이동을 기록하는 단계는, 상기 재료가 제거된 영역을 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계를 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영역의 3-D 맵을 생성하는 단계는, 상기 영역을 광학적으로 스캐닝하는 단계를 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영역을 광학적으로 스캐닝하는 단계는, 상기 재료가 상기 영역으로부터 제거된 이후에 상기 영역의 토포그래피를 표현하는 디지털 데이터의 세트를 생성하는 단계를 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    층별로 재작업 패치의 적층 가공(additive manufacturing)에 의해 재작업 패치를 제조하는 단계를 더 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적층 가공은,
    3-D 프린팅,
    스테레오리소그래피,
    융합 증착 모델링, 및
    선택적 레이저 소결
    중 하나에 의해 수행되는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 재작업 패치를 제조하는 단계는,
    상기 적층 가공에 의해 복수의 플라이들 각각을 제조하는 단계,
    상기 플라이들 각각에 강화 나노튜브들을 넣는 단계, 및
    상기 플라이들 각각의 나노튜브들을 원하는 강화 방향으로 정렬하는 단계
    를 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 나노튜브들을 정렬하는 단계는, 상기 나노튜브들을 전자기장에 노출시킴으로써 수행되는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물 상에 재작업 패치를 인 시튜로 형성하는 다수의 플라이들을 순차적으로 레이업하는 단계, 그리고 이후, 상기 구조물 상에 상기 다수의 플라이들을 인 시튜로 경화시키는 단계
    를 더 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    재작업 패치를 인 시튜로 레이업하는 단계는, 적층 가공에 의해 수행되는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물의 상기 영역 상에 재작업 패치를 형성하는 플라이들을 설치하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 설치하는 단계는, 상기 영역의 상기 3-D 맵에 기초하여, 상기 재료가 제거된 영역에 상기 플라이들 각각을 정렬 및 배치하는 단계를 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    복수의 재작업 패치 플라이들을 서로에 대해 정렬된 관계로 적층시키기 위해, 상기 재료가 제거된 영역의 상기 3-D 맵을 사용함으로써 재작업 패치를 제조하는 단계를 더 포함하는,
    복합 구조물의 영역을 재작업하는 방법.
  14. 삭제
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2521393A (en) * 2013-12-18 2015-06-24 Skf Ab A building block for a mechanical construction
DE102015101328A1 (de) * 2015-01-29 2016-08-04 Airbus Operations Gmbh System und Verfahren zum Reparieren eines aus einem Kunststoff hergestellten Bauteils
US10350839B2 (en) * 2015-05-21 2019-07-16 The Boeing Company Remote advanced repair guidance
EP3098677B1 (en) * 2015-05-27 2019-05-08 Ansaldo Energia IP UK Limited Method for machining a component on a multi-axis machine tool driven by an nc-controller and apparatus for conducting said method
GB201516391D0 (en) 2015-09-16 2015-10-28 Short Brothers Plc Method of repairing a composite material
EP3153309B1 (en) * 2015-10-05 2018-12-12 Airbus Operations S.L. System for out of autoclave bonded repairs
US10661513B2 (en) 2015-12-01 2020-05-26 The Boeing Company Multi-planar fiber matrix tool-less preform for resin infusion
EP3210758B1 (en) 2016-02-24 2019-12-11 Airbus Operations GmbH Method of installing a fixture
KR20180029732A (ko) * 2016-09-13 2018-03-21 한화테크윈 주식회사 3d 프린팅 공정을 이용한 복합소재 제품 제조 방법
US10774648B2 (en) 2016-10-04 2020-09-15 General Electric Company Methods and features for CMC component repairs
EP3558650B1 (en) * 2016-12-20 2022-05-04 Rohr, Inc. Machine vision acoustic panel repair with retention of acoustic properties
KR101929654B1 (ko) * 2017-03-31 2018-12-17 전자부품연구원 3d 프린팅 슬라이서와 재귀 루프 구조가 장착된 3d 프린팅 모니터링 방법
US10293576B2 (en) * 2017-04-26 2019-05-21 The Boeing Company Repair patch for composite structure and associated method
US10710352B2 (en) * 2017-07-11 2020-07-14 The Boeing Company Structural pre-cured repair patch for repair to highly loaded primary and secondary structural components
EP3431211B1 (en) 2017-07-20 2022-03-16 General Electric Company Method for manufacturing a hybrid article
US10831173B2 (en) * 2017-08-11 2020-11-10 The Boeing Company Tool having magnetic material
US20200166907A1 (en) * 2017-08-13 2020-05-28 Amy Louise Frederick Process for customized wall and surface repair patches
US11148375B1 (en) * 2017-08-29 2021-10-19 Hrl Laboratories, Llc Method of repairing sandwich structure and repaired sandwich structure
