KR20130118888A - Smp 장치를 가지고 일체구조의 복합 부품들을 제조하기 위한 방법과 시스템들 - Google Patents

Smp 장치를 가지고 일체구조의 복합 부품들을 제조하기 위한 방법과 시스템들 Download PDF

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KR20130118888A
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데이비드 이. 헤븐스
랜디 렉스 카이사르
칼 레이 피겐바움
제프리 더블유. 프리스트
델버트 레온 스트렐로
코디 엘리자베스 앤 캐스터
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스피릿 에어로시스템즈, 인크.
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Abstract

강성 레이업 공구로서 이용될 수 있는 형상 기억 폴리머(SMP) 장치를 가지고 동체 또는 내부 스티프너와 같은 복합 부품을 제조하기 위한 방법과 장치. 상기 SMP 장치는, 연성을 가질 수 있을 때까지 가열되고, 성형되며 다음에, 원하는 강성 공구 구조체로 냉각된다. 예를 들어, 공동들은 복합 부품과 상호 결합되거나 상호 처리하기 위해 부품들을 유지하도록 SMP 장치내부에 형성될 수 있다. 복합 재료 및/또는 유지된 부품들이 가열되고 SMP 장치에 대해 압축된다. 상기 SMP 장치는, 완전한 처리 사이클동안 강성상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 복합 재료가 처리되면, SMP 장치는 연성 상태로 변화되고 처리된 복합 재료로부터 떨어지도록 가압된다.

Description

SMP 장치를 가지고 일체구조의 복합 부품들을 제조하기 위한 방법과 시스템들{METHODS AND SYSTEMS FOR FORMING INTEGRAL COMPOSITE PARTS WITH A SMP APPARATUS}
본 정규 특허 출원은, 2010년 11월 11일에 "블래더 스타일 재구성가능한 공구(bladder style reconfigurable tooling)"라는 제목으로 이전에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/412,635 호를 우선권 주장하고, 본 명세서는 상기 문헌의 공개를 참고로 한다. 본 특허 출원은, 2010년 12월 21일에 "블래더 스타일의 재구성가능한 공구(bladder style reconfigurable tooling)"라는 제목으로 이전에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/425,435 호를 우선권 주장하고, 본 명세서는 상기 문헌의 공개를 참고로 한다. 또한, 본 출원은, 2011년 5월 16일에 "SMP 맨드릴/블래더들을 가지고 복합 부품들을 제조하기 위한 방법과 시스템들"이라는 제목으로 이전에 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/486,539 호를 우선권 주장하고, 본 명세서는 상기 문헌의 공개를 참고로 한다.
본 발명은, 복합부품(composite parts)을 제조하기 위해 형상기억 폴리머(shape memory polymer, SMP)로 제조되고 재사용가능한 장치를 이용하기 위한 방법과 시스템에 관한 것이다.
항공기 제조시 이용되는 복합 부품들과 같은 복합 부품들은, 필라멘트 와인딩(filament winding), 테이프 배치(tape placement), 오버브레이드(overbraid), 찹 파이버 로빙(chop fiber roving), 코팅, 핸드 레이 업(hand lay up) 또는 다른 복합 처리 기술 및 처리(curing) 공정과 같은 다양한 생산 방법을 이용하여 제조된다. 상기 대부분의 공정들은 강성 처리 공구(rigid cure tool)/맨드릴을 이용하고, 상기 강성 처리 공구/맨드릴에 의해 복합재료가 도포되고 다음에 강성 복합부품(rigid composite part)으로 처리된다. 특히 결과적으로 형성되는 복합 부품이 쉽게 부품을 제거할 수 없게 만드는 트랩핑(trapping) 형상을 가지는 경우, 처리된 복합 부품으로부터 강성 처리 공구 또는 맨드릴을 제거하는 작업은 일반적으로 어렵고, 비용이 많이 들며 시간 소비적이다. 맨드릴을 제거하기 위한 공지 기술은, 맨드릴을 상기 복합 부품으로부터 제거될 수 있는 상대적으로 작은 조각들로 절단, 용해, 비드 블래스팅(bead blasting) 또는 다른 파괴과정에 의해 맨드릴을 희생 또는 파괴하는 것을 요구한다. 상기 맨드릴이 파괴되면, 맨드릴은 계속되는 부품들을 위해 다시 사용할 수 없게 되고 복합 부품의 내부표면이 손상될 수 있는 것이 분명하다.
