KR20070112414A - 정밀하게 폴딩된 고강도 내피로성 구조체 및 이를 위한시트 - Google Patents

정밀하게 폴딩된 고강도 내피로성 구조체 및 이를 위한시트 Download PDF

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KR20070112414A
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맥스 더블유. 더니
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인더스트리얼 오리가미, 엘엘씨.
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Abstract

정밀하게 폴딩되는, 고강도의 내피로성 구조체 및 이를 위한 시트재를 개시한다. 상기 구조체를 형성하기 위해, 벤드 라인을 따라 시트재를 정밀하게 벤딩하는 방법, 및 슬릿 또는 그루브와 같은 벤딩 스트랩 형성 구조가 형성되어 있는 시트재를 개시한다. 상기 방법은, 벤드 라인을 따라 벤딩될 때 시트재의 정밀한 벤딩을 형성하기 위해 축방향으로 이격되는 관계로 시트재를 통과하여 길이방향으로 연장되는 슬릿 또는 그루브를 설계하는 단계 및 별도로 형성하는 단계를 포함한다. 벤딩 스트랩은 강도 및 내피로성을 증대시키는 구성 및 배향을 갖고, 바람직하게는 슬릿 또는 원호가 이용되어, 에지가 슬릿 또는 원호의 양쪽에서 시트재의 면에 결합되고 지지되도록 한다. 에지-대-면 접촉은 벤드 라인과 중첩되는 가상 지지점 위치를 따라 벤딩을 형성한다. 에지-대-면 결합 지지 및 정밀한 벤딩을 형성하기에 적절한 다수의 슬릿 실시예를 개시한다. 이들 실시예를 통해, 2차원 시트재로부터 다수의 3차원 하중 지지 구조체를 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어 직선형 및 굴곡진 빔, 섀시, 및 외골격을 개시한다.
시트재, 3차원 구조체, 벤딩, 폴딩, 스트랩, 슬릿, 그루브, 벤드 라인, 굴곡

Description

정밀하게 폴딩된 고강도 내피로성 구조체 및 이를 위한 시트 {PRECISION-FOLDED, HIGH STRENGTH, FATIGUE-RESISTANT STRUCTURES AND SHEET THEREFOR}
본 출원은, 2000년 8월 17일자로 출원된 미국특허출원 제09/640,267호이며 미국특허 제6,481,259 B1호로 등록된 "METHOD FOR PRECISION BENDING OF A SHEET OF MATERIAL AND SLIT SHEET THEREFOR"의 일부 계속 출원인, 2002년 9월 26일자로 출원된 미국특허출원 제10/256,870호인 "METHOD FOR PRECISION BENDING OF SHEET OF MATERIALS, SLIT SHEETS FABRICATION PROCESS"의 일부 계속 출원인, 2003년 9월 26일자로 출원된 미국특허출원 제10/672,766호인 "TECHNIQUES FOR DESIGNING AND MANUFACTURING PRECISION-FOLDED, HIGH STRENGTH FATIGUE RESISTANT STRUCTURES AND SHEET THEREFOR"의 일부 계속 출원이다. 전술한 출원들은 전체를 원용에 의해 본 명세서의 일부로 하였다.
본 출원은, 2005년 3월 17일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/663,392호인 "PRECISION-FOLDED, HIGH STRENGTH, FATIGUE-RESISTANT STRUCTURES AND SHEET THEREFOR"의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 원용에 의해 본 명세서의 일부로 하였다.
본 발명은, 일반적으로, 시트재의 설계 및 정밀 폴딩, 및 그 구조체의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 고강도 내피로성 구조 또는 어셈 블리를 2차원으로부터 3차원으로 신속하게 폴딩하는 정밀 폴딩 공정 및 이러한 공정에 이용하기 위한, 이것에만 한정되지 않는, 시트재를 준비하는 단계를 포함하는, 설계, 준비, 및 제조 공정에 관한 것이다.
시트재를 벤딩할 때 일반적으로 직면하는 문제는, 벤딩 공차 변화 및 공차 에러의 누적으로 인해 벤드의 위치를 제어하는 것이 어렵다는 것이다. 예를 들어, 전자 장비용 하우징의 형성에서, 시트재는 소정의 공차 내에서 제1 벤드 라인을 따라 벤딩된다. 그러나 제2 벤드는 흔히 제1 벤드에 따라 위치되며, 따라서 공차 에러가 누적될 수 있다. 전자부품용 섀시 또는 엔클로저를 형성하기 위해 포함되는 벤드가 3개 이상이기 때문에, 벤딩에서 누적되는 공차 에러의 영향은 상당할 수 있다. 또한, 얻을 수 있는 공차는 벤딩 장비, 그 조작, 및 작업자의 숙련도에 따라 크게 변화된다.
이러한 문제에 대하여, 시트재에서 벤드의 위치를 제어하기 위한 노력은 슬리팅(slitting) 또는 그루빙(grooving)을 행하는 것으로 시도되었다. 슬릿 및 그루브는 시트 스톡(sheet stock)에, 예를 들어 레이저, 워터젯, 펀치프레스, 나이프 등과 같은 슬릿 또는 그루브 형성 장치를 제어하는 컴퓨터 수치제어(CNC) 장치를 사용함으로써, 매우 정밀하게 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 시트재(21)는, 제시된 벤드 라인(25)을 따라 이격된 관계로 단부와 단부가 정렬되는 복수의 슬릿 또는 그루브(23)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 길이방향으로 인접하는 슬릿 또는 그루브 쌍의 사이는 시트(21)의 벤딩 에 따라 소성 변형되는 벤딩 웨브, 스플라인(spline), 또는 스트랩(27)이다. 웨브(27)는 시트를 하나의 부재로 함께 홀딩한다. 시트(21)를 관통하지 않는 그루브가 사용되는 경우, 시트재는 각각의 그루브 뒤쪽의 재료의 웨브에 의해 함께 홀딩된다.
시트(21)에서의 그루브 또는 슬릿(23)의 위치는, 그루브 또는 슬릿을 비교적 작은 공차로 벤드 라인(25)에 위치하도록 정밀하게 제어될 수 있다. 따라서 그루빙 또는 슬리팅 공정 후에 시트(21)가 벤딩되는 경우, 벤드는 벤드 라인(25)에 매우 근접하는 위치에 나타난다. 슬릿은 편평한 시트재 상에 정밀하게 배치될 수 있기 때문에, 이러한 공정에서는, 벤드가 프레스 브레이크(press brake)에 의해 형성되고 각각의 후속 벤드가 선행 벤드를 기준으로 하여 위치되는 것에 비해, 누적 공차가 매우 적다.
그럼에도 불구하고, 시트재의 그루빙 기반 또는 슬리팅 기반의 벤딩도 문제를 갖는다. 먼저, 웨브의 소성 변형 및 웨브(27)의 양 단부에서의 슬리팅으로 인해, 웨브 또는 스트랩(27)의 벤딩에서의 응력은 상당히 크거나 집중된다. 그루빙에 있어서, 재료 뒤쪽 또는 그루브의 뒤쪽에서의 응력 또한 상당히 크거나 매우 집중된다. 따라서 웨브(27) 및/또는 그루브(23)의 뒤쪽에 문제가 일어날 수 있다. 또한, 그루브 또는 슬릿은 반드시 벤드 라인(25)을 직접 따라 웨브(27)를 벤딩하지 않으며, 그루빙 공정은, 특히 V자 형상의 그루브를 밀링 또는 포인트 커팅하는 경우에 느리고 신뢰적이지 않다. 따라서 그루빙은 상업적으로 널리 이용되지 않는다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 시트(21)에 슬릿(23a) 및/또는 그루브(23b)가 형성된 후에 벤딩되는 경우, 웨브(27a, 27b)의 벤딩에는 소성 변형이 일어나고 잔류 응력이 발생한다. 물론, 슬릿(23a)의 경우, 재료는 슬릿의 길이를 따라 완전히 제거되거나 절단된다. V자 형상의 그루브(23b)의 경우, 그루브(23b)와 벤드의 볼록한 외측 사이에는 얇은 웨브(29)가 존재하며 이 또한 소성 변형되고 높은 응력을 받게 된다. V자 형상의 그루브가 형성된 경우의 벤드는 일반적으로 그루브(23b)를 폐쇄하는 방향에 있게 되어, 도 1b에 도시한 바와 같이 측면이 서로 접촉하게 된다. 도 1a 및 1b의 벤딩된 구조에 수직력(FV) 및/또는 수평력(FH)을 가하면, 슬릿 및/또는 그루브를 약화시키고 스트랩 또는 웨브(27a, 27b), 및 얇은 웨브(29)가 상당한 응력 하에서 소성 변형된다. 슬릿이 형성되지 않거나 그루브가 형성되지 않는 벤딩 공정이 이용된 경우에 비해 보다 작은 힘으로도 구조의 파손이 일어나게 된다.
벤딩을 용이하게 하기 위해 시트에 슬릿을 형성하는 다른 방안이 종래 기술에서 채택되었다. 그러나 벤드를 형성하기 위해 채택된 슬리팅 기술은 주로 조각품의 응용을 위한 시각적 또는 장식적 효과를 위해 고안된 것이었다. 시각적인 결과는 "스티칭(stitching)"으로 설명되었으며, 벤드 자체는 빔(beam)에 의해 구조적으로 보강되었다. 이러한 스티칭된 조각품은 1998년까지는 뉴욕 현대미술관에 전시되었고, 시트 슬리팅 기술은 2002년 12월 12일자 미국특허 공개공보 US 2002/0184936 A1(출원인, Gitlin 등)에 기재되어 있다. 이 조각은 또한 Contemporary World Architects의 "Office dA", pp. 15, 20-35, 2000에 기재되어 있다. 본 출원의 도 2, 2a, 2b는 상기 채택된 스티칭 기술의 일례를 보여준다.
도 2는 "Office dA" 또는 US 2002/0184936 A1의 일 실시예를 나타낸다. 시트재(32)에는 복수의 슬릿(31)이 형성되어 있다. 슬릿(31)은 직선형이며 벤드 라인(33)의 양측을 따라 서로 가로방향으로 오프셋 되어 있다. 이 슬릿은 길이방향으로 중첩되어, 어느 것이 중첩된 슬릿 단부 사이의 벤딩 스플라인, 웨브, 스트랩, 또는 "스티치"(34)가 될 것인지 결정되도록 한다. 도 2a, 2b는, 벤드 라인을 따라 90도 벤딩된, 시트(32)의 하나의 슬릿의 일 단부의 확대된 측면도, 및 벤드 라인의 양측의 시트 부분(35, 36)이, 시트 부분(35, 36)을 90도 사이에서 트위스트 또는 스티치하는 트위스트된 스트랩 또는 "스티치"에 의해 상호 연결된 것을 나타내는 도면이다. 뉴욕 현대미술관의 설계자는, 형성된 벤드가 구조적으로 매우 강하지 않은 것을 확인하였으며, 이들은 부분적으로 은폐된 빔을 각각의 스티칭된 벤드의 내측 정점에서 조각물에 용접하였다.
슬릿(31)이 벤드 라인(33)과 평행하기 때문에, 일정하고 균등한 폭 치수를 가지는 스트랩(34)은 그 길이에 걸쳐서 비틀리거나 비틀림 소성 변형되며, 그 결과, 90도 벤드의 단부에서 스트랩의 뒤쪽은 포지션 37에서 슬릿(31)의 다른 쪽 면과 결합한다. 이러한 결합은 시트 부분(35)을 시트 부분(36)의 면(38)으로부터 들어올리고, 슬릿의 단부(40)를 확장시키려고 하며 이 슬릿 단부에 추가의 응력을 형성한다. 스트랩(34)을 트위스팅하고 벤드의 단부를 들어올리면, 시트 부분(35)과 면(38) 사이의 슬릿(31)의 길이에 걸쳐서 간극(G)이 형성된다. 트위스트된 스트랩 또는 스티치(34)는 시트 부분(35)을 면(38)으로부터 이격시키고 양쪽 슬릿 단 부(40)에 응력이 발생한다(하나의 슬릿 단부(40)만이 도시되었으나 도 2a 및 2b에 도시한 슬립(31)의 다른 쪽 슬릿 단부(40)에도 동일한 응력이 발생한다).
간극(G)은 벤드 라인의 양측에서 벤드 라인(33)의 길이를 따라 각각의 슬릿(31)에 형성된다. 따라서 각각의 슬릿에서 시트 부분은, 접촉하도록 잡아당겨지는 대신에 슬릿 형성면과의 접촉으로부터 이격되도록 강제되어 그 면에 의해 완전히 지지된다.
또한, 도 2의 슬리팅 구성은 각각의 스트랩(34)에 매우 높은 정도의 응력을 가한다. 스트랩 길이를 따라 트위스팅되는 것으로부터 응력을 감소시키기 위해 스트랩 길이(슬릿(31)의 단부 사이의 중첩되는 길이)가 증가됨에 따라, 대면하는 면에 대한 시트 부분의 탄성적 당김 또는 클램핑을 위한 힘이 감소한다. 반대로, 스트랩 길이(34)가 감소함에 따라, 응력에 의해 트위스팅은 일정한 폭의 스트랩에 미세한 균열을 형성하고, 트위스트된 스트랩의 일반적인 상태는 과도한 응력을 받은 상태이다. 이것은 벤드의 길이에서 양보를 요구하고 하중을 받지 않는 벤드를 남긴다.
시트 부분(35)에 가해지는 도 2b의 수직력(FV)은 트위스트되고 응력을 받은 스트랩(34)에 즉시 가해지고, 간극(G)으로 인해, 스트랩은 하중에 의해 소성 변형되어, 시트 부분(35)이 면(38)과 결합하여 지지하도록 아래로 배치되기 전에 파열 또는 균열될 수 있다. 수평력(FH)도 마찬가지로, 간극(G)이 폐쇄되고 시트 부분(35)이 대면하는 슬릿 면(38)에 지지되기 전에 길이방향으로 인접하는 스트 랩(34)(도 2b의 전단 스트랩(34))을 파괴한다.
도 2 내지 도2b의 슬리팅 방안 및 US 2002/0184936 A1의 본질적인 다른 문제는, 일정한 스트랩 폭은 슬릿 사이의 거리와 무관하게 변화될 수 없으며, 스트랩 폭은 스트랩에 과도한 응력을 주지 않고 소재의 두께보다 작을 수 없다는 것이다. 슬릿(31)이 서로 평행하고 길이방향으로 중첩되면, 스트랩 폭은 슬릿 사이의 간격 또는 조그(jog)와 동일하다. 이로 인해 스트랩의 구조적인 하중을 위한 밴드의 설계에 유연성이 제약을 받는다. 또한, 슬릿은 모든 다른 슬릿 단부가 다른 슬릿을 향하여 정렬되도록 연장된다. 그러므로 응력 발생 및 슬릿의 단부에서 발생하는 미세 균열의 확산을 감소시키지 못하여, 정렬된 슬릿 단부는 하중에 의해 균열될 수 있다.
그러므로 도 2 내지 도 2b의 시트 슬리팅 구성은 장식용 벤드를 위해 용이하게 채택될 수 있지만 상당한 구조적 지지 및 내피로성을 제공하여야 하는 벤드에는 적절하지 않다.
US 2002/0184936 A1은 또한, 굴곡진 슬릿(도 10a, 10b)의 형성에 관하여 기재하고 있지만, 슬릿은 마찬가지로 굴곡진 벤드 라인과 평행하여, 빈딩 스트랩의 폭이 일정하고, 스트랩이 벤드 라인을 따라 교차하지 않고 평행하게 연장되며, 스트랩은 극도로 트위스트되고, 슬릿 단부는 다음 슬릿에 미세 균열 및 응력 집중을 전달하며, 벤드의 단부에서만, 지점 37에서 슬릿의 반대쪽을 결합시키는 슬릿 커프(kerf)를 채용한다.
미국 보스톤의 피자 레스토랑에 벤딩된 금속 천장 패널을 설치하는데 간단한 직선형 천공 기술이 동일한 설계자에 의해 이용되었다. 마찬가지로, 직선형 천공이 이루어진 벤딩된 시트 부품은 벤드를 따라 상당한 비지지(unsupported) 하중을 지지하도록 설계되지 않았다.
시트재를 벤딩하기 위한 기반으로서 여러 특허 시스템에는 슬릿, 그루브, 천공, 딤플(dimple), 및 스코어 라인이 사용되었다. West 등에게 허여된 미국특허 제5,225,799호는, 예를 들어 마이크로파 웨이브 가이드 또는 필터를 형성하기 위해 시트재를 폴딩하는 그루빙 기반의 기술을 이용한다. St. Louis에게 허여된 미국특허 제4,628,161호에는 금속 시트를 폴딩하기 위해 스코어 라인 및 딤플이 이용된다. Bandon에게 허여된 미국특허 제6,210,037호에는 플라스틱을 벤딩하기 위해 슬롯 및 천공이 이용된다. Yokoyama에게 허여된 미국특허 제6,132,349호 및 PCT 공개공보 WO 97/24221, Grebel 등에게 허여된 미국특허 제3,756,499호, 및 Fischer 등에게 허여된 미국특허 제3,258,380호에는 슬릿 또는 다이 컷(die cut)을 이용하여 골판지를 벤딩하는 것이 기재되어 있다. Hunt에게 허여된 미국특허 제5,692,672호, Wood에게 허여된 미국특허 제3,963,170호, 및 Carter에게 허여된 미국특허 제975,121호에는 슬리팅에 의해 판지 시트의 벤딩을 용이하게 하는 것이 기재되어 있다. 미국특허 공개공보 제2001/0010167 A1호에는, 개구부, 노치 등을 포함하며 플라스틱 유동의 조절 및 균열 및 주름의 감소를 위해 커다란 힘을 이용하는 금속 벤딩 기술이 기재되어 있다.
그러나 대부분의 이들 종래 기술의 벤딩 시스템에서는, 벤드 형성 기술이 최종 구조를 상당히 약화시키거나, 정밀한 벤드가 형성될 수 없거나, 벤드의 한쪽 소 재가 파손됨으로써 벤딩이 이루어진다. 또한, 이를 종래 기술의 시스템에 슬리팅이 이용되는 경우, 구조의 약화 외에 장래의 구조적 파손 지점이 진행되며, 슬리팅은 벤딩된 구조의 밀봉 공정에 비용을 수반하고 어렵게 만들 수 있다. 따라서 이들 종래 기술의 방법은 유체 또는 유동성 재료를 포함할 수 있는 구조의 제작에는 적절하지 않다.
정밀한 벤딩 및 강도의 유지는 특히 상당한 두께의 금속 시트를 벤딩하는 경우에 문제가 크다. 많은 경우에, 작은 힘, 예를 들면 수공구 또는 저동력 공구의 수작업에 의해 금속 시트를 벤딩하는 것이 요구된다. 물론 두꺼운 금속 시트의 이러한 벤딩에서는 문제가 더욱 크다.
본 발명의 다른 특징에서는, 시트재의 슬리팅 기반의 벤딩에서의 종래 기술의 단점을 극복하기 위한 방안이 제공되어, 종래 기술의 금속 제조 기술 및 그에 따른 구조의 단점을 제거한다.
강성의 3차원 구조체를 제조하기 위한 공지된 종래 기술은, 시트재 및 비시트재로부터 부품을 절단하고 서로 결합시키는 공정이다. 강성의 3차원 구조체를 제조하기 위해, 복수의 분리된 부품을 서로 결합시키기 위해, 지그작업(jigging) 및 용접, 클램핑 및 접착, 또는 기계가공 및 패스너의 사용이 광범위하게 이용되었다. 예를 들면 용접의 경우에, 개별 피스의 정밀한 절단 및 지그작업에 문제가 발생하며, 다수의 부품의 취급 및 품질관리와 검증에는 노동력과 장비가 필요하게 된다. 또한, 용접은 열을 받은 구역에 의해 형상이 변형되는 본질적인 문제를 가지고 있다.
종래에는 상당한 두께의 금속을 용접할 때 시간 및 비용을 절감하기 위해 일반적으로 연삭 또는 일점(single point) 공구에 의해 만들어지는 경사진 에지를 가지는 부품을 사용한다. 또한, 열을 받은 금속의 피로 파괴(fatigue failure)는, 하중지지 형상이 용접, 브레이징, 또는 납땜이 이루어진 재료에 지지되는 결합에 대하여는 예측이 불가능하다. 일반적으로 용접의 피로 파괴는, 서로 용접되는 부품의 크기, 수, 및 용접의 깊이를 증대시킴으로써 보상된다. 물론 이러한 설계의 단점은 중량이 크다는 것이다.
분리된 부품의 에지 및 면을 따라 시트재 및 비시트재를 접착하는 경우, 다수의 부품의 취급 및 정밀한 포지셔닝, 그리고 접합 방법이 완료될 때까지 이들을 홀딩 또는 클램핑하는데 있어서 문제가 발생한다.
3차원 구조체의 제조와 관련된 다른 분류의 종래 기술은 급속 조형법(Rapid Prototyping method)이다. 이 방법은, 광 조형기술(stereo lithography) 및 CAD 시스템을 사용하여 설계가 이루어지고 구조체가 완성될 때까지 소재의 가감에서 장비를 구동시키기 위해 구조체의 데이터 제공이 이용되는 다른 프로세스의 호스트를 포함한다. 종래 기술의 급속 조형법은 일반적으로 부가식(additive) 또는 제거식(subtractive)이다.
제거식 급속 조형법의 문제점은 재료의 낭비가 크다는 것이다. 전체 부품을 포함할 수 있는 재료의 블록이 사용되며 정밀한 밀링 및 원하지 않는 재료의 제거에 의한 절단을 위해 비교적 고가의 고속 머시닝센터가 필요하다.
부가식 급속 조형법에도 문제점이 있다. 특히, 대부분의 이러한 기술은 매 우 좁은 범위의 재료에 적합하다. 또한, 대부분은 부품을 나타내는 데이터에 따라 재료를 분배하는 특별한 제조 장치를 필요로 한다. 부가식 급속 조형법은 느리며, 부품의 포락선(envelope)이 매우 제한되고, 일반적으로 구조적으로 강건한 재료를 사용할 수 없다.
따라서 일반적으로, 종래 기술에서는, 시트를 벤딩할 수 있도록 시트의 슬리팅 또는 그루빙이 벤드를 형성하였으며, 이것은 상업용 구조 분야에 필요한 정밀도 및 강도가 떨어진다. 따라서 이러한 종래 기술의 시트 벤딩 기술은 라이트 게이지 금속(light gauge metal)의 벤딩 또는 조각품과 같은 장식 분야에만 널리 사용되었다.
따라서 본 발명의 목적은, 매우 정밀하게 시트재를 벤딩할 수 있도록 하고, 실질적인 하중을 지지하고 피로 파괴에 내성을 가지는 벤드를 형성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 개선된 슬리팅 기술을 이용하여 시트재를 정밀하게 벤딩하는 방법을 제공함으로써, 벤드의 위치의 정확도 및 제작된 구조체의 강도를 향상시키고, 응력에 의한 파괴를 저감시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 정밀한 시트 벤딩 공정, 및 벤딩을 위한 슬릿 및 그루브가 형성되고 다양한 두께 및 다양한 유형의 비파괴성 재료의 시트의 벤딩을 수용하기 위해 사용될 수 있는 시트재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 벤딩을 용이하게 하지만 벤드의 위치를 제어하지는 않는 수공구 또는 전동공구만을 이용하여 이루어질 수 있는 후속 벤딩을 위한 시트의 슬리팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 정밀한 치수 공차를 가지는 고강도의 3차원 구조체로 시트재를 벤딩할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 용이하고 저렴하게 밀봉하여 유체 또는 유동성 재료의 수용을 가능하도록 시트재를 벤딩할 수 있도록 하는 것이다.
제조 및 조립 기술을 향상시키기 위해 슬릿 기반의 벤딩을 이용하는 것과 관련된 본 발명의 넓은 측면에서, 본 발명의 목적은, 새로운 급속 조형법, 및 구조적으로 강건한 광범위한 재료를 사용하고 현대식 제조설비에서 찾을 수 있는 것보다 특별한 장비를 사용하지 않으며 사용되는 절단 공정의 제한을 위해 확대 또는 축소가 가능한 개선된 신속 제조 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 시트재의 벤딩 전후에 부품의 추가적인 정밀한 정렬을 보조하는 형상을 벤딩될 시트재에 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, CAD 설계 프로세스에 의해 정의된 바와 같이 상호 정확한 관계로 3차원 공간에 배치되는 다중 부품을 위해 실제에 가까운 형상의 구조 골격(structural scaffold)의 역할을 하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 보다 적은 수의 별도 부품을 채용하며 그 에지가 벤드의 길이를 따라 스스로 지그작용을 하고 벤딩되지 않은 에지가 용접의 준비에서 지그작용 및 클램핑을 용이하게 하는 특징을 제공하는, 용접된 구조체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 용접 공정에 의해 발생되는 비틀림 및 치수 부정확성을 상당히 저감시키는 용접을 위한 시트재의 지그 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 모든 자유도가 열을 받은 구역에 의존되지 않는 실질적인 부하지지 특성을 제공하여, 최종 3차원 구조체의 부하 강도 및 주기적 피로 강도 모두가 향상되는, 새로운 용접 결합을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은,
1) 강건하고 치수가 정확한 3차원 구조체를 제조하는데 필요한 부품의 수를 저감시키고,
2) 저비용, 고생산성 제조 방법을 위한 본 발명의 벤딩된 에지 및 벤딩되지 않은 에지를 통해 달성될 수 있는, 원하는 3차원 구조체의 여러 측부에 대한 포지셔닝 및 클램핑 방법을 본질적으로 제공하는 우수한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 금속, 폴리머, 세라믹, 및 복합물을 위한 주조 몰드로서, 경화 과정 후에 제거되거나 마무리된 물체의 구조적 또는 표면 구성요소로서 남는 슬릿, 벤드가 형성된 시트재로 형성되는, 광범위한 유체를 수용하는 주조 몰드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 편평하거나 코일 형태로 선적되고 원거리에서 프레스 브레이크를 사용하지 않고 정밀하게 벤딩되며 시트 스톡에 부품을 추가한 후에 시트 스톡의 벤딩에 의해 형성되는 엔클로저의 내부 및 내표면에 부품을 조립 또는 장착하는 것이 향상되도록, 시트 스톡이 가능하도록, 기존의 슬리팅 장치를 이용할 수 있는 시트 벤딩 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 금속, 플라스틱, 및 복합물을 포함하되 이것에만 한정되지 않는 시트재의 정확하고 정밀한 하중 지지 폴드를 형성하기 위해 이용될 수 있는 정밀 폴딩 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 가상의 벤드 라인 주위를 폴딩할 수 있으며 종래의 벤딩 기술에 비해 폴딩을 하기 위해 상당히 적은 힘이 필요한 정밀 폴딩 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 재료의 두께 또는 미세구조 특성과 관계없이 본질적으로 직선형으로 이루어질 수 있는 정밀 벤딩 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 슬리팅/제거 공정, 절단 공정이나, 첨가 공정에 의해 전술한 기하학적 형상을 형성하고 본 발명의 장점을 얻는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 폴드 부근의 재료의 미세구조가 실질적으로 변화되지 않는 비파괴성 재료를 폴딩하는 정밀 폴딩 기술을 제공하는 것이다.
시트재의 설계 및 정밀 폴딩을 위한 방법 및 각각의 기술, 제조 기술, 및 본 발명의 이러한 정밀 벤딩으로부터 형성되는 구조의 다른 목적 및 장점은 첨부도면을 참조한 이하의 상세한 설명에 더욱 자세히 기재되어 있다.
넓은 측면에서, 원하는 벤딩 라인을 따른 벤딩을 위한 시트재는 시트재에 형성되는 스트랩 형성 구조를 포함한다. 스트랩 형성 구조는 시트에 적어도 하나의 벤딩 스트랩을 형성하도록 위치되고, 스트랩은 벤드 라인을 가로질러 연장되도록 배향되어 위치되는 길이방향의 스트랩 축을 갖는다. 또한, 구조를 형성하는 스트랩은 벤드 라인을 따라 시트재의 벤딩을 형성하도록 구성되고 위치된다.
