KR20120112406A

KR20120112406A - 툴 영역 온도 제어

Info

Publication number: KR20120112406A
Application number: KR1020127013043A
Authority: KR
Inventors: 벤 존 할포드
Original assignee: 서페이스 제너레이션 리미티드
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-10-11
Also published as: CN102741028B; ES2449695T3; EP2490875B1; KR101781110B1; WO2011048365A1; EP2490875A1; AU2010309569B2; AU2010309569A1; US9034234B2; CN102741028A; CA2778085C; US20120267828A1; CA2778085A1

Abstract

물품을 몰딩하기 위한 툴 시스템으로서 상기 시스템은, 물품을 형성하기 위한 툴 표면(104)을 포함하는 툴로서, 상기 툴 표면은 복수개의 툴 영역(106)을 포함하는, 툴을 포함한다. 가열 및 냉각 수단(102a)이 적어도 몇몇의 상기 툴 영역(106)과 개별적으로 연관된다. 제어 시스템은 몰딩 프로세스에서 임의의 특정한 시간에 각 툴 영역(106)에서 상기 물품 안과 밖으로의 열 전송을 조절하도록 툴 영역과 연관된 상기 가열 및 냉각 수단(102a)을 포함하는 상기 툴 영역(106)을 개별적으로 가열 또는 냉각하기 위해서 상기 가열 및 냉각 수단(102a)을 제어하도록 조절된다.

Description

툴 영역 온도 제어{ZONE CONTROL OF TOOL TEMPERATURE}

본 발명은 가열 툴링 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 상기 툴링 시스템으로 만들어진 물품에 관한 물질의 특성에 대한 향상된 제어에 관련된 것이다.

많은 물질들이 다양한 몰딩(moulding) 툴을 이용하여 몰딩된다. 금속 주조(casting) 산업과 같은 몇몇 산업 분야에서 물질 고형화(solidifies)는 물품에 관한 물질의 특성에 영향을 미친다는 것이 잘 알려져 있다. 상기 영향은 일반적으로 미세한 규모에서 발생 되며 예를 들어 최종 결과물의 결정도 또는 비정질(amorphosity)의 비율을 포함할 수도 있다. 금속과 같은 물질이 사용되면, 물질의 특성을 제어하기 위해 툴 또는 몰드가 제거된 후에 상기 물품이 열 처리 및 담금질(quenching)등의 처리가 될 수 있으나, 상기 절차는 너무 길고, 시간 소비가 많으며 비용 문제가 있다.

중합체 물질이 몰딩되는 경우, 특정한 열경화성(thermosetting) 수지에 있어서, 상기 중합체 물질은 필러(filler)를 또한 포함할 수도 있고, 상기 툴에서 제어된 후에 상기 완료된 물품은 그 구조적인 특성을 제어하기 위한 이차적인 프로세스에 의해서 처리되는 것이 일반적으로 어렵다. 몇몇 툴은 오토클레이브와 같은 온도가 제어된 환경으로 유지하여 전반적인 툴 표면온도를 조절할 수도 있고 그리고 상기 툴은 비교적 얇고 일정한 단면적의 물품에 효과적일 수 있다.

두꺼운 물품 또는 두께가 변하는 물품을 생산하기 위해 툴을 사용하는 경우, 최종 생산물의 물질 특성 변화와 관련된 문제점이 상이한 두께 부분으로부터의 열 손실의 변화에 의해 추가로 생긴다.

열경화성 수지가 사용되는 경우, 큐어링/크로스 링킹(curing/cross linking) 프로세스의 발열 성질의 특성(virtue)에 의해 추가적인 문제점이 발생한다. 큐어링 서모셋 중합체(thermoset polymer)의 온도는 상기 툴 온도의 결과물이며, 로컬 반응 속도와 상기 반응이 일어나는 상기 부분으로부터 빠져나가는 열 기능의 결과물이다.

금속 및 열경화성 중합체는 상이한 두께 부분에서 상이한 결정도(crystallinitie)를 보일 것이며 이는 상기 냉각 속도가 열 추출을 기반으로 하여 변할 것이기 때문이다. 오토클레이브는 이와 같은 것들을 제어하도록 사용될 수 있으나 물품의 두껍고 얇은 부분에 대하여 상이한 냉각 속도에 따른 차이를 극복 하기 위해서 일반적으로 매우 점진적으로 생산 시간을 늘리는 냉각이 이용된다.

현재 툴링 시스템에서 발생하는 상이한 물질의 특성이 어느 정도 예측된다 하여도, 상기 특성을 제어할 수는 없다. 많은 예에서, 특히 열경화성 중합체에서 몰딩되는 경우, 물품의 디자인은 이상적인 디자인과 실제 프로세스에서의 디자인 사이에서 절충된다. 특히 일 부분에 대한 이상적인 해결책은 상이한 두께의 부분을 포함하는 하나의 큰 물품을 갖는 것이며, 각각의 작은 물품은 더욱 균등한 두께를 갖고, 각각의 작은 물품들이 생산될 수도 있고 함께 조립되어서 상기 물품의 각 부분에 대한 물질 특성에 더 나은 제어를 할 수 있게 된다.

현재 몰딩 기술의 다른 문제점, 특히 오토클레이브와 관련된 문제점은 그들이 생산하는 물품에 대한 물질의 특성을 변화시키도록 제어할 수 없다는 것이다, 예를 들면 PEEK와 같은 열 가소성수지(thermoplastic)의 다양한 두께는, 높은 결정도를 갖고 강도를 제공하는 두꺼운 부분을 포함하도록 요구되며 낮은 결정도를 갖고 유연함을 제공하는 얇은 부분이 요구되며 그리고 현재 기술은 단일 몰딩 프로세스에서 이와 같은 부분을 형성하는데 효과적이지 않다.

본 발명의 제1측면에 따르면, 물품을 몰딩하기 위한 툴링 시스템이 제공되며, 상기 시스템은; 물품을 형성하기 위한 툴 표면을 포함하는 툴, 복수개의 툴 영역을 포함하는 툴 표면, 상기 툴 영역 중 적어도 일부와 독립적으로 연관된 가열 및 냉각 수단, 및 상기 툴 영역과 연관된 가열 및 냉각 수단을 포함하는 툴 영역을 가열 또는 냉각하기 위한 상기 가열 및 냉각 수단을 제어하고, 상기 몰딩 프로세스에서 임의의 특정한 시간에 각 툴 영역에서 상기 물품 안과 밖으로의 열 전송을 개별적인 가열 또는 냉각에 의해서 조절하도록 조정된 제어수단을 포함한다.

국부적으로 상기 툴 영역을 가열 및/또는 냉각을 연속적으로 가능하게 하고 그에 따라 상기 툴 내로 상기 물품의 안과 밖으로 열의 이동을 제어함으로써, 상기 완성된 물품의 물질 특성이 상기 몰딩 프로세스 동안 제어될 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 툴 시스템은 복수개의 센서를 더 포함하여 툴 영역내의 상기 물품의 특성을 감지하며 그리고 상기 특성을 나타내는 신호를 생산한다.