또 다른 방법에 의하면, 상기 복합 부품이 처리된 후에 분해되거나 분리될 수있는 세그멘트식 맨드릴이 이용된다. 그러나, 상기 맨드릴들은 고가이며 설치와 제거를 위해 상당한 시간을 요구한다. 또한, 상기 세그멘트식 맨드릴들은 전형적으로, 특정 복합 부품을 제조하도록 설계되고 다른 복합 부품들의 제조시 이용되도록 용이하게 재구성되지 않는다.
또 다른 방법에 의하면, 복합 부품이 처리된 후에 팽창 가능한 맨드릴들을 수축(deflating)시켜서 제거될 수 있는 맨드릴이 이용된다. 그러나, 상기 방법은 전형적으로, 상대적으로 부족한 강도와 강성 때문에 복합 레이 업(lay-up) 작업동안 배깅 보조기구(bagging aid)로서만 이용될 수 있는 풍선 형상의 맨드릴을 포함한다.
또 다른 선택적인 방법에 의하면, 실리콘 코팅된 발포 공구(foam tooling) 또는 맨드릴을 포함한다. 상기 발포 공구는 실리콘 백(bag)으로 덮여지고 다음에 처리되지 않은(uncured) 복합 재료로 싸인다. 처리작업 후에, 실리콘 백은 제거되고 다시 사용될 수 있다. 그러나, 상기 발포 공구는 재사용될 수 없어서, 새로운 발포 공구가 각각의 처리 사이클마다 새로운 발포제로부터 기계가공되어야 한다.
따라서 복합 부품들을 제조하기 위한 개선된 방법들이 필요하다.
본 발명의 실시예들은, 형상 기억 폴리머(SMP) 장치를 이용하여 복합 부품들을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 한가지 예시적인 방법은, 복합 재료를 SMP 장치의 적어도 일부분에 도포하고, SMP 장치의 계수를 강성상태로부터 연성 상태로 변화시키며, 상기 복합 재료를 복합 재료 처리온도까지 가열하고, 강성 몰드에 대해 복합 재료를 압축하기 위해 처리작업 전 및/또는 처리작업동안 SMP 장치를 연성상태에서 복합 재료를 향해 구동하는 압력차를 유도하는 것을 포함한다. 상기 계수의 변화는, 온도변화, 전류, 물 및 광선 중 적어도 한 개를 SMP 장치에 가하여 촉발될 수 있다. 처리작업이 완료되면, 압력은 방출되고 SMP 장치는 결과적으로 형성되고 처리된 복합 부품내부로부터 제거될 수 있다.
복합 부품을 제조하기 위한 예시적인 또 다른 방법은, 복합 재료를 SMP 장치의 적어도 일부분에 도포하는 단계, 강성 몰딩 공구내에서 복합 재료와 SMP 장치를 공동속에 배열하여, 복합 재료의 적어도 일부분이 강성 몰딩 공구에 대해 유지되는 단계, 복합 재료와 SMP 장치상에 불침투성 재료의 시트를 배열하는 단계, 상기 강성 몰딩 공구 및/또는 SMP 장치에 대해 불침투성 재료의 시트를 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다. 다음에 상기 방법은, 복합 재료를 복합 재료 처리 온도까지 가열하고, 강성 상태로부터 연성상태로 상기 SMP 장치의 계수가 변화하도록 개시하며, 연성상태에서 상기 SMP 장치와 불침투성 재료의 시트를 복합 재료를 향해 구동하기 충분한 압력차를 유도하여, 복합 재료가 복합 부품속에 처리되기 전에 그리고 처리되는 동안 복합 재료의 적어도 일부분이 상기 강성 몰드에 대해 압축되는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 일체구성된 스티프너를 가지고 복합 부품을 제조하기 위한 방법은, SMP 장치를 연상상태로 변화시키는 단계, 제조되어야 하는 복합 부품이 가지는 제 1 표면의 원하는 구조와 일치하도록 SMP 장치를 성형하는 단계, 공동내에 스티프너들을 배열하도록 구성된 한 개이상의 공동들을 가지도록 SMP 장치를 성형하는 단계, SMP 장치를 강성 상태로 변화시키는 단계, 상기 공동속에 스티프너들을 배열하는 단계, 공동속에 유지되는 스티프너들의 노출된 표면과 SMP 장치에 복합 재료를 도포하는 단계 및, 복합 부품을 제조하기 위해 압력과 열에 의해 SMP 장치상에서 복합 재료와 스티프너를 