다른 측면에서, 중공 빔(hollow beam)은 2개의 시트재를 포함한다. 제1 시트재는 각각의 벤드 라인 근처에 위치되는 복수의 벤딩 스트랩 형성 구조를 가짐으로써 복수의 제1 시트 벤드 라인을 따라 벤딩하도록 형성되며, 벤딩 스트랩 형성 구조는 벤드 라인을 따르는 벤딩을 형성하도록 구성된다. 중공 빔은 제1 시트 벤드 라인을 따라 벤딩되는 제1 시트재를 제2 시트재에 고정시킴으로써 형성된다.
또 다른 측면에서, 외골격 프레임(exoskeletal framework)은 복수의 벤드 라인을 따르는 벤딩을 위해 형성되는 하나의 시트재를 포함한다. 시트재에는 각각의 벤드 라인 근처에 위치되는 복수의 벤딩 스트랩 형성 구조가 형성되고, 이 벤딩 스트랩 형성 구조는 벤딩을 형성하도록 구성된다. 벤드 라인을 따르는 시트재의 벤딩으로 인해 구조 부재의 프레임이 이루어진다.
본 발명의 정밀하게 폴딩된 고강도 내피로성 구조 및 이를 위한 시트는 다른 특징 및 장점을 가지며, 이들은 이하의 첨부도면을 참조한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른, 슬릿 및 그루브가 형성된 시트재의 파단 평면도이다.
도 1a는 벤딩된 상태에서 도 1의 선 1A-1A의 평면을 따라 취한 단면도이다.
도 1b는 벤딩된 상태에서 도 1의 선 1B-1B의 평면을 따라 취한 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 공지된 다른 구성을 사용하는, 복수의 슬릿이 형성된 시트재의 파단 평면도이다.
도 2a는 도 2의 시트를 약 90도 벤딩한 확대 파단 측면도이다.
도 2b는 도 2a의 선 2B-2B의 평면을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트재 슬릿의 파단 평면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 실시예에 따른 슬릿을 가지며 벤딩 공정에서 편평한 평면으로부터 90도로 벤딩되는 시트재의 파단 평면도이다.
도 5는 시트재의 벤딩 과정을 도 4a 내지 도 4d의 각각의 부분에서 취한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트재 슬릿의 평면도이다.
도 7은 약 90도로 벤딩된 후의 도 6의 시트의 평면도이다.
도 8은 도 7의 시트재의 단부도이다.
도 8a는 도 7의 선 8A-8A의 평면을 따라 취하였으며 도 8로부터 약 45도 회전된, 시트재의 확대된 단부 단면도이다.
도 8b는 도 7의 선 8B-8B의 평면을 따라 취하였으며 도 8로부터 약 45도 회전된, 시트재의 확대된 단부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시트재 슬릿의 파단 평면도이다.
도 10은 도 9의 시트를 약 90도 벤딩한 확대 파단 측면도이다.
도 10a는 도 10의 선 10A-10A의 평면을 따라 취한 파단 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따라 구성되는 스트랩 형성 구조를 가지는 시트재의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 파단 평면도이다.
도 11a는 신속 천공(rapid piercing) 레이저 절단 기술을 이용하여 형성된, 도 11에 나타낸 구성의 슬릿의 파단 평면도이다.
도 12는 굴곡진 박스 빔으로 벤딩 및 조립하기 전의 하나의 시트재의 파단 평면도이다.
도 13은 각각 도 12에 나타낸 것과 같은 슬릿이 되는, 2개의 시트재로부터 구성되는 굴곡진 박스 빔의 측면도이다.
도 14는 도 13의 빔의 단부도이다.
도 15는 원통형 부재를 둘러싸도록 스트랩 형성 구조로 형성되고 구성되는 시트재의 평면도이다.
도 16은 원통형 부재를 둘러싸도록 벤드 라인을 따라 벤딩되고 장착된, 도 15의 시트재의 사시도이다.
도 17은 본 발명에 따라 형성되는 시트재를 사용하여 형성되는 주름진 어셈블리의 분해사시도이다.
도 18은 본 발명에 따라 형성되는 시트재의 다른 실시예의 분해사시도이다.
도 19는 벤딩 또는 폴딩 전의 주름진 데크의 다른 실시예를 구성하는데 사용되는 슬릿 시트의 평면도이다.
도 20은 도 19의 슬릿 시트재를 사용하여 구성되는 주름진 시트 또는 데크의 사시도이다.
도 21은 도 20의 선 21-21에 의해 파단된 확대사시도이다.
도 21a는 도 19의 선 21A-21A에 의해 파단된 확대평면도이다.
도 22는 원통 형태의, 도 19 및 20과 유사한 주름진 시트를 사용하여 구성되는 원통형 부재의 단부도이다.
도 23은 본 발명에 따른, 그리고 예상되는 벤딩을 보장하도록 배치되는 텅(tongue) 또는 탭(tab)을 가지는 시트재 슬릿의 확대측면도이다.
도 23a는 벤딩 중의 도 23의 시트의 축소된 단부도이다.
도 24는 시트의 평면에 대한 사각에서 시트재 슬릿 및 벤딩 중의 보각을 나타내는 파단 단부도이다.
도 25는 본 발명에 따라 배치되는 릴-투-릴(reel-to-reel) 시트 슬리팅 라인의 개략도이다.
도 26은 도 25의 장치를 이용하여 슬릿이 형성되고 공정 중에 권출되어 3차원 구조체로 벤딩되는 코일형 시트재의 사시도이다.
도 27a 내지 27g는 교차 보강된(cross-braced) 박스 빔으로 벤딩되는, 본 발명에 따라 구성되는 시트재의 사시도이다.
도 28a 내지 28e는 전기 부품과 같은 구성요소를 지지하는 섀시로 벤딩되는, 본 발명에 따라 구성되는 시트재의 사시도이다.
도 29는 본 발명의 슬릿 시트를 작은 힘으로 벤딩 또는 폴딩하기에 적절한 장비의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 30은 본 발명의 시트 벤딩 또는 폴딩 공정의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 31a 및 31b는 본 발명의 슬릿 시트재의 벤딩을 위한 설계, 제작 및 조립 공정의 흐름도이다.
도 32a 내지 32e는 스터드 벽(stud wall)/사다리로 벤딩되는, 본 발명에 따라 구성되는 시트재의 사시도이다.
도 33은 본 발명에 따라 구성되는, 굴곡지고 주름진 데크 또는 패널의 사시도이다.
도 34a 내지 도 34e는 스윙-아웃 보강된(swing-our braced) 박스 빔으로 벤딩되는, 스윙-아웃 브레이싱을 포함하는 시트재의 사시도이다.
도 35는 하나의 슬릿 실시예를 포함하는, 본 발명에 따른 시트재 슬릿의 평면도이다.
도 36은 롤러 하우징으로 벤딩되는, 도 35의 시트의 사시도이다.
도 37은 벤드 라인 상에 상이한 슬릿 구성을 가지는 시트재의 파단 평면도이다.
도 38a는 섀시로 벤딩되기 전의, 본 발명에 따라 구성되는 시트재의 사시도이다.
도 38b는 섀시로 벤딩된 후의, 도 38a의 시트재의 사시도이다.
도 38c는 섀시의 미완성 형태로 벤딩되어 적층된 후의, 도 38a의 시트재의 사시도이다.
도 39a는 형성되어 굴곡진 빔으로 결합되기 전의, 본 발명에 따라 구성되는 2개의 시트재의 평면도이다.
도 39b는 도 39a에 도시한 것과 유사한 시트로부터 본 발명에 따라 구성되는 굴곡진 채널의 사시도이다.
도 39c는 도 39a에 도시한 것과 유사한 2개의 시트로부터 본 발명에 따라 구성되는 폐쇄된 중공의 굴곡진 빔의 사시도이다.
도 40a 내지 도 40h는 골격 구조로 폴딩되기 전 및 폴딩된 상태의, 본 발명에 따라 구성되는 시트재의 사시도이다.
도 41은 폴딩되기 전 및 폴딩된 상태의, 본 발명에 따른 골격 구조의 모서리부의 사시도이다.
도 42a는 도 41에 도시한 모서리부의 확대도이다.
도 42b는 도 42a에 도시한 에지 슬롯의 측면도이다.
도 42c는 에지 슬롯의 다른 실시예의 측면도이다.
도 43a는 굴곡진 외골격 구조로 형성되기 전의, 본 발명에 따라 구성되는 시트재의 평면도이다.
도 43b는 굴곡진 외골격 구조로 형성된 후의, 도 43a에 도시한 시트재의 사시도이다.
도 43c는 굴곡진 외골격 구조로 형성되기 전의, 도 43a에 도시한 시트재의 일부분의 평면도이다.
도 44는 본 발명에 따라 3차원 구조체로 형성되는 다른 시트재의 사시도이다.
이하, 첨부도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명을 바람직한 실시예와 관련하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명은 청구범위에 정의한 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대응물, 변형, 및 동등물을 커버하는 것으로 의도되었다.
시트재의 정밀 벤딩을 위한 본 발명의 방법 및 장치는, 종래 기술인, 2000년 8월 17일자로 출원된 미국특허출원 제09/640,267호인 "METHOD FOR PRECISION BENDING OF A SHEET OF MATERIAL AND SLIT SHEET THEREFOR" 및 2002년 9월 26일자로 출원된 미국특허출원 제10/256,870호인 "METHOD FOR PRECISION BENDING OF SHEET OF MATERIALS, SLIT SHEETS FABRICATION PROCESS"에 기재된 슬리팅 형상에 따르며, 이들 특허문헌은 원용에 의해 그 전체를 본 명세서의 일부로 하였다.
도 3 내지 5를 참조하여 본 발명의 정밀 고강도 벤딩 공정 및 장치의 일 실시예를 설명한다. 도 3에서 시트재(41)에는 벤드 라인(45)을 따라 복수의 스트랩 형성 구조, 이 경우에는 참조부호 43으로 나타낸 슬릿이 형성된다. 그러므로 슬릿(43)은 길이방향으로 연장되고 단부와 단부가 이격되어 슬릿(43) 쌍 사이에 벤딩 웨브 또는 스트랩(47)이 형성되도록 한다. 도 3에서, 슬릿(43)은 단부에 응력 감소 구조, 즉 개구부(49)를 포함하여, 벤딩 웨브(47)에 응력 집중을 감소시키도록 한다. 그러나 후술하는 바와 같이, 도 3의 확대 개구부(49)와 같은 응력 감소 구조는, 본 발명의 정밀 벤딩 시스템의 바람직한 구현에 필요하지 않다. 그러나 도 3에 도시한 슬릿(43)의 실시예에 있어서, 슬릿 단부 사이에서 각각 길이방향으로 연장되는 슬릿은 벤드 라인(45)에 대하여 가로방향 또는 횡방향으로 계단을 이룬다. 따라서 슬릿(43a)과 같은 슬릿은, 벤드 라인(45)에 대하여 근처에서 양측에서 바람직하게 등거리로 실질적으로 평행하게 위치되는, 길이방향으로 연장되는 한 쌍의 슬릿 세그먼트(51, 52)를 포함한다. 길이방향 슬릿 세그먼트(51, 52)는 또한 가로방향으로 연장되는 슬릿 세그먼트(53)에 의해 연결되어, 슬릿(43a)이, 양쪽 확대 개구부로 개방되고 길이방향으로 연장되는 슬릿 세그먼트(51, 52) 및 가로방향 슬릿 세그먼트(53) 모두를 포함하는 상호연결 경로를 따라, 확대 개구부(49a)로부터 확대 개구부(49b)로 연장된다.
이러한 계단식 슬릿의 기능 및 장점은 도 4a 내지 4d, 및 도 5를 참조하여 이해할 수 있으며, 도 3에 도시한 것과 같은 시트재의 벤딩 또는 폴딩이 여러 단계로 도시되어 있다. 도 4a에서, 시트(41)는 본질적으로 도 3에 도시한 슬릿이다. 도 3과 도 4a의 차이점은, 도 3에서는 제거된 재료의 커프(kerf) 폭 또는 섹션이 도시되었지만, 도 4a에서는 커프 없이 슬리팅 나이프 또는 펀치에 의해 형성되는 슬릿이 도시되어 있는 것이다. 그러나 벤딩 시의 효과는, 커프 폭이, 벤딩 시에 슬릿의 양측의 재료가 상호 결합되기에 충분히 작다면, 본질적으로 동일하다. 도 4a 내지 도 5에는 도 3에서 사용한 것과 동일한 참조부호를 부여하였다.
도 4a의 벤딩 전에 시트(41)는 편평한 상태로 도시되어 있다. 길이방향으로 연장되는 슬릿 세그먼트(51, 52)를 도 4a에 도시하였으며, 도 5의 (A)에는 단면도로 도시하였다. 도 5의 여러 단면도를 취한 위치를 도 4a에 나타내었다.
도 4b에서, 시트는 벤드 라인(45)을 따라 약간 벤딩되었으며, 도 5의 (B)에 잘 나타나 있다. 도 5의 (A)에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬릿(51, 52)은 상부 에지를 따라 위로 개방되어 있고, 벤드 라인(45)을 지나 연장되는 시트의 부분은 미국특허 제6,481,259 B1호 및 미국특허출원 제10/256,870호에서 "탭"으로 언급되었지만, 본 출원의 실시예와 일관성을 유지하기 위해 "립"(55)이라고 한다. 립(55) 의 하부 또는 저부 측부 에지(51a, 52a)는, 립(55)의 반대쪽 슬릿의 양측에서 시트의 지지면(51b, 52b)을 따라 약간 위로 이동되었다. 립 에지(51a, 52a)의 이러한 변위는, 보다 큰 각도로 벤딩되었을 때, 예를 들어 도 4c에 나타낸 자세로 벤딩되었을 때, 시트와 관련하여 잘 이해할 수 있다.
도 4c에서, 에지(51a, 52a)는 벤드 라인(45)의 양측에서 시트(41)의 지지면(51b, 52b)에서 위쪽으로 이동되었다. 따라서 벤딩 시에 에지(51a, 52a)와 슬릿의 양쪽 지지면(51b, 52b)은 슬라이딩 접촉한다. 이러한 슬라이딩 접촉은, 길이방향 슬릿 세그먼트(51, 52)가 도 4a에 도시한 바와 같이 벤드 라인(45)의 양측에서 등거리로 이격되어 형성되는 경우, 중앙 벤드 라인(45)의 양측에서 등거리인 위치에서 일어난다. 슬라이딩 접촉은 또한 이들의 고정 또는 접합 전에 윤활제에 의하거나 접착제 또는 밀봉재에 의해 용이해질 수 있다.
이러한 구조의 결과, 2개의 실질적인 벤딩 지지점(51a, 51b; 52a, 52b)이 벤드 라인(45)의 양측에서 등거리로 이격된다. 립 에지(51a)와 지지면(51b), 및 립 에지(52a)와 지지면(52b)은, 실질적인 지지점 사이에 놓이며 벤드 라인(45) 위에 중첩되어야 하는 가상 지지점을 중심으로 벤딩 웨브(47)를 벤딩한다.
90도 벤드의 최종 결과가 도 4d 및 도 5의 (D)에 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 시트 에지(52a) 및 저부 또는 저면(52c)은 상호 결합되거나 의지하며, 지지면(52b)에 대하여 부분적으로 중첩되어 지지된다. 마찬가지로, 에지(51a) 및 저면(51c)은 중첩된 상태로 상호 결합하여 지지면(51b)에 놓인다. 벤딩 웨브(47)는 소성 변형되거나 웨브(47a)의 상면을 따라 연장되고 웨브(47)의 저면(47b)을 따라 소성 압축된다.
도 4d의 벤딩된 상태에서, 시트가 슬릿인 경우에 중심선에 걸쳐 연장되는 시트의 립 부분(55)은, 지지면(51b, 52b)에 놓여 있다. 벤딩 시에 이러한 에지-대-면 결합 및 지지는, 도시한 구성에서 벤드 라인을 따라 교호하며, 벤딩 또는 폴딩에서 정밀도를 높여서 벤딩 또는 폴딩된 구조가 상호 직각 방향의 벤드 또는 폴드에서 전단력에 대하여 커다란 저항력을 가지도록 한다. 따라서 하중(La)(도 5(D))은, 지지 에지(52b) 상의 에지(52a) 및 저면(52c)의 중첩에 의한 벤딩 웨브(47) 사이에서 지지된다. 마찬가지로, 하중(Lb)은 벤딩 웨브(47) 중간의 지지면(51b)에서 에지(51a) 및 저면(51c)의 중첩 및 결합에 의해 지지된다.
이것을, 슬릿의 한쪽 전체 길이를 따르는 재료에 의한, 슬릿의 다른 한쪽 전체 길이를 따르는 재료의 "에지-대-면(edge-to-face)" 결합 및 지지라고 한다. 시트(41)가 90도 이상으로 벤딩 또는 폴딩된 경우, 에지(51a, 52a)는 지지면(51b, 52b)으로부터 상승되고 저면(51c, 52c)은 지지면(51b, 52b)의 하부 에지에 의해 지지된다는 것을 이해하여야 한다. 시트가 90도 미만으로 벤딩되는 경우, 에지는 벤딩의 시작 거의 직후에 여전히 면과 결합하게 되지만, 에지만이 면과 결합한다. 슬릿의 한쪽의 다른 쪽에 대한 이러한 지지는, 상세한 설명 및 청구범위에서 사용된 "에지-대-면" 결합 및 지지로 간주된다. 후술하겠지만, 지지면(51b)에 의한 에지(51a, 52a)의 완전한 지지를 통한 90도가 아닌 벤딩은, 시트에 대하여 90도가 아닌 각도로 시트를 슬리팅함으로써 이루어질 수 있다.
소성 변형의 결과로서 벤딩 스트랩 또는 웨브(47)가 잔류 응력을 가지며, 슬 릿은 본 발명의 슬릿 기반 벤딩 시스템에서 벤드의 상당한 부분이 서로 직접 결합되지 않도록 하고, 슬릿은, 종래의 슬리팅 또는 그루빙 방식에 따른, 도 1, 1a, 1b, 2a, 2b의 구조의 강도에 비해 벤딩된 구조에 상당한 추가의 강도를 제공하는 에지-대-면 중첩을 제공하도록 형성되고 위치된다. 본 발명의 벤딩 스트랩은, 사실상, 전체 벤딩 공정에 걸쳐서, 그리고 벤드이 단부에서는 전체 슬릿 길이에 걸쳐서, 슬릿의 측부를 에지-대-면 결합으로 잡아당기거나 클램프하도록, 벤드에 사전 하중(pre-loading)을 준다. 스트랩의 잔류 인장력에 의한 벤드의 사전 하중은 또한 슬릿의 다른 쪽의 베드로서 작용하는 면에 대하여 사전 하중을 받는 슬릿 에지 사이의 진동을 방지한다.
또한, 에지는 슬릿의 길이의 상당한 부분에 걸쳐서 면과 상호 결합되기 때문에, 하중(La, Lb)은, 도 2, 2a, 2b의 종래 기술의 슬리팅 구성의 경우와 같이 벤딩 스트랩(47)을 파손시키거나 소성 변형시키지 않게 된다. 벤드에 대한 하중은, 도 2, 2a, 2b의 종래 기술의 구성 및 미국특허 공개공보 US 2002/0184936 A1에 의한 트위스트되고 응력을 많이 받은 스트랩의 단면 연결 영역이 아닌, 본 발명의 슬리팅 기술에 의해 형성되는 에지-대-면 결합에 의해 지지된다.
따라서 본 발명의 횡방향으로 단차를 이루거나 엇갈리는 슬릿을 이용하는 실시예는 상당한 장점을 갖는다. 우선, 길이방향으로 연장되는 슬릿 세그먼트(51, 52)의 횡방향 위치는 벤드 라인(45)의 양쪽에 정밀하게 위치될 수 있고, 그 결과, 2개의 실제 지지점이 벤드 라인 양쪽에서 등거리이므로 가상 지지점을 중심으로 벤딩이 일어나게 된다. 이러한 정밀 벤딩은, 슬릿 위치가 CNC 제어기에 의해 구동되 는 절단 장치에 의해 매우 정밀하게 제어될 수 있기 때문에, 누적된 공차 에러를 감소 또는 제거시킨다.
또한, 프레스 브레이크는 일반적으로, 시트의 에지 또는 기존의 벤드, 또는 다른 형상을 인덱스 오프 함으로써(indexing-off) 벤딩을 한다. 이로 인해 프레스 브레이크를 사용하기 어려운 시트 에지 형상에 각도를 가지는 벤딩이 이루어진다. 그러나 시트 에지의 임의의 형상에 대한 각도를 가지는 정밀 벤딩은 본 발명의 슬리팅 공정을 이용하여 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 벤딩된 시트는, 본 발명의 슬릿 구성에 의해 형성되는 중첩된 에지 및 면이 전단 하중 및 상호 직각인 축을 따르는 하중에 대하여 시트를 지지하기 때문에, 이러한 하중에 대하여 상당히 향상된 강도를 갖는다.
도시한 바와 같이, 도 3 내지 5에 도시한 본 발명의 실시예는 벤드 라인에 대하여 실질적으로 직각인 스트랩(47)의 정밀 벤딩을 형성한다. 벤딩 스트랩의 이러한 배향은, 스트랩의 외측면 또는 상면을 따라 상당한 소성 연신, 및 스트랩의 내측면 또는 저면을 따라 상당한 압축을 형성한다. 벤드는 도 1 내지 1b의 직각 스트랩의 벤드와 유사한 방식으로 비교적 짧은 직각 스트랩에서 일어나지만, 도 3 내지 5에서, 하나의 평면의 립(55)은 벤드 강도의 증대를 위해 다른 평면의 면과 상호고정 또는 상호 결합되도록 터크된다(tucked).
도 2 내지 2b에 도시한 종래 기술에서는 연결 스트랩(34)이 벤드 라인과 평행하게 배향되어 스트랩의 비틀림 소성 변형이 상당하다. 또한 이러한 비틀림 소성 변형은 벤드 라인 주위의 재료의 미세구조를 상당히 변화시킨다. 또한 스트랩 은 시트의 양쪽을 슬릿의 길이에 걸쳐서 상호 결합되도록 완전히 터크하거나 클램프하지 않는다. 도 3 내지 5의 다른 실시예에서, 스트랩의 폭은 슬릿(51, 52) 사이의 조그 거리와 관계없이 변화될 수 있어서, 벤드 강도의 설계에 있어서 상당한 융통성이 얻어질 수 있다.
도면에는 시트를 90도로 벤딩하는 것을 도시하였지만, 본 발명의 모든 실시예에 기재한 대부분의 장점은 슬릿 시트가 90도 전후로 벤딩되는 경우에도 실현될 수 있다. 벤드 라인을 가로질러 연장되는 립은 작은 벤드 각도로 시작하는 반대쪽 면에 슬라이드하여 결합되고, 이러한 지지 및 결합은 90도 이상의 커다란 벤드 각도에서 지속된다.
도 3 내지 5의 실시예는 비교적 연성의 시트재에 이용하는 것이 가장 적절하다는 것을 확인하였다. 재료가 보다 단단하고 연성이 작아짐에 따라, 제2 실시예가 바람직하다.
도 6 내지 8b에 도시한 본 발명의 실시예에서는, 시트재를 슬릿의 양측에서 상호 결합되도록 터크 또는 클램프하고 벤딩 스트랩의 소성 변형 및 잔류 응력을 감소시키는 슬리팅 구성이 채용된다. 또한 이 실시예는, 스트랩 폭이 슬릿 사이의 조그 거리와 무관하게 변화될 수 있도록 하며, 벤드 라인의 양측에서 시트재의 연결된 부분에 응력 집중이 작아지도록 스트랩 폭이 벤드 라인으로부터 양 방향으로 증가되도록 한다.
벤드 라인에 대하여 경사진 벤딩 스트랩이 채용됨으로써, 도 3 내지 5의 벤딩 스트랩에 비해 스트랩 길이가 증가될 수 있다. 도 3 내지 5의 경우와 같이 단 순히 벤딩하지 않고 부분적으로 트위스팅을 함으로써 소성 변형이 이루어지지만, 비틀림의 양은 도 2 내지 2b의 평행한 스트랩에 비해 상당히 감소된다. 또한 슬릿의 양측의 립은 슬릿의 전체 길이를 가상적으로 걸치는 면과 상호 결합되도록 터크되어서, 하중의 인가에 있어서 추가의 상당한 스트랩 응력이 발생하지 않는다.
또한 도 6 내지 8b에 도시한 실시예에서는, 이러한 슬릿 구성은, 벤딩 시에 슬릿의 양측의 재료 사이에 연속의 슬라이딩 상호결합을 형성하며, 이 상호결합은 슬릿을 따라 중간부로부터 단부 쪽으로 진행한다. 슬릿의 한쪽 면은 벤딩 시에 슬라이딩 지지를 위한 베드로서 작용하고, 그에 따라 벤딩 스트랩의 보다 균일하고 응력이 작은 벤딩이 가능해진다. 따라서 도 6 내지 8b에 도시한 실시예는, 열처리된 6061 알루미늄 또는 일부의 세라믹, 및 두꺼운 시트재와 같이 연성이 작은 시트재에 이용될 수 있다.
도 6 내지 8b를 참조하면, 벤딩 또는 폴딩될 시트재(241)에는, 벤드 라인(245)을 따라 슬릿(243)과 같은 길이방향으로 연장되는 복수의 벤딩 스트랩 형성 구조가 형성된다. 각각의 슬릿(243)은 선택적으로, 확대된 응력 해소 단부 개구부(249) 또는 굴곡진 단부 섹션(249a)을 포함할 수 있어서, 시트의 하중 방향에 따라 임의의 응력 균열을 슬릿(243)으로 되돌려 분산시킨다. 도시한 바와 같이, 도 6 및 8b의 실시예의 슬릿은 계단식이 아니지만, 벤드 라인(245)에 중첩되는 가상 지지점을 중심으로 하여 경사지게 배향된 벤딩 스트랩(247)의 벤딩 및 트위스팅을 형성하는 방식으로 구성된다. 조그 거리 및 커프 폭의 선택을 포함하는, 슬릿의 구성 및 포지셔닝은, 벤딩 시에 슬릿 양측의 시트재를 에지-대-면 상호결합 관계로 터크 또는 이동시킨다. 가장 바람직한 에지-대-면 상호결합은 완전히 벤딩하였을 때 이루어진다. 그러나 조그 거리 및 커프는 벤드의 시작에서만 에지-대-면 상호결합을 형성하도록 선택될 수 있으며, 이로 인해 정밀한 벤딩이 보장되도록 한다. 따라서 본 명세서에서 사용된 표현, "벤딩 시"는 벤딩의 임의의 단계에서의 에지-대-면 상호결합을 포함하는 것을 의미한다.
도 6 내지 8b 및 9 내지 10a에 도시한 실시예에서는 계단식이 아니며, 도 6 내지 8b 및 9 내지 10a에 도시한 실시예의 경사진 스트랩은 도 3 내지 5의 계단식 슬릿 구성과 조합될 수 있다. 따라서 계단식 슬릿의 한쪽 또는 양쪽 단부는 경사지거나 굴곡질 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기다란 슬릿(243) 쌍이 바람직하게 벤드 라인(245)의 양쪽에 근접 위치되어, 벤드 라인 양쪽의 길이방향으로 인접하는 슬릿 단부 부분(251)의 쌍이, 벤드 라인(245)을 경사지게 가로질러 연장되도록 도시된 벤딩 웨브, 스플라인, 또는 스트랩(247)을 형성한다. 도 11과 관련하여 상세히 후술하게 될, "경사진" 및 "경사지게"는, 스트랩의 길이방향 중심축이 원하는 벤드 라인을 90도가 아닌 각도로 가로지르는 것을 의미한다. 따라서 각각의 슬릿 단부 부분(251)은 벤드 라인(245)으로부터 분기되어, 스트랩의 중심선이 비스듬하거나 경사지고 벤딩 및 스트랩의 비틀림이 일어나게 된다. 본 발명에 따른 벤딩을 위해 절대적으로 필요하지는 않지만, 슬릿(243)은 벤드 라인(245)을 따라 길이방향으로 중첩된다.