상기 제어 시스템은 입력수단을 포함하며 상기 입력수단은 상기 특성을 나타내는 신호를 수신하고 상기 제어시스템은 상기 신호에 응답하여 상기 툴 영역을 가열 또는 냉각하기 위해 상기 가열 및 냉각 수단을 제어한다. 상기 감지된 특성 값은: 온도, 유전체 상수, 압력, 초음파 침투(ultrasonic penetration) 및 경도(hardness) 또는 상기 중합체의 큐어 레이트(cure rate)를 나타내도록 사용될 수 있는 임의의 다른 적절한 파라미터 중 어느 하나일 수도 있다. 이와 같은 방식으로 상기 물질의 특성은 상기 몰딩 프로세스를 통해 직접 피드백으로 제어될 수 있다. 상기 센서는 상기 특성을 간접적으로 측정할 수도 있는데 예를 들면 온도를 측정함으로써 간접적으로 상기 특성을 측정할 수도 있고, 이러한 측정은 예를 들어 온도를 기초로 상이한 속도(rate)로 발달하는 결정도 같은 물질의 특성을 나타내는 온도에 의하는 것이며, 그리고 상기 센서는 상기 특성을 예를 들면 결정도에 비례하는 유전체 상수와 같은 수단을 이용하여 더욱 직접적으로 측정할 수도 있다. 상기 특성을 기초로 가열 및/또는 냉각을 제어함으로써, 알려진 특성을 갖는 완성된 물품이 몰딩 되고, 상기 툴의 상이한 영역내의 특성에 대한 독립적인 제어는 물품이 요구된 다른 물질 특성을 포함하도록 몰딩할 수 있게 하여 상기 물품의 상이한 부분내의 세부적인 사양을 반복적으로 생산한다.

이러한 제품의 예는 레이싱 자동차에 대한 노즈 콘(nose cone) 몰딩이 될 수도 있다. 상기 콘의 측면은 공기 유량을 제어하기 위해서 얇고 매우 견고하도록 요구되므로 최소한의 보강(minimal reinforcement)이 필요하며, 상기 물질의 구조에 대하여 높은 수준의 결정도가 요구될 것이다. 그러나 상기 콘의 노즈는 잘 부러지지 않게 요구되며 예를 들어, 다른 자동차에 튀어 오른 돌 조각과 같은 작은 물체에 의한 충격에 부서짐 없이 견딜 수 있어야한다.

본 발명의 일 실시예에따르면, 몇몇 툴링 핀은 툴링 핀과 연관된 가열 수단을 포함하며 다른 툴링 핀들은 다른 툴링 핀과 연관된 냉각수단을 포함한다.

일 구성에 있어서, 각 가열/냉각 툴 영역은 각 툴 영역 내에 독립적인 인라인(in-line) 가열기/냉각기를 포함할 수도 있고, 상기 가열기/냉각기는 각 툴 영역 내의 툴 표면 아래에 위치하고 가열/냉각 유체가 통과하는 내부적인 채널을 포함할 수도 있다. 상기 시스템은 가열 및/또는 냉각 유체를 보관하기 위한 적어도 하나의 저장소를 포함할 수도 있다.

바람직하게는 상기 시스템은 상기 저장소에서 개별 툴 핀으로 상기 가열/냉각 유체가 직접 흐를 수 있도록 복수개의 유체 유량 경로를 더 포함한다. 각 유량 경로는 상기 경로를 통과하는 유체를 가열하기 위해 그 안에 인라인(in-line) 가열기를 포함한다.

상기 툴 시스템은 상기 가열/냉각 유체를 상기 툴 핀에서 상기 저장소로 되돌려 보내도록 귀환 유체 유량 경로를 포함할 수도 있으며, 상기 툴 시스템은 복수개의 상기 저장소를 포함할 수도 있고 여기서 각 저장소는 상이한 온도를 유지하는 가열/냉각 유체를 포함할 수 있다. 이런 방식에서 단일 가열기/냉각기는 필요한 가열기/냉각기의 수를 줄이기 위해서라도 가열/냉각 각 툴 핀에 연관되기보다는 각 저장소에 연관될 수도 있다. 상기 냉각 툴 핀은 상온의 공기에 의해서 냉각될 수도 있으므로 상기 냉각 유체를 냉각하기 위해서 물리적인 장치가 필요하지 않을 수도 있다. 주변 공기가 냉각을 목적으로 사용되는 경우 상기 저장소로 재활용하지 않을 것이고 이는 대기 중으로 배출될 것이다.

바람직한 일 구성에 있어서, 상기 툴 영역을 통해서 일정한 유체의 유량이 이동하고, 여기서 인라인 가열기의 활성화(activation)는 상기 유체를 냉각 유체에서 가열 유체로 변화시킬 것이다.

바람직한 일 구성에 있어서, 상기 툴 시스템은 복수개의 능동 툴 영역을 포함하며 가열 및 냉각수단이 상기 능동 툴 영역과 연관되고, 상기 툴 시스템은 복수개의 수동 툴 영역을 포함하며 가열 및 냉각 수단은 상기 수동 툴 영역과 연관되지 않으며 상기 수동 툴 영역은 상기 능동 툴 영역과 인접하게 및/또는 그 사이에 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 툴 시스템은 복수개의 가열 툴 영역 및 복수개의 냉각 툴 영역을 포함하며, 상기 냉각 툴 영역은 상기 가열 영역들 사이에 위치한다. 이런 방식으로, 직접적으로 가열되거나 냉각되지 않는 툴 영역(수동 툴 영역)은 주변의 가열/냉각 툴 영역으로 직접 이동하는 열에 의해서 간접적으로 가열/냉각된다.

상기 가열 영역, 냉각 영역 또는 상기 수동 영역은 상기 영역들과 연관된 센서를 포함할 수도 있으며 상기 센서는 상기 제어 회로의 일부를 형성한다. 수동 영역에서 특정한 센서는 상기 물품으로 이동하는 온도가 상기 영역에서 인접한 가열 영역으로 이동하는 열을 통해서 매우 면밀하게 모니터링 되고 제어되도록 할 것이다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 툴링 시스템은 복수개의 툴 핀을 포함하며 상기 툴 핀은 바둑판 형식(tessellate)으로 툴 표면을 형성하고 여기서 적어도 몇몇의 툴 핀은 가열/냉각 유체가 흐르는 유체 채널을 그 안에 포함하고 있다.