상호 처리하거나 상호 결합시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 처리된 복합 부품내부로부터 SMP 장치를 제거하기 위한 방법은, SMP 장치를 강성 상태로부터 연성상태로 변화시키는 단계, 처리된 복합 부품으로부터 떨어져 내부 맨드릴 공구를 향해 연성 상태의 SMP 장치를 구동시키는 압력차를 유도하는 단계, 및 처리된 복합 부품으로부터 내부 맨드릴 공구에 SMP 장치가 유지되며 내부 맨드릴 공구를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 내부 맨드릴 공구는, 변화하는 윤곽을 가진 외부표면을 포함하여, SMP 장치를 내부 맨드릴 공구를 향해 구동될 때 SMP 장치로 붕괴되거나 접혀지는 것을 방지하기 위해 외부표면은 충분히 큰 표면적을 가진다. 외부표면상의 위치들사이의 최대 직선 거리는, 처리된 복합 부품을부터 제거하기 위한 내부 맨드릴 공구의 간극(clearance)을 허용하도록 작을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 일체구성된 스티프너들을 가지고 복합 부품을 제조하기 위한 방법은, 성형되어야 하는 복합 부품이 가지는 제 1 표면의 원하는 구조와 일치하도록 형상 기억 폴리머(SMP) 장치를 성형하거나 주조하는 단계, SMP 장치내에 스티프너들을 배열하기 위해 구성되는 한 개이상의 공동들을 포함하도록 SMP 장치를 성형하거나 주조하는 단계, 상기 공동속으로 스티프너들을 배열하는 단계, 상기 공동내에 유지되는 스티프너들의 노출된 표면들과 SMP 장치상에 복합 재료를 도포하는 단계, 복합 부품을 제조하기 위해 압력과 열에 의해 SMP 장치상에 복합 재료를 가지고 스티프너를 상호 처리하거나 상호 결합하는 단계를 포함한다. 본 발명의 상기 실시예에서, 상기 SMP 장치는 복합 재료를 가지고 상기 스티프너를 상호 처리하거나 상호 결합하는 동안 강성 상태를 유지한다.
상기 설명은, 하기 상세한 설명에서 추가로 설명되는 선택된 개념들을 간단하게 설명하기 위해 제공된다. 상기 설명은, 청구된 발명요지의 주요 특징들 또는 필수 특징들을 확인하기 위한 것이 아니고 본 발명의 범위를 제하기 위한 것도 아니다. 본 발명의 다른 특징들과 장점들은, 첨부된 도면들과 선호되는 실시예들에 관한 상세한 설명으로부터 이해된다.
본 발명의 실시예들이, 첨부된 도면들을 참고하여 다음과 같이 상세하게 설명된다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따라 구성되고 맨드릴상에 배열된 복합 재료를 가진 맨드릴로서 이용되는 SMP 장치를 도시한 투시도.
도 2는, SMP 장치가 블래더로서 작용하도록 외부를 향해 팽창되고 외부 몰드를 향해 복합 재료를 가압할 때, 도 1의 SMP 장치를 도시한 수직단면도.
도 3은, 강성을 가지고 팽창된 상태로 있는 SMP 장치의 또 다른 실시예를 도시한 투시도.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라 구성된 내부 맨드릴 공구를 도시한 투시도.
도 5는, 도 3의 SMP 장치가 도 4에 도시된 내부 맨드릴 공구위로 미끄럼운동하고 내부 맨드릴 공구에 대해 수축하도록 가열된 후에 SMP 장치를 도시하고 각각의 단부에서 내부 맨드릴 공구에 대해 SMP 장치를 밀봉하도록 구성된 단부 밀봉체를 도시한 분해 투시도.
도 6a는, 본 발명의 실시예에 따라 구성되고 복합 부품과 상호 결합되거나 상호 처리되도록 구성된 내부 스티프너들을 도시한 투시도.
도 6b 는, 도 5의 SMP 장치를 원하는 강성 공구 구조로 용이하게 구성하기 위해 본 발명의 실시예에 따라 구성된 더미 스킨 및 더미 스티프너를 도시한 부분 투시도.
도 7은, 도 6의 더미 스킨과 더미 스티프너를 도시하고 추가로 더미 스티프너상에 배열된 보강 인서트들을 도시한 부분 투시도.