도 2 내지 2b 및 미국특허 공개공보 US 2002/0184936 A1의 벤딩 스트랩(34) 을 형성하는 영역에서 벤드 라인과 평행한 슬릿(31)과는 달리, 슬릿(243)의 벤드 라인(245)으로부터의 분기는, 도 2 내지 2b 및 미국특허 공개공보 US 2002/0184936 A1의 종래 기술에 기재된 것과 같이 극도의 비틀림을 필요로 하지 않는, 경사진 벤딩 스트랩을 제공한다. 또한, 슬릿(243)의 벤드 라인(245)으로부터의 분기는, 스트랩이 시트(241)의 나머지와 연결됨에 따라 스트랩의 폭 치수를 증가시키게 된다. 이러한 폭의 증가는, 스트랩 응력 집중을 감소시키고 내피로성을 증가시키도록, 벤드를 가로지르는 하중의 전달을 향상시킨다.
제1 실시예에서와 같이, 슬릿 커프(243)는 바람직하게 폭 치수를 가지며, 슬릿 사이의 벤드 라인을 가로지르는 가로방향 조그 거리는 벤딩 시에 슬릿 양쪽의 시트재의 상호결합을 형성하도록 하는 치수를 갖는다. 따라서 슬릿(243)은 나이프에 의해 만들어질 수 있으며 실질적으로 폭이 0인 커프를 가지거나, 벤딩되는 시트의 두께에 따라 상호결합이 형성되도록 폭을 가지는 커프를 가질 수 있다. 가장 바람직하게, 커프 폭은 재료 두께의 약 0.3배 이하이고, 조그 거리는 재료 두께의 약 1배 이하이다.
도 3 내지 5의 실시예에서와 같이, 립 부분(253)은 벤드 라인(245)을 가로질러 슬릿(243)으로 연장된다. 립(253)은, 커프 폭 및 조그 거리가 벤딩 시에 슬릿의 양쪽 사이의 접촉을 방지하도록 재료의 두께에 비해 그다지 크지 않은 경우, 슬릿(243)의 다른 쪽의 텅(260)의 면(255)으로 슬라이드 하거나 올라탄다.
립 부분(253)과 면(255) 사이에서 텅(260)의 접촉이 일어나지 않도록 커프 폭 및 조그 거리가 큰 경우, 벤딩 또는 폴딩된 시트는 경사진 벤딩 스트랩의 장점 인 다소 향상된 강도를 가지게 되지만, 이러한 경우에는 벤딩을 위한 실제 지지점이 없어서 벤드 라인(245)을 따르는 벤딩의 예측 및 정밀도가 떨어진다. 마찬가지로, 스트랩 형성 구조가 시트재를 관통하지 않는 그루브(243)인 경우, 이 그루브는 경사진 고강도의 벤딩 스트랩을 형성하지만, 벤딩 시에 그루브가 관통되어 슬릿이 될 수 있도록 깊지 않으면 벤딩 시에 에지-대-면 슬라이딩은 일어나지 않는다. 따라서 벤딩 스트랩이 아치형 또는 분기형의 그루브를 가지는 실시예는, 에지-대-면 벤딩이 일어나지 않는 경우에도 향상된 스트랩 강도를 가지게 된다.
립(253)과 텅(260)의 면(255)이 상호결합하기에 커프의 폭이 너무 넓은 경우의 다른 문제는, 벤딩된 시트의 양쪽 사이에 작은 아치형 각도를 형성하도록 벤드가 비교적 과도하지 않는 한, 벤딩된 시트재는 슬릿 면에 지지되는 립 에지를 갖지 않는다는 것이다. 종래 기술의 슬리팅 방안과 관련하여 언급한 바와 같이, 하중에 의해 벤딩 스트랩이 즉시 응력을 더 받게 된다. 도 6 내지 8b의 스트랩 구성에서는 종래 기술에서와 같이 문제가 심각하지 않지만, 바람직한 형태는, 커프 폭 및 조그 거리가 벤딩 공정 내내 립과 텅 면의 상호결합을 보장하도록 선택되는 것이다.
슬릿(243)이 실제로 벤드 라인 상에 있거나 벤드 라인을 가로지를 수도 있으며, 그러면서도 실제의 지지면(255) 및 이에 슬라이딩되는 립(253)의 에지의 균형잡힌 포지셔닝에 의해 정밀한 벤딩이 이루어질 수 있다. 벤드 라인(245)을 가로질러 형성되는 슬릿(243)의 잠재적인 단점은, 에지(257)와 면(255) 사이에 공극(air gap)이 남을 수 있다는 것이다. 그러나 공극은 후속의 용접, 브레이징, 납땜, 접 착제 충전, 또는 환기를 위해 공극이 필요한 경우, 용인될 수 있다. 후속의 벤드 보강이 채용되는 경우, 공극을 형성하기 위한 슬릿 포지셔닝은 본 발명의 바람직한 특징이다. 그러나 충전되지 않은 공극은 모든 자유도의 벤드의 모든 하중 지지를, 회전을 제외하고, 소성 변형된 스트랩(247)의 연결된 구역 또는 단면 영역에 요구한다. 공극 없이 에지-대-면 결합을 형성하는, 벤드 라인을 가로지르는 슬릿도 가능하다.
도 7, 8, 8a, 8b는 벤드 라인(245)을 따라 90도 각도로 벤딩된 시트(241)를 나타낸다. 도 8a 및 8b에 잘 나타낸 바와 같이, 립(253)의 내측 에지(257)는 슬릿의 반대쪽에서 텅(260)의 면(255)에 슬라이드되고 거기서 상호결합 및 지지된다. 따라서 도 8a에 도시한 바와 같이 수직력(Fv)은 면(255)에 대한 에지(257)의 중첩에 의해 지지된다. 마찬가지로, 도 8b에 도시한 바와 같이, 수평력(FH)은 면(255)에 대한 에지(257)의 중첩에 의해 지지된다. 도 8a 및 8b를 종래 기술의 도 1a, 1b 및 2a, 2b와 비교하면, 본 발명의 벤딩 방법 및 슬릿 구성은 전체적인 구조의 강도에서 명백한 차이점을 갖는다. 슬릿 및 경사진 벤딩 스트랩을 따르는 에지-대-면 지지가 반대로 비스듬한 방향으로 경사지게 교대로 중첩되는 조합은, 종래의 슬리팅 구성에 비해 정밀함은 물론 잔류 응력이 훨씬 적고 강도가 높은 벤드 및 트위스트를 제공한다.
그러나 벤딩 스트랩을 반대 방향으로 경사지게 하는 것이 본 발명의 여러 장점을 얻기 위해 필요한 것은 아니다. 시트(241)가 등방성(isotropic) 재료인 경 우, 스트랩을 길이방향 중심축에 대하여 양방향으로 경사지게 하는 것은 응력을 제거시키는 경향을 갖는다. 시트재가 등방성이 아닌 경우, 재료의 차별적 그레인 효과(preferential grain effect)를 제거하기 위해 동일한 방향으로 스트랩의 경사를 이루도록 하는 것이 이용될 수 있다. 대안적으로, 등방성 시트재에 대하여, 스트랩을 동일한 방향으로 경사지게 하는 것은, 벤드 라인의 양쪽에서 시트의 일부분이 벤드 라인을 따라 상대 이동할 수 있도록 하며, 이러한 상대 이동은, 형성된 측부 이동의 양에 의해, 간섭 끼움(interference fit) 또는 탭 및 슬롯 삽입과 같은 제3 평면과의 잠금 결합을 형성하도록 이용될 수 있다.
경사진 슬릿의 형상은, 이들이, 슬릿이 종료되는 지점에서의 스트랩 또는 시트의 나머지에 연결되는 스트랩에 대한 잔류 응력을 감소시키려는 영역에서 벤딩 및 트위스트되도록 하는 형상이다. 따라서 균열 확산이 감소되고 슬릿 단부에 확대된 개구부 또는 컬(curl)의 요구를 줄여준다. 결과적인 구조가 주로 정적 하중에 대하여 의도되거나 하중이 전혀 걸리지 않는 것으로 예상되는 경우, 경사진 스트랩을 형성하는 아치형 슬릿에는 응력 감소 마무리가 필요하지 않다.
또한 슬릿(243)은, 슬릿이 횡방향으로 서로 이격되는 조그 거리를 증가시키지 않고 스트랩(247)의 폭을 변화시키도록, 벤드 라인(243)을 따라 이동될 수 있다. 반대로, 동일한 스트랩 두께를 유지하기 위해 슬릿(243) 사이의 조그 거리가 증가되고 슬릿이 길이방향으로 이동될 수 있다. 경우에 따라 스트랩 폭 및 길이를 설계하기 위해 양쪽 모두의 변화가 이루어질 수도 있다.
일반적으로, 슬릿으로부터 슬릿까지의 가로방향 거리의 비율, 또는 하나의 슬릿으로부터 벤드 라인까지의 거리의 2배를 "조그"라고 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 재료 두께에 대한 조그 거리의 비율은 1 미만이다. 즉, 조그 거리는 일반적으로 하나의 재료 두께보다 작다. 보다 바람직한 실시예에서, 조그 거리 비율은 재료 두께의 0.5배 미만이다. 보다 더 바람직한 실시예에서, 조그 거리 비율은, 사용되는 재료의 특성, 스트랩의 폭, 및 커프 치수에 따라, 재료 두께의 약 0.3이다.
벤딩 스트랩(247)의 폭은 시트를 벤딩하는데 필요한 힘의 양에 영향을 주며, 슬릿(243)을 벤드 라인(245)으로부터 더 이격시키거나 슬릿의 위치를 길이방향으로 이동시키거나, 양자 모두에 의해, 변화될 수 있다. 일반적으로, 경사진 벤딩 스트랩(247)의 폭은, 벤딩되는 재료의 두께보다 크게 선택되되, 재료 두께의 약 0.5 내지 약 4배의 범위인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 스트랩 폭은 재료 두께의 0.7 내지 2.5배이다.
그러나 본 발명의 일 장점은, 슬리팅이, 시트의 벤딩이 일반적으로 수공구 또는 비교적 작은 힘이 요구되는 공구를 이용하여 이루어질 수 있도록 구성된다는 것이다. 따라서 벤딩 공구는 벤딩 스트랩(247)의 벤딩 및 트위스팅이 일어날 수 있는 힘만이 필요하며, 벤드의 위치를 제어하기 위해 충분한 힘을 가질 필요가 없다. 이러한 제어는, 프레스 브레이크와 같이 벤드의 위치를 제어하도록 충분한 힘으로 벤딩될 재료를 클램프하는 동력식 기계에 필요하다. 그러나 본 발명에서는, 벤드의 위치가 실제 지지점, 즉 벤드 라인의 양측의 면(255)에서 피벗하는 에지(257)에 의해 제어된다. 그러므로 벤딩 공구는 스트랩(247)의 벤딩만을 일으키 고 벤드의 포지셔닝은 하지 않아도 된다. 이것은 강력한 힘을 발휘하는 공구를 이용할 수 없는 경우, 예를 들어 구조체를 외부나 야외에서 제조하거나 강력한 힘을 발휘하는 장비를 보유하지 않은 제조자의 경우에 특히 중요하다. 이것은, 후술하겠지만, 골판지 벤딩기와 같이 작은 힘이 요구되는 시트 벤딩 장치, 블래더(bladder), 진공 벤딩, 폴딩 바를 구비한 유압 풀링 실린더, 및 금속 시트를 벤딩하기 위해 이용되는 형상기억 벤딩 재료에도 적용 가능하다. 또한, 강력하고 정밀한 벤딩은, 그 자체의 형상으로 인해 동력식 벤딩 장비가 물리적으로 접근 불가능한 구조체의 제조에 중요하다. 이것은 특히 3차원 구조체의 폐쇄 및 래치(latch)에 필요한 마지막 소수의 벤드에 있어서 그러하다.
슬릿 단부 부분(251)의 가장 바람직한 구성은 벤드 라인(245)으로부터 아치형으로 분기된 것이다. 실제로, 각각의 슬릿은 도 9, 10, 10a에 도시하고 후술하는 바와 같이 연속적인 원호로서 형성될 수 있다. 원호는 슬릿 측부의 재료가 슬릿의 중앙에서 시작하는 아치형 경로를 따라 텅의 면 쪽으로 점차 이동하여 슬릿의 단부 쪽으로 전진하도록 한다. 이로 인해 벤딩 시에 면(255)의 에지(257)가 장애가 되지 않아 벤딩 스트랩에 대한 응력이 작아진다. 또한 절단하지 않은 커다란 직경은 응력 집중을 감소시키는 경향이 있다. 도 6 내지 8b의 구성에서, 슬릿(243)의 중앙 부분은 벤드 라인(245)과 실질적으로 평행하다. 벤드 라인의 어느 한쪽이 균형을 이루는 경우, 일부 평행하지 않은 배향도 수용 가능하며 전술한 결과를 얻을 수 있다.
단부 부분(251)이 벤드 라인(245)으로부터 벤드 라인 및 슬릿의 중앙(245)에 대하여 직각으로 분기하도록 형성하는 것도 가능하다. 이것은, 슬릿이 길이방향으로 중첩되지 않은 경우 경사지지 않는 벤딩 스트랩을 형성할 수 있다. 이러한 방식의 단점은, 벤딩 스트랩(247)이 균일하고 신뢰적으로 벤딩되지 않는다는 것이며, 이로 인해 벤드의 위치 정밀도에 악영향을 준다. 또한, 이러한 형상은 스트랩의 트위스팅을 제거하여 벤드의 내경 및 외경에 상당한 응력 집중 지점을 유발하며 에지 대 에지 결합의 정도를 한정할 수 있다.
본 발명의 모든 실시예에서의 벤딩 스트랩은 먼저 탄성 변형되고 플라스틱/탄성 재료에서는 그 후에 소성 변형된다. 본 발명의 슬리팅 방식은 소성 변형이 일어나지 않고 탄성 변형되는 플라스틱에도 이용될 수 있다. 이러한 재료는 벤딩 또는 폴딩된 상태로 고정되어 탄성적으로 벤딩이 해제되지 않도록 한다. 탄성 변형만이 일어나도록 하기 위해, 벤딩 스트랩은 벤딩 라인에 대하여 작은 각도, 바람직하게는 26도 이하인 중앙 길이방향 스트랩 축을 갖는 것이 바람직하다. 각도가 작을수록, 발생하는 비틀림 마찰이 커지고 발생하는 벤딩 마찰이 작아진다. 또한 각도가 작을수록, 발생하는 벤딩 반경이 커진다. 강성 폴리머, 강성 금속, 보다 유연한 세라믹, 및 일부 복합물과 같이 깔끔하게 소성 변형되지 않는 강성 재료는 탄성 방식에서의 커다란 벤딩 반경을 수용할 수 있다. 이들 재료는 또한 재료의 기다란 스트랩 전체에 분포되는 비틀림 또는 비틀림 스프링 동작을 수용할 수 있다. 작은 각도의 스트랩은 양쪽 특징을 모두 제공한다.
그러나 소성 변형된 시트의 벤드 말미에는 임의의 복원성 탄성 변형이 남게 되어 에지(257)를 면(255)에 대하여 내려 당기고 그에 따라 잔류하는 복원성 클램 핑 힘이 슬릿의 양쪽 재료 사이에 상호결합을 유지시킨다. 따라서 벤딩되는 시트의 탄성 복원성은 중첩된 시트 에지를 지지면에 대하여 프리-로드(pre-load)하거나 스너그 다운(snug down)하여, 벤드의 강도를 보장하고 벤드의 하중 인가에 따른 벤딩 스트랩의 응력 증가를 감소시킨다.
도 9, 10, 10a에 도시한 실시예는 도 6 내지 8b와 관련하여 설명한 경사진 스트랩 실시예의 특별한 경우이다. 여기서, 경사진 스트랩은 완전한 아치형 슬릿(443)에 의해 형성된다. 원형 세그먼트로 도시한 슬릿의 이러한 구성은 특히 두껍고 연성이 작은 금속 시트, 예를 들어 티타늄 및 0.25인치 강판의 벤딩에 매우 적절하다.
벤드 라인(435)의 양측에서 시트(441)에 아치형 또는 원형 슬릿(443)이 형성되는 경우, 벤드 라인(445)에 걸쳐서 슬릿(443)으로 연장되는, 시트의 립 부분(453)은 벤딩의 시작 시에 각각의 아치형 슬릿의 중앙에서 텅(470)의 면(455)에 터킹(tucking) 또는 슬라이딩하기 시작한다. 그러고 나서, 립 부분은, 스트랩이 트위스트되고 벤딩됨에 따라, 각각의 슬릿의 중앙으로부터 슬릿 단부 쪽으로 점차 텅 면(455)에 부분적으로 슬라이드되어 올라탄다. 립이 양쪽 면에 점진적으로 터킹하면 슬릿 단부(449)에 응력이 작아지게 되고, 따라서 슬릿이 직선의 중앙 부분을 갖는 동시에 전체 직선 부분에 걸치는 면에 슬라이드되어 올라타는, 도 6 내지 8b의 실시예에 비해, 연성이 보다 작고 보다 두꺼운 재료의 벤딩에 더욱 적합하다.
도 10의 슬릿 단부(449)는 응력 해소 개구부(249)나 도 6 내지 8의 둥근 단부(249a)나 도 11의 굴곡진 단부를 갖지 않지만, 슬릿(443)은 절단 또는 시트 스톡 을 형성하는데 보다 경제적이다. 또한 스트랩(447)의 변형은 벤딩 시에 보다 점진적이어서 응력 집중이 감소된다. 물론, 이것은 작은 응력 집중으로 시트의 나머지에 하중력 및 벤딩력을 보다 균일하게 전달하도록 스트랩 폭 증가가 수반될 수 있다.
본 발명의 시트 슬리팅 및 그루빙의 여러 실시예는 이제까지 구현되지 않은 설계 및 제조상의 장점이 얻어질 수 있도록 한다. 따라서 CAD 설계, 급속 조형법, 및 "픽 앤 플레이스(pick and place)"와 같은 설계 및 제조 기술의 모든 이점이 본 발명에 따른 시트 스톡 형성 기술을 이용함으로써 구현될 수 있다. 또한 용접과 같은 표준의 제조 기술이 본 발명의 스트랩 형성 구성을 이용함으로써 대폭 향상된다.
본 발명에 따라 형성되는 시트를 이용하는 많은 장점은 용접과 같은 기본 제조 기술과 관련하여 설명될 수 있다. 본 발명의 방법을 이용하는 시트 벤딩은 예를 들어 지그작용과 같은 복수의 부품 취급과 관련되는 제조상의 문제를 피한다.
또한 슬리팅이 이용된 본 발명의 벤딩된 시트는 슬릿을 따라 용접될 수 있다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 예를 들어 탭(453)의 면(455) 및 단부면(457)은 용접에 이상적인 V자 형상의 단면을 형성한다. 도 10a에 도시한 것과 같은 슬릿(443)을 따라 용접(460)(파선)을 하기 위해 연삭 또는 기계가공이 필요하지 않다. 또한 슬릿의 양측에서 시트의 측부를 에지-대-면 결합하는 것은 실제로 용접 시에 시트 부분을 서로 홀딩하기 위한, 그리고 열 변형을 감소시키기 위한 지그 또는 고정구를 제공한다. 따라서 용접 단계에서 준비 시간이 대폭 감소되고, 본 발 명의 슬리팅 방법에 의해 얻어지는 치수 정밀성이 유지된다. 아치형 슬릿은 또한 로봇 용접을 위해 용이하게 감지되는 토포그래픽(topographic) 형상을 제공한다. 이들 장점은, 많은 접착제에 있어서는 열에 의한 비틀림이 일반적으로 심각하지 않지만, 납땜, 브레이징, 및 접착제 충전을 이용해도 얻어진다.
슬릿을 용접, 브레이징, 납땜, 콤파운드 또는 접착제의 충전에 의해 채우는 것은, 본 발명의 벤딩된 슬릿이 유체 또는 유동성 재료를 수용하는 엔클로저로 형성되도록 한다. 따라서 벤딩된 시트 엔클로저는 유체 기밀 몰드를 형성하는 데에도 사용될 수 있으며, 슬릿은 몰딩 후에 제거되거나 남아 있게 된다.
경사지고 특히 굴곡진 그루브 또는 슬릿을 사용하는 것의 두드러진 장점 중 하나는, 형성된 벤딩 스트랩이, 시트재의 나머지에 연결되는 지점에서 분기된다는 것이다. 따라서 도 10에서 스트랩(447)의 영역(450)이 슬릿 단부(449)와 다음 슬릿(443) 사이에서 가로방향으로 분기된다. 이러한 분기는 각각의 단부에서 스트랩(447)의 응력을, 확산되거나 집중되지 않은 방식으로, 시트의 나머지로 전달하게 된다. 슬릿의 원호 또는 반경이 감소되면, 마찬가지로 벤드를 가로질러 스트랩의 응력을 전달하는 추가의 독립적인 맞춤(tailoring)이 가능해진다. 이러한 맞춤은 벤드의 강도에 추가로 영향을 주기 위해, 스트랩 폭, 조그 거리, 및 슬릿 커프에 대한 하나 이상의 변경과 조합될 수 있다. 이러한 원리는 도 11의 그루브의 슬릿의 설계에 채용된다.
도 5 내지 8 및 9 내지 10의 실시예의 경사진 벤딩 스트랩이 벤딩된 구조체의 전체적인 강도 및 내피로성의 실질적인 향상을 가져오지만, 스트랩 형성 구조가 아치형 슬릿의 형태를 가지는 경우, 특히 피로와 관련하여 추가적인 향상이 얻어질 수 있다는 것이 실험에 의해 확인되었다. 본 명세서에서 사용된 용어 "아치형"은 원호 및 길이방향으로 연결되며 상이한 반경을 가지는 일련의 접선 원호를 포함한다. 바람직하게, 아치형 슬릿 또는 그루브는, 도 11에 도시한 바와 같이, 비교적 커다란 반경(시트 두께에 비해)을 갖는다. 따라서 시트재(541)에는 벤드 라인(543)을 따라 연결되는 커다란 반경의 복수의 아치형 슬릿(542)이 제공될 수 있다. 아치형 슬릿(542)은 바람직하게, 벤드 라인(543)을 따라 인접하는 슬릿의 중앙 사이에서 측정되는 오프셋 거리로 길이방향으로 어긋나거나, 본 발명의 전술한 다른 실시예에서 설명한 방식으로 벤드 라인(543)의 양측에 있게 된다. 아치형 슬릿(542)은, 벤딩 스트랩(544)인 연속 구역 및 슬릿(542)에 의해 제공되는 불연속 구역을 형성한다. 도 11에서는 오른 방향 슬릿(542)만이 커프 또는 슬릿 두께를 나타내며, 슬릿(542)의 나머지는 개략적으로 도시되거나 나이프에 의한 커프 없는 슬릿 형태의 형태를 취한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 벤딩 라인(543)에 대하여 경사지고 교호하는 방향으로 비스듬한 벤딩 스트랩(544) 사이에 길이방향으로 인접하는 슬릿(542)이 형성된다. 각각의 슬릿(542)은 아치형 슬릿의 중앙 지점(547)으로부터 벤딩 라인(543)에서 이격되어 분기되는 중앙 아치형 부분(546)을 가지게 된다. 단부 부분(548) 또한 바람직하게 훨씬 작은 곡률반경을 가지는 아치형일 수 있으며, 이로 인해 아치형 부분(549)을 따라 다시 뒤쪽으로 연장되고 최종적으로 내측 원호 부분(551)에서 종료된다.
그러므로 벤딩 스트랩(544)은 벤딩 라인(543)의 어느 한 쪽에 원호 부분(546)에 의해 형성되고 스트랩의 단부에 아치형 단부 부분(548)에 의해 형성된다. 최소 스트랩 폭은 화살표(552)에서의 아치형 슬릿 부분(546) 사이에서 일어난다(도 11의 길이방향으로 인접하는 슬릿의 왼쪽 쌍). 중심선(553)이 스트랩의 최소 폭에서 화살표(552)를 통과하는 것으로 도시되는 경우, 중심선은 최소 스트랩 폭(552)에서 벤드 라인(543)을 가로지르게 된다. 스트랩(544)은 최소 스트랩 폭(552)으로부터 양 방향으로 길이방향 스트랩 축(553)에서 분기된다. 그러므로 벤드 라인(543)의 한쪽의 시트의 일부분(554)은 스트랩(544)에 의해 벤드 라인(543)의 반대쪽의 시트의 제2 부분(556)에 연결된다. 최소 폭 평면(552)으로부터 양방향으로 스트랩(544)의 폭을 증가시키면, 각각의 시트 부분(554, 556)에 연결될 스트랩은 응력이 대폭 감소되고 내피로성이 대폭 증가되는 방식으로 벤드 라인을 가로지르게 된다.
이해를 돕기 위해, 스트랩(544a)은 중앙 길이방향 스트랩 축(553)을 따라 스트랩의 폭을 증가시키는 것을 보여주기 위해 해칭 처리되었다. 균일하게 증가하는 스트랩 폭에 의한 시트 부분(554)을 유사하게 증가하는 스트랩 폭에 의한 시트 부분(556)에 결합시키면 응력이 감소된다. 벤드 라인(543)에 대하여 경사 각도로 스트랩(554)의 중앙 길이방향 축(553)을 배향시키면 스트랩은 트위스트만 되는 것이 아니라 트위스트되고 벤딩되어 스트랩의 응력을 감소시킨다. 시트의 응력은 스트랩의 연결된 재료를 통과하여 벤드를 가로지른다. 피로 파괴의 주범인 주기적인 인장 응력은 트위스트되고 벤딩된 스트랩을 통과하며 커다란 반경의 원호(546, 549)와 대략 평행하다. 작은 반경의 아크(551, 548)는 원호(546, 549)의 응력을 받지 않는 면으로부터 매끄럽게 멀어지는 천이부를 제공하지만, 이들은 상당한 응력 흐름을 받지 않는다. 이러한 방식에서, 아치형 슬릿은, 응력장이 흐르는 커다란 반경의 원호(재료 두께에 비해)에만 위치되는 방식으로 훨씬 작은 원 또는 원호에 의해 서로 결합되는 매우 커다란 원의 동일한 부분이고, 슬릿이 형성된 폴드 라인으로부터 이격된 모(parent) 평면으로 깊이를 최소화시키기 위한 커넥터로서 작은 반경의 원호를 사용한다. 따라서 응력이 미세 균열을 일으킬 수 있는 슬릿 단부는 도 6 내지 8 및 9 내지 10의 실시예의 파괴 상태에서 일어날 수 있는 바와 같이, 하나의 슬릿으로부터 서로 벤드의 길이를 축소시키지 않는다.
벤딩 스트랩 형상은 또한 벤드를 가로지르는 응력의 분산에 영향을 주게 된다. 벤딩 스트랩이 가장 좁은 스트랩 폭 치수, 예를 들어 도 11의 폭 치수(552)로부터 비교적 급격하게 분기되는 경우, 이 최소 치수는 스트랩의 중앙에서 허리 또는 취약 평면으로서 작용하게 된다. 이러한 급격한 축소는, 스트랩의 전체 길이에 걸치고 스트랩 양측의 시트 재료(554, 556)에 대한 원하는 응력 분산이 아니라, 국부적인 소성 변형 및 스트랩의 응력 집중을 일으킨다.
도 11에 도시한 바와 같이, 스트랩(544)은 바람직하게 원하는 스트랩 강도를 제공하는 최소 폭 치수(552)를 가지며, 스트랩을 따라 양 방향으로 서서히 분기하여 스트랩이 시트 부분(554, 556)에서 종료됨에 따라 급격한 분기가 일어난다. 이러한 구성은, 스트랩의 길이를 따라 그리고 시트 부분(554, 556)에 벤딩 및 트위스팅 힘을 균일하게 분산시키는 것이 아니라, 이들 힘을 집중시켜서 파괴를 야기하는 과도하게 좁은 스트랩 허리를 최소 폭 치수(552)에 가지게 되는 문제를 회피한다.