상기 가열 툴 핀은 상기 툴 핀을 통해서 이동하는 유체를 가열하기 위해 내부 인라인 유체 가열기를 포함할 수도 있다. 일 구성에 있어서, 상기 가열/냉각 유체가 통과하는 툴 핀은 상기 유체 유량 경로의 적어도 일부분의 구성을 나타내는 인서트(insert)를 포함한다. 상기 인서트는 제거될 수도 있고/교체될 수도 있으며 상기 인서트내의 상이한 유체 유량 경로는 상기 인서트를 통과하는 유체의 레지던시 타임(residency time)을 증가시키거나 감소 시키고 그리고/또는 상이한 유체 유량 경로는 상기 가열/냉각 유체 및 상기 툴 표면 사이의 거리를 변화시킬 것이다. 이런 방식으로 상기 툴 표면으로 전달된 열은 변화될 수 있다 추가적으로 보통 핀이 사용될 수 있고 상이한 툴 영역으로 전달하도록 열을 변화 시키기 위해 삽입된 상이한 인서트가 사용될 수도 있다.

일 구성에 있어서, 상기 툴링 시스템은 상기 툴 영역에 대한 가열/냉각 유체의 유량을 제어하기 위한 복수개의 정상 열림 제어 밸브를 더 포함한다. 이러한 방법에 있어서 상기 시스템에 고장이 생기면, 상기 밸브는 개방을 불이행하고 가열되지 않은 유체가 상기 온도를 낮추기 위해서 상기 영역을 흐를 것이다. 상기 밸브는 가변 유량 제어 밸브가 될 수도 있고 또는 2상태(bi-state) 또는 3상태(tri-state) 밸브일 수도 있다.

따라서 상기 시스템은 상기 물품 재료의 물질 특성을 감지하고 상기 몰딩 프로세스가 개시되기 이전에 상기 제어기에 상기 특성을 나타내는 신호를 제공하기 위해 하나의 센서 또는 센서들을 포함할 수도 있으며 상기 제어기는 상기 감지된 물질의 특성에 응답하여 상기 가열 및 냉각 수단에 대한 제어를 수정하도록 조절된다. 이와 같은 방식에서 몰딩 프로세스의 개시에 앞서서 또는 프로세스 동안 상기 물품 재료의 배치(batch) 변화를 고려하기 위해서 상기 프로세스에 대한 제어 파라미터가 수정될 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 툴링 시스템은 제2 툴을 포함하며 상기 제2 툴은 상기 제1 툴과 실질적으로 반대로 배열되고, 실질적으로 상기 제1 툴과 동일하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 물품을 제조하는 방법이 제공되며 상기 방법은:

상기 물품을 형성하기 위한 툴 표면을 포함하는 툴 내에, 몰딩 되기 위한 물질을 위치시키는 단계; 각 툴 영역에 대하여 상기 툴 표면의 온도를 국부적으로 변화 시기키 위해서 적어도 몇몇의 상기 툴 영역과 연관된 가열 및 냉각 수단을 활성화시키는 단계; 및 상기 몰딩 프로세스를 통해서 임의의 특정한 시간에 각 툴 영역에서 상기 물품의 안과 밖으로의 열 전달을 조절하기 위해서 상기 가열 및 냉각 수단을 능동적으로 제어하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 각 툴 영역에서 상기 물품의 적어도 하나의 특성을 감지하는 단계 및 각 툴 영역에서 상기 특성을 나타내는 신호를 생산하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

따라서 상기 방법은 상기 제어 시스템이, 상기 특성을 나타내는 신호를 수신하고 상기 툴 영역을 가열 또는 냉각하기 위해 상기 신호에 대한 응답으로 상기 가열 및 냉각 수단을 제어하는 것을 포함할 수도 있다. 센서는 온도 센서, 유전체 센서, 압력 게이지, 압전(piezo) 센서, 초음파 센서 또는 경도(hardness) 센서가 될 수 있고 센서들은 물질의 특성을 감지한다.

바람직하게는 상기 방법은 감지 부분내의 물품 재료의 희생 피스(sacrificial piece)를 몰딩하는 단계를 더 포함하며 그리고 상기 감지 부분내의 물품 재료의 상기 피스는 그 안에 내장된 센서를 포함한다. 몇몇 센서는 상기 물품 재료의 희생 피스 내의, 상이한 물품 재료의 횡단면적을 가지고 횡단면적에 해당하는 센서에 의해서 생성된 신호에 응답하여 특정한 몰드 횡단면적에서 툴 영역에 대한 가열 및 냉각 수단을 제어하는 위치에 내장될 수도 있다.

이런 방식에서, 상기 몰딩 프로세스가 진행되는 동안 몰딩의 도중에 센서는 물질의 특성을 감지하기 위해 상기 물품의 재료의 피스 내에 내장될 수도 있다. 상기 센서들은 상기 물품 내에 센서를 위치 시킬 필요 없이 몰딩 자체 내에서 일어나는 물질 특성의 변화에 대한 정확한 신호를 가능하게 하기 위해서 상이한 부분의 횡단면에 내장될 수도 있다. 물론, 몇몇의 경우에 상기 센서를 상기 물품에 위치시키고 상기 물품이 상기 툴에서 제거되면 그 안에 내장된 센서를 떼어내는 것이 가능하다.

바람직한 방법은 완성된 물품에 대한 소정의 허용 오차 범위 내의 특정 물질의 특성을 생산하기 위해 상기 물품의 안과 밖으로의 열 전달을 조절하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 상기 특정 물품의 물질 특성이 특정 툴 영역 내에서 개별적으로 조절된다. 상기 특정 물질 특성은 결정/비결정 밀도, 결정 크기, 크로스링크(cross-link) 비율 및 가황(vulcanisation)중 하나일 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 몰딩 프로세스의 개시에 앞서 상기 물품 재료의 물질 특성을 감지하는 단계 및 상기 몰딩 프로세스의 개시에 앞서 상기 특성을 나타내는 신호를 상기 제어기에 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제어기는 상기 몰딩 프로세스의 개시에 앞서 감지된 상기 물질의 특성에 응답하여 상기 몰딩 프로세스의 동작 동안 상기 가열 및 냉각 수단에 대한 제어를 수정한다. 이와 같은 방식에서 상기 제어는 물질의 배치(batch)사이의 상이한 물질 특성을 고려하기 위해 수정될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 물품은 수지 전달 몰딩에 의해서 제조되며 상기 툴 영역은 상기 몰드 온도를 올리기 위해서 수지 주입 포인트로부터 수지 유량 방향으로 순차적으로 상기 툴 영역이 가열 되고 상기 수지 유량의 리딩 에지가 툴 영역 위를 통과함에 따라 상기 수지가 상기 툴로 유입되어 수지/동작 인터페이스에서 상기 수지의 점성을 축소 시킨다. 상기 툴 영역은 상기 수지 유량의 리딩 에지 도착에 앞서서 가열될 수도 있고, 상기 수지가 상기 툴을 통과할 때 상기 툴 표면 온도는 이미 최고점에 다다르고 냉각되기 시작한다.

상기 툴 영역은 사용자 정의될 수 있고 또는 시스템에 의해서 자동으로 적용될 수도 있다. 일 실시예에서 상기 시스템의 제어기는 상기 툴 영역의 수행을 모니터링하고, 상기 제어기가 요구되는 온도로 상기 툴 영역을 가열하지 못하면 툴 영역은 다시 정의될 수도 있다. 예를 들어 한 가열기의 수행이 고장으로 감소되면 상기 툴 영역은 제 기능을 다 못하는 가열기 때문에 동일한 툴 영역내의 다른 가열기를 포함하기 위해서 재정의될 수 있다.