US10946600B1 (en) * 2017-08-29 2021-03-16 Hrl Laboratories, Llc Composite structure repair methods incorporating a lattice core material
FR3072602B1 (fr) * 2017-10-23 2019-10-11 Airbus Procede de comblement d'imperfections surfaciques d'une aile d'aeronef
FR3075690B1 (fr) * 2017-12-22 2021-01-22 Safran Nacelles Procede de reparation de panneaux sandwich en materiaux composites ou metaliques avec un procede de production additive
US10933600B2 (en) 2018-03-08 2021-03-02 The Boeing Company Three-dimensional printing of composite repair patches and structures
US10671047B2 (en) * 2018-03-15 2020-06-02 The Boeing Company Composite structure repair system and method
US11167375B2 (en) 2018-08-10 2021-11-09 The Research Foundation For The State University Of New York Additive manufacturing processes and additively manufactured products
FR3089857B1 (fr) * 2018-12-13 2022-02-18 Safran Aircraft Engines Réparation de pièces en matériau composite à matrice organique
EP3906151B1 (en) * 2018-12-31 2022-10-05 3D Systems, Inc. System and method for repairing a three-dimensional article
CN109774183B (zh) * 2019-02-22 2021-04-13 浙江理工大学 一种盘绕式复合制品的制备方法及产品
RU2723868C1 (ru) * 2019-07-30 2020-06-17 Виктор Семенович Виленц Способ ремонта изделий из полимерных композиционных материалов с односторонним доступом к зоне ремонта
CN110654565B (zh) * 2019-09-26 2021-10-08 东方航空技术有限公司 一种飞机外表复杂曲面蒙皮快速修理方法及系统
AU2020204380A1 (en) 2019-11-27 2021-06-10 University Of Southern Queensland A method and patch for defect repair
US11865647B2 (en) * 2020-03-13 2024-01-09 The Boeing Company Utilization of CNC machining in composite part rework
US11872780B2 (en) 2022-06-02 2024-01-16 The Boeing Company Methods and tool for cutting an uncured composite material
CN115871955B (zh) * 2023-02-21 2023-06-06 中国人民解放军95633部队 飞机机翼和尾翼前缘蒙皮修复方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080281554A1 (en) * 2007-05-08 2008-11-13 Spirit Aerosystems, Inc. System and method for repairing composite parts
US20100316458A1 (en) 2009-06-16 2010-12-16 The Boeing Company Automated Material Removal in Composite Structures
US20100314029A1 (en) * 2009-06-16 2010-12-16 The Boeing Company User-facilitated material removal in composite structures
US20110175259A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Lih-Sheng Turng Method of Orientating Fillers in Composite Materials

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6174392B1 (en) 1999-03-04 2001-01-16 Northrop Grumman Corporation Composite structure repair process
CA2714697C (en) 2008-02-19 2014-08-05 Rolls-Royce Corporation System, method, and apparatus for repairing objects
US8977528B2 (en) 2009-04-27 2015-03-10 The Boeing Company Bonded rework simulation tool
EP2286956A1 (en) 2009-08-20 2011-02-23 Siemens Aktiengesellschaft Automated repair method and system
DE102010046580A1 (de) 2010-09-25 2012-03-29 Mtu Aero Engines Gmbh Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers, sowie ein Verfahren und ein gemäß dem Verfahren hergestellten Bauteils
US9457521B2 (en) 2011-09-01 2016-10-04 The Boeing Company Method, apparatus and material mixture for direct digital manufacturing of fiber reinforced parts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080281554A1 (en) * 2007-05-08 2008-11-13 Spirit Aerosystems, Inc. System and method for repairing composite parts
US20100316458A1 (en) 2009-06-16 2010-12-16 The Boeing Company Automated Material Removal in Composite Structures
US20100314029A1 (en) * 2009-06-16 2010-12-16 The Boeing Company User-facilitated material removal in composite structures
US20110175259A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Lih-Sheng Turng Method of Orientating Fillers in Composite Materials

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