슬릿의 텅 쪽, 즉 아치형 슬릿의 오목한 쪽에 의해 형성되는 모 평면의 부분은 인장 응력으로부터 격리된다. 이로 인해 텅은 모 평면으로 파고 들어가는 위치 형상에 대하여 이상적이다. 다른 결합 형상과 짝을 이루는 부착부 또는 정렬 구멍, 또는 노치가 그 예이다. 도 11a는 워터젯 절단 또는 레이저 절단, 신속 관통공(560, 565)을 슬릿(546)의 텅에 포지셔닝하는 것을 나타낸다. 신속 관통공(rapid piercing hole)은 다소 불규칙하고 피로에 의해 균열이 일어날 수 있다. 도 11a에는 신속 관통공의 2개의 대안적인 위치가 도시되어 있다. 신속 관통공은, 지연(slow) 관통이 매우 시간 소모적이기 때문에, 레이저 또는 워터젯 절단의 전체 비용을 저감시키는데 있어서 중요하다.
본 발명의 가장 바람직한 특징 중 하나는, 스트랩, 및 슬릿의 립 및 텅의 에지-대-면 결합을 형성하기 위해 재료의 설계 및 절단이, 종래 기술에 기재된 것과 같이 종래의 벤딩 기술을 이용하여 동일한 각도 또는 가파른 정도로 벤딩 또는 폴딩되는 재료의 미세구조의 실질적인 변화에 비해, 벤드 또는 폴드 부근의 재료의 미세구조가 실질적으로 변화하지 않는 방식으로 이루어진다는 것이다. 스트랩 및 슬릿의 에지-대-면 결합의 관계는, 재료가 벤드 부근의 응력을 대폭 감소시키고 벤드 부근의 재료의 미세구조가 실질적으로 변화하지 않도록 벤딩되는 경우에, 비틀림 및 벤딩 변형의 조합을 제공한다. 종래의 벤딩 기술을 이용하면, 벤드가 가파르게 만들어지는 경우(예를 들어 도 5, 8, 8a, 8b, 10a에 도시한 바와 같이 벤드의 내부가 90도인 경우), 벤드 부근의 재료의 미세구조가 실질적으로 변화한다.
본 발명의 다른 실시예와 관련하여 일반적으로 설명한 바와 같이, 슬릿(542)은 광범위한 시트 특징을 수용하도록 변경되는 형상을 가질 수 있다. 그러므로 벤딩된 시트재의 유형이 변경되거나, 그 두께가 변화되거나 벤드의 강도 특성이 맞추어짐에 따라, 스마일 슬릿(542)의 형상 또한 변화할 수 있다. 각각의 슬릿의 길이(L)는 그 오프셋 거리(O.D.) 또는 벤드 라인(543)을 따르는 길이방향 간격과 함께 변화될 수 있다. 슬릿의 높이(H) 또한 변화될 수 있으며, 벤드 라인의 양측의 슬릿 사이에서 벤드 라인을 가로지르는 조그 거리(J) 또한 변경될 수 있다. 이들 여러 요소는 스트랩(544)의 기하학적 형상 및 배향에 영향을 주게 되며, 이로 인해 다양한 구조체에 사용되기 위한 벤드의 강도 및 그 적합성이 영향을 받게 된다. 중요한 점은, 전술한 밀봉 및 포지셔닝과 관련한 아치형 슬릿의 형상이 가변적이라는 것이다.
따라서 본 발명의 특징은, 스트랩 형성 슬릿 또는 그루브가 벤딩 또는 폴딩되는 재료 및 형성될 구조에 맞추어질 수 있다는 것이다. 예를 들어, 제공된 시트재의 경험적 테스트가 가능하지만 기하학적 형상이 약간 변화된 원호형 슬릿 설계를 가지는 두께를 변화시키고, 상기 설계는 연관되는 원호 형상의 패밀리를 포함한다. 이러한 공정은 상이한 재료에 대하여 반복될 수 있으며, 벤딩되는 시트재 및 그 두께에 대한 입력에 따라 데이터베이스에 저장된 실험적 데이터를 판독할 수 있다. 이러한 공정은 특히 시트재의 물리적 특성이 들어 있으며 프로그램이 재료의 벤딩에 사용될 가장 적절한 원호 형상에 관한 실험적 데이터를 컴퓨터의 데이터베이스로부터 선택하는, 컴퓨터 방식에 매우 적합하다. 시트가 정확한 데이터가 저 장되어 있지 않은 재료이거나, 시트가 정확한 데이터가 저장되어 있지 않은 두께를 가지는 경우, 가용 데이터 사이에는 소프트웨어가 개재될 수도 있다.
원호의 설계 또는 구성, 및 그에 따른 연결 스트랩 또한, 벤드 라인을 따르는 시트재의 두께 변화를 수용하도록, 벤드 라인의 길이를 따라 변화될 수 있다. 대안적으로, 벤드 라인을 따르는 스트랩 형상은 비선형 하중을 수용하도록 변화되거나 맞추어질 수 있다. 본 발명의 강도 및 내피로성 향상만큼 중요하지는 않지만, 향상된 강도 및 내피로성과 함께 상이한 장식 효과를 제공하도록 슬릿 또는 스트랩 구성 또한 변화될 수 있다.
본 발명의 시트 슬리팅 시스템의 여러 실시예로부터 얻어지는 다른 장점은, 이루어진 벤드 또는 폴드가 내외 양쪽에서 비교적 날카롭다는 것이다. 날카로운 벤드는 하나의 벤딩된 구조를 다른 구조에 강력하게 결합할 수 있도록 해준다. 따라서 프레스 브레이크 벤드는 둥글거나 벤드에 두드러진 반경을 가지게 된다. 프레스 브레이크 벤딩 구조는 플레이트에 결합되며, 아치형 벤드 둘레에서 벤딩된 구조체를 회전시키는 힘이 인가되고, 벤딩된 구조체는 플레이트로부터 분리될 수 있다. 이러한 분리는, 본 발명의 슬리팅 방식을 이용하여 형성된 벤드가 날카로운 경우보다 용이하게 일어날 수 있다.
날카롭거나 빳빳한(crisp) 벤드 또는 폴드는, 본 발명의 프로세스가, 이제까지는 종이 또는 박막으로부터만 형성된 구조, 즉 광범위한 오리가미(origami)의 기술 또는 폴딩된 종이 구조에 적용될 수 있도록 해준다. 복잡한 3차원으로 폴딩된 종이 구조체, 및 그 형성을 위한 이론은 수 백 년 동안 발전해왔다. 이러한 오리 가미 구조는, 가상적으로는 우아하지만, 일반적으로 박막보다 두꺼운 금속 시트로부터 형성되는 것은 곤란하다. 따라서 오리가미로 폴딩된 시트는 일반적으로 상당한 하중을 지지할 수 없다. 오리가미의 전형적인 예시는, 2002년 미국 뉴욕 주 버팔로 시에 있는 Firefly Books에서 발간한, Dedier Boursin의 저서, "ADVANCED ORIGAMI" 및 2002년 뉴욕 주 뉴욕 시에 있는 Sterking Publishing Company에서 발간한, Kunihiko Kasahara의 저서, "EXTREME ORIGAMI"에 기재되어 있다. 따라서 본 발명은, 전술한 슬리팅 및 벤딩 방법이 오리가미 주름선(crease)을 대체하는 새로운 분류의 오리가미-아날로그 설계를 가능하게 한다.
본 발명의 시트 슬리팅 또는 그루빙 공정은 날카로운 벤드를 형성하고, 심지어는 금속 시트를 180도 또는 그 반대로 폴딩할 수 있도록 한다. 따라서 박막의 두께보다 훨씬 두꺼운 시트재를 이용하여, 구조적으로 흥미로운 많은 오리가미 구성이 이루어질 수 있으며, 오리가미 기반의 구조는 상당한 하중을 지지할 수 있게 된다.
다른 관심 설계 및 제조 가능성은 본 발명의 슬리팅 구성을 급속 조형법(Rapid Prototype) 및 급속 제조법(Rapid Manufacturing)과 함께 사용하고, 특히 자동 "픽앤플레이스" 부품 추가가 채용되면 구현된다. 급속 조형법 및 급속 제조법은 널리 공지된 것이며, 각각 CAD(Computer Assisted Design) 및 CAM(Computer Assisted Manufacturing)을 이용하여 3차원 제조를 가능하게 한다. 급속 조형법이 가능하도록 본 발명을 이용하면, CAD 소프트웨어가 3차원 구조체를 2차원 시트로 펼치고 원하는 구조체를 형성하기 위해 시트의 벤딩을 위한 슬릿 위치를 배치한다. 이것은 CAM을 이용하는 급속 제조법으로도 이루어질 수 있다. 유사한 기능을 가지는 다른 유형의 소프트웨어도 사용될 수 있다. 조그 거리 및 벤드 스트랩 폭의 선택에 의해 정밀하게 벤딩하고 벤드 강도를 맞출 수 있음으로써, 설계자는 설계 과정에서 폴딩되지 않은 2차원 시트 도면에 슬릿을 배치한 후에 제조 공정에서 추가 부품의 추가 또는 추가 없이 시트를 그루빙 또는 슬리팅하고 복잡한 3차원 구조체를 형성하도록 벤딩할 수 있다.
광범위하게는, 고속 "픽앤플레이스" 자동화 부품 취급 기술을 이용하여 전자 장치용 회로 기판에 부품을 조립하는 것에도 공지되어 있다. 따라서 조립 로봇은 부품 공급 장치로부터 부품을 집어 기판 또는 기재 또는 섀시에 배치할 수 있다. 로봇 장치는 패스너, 납땜 플러그-인 등을 이용하여 부품을 기재에 고정시킨다. 이러한 "픽앤플레이스" 조립은 부품을 편평한 표면에 배치하는데 한정되고 있다. 따라서 회로 기판은 "픽앤플레이스" 조립이 완료된 후에 3차원 하우징에 배치되어야 한다.
전자부품 하우징은 일반적으로 하우징의 벽에 부품이 고정된 후에 3차원 형상으로 폴딩 또는 벤딩될 수 없다. 또한 종래의 벤딩 기술은 본 발명에서 가능한 정밀도가 떨어지며, 부품 또는 구조적인 정렬 문제의 해결이 필요하다. 따라서 하우징의 프리-벤딩 또는 벤딩은 전자 부품을 하우징 내에 고정하도록 이용되는 픽앤플레이스 로봇의 능력을 제한하였다.
슬릿 사이에 존재하는 스트랩은 전자 분야에서 벤드를 가로지르는 도전성 경로로서 바람직하게 사용될 수 있으며, 정밀성은 3차원 섀시가 형성되는 경우, 또는 회로 기판 자체가 보다 조밀하게 폴딩되는 경우, 도전성 경로 또는 회로 기판 상의 부품이 폴딩되어 정렬될 수 있도록 한다.
그러나 본 발명의 설계 및 제조 공정은 정밀한 벤드가 배치될 수 있도록 한 후 도 28a 내지 28e에 도시한 바와 같이 비교적 작은 힘으로 형성되도록 한다. 그러므로 하우징은 편평한 시트(821)로부터 설계되고 절단되며, 부품(C)을 입방체 엔클로저의 임의의 벽 또는 모든 6개의 벽에 신속하게 고정하도록 고속 픽앤플레이스 로봇 장치가 사용되며, 하우징 또는 부품 섀시는 픽앤플레이스 공정이 완료된 후에 3차원 형상으로 용이하게 벤딩될 수 있다.
도 28a에 도시한 바와 같이, 시트(821)는 벤딩되기 전에 바람직하게 고속 로봇 기술에 의해 고정되는 부품(C)을 갖는다. 시트(821)에는, 레이저 절단, 워터젯 절단, 다이커팅 등에 의해, 설계된 절단 형상(822), 부품 수용 개구부(823), 지지 플랜지(826), 및 탭 수용 슬롯(827)이 형성된다. 도 28b에서, 시트(821)는 벤드 라인(831)을 따라 벤딩되어, 탭(824)이 외측에 배치되도록 한다. 다음에, 시트는 벤드 라인(832)을 따라 벤딩되고 도 28d의 벤드 라인(833)을 따라 부품(C)을 덮도록 벤딩되며, 측부 플랜지는 벤드 라인(834)을 따라 벤딩된다. 마지막으로, 섀시 단부 부분(836)이 벤드 라인(837)을 따라 위쪽으로 벤딩되고 탭(824)이 슬롯에 삽입되어 시트가 부품(C) 둘레에서 3차원 전자부품 섀시로 단단히 고정되도록 한다.
명백하게, 대부분의 경우에 복수의 부품(C)이 벤딩 전에 시트(821)에 고정되게 되며, 부품(C)은 벤딩 공정의 여러 단계에서 섀시(838)의 여러 면에 고정될 수 있다.
도 28a 내지 28e는 또한 본 발명의 시트 벤딩 방법에 의해 이루어지는 기본적인 설계 과정을 나타낸다. 공간을 효율적으로 하여 부품을 지지하는 가장 좋은 방법은 부품을 시트 스톡에 장착하는 것이다. 그러나 종래의 시트 스톡 벤딩 기술에서는 밀착된 벤드, 및 시트 부분이 상호 복잡하게 얽힌 것은 불가능하다. 그러나 본 발명의 벤딩 공정은, 정밀한 위치에 벤딩을 형성하도록 슬릿을 매우 정밀하게 배치할 수 있어서 벤딩 구조에서 개구부, 절결부, 슬롯, 탭 등이 정밀하게 정렬되며 부품도 정밀하게 장착되고 다른 구조에 정밀하게 결합될 수 있다.
또한 벤딩 라인의 정밀한 배치 및 섀시 또는 엔클로저 특징은 장점의 일부분에 불과하다. 상기 구조 자체는 비교적 작은 힘, 심지어는 수공구에 의해 벤딩될 수 있다. 벤드 라인의 정밀한 배치 및 작은 힘의 벤딩을 병행하면, 이제까지는 부분적으로만 구현되었던 설계 기술이 가능해진다. 이 기술은 원하는 기능을 가지는 부품의 선택, 및 이들 부품의 원하는 배치로의 포지셔닝을 포함한다. 그 후, 섀시는, 예를 들어 CAD 기술을 이용하여 설계된 대로 위치된 부품을 지지하는데 필요한 섀시의 얇은 시트 부분을 가지도록 설계된다. 벤드 라인은 지지를 위한 시트 부분을 형성하도록 위치되고, 섀시는 도 28a에 도시한 바와 같이 필요한 형상 및 폴드 라인을 가지는 편평한 시트로 펼쳐진다.
이러한 기술은 CAD 설계 문헌 및 CAD 및 CAM 소프트웨어 프로그램에 이미 기재되어 있으며, 이제까지는 정밀도의 문제와, 금속 시트를 작은 힘으로 벤딩하는 것은 실용적이지 않았기 때문에, 가장 단순한 설계 외에는 효과적으로 실시되지 않았다. 본 발명의 슬리팅 기반 기술은 이러한 이론적인 CAD 또는 CAM 설계 기술의 실질적인 제조를 가능하게 한다. 종래 기술의 CAD 또는 CAM 설계는, 예를 들어 종래의 벤딩 공차가 유지될 수 없었기 때문에, 이론적인 CAD 또는 CAM 모델과 동일한 정밀도로 실제 재료를 물리적으로 구현할 수 없었다. 본 발명에 의해 가능한 벤딩 정밀도는 CAD 또는 CAM 모델과 벤딩된 시트재를 위해 얻을 수 있는 물리적 형태 사이의 일치성을 대폭 증대시킨다.
또한 픽앤플레이스 또는 급속 조형 장소에서는 벤딩이 이루어질 필요가 없다. 부품이 부착된 시트는 이송 공정을 위한 수하물로서 작용하도록 형성되고 선택되는 부품과 함께 이송될 수 있다. 제조 장소에 도달하면, 설계 및 절단 장소로부터 멀리 떨어질 수 있으며, 섀시 또는 하우징 시트는, 필요한 경우에 손에 의해서도 정밀하게 벤딩되게 되고, 벤딩된 하우징은 내부 및/또는 외부에 고정되는 복수의 선택된 부품과 함께 3차원 구조체로 체결된다.
또한 3차원 섀시 및 다른 구조체는, 구조체의 내부에 주기적 또는 비상 접근을 위해 섀시 또는 구조체에 도어를 제공하도록 벤드 라인을 따라 스트랩에 의해 부착되는 패널을 가질 수도 있다. 따라서 별도의 도어 힌지 어셈블리가 필요하지 않다.
전술한 시트 슬리팅 또는 그루빙 기술의 여러 실시예를 이용함으로써, 매우 광범위한 제품이 형성될 수 있다. 본 발명의 슬리팅 및 그루빙 기술을 이용하여 시트재로부터 폴딩될 수 있는 제품의 예는, 트러스, 빔, 만곡 빔, 코일 빔, 빔 내부의 빔, 엔클로저, 다면체, 스터드 벽, 빔 네트워크, 밀봉형 빔, 플랜지형 빔, 불특정 다수 편 플랜지형 빔, 기계, 미술 및 조각 작품, 오리가미 3차원 구조체, 악 기, 장난감, 간판, 모듈형 연결체, 포장, 팰릿, 보호 엔클로저, 플랫폼, 교량, 전기 엔클로저, RF 차폐 엔클로저, EMI 차폐체, 마이크로파 가이드 및 덕트 등이다. 이러한 구조체의 일부를 도 12 내지 30 및 32에 예시하였다.
본 발명의 슬리팅 공정 및 슬릿 시트를 이용하여 만곡된 박스 빔을 형성하는 것을 도 12 내지 14를 참조하여 설명한다. 도 12에 도시한 시트재(561)는 2개의 벤드 라인(562, 563)을 갖는다. 벤드 라인(562)은 양 측에 복수의 아치형 슬릿(563)을 갖는다. 또한 벤드 라인(562)을 따라 보다 작은 아치형 슬릿(564)이 위치된다. 슬릿(563, 564)은, 도 11의 슬릿(542)과 관련하여 설명하고 도시한 것과 대략 동일한 구성을 가지지만, 슬릿(564)의 길이가 슬릿(563)의 길이에 비해 감소되고, 슬릿(564)은 시트재의 에지(568)에 제공되는 노치(567)의 정점(566)에 위치되는 것을 알 수 있다. 슬릿(563)의 길이방향으로 인접하는 단부 부분에 의해 형성되는 벤딩 스트랩(569) 및 슬릿(563, 564)의 길이방향으로 인접하는 단부 부분에 의해 형성되는 벤딩 스트랩(569)은 슬릿(563, 564)의 길이 차이에도 불구하고 본질적으로 동일하다. 아치형 세그먼트의 차이로 인해 형상이 약간 차이를 가질 수 있으나, 벤딩 스트랩(569)은 벤딩 라인(562)의 길이를 따르는 강도 및 내피로성이 대체로 균일하다.
슬릿(564)의 배치로 인한 장점 중 하나는, 이들 슬릿이 노치(567)의 정점(566)에서 발생할 수 있는 임의의 응력에 의한 균열을 분산시킬 수 있다는 것이다. 노치(567)에 의해 형성되는 여러 리프(leaf) 또는 핑거(571)는 예를 들어 90도 또는 필요에 따라 다른 각도로 벤딩될 수 있다. 중앙 부분(572)은 도 12의 시 트에 평면으로 남을 수 있다.
복수의 슬릿(576, 577)이 벤딩 라인(563)을 따라 위치된다. 이들 슬릿은 인접한 제1 벤드 라인(562)의 아치형 슬릿보다 더욱 밀착되는 굴곡 단부 부분(578)을 갖는다. 일반적으로, 밀착되는 굴곡 단부 부분(578)은 슬릿(563, 564)과 관련하여 사용되는, 단부가 보다 개방된 부분과 같이 바람직하지 않다. 그럼에도 불구하고, 응력에 의한 파괴가 일어나지 않는 연성 재료에는, 슬릿(576, 577)에 대하여 도시한 유형의 슬릿이 전적으로 적합하다. 마찬가지로, 슬릿(576)과 슬릿(577) 사이의 차이점은 노치(567)의 정점(566)에 보다 작은 슬릿이 사용되었다는 것이다.
시트(561)는 벤드 라인(563)을 따라 벤딩되어 리프(571)가 중앙 부분(572)에 대하여 90도의 각도로 벤딩될 수 있도록 한다. 일반적으로 벤드 라인(562, 563)을 따르는 슬릿은 동일한 형상을 갖는다. 즉, 이들 슬릿은 슬릿(563 및 564) 또는 슬릿(576 및 577)이다. 슬릿의 구성을 혼합할 수 있지만, 일반적으로 도 12에 도시한 것과 같이 혼합하면 장점이 없다. 도 12에 도시한의 실시예 목적은, 본 발명에 따른 시트재의 벤딩에 사용하기 적합한 여러 슬릿 구성을 보여주는 것이다.
도 12에 도시한 2개의 시트 슬릿을 이용한 굴곡진 박스 빔의 설계 및 형성을 도 13 및 14를 참조하여 설명한다. 설계는 전술한 바와 같이 CAD 또는 CAM 시스템에서 이루어질 수 있으며, 시트(561)에 만들어진 슬릿은 CAD, CAM 또는 다른 시스템의 설계 공정에서 동일하게 배치된다. 전체를 참조부호 581로 나타낸 굴곡진 박스 빔은, 절단되고 벤딩된 U자 형상의 시트(572a)가 절단되고 벤딩된 제2의 U자 형상의 시트(572b)에 고정된 것으로 도시되어 있다. 도 13 및 14에 도시한 바와 같 이, 핑거 또는 리프(571a)는 핑거 또는 리프(572b)의 외측 아래로 폴딩되어 있다. 모든 경우에, 정점(566)은 폴드 라인(562a, 563a, 562b, 563b)에 근접해 있다. 정점의 이러한 배치는 노치(567a)가 노치의 포함 각도가 증가될 수 있도록 함으로써 시트의 벤딩을 가능하게 하고, 노치(567b)의 포함 각도는 빔(581)의 길이방향 벤딩의 영역(582)에서 감소한다. 시트재의 중앙 부분(572a, 572b)은 적어도 과도하지 않은 반경에서 버클링(buckling) 없이 벤딩을 수용하게 되는 두께를 갖는다.
폴딩된 시트는, 리벳(583) 또는 다른 적절한 패스너, 접착제 또는 용접 및 브레이징과 같은 패스닝 기술에 의해 서로 고정될 수 있다. 도 12의 참조부호 580으로 표시한 지점에는 패스너용 개구부가 미리 형성될 수 있다. 개구부(580)의 위치는, 정확하게 굴곡진 구성이 결정되거나 벤딩 전에 알려져 있다면, 정밀하게 설정될 수 있거나, 개구부(580)는 중앙 위치에 배치될 수 있으며 그 후에 부정확하거나 현장에서 형성된 곡률로 2개의 벤딩된 시트를 서로 결합하기 위해 나중에 천공된 구멍과 함께 사용된다.
부정확하게 굴곡진 박스 빔에 관한 하나의 응용은 예를 들어 항공기 산업이다. 벤딩하기 어려운 4041 T-6 또는 6061 T-6 알루미늄은 원하는 슬릿 배치로 설계된 후 도 12에 도시한 슬릿 시트로 제공된다. 시트는 현장에서, 예를 들어 수리되어야 할 항공기의 일부분의 곡률로, 현장에서 결정되는 곡률을 가지는 박스 빔을 제공하도록 형성된다. 박스 빔을 형성하는 2개의 시트는 손상된 항공기의 외피의 일부분 아래에 끼워지도록 굴곡지며, 그 후 스킨은 굴곡진 박스 빔의 중앙 부분(572)에 부착된다.
리프 또는 핑거(571)의 벤딩은 간단한 수공구 또는 수작업, 및 아래 놓이는 폴딩된 시트의 리프 또는 핑거에 천공된 구멍을 위한 가이드로서 미리 형성되는 구멍(58)을 이용하여 박스 빔의 곡률을 유지하도록 사용되는 현장 리베팅에 의해 이루어질 수 있다. 따라서 간단한 핸드 드릴 및 플라이어에 의해, 고강도 구조의 4041 T-6 알루미늄 박스 빔이, 후속의 항공기 외피 고정을 위한 항공기 구성요소로서 맞춤 형성되고 위치된다. 이로 인해, 예를 들면 전투 상황에서의 현장 수리가 가능하여, 항공기는 정식 수리가 이루어질 수 있는 장소로 비행할 수 있게 된다.
길이방향으로 굴곡진 박스 빔이 소정의 또는 공지된 길이방향 곡률을 가지는 경우, 리프 또는 핑거(571a, 571b)는, 동일한 항공기에서 핑거가 서로 맞물리는 노치에 의해 형성될 수 있다.
도 12 내지 14에 도시한 바와 같이, 길이방향으로 굴곡진 박스 빔(681)은 시트재를 직선형 폴드 라인(562, 563)을 따라 벤딩함으로써 형성된다. 굴곡진 벤드 라인을 따르는 슬리팅 또는 그루빙에 의해 길이방향으로 굴곡진 박스 빔을 형성하는 것도 가능하다.
전술한 굴곡진 박스 빔의 실시예 외에, 직선이 아닌 부분을 가지는 벤드 라인을 따라 벤딩 스트랩 형성 구조를 단순히 배치함으로써 굴곡진 구조 부재의 다른 실시예가 가능하다. 이러한 벤드 라인 또는 굴곡을 따르는 폴딩 또는 벤딩에 의해, 시트는 굴곡진 3차원 구조체가 된다.
도 15 및 16에는, 폴딩을 위해 설계되고 슬릿 및 그루브가 형성된 시트재, 및 그로부터 만들어진 3차원 구조체가 도시되어 있다. 시트(611)는 길이방향으로 연장되는 폴드 라인(612, 613)을 따라 슬릿 또는 그루브가 형성되도록 설계되었다. 횡방향으로 연장되는 폴드 라인(614, 615, 616, 617)에 추가의 슬릿 및 그루브가 형성되어 있다. 시트(611)의 양쪽 측부 에지(618)는 원형이며, 시트의 양측 에지에는 복수의 노치(619)가 형성되어 있다. 시트의 일 단부에는 커플링 탭 또는 플랜지(621)가 형성되며, 이 플랜지는 바람직하게 개구부(622)를 수용하는 패스너를 가지며, 이 개구부는 시트(611)의 반대쪽 단부에 있는 개구부(623)와 정렬된다. 도 9 및 10의 실시예에 도시한 유형의 슬릿 또는 그루브(624)가 폴드 라인(612~617)을 따라 위치되었다. 본 발명의 범위 내에서, 다른 실시예에 도시한 유형의 슬릿 또는 그루브가 채용될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 15에 도시한 시트재는, 도 16에 도시한 로드, 기둥 또는 컬럼(631)과 같은 원통형 부재를 둘러싸도록 설계된다. 시트(616)를 폴드 라인(612~617)을 따라 벤딩함으로써, 시트(611)는 도 16에 도시한 바와 같이 원통형 부재(631)를 둘러싸도록 둘레에 폴딩된다. 시트의 원형 아치 부분(618)은 컬럼(631)의 반경과 일치하는 반경을 갖는다. 노치(619)가 폐쇄되고 에지는 노치가 서로 접촉하도록 하며, 폴드 라인(614~617)은 시트가 컬럼(631) 둘레에서 정사각형으로 폴딩되도록 한다. 이렇게 벤딩된 3차원 구조체는 복수의 편평한 패널(636~639)을 가지며, 이들 패널은 다른 부재 또는 구조체가 용이하게 부착될 수 있는 표면을 제공한다. 폴딩된 시트(611)는 개구부(622, 623)를 통해 패스너에 의해 컬럼(631) 둘레에서 제 자리에 고정될 수 있다. 그루브 또는 슬릿(624)의 구성으로 인해, 폴딩된 시트(611)는 컬럼 또는 기둥(631) 둘레에서 고강도의 강성 구조체가 된다. 폴딩된 시트(611)를 기둥(631)에 대한 수직 변위에 대하여 고정하는 것은, 아치형 에지(618)와 기둥 사이의 강제 끼워맞춤(interference fit), 및/또는 패스너, 접착제, 용접, 브레이징 등의 이용에 의해 이루어질 수 있고, 이 어셈블리는 원통형 구조에 대한 구조 부재의 후속 커플링의 문제를 해결하는 많은 응용성을 갖는다. 도 15 및 16의 예시는 표면 클래딩(cosmetic cladding)일 뿐 아니라, 원통형과 직선형 형태 사이의 구조적 천이 부분이다.