다수의 가열기가 사용되는 경우, 바람직하게는 다수의 가열기들은 삼상(three phase) 전력 공급에서 상이한 상 사이에서 분할된다. 추가적으로 상기 제어기는 심각하게 불균형한 파워 드로우(power draw)가 상기 전력 중 어느 하나의 단일 상에서 발생 되는 상황이 없도록 보장하기 위해서 상기 히터의 사용을 제어한다. 예를 들어 반드시 필요한 경우가 아닌 경우 히터를 사용할 수도 있다. 예를 들면 일 영역이 냉각되거나 가열되도록 요구되는 경우 작은 부하를 그 전력 상에 놓기 위해서 주기적으로 펄싱(pulse)될 수 있다. 상기 유체 유량이 여전히 상기 툴의 온도 이하에 있긴 하지만 상기 가열기의 펄싱 때문에 급격하게 증가하는 온도로 인해서 비록 느린 비율이긴 하지만 냉각이 일어날 수 있다. 이와 같은 방법은 본 발명에서 사용되는 전력 공급의 균형을 도와줄 수 있다.

본 툴링 시스템의 균형을 지원하기 위해서 상이한 두 수준의 냉각이 제공될 수도 있으며 예를 들면, 높은 냉각제 유량(high coolant flow) 및 낮은 냉각제 유량 사이의 스위칭에 의하는 것이다. 상기 높은 냉각제 유량은 강한 냉각이 필요한 경우 또는 상기 가열기의 사용과 조합되어 사용될 수 있고 상술한 바와 같이 상기 가열기가 가동되거나 또는 부분적으로 가동되는 경우 낮은 일반적 냉각제 유량 속도와 비교하여 냉각 전력의 손실 없이 효과적인 냉각을 위해서이다.

본 발명은 잘 알려진 툴링 프로세스에서 상기 언급한 문제점들을 적어도 부분적으로는 경감시킨다.

본 발명의 구체적인 실시예가 아래의 도면에 참조와 예시를 통하여 설명된다.
도1 및 도2는 본 발명의 제1 측면에 따른 툴 시스템의 툴을 보여준다.
도3은 상기 툴 시스템에서 사용하기 위한 툴 핀의 단면을 보여준다
도4는 본 발명에 따른 툴 시스템을 보여준다.
도5는 본 발명에 따른 다른 툴 시스템을 보여준다.
도6은 본 발명에 따른 제어 시스템을 보여준다.
도7은 본 발명에 따른 제1 온도 프로파일을 보여준다.
도8은 본 발명에 따른 제2 온도 프로파일을 보여준다.
도9는 본 발명에 따른 시스템의 툴에 횡단면을 보여준다.
도10은 본 발명에 따른 툴 시스템의 일 실시예에 대한 개략도를 보여준다.
도11 및 도12는 본 발명에 툴 시스템에서 사용되는 툴 핀의 횡단면을 보여준다.

도1및 도2를 참조하면, 복수개의 툴 핀(102)을 포함하는 툴(100)이 나타나며 각 툴 핀은 툴 겉면에 표면(104)을 포함하고 있으며, 툴 표면은 평평할 수도 있고 굴곡진(contoured) 표면을 가지고 있을 수도 있다. 상기 툴 표면은 복수개의 툴 영역(106)으로 나누어지고, 각 영역은 하나 이상의 툴 핀을 포함한다. 도2가 보여주는 예에서, 각 영역(106)은 툴 핀(120)의 3*3배열이다. 도2의 상기 툴 표면(104)은 설명을 위한 목적으로 평평하게 표시되며 이용에 있어서 굴곡진/모양의 툴 표면을 가지고 있다. 각 툴 영역(106)은 툴 영역과 연관된 적어도 하나의 가열/냉각 핀 (102a)를 포함한다(도 3). 상기 가열/냉각 핀은 단일 핀 일 수도 있고 또는 별개의 가열 및 냉각 핀이 사용될 수 있으며 여기서 각 툴 영역(106)은 하나 이상의 툴 핀(102)을 포함한다. 열의 적용을 제어하고 상기 툴 영역(106)을 냉각함으로써, 상기 몰딩 프로세스 동안 특정 시간에 상기 툴(100) 내에서 이루어지는 상기 물품의 안과 밖으로 에너지의 전달이 국부적으로 제어될 수 있다.

물질의 고체화는 다양한 물질의 특성에 영향을 주고 그 특성이 온도 및 속도가 문서화된 것과 같이 예를 들어, 비결정(amorphisity), 결정, 경도, 충격 저항 등이 그러하다. 따라서 상기 몰딩 프로세스 동안 물품의 안과 밖으로 열의 유량을 신중하게 제어함으로써, 상기 완성된 물품의 물질 특성이 제어될 수 있다. 일 예에서, 물품이 고정된 물질 특성을 가지는 것을 보장하도록 제어가 요구될 수도 있고 다른 예에서, 상기 물품의 상이한 부분내의 상이한 특성을 가지고 있는 단일의 물질에서 물품을 생성하는 것이 요구될 수도 있다. 상기 툴 영역(106) 내의 툴 핀(102)의 수는 필요한 제어 수완(finesse)에 의존할 것이다. 국부적인 온도의 많은 제어가 요구되면 각 툴 영역(106)은 단일의 가열/냉각 핀(102a)을 포함할 수도 있다. 다른 구성에 있어서, 도시되지는 않았지만 상기 툴은 수 많은 능동적인 가열/냉각 핀(102a)을 그 안에 포함하는 가열 및 냉각 툴 영역을 포함할 수도 있고 인접한 능동적인 가열/냉각 툴 영역과의 열 전송에 의해서 가열/냉각되는 복수개의 수동적인 가열/냉각 툴 영역을 포함할 수도 있다.

상기 툴에 있어서 상기 가열 영역은 툴을 디자인할 때 사용자에 의해서 정의될 수도 있고 또는 예를 들어 제어기에 의해서 자동적으로 할당될 수도 있다. 상기 제어기는 상기 몰딩 프로세스 동안 상기 영역을 다시 정의할 수도 있다. 예를 들면 몰딩 프로세스의 결과로 또는 상기 제어기로부터 요구되는 온도를 성취하지 못한 경우가 될 수 있다. 제1 예에서, 예를 들면 수지 전송 몰딩 프로세스 동안, 수지가 상기 몰드의 일측 단부로 부터 주입되면 입장 포인트에서 시작하는 밴드 내의 상기 툴을 계속해서 가열하는 것이 요구되어 상기 주입되는 수지의 리딩 에지가 상기 수행되는 물질을 젖게(wetting)하고 압착(impregnating)시키며, 가열함으로써 점도를 낮추어 더 잘 흐를 수 있게 한다. 일단 상기 물질이 완전히 주입되면 상기 영역은 재 정의되어 예를 들어 일부 상이한 물질 특성 값을 가진 상이한 부분을 제공한다. 또는 예를 들어 상기 가열기중 하나가 고장 나고 일 영역에 열을 제공할 수 없는 경우, 상기 영역내의 툴 표면 온도에 대한 제어를 유지하기 위해서 (수완의 정도보다 작을 가능성에도 불구하고)상기 영역은 인접한 영역에 붙거나 나누어질 수도 있다.