도 8은, 본 발명의 실시예에 따라 구성된 강성 외부 공구속에 배열된 도 5의 내부 맨드릴 공구를 도시한 분해 투시도.
도 9는, 더미 내부 스티프너들이 그 안에 형성된 공동내에 유지될 때 원하는 강성 공구 구조로 유지되는 도 5의 SMP 장치를 도시한 투시도.
도 10a는, 내부 스티프너들이 그 안에 형성된 공동으로부터 제거될 때 원하는 강성 공구 구조로 유지되는 도 9의 SMP 장치를 도시한 투시도.
도 10b 는, 도 6a의 내부 스티프너들이 그 안에 형성된 공동내에 유지될 때 원하는 강성 공구 구조로 유지되는 도 5의 SMP 장치를 도시한 투시도.
도 11은, 복합 재료가 SMP 장치와 내부 스티프너 주위에 도포될 때 도 9의 SMP 장치를 도시한 투시도.
도 12는, 복합 재료가 처리된 후에 도 11의 복합 재료와 SMP 장치를 도시하고 SMP 장치가 가열되고 내부 맨드릴 공구를 향해 다시 수축되면 처리된 복합 재료와 SMP 장치사이에 형성된 공간을 도시한 부분 투시도.
도 13은, 내부 맨드릴 공구, 강성 외부 공구 및 SMP 장치가 강성 동체로부터 분리된 상태이고 강성 동체속으로 상호 처리되거나 상호 결합되는 도 6의 내부 스티프너 및 도 12의 복합 재료를 도시한 투시도.
도 14는, 본 발명의 실시예에 따라 SMP 장치를 원하는 강성 공구 구조속으로 성형하기 위한 방법을 도시한 플로우 차트.
도 15는, 본 발명의 실시예에 따라 SMP 장치를 이용하여 동체를 제조하기 위한 방법을 도시한 플로우 차트.
도 16은, 본 발명의 실시예에 따라 구성되는 두 개의 SMP 장치들과 강성 외부 공구사이에 형성된 J 자 형상의 스트링거를 도시한 부분 단면도.
도 17은, 본 발명의 실시예에 따라 SMP 장치를 이용하여 복합 스티프너를 제조하기 위한 방법을 도시한 플로우 차트.
상기 도면들은, 본 발명을 본 명세서에 도시되고 공개된 특정 실시예로 한정하지 않는다. 대신에 상기 도면들이 반드시, 일정 비율일 필요는 없지만 본 발명의 원리를 명확히 도시한다.
본 발명에 관한 하기 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 도시하는 첨부 도면들을 참고한다. 상기 실시예들은, 당업자들이 본 발명을 실시할 수 있을 정도로 충분히 상세하게 본 발명의 특징들을 설명하는 것을 목적으로 한다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 본 발명의 범위내에서 변형될 수 있다. 그러므로 하기 상세한 설명은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 범위는, 상기 청구범위에 의해 부여되는 동등한 발명의 범위와 함께 오직 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
상기 설명에서, "한 개의 실시예" 또는 "실시예" 또는 "실시예들"은, 설명되는 특징 또는 특징들이 적어도 한 개의 기술 실시예내에 포함되는 것을 의미한다. 본 설명에서 별도로 "한 개의 실시예" 또는 "실시예" 또는 "실시예들"은 반드시 동일한 실시예를 의미하는 것은 아니며 그렇게 언급되지 않는다면 서로 배타적이지 않고 상세한 설명으로부터 당업자들에게 용이하게 이해될 것이다. 예를 들어, 한 개의 실시예에 관해 설명된 특징, 구조, 작용 등은 다른 실시예들에도 포함될 수 있지만 반드시 포함되는 것은 아니다. 따라서, 본 기술은, 본 명세서에서 설명된 실시예의 다양한 조합 및/또는 일체 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 복합 부품들을 제조하기 위한 방법이다. 본 발명의 실시예는, 도 1 및 도 2에 가장 양호하게 도시된 형상기억 폴리머(SMP) 장치(12) 및/또는 도 2에 도시되고 하기 설명되는 강성 외부 공구(28)에 의해 구성될 수 있다. 상기 SMP 장치(12)는, 도 1에 도시된 것처럼 복합 재료(14)를 도포하기 위한 맨드릴 또는 강성 공구 및 상기 복합 재료(14)를 도 2에 도시된 것처럼 경화된 복합 부품으로 처리하는 작업동안 복합재료(14)에 대해 외부를 향하는 압력을 제공하는 블래더(bladder)로서 이용될 수 있다.