슬릿 및 그루브가 설계되고 형성된 시트 및 본 발명의 방법은 또한 주름진 패널 또는 데크 어셈블리의 설계 및 형성에 이용될 수 있다. 도 17 및 18은 본 발명의 장치 및 방법을 이용하여 설계 및 구성될 수 있는 2개의 주름진 패널 어셈블리를 나타낸다. 이러한 어셈블리는 특히 높은 강도 대 무게 비율을 제공하는데 효과적이며, 본 발명의 시트 폴딩 기술은 주름진 시트의 폴딩 및 부착 탭 제공 모두를 용이하게 수용한다.
도 17에서, 부착 탭은 주름진 시트를 편평한 시트에 결합시키기 위해 슬릿을 통과하여 연장될 수 있도록 제공되고, 도 18에서는, 부착 탭이 패스너 수용 개구부를 가지는 것으로 제공된다.
도 17에서, 시트재(641)에는 본 발명에 따라 길이방향으로 연장되는 폴드 라인(642~647)을 따라 슬릿 또는 그루브가 형성되어 있다. 또한 폴드 라인(643, 645, 647)을 따라 복수의 탭(649)이 형성되어 있다. 탭(649)은 폴드 라인을 따르는 슬릿 또는 그루브(651)의 형성과 동시에 시트(641)에서 절단된다. 따라서 U자 형상의 절단부(652)가 시트(641)에 형성되어, 시트가 도 17에 도시한 주름진 상태 로 폴딩되는 경우, 탭은 위쪽으로 돌출된다. 탭(649)은, 주름을 형성하기 위해 폴딩이 일어나는 경우에 수직으로부터 소정의 각도로 연장되지만, 탭(649)은 후속 단계에서 상기 각도를 이룬 위치로부터 수직 자세 가까이로 벤딩될 수 있다.
도 17에 도시한 폴딩된 또는 주름진 시트(641)는, 복수의 슬릿(657)이 형성된 제2 평면 시트(656)에 부착될 수 있다. 슬릿(657)은 탭(649)과 짝을 이루어 관통 수용할 수 있는 치수를 가지고 위치된다. 시트(656)가 주름지게 폴딩된 시트(641) 위에 놓이면, 탭(649)은 슬릿(657)을 통과하여 연장된다. 탭(649)은 시트를 서로 고정시키도록, 슬릿(657)과 강제 끼워맞춤될 수 있거나, 수평 자세로 벤딩되거나 수직 축을 중심으로 트위스트될 수 있다. 탭(649)은 또한 아래로 벤딩되어 접착제, 용접, 브레이징 등에 의해 시트(656)에 고정된다.
선택적으로, 도시하지 않은 제2 시트재가, 슬리팅 또는 그루빙 공정 중에 시트(641)로부터 형성되는 탭(미도시)을 이용하여 폴딩된 또는 주름진 시트(641)의 하측에 부착될 수 있다. 제2 시트는, 시트(656)와 관련하여 설명한 방식으로 주름지게 폴딩된 시트(641)의 저부에 고정되게 된다.
그 결과, 많은 분야에서 사용될 수 있는 고강도, 내피로성, 경량의 주름진 패널 또는 데크 어셈블리가 제공된다.
도 17과 유사한 주름진 패널 어셈블리가 도 18에 도시한 것과 같이 구성될 수 있다. 폴딩된 주름진 시트(661)는 복수의 폴드 라인(662) 및 복수의 탭(663)을 포함한다. 탭(663)은, 탭(649)과 관련하여 설명한 것과 유사한 방식으로 시트(661)로부터 형성되되, 탭(663)은 패스너 수용 개구부(664)를 포함한다. 또한 탭(663)은 탭(649)과 관련하여 설명한 것과 같이 수직 자세 근방으로 위로 폴딩되는 것이 아니라 거의 수평 자세로 아래로 폴딩된다. 수평 자세에서, 탭(663)은, 패스너 수용 개구부(667)를 가지는 제2 시트재(666)와 결합하는데 이용될 수 있다. 시트(666)는 개구부(667)가 개구부(664)와 정렬되도록 위치되고, 패스너는 2개의 시트를 서로 고정시키도록 이용된다. 도 17과 관련하여 설명한 바와 같이, 주름진 시트(666)의 저부에는 제3 시트가 고정될 수 있으며, 도면에서는 주름진 시트(61)의 저부에 고정 탭(664)이 도시되어 있지 않다.
마찬가지로, 본 발명에 따라 형성되는 복수의 그루브 또는 슬릿(668)을 채용함으로써, 주름진 데크 또는 패널 어셈블리는 강도가 매우 높고 양호한 내피로성을 가지며 경량으로 제조될 수 있다.
도 19 내지 22는 본 발명의 슬릿 시트 및 방법을 이용하여 형성될 수 있는 연속의 주름진 패널 또는 데크의 다른 실시예를 나타낸다. 또한 도 19 내지 22의 패널은, 상당한 하중을 지지할 수 있는 날카로운 벤드 또는 폴드를 만들 수 있기 때문에 바람직한 강도를 얻을 수 있다. 또한 도 19 내지 22의 실시예는 폴딩된 시트를 고강도 3차원 구조체로 고정시키기 위한 탭을 이용한다.
종래의 주름진 패널 또는 데크 형성 기술은 흔히, 전체적인 패널재에 원하는 수준 또는 백분율의 코드재(chord material)를 얻을 수 없는 문제에 직면한다. 일반적으로, 웨빙(webbing)의 목적은 이러한 과제를 수행하는데 필요한 최소 웨브 중량을 가지는 코드를 분리하는 것이다. I-빔은 상부 코드와 하부 코드 사이의 연결 웨브에 대하여 두꺼운 상부 코드 및 하부 코드를 이용하는, 롤링되거나 용접된 형 태이다. 본 발명은, 연속 코일로부터 제조될 수 있으며 콤팩트한 코일 형태로 이송될 수 있고 현장에서 용이하게 형성될 수 있는, 강성의 경량 구조를 이루는데 있어서 넓은 설계 융통성을 제공하는 등급의 주름진 구조체를 가능하게 한다. 이러한 실시예의 고정 방식은 특히 용접이 문제인 모서리에 용접을 피할 수 있도록 한다.
시트재(721)에는 본 발명을 이용하여 슬릿이 형성되며 벤딩 또는 폴딩 전에 도 19에 편평한 상태로 도시되어 있다. 복수의 실질적으로 평행한 벤드 라인(722)은, 반대 방향으로 경사진 비스듬히 연장되는 스트랩을 형성하도록 벤드 라인의 양 측에 위치되는 교호하는 아치형 슬릿(723)의 패턴을 갖는다. 슬릿(723)은 예를 들어 도 6 또는 9의 슬릿의 형태를 가질 수 있다. 또한 시트(721)에는 슬릿(723)의 텅 부분의 외측으로 연장되는 복수의 탭(724), 및 복수의 열쇠구멍형 개구부(725)가 형성된다. 개구부(725)는 탭(724)과 정렬되어 위치된다.
도 21a에서, 탭(724)은 슬릿(723)으로부터 벤드 라인(722)을 가로질러 연장된다. 따라서 탭(724)은 슬릿(723)의 텅 쪽 연장부이다. 열쇠구멍형 개구부(725)는, 탭(724)을 수용할 수 있는 치수 구성을 가지는, 텅 쪽의 절결부 또는 네거티브 탭(negative tab)이다. 탭(724)의 목부가 슬릿의 반대쪽에 위쪽으로 배치된 면에 의해 간섭되는 것을 방지하기 위해, 슬릿(723)의 립 쪽에는 노치(730)가 제공된다. 따라서 개구부(725) 및 노치(730)의 전체 영역은 시트로부터 절단되거나 제거되어 탭(724)이 개구부(725)/노치(730)에 삽입될 수 있다.
도 20에서, 도 19의 편평한 시트(721)는 연속으로 주름진 패널 또는 데 크(726)로 폴딩되어 있다. 패널(726)은 웨브부(727) 및 코드부(728)를 포함한다. 패널(726)에서, 코드부(728)는, 연속 데크 또는 코드 표면을 제공하기 위해, 패널의 상측 및 하측 모두에서 패널의 전체 길이에 걸쳐 단부 대 단부 접촉 관계를 갖는다. 이러한 구성은 예를 들어 벤딩에서 모든 가로방향 웨브가 패널의 상하 측 모두에서 코드에 의해 결합되지 않는 패널에 비해 강도가 대폭 향상된다. 데크 또는 패널은 추가의 시트재(미도시)를 추가함으로써 더욱 보강될 수 있으며, 이로 인해 전체 데크 또는 패널의 중량에 대한 코드재 중량의 비율이 더욱 향상되어 강소/강성 대 중량 비율이 향상된다.
도 21은 패널(726)에 채용되는 벤딩 또는 폴딩 방식을 보다 상세히 나타낸다. 예를 들어 단부 플랜지(729)로 시작하여, 웨브(727a)는 벤드 라인(722a)에서 아래쪽 후방으로 벤딩되어 패널의 하측으로 내려갈 수 있다. 그리고 시트재(721)는 벤드 라인(722b)에서 앞쪽으로 벤딩되고 코드(728a)는 플랜지(729)와 평행하게 패널의 길이방향으로 연장된다. 벤드 라인(722c)에서 웨브(727b)는 위쪽 후방으로 벤딩되어 벤드 라인(722a)으로 연장되며, 여기서 포인트 코드(728b)는 앞쪽으로 벤딩되고 벤드 라인(722b)으로 연장된다. 그리고 웨브(727)는 벤드 라인(722d)에서 벤드 라인(722c)을 향해 뒤쪽으로 벤딩된다. 벤딩은, 연결 웨브에 의해 분리되는 패널의 상부 및 하부 모두에서 복수의 단부 대 단부 코드가 존재하는 폴딩된 주름진 패널을 형성하도록 패널(726)의 길이를 따라 계속된다. 전체적인 패널 중량에 대한 패널에서의 코드재의 중량은, 높은 강도 대 중량 비율을 위해 비교적 높다.
본 발명의 슬리팅 공정을 이용하여 날카롭거나 가파른 폴드로 시트(721)를 폴딩할 수 있음으로써, 웨브(727)와 코드(728) 사이의 정점(731)이 비교적 날카롭고 상호 맞닿는 관계로 폐쇄되어 위치될 수 있다. 도시한 바와 같이, 도 19 내지 21은 각각의 정점이 120도인 정삼각형을 형성하는 동일한 길이의 웨브 및 코드를 갖는다. 또한 다른 많은 주름진 형상도 가능하다.
폴딩된 패널(726)이 3차원 구성으로 고정될 수 있는 방법은 다양하지만, 바람직한 방법은, 벤딩 슬릿의 형성 시에 시트(721)에 절단 형성되는 탭(724) 및 이에 대응되는 열쇠구멍형 개구부(725)를 채용하는 것이다.
탭(724a)은 예를 들어 탭을 레이저 또는 워터젯 절단하여 슬릿 텅을 플랜지(729)로부터 웨브(727a)로 외측으로 연장시킴으로써 제공된다. 웨브(727a)가 벤드 라인(722b)을 향하여 아래쪽 후방으로 벤딩되면, 탭(724a)은 플랜지(729)의 수평 평면에 있게 된다. 도 21a에 잘 나타낸 바와 같이, 짝을 이루는 개구부(725)가 코드(728b)에 절단되어 탭(724a)과 정렬되면 탭(724a)이 개구부(725) 내에 위치하게 된다. 각각의 탭(724)이 확장된 헤드 또는 단부(734)를 가지는 경우, 탭은 짝을 이루는 개구부(725)에 의해, 지그소(jigsaw) 피스가 인접하는 피스에 캡춰 또는 맞물리는 것과 같이, 잠금 또는 캡춰된다. 이러한 맞물림은 탭이 패널의 상하 평면의 짝을 이루는 개구부로부터 분리되는 것을 방지한다. 탭 및 개구부는 강제 끼워맞춤을 형성하도록 하는 치수를 가질 필요가 없으며, 가지지 않는 것이 바람직하다.
탭(724)과 개구부(725)의 맞물림은 패널(726)의 하측을 따라서도 일어나며, 그 결과 접착제, 용접, 브레이징 등 선택적으로 이용될 수 있는 추가의 고정 기술 없이도 도 20에 도시한 것과 같은 형태의 폴딩된 패널이 체결될 수 있다.
도 22에는, 도 19 내지 21의 슬리팅 및 벤딩 공정이 원통형 부재(741)의 형성에 응용되는 것으로 도시되었다. 마찬가지로, 웨브(742) 및 코드(743)는 벤드 라인을 중심으로 형성되고, 벤드 라인의 위치는, 실린더(741) 내경(744)의 코드 길이가 외경(746)의 코드 길이보다 짧도록 선택된다. 탭 및 짝을 이루는 개구부는 재료의 두께 및 실린더(741)의 반경에 따라 원하는 구성으로 코드와 웨브를 고정시키는데 이용될 수 있다. 이에 따른 원통형 구조는 예를 들어 경량의 고강도 컬럼 또는 기둥으로서 이용될 수 있다.
특히 시트재가 상당한 두께를 가지는 본 발명의 실시예에서, 벤딩의 개시는 슬릿의 텅 또는 탭이 슬릿의 반대쪽 면에 대하여 올바른 방향으로 슬라이드를 자동으로 개시하도록 한다. 시트재가 비교적 얇고 슬릿의 커프가 작거나 0인 경우, 슬릿 시트의 탭 부분은 간혹 올바르지 않은 방향으로 이동하여 벤드의 정밀성에 영향을 주게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 슬릿의 텅 부분이 예정된 적절한 벤딩을 형성하는 방향으로 편향되도록 할 수 있다. 도 23 및 24a에 그 해결 방안을 도시하였다.
시트재(681)는 본 발명의 설계 및 시트 슬리팅 기술을 이용하여 벤드 라인(682)의 평면을 중심으로 벤딩하도록 형성된다. 아치형 슬릿(683)은, 벤드 라인(682)을 중심으로 한 시트의 벤딩 시에 대면하는 면을 따라 슬라이드하게 되는 텅(684)을 형성한다.
도 23a에서, 시트재(681)는 화살표(687)로 나타낸 바와 같이 벤드 라인(682) 을 중심으로 하여 아래쪽 방향으로 벤딩된다. 텅(684)이 아래쪽으로 배치되기 때문에, 립(689)의 하부 에지 또는 모서리는, 에지(688)가 면(690)을 따라 슬라이딩하도록 하는 방식으로 텅의 면(690)에 터킹되고 맞물리게 된다. 벤드 라인(682)의 각 측의 에지(688)는 아래쪽으로 미리 세팅된 텅(684)에서 슬라이드하도록 위쪽으로 배치되어, 벤드 라인(682)을 중심으로 한 벤딩이, 벤딩 공정 중에 원하는 방향으로 텅의 면을 따르는 에지의 슬라이딩을 예측 가능하게 형성하도록 한다.
예를 들어 슬릿(683)을 나이프가 형성하는 스탬핑 공정을 이용하여 시트(681)가 형성되는 경우, 스탬핑 다이는 텅(684)을 벤드 라인의 쪽에서 아래 방향으로 소성 변형시킬 수도 있다. 적절한 방향에서 면(690)을 따르는 에지의 예측 가능한 슬라이딩은 벤딩 시에 일어나게 되어, 벤드 라인의 양측의 실제 지지점은 벤드 라인(682)과 정렬되는 가상 지지점을 따르는 정밀한 벤딩을 형성하게 된다. 배치된 텅은 벤딩을 위한 적절한 방향에 대하여 작업자에게 신호를 주게 된다.
본 발명의 많은 응용은 90도 벤드를 요구하지만, 일부는 다른 각도의 벤드를 요구한다. 본 발명의 장치 및 방법은 완전한 에지-대-면 접촉의 장점을 여전히 유지하면서 이러한 벤드를 수용할 수 있다. 도 24에는 약 75도의 벤드가 도시되어 있다.
도시한 바와 같이, 시트재(691)에는 시트(691)의 평면에 약 75도의 α 각도로 절단되는 슬릿(692)이 형성된다.(벤드 라인(693)의 다른 쪽의 대응되는 슬릿 또한 75도로 절단되지만 반대 방향으로 비스듬한 슬릿은 간소화를 위해 도시하지 않음.) 아래쪽으로 벤딩함에 따라, 립(695)의 하부 에지(694)는 텅(697)의 면(696) 에 터킹되어 슬라이딩한다. 벤드가 105도, 또는 슬릿 각도 α에 대한 보각에 도달하면, 에지(694)의 하부 면(698)은 텅의 면(696)과 동일 평면이 되어 균일하게 지지된다.
플라스틱 및 금속 모두를 절단할 수 있는 오늘날 가장 상업적인 레이저 커터로 시트가 이송된다. 그러나 공급 롤이 이송되는 레이저 절단 장치를 상업적으로 구입할 수 있지만, 현존하는 이러한 장비는 절단된 재료를 다시 코일로 감지 않는다. 따라서 릴-투-릴(reel-to-reel) 레이저 절단 장비는 사용되지 않거나 상업적으로 구입할 수 없다.
본 발명의 명세서에서, 코일 기구와 조합되는 롤 이송 절단의 장점은, 매우 크거나 매우 복잡하며 정보가 풍부한 구조가 CAD로 설계될 수 있고, 절단되며, 이들 가공 구조가 콤팩트한 형태로 다시 감길 수 있다는 것이다. 콤팩트한 형태로 감기면, 이들 구조는 예를 들어 편평한 바닥의 트럭 또는 궤도 차량에 의해 보다 편리하게 수송될 수 있고 외부 공간으로 배송될 수 있다. 사용 장소에 도착하면, 재료는 권출되고 제공된 벤드 라인을 따라 벤딩 또는 폴딩되고, 아치형 슬릿 및 경사진 스트랩에 의해 구조적으로 지지되어 금속 또는 플라스틱 시트로 절단된다.
본 발명의 시트 슬리팅 또는 그루빙 장치 및 방법은 3가지 이상의 방식으로 릴-투-릴 공정에 통합될 수 있다. 여러 유형의 평판(flat bed) 레이저 커터는 모든 분야에서 광범위하게 가용하다. 제1 접근 방안은 평판 레이저 커터의 일 단부에 코일을 사용하고, 중간의 레이저 커터 및 권취 롤은 부분적으로 절단된 재료의 코일을 재형성하는 것이다. 재료는 수동으로 시스템을 통과하여 전진하고, 핀 또 는 에지-노치 정합 형상은 편평한 시트로 절단된다. 시트는 절단된 형상을 레이저 커터 베드에 부착되는 지그에 물리적으로 도킹시킴으로써 X축 및 Y축 모두와 정렬된다. 이러한 방식에서는 본 발명의 슬릿 지원 벤딩 형상의 정렬을 포함하는 단편적인(piece-wise) 전진이 일어날 수 있다. 재료의 권출 및 권취에서의 이러한 정합 시스템을 본 발명의 절단된 벤드 형성 특징의 응용과 조합하면 작은 힘으로 정밀하게 위치되는 고강도의 벤딩된 또는 폴딩된 구조체를 얻을 수 있다.
제2 접근 방안은, 파워 권출(power unwind), 정지, 절단, 및 파워 권취의 공지된 기술을 이용하여 레이저 커터에서 코일을 전진시키는 것이다.
제3 접근 방안은 도 25에 도시되어 있다. 이것은 매끄럽고 연속적인 웨브 이송을 채용하며, 권출 및 권출 모두 가능하다. 시트재(701)는 공급 코일(702)로부터 권출되고, CNC 커터(703)의 동작 및/또는 감지는 시트재(701)의 롤링 프레임을 보정하도록 제어된다. CNC 커터(703)는 원하는 슬릿 패턴을 시트재(701)로 절단하도록 형성되고 제어되는 레이저 커터 또는 워터젯 커터이다. 절단 후, 시트재(701)는 코일(704)에 감긴다.
코일로 된 시트 스톡은 간혹 코일-셋 컬(coil-set curl)을 가지기 때문에, 선택적으로 코일(702)의 권출 후에 레벨링 단계 또는 레벨링 장치(706)를 이용한다. 시트 스톡(701)은 코일(702, 704) 및 추가로 롤러(710)에 있는 핀치 롤러(707) 및 구동 모터에 의해 공정 라인을 통과하여 구동될 수 있다.
릴-투-릴 프로세싱이 이제까지 사용되지 않았던 한 가지 이유는, 특히 본 발명의 작은 힘에 의한 슬릿 보조 벤드 특징이 폴딩 가능한 탭 또는 플랩을 가능하게 하는 경우, 연속적인 레이어가 코일에 감김에 따라, 절결부 형상의 에지 또는 윤곽이 맞물리게 되는 것이다. 코일에 다시 감기는 시트재(701)는 권취 코일에 대하여 접선방향으로 연장되는 절단 탭 또는 플랩을 만들게 된다. 이를 위해 2가지 방법이 이용될 수 있다. 한 가지는, 얇고 용이하게 제거되는 행-탭(hang-tab)을, 금속 및 본 발명의 작은 힘 폴딩 특징을 가지며 재권취된 코일로부터 접선방향으로 연장되는 다른 강성 재료 코일의 재권취(rewinding)와 조합하여 사용하는 것이다. 제2 방법은 도 25에 도시되어 있으며, 코일(704)에 폴리머 웨브(708)를 함께 권취하는 것이다. 웨브(708)는 인성을 가지며 쉽게 파열되지 않으면서 얇아야 한다. 예를 들어 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌이 유용하다.
릴-투-릴 프로세싱 시스템의 생산량을 증가시키기 위한 하나의 기법은, 본 발명의 작은 힘을 이용하여 슬릿 보조 벤드 형상을 절단하도록 복수의 레이저 빔을 가지는 레이저 커터(703)를 이용하는 것이다. 도 12에 도시한 것과 같은 폴딩 가능한 박스 빔은, 원하는 벤드 라인을 중심으로 코일의 권취 방향과 평행하게 배치되는 다수의 벤드 보조 아치형 슬릿이 필요하다. 예를 들어 서로 기계적으로 연결되고 그 동작 컨트롤러가 하나의 결합된 기계적 시스템인 다중 파이버 레이저(multiple fiber laser)는 모든 평행한 벤드를 동시에 형성할 수 있고, 독립적인 동작 시스템 및 동작 컨트롤러를 가지는 다른 레이저는 노치된 에지와 같은 다른 모든 절단 형상을 형성할 수 있다.
본 발명의 작은 벤딩력, 고강도 벤드 특징과 조합되는, 전술한 3개의 릴-투-릴 프로세싱 시스템의 방법 및 장치는, 코일 형태로 콤팩트하게 저장 또는 수송된 후에 필요한 경우에, 빔으로부터 사다리, 빌딩 스터드(building stud) 및 조인트 시스템이 형성될 수 있도록 하고, 권취되고 권출되어 구조적으로 통합된 소정 치수로 폴딩될 수 있도록 한다. 이러한 기술은, 우주용, 군사용, 상업용, 주택건축용, 및 부품이 이미 조립된 상태인 경우 재료를 현장으로 옮기는 비용 및 노력이 많이 요구되고 어려운 다른 많은 산업에 적용된다.
선택적으로, 도 25의 릴-투-릴 프로세싱 라인은 한 쌍의 초경질 공구(hard-tooled) 다이 커터를 포함할 수도 있다. 아치형 슬릿 및 절결(drop-out) 형상을 형성하기 위해 메일 및 피메일 스탬핑 형상을 이용하면, 다이 커터 또한 플레이트일 수 있으며 재료 취급 기술이 증가되지만, 가장 바람직한 것은 이들이 초경질 공구 로터리 다이(709)인 것이다.
코일로 권취되는 폴딩 구조를 제조하기 위한 CNC 절단 방법의 장점은, 비반복적인 형상이 절단 공정에 용이하게 프로그래밍된다는 것이다. 초경질 공구 스탬핑 또는 로터리 다이 절단 방법의 장점은, 간헐식이든 연속식이든, 반복적인 형상, 특히 아치형 슬릿이 효과적으로 만들어질 수 있다는 것이다.
최대 생산량 및 융통성의 최대 이점은, CNC 절단을 초경질 공구 스탬핑/다이 절단과 조합하여 사용함으로써, 프로세스의 권출과 재권취 단계 사이에 위치되는 2개의 성형 단계를 가지는 인라인 시스템을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 도 25에 도시한 것과 같은 조합 시스템에서는 각각의 성형 툴이 각각의 장점을 가지고 작동된다.
도 25는 벤딩되기 전에 슬릿의 형성 및/또는 부분적인 조립이 이루어지는 위 치로부터 멀리 떨어진 위치에서 사용되기 위한 3차원 구조체의 형성에 사용될 수 있는 방법을 나타낸다. 한 가지 흥미로운 분야는 우주에서의 3차원 구조체 제작이다. 현재 이러한 구조체는 3차원 모듈로부터 우주에서 조립된다(3차원 모듈은 실제로 우주에서 제작되지 않는다). 우주에서의 조립의 문제는, 이들 모듈이 궤도 우주선의 탑재에 바람직하지 않은 분량을 필요로 한다는 것이다. 이제까지는, 우주에서의 제작의 문제점 중 하나는, 고강도의 3차원 구조체를 형성하는데 필요한 툴이 상당히 크다는 것이었다. 우주에서의 조립의 다른 문제는, 부품 및 패스너의 수가 많다는 것과 관련될 수 있다. 한편으로는, 거의 완성된 부피가 큰 모듈이 탑재되고 서로 고정되었다. 다른 한편으로는, 이제까지는, 조립되지 않은 모듈의 조밀한 패킹은 부품 및 패스너의 수가 많아지는 결과를 초래하였다.
도 26에서, 시트재(341)의 코일(339)은 2개의 벤드 라인(345)에 슬릿 또는 그루브가 설계 및 제공된 것으로 도시되어 있다. 시트재(341)에는 또한 양쪽 시트 에지 부근에 주기적으로 위치되는 개구부(346) 및 탭(348)이 형성되어 있다. 슬릿(343)은 바람직하게 도 6에 도시한 것과 같은 구성을 가질 수 있다. 코일(339)은 시트재의 이송을 위해 매우 콤팩트한 구성이다. 시트재(341)에는 슬릿(343), 개구부(346), 탭(348), 및 다른 원하는 구조적 형상이 형성될 수 있으며, 지구상의 작업장에서는 예를 들어 도 25의 릴-투-릴 프로세싱 라인을 이용하는 제한 없는 제조 장비를 갖는다. 코일 시트는 우주선에 의해 우주로 수송된다. 시트재(341)는 코일(339)로부터 권출될 수 있고, 권출 중이나 후에 시트재는 수공구 또는 작은 힘으로 작동되는 공구에 의해 3차원 구조체로 제작될 수 있다. 이러한 제작은, 도 26의 우측에 도시한 것과 같은 3각형 빔(350)과 같은 3차원 구조체로 시트재를 체결하도록, 벤드 라인(345)을 따라 시트를 벤딩하고 탭(348)을 개구부(346)로 벤딩함으로써 이루어진다.
도 26에 도시한 바와 같이, 구조체(350)는 3각형 단면을 가지는 기다란 빔이며, 복잡한 3차원 우주 구조물을 형성하도록 다른 구조체에 결합될 수 있다. 본 발명의 시트 벤딩 슬릿 구성이 채용되는 경우, 슬릿(343)의 패턴에서 형성되는 각각의 벤드는 바람직하게, 상당한 하중에 견딜 수 있는 벤드를 만들게 되는, 시트재의 에지-대-면 지지부를 포함한다. 명백하게, 도 13 및 14의 박스 빔, 도 20의 데크, 또는 도 22의 컬럼과 같은 다른 빔 및 구조적 형상은 전술한 유형의 슬릿을 가지는 벤드 라인을 따라 폴딩함으로써 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 슬리팅 및 그루빙 방법 및 장치를 이용하면, 시트(341)의 양쪽 에지 및 개구부(346) 및 탭(348)을 정확하게 위치시켜서 구조체(350)를 폐쇄시킬 수 있다. 형성될 구조체가 액밀될 필요가 있으며 슬리팅이 채용되는 경우, 슬릿(343)에 의해 형성되는 벤드는 접착식이거나 예를 들어 용접 또는 브레이징에 의해 충전될 수 있다. 또한 시트(341)의 접촉된 에지를 따르는 용접, 시트의 에지와 측벽의 중첩, 및 탭 및/또는 패스너의 이용을 포함하는 다른 여러 폐쇄 구성 또는 패스닝 방식이 제공될 수도 있다.