툴 핀의 사용에 있어서, 툴 핀은 볼스터(bolster)(미도시)에 의해서 둘러 싸일 것이다. 상기 볼스터는 모든 핀들을 안전하게 함께 고정시킬 것이다. 상기 볼스터는 또한 상기 인접한 핀과 동일한 온도로 가열될 수도 있고, 이에 따라 상기 핀이 확장되고 상기 가열기 및 냉각기와 연관됨에 따라 상기 볼스터도 같이 확장되고 연관된다. 상기 전체 볼스터가 가열되거나 냉각될 수도 있으며 또는 단지 상기 볼스터의 코너만이 가열/냉각될 수도 있다.

도3을 참조하면, 가열/냉각 핀(102a)의 예가 나타난다. 상기 툴 핀은 사용하여 물품을 형성하기 위해 굴곡진 표면(104)을 가지고 있다. 상기 툴 핀(102a)은 냉각/가열 유체를 상기 핀(102a)에 공급하기 위해서 입구(108)를 가지고 있고 사용된 가열/냉각 유체를 상기 핀(102a)으로부터 제거하기 위해서 출구(110)를 포함한다.

도11은 도3의 상기 툴 핀(102a)의 변형을 보여준다. 일 실시예에서, 열 교환 인서트(105)가 툴 표면(104)을 형성하는 상기 핀의 단부에 인접한 핀 내에 위치한다. 상기 인서트는 유체 유량 경로(107)를 포함하며 이 경우 열 교환 인서트의 바깥쪽 에지 주변에 대하여 나선형으로 형성되어 상기 툴 표면에 인접한 상기 핀의 부분 내의 유체를 가열하는 레지던스 타임을 증가시키고 상기 유체로부터 더 많은 열을 추출할 수 있게 한다. 유량 경로 길이의 증가는 열 전송의 향상을 가능하게 한다. 상이한 유량 경로에 대한 상이한 인서트(105)는 상이한 핀으로의 열 전송을 관리하기 위해 상기 핀 내에서 사용될 수 있다. 이에 따라 상기 핀(102a)이 표준화되고 그리고 전반적인 툴 시스템이 상기 툴의 상기 수정된 부분내의 요구되는 열 전달 특성을 획득하기 위해서 조절되는 것이 가능하다.

도12는 상기 툴 핀의 추가적인 실시예를 보여준다. 여기서 상기 툴 핀은 내부 가열기(109)와 함께 제공되며 상기 내부 가열기는 툴 핀으로 이동하고 툴 표면에 도착하게 되는 유체를 가열한다. 상기 가열기는 도11의 툴 핀과 함께 사용될 수도 있고 도3의 툴 핀과 함께 사용될 수도 있다 즉, 인서트(105)가 있는 경우 또는 없는 경우 모두 가능하다.

도4를 참조하면 본 발명에 따른 툴 시스템(112)이 나타난다. 각 툴 영역 (106)은 각 툴 영역과 연관된 개별적인 취입 공기 가열기(114)를 포함한다. 상기 가열기(114)가 공기를 가열하는 동작을 하면, 공기가 입구(108)를 통해서 상기 핀(102a)으로 들어가고 상기 핀 내에서 계산되며, 이에 따라 상기 핀을 가열/냉각하고, 공기가 출구(110)를 통해 나가고 대기 중으로 배출된다. 각 가열기(114)는 각 가열기와 연관된 로컬 제어기(116)를 포함하며, 상기 로컬 제어기는 PID 제어기 또는 그와 유사한 제어기 일수 있으며, 상기 로컬 제어기는 상기 툴 내에서 상기 물품의 요구되는 열 교환을 하기 위한 상기 가열기(114)를 제어한다. 마스터 제어기(118)는 툴 내의 센서(120)로부터 신호를 수신하며 상기 센서는 굳힘으로써 그 물품의 물질 특성을 감지하며, 상기 수신한 신호에 대한 응답으로 상기 로컬 제어기를 제어한다. 예를 들면 상기 센서는 유전체 센서일 수도 있고 명료하기 위해 일부가 생략되었지만, 센서는 상기 툴의 모든 영역에 제공될 수 있다. 상기 마스터 제어기(118)는 데이터 입력 수단(112)을 포함하며 상기 데이터 입력수단으로 사용자는 상기 툴 영역(106)에 요구되는 가열/냉각 시퀀스를 입력할 수 있다. 상기 데이터 입력 수단(112)은 인터렉티브(interactive) 수단일 수도 있으며 상기 수단에 의해서 사용자는 제어 명령 및 시퀀스를 직접 입력하고 저장할 수 있으며 또는 상기 데이터 입력 수단은 간단하게 데이터 포트/무선 수신기 등을 포함할 수도 있고 상기 수신기 등에 의해서 상기 제어기는 상기 툴 링 시스템에서 외부로 발생된 기계가 판독 가능한 제어 프로그램을 수신할 수 있다. 각 툴 영역에 대하여 독립된 가열기를 가짐으로써, 가열기중 하나가 고장 나는 경우에 인접한 가열 핀(102a)에 의해서 제공되는 열이 수정되어서 충분한 물품이 생산되도록 보장할 수 있다. 구성 요소의 고장이 발생되더라도 상기 툴 시스템이 위와 같은 기능이 가능하기 때문에 일반적인 툴 중단 시간 동안 구성요소 고장이 일어남으로써 계획하지 않은 중단시간을 줄인 결과 효율이 올라갈 수 있다.

도5를 참조하면 다른 툴 시스템이 나타난다. 각 툴 영역(106)은 각 툴 영역과 연관된 적어도 하나의 가열/냉각 핀 (102a)을 포함한다. 상기 가열/냉각 핀 (102a)은 단일의 일반적 핀 일수도 있고 또는 보이는 바와 같이 두 개의 독립적인 핀일 수도 있다. 상기 시스템은 두 개의 저장소(124,126)를 포함하며 가열/냉각 수단(128,130)에 의해서 두 개중 하나는 가열되고 다른 하나는 냉각되고, 각 저장소는 밸브가 있는 전달자(132)를 통해서 복수개의 툴 영역과 연관된다. 상기 밸브(134)는 로컬 제어기(136)에 의해서 제어되며 차례로 로컬 제어기는 마스터 제어기(118)에 의해서 제어된다. 상기 시스템의 동작은 상기 설명한 바와 크게 동일하며 상기 마스터 제어기는 센서(120, 미도시)로부터 수신한 신호를 기초로 로컬 제어기를 제어한다. 귀환 전달자는 상기 가열/냉각 핀으로부터 상기 저장소로 유체를 되돌려 보낸다. 이런 방식으로 폐루프 가열 및 냉각 시스템은 가열/냉각 회로의 전체적인 효율을 향상시키는데 사용된다. 추가적으로 단일의 저장소는 수많은 또는 모든 툴 영역을 지원할 수 있다.