상기 SMP 장치(12)는 모든 기억 형상으로 주조되는 SMP 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 SMP 장치(12)는 미국특허 제 7,422,714 호에 공개된 SMP 실린더를 형성하기 위한 방법과 같은 종래기술의 방법을 이용하여 한 개이상의 개방 단부들을 가지고 기다란 및/또는 중공의 구조로 주조될 수 있고, 본 명세서는 상기 문헌의 공개를 참고로 한다. 예를 들어, 상기 SMP 장치(12)는 마주보는 두 개의 단부들로 개방되고 예비성형된 SMP 실린더 또는 배럴(barrel)일 수 있다. 선택적으로, 상기 SMP 장치(12)는, 사다리꼴, 직사각형, 정사각형 또는 삼각형의 모든 단면 형상을 가질 수 있거나 중공이 아닌 구조로 주조될 수 있다. 상기 SMP 장치의 주조형상은 본 명세서에서 기억형상(memory shape)으로 설명된다.
상기 SMP 장치(12)를 형성하기 위해 이용되는 SMP 재료는, 보강된 SMP 재료 또는 보강되지 않는 SMP 재료일 수 있다. 구체적으로, 상기 SMP 장치(12)를 형성하기 위한 SMP 재료는 에폭시, 에폭시 기초 SMP, 스틸렌 코폴리머 기초 SMP 또는, 에폭시(epoxy), 에폭시 기초 SMP(epoxy-based SMP), 스티렌 공중합체 기초 SMP(styrene copolymer based SMP) 또는 예를 들어, 시아네이트 에스테르 (cyanate ester), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌 호모폴리머(polyethylene homopolymer), 스틸렌부타디엔(styrene-butadiene), 폴리이소프렌(polyisoprene), 스테아릴 아크릴산염(stearyl acrylate) 및 아크릴산(acrylic acid) 또는 메틸 아크릴산염(methyl acrylate), 노보넨(norbornene)의 공중합체 또는 디메탄옥타하이드로납탄 호모폴리머(dimethaneoctahydronapthalene homopolymers) 또는 공중합체, 및 말레이미드(malemide)의 다른 모든 형태의 SMP 조합일 수 있다. 예를 들어, SMP 장치(12)에서 이용되는 SMP 재료는, 미국특허 제 7,422,714호, 제 6,986,855 호, 제 7,276,195호, 미국공개 특허 출원 제 2008/0021188 호, 제 2008/0021166 호 및/또는 제 2008/0269420호에서 설명된 SMP 일 수 있고, 본 명세서는 상기 문헌의 공개를 참고로 한다. 그러나 다른 형태의 다른 SMP 들이, 특정 허용오차 및 온도요건을 만족시키기 위해 변경될 수 있다.
다양한 SMP 재료의 계수는, 온도 변화, 전류, 물 및/또는 광선과 같은 서로 다른 여러 가지 방법을 통해 변화될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 예시적인 방법들은, SMP 장치(12)를 연성(malleable) 상태로부터 강성 상태 및 그 반대로 변환시키기 위해 온도변화의 이용을 공개한다. 그러나, SMP 장치(12)의 SMP 재료의 계수를 변화시키기 위한 상기 열거된 변화요소(trigger)들은 모두, 본 발명의 범위내에서 본 명세서의 복합 부품 제조방법을 위해 이용될 수 있다.
본 명세서에서 임계온도로서 정의되는 SMP 재료의 유리전이온도(glass transition temperature)(Tg)에서 및/또는 유리전이온도이상에서, 상기 SMP 재료는 더 낮은 계수 상태로 전이하기 시작하고 변형되기 위해 연성 및/또는 부드러운(soft) 상태로 된다. 그러므로, 본 발명의 SMP 장치(12)는, 장치가 장치의 유리전이온도(Tg)이상으로 가열될 때 가요성을 가지고 변형가능하며 장치의 유리전이온도(Tg)보다 낮은 온도로 냉각될 때 강성을 가지게 된다. 상기 SMP 장치(12)가 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도에서 변형되고 다음에 상기 변형상태로 유지되고, 장치의 온도가 유리전이온도(Tg) 아래로 떨어짐에 따라 SMP 장치(12)는 상기 변형상태에서 경화된다. 다시 가열될 때 SMP 장치(12)는 일반적으로 다른 하중에 의해 다르게 작용하지 않는 한, 원래의 주조 기억형상으로 복귀할 수 있다. SMP 장치(12)의 계수 변화가 유리전이온도(Tg)에서 개시될 때 전이 온도가 존재하며, 상기 전이온도를 통해 SMP 장치(12)의 연성은 증가될 수 있다.