본 발명의 장치 및 방법의 융통성을 나타내는 다른 형태의 박스 빔이 도 27a 내지 27g에 크로스 보강 또는 자체 보강된 박스 빔으로 도시되어 있다.
도 27a에 도시된 시트재(801)에는 벤드 라인(802, 803)을 따라 슬릿이 형성 되어 있다. 또한 빔 크로스 보강 시트 부분(806)을 제공하도록 이용될 복수의 가로방향 슬릿(804)이 제공된다. 도 27b 내지 27g는 시트(801)를 크로스 보강된 박스 빔(807)(도 27g)으로 벤딩하는 순서를 나타낸다.
먼저, 크로스 보강 시트 부분(806)을 가지는 시트의 측부가 도 27b의 자세로 벤딩될 수 있다. 다음에, 시트는 벤드 라인(803)을 따라 벤딩되어 도 27c의 크로스 보강 부분(806)을 형성한다. 그리고 시트(801)는 벤드 라인(802a)을 중심으로 하여 도 27d의 자세로 벤딩된다. 시트는 벤드 라인(802, 802c)을 중심으로 하여 도 27e 및 27f의 자세로 벤딩되고, 마지막으로 측부 플랜지(805)가 위로 벤딩되고 시트는 벤드 라인(802d)을 중심으로 벤딩되어 도 27g의 빔(807)을 형성한다. 리벳 또는 스크루와 같은, 개구부(808, 809)(시트(801)와 정합 관계로 정렬되어 형성됨)에 위치될 수 있는 패스너가 사용되어 측부 플랜지(805)를 박스 빔의 나머지에 체결하여 펼쳐지지 않는 구조체를 형성한다. 빔(807)은 그 중앙에서 빔을 따라 연장되는 X자 형상의 크로스 빔 배열을 가져서 그 강도가 상당히 향상된다. 따라서 본 발명의 방법을 이용하여 중량에 비한 강도가 상당히 높은 내부 보강 박스 빔이 하나의 시트재로부터 설계 및 형성될 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법을 이용하여 형성되는 많은 여러 구조체에 추가될 수 있는 선택적인 단계로서, 벤딩된 모서리(802) 전체에 부착되어 매끄럽고 장식적이거나 매끄럽거나 장식적인 모서리 처리 효과를 낼 수 있는 보호 모서리 또는 신 가드(shin guard)(810)(도 27g)가 부착될 수 있다. 따라서 L자 형상의 신 가드(810)는 화살표(820)로 나타낸 바와 같이 빔(807)에 추가될 수 있으며, 예를 들어 접착 제 또는 패스너에 의해 제 위치에 고정된다. 신 가드(810)는 메탈릭 플라스틱(metallic plastic)일 수 있으며, 장식 효과, 및 충격으로부터의 보호를 제공하고, 모서리 벤드의 매끄러운 밀봉을 제공한다. 신 가드(810)는 빔 또는 다른 3차원 구조체를 둘러쌀 수 있다. 부착된 신 가드는 벤드에서 하중 전달을 보조할 수 있다.
도 27a 내지 27g의 크로스 보강된 박스 빔에서, 크로스 보강 시트 부분(806)은 X자 형상으로 벤딩되고 폴딩된 빔 내부에서 포획되어 내부 보강 부분을 제공한다. 상이한 평면에 인접하는 벽을 가지는 구조체의 보강에 대한 다른 방안은, 스윙-아웃(swing-out) 시트 부분을 채용하는 것이다.
도 34a 내지 34e는 중량 저감 절결부의 패턴을 가지는 다른 박스 빔에 스윙-아웃 보강을 이용하는 것을 나타낸다. 도 34a에서, 시트(811)에는 본 발명을 이용하여 복수의 벤드 라인(812)과 함께 슬릿이 형성되어 있다. 시트에는 또한 절결부 또는 중량 저감 개구부(813)가 절단 또는 스탬핑되어 있다. 또한 빔의 폴딩된 벽에 보강 부분을 제공하기 위해, 벤드 라인(815) 주위에서 벤딩될 수 있는 복수의 스윙-아웃 시트 부분(814)이 제공되었다.
도 34b에서, 스윙-아웃 시트 부분(814)은 벤드 라인(815) 주위에서 시트(811)의 평면으로부터 폴딩 또는 스윙-아웃되었고, 도 34c에서, 시트의 외측 에지(816)는 벤드 라인(812) 주위에서 수직 배향으로 벤딩되었다. 도 34d에서, 시트(811)의 하나의 측벽 부분(817)이 다시 벤드 라인(812) 주위에서 벤딩되고, 도 34e에서, 다른 측벽 부분(817)이 벤드 라인(812) 주위에서 벤딩되어 박스 빔(818) 을 완성하였다.
마지막 벤딩 단계, 즉 도 34d의 구성으로부터 도 34e의 구성으로 벤딩하는 단계에서, 에지 부분(816)이 중첩되고 스윙-아웃 부분(814)이 중첩된다. 에지 부분(816) 및 스윙-아웃 부분(814) 모두에는, 본 발명의 에지-대-면 벤딩 기술을 이용하는 경우, 정밀도가 높아질 수 있기 때문에 빔이 34e의 상태로 폴딩됨에 따라 정렬 또는 중첩되게 되는 패스너 수용 개구부(819)가 제공될 수 있다. 따라서 리벳 또는 스크루와 같은 도시하지 않은 패스너가 개구부(819)에 삽입되어 빔(819)이 펼쳐지지 않도록 에지(816)를 서로 고정시키고, 스윙-아웃 부분(814)을 서로 고정시켜서, 빔의 상호 직각 관계인 벽 사이에 보강을 제공하며, 빔을 가로질러 보강을 제공한다. 스윙-아웃 부분의 수는 도시한 실시예보다 증가될 수 있으며, 상이한 평면에서 인접하는 벽을 보강하기 위한 스윙-아웃 부분의 이용은 박스 빔이 아닌 많은 구조체에 적용될 수 있다.
도 29 및 30을 참조하면, 본 발명에 의해 가능해지는 작은 힘으로 시트를 벤딩하는 것의 장점을 볼 수 있다. 도 29에서, 시트재(841)는 전술한 방식으로 벤드 라인을 따라 형성되는 복수의 아치형 슬릿(842)을 가지고 있다. 시트재(841)로부터 박스(843)를 형성하는 것은 본 발명의 작은 힘을 이용하는 기술에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.
시트(843)는 다이(846)의 개구부(844) 위에 놓일 수 있고, 박스의 4개의 측부(847)는 동시에 기립 자세로 벤딩된다. 액추에이터에 의해 구동되는 플런저(848)가 채용될 수 있거나, 도관(849)을 통해 다이(846)에 진공을 가하도록 연결 되는 진공원(vacuum source)이 이용될 수 있다. 시트(841)를 다이(846)에 클램핑할 필요가 없거나 약간만 클램핑하면 되며, 벤드 라인이 다이의 개구부(844)와 부합되도록 시트(841)를 위치시키기만 하면 된다. 이것은 예를 들어 개구부(844)의 모서리 부근의 다이의 상부면에 인덱싱 핀(미도시)을 제공함으로써 이루어질 수 있다. 인덱싱 핀은 시트(844)를 시트(841)의 측부(847) 사이의 정점에 맞물린다.
벤딩되는 재료 및 그 두께에 따라, 도관(849)에는 시트(841)를 다이 쪽으로 잡아당기기에 충분한 음압이 걸려서 측부(847)를 위로 벤딩하고, 보다 두껍고 강한 시트재에서는 플런저(848)가 이용될 수도 있다.
박스(843)는 예를 들어, 일반적으로 휴대 전화기에 사용되는, 종래 기술의 프로그레시브 다이 스탬핑(progressive die stamping)에 의해 만들어진 소형 회로 기판용 RFI 실드(shield)에 사용될 수 있다. 프로그레시브 다이 스탬핑의 장점은, 충분한 정밀도가 얻어질 수 있다는 것이고, 저비용 대량 생산에 적합하다는 것이다. 그러나 시장의 요구에 따른 제품의 신속한 변경을 위해, 새로운 실드 설계가 필요하여 초경질 공구의 교체가 빈번해진다. 이것은 특히 최종 설계가 선택되기 전에 많은 변경이 일어나는 제품 수명 주기의 말미의 개발에서 문제가 된다. 초경질 공구에 의존하는 다른 어려움은, 초경질 공구가 가용할 때까지 전체 생산으로 끌어올리는 것을 보류해야 한다는 것이다. 이것은 약 8주 정도 소요될 수 있으며, 이것은 시장에서 요구하는 신속한 디자인 변경 및 짧은 제품 수명 주기에 대하여 매우 고비용이다. 프로그레시브 다이 스탬핑의 또 다른 문제점은, 점검 또는 수리를 위한 예비 부품이 필요하다는 것이다. 상당한 칩 배치 부분이 문제가 되어 수 리가 필요하게 되면, 2개의 RFI 실드 유닛이 낮은 프로파일 펜스(low profile fence)와 함께 채용되고, 회로에 납땜되며, 이를 덮는 "슈 박스 리드(shoe box lid)"가 강제 끼워맞춤된다. 이러한 단점은, 하부 펜스가 회로 기판에서 약간의 수평 위치를 차지하는 것이며, 2개의 제조는 1개의 제조보다 항상 고비용이라는 것이다. 다른 종래의 방안은, 실드 리드의 영역이 일 측을 따라 위쪽으로 힌지되도록 할 수 있는 실드 리드에 원형의 천공(perforation) 열을 이용하는 방법이다. 이러한 천공된 도어 방식에서는, RFI의 일부 누출 가능성이 있고 리드를 절단하고 재밀봉하는 것이 곤란하다.
도 29의 박스(843)는 본 발명의 기술을 이용하여 전술한 문제를 해결하는 것을 보여준다. 아치형 슬릿 보조 벤딩 방법을 이용하여 제조되는 RFI 실드는, 설계용 CAD 시스템 및 레이저 커터와 같은 CNC 절단 공정을 이용하여 초경질 공구 없이 신속하게 조형될 수 있다. 원하는 형상으로의 폴딩은 수공구 또는 도 29의 제조 장비에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.
전체 생산으로 끌어올리는 것은 마커(marker)로 들어갈 필요가 있는 초기 생산량을 레이저 절단함으로써 즉시 이루어질 수 있다. 전술한 형상에 필요한 편향된 텅-탭(tongue-tab)을 스탬핑 절단하기 위해 저비용 스탬핑 공구는, 초기에는 CNC 절단 방식에 의해 공급되는 끌어올림 단계에서 제작될 수 있다. 이러한 방식에서, 설계, 끌어올림, 및 제조의 비용은 제조될 프로그레시브 캐비티 다이(progressive cavity die)를 기다리는 현재의 방식에 비해 낮아질 수 있다.
본 발명의 다른 장점은 내부의 부품을 서비스하기 위한 내장형 액세스 도어 이다. 실드(843)의 3개의 측부 주위에 슬릿(842)에 의해 형성되는 스트랩을 절단하고, 회로 기판에 낮은 프로파일 직사각형 박스의 미리 납땜된 에지(850)를 가짐으로써, 박스(843)의 패널(840)은 90도 힌지되어 일시적인 서비스 액세스가 가능하다. 수리가 완료되면, 리드 또는 패널(840)은 다시 폐쇄되고 모서리에서 다시 납땜된다. RFI 차폐에 적합한 모든 금속 합금은 힌지된 스트랩이 파손되기 전에 이러한 방식으로 8개 이상의 액세스가 가능하도록 한다.
도 30은 본 발명에 따라 슬릿이 형성된 시트(861)가 공압식 블래더(bladder) 또는 진공 그립퍼(gripper)를 이용하여 박스로 기립될 수 있는 일련의 단계를 나타낸다.
시트(861)는 도 30의 순서의 좌측에서 편평한 형태이다. 시트(861)는 실제로, 박스가 형성됨에 따라 명백해지겠지만, 시트의 측부(863)의 외측 에지에 있는 벤드 라인(826)에서 서로 결합된 2개의 동일한 시트이다. 시트(861)는 순서도의 좌측에 도시된 실질적으로 편평한 상태로 이송될 수 있고, 사용 장소에서 순서도의 우측에 도시된 3차원 박스(865)로 기립된다. 박스(865)의 이러한 현장 형성은, 시트(861)의 벤딩이 경사진 벤딩 스트랩을 벤딩하는데 필요한 최소의 힘만을 요구하기 때문에, 공압 및 유압을 이용하여 용이하게 이루어질 수 있다.
한 가지 벤딩 기술은, 화살표(866)로 나타낸 바와 같이, 시트(861)의 편평한 중앙 시트 부분(867)과 접촉하도록 아래로 이동하는 흡입 또는 진공 그립퍼(864)를 채용하게 된다. 흡입 그립퍼(864)에 진공이 인가되고 그립퍼는 도 30의 우측에 도시된 바와 같이 박스(865)가 완전히 확장될 때까지 화살표(868)로 표시한 바와 같 이 이격된다.
다른 방안은, 화살표(871)로 나타낸 바와 같이 약간 확장된 박스에 팽창 가능한 블래더(869)를 삽입하는 것이다. 이러한 삽입은 이송 전이나 현장에서 이루어질 수 있다. 그리고 블래더(869)는 공압식 또는 유압식으로 팽창되고 박스는 도 30의 우측에 도시된 상태로 점차적으로 확장되거나 위로 벤딩된다.
박스(865)는 예를 들어 모서리(872)에서 측부 패널(863)을 용접, 브레이징, 또는 접착제로 고정시킴으로써, 도 30의 우측에 도시된 형상으로 체결될 수 있다.
본 발명의 고정밀 벤딩 또는 폴딩 공정의 다른 장점은, 작은 힘으로 고정밀 벤딩 구조체가 제작되는 동시에 편평한 재료에 기하학적 정보가 내장될 수 있다는 것이다. 이러한 정보는 매우 저비용으로, 예상되는 3차원 공간적 관계로 정확하고 예측 가능하게 전달될 수 있다.
과거에는, 구조체의 조립에 관한 정보를 전달하기 위해 심벌 및 기하학적 규정이 사용되었다. 본 발명의 한 가지 특징은, 벤딩 또는 폴딩 지시가, 벤딩 슬릿 또는 그루브가 형성되는 동시에 시트재의 편평한 부분에 부여된다는 것이다. 또는, 폴딩 지시는 프린팅, 레이블링(labelling), 또는 태깅(tagging)과 같은 2차 공정을 통해 편평한 부분에 부여될 수 있다. 또한 정보는, 폴딩되지 않는 종래 기술 및 미래의 제작 방법으로부터 유사하게 정밀 벤딩되는 구조 또는 부분들을 결합하는 조립 공정을 지시하도록 하는 편평한 형태로 내장될 수 있다.
예를 들어 연속적으로 사전 처리된 벽 구조는 폴딩 스터드에 의해 상부 및 하부 조인트로 폴딩되는 하나의 시트재로부터 형성될 수 있다. 모든 예상되는 윈 도우, 도어, 및 전기 박스는 물리적인 기하학적 정보로서 후속의 폴딩 및 조립을 위해 편평한 부분에 내장될 수 있다. 구조의 둥근 구멍은 나중에 구멍을 통과하게 되는 전기 도관을 나타내는 것으로 규정이 설정될 수 있다. 둥근 모서리의 정사각형 구멍은 벽을 통과하는 온수용 동관(copper pipe)을 나타낼 수 있다. 이러한 방식에서, 그 형상은 편평한 부분에 위치되는 것은 물론 정확한 3차원 관계로 매우 정밀하게 이동되며, 최종적으로 이러한 규정은, 그 활동이 구조와 간섭하는 건물의 구조적 조립에 포함되지 않는 상인에게 전달된다. 또한 이러한 정보의 교환은 상인의 활동을 예측하여, 이들이 건물을 통해 그 기반을 구축함에 따라 구조의 변경 및 보수를 할 필요가 없도록 한다.
도 32a 내지 32e는 본 발명의 시트 벤딩 방법을 이용하여 하나의 시트재로부터 폴딩될 수 있는 스터드 벽의 실시예를 나타낸다. 도 32a 내지 32e에서는 정보 교환을 위해 정밀하게 위치되고 형상화된 개구부 등을 도시하지 않았지만, 이러한 데이터는 시트 슬리팅 공정 중에 정확하게 위치될 수 있다. 도 32e의 폴딩된 시트는, 대들보(joist)에 결합되는 스터드를 포함하는 스터드 벽 또는 측부 레일에 결합되는 렁(rung)을 구비하는 사다리일 수 있다.
도 32a에서, 시트재(901)에는 스터드 벽 또는 사다리 구조를 형성할 수 있도록 복수의 벤드 라인을 따라 슬릿이 형성되었다. 슬릿은 전술한 바와 같이 형성되고 위치되었다.
도 32b에서, 최종 스터드 또는 사다리 렁(903)은 편평한 시트(901)로부터 벤드 라인(904)을 따라 위로 폴딩되었다. 다음 단계는, 도 32c에 도시한 바와 같이 벤드 라인(907)을 따라 추가의 단부 벽 또는 계단부(906)를 위로 폴딩하는 것이다. 도 32d에서, 대들보 또는 사다리 레일(908)은 벤드 라인(909)을 따라 위로 폴딩되고, 최종적으로 대들보/레일(908)이 다시 도 32e의 벤드 라인(911)을 따라 폴딩된다. 이 마지막 폴드로 인해 대들보/레일(908)의 개구부(912)는 스터드/렁(903)의 측벽(902)의 개구부(913)(도 32d)와 정렬되거나 정합되는 관계로 중첩된다. 대들보/레일(908)을 스터드/렁(903)에 고정시키기 위해 리벳 또는 스크루와 같은 패스너가 사용될 수 있으며, 이로 인해 하중을 지지하는 3차원 형태(914)로 조립체가 체결된다.
사다리로 사용되는 경우, 레일(908)은 수직으로 연장되며 렁(903)은 수평으로 연장된다. 스터드 벽으로 사용되는 경우, 대들보(908)는 수평으로 연장되고 스터드(903)는 수직으로 연장된다. 렁/스터드 및 레일/대들보는 적용에 따라 적절한 크기를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 슬리팅 공정 및 슬릿 시트의 대부분의 사용에서는 복수의 슬릿이 원하는 벤드 라인의 양 측을 따라 어긋나는 관계로 위치될 것을 요구하게 된다. 이러한 방안은, 가상 지지점의 위치를 원하는 벤드 라인 상의 질제 지지점 사이에 있게 하는 2개의 대면하여 이격된 실제 지지점으로 인해, 정확하거나 정밀한 시트 스톡 벤드를 형성하게 된다.
벤딩 정밀도의 손실이 매우 작으면서, 본 발명의 기술은 벤드 라인을 따르는 시트재의 벤딩을 형성하도록 구성되는 하나의 슬릿 및 벤딩 스트랩을 채용할 수도 있으며, 슬릿을 가로질러 시트 부분의 에지-대-면 결합이 일어난다. 이러한 단일 슬릿 벤딩을 도 35 및 36에 도시하였다.
도 35에서, 시트재(941)는, 도 36에 도시한 바와 같이 그 전체를 참조부호 942로 나타낸 휠 롤러 하우징으로 벤딩하기 위해 슬릿이 형성된 것으로 도시되어 있다. 시트(941)는 벤드 라인(946)을 중심으로 이어(ear)(944)를 벤딩하기 위한 슬릿(943)을 포함한다. 벤드 라인(946)의 슬릿(943) 반대쪽에는 슬릿이 없다. 그럼에도 불구하고, 이어(944)는 슬릿(943)의 아치형 단부 부분(949)을 가지는 벤딩 스트랩(948)을 형성하는 2개의 쇼울더(947)를 포함한다. 벤딩 스트랩(948)의 중심축(951)은 반대방향으로 비스듬한 방향으로 벤딩 라인(946)에 대하여 경사진다.
이어(944)가 지면의 위쪽으로 벤딩되면, 경사진 스트랩(948)은 슬릿(943)의 이어 측 립(952)을 트위스트시키는 동시에 위로 잡아당겨서 슬릿의 본체 측 텅(953)의 면과 맞물리도록 한다. 따라서 경사진 벤딩 스트랩(948)에 의해 슬라이딩 에지-대-면 결합이 정확한 치수 및 형상으로 이루어진다.
시트(941)는 에지-대-면 벤딩을 형성하게 되는 벤딩 스트랩을 제공하도록, 시트의 부분적으로 대면하는 슬릿 또는 에지와 조합하는 아치형 벤딩 슬릿의 다른 실시예를 갖는다. 벤딩 라인(956)에 있어서, 예를 들어 슬릿(943a)은, 경사진 벤딩 스트랩(948a)을 형성하도록 아치형 단부(949a)와 조합하는 아치형 단부(958)를 가지는 부분 슬릿(957)에 의해 일 단부에서 대면한다. 슬릿(943a)의 반대쪽 단부에는 아치형 에지 부분(959)이 아치형 슬릿 단부(949a)와 조합하여 반대로 경사지는 다른 스트랩(948a)을 형성한다.
스트랩(948a)의 구성에 의해 벤드 라인(956)을 중심으로 에지-대-면 벤딩이 이루어진다.
슬릿(943b)은 아치형 에지를 가지는 슬릿(943a)의 거울 대칭으로 형성되고, 부분 슬릿은 경사진 벤딩 스트랩(948b)을 형성하도록 협동한다. 마찬가지로, 슬릿(943c)은 에지 및 부분 슬릿과 협동하여 에지-대-면 벤딩을 보장하는 경사진 벤딩 스트랩(948c)을 형성한다. 마지막으로, 슬릿(943d)은 슬릿 부분(960)과 협동하여 경사진 벤딩 스트랩(948d)을 형성한다.
도 35에 도시된 바와 같이 본 발명의 장치 및 방법의 단일 슬릿 실시예는 원하는 벤드 라인 상의 벤드의 포지셔닝이 다소 덜 정확하지만, 많은 응용에서, 정밀성의 손실은 심각하지 않다. 도 36에 도시된 구조에서, 롤러(962)용 축(961)은, 시트(941)가 도 36의 3차원 하우징(942)으로 벤딩되는 경우에 정렬되어야 하는 개구부(963, 964, 965)(도 35)를 통과한다. 따라서 단일 슬릿 실시예는 축(961)이 삽입되도록 여전히 수천분의 1인치 이내의 정밀도로 개구부(963, 964, 965)를 정렬시키기에 충분하다.
도 37에는 본 발명의 슬리팅 공정 및 장치와 관련되는 벤드 라인 형상 또는 에지 효과가 도시되어 있다. 시트재(971)는 5개의 벤드 라인(972~976)을 가지고 있다. 슬릿(981)은 시트에서 전술한 바와 같이 벤드 라인을 따라 형성된다. 시트(971)의 에지(982)는 슬릿 배치를 설계하는 경우에 고려되어야 하며, 그 이유는 슬릿의 포지셔닝에 영향을 줄 수 있기 때문이다.
벤드 라인(972)에서, 슬릿(981)은 소정의 길이이며 부분 슬릿(981a)이 시트재의 에지(982)에 대하여 개방되어 있다. 이것은 무난한 벤드 라인 형태이다. 벤 드 라인(973)에서, 부분 슬릿(981b)은 마찬가지로 에지(982)에 대하여 개방되지만, 부분 슬릿(981b)은 벤딩 스트랩(984)이 벤딩 스트랩(986)의 반대쪽에 존재하도록 아치형 단부(983)를 포함하기에 충분한 길이이다. 슬릿(987)은 슬릿을 가로질러 연장되는 직사각형 개구부(988)를 가질 수도 있다. 개구부(988)는 슬릿(987)의 중앙 부분에 있으며 따라서 벤딩 스트랩(984, 986)에 상당한 영향을 주지 않거나 에지-대-면 벤딩에 영향을 주지 않게 된다.
벤드 라인(974)에서, 슬릿(981c)은 경사진 에지 부분(991)과 함께 경사진 벤딩 스트랩(992)을 형성하는 아치형 단부(989)를 갖는다. 슬릿(981d)과 에지 부분(993)에도 유사한 형상이 존재한다. 벤딩 스트랩을 부분적으로 형성하기 위해 시트의 에지를 이용하는 것 또한 전술한 바와 같이 도 35의 슬릿과 관련하여 채용된다.
마지막으로, 벤드 라인(976)에서, 아치형 에지 부분(994)은 슬릿(981e)의 아치형 단부(996)와 협동하여 스트랩(997)을 형성한다. 그러므로 에지 부분(994)은 슬릿(981d)의 배향으로부터 전도된 슬릿(981e)의 배치를 요구하며, 슬릿은 배치될 때 에지 효과가 고려되어야 한다. 대부분의 경우, 슬릿 길이는 원하는 벤드 라인 마무리 또는 에지 효과를 형성하도록 약간 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에서, 도 31에 개략적으로 도시한 바와 같이, 3차원 구조체를 형성하는 방법이 제공된다. 제1 단계는 3차원 구조체를 설계하는 것이다. 이것은 초기의 설계를 가정하는 하위 단계(370a)를 포함한다. 개념이 정립되면, 일반적이나 필수는 아닌, CAD 또는 컴퓨터를 이용한 설계가 단계(370b 또는 370c) 에서 이루어진다. CAD 설계 단계(370b 또는 370c) 전 또는 도중에 시트재 및 선택적으로 그 두께를 선택하는 단계(371)가 일어날 수 있다.
도 31에 도시한 바와 같이, CAD 설계 단계(370b 및 370c)는 여러 대안적인 하위 단계를 포함할 수 있다. 따라서 일반적인 방안은, 하위 단계(370b1)에서 개념 설계가 3차원 CAD로 이루어진 후 편평해지는 것이다. 대안적으로, 단계 370b2에서, 설계는 시트 플랜지를 연속으로 벤딩함으로써 이루어질 수 있다. 또한 하위 단계 370b3에서 2차원으로 설계하여 벤드 라인을 위치시킬 수도 있다. 본 발명의 적절하거나 가장 바람직하게 설계된 슬릿 또는 그루브의 배치는 단계 370b4에서 소프트웨어를 통하거나 단계 370b5에서 수작업으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 설계 공정은, 일반적으로 하위 단계 370c1에서 컴퓨터 또는 CAD 소프트웨어 프로그램에 의해 복수의 저장된 설계 및/또는 부분으로부터 선택함으로써 이루어질 수 있다. 그 후 CAD 시스템은 하위 단계 370c2에서, 변경이 필요한 경우, 새롭거나 원하는 설계를 얻기 위해 선택된 부분을 변경시킨다. 최종적으로, 하위 단계 370c3에서, 상기 부분은 소프트웨어에 의해 편평한 상태로 펼쳐진다.
설계 후, 다음 단계는 시트 스톡 슬리팅 장치를 구동시키도록 바람직하게 CNC 컨트롤러를 이용하는 슬리팅 또는 그루빙 단계(373)이다. 따라서 하위 단계(373a)에서, 편평한 부분 및 설계된 슬릿 또는 그루브를 나타내는 데이터는, CAD 또는 CAM 시스템으로부터 CNC 컨트롤러로 전송된다. CNC 컨트롤러는 절단 및 제작 장비에 대하여 슬리팅 및 다른 형성 단계를 제어한다. 따라서 하위 단계(373b)에서, 부가(몰딩, 주조, 광 조형) 또는 제거(슬리팅, 커팅) 또는 절단(펀칭, 스탬핑, 다이 커팅) 제작 기술을 이용하여 편평한 부분이 형성된다.
선택적으로, 형성된 편평한 시트는, 표면 처리(373c), 부품의 부착(373d), 검사(373e), 및 일반적으로 편평하거나 코일 상태로의 보관(373f)과 같은 단계를 수행할 수도 있다.
시트재는 단계 377에서 벤딩 또는 폴딩되기 전에 흔히 단계 375에서 이송 단계를 밟는다. 슬릿 시트 스톡은 편평하거나 코일 상태로 제작 현장으로부터 원격의 벤딩 및 조립 현장으로 가장 효율적으로 이송된다.
벤딩 또는 폴딩(377)은 정밀하며 작은 힘으로 이루어진다. 대부분의 구조체에 있어서 벤딩은 복수의 벤드 라인을 따라 일어나며 흔히 시트의 2개의 부분이 접촉할 때까지 지속된다. 상기 2개의 부분은 접촉 지점에서 시트의 접촉부가 서로 결합되어 단계 379에서 강성의 하중 지지 3차원 구조체를 형성한다. 선택적으로, 구조체는 폴딩된 부분을 서로 둘러싸서 결합시키는 폐쇄 단계에 의해 3차원 하중 지지 구성으로 체결될 수 있다.