도10은 압축된 유체 저장소(150)가 제공된 툴 시스템의 다른 구성이 나타나며 상기 유체는 바람직하게는 공기이며, 상기 저장소는 복수개의 전달자(152)를 공급하여 상기 전달자는 상기 유체를 상기 툴 시스템(112)의 툴 영역(106)으로 전달한다. 각 전달자(152)는 각 전달자와 연관된 인라인 가열기(114)를 포함하며 가열기는 제어기(118)에 의해 제어된다. 비록 본 명세서에서 워드 제어기의 사용이 단일의 아이템으로써 묘사되었지만 이것은 포괄적인 것이며, 상기 제어기는 상이한 수준의 제어기를 포함한다는 것이 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 인정될 것이다. 각 전달자는 각 전달자와 연관된 유량 제어 밸브(154)를 또한 포함하며 상기 밸브는 속도가 계속해서 변할 수 있는 밸브 일 수도 있고 또는 고정된 속도를 가지고 있을 수도 있다. 예를 들면, 상기 밸브는 닫힌, 절반이 열린 및 모두 열린 상태를 가지는 3상(tri-state) 밸브 일 수 있다.

상기 밸브(154)는 중단 오픈 밸브(fail open valves)이고 전력손실이 발생한 경우 모든 유량이 상기 툴을 통해서 제공되며 상기 가열기가 꺼지고 이에 따라 상기 툴을 냉각하며 잔열 또는 화학적으로 생산된 열을 제거한다. 또는 상기 가열기(114)는 각 툴 영역 내의 유체 경로(즉, 툴 영역의 툴 핀 내)에 위치할 수도 있다.

상이한 가열 및 냉각 유체는 요구되는 온도를 기초로 사용될 수 있다. 가열 유체는 가열된 공기, 물 및 오일을 포함할 수도 있고 냉각 유체는 냉각된 또는 상온의 공기, 물 물/글리콜(glycol)의 혼합물 및 냉매 가스(refrigerant gasses)를 포함할 수도 있고 예를 들어 냉각 회로는 전통적인 압축/확장 냉각 회로일 수 있다.

도6을 참조하면 툴링 시스템의 제어에 관한 구성도가 나타난다. 마스터 제어기(118)는 메모리(119)로부터 상기 시스템의 일반적인 제어에 관한 제어 신호를 수신한다. 이것은 예를 들어, 상기 완성된 물품내의 요구되는 물질 특성을 제공하는 구체적인 각 툴 영역에 대한 온도에 따른 시간 플롯이 있을 수 있다.

상기 마스터 제어기(118)는 적어도 하나의 센서(120)로부터 신호를 수신하며, 상기 센서는 실시간으로 물품의 특정한 물질 특성을 감지한다. 이것은 예를 들면 물품에 의한 물품 온도, 물품 유전체 상수 또는 물품 농도가 될 수도 있으며 상기 물품의 압력 또는 에너지의 흡수도, 예를 들어 초음파가 될 수도 있다.

상기 물품과 연관된 하나 이상의 센서가 사용되는 것이 일반적이며 예를 들어 상기 물품의 상이한 부분이 상이한 최종 물질 특성을 필요로 하는 경우 요구되는 상이한 물질 특성에 대한 각 부분과 연관된 센서(120)를 가지고 있는 것은 유용하다. 상기 수신된 신호는 이후에 참조하기 위해서 히스토리컬 (historical)데이터로서 데이터 베이스 내에 저장된다. 상기 마스터 제어기(118)는 상기 센서로부터의 현재 신호를 상기 요구되는 신호와 비교하고 그것과 연관된 핀(102a)의 온도를 고치기 위해서 상기 로컬 제어기(116)에 입력 신호를 보낼 수 있다. 또한 상기 마스터 제어기(118)는 들어오는 데이터의 패턴을 확인할 수 있고 상기 데이터를 상기 마스터 제어기(118)에 의해서 저장된 히스토리컬 데이터와 비교할 수도 있으며 이에 따라 임의의 특정한 물품에 대하여 가열/냉각 패턴을 확인할 수 있다. 제어된 상황이라도 사용되는 물질의 기능 때문에 상기 물품에 대한 가열 및 냉각이 매일 변할 수도 있다. 예를 들면, 열경화성(thermosetting)수지에서 상기 수지의 경화 속도가 정확한 구성, 상온, 및 이용되기 전에 혼합되는데 걸리는 총 시간 등에 의존할 수 있다. 히스토리컬 데이터에 대하여 상기 현재 물품에 대한 트랜드를 비교함으로써 상기 마스터 제어기(118)는 상기 물품 온도가 특정한 허용 오차를 벗어나려고 하는지 여부를 확인할 수 있고 룩업 테이블(121)에서 수치를 수정할 수도 있고 상기 로컬 제어기(114)는 특정한 툴 핀(102a)에 대한 가열이 증가 또는 감소하도록 사용한다.

도7을 참조하면 물품 블랭크(blank)와 관련된 열경화성 몰딩에 대한 간단한 온도 프로파일이 나타난다. 본 발명에 따른 툴(100)의 툴 핀을 통해 가열 유체가 이동함에 따라 툴 핀 온도가 처음에 는 빠르게 85°까지 상승한다. 그 후 수지와 관련된 상기 블랭크 순서대로 통합하기 위해서(프리-프레그; pre-preg) 상기 온도는 85°에서 5분간 고정된다. 상기 물품과 연관된 개별적인 툴 핀(102)또는 상기 툴 영역과 연관된 적어도 하나의 툴 핀(102a)이 직접 가열됨에 따라, 열이 상기 물품에 빠르게 들어갈 수 있다. 5분 후 상기 온도는 다시 한번 상승하며 120° 까지 가며 상기 중합체에 관한 순서로 올라가며 교차 결합한다. 소정의 제한된 시간 이후 또는 소정의 신호가 센서로부터 수신된 후, 상기 툴 핀은 상기 핀 몸통을 통해서 냉각 유체가 통과함에 따라 빠르게 냉각된다. 다시 한번, 상기 프로세스의 끝에는 상기 툴 핀(102a)을 직접 통한 냉각 유체의 통과는 상기 툴에 대한 빠른 온도감소 및 빠른 냉각의 결과를 가져와 순환시간을 최소화한다. 상기 프로세스를 통해서 상기 온도를 신중하게 제어함으로써 요구되는 시간을 줄일 뿐만 아니라 일관된 물질 특성이 상기 최종 물품에서 성취되도록 한다. 상기 툴이 다수의 영역을 가지고 있기 때문에 그 각각의 영역이 독립적으로 온도를 조절할 수 있어서 각 영역이 프로파일을 가질 수도 있고 단일의 영역에서와 같이 동일한 방식으로 제어될 수 있다.