SMP 장치(12)는, 본 명세서에서 설명되는 방법과 이용에 적합한 모든 유리전이온도(Tg)를 가진 SMP 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 유리전이온도(Tg)는 복합재료(14)의 처리온도와 동일하거나 작을 수 있어서, SMP 장치(12)는 복합 부품을 처리하는 동안 팽창가능한 블래더로서 이용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 유리전이온도(Tg)는 복합 재료(14)의 처리온도보다 클 수 있어서, SMP 장치(12)는 복합 부품의 처리작업 동안 강성을 유지한다.
SMP 장치(12)는 본 발명의 일부 실시예에서 모든 유리전이온도(Tg)를 가지도록 설계될 수 있는 반면에, 상기 유리전이온도(Tg)는 100℉내지 700℉의 온도일 수 있다. 특히 유리전이온도(Tg)는, 100℉ 내지 200℉ 및 200℉ 내지 300℉ 또는 300℉ 내지 400℉의 온도일 수 있다. 좀더 구체적으로, 상기 온도는 125℉ 내지 175℉, 250℉ 내지 300℉ 또는 350℉ 내지 400℉의 온도일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, SMP 장치(12)의 유리전이온도(Tg)는 대략 143℉, 275℉ 또는 375℉일 수 있다. 상기 SMP 장치(12)의 연성은, 유리전이온도(Tg)에서 개시되거나 유리전이온도(Tg)주위에 집중된 전이온도 범위를 통해 가열될 때 증가될 수 있고, 상기 SMP 장치(12)는 유리전이온도(Tg) 또는 유리전이온도(Tg)아래의 온도로 전이온도범위로 냉각될 때 장치의 강성상태로 서서히 경화될 수 있다.
강성 외부 공구(rigid external tool)(28)는, 복합 부품을 제조하기 위한 모든 형상 또는 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 강성 외부 공구(28)는 중공 공간을 가질 수 있고 상기 SMP 장치(12)와 복합 재료(14)가 상기 중공공간내부로 배열될 수 있다. 예를 들어, 강성 외부 공구(28)는 배럴 공구이거나 크램쉘(clamshell) 공구일 수 있다. 도 2에 도시된 강성 외부 공구(28)는 복합 부품의 외부표면을 형성할 수 있다. 본 발명의 선택적 실시예에서, 상기 강성 외부 공구(28)는 복합 부품의 외부표면 또는 내부표면을 형성하기 위해 형성되고 구성된 모든 형태의 몰드(mold)와 교체될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 강성 외부 공구(28)은 또한 SMP 장치(12)를 용이하게 형성하거나 성형하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 더미 스킨(dummy skin)(22), 더미 내부 스티프너(stiffener)(23) 및/또는 보강 인서트(insert)(26)들이 하기 상세한 설명과 같이 강성 외부 공구(28)내에 배열되거나 강성 외부 공구(28)에 부착되어, SMP 장치(12)를 위한 원하는 몰드 구조를 제공할 수 있다.
복합 부품을 형성하기 위해 SMP 장치(12)상에 배열된 복합 재료(14)는, 저온 레진(resin), 고온 레진, 강인화(toughened) 레진, 프리프레그(prepreg), 습식 처리(wet processed) 섬유, 건조 섬유, 연속 섬유, 불연속 섬유, 절단 섬유(chopped fiber), 유리, 케블라, 탄소 및/또는 코어(core)를 포함하거나 형태일 수 있다. 코어는 본 명세서에서 두 개의 복합재료 층들을 분리하는 오프셋(offset) 성분으로 정의된다. 예를 들어, 코어는, 발포, 열가소성, 벌집 재료, 알루미늄, 유리섬유 페놀(phenolic), 탄소, 노멕스(nomex) 등을 포함할 수 있다. 코어는 또한, 코어 패널(core panel), 벌집 코어(honeycomb core), 또는 샌드위치 패널 코어로서 설명될 수 있다. 또한, 복합 재료(14)의 화학적 구성은, 에폭시(epoxy), BMI, 벤즈옥사진(benzoxazine), 비닐(vinyl), 아크릴(acrylic), 폴리에스터(polyester), 폴리이미드(polyamide), 프탈로나이트릴(phthalonitrile) 및 종래기술에서 공지된 유사한 다른 재료들을 포함할 수 있다. 복합 재료(14)는, 자동화된 섬유배치, 자동화된 직물배치, 자동화된 필라멘트 와인딩(filament winding), 직물 배치, 수동 레이업(hand lay-up) 또는 공지된 다른 종래기술을 이용하여 SMP 장치(12)상에 배열될 수 있다. 복합 재료(14)는, 예를 들어 압력 용기체(autoclave)내부, 압력용기체로부터 저온 처리공정 및/또는 고온 처리공정을 통해 처리되거나 경화되도록 구성될 수 있다.