폐쇄는 3가지 이상의 방식으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서는, 폴드의 각도가 이를 형성하는 슬릿의 형상에 의해 알려지지 않는다(도 24에 도시한 바와 같이 특정 폴딩 각도에 대한 에지-대-면 결합의 최대 접촉 영역을 이루기 위한 슬릿 경사 각도를 이용하는 기술에도 불구하고). 각각의 폴드의 각도는 일반적으로 3개 이상의 맞물리는 평면에 의해 정해진다. 일부의 경우에는 3개의 직교하는 독 립된 평면을 맞물릴 수 없어서 제한된 회전 각도를 형성하는 다른 방법이 필요하다. 한 가지 방법은, 알려진 각도 관계의 기준 구조에 대하여 구조체를 폴딩하고 이 각도를 접착제, 브레이징, 용접, 납땜, 또는 구조적 신 가드를 폴드의 내측 또는 외측에 부착하는 방법에 의해 고정시키는 것이다. 다른 방법은, 형성된 각도 형태의 내부 구조 및 상기 내부 구조를 폐쇄시키도록 둘러싸는 구조의 벤드를 이용하는 것이다. 이러한 제2 방법은, 도 31의 설계 및 제조 공정 흐름도에서 참조부호 376a,b로 표시되었다. 이러한 폐쇄의 실시예에서, 내부 부분은 제 자리에 남을 수 있거나(376b), 일부의 경우, 폴딩 공정에서만 보조된 후 제거된다(376a).
폐쇄를 위한 다른 방법은, 본 발명의 폴딩된 시트 구조체를 다른 구조체 내부에서 부분 또는 모듈을 폴딩 또는 폐쇄시킴으로써 본 발명에 의해 형성되거나 형성되지 않을 수 있는 기능성 부분과 서로 도킹시키는 공정을 캡춰(capture)하는 것이다. 예를 들어 도 16은 본 발명의 폐쇄를 가능하게 하는 특징의 많은 "캡춰" 중 하나를 나타낸다. 따라서 컬럼(631)은 폴딩된 시트(611)에 의해 폐쇄된다.
다른 분류의 폐쇄는, 본 발명의 2개 이상의 폴딩된 플레이트 구성의 모듈 사이, 또는 본 발명의 하나 이상의 폴딩된 플레이트 구성의 구조를 포함하는 2개 이상의 구성요소 사이에서 연결이 이루어지는 경우에 일어난다. 본 발명의 편평한 재료에 형성되는 형상의 3차원 위치 정밀도는 폐쇄 또는 결합 공정의 특징과 조합되어, 2차 절단 및 맞춤 조절이 필요하지 않은 매우 성공률이 높은 여러 피스를 서로 결합시키는 방법을 가능하게 한다. 이것은, 구멍, 탭, 및 슬롯과 같은 패스닝 형상을 정렬시키기 위한 본 발명의 특징과 구별된다. 이것은 둘레를 감싸는 것에 의해 서로 결합시키는 방법이다.
본 발명의 공정은 상호작용 단계(380)를 포함할 수도 있다. 본 발명을 이용하여 저비용으로 3차원 부품을 만드는 능력은, 설계자가 생산 설계에서 확정 전에 설계를 미세 조정할 수 있는 실질적인 만족을 가능하게 한다.
본 발명의 슬릿 기반의 벤딩 방법 및 장치는 매우 정밀한 벤딩 공차가 가능하다. 본래의 슬릿은, 예를 들어 레이저 또는 워터젯 커터, 스탬핑 또는 펀칭 다이를 제어하기 위해 CNC 기계를 이용하고, 거시적인 부품으로 작업하는 동안에 형성된 벤드가 0.005인치의 공차로 위치되는 매우 정밀한 배치가 가능하다. 이것은 프레스 브레이크 및 매우 숙련된 작업자에 의해 이루어질 수 있는 것보다 적어도 양호하다. 스탬핑 다이 이용의 추가적인 장점 중 하나는, 다이가 쐐기 형상으로 되어 슬릿을 가로방향 또는 커프 폭 방향으로 압축할 수 있다는 것이다. 이것은 슬릿에서 시트재를 국부적으로 압축하여 내피로성을 향상시킨다. 이러한 가로방향 압축 또한 벤딩 시에 에지-대-면 접촉을 형성하도록 커프 폭을 설계하는 경우에 고려되어야 한다. 또한 레이저 또는 워터젯 커팅 후에 내피로성을 향상시키기 위해 쐐기 형상의 스탬핑 다이에 의해 슬릿을 가로방향으로 압축할 수도 있다.
또한 본 발명의 벤딩 방식을 이용하는 경우, 프레스 브레이크의 경우에서와 같이 공차 에러가 축적되지 않는다. 대안적으로, 슬릿 또는 그루브는 시트재에 주조 또는 몰딩될 수 있거나 폴딩될 필요가 있는 시트형 연장부 또는 플랩을 가지는 3차원 주조 부재일 수 있다.
거시적 치수에 가깝거나 미시적 치수의 재료로 작업을 할 때, 일반적으로 마 이크로일렉트로닉스 분야에서 사용되는 다른 성형 방법, 및 전자 빔 조형법 및 에칭과 같은 MEMS가 이용되어 본 발명의 요구되는 형상을 매우 정밀하게 할 수 있다.
굴곡진 그루브 또는 슬릿을 형성하기 위해 레이저 빔(또는 시트재)을 조작하는 것보다, 이러한 빔은 선택적으로 원하는 형상으로 제어 또는 형상화될 수 있으며 빔의 이동 없이 그루브 또는 슬릿을 절단하도록 이용될 수 있다. 필요한 파워는 경량 금속 시트 또는 플라스틱에 가장 적합하도록 제공된다.
본 발명의 방법에 따른 제작 기술은 또한, 슬릿 또는 그루브의 디버링(deburring), 용매 에칭, 아노다이징(anodizing), 표면 부식 방지 처리, 및 페인트, 폴리머, 다양한 코킹 콤파운드와 같은 유연 코팅(compliant coating)과 같은 단계를 포함할 수 있다.
상기 설명으로부터, 본 발명의 시트재의 정밀한 벤딩을 위한 방법의 다른 특징은, 길이방향으로 인접하는 슬릿 쌍 사이에 벤딩 스트랩 웨브를 형성하기 위해 벤드 라인을 따라 인접하게 연장되는 방향으로 축방향으로 이격되는 관계로 길이방향으로 연장되는 복수의 슬릿 또는 그루브를 형성하는 단계를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 길이방향으로 연장되는 슬릿은, 각각 하나 이상의 가로방향으로 연장되는 슬릿 세그먼트에 의해 연결되며 길이방향으로 연결되는 슬릿 세그먼트에 의해 형성된다. 제2 실시예에서, 슬릿 또는 그루브는 원호이거나, 벤드 라인에 대하여 바람직하게 경사지고 폭이 증가되는 벤딩 스트랩을 형성하도록 상기 벤드 라인으로부터 분기되는 단부 부분을 갖는다. 양 실시예에서, 스트랩은 가상 지지점을 중심으로 벤딩을 형성하여, 슬릿의 양측에서 시트재의 에지-대 -면 결합을 이룬다. 벤딩 스트랩 웨브 및 슬릿 또는 그루브의 수 및 길이는 본 발명의 범위 내에서 상당히 변화될 수도 있다. 벤딩 스트랩의 폭 또는 단면적, 및 스트랩의 가로방향 분기 또한, 슬릿 사이의 가로방향 간격에 상관없이 가변될 수 있다. 본 발명의 방법의 추가적인 단계는, 벤딩 웨브를 가로지르는 벤드 라인을 따라 시트재를 벤딩하는 것이다.
본 발명의 방법은 여러 유형의 시트 스톡에 적용될 수 있다. 특히 상당한 두께 및 다양한 성질을 가지는 알루미늄 또는 강철(예를 들어 2인치 탄소강, T6 기질의 6061 알루미늄, 일부 세라믹 및 복합물)과 같은 금속 시트 스톡에 사용되기에 적합하다. 그러나 특정 유형의 플라스틱 또는 폴리머 시트, 및 소성 변형 가능한 복합물 시트 또한 본 발명의 방법을 이용하여 벤딩하는 데 적합할 수 있다. 이들 재료의 특성은, 주어진 온도 및 온도 변화에 대하여 본 발명의 명세서에 적합한 특정 재료를 만드는데 필요할 수 있다. 본 발명의 방법 및 그에 따른 슬릿 시트재는 특히 원격의 슬리팅 또는 그루빙 장소에서 정밀한 벤딩을 하기에 매우 적합하다. 또한 벤드는 프레스 브레이크를 사용하지 않고 정밀하게 형성될 수 있다.
시트 스톡은 또한 제조자에 의해 나중에 벤딩되기 위해 프레스 브레이크 벤딩 및 슬리팅 또는 그루빙될 수 있다. 이로 인해 시트 스톡은, 엔클로저를 완성하기 위해 원격의 제조 장소에서 벤딩되도록 편평하거나 집합된 형상으로 선적될 수 있다. 프레스 브레이크 벤드는 보강되지 않은 슬릿 벤드보다 강할 수 있어서, 제품의 강도를 향상시키기 위해 상기 2가지 방식을 조합하여 이용할 수 있으며, 이 때 프레스 브레이크 벤드는 예를 들어 시트 에지를 따라 위치된다. 슬릿 또는 그 루브가 형성된 벤드는 약간 외측으로 개방되도록 부분적으로만 벤딩될 수 있어서 이러한 시트는 여전히 선적을 위해 집합될 수 있다.
벤딩된 제품은 중첩되는 에지-대-면 결합 및 지지부를 갖는다. 이로 인해 벤딩 스트랩이 상당한 응력을 받지 않고 여러 방향으로부터의 하중을 견딜 수 있도록 제품의 성능이 향상된다. 추가의 강도가 필요한 경우, 또는 외관상의 이유로, 벤딩된 시트재는 예를 들어 용접 또는 벤드 라인을 따라 신 가드 또는 벤딩된 시트를 부착함으로써 보강될 수도 있다. 실질적으로 커프가 0인 슬릿을 형성하는 것의 장점은, 벤딩된 시트가 벤드 라인을 따르는 개방부를 작게 갖는다는 것이다. 따라서 외관상의 이유에 대하여 벤드 라인을 따르는 용접 또는 충전이 덜 필요하게 된다.
직선형 벤드를 도시하였지만, 아치형 벤드가 얻어질 수도 있다. 도 33에는 굴곡진 벤드 라인을 형성하기 위한, 즉 굴곡진 벤드 라인을 따르는 동일한 스트랩 형성 구조를 배치하여 원하는 굴곡진 중심선 상에 가상의 지지점을 떨어뜨려 배치하는 한 가지 기술이 도시되어 있다.
시트(931)에는, 굴곡진 벤드 라인(933)의 양쪽에 위치되는 동일한 슬릿(932)이 형성되어 있으며, 이 시트는 주름진 패널로 폴딩되어 있다. 슬릿(932)은 도 6의 슬릿과 유사한 형태를 가지며, 중앙 부분은 직선형이고 단부 부분은 분기되거나 외측으로 굴곡져 있다. 그러나 슬릿(932)은 벤드 라인에 배치되어 있다. 벤드 라인의 곡률 반경이 감소하면, 벤드 라인(933)을 따르는 슬릿(932)의 길이가 감소되어 굴곡에 보다 가까워진다.
주름진 시트(931)는 롤 형태의 주름진 패널에서 흔히 볼 수 있는 중절모(hat) 형상의 단면을 갖는다. 깔개 구조로 사용되는 경우, 이 구성은 코드 시트 부분(934)이 전체 패널 중량의 절반만을 포함하기 때문에 도 20의 연속 패널만큼 바람직하지 않으나, 다른 응용에서는 장점을 가지며 재료를 덜 필요로 한다.
제2 기술은, 매끄럽게 굴곡진 벤드를 형성하기 위해 벤딩 스트랩을 형상화하는데 동일하지 않은 스트랩 형성 슬릿을 이용하는 것이다. 벤딩된 시트는 벤드 라인의 양쪽에 굴곡진 표면을 가지게 된다. 계단형 슬릿이 사용되면, 길이방향으로 연장되는 슬릿 세그먼트가 짧아질 수 있다.
도 38a 내지 38c는 섀시의 다른 실시예를 나타내며, 도 38b 및 38c는 도면을 명확하게 하기 위해 도 38a의 상세한 부분을 생략하고 개략적으로 도시하였다. 이 실시예에서, 시트(1380)는 구조적인 레그 또는 프레임 부재를 가지는 3차원 물체를 형성하도록 형상화되어 있다. 도 38b에서 볼 수 있는 바와 같이, 형성된 3차원 물체는 섀시 또는 그 내부에 지지되는 부품에 용이하게 접근할 수 있도록 실질적으로 개방된 측부를 가지며, 이 개방된 측부는 3차원 물체를 형성하는데 필요한 재료를 저감시킬 수도 있다.
시트(1380)의 외형은, 펀칭, 스탬핑, 롤 성형, 기계가공, 레이저 절단, 워터젯 절단 등을 포함하는 임의의 적절한 수단에 의해 형성될 수 있다. 또한 시트(1380)는, 스탬핑된 구역(1383)과 같은 종래의 스탬핑된 형상을 포함하는 종래의 표면 형상으로 형성될 수도 있다. 스탬핑된 구역(1383)은 잘 알려진 방식으로 섀시 또는 그 내부에 위치되는 여러 부품을 위한 간극 수단을 제공한다. 특히, 스탬 핑된 구역은 섀시에 부착될 물품의 형상을 수용할 수 있는 치수로 형성될 수 있다. 예를 들어, 부품은 스탬핑된 구역에 위치되는 구멍을 통과하여 연장되는 패스너 또는 다른 적절한 수단에 의해 특정의 스탬핑된 구역에 위치될 수 있다. 도 38a에 도시한 바와 같이, 섀시의 실시예는 스탬핑된 구역(1383)을 포함한다. 다른 실시예에서, 스탬핑된 구역은 외피일 수 있거나, 부착용 탭을 포함하여 섀시의 구조적 특성을 보강하거나 변경시키도록 하는 치수로 형성된다. 본 발명에 따라 많은 변형이 이용될 수 있다.
도 38a 및 38b 모두에서는, 시트(1380)가 부착용 탭(1381) 및 상기 탭과 상기 탭에 인접하는 시트의 부분에 패스너 수용 개구부(1382)를 포함한다. 각각의 개구부는 서로 정렬되고 패스너에 의해 고정되어 조립체를 하중 지지 3차원 형태로 체결한다.
시트(1380)는 또한, 정밀한 벤드 라인(1385)을 형성하는 벤딩 스트랩 형성 구조(1384)를 포함한다. 도 38a는 벤딩 스트랩 형성 구조 및 스탬핑된 구역이 형성된 후의 시트를 나타낸다. 이에 비해, 도 38b는 벤드 라인을 따라 완전히 벤딩된 후의 3차원 섀시를 나타낸다. 도 38c는 선적을 위한 스택을 형성하도록 서로 적층된, 복수의 불완전한 중간 형태의 섀시를 나타낸다.
도 38a에서 시트는 편평하다. 2차원(또는 보다 정확하게는 준 2차원) 시트로부터 3차원 구조체를 형성하기 위해, 시트는 벤드 라인(1385)을 따라 벤딩된다. 완전히 벤딩된 후, 섀시는 도 38b에 나타낸 바와 같이 계단형 또는 지그재그 형상을 갖는다. 또한 부착용 탭의 적어도 일부는, 대응되는 패스너 수용 개구부(1381) 와 정렬되도록, 인접하는 다른 부착용 탭과 맞물린다. 패스너(미도시)를 패스너 수용 개구부에 배치함으로써, 섀시는 강성의 3차원 지지 프레임을 형성한다. 다른 실시예에서, 섀시는 예를 들어 부착용 탭에 의해 외부 부재에 부착될 수 있고/또는 다른 부품은 섀시에 부착될 수 있다.
도 38c는, 도 38a의 편평한 시트와 도 38b의 완전히 형성된 물품 사이의 불완전 중간 형태인 복수의 시트(1380)를 나타낸다. 중간 형태에서, 시트는 부분적으로만 벤딩되어 있다. 이러한 불완전한 형태는, 부분적으로 벤딩되면 섀시가 안정적인 스택을 형성하도록 서로 맞물리기 때문에, 바람직하다. 스택을 형성할 수 있다는 것은 보관 또는 운반에 있어서 매우 바람직하다. 도 38b의 완전한 형태는 시트를 추가로 벤딩함으로써 이루어질 수 있다.
도 39a 및 도 39b에 도시한 본 발명의 다른 실시예에서, 시트재는 3차원의 굴곡진 채널이 되도록 구성될 수 있다. 시트(1390)는, 시트 외주(1391), 플랜지(1392), 벤드 커브(1393), 벤딩 스트랩 형성 구조(1394), 및 채널 프로파일(1395)을 갖는다. 도 39a는 또한, 시트(1390)와 동일한 시트로부터 만들어질 수 있거나 만들어지지 않을 수 있는 제2 시트재(1399)를 나타낸다. 도 39a는 시트에 벤딩 스트랩 형성 구조가 형성된 후, 그러나 시트(1390)가 3차원 구성으로 벤딩되기 전의 시트를 나타낸다. 이에 비해 도 39b는, 시트가 벤드 라인을 따라 벤딩된 후의 3차원의 굴곡진 채널을 나타낸다.
도 39a에 도시한 바와 같이, 시트(1390)는, 본 실시예에서는 직선이 아닌 벤드 커브(1393)를 형성하도록 배치된 벤딩 스트랩 형성 구조(1394)(축척 때문에 개 략적으로만 도시함)를 포함한다. 다른 실시예에서, 벤드 커브는 완전히 직선이 아니거나, 직선 및 직선이 아닌 부분을 포함할 수 있다. 특정의 벤드 커브는 다른 벤드 커브 또는 이들의 일부분과 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 벤드 커브는 시트(1390)의 곡선의 집합 형태일 수도 있다. 또한 시트 외주(1391)는 다른 실시예에서는 직선 또는 곡선일 수 있다. 본 발명에 따라 많은 배치(layout)의 변형이 이용될 수 있다.
도 39b는 벤드 커브(1393)를 따른 시트(1390)의 벤딩 후의 3차원의 굴곡진 채널(1395)의 실시예를 나타낸다. 도 39b는 도 39a의 시트(1390)의 실시예의 약 절반에 해당하는 형상을 가지는 편평한 시트를 벤딩함으로써 형성되는 실시예를 나타낸다. 도 39b에서, 채널의 단면은 상부 중절모 형상이고, 채널의 단면적은 채널의 길이를 따라 단순 변화된다. 다른 실시예에서, 단면적은 비단순 방식으로 변화될 수 있다. 예를 들어 단면적은 수렴 및 발산될 수 있다. 도 39a는 그 예이다. 굴곡진 채널(1395)의 실시예의 범위는 전술한 바와 같이 유체 기밀되도록 밀봉되는 것이며 따라서 유체의 수송에 유용하다.
시트(1390)의 재료 특성 및 벤드 커브(1393)의 형상에 따라, 시트를 3차원 구조체로 벤딩 또는 폴딩하면, 폴딩되지 않은 시트의 평면으로부터 시트가 굴곡된다. 이러한 변위는 벤딩에 의해 방해되는 시트재의 평형 상태의 결과이다. 벤딩에 의해, 시트는 벤드 라인을 따르는 벤딩에 의해 유도되는 내부 응력에 반응하고, 새로운 평형 상태에 도달하는 과정, 예를 들어 벤딩이 시트를 특정 형상으로 "스냅(snap)"시키도록 하는 "오버-센터(over-center)" 유형의 상태에 도달하는 과정에 서 변형될 수 있다. 다른 실시예에서, 시트재 및 벤드 라인 형상은 설계 및 의도된 용도에 따라 이러한 변형을 보조 또는 방해한다.
도 39c는 구조적 강성을 증대시키고 중공 빔을 형성하기 위해 제2 시트재(1399)에 고정되는 굴곡진 채널(1395)의 실시예를 나타낸다. 도 39a의 제2 시트(1399)를 참조하기 바란다. 도 38b의 굴곡진 채널 실시예에 따른 특히 직선형 예시에서는, 편평한 시트가 플랜지(1392)(도 39b)의 상부에 놓여 채널을 덮고, 가접(tack welding), 스크루, 리벳, 볼트, 핀, 또는 접착제와 같이 잘 알려진 고정 수단에 의해 플랜지에 고정된다. 그 결과, 개방된 구조체인 굴곡진 채널(1395)에 비해 벤딩 및 비틀림 강성이 향상된 중공의 폐쇄된 구조체가 얻어진다.
다른 실시예는 굴곡진 채널(1395)을 편평하지 않은 제2 시트(1399)와 조합한다. 그 결과, 대부분이 빔으로 사용되기에 매우 적합한, 폐쇄된 중공 구조체가 얻어진다. 예를 들어 2개의 동일하게 굴곡진 채널이 플랜지(1392)를 따라 고정되어 굴곡진 박스 빔을 형성한다. 본 발명에 따라 많은 이러한 변형이 이용될 수 있다.
또한 중공의 폐쇄된 구조체의 일부 실시예는, 추가적인 보강을 위해 중공 구조체의 내부에 배치되는 충전재를 포함한다. 예를 들어 중공의 폐쇄된 구조체는, 발포재(foam), 또는 금속, 플라스틱, 또는 섬유재와 발포제(foaming agent)를 포함하는 충전재로 채워질 수 있다. 이들 그리고 다른 많은 변형이 본 발명에 따라 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 빔, 채널, 또는 L자 형상의 형태와 같은 개별 구조적 부재는, 용접, 브레이징, 또는 패스너와 같은 잘 알려진 수단에 의해 시트의 단일 폴드 가 결합됨으로써 만들어진다. 그러나 전술한 바와 같이 2차원 시트로부터 3차원 구조체를 정밀하게 형성하는 오리가미형(origami-like) 공정은, 복수의 시트가 아닌 단일 시트로부터 형성되는 하중 지지 부재를 포함하는 경량 모노코크(monocoque) 프레임을 가능하게 한다. 예를 들어 굴곡지거나 직선형인 박스 빔은 강도 대 중량 비율이 높은 장점을 제공하기 위해 외골격 설계에 이용될 수도 있다. 중량이 나가는 솔리드 빔 또는 프레임을 이용하는 것보다, 중공의 폴딩 또는 벤딩된 빔이 중량이 작으면서 대응되는 강도를 가질 수 있다. 원하는 경우, 이러한 중공 빔은 전술한 바와 같이 충전될 수도 있다.
도 40a 내지 40h는 단일 시트재로부터 외골격 프레임을 형성하는 실시예를 나타낸다. 일부 특징에서, 이 실시예의 원리는 도 32a에 도시한 사다리 구조체의 경우와 유사하나, 프레임 형태의 구조체에 특히 적합하도록 간소화된 구조체이다. 도 40a는 폴딩을 위해 준비된 단일 시트재를 나타낸다. 나머지 일련의 도면들은 3차원의 폐쇄된 프레임을 형성하는 폴딩 과정을 나타낸다. 도 40a 내지 40h는 벤드 라인을 따라 스트랩 형성 구조를 벤딩하는 것을 개략적으로 나타낸다. 이러한 구조의 여러 실시예를 이하에 상세히 설명한다.
도 40a 내지 40h에는, 시트(1400), 제거부(1401), 부착용 탭(1402), 패스너 수용 개구부(1403), 벤드 라인(1404), 폴딩부(1405~1407), 및 걸쇠(clasp)(1408)가 도시되어 있다. 도 40a에서, 시트에는 전술한 바와 같이 벤딩 스트랩 형성 구조 및 벤드 라인이 형성되어 있다. 또한 제거부(1401)는 절결되어 폐쇄되거나 개방된 최종 프레임형 구조를 가능하게 한다.
도 40b 내지 40h는 폴딩 순서의 일 실시예를 나타낸다. 도 40b에서, 폴딩부(1405)는 벤드 라인(1404b)을 따라 벤딩되어 L자 형상의 단면을 가지는 부재를 형성한다. 마찬가지로 도 40c 및 40d는 각각 벤드 라인(1404c, 1404d)을 따라 벤딩된 폴딩부(1406, 1407)를 나타낸다. 그 결과, L자 형상의 단면을 가지는 부재가 시트(1400)의 상부, 하부, 및 중간부에 있게 된다. 순서를 계속하면, 2차원 시트는 도 40e 내지 40h에서와 같이 벤드 라인(1404e~h)을 따라 폴딩됨으로써 3차원 외골격 구조로 형성된다. 이들 단계 각각에서, 부착용 탭(1402)은 서로 맞물리는 관계로 연장되어, 부착용 탭의 패스너 수용 개구부(1403)(도 40a)가 정렬되도록 한다. 일단 정렬되면, 패스너는 패스너 수용 개구부에 삽입되고 본 실시예에서는 걸쇠(1408)가 외골격 프레임을 고정시켜 펼쳐지지 않도록 한다. 본 발명에 따라 이러한 구조의 고정을 위한 다른 대안이 가능하며 이용될 수 있다.
본 명세서에서 설명한 원리의 넓은 측면에 따르면, 형태는 폴딩된 단일 시트의 형태 및 강성이 용도에 따라 맞춤될 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어 도 40a 내지 40a 도시된 실시예에서, 프레임의 부재의 단면은 L자 형상이다. 다른 실시예에서, 프레임 부재는 이것에만 한정되지 않지만 C자 형상, 삼각형, 박스 형상, 및 을 포함하는 상이한 단면을 가지며, 용도에 따라 벤딩 및 비틀림 강성이 상이해질 수 있다.
도 41은 도 40a 내지 40h에 도시한 실시예와 유사한 외골격 프레임의 실시예의 모서리 부분을 나타낸다. 그러나 도 41의 실시예는 상이한 단면 형상에 의해 상이한 벤딩 및 비틀림 강성을 가지는 부재를 포함한다. 도 41은 또한 모서리 부 분에 대한 폴딩 순서(a~e)를 나타낸다.
도 41은, L자 형상의 단면부(1411), 채널 단면부(1412), 벤드 라인(1413 및 1413b~e), 채널 벽(1415), 부착용 탭(1416), 표면 슬롯(1414), 시트 표면(1419), 및 에지 슬롯(1417)을 나타낸다. 도 41에서, 벤드 스트랩 형성 구조는 벤드 라인을 따라 놓이지만 도면을 명확하게 하기 위해 생략하고 대신에 폴드 라인을 따라 연장되는 중심선으로 개략적으로 나타내었다. 벤드 스트랩 형성 구조의 상세는 전술한 것을 참고 바란다.
도 41에서, L자 형상의 단면부(1411)는 하나의 벤드 라인을 따르는 벤딩에 의한 것이며, 도 40에 도시한 실시예의 L자 형상의 단면부와 유사하다. 반대로 도 41의 실시예는, 복수의 벤드 라인을 따라 벤딩함으로써 시트 표면(1419)에 폴딩되는 채널 단면부(1413)를 포함한다. 그 결과, L자 형상의 단면부와 상이한 벤딩 및 비틀림 강성을 가지는, 폐쇄된 박스 빔이 형성된다. 이러한 빔을 크로스 부재로서 포함하는 것은 예를 들어 래크(rack) 장치에서 가로방향의 무거운 하중을 지지하는데 유리하다. 본 발명에 따라, 다각형과 같은 다른 단면 형상이 이용될 수 있다.
도 41a~c는 도 40a~h의 폴딩 순서와 유사한 폴딩 순서를 나타낸다. 도 41a에서 시트(1419)는 편평하다. 도 41b~c의 벤드 라인(1413b~c)을 따르는 폴딩에 의해 채널 단면부(1412)가 형성된다. 도시한 실시예에서, 채널 벽(1415)의 부분은, 대응되는 표면 슬롯(1414)과 짝을 이루는 에지 슬롯(1417)을 포함하도록 하는 치수로 형성되어 있다. 예를 들어 리벳과 같은 패스너가 양쪽 슬롯에 삽입되어 짝을 이루면 구조체의 강성이 증가된다. 보다 상세한 내용은 도 42a 내지 42c를 참고 바란다.