도8을 참조하면 5개의 영역을 포함하는 툴링 시스템에 관한 더욱 복잡한 제어 프로파일이 나타내며, 각 툴 영역은 시간에 따라 상이한 가열/냉각 프로파일을 요구한다. 상기 냉각 수단은 상온(점선을 보라) 아래로 상기 툴 핀을 냉각할 수 있도록 냉각제를 포함할 수도 있다. 이것은 상기 물품의 특정 부분이 상기 몰딩 프로세스 동안 특정 온도를 유지하도록 하는 장점이 있다. 예를 들면 몰딩이 특정 인서트로 만들어지고 손상을 방지하기 위해 특정 온도 이하로 유지되어야 하는 경우 예를 들어 센서 또는 전자장치의 피스가 상기 물품의 일부 또는 통합된 기능이 되는 경우에 인서트가 위치하고 있는 상기 물품의 부분은 온도를 유지할 수 있고 센서/전자장치의 완전한 상태 계속되는 것을 보장한다. 상기 물품의 다른 부분들은 예를 들어 중합체 내의 교차 결합의 높은 수준을 생산하기 위해 매운 높은 온도로 가열될 수 있다. 몰딩 동안 이와 같은 제어는 예를 들어 오토클레이브를 이용하는 경우 가능하지 않다.

도9는 복수개의 가열 툴 핀(102a)을 포함하는 툴 시스템이 나타나며 물품 캐비티(cavity,140)를 형성하기 위해 툴 상판(138)도 나타난다. 상기 핀(102a)은 복잡하게 굴곡진 표면(142)을 포함한다. 상기 툴의 분리된 부분에 센서 캐비티(144)가 연속된 툴 핀(102b) 및 상기 툴 상판(138) 사이에 형성된다. 상기 툴 핀(102b)이 규칙적인 높이로 배열되고 센서(120)가 상기 센서 캐비티(144)내의 소정의 깊이로 위치한다. 몰딩 프로세스 동안 상기 물품이 이용됨으로써 상기 동일한 배치로부터 물질이 상기 센서 캐비티(144)로 들어가고

동시에 상기 물품 캐비티(140)에도 들어간다. 예를 들어 상기 물품의 재료는 확장된 중합체 물질로 교차 결합될 수도 있다. 상기 물품의 재료가 상기 센서 캐비티(144)내의 센서(129)로부터 수집한 데이터를 굳히기 때문에, 상기 물품 캐비티(140)에 대한 핀(102a)으로부터 및 상기 핀에 대한 열의 유량을 제어하는데 이용된다. 센서(120)로부터의 데이터는 상기 물품 캐비티 내의 물질의 재료의 유사한 깊이에 대응하는 핀(102a)을 가열하는 것을 제어하는데 사용되고 상기 물품의 재료내의 연속적인 깊이를 가지고 있다. 이러한 방식으로 실시간 데이터가 상기 물품의 재료의 중간에서 사용될 수 있으며 물품의 완전성을 변질시킬 필요가 없고 임의의 센서(120)가 실제 물품 내에 위치하며 일단 상기 물품이 굳으면 이 상태로 유지된다. 일단 상기 프로세스가 끝나면 상기 센서 캐비티(144)로부터 물질이 그 안의 센서(120)에 따라서 폐기된다. 매우 높은 수준의 제어가 사용되는 경우 트윈(twin)툴이 두 개의 동일한 물품 캐비티 내에 만들어지고 상기 캐비티들이 서로 나란히 만들어지고 툴 핀(102)과 함께 둘 다 동일한 방식으로 제어된다. 물품 캐비티 중에 하나는 희생감지 물품을 형성하고 다른 물품은 생산된 아이템이 된다. 이러한 방식으로 물품의 내부조건에 대하여 최고로 가능한 레플리케이션(replication)이 성취된다. 그러나 상기 완성된 부분 내에 장착된 작은 이물체(small foreign object)가 허용가능 하다고 인정 될 것이고 센서가 몰딩 프로세스 동안 상기 물품의 재료 내에 내장될 수도 있으며 상기 프로세스가 끝나면 상기 물품에서 떨어져 나갈 수도 있다.

본 발명이 많은 적용에 있어서 단일의 툴 표면과 관련되어서만 설명되었지만 두 개의 툴 표면을 갖는 툴이 사용될 수 있고 본 발명에 따른 상위 툴 표면이 사용될 수도 있고 하위 툴 표면과 결합하여 사용되어서 능동 가열 및 냉각을 제공하여 툴의 양 측면을 형성할 수도 있다.

본 발명은 임의의 적절한 유체를 사용할 수도 있고 재활용 유체(특히 액체인 경우) 및/또는 되돌아오는 유체로부터의 열 회수를 포함할 수 있다.

본 발명은 참조와 함께 복수개의 툴 핀을 포함하는 툴을 설명하나, 그러나 비록 상기 툴 핀 구조가 모듈식 구조에 있어서 특정 이점이 있다고 하더라고 상기 툴은 가열 및 냉각을 상기 툴 표면의 반대에 가함으로써 계속된 툴 표면을 이용해서 만들 수 있고 가열/냉각을 성취할 수 있고 그리고 본 발명에 따르면 상기 툴의 핀에 종류는 제한되지 않는다는 점이 통상의 기술자에게 인정될 것이다.

단지 가열 또는 단지 냉각 핀만을 포함하는 툴링 시스템 또한 본 발명의 범위 내이며 본 발명은 어떤 상황에서도 적용될 수 있을 것이고 가열 및 냉각 툴 핀과 관련된 많은 이점을 가져올 것이다.

Claims

물품을 몰딩하기 위한 툴 시스템으로서,
물품을 형성하기 위한 툴 표면을 포함하는 툴로서, 상기 툴 표면은 복수개의 툴 영역을 포함하는, 툴
상기 툴 영역 중 적어도 일부와 독립적으로 연관된 가열 및 냉각 수단;
상기 툴 영역과 연관된 가열 및 냉각 수단을 포함하는 상기 툴 영역을 개별적으로 가열 또는 냉각하기 위한 가열 및 냉각 수단을 제어하고, 몰딩 프로세스에서 임의의 특정한 시간에 각 툴 영역에서 상기 물품 안과 밖으로의 열 전송을 조절하기 위해 조정된 제어수단을 포함하는 툴 시스템.
제1항에 있어서,
상기 툴 영역내의 상기 물품의 특성을 감지하고, 각 툴 영역에서의 상기 특성을 나타내는 신호를 생산하는 복수개의 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제어 시스템은,
상기 특성을 나타내는 신호를 수신하는 입력 수단을 더 포함하고,
상기 신호를 기초로 상기 제어시스템은 상기 툴 영역을 가열 또는 냉각하기 위해서 프로그램된 기준을 기반으로 상기 가열 및 냉각 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제2항 또는 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 센서는 온도, 유전체 상수, 초음파 흡수/전달, 압력 및 경도 중에서 하나인 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
각 가열된/냉각된 툴 영역은 상기 각 가열된/냉각된 툴 영역과 연관된 독립적인 인라인 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 시스템은 가열 및/또는 냉각 유체를 위한 적어도 하나의 저장소를 더 포함하고,
상기 가열/냉각 수단은,
가열/냉각 유체가 통과하는 상기 툴 표면 아래의 각 툴 영역 내의 내부 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제6항에 있어서,
상기 툴 시스템은 상기 저장소에서 개별 툴 영역으로의 상기 가열/냉각 유체의 직접 유량을 위해서 복수개의 유체 유량 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제7항에 있어서,
유체 유량 경로를 더 포함하되,
상기 유체 유량 경로는 상기 가열/냉각 유체를 툴 핀에서 상기 저장소로 되돌려 보내는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제6항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
복수개의 상기 저장소를 더 포함하되,
각 저장소는 상이한 온도로 유지되고 있는 가열/냉각 유체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제7항에 있어서,
각 유량 경로는 상기 각 유량 경로 내에 인라인 가열기를 포함하되,
상기 인라인 가열기는 상기 각 유량 경로를 통과하는 유체를 가열하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제10항에 있어서,
상기 툴 영역을 통과하는 유체의 유량은 일정하고,
상기 인라인 히터의 활성화는 상기 유체를 냉각 유체에서 가열 유체로 변화시키는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
가열 및 냉각 수단과 연관된 복수개의 능동 툴 영역을 포함하고,
가열 및 냉각 수단과 연관되지 않은 복수개의 수동 툴 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제12항에 있어서,
상기 수동 툴 영역은 인접한 능동 툴 영역의 열 전송에 의해서 간접적으로 가열/냉각되는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 툴은 복수개의 툴 핀을 포함하되, 상기 복수개의 툴 핀은 상기 툴 표면을 바둑판 형식으로 형성하고, 적어도 몇몇의 상기 툴 핀은 상기 툴 핀 내에 가열/냉각 유체가 통과하는 유체 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제1항에 있어서,
상기 툴은 복수개의 툴 핀을 포함하되, 상기 복수개의 툴 핀은 상기 툴 표면을 바둑판 형식으로 형성하고, 적어도 몇몇의 상기 툴 핀은 상기 툴 핀 내에 가열/냉각 유체가 통과하는 유체 채널을 포함하고;
상기 가열된 툴 핀은 상기 툴 핀을 통과하는 유체를 가열하기 위해 내부 인라인 유체 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제15항에 있어서,
가열/냉각 유체가 통과하는 상기 툴 핀은 인서트를 포함하고, 상기 인서트는 상기 유체 유량 경로의 적어도 일부분을 정의하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제7항에 있어서,
상기 툴 영역으로의 상기 가열/냉각 유체의 유량을 제어하기 위해 복수개의 정상 열림 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제17항에 있어서,
상기 밸브는 가변 유량 제어 밸브인 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제1항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서,
제1툴과 실질적으로 반대에 배열된 제2 툴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
제19항에 있어서,
상기 제2툴은 실질적으로 상기 제1툴과 동일한 것을 특징으로 하는 툴 시스템.
툴 표면은 복수개의 툴 영역을 포함하며, 물품을 형성하기 위해 상기 툴 표면을 포함하는 툴 내에 몰딩될 물질을 위치시키는 단계;
상기 각 툴 영역에 대한 툴 표면의 온도를 변화시키기 위해 적어도 일부의 툴 핀과 연관된 가열 및 냉각 수단을 활성화시키는 단계;
몰딩 프로세스에서 임의의 특정한 시간에 상기 각 툴 영역에서 상기 물품의 안과 밖으로의 열의 전송을 조정하기 위한 상기 가열 및 냉각 수단을 능동적으로 제어하는 단계를 포함하는 물품을 제조하는 방법.
제21항에 있어서,
상기 각 툴 영역에서 물품의 특성을 감지하는 단계 및 상기 각 툴 영역에서 감지된 특성을 나타내는 신호를 생산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제22항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 특성을 나타내는 상기 신호를 수신하고, 상기 툴 영역을 가열 또는 냉각하기 위해서 상기 신호에 응답하여 상기 가열 및 냉각 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제22항 또는 제23항에 있어서,
상기 감지된 특성은 온도, 유전체 상수 및 경도 중 하나인 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제22항 내지 제24항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 방법은 감지하는 부분 내의 물품 재료의 희생 피스를 몰딩하는 단계를 더 포함하고,
상기 감지하는 부분 내의 상기 물품 재료의 피스는 상기 피스 내에 내장된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제25항에 있어서,
상기 물질 재료의 희생 피스 내의 상이한 물품 재료 횡단부를 포함하는 위치에 몇몇 센서를 내장하는 단계 및
상기 횡단부에 해당하는 센서에 의해서 생성된 상기 신호에 응답하여 특정한 몰드 횡단부에서 툴 영역에 대한 가열 및 냉각 수단을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제22항 내지 제26항 중 어느 하나의 항에 있어서,
특정한 물질 특성과 소정의 허용 오차 내로 완성된 물품을 생산하기 위해, 상기 물품의 안과 밖으로의 열 교환을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제27항에 있어서,
상기 특정 물품 재료 특성은 특정한 툴 영역 내에서 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제27항 또는 제28항에 있어서,
상기 특정한 물질 특성은 결정/비결정 밀도, 결정 크기, 교차결합 비율 및 가황(vulcanisation) 중 하나인 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제22항 내지 제29항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 몰딩 프로세스의 개시에 앞서 상기 물품 재료의 물질 특성을 감지하기 위한 센서를 제공하는 단계 및 상기 몰딩 프로세스의 개시에 앞서 상기 제어기에 상기 특성을 나타내는 신호를 공급하는 단계를 더 포함하되,
상기 몰딩 프로세스의 개시에 앞서 상기 제어기는 상기 몰딩 프로세스 동안 상기 가열 및 냉각 수단에 대한 제어를 상기 감지된 물질의 특성에 응답하여 수정하는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제22항 내지 제30항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 물품은 수지 전송 몰딩에 의해서 제조되고, 상기 툴 영역은 상기 몰드 온도를 증가시키도록 수지 주입 지점부터 수지가 흐르는 방향으로 상기 수지 흐름의 순차적으로 가열되고,상기 수지 유량의 리딩 에지가 상기 툴 영역 위를 통과함으로써, 상기 수지가 상기 툴 로 유입되어 수지/동작 인터페이스에서 상기 수지의 점성을 축소시키는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.
제22항 내지 제30항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 가열기는 다상(multiphase) 전력 공급의 상이한 상에 의해 가동되며 상기 제어기는 현저하게 불균형한 전력 드로우가 상기 전력의 임의의 단일 상에서도 발생하지 않게 상 전반에 대한 전력 사용의 균형을 위해서 상기 가열기에 대한 전력 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 물품을 제조하는 방법.