도 41c~d는 구조체의 강성을 증가시키기 위한 외골격 구조의 고정부에 대한 다른 측면을 나타낸다. 벤드 라인(1413)을 따르는 위치로 벤딩된 부착용 탭(1416)은, 하나의 L자 형상 단면부(1411)를 스크루(미도시)와 같은 패스너에 의해 채널 단면부(1412)와 결합시킨다. 도 40에 도시한 것과 같은 부착용 탭을 가짐으로써, 이 커플링은 전체 외골격 구조를 서로 결합시키게 되며, 따라서 하중이 분산되고 구조체의 강성이 증가된다. 도 40에서와 같이, 부착용 탭과 구조체의 다른 부분 사이에서 접촉하는 시트면에는 패스너가 관통된다. 다른 중첩된 시트 부분이 마찬가지 방식으로 고정될 수 있다.
도 42a 내지 42c는 도 41b의 외골격 프레임 실시예의 모서리 부분의 상세도이다. 도 42a는, 채널 벽(1415), 시트 표면(1419), 벤딩 라인(1413b), 표면 슬롯(1414), 에지 슬롯(1417), 에지 슬롯 벽(1420), 및 너브(nub)(1421)를 나타낸다. 도 42b 및 42c는 2개의 실시예에 대한 에지 슬롯 영역 부근의 상세도이다. 도 42a에서와 같이, 도 42b 및 42c는, 에지 슬롯(1417), 에지 슬롯 벽(1420), 및 너브(1421)를 나타낸다. 또한 도 42b는 에지 슬롯 벽의 쇼울더 영역(1422)을 나타내고, 도 42c는 에지 슬롯 벽의 플레어(flare) 영역(1423)을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 도 41b 및 도 42a에 도시한 형태로부터 도 41c에 도시한 형태로 폴딩하는 것은, 대응되는 표면 슬롯(1414)과 맞물려 통과하는 너브(1421)를 포함한다. 리벳 또는 스크루(미도시)와 같은 패스너는, 일단 짝을 이루어 정렬되면, 짝을 이루는 표면 및 에지 슬롯에 위치되어, 다른 실시예에 따른 다른 방식으 로 슬롯 벽(1420)의 부분과 결합될 수 있다. 본 발명에 따라 여러 방식으로 결합되면, 비교적 강성이 양호한 구조체가 형성된다.
도 42b 및 42c는 2개의 예시를 나타낸다. 도 42b는 에지 슬롯 벽(1420)이 쇼울더 영역(1422)을 포함하는 실시예를 나타낸다. 쇼울더 영역은 에지 슬롯(1417)의 베이스부에 위치되며, 예를 들어 리벳 에지와 같은 수용 및 결합을 위한 패스너 에지(미도시)에 대한 랜드(land)를 제공한다. 도 42c는 에지 슬롯 벽(1420)이 플레어 영역(1423)을 포함하는 다른 실시예를 나타낸다. 슬롯 벽의 플레어 영역은 에지 슬롯(1417)의 베이스부에 위치되며, 스크루(미도시)와 같은 패스너를 수용하도록 플레어된 표면을 제공한다. 스크루에 토크를 가하면 스크루 나사선이 에지 슬롯(1417)의 길이를 따라 슬롯 벽(1420)과 맞물린다. 대부분의 실시예에서, 채널 벽(1415)은 얇기 때문에 패스닝 전에 슬롯 벽에 나사산을 형성하는 것은 필요하지 않다.
도 40 내지 42c는 직선형 구조 부재를 포함하는 프레임 실시예를 나타내지만, 굴곡진 구조 부재가 이용될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 다른 실시예는 단일 시트로부터 형성되는 굴곡진 구조 부재의 프레임을 포함한다. 일 실시예에서, 도 43a 내지 43c는 3개의 굴곡진 채널을 가지는 실시예를 나타낸다. 다른 실시예에서, 이러한 채널은 전술한 바와 같이 중공의 폐쇄된 구조체를 형성하도록 제2 시트재에 고정될 수 있다. 또한 이러한 중공의 구조체는 전술한 것과 같은 보강용 충전재로 채워질 수 있다.
도 43a 및 43b는 각각, 3차원의 굴곡진 채널의 외골격 프레임이 되도록 폴딩 되기 전후의 시트재를 나타낸다. 이들 도면은, 시트(1430), 시트 외주(1431), 플랜지(1432), 벤드 커브(1433), 벤딩 스트랩 형성 구조(1434), 채널(1435), 연결 영역(1436), 및 핑거 탭(1437)을 나타낸다. 도 43a는 시트에 벤딩 스트랩 형성 구조를 형성한 후의 시트를 나타낸다. 이에 비해 도 43b는 벤드 라인을 따라 시트를 벤딩한 후의 3차원의 굴곡진 채널을 나타낸다. 그러나 이들 도면은 명확하게 도시하기 위해 굴곡진 벤드 스트랩 형성 구조를 생략하였다.
도 43b에 도시한 바와 같이, 벤드 라인의 굴곡으로 인해, 채널(1435)은 적어도 벤드 커브를 따라 적어도 부분적으로 벤딩된 후에 시트(1430)의 본래 평면으로부터 굴곡되어 연장된다. 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 본래 평면으로부터의 변형이 크다. 다른 실시예에서는, 재료의 특성, 벤드 커브의 배치, 또는 벤드 커브를 따르는 벤딩과 상관없는 가압 또는 성형에 따라 보다 크거나 작은 정도로 변형될 수 있다. 또한 도 43a 및 43b의 실시예가 수렴-발산되는 단면의 채널을 가지는 반면, 다른 실시예는 단면이 수렴되는 채널 또는 수렴되는 채널과 수렴-발산되는 채널의 조합을 갖는다. 본 발명에 따라 다양한 형상이 이용될 수도 있다.
도 43c는 도 43b의 외골격 프레임의 중앙 영역의 상세도이다. 도 43a 및 43b와 마찬가지로, 도 43c는, 시트(1430), 시트 외주(1431), 플랜지(1432), 벤드 커브(1433), 벤딩 스트랩 형성 구조(1434), 채널(1435), 연결 영역(1436), 및 핑거 탭(1437)을 나타낸다. 또한 도 43c는, 리브(1438), 핑거 탭 개구부(1439), 및 굴곡진 핑거 탭 부분(1440)을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 벤딩 스트랩 형성 구조의 상세는 도면을 명확하게 하기 위해 생략하였다.
도 43c에서, 시트(1430)의 일부분은 핑거 탭(1437)으로부터 제거되었다. 핑커 탭(1430)은 프레임이 시트의 변형, 특히 시트의 본래 평면, 즉 벤딩 전의 시트의 평면(도 43a)으로부터의 변형을 수용하도록 한다. 따라서 핑거 탭은 바람직하게 벤드 라인(1433)의 비교적 굴곡이 커다란 부분에 인접하여 위치된다. 도 43c의 실시예에서, 최대 변형은 연결 영역(1436) 근처에서 일어난다. 따라서 핑거 탭(1437)은 연결 영역에 인접한다. 그러나 다른 실시예에서는, 원하는 변형에 따라, 상이하거나 추가적인 위치에 있는 핑거 탭을 포함할 수 있다.
연결 영역(1436)은 외골격 프레임의 실시예를 다양화 하는 형상의 범위를 갖는다. 도 43a의 연결 영역에 비해, 다른 실시예는 보다 타원형 또는 원형인 연결 영역을 갖는다. 또 다른 실시예는 도 43a의 실시예의 경우보다 더 다각형인 연결 영역을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 연결 영역은 허브형(hub-like)의 분리 가능한 불연속 피스이다. 허브형 연결 영역에서, 허브형 피스는, 빔 또는 채널과 같은 구조적 부재를 수용할 수 있는 치수로 형성된다. 구조적 부재는, 전술한 바와 같이, 또는 본 발명에 따른 여러 방법으로 허브에 부착될 수 있다.
전술한 바와 같이, 외골격 프레임의 실시예는 굴곡이 크게 이루어질 수 있다. 일부의 실시예에서는 임의의 하나 이상의 핑거 탭(1437)이 말단부에 굴곡부(1440)를 포함한다. 이러한 굴곡부는 일부의 실시예에 대하여 바람직하며, 그 이유는, 예를 들어 전술한 바와 같이 중공의 폐쇄된 구조체를 형성하는 경우에 다른 굴곡된 피스에 대한 고정을 보다 양호하게 수용할 수 있기 때문이다. 굴곡부에 의해, 핑거 탭의 말단부는, 프레임 구조체가 시트(1430)의 본래 평면으로부터 연장 되는 경우에 플랜지(1432)와 동일하거나 유사한 곡률을 따를 수 있다. 이러한 굴곡부가 없다면, 핑거 탭의 말단부는 편평하여, 전체적인 외골격 프레임의 굴곡 정도에 따라 다른 피스에 핑거 탭을 고정하는 것이 적절하거나 적절하지 않을 수 있다.
일부의 실시예에서는 하나 이상의 핑거 탭(1437)이 스탬핑된다. 스탬핑은 굴곡부(1440)를 형성하고, 핑거 탭의 말단부를 시트(1430)의 본래 평면으로부터 구부리게 된다. 연결(또는 허브) 영역 또는 그 부근의 시트를 스탬핑할 때 프로그레시브 다이가 이용될 수 있다.
도 43c의 실시예는 또한 보강 리브(1438)를 포함한다. 바람직하게, 리브는 시트에 스탬핑되어 국부적인 단면 형상을 변경시킴으로써 시트의 보강 효과를 낸다. 또는, 시트에 재료가 추가되어 보강 리브를 형성할 수 있다.
다른 실시예에서, 보강 리브는 벤드 라인 및/또는 핑거 탭을 따라 위치될 수 있다. 도 43c의 실시예는, 벤드 라인(1433)에 인접하며 벤드 라인과 실질적으로 정렬되는 보강 리브를 나타낸다. 이 경우, 보강 리브는, 연결 영역(1436)의 굴곡이 비교적 크기 때문에 바람직하다. 보강이 없는 경우 시트는 버클(buckle)로 조여질 수 있다.
마찬가지로, 도 43c는 핑거 탭(1437) 근처 및 내부에 위치되는 보강 리브를 나타낸다. 핑거 탭 내부에서, 보강 리브는 바람직하게, 보강 리브 각각의 길이방향 축이 핑거 탭의 말단부 또는 말단부를 지나서 교차하도록 쌍으로 배향된다. 도 43c에서 제안한 바와 같이, 이러한 배향은 핑거 탭 내부에 소형 컬럼을 형성하는 효과를 가지며, 이것은 버클 조임 없이 응력을 전달하는데 바람직한 것으로 확인되었다. 또한 도 43c의 실시예는 핑거 탭의 2개의 보강 리브 사이에 개구부를 포함하며, 이것은 핑거 탭의 컬럼형 구조를 형성하는데 바람직하다. 다른 실시예는, 핑거 탭 외주의 전체 또는 일부분에 플랜지와 같은 보강 구조를 가지는 핑거 탭을 포함한다. 그러나 이러한 개구부 및 핑거 탭을 가지는 보강 리브, 또는 둘레 플랜지는 필수가 아니다.
도 44는 마찬가지로 편평한 시트재에 의해 형성된 3차원 외골격 프레임(1440)을 나타낸다. 외골격 프레임(1440)은 베이스(1441) 및 상부(1442)를 포함하는 기립된 형태이다. 베이스 및 상부는 전술한 것과 유사한 방식으로 벤드 라인이 형성된 편평한 시트재로부터 형성된다. 일부의 경우, 베이스가 형성되는 동일한 시트재로부터 상부를 형성하는 것이 가능하다. 3차원 구조체를 형성하기 위해 베이스 및 시트가 벤드 라인을 따라 벤딩되면, 이들은 서로 조립되어 도시된 프레임(1440)을 형성하게 된다. 조립 시, 베이스 및 상부는 리벳, 스크루, 너트와 볼트, 접착제와 같은 적절한 패스너, 및/또는 다른 적절한 수단에 의해 고정된다.
이 실시예에서, 시트재는 상부 및 베이스의 조립 시에 편평한 패널의 비틀림을 허용하고 수용하도록 구성된다. 예를 들어 상부(1442)는, 전술한 방식으로 벤드 라인이 형성된 편평한 시트재로부터 형성된다. 따라서 상부의 모든 부분은 본래 편평하다. 예를 들어 패널(1443)은 본래 조립되기 전에 편평한 패널이다. 조립 시에, 패널(1443)에는, 도 44에 도시한 바와 같이 단부가 레그(1445, 1446)의 상단부에 부착되면, 비틀림 영역(1444)이 발생한다. 특히 패널(1443)은, 가장 좌 측의 표면이 레그(1445)의 가장 상부의 표면과 부합되고, 가장 우측의 표면이 레그(1446)의 가장 상부의 표면과 부합되도록, 비틀린다. 레그(1445, 1446)가 서로에 대하여 경사를 이룸에 따라, 패널(1443)의 표면은 레그(1445, 1446)의 편평하지 않은 표면을 수용하도록 비틀린다. 도 44에서 패널(1443)은 영역(1444)에서 상당히 비틀려 있지만, 패널은 영역(1444)의 외측에서 다양한 정도로 비틀릴 수도 있다.
프레임(1440)의 구성은 비틀림이 허용되는 시트재의 비교적 얇은 벽 특성을 이용하여, 복잡한 형상을 가지는 광범위한 설계를 가능하게 한다. 벤드 라인(1447)이 실질적으로 직선인 반면, 베이스(1441) 및 상부(1442)가 각각의 벤드 라인을 따라 벤딩되고 조립되면, 베이스(1441) 및 상부(1442)는 복잡하게 굴곡진 면 및 에지를 가지는 복잡한 형상을 가지는 패널을 포함한다. 예를 들어 에지(1448, 1449)는 비스듬한 커브, 즉 하나의 평면에 놓이지 않는 커브를 갖는다. 이러한 "비틀림" 구성은 광범위한 3차원 구조체 및 광범위한 기하학적 형상에 이용될 수 있다.
벤딩 스트랩의 분배 및 폭은, 벤딩에 필요한 국부적인 힘과 보강되지 않은 벤드의 잔류 강도 사이의 이율배반(trade-off) 차이를 포함하는 여러 이유에 대하여 벤드 라인의 길이를 따라 변화될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 벤딩 스트랩이 매우 근접하게 접근함에 따라 동시에 인접하는 형상이 형성되어, 가장 근접하는 벤딩 스트랩이, 접근하는 형상 가까이에 드물게 형성되거나 보다 얇은 스트랩이 벤딩된 재료를 편평하게 유지하게 된다.
최종적으로, 본 발명의 벤딩된 구조체는 용이하게 펼쳐질 수 있다. 이로 인해, 다른 장소로 이송되거나 시트재의 재생을 위해 3차원 구조체가 분해되거나 해체되는 것이 가능하다. 벤딩된 시트재는 흔히 편평하게 되거나, 심지어는 반대로 벤딩될 수 있어서, 그 후에 5 내지 10 이상의 회수로 다시 벤딩된다. 이로 인해 한 장소에서 구조체를 벤딩 또는 제작하고, 제2 장소에서 전개(unbending), 수송, 및 반복 벤딩(re-bending)을 하는 것이 가능하다. 전개는, 시트재의 재사용 및 부품의 제거를 위해 구조체가 전개되어 재생 센터로 보내지는 것을 가능하게 한다.
설명의 편의 및 청구범위에서의 정의를 정확하게 하기 위해, 용어, "상", "상부", "하", "하부", "내부", 및 "외부"는 도면에 표시된 위치를 참조하여 본 발명의 특징을 설명하기 위해 사용되었다.
본 발명의 특정 실시예의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 이루어진 것이고, 본 발명을 특정 형태로 한정하기 위한 것이 아니며, 상기 설명을 바탕으로 하여 많은 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 명백하다. 실시예는 본 발명의 원리 및 그 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었으며, 따라서 당업자들은 본 발명 및 다양한 변형을 가지는 여러 실시예가 특정 용도에 적절하게 고려되도록 최적으로 이용할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 청구범위에 정의한 것 및 그 동등물을 모두 포함한다.

Claims (59)

  1. 3차원 구조체를 형성하기 위한 시트재에 있어서,
    상기 시트재에는 복수의 벤딩 스트랩 형성 구조(bending strap-defining structure)가 형성되고,
    상기 벤딩 스트랩 형성 구조는 복수의 벤드 라인을 형성하도록 위치되고,
    각각의 상기 벤드 라인에 인접하는 벤딩 스트랩 형성구조는, 상기 벤드 라인을 가로질러 연장되는 길이방향 스트랩 축을 가지는 벤딩 스트랩을 형성하며,
    상기 벤딩 스트랩 형성 구조는 상기 벤드 라인을 따라 상기 시트재의 벤딩을 형성하도록 구성되고 위치되는,
    시트재.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 벤드 라인은 직선이 아닌 부분을 가지는 벤드 커브(bend curve)인, 시트재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시트재의 외주의 적어도 일부분이 굴곡된, 시트재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤딩 스트랩 형성 구조는 상기 시트재를 관통하여 형성된 슬릿인, 시트재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 시트재의 벤딩 시에 상기 슬릿의 양측에서 상기 시트재의 에지-대-면 결합(edge-to-face engagement)이 이루어지도록 하는 커프 치수(kerf dimension) 및 조그 거리(jog distance)를 가지는, 시트재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벤딩 스트랩 형성 구조는 상기 시트재를 관통하지 않는 깊이로 형성되는, 시트재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 벤드 라인을 따라 상기 시트재를 벤딩하여 외골격(exoskeletal) 구조체를 형성하기 위기 위한 치수로 복수의 상기 벤드 라인이 구성되는, 시트재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외골격 구조체는 섀시(chassis)인, 시트재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시트재를 벤딩하면 굴곡진 채널의 형태로 구조적 부재(structural element)가 형성되는 치수를 가지도록, 복수의 상기 벤드 라인이 위치되어 있는, 시트재.
  10. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 벤드 라인이, 상기 시트재를 벤딩하면 개방된 구조체가 형성되는 치수로 형성되어 있는, 시트재.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시트재를 벤딩하여 형성되는 상기 개방된 구조체는 하나의 상기 벤드 라인을 따라 벤딩함으로써 L자 형상의 단면을 가지는, 시트재.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 시트재를 벤딩하여 형성되는 상기 개방된 구조체는 2개의 상기 벤드 라인을 따라 벤딩함으로써 채널 형상의 단면을 가지는, 시트재.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 시트재는 4개의 벤드 라인을 갖고,
    상기 시트재를 벤딩하여 형성되는 상기 개방된 구조체는 4개의 벤드 라인을 따라 벤딩함으로써 "중절모 상부(top hat)" 형상의 단면을 가지는,
    시트재.
  14. 제10항에 있어서,
    복수의 상기 벤드 라인이, 상기 시트재를 벤딩하면 굴곡진 채널이 형성되는 치수로 형성되어 있는, 시트재.
  15. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 벤드 라인이, 상기 시트재를 벤딩하면 중공의 폐쇄된 채널이 형성되는 치수로 형성되어 있는, 시트재.
  16. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 벤드 라인이, 상기 시트재를 벤딩하면 중공의 굴곡진 빔이 형성되는 치수로 형성되어 있는, 시트재.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 시트재에는 복수의 상기 벤드 라인을 따라 복수의 부착용 탭(attachment tab)이 더 형성되어 있는, 시트재.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 부착용 탭은, 패스너 수용 개구부(fastener receiving opening)를 포함 하는, 시트재.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 부착용 탭은, 제1 시트재인 상기 시트재에 제2 시트재를 고정하기 위해 상기 제2 시트재에 형성된 부착용 슬롯을 통과하여 연장되도록 형성되는, 시트재.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 3차원 구조체는 골격 프레임(skeletal framework)인, 시트재.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 골격 프레임은 섀시인, 시트재.
  22. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 벤드 라인은 실질적으로 서로 평행하고 동일하게 이격되고, 상기 시트재는 지그재그형 횡단면을 가지도록 벤딩되며,
    상기 시트재의 양쪽에 실질적으로 편평한 2개의 시트재가 고정되어 주름진 시트 어셈블리가 형성되는,
    시트재.
  23. 복수의 제1 시트 벤드 라인을 따라 벤딩되도록 형성되는 제1 시트재, 및
    연속적인 측벽을 가지는 굴곡진 중공 빔을 형성하도록 상기 제1 시트재에 고정되는 제2 시트재
    를 포함하고,
    상기 제1 시트재에는 각각의 상기 제1 시트 벤드 라인에 인접하여 위치되는 복수의 벤드 스트랩 형성 구조가 형성되어 있는,
    중공 빔.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 벤드 라인은 직선이 아닌 부분을 가지는 벤드 커브이고, 상기 제1 시트재는 개방된 굴곡형 채널을 형성하도록 상기 제1 시트 벤드 커브를 따라 벤딩되는, 중공 빔.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 시트재는, 개방되고 플랜지부를 가지는 굴곡형 채널을 형성하도록 상기 제1 시트 벤드 커브를 따라 벤딩되는, 중공 빔.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 채널의 단면적이 수렴되는, 중공 빔.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 채널의 단면적이 수렴된 후 발산되는, 중공 빔.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 벤딩 스트랩 형성 구조는 복수의 관통 슬릿이고, 상기 제2 시트재는 복수의 제2 시트 벤드 라인을 따라 벤딩되도록 형성되고, 상기 제2 시트재에는 각각의 제2 시트 벤드 라인에 인접하여 위치되는 복수의 관통 슬릿이 형성되고, 상기 복수의 관통 슬릿은 벤딩을 형성하도록 구성되며, 상기 제2 시트재는 상기 제2 시트 벤드 라인을 따라 벤딩되는, 중공 빔.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 시트재의 관통 슬릿 및 상기 제2 시트재의 관통 슬릿은, 벤딩 시에 양측의 상기 관통 슬릿에서 상기 시트재의 에지-대-면 결합이 이루어지도록 형성되어 있는, 중공 빔.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제1 시트재의 관통 슬릿 및 상기 제2 시트재의 관통 슬릿은 아치형인, 중공 빔.
  31. 제23항에 있어서,
    상기 제1 시트재 및 상기 제2 시트재는 굴곡진 중공 빔을 형성하도록 구성되 고 서로 고정되는, 중공 빔.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 제1 시트재에는, 실질적으로 평행한 한 쌍의 제1 시트 벤드 라인의 양쪽을 따라 연장되도록 위치되는 슬릿이 형성되어 있고,
    상기 제2 시트재에는, 실질적으로 평행한 한 쌍의 제2 시트 벤드 라인의 양쪽을 따라 연장되도록 위치되는 슬릿이 형성되어 있는,
    중공 빔.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 제1 시트재는, 상기 제1 시트 벤드 라인의 쌍에 인접하여 위치되도록 상기 제1 시트재의 양쪽 에지로부터 내측으로 연장되는 복수의 노치를 포함하고,
    상기 제2 시트재는, 상기 제2 시트 벤드 라인의 쌍에 인접하여 위치되도록 상기 제2 시트재의 양쪽 에지로부터 내측으로 연장되는 복수의 노치를 포함하는,
    중공 빔.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제1 시트재 및 상기 제2 시트재는, 각각 U자 형상의 횡단면을 가지도록 벤딩되고, 4개의 측부를 가지는 중공 박스 빔을 형성하도록 서로 고정되는, 중공 빔.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 제1 시트재 및 상기 제2 시트재는, 상기 벤드 라인을 따라 길이방향으로 굴곡지도록 벤딩되고, 굴곡진 4개의 측부를 가지는 중공 박스 빔을 형성하도록 서로 고정되는, 중공 빔.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 시트재의 노치 및 상기 제2 시트재의 노치는 파이(pie) 형상이고, 상기 제1 시트재 및 상기 제2 시트재는 복수의 패스너에 의해 서로 고정되는, 중공 빔.
  37. 복수의 벤드 라인을 따라 벤딩되도록 형성되는 하나의 시트재를 포함하고, 상기 시트재에는 각각의 상기 벤드 라인에 인접하여 위치되는 복수의 벤딩 스트랩 형성 구조가 형성되고, 상기 벤딩 스트랩 형성 구조는 벤딩이 이루어지도록 형성되고, 상기 시트재는 구조적 부재의 프레임을 형성하도록 상기 벤드 라인을 따라 벤딩되는,
    외골격 프레임(exokeletal framework).
  38. 제37항에에 있어서,
    상기 시트재는 벤드 라인을 따라, 이송 가능하고 적재 가능한 형태로 벤딩되 는, 외골격 프레임.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 프레임은 구조적 부재의 폐쇄된 프레임인, 외골격 프레임.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 구조적 부재는 직선형 구조적 부재인, 외골격 프레임.
  41. 제37항에 있어서,
    상기 시트재는 스탬핑된 구역(stamped zone)을 포함하는, 외골격 프레임.
  42. 제37항에 있어서,
    상기 프레임은 계단형 단면을 가지는 섀시인, 외골격 프레임.
  43. 제37항에 있어서,
    상기 프레임은 섀시이고, 상기 벤딩 스트랩 형성 구조는 슬릿이며,
    상기 섀시는, 상기 시트재에 고정되는 하나 이상의 구성요소를 더 포함하고,
    상기 시트재는, 상기 시트재를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 상기 벤드 라인을 따라 벤딩되는,
    외골격 프레임.
  44. 제37항에 있어서,
    상기 시트재는 상기 복수의 벤드 라인을 따르는 복수의 부착용 탭을 포함하는, 외골격 프레임.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 부착용 탭은 하나 이상의 패스너 수용 개구부를 포함하는, 외골격 프레임.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 부착용 탭은, 2개 이상의 패스너 수용 개구부가 정렬되도록 서로 맞물리는, 외골격 프레임.
  47. 제44항에 있어서,
    상기 부착용 탭은 스탬핑된 구역을 포함하는, 외골격 프레임.
  48. 제37항에 있어서,
    상기 프레임은 상이한 벤딩 및 비틀림 강성을 가지는 구조적 부재를 포함하는, 외골격 프레임.
  49. 제37항에 있어서,
    상기 구조적 부재는, L자 형상, 개방된 직사각형 채널 형상, 및 폐쇄된 직사각형으로 이루어지는 단면의 군으로부터 선택되는 단면을 가지는, 외골격 프레임.
  50. 제37항에 있어서,
    상기 벤드 라인은 벤드 커브이고, 상기 구조적 부재는 상기 시트재의 하나 이상의 공통 연결 영역을 공유하는, 외골격 프레임.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 시트재는, 상기 시트재가 상기 벤드 라인을 따라 벤딩되는 경우, 상기 구조적 부재가 상기 시트재의 본래 평면(original plane)으로부터 굴곡지고 연장되도록, 벤딩되는, 외골격 프레임.
  52. 제50항에 있어서,
    상기 하나의 시트재는 벤드 커브에 인접하여 정렬되는 하나 이상의 보강 리브를 포함하는, 외골격 프레임.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 하나 이상의 보강 리브는, 상기 시트재의 국부적인 단면을 변화시키도록 상기 시트재를 스탬핑함으로써 형성되는, 외골격 프레임.
  54. 제50항에 있어서,
    상기 하나의 시트재는, 상기 시트재의 변형을 수용하도록 하나 이상의 벤드 커브를 따라 배치되는 복수의 핑거 탭(finger tab)을 포함하는, 외골격 프레임.
  55. 제54항에 있어서,
    하나 이상의 상기 핑거 탭은 관통 구멍을 포함하는, 외골격 프레임.
  56. 제54항에 있어서,
    하나 이상의 상기 핑거 탭은 굴곡진 부분을 포함하는, 외골격 프레임.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 굴곡진 부분은 상기 핑거 탭의 말단부에 있는, 외골격 프레임.
  58. 제55항에 있어서,
    하나 이상의 상기 핑거 탭은 한 쌍의 보강 리브를 포함하고, 상기 한 쌍의 보강 리브는 각각의 길이방향 축이 교차하도록 배향되는, 외골격 프레임.
  59. 제54항에 있어서,
    하나 이상의 상기 핑거 탭은 한 쌍의 보강 리브를 포함하고, 상기 한 쌍의 보강 리브는 각각의 길이방향 축이 교차하도록 배향되는, 외골격 프레임.
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