이용시, 상기 SMP 장치(12)는, 강성공구 구조 내부로 형성되고 다음에 복합 재료(14)가 그 위에 도포될 수 있다. 예를 들어, SMP 장치(12)는 SMP 장치(12)내부에 배열된 한 개이상의 내부 몰드들 및/또는 SMP 장치(12)외부에 배열된 (강성 외부 공구(28)와 같은) 한 개이상의 외부 몰드들에 의해 형성될 수 있다. 내부 또는 외부 몰드들은, 원하는 구조로 강성 외부 공구(28)내부로 배열되거나 강성 외부 공구상에 배열되는 더미 스킨(dummy skin)(22), 더미 내부 스티프너(stiffener)(23) 및/또는 보강 인서트(insert)(26)와 같이, SMP 장치(12)에 원하는 형상을 제공하도록 일체구성되거나 함께 조립되는 모든 갯수의 부품들을 포함할 수 있다. SMP 장치(12)의 구성 방법은, 본 발명의 범위내에서 이용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, SMP 장치(12)는 내부 또는 외부 몰드에 밀봉되고 가열되며 다음에 내부 또는 외부 몰드에 대해 가압될 수 있다. 예를 들어, SMP 장치(12)는, SMP 장치(12)를 몰드를 향해 가압하기 위해 팽창(inflation), 진공 및/또는 종래기술에 의해 유도된 압력차를 통해 상기 몰드로 가압될 수 있다. 구체적으로, SMP 장치(12)는 가열되고 외부몰드를 향해 팽창되고 복합 부품의 내부표면을 형성하기 위한 구조내부로 팽창될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, SMP 장치(12)가 강성 공구 구조체내에서 냉각되면, 상기 SMP 장치(12)는 내부 또는 외부 몰드들로부터 제거될 수 있고, 복합 재료(14)는 섬유배치와 같은 종래기술의 방법을 통해 SMP 장치(12)위에 배열될 수 있다. SMP 장치가 도포되어야 하는 복합 재료(14)를 위한 원하는 형상으로 성형된 후에, SMP 장치(12)는 본 명세서에서 "강성 공구 구조체"로서 설명된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 SMP 장치(12)내부에 공동(40)들이 형성되어, (복합 프레임, 스트링거(stringer) 또는 코어와 같은 내부의 스티프너들과 같은) 부품들이, 상기 복합 재료(14)와 상호 결합(co- bonded)되거나 상호 처리(co- cured)되도록 상기 공동내부에 배열될 수 있다. 다음에, 복합 재료(14)는 SMP 장치(12) 및 상호 결합되거나 상호 처리되어야 하는 부품들에 배열 및/또는 부품상에 배열될 수 있다. 상기 공동(40)들은, 복합 재료(14)가 도포되는 동안 어떠한 기계적 부착물없이 상기 복합 재료(14)에서 제 위치에 상호 결합되거나 상호 처리되도록 상기 부품들을 고정할 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, 다양한 구속체들이, 복합 재료(14)의 도포작업동안 내부 스티프너들을 제 위치에 유지하기 위해 이용될 수 있다. 다음에, SMP 장치(12)를 통한 압력은, 상기 부품들 또는 내부 스티프너들과 복합 재료를 처리 따라서 상호 결합되거나 상호 처리하는 동안 상기 부품들 또는 내부 스티프너들을 복합 재료에 대해 가압할 수 있다.
추가로 또는 선택적으로, SMP 장치(12)의 형상과 크기는, 상대적으로 두꺼운 복합 재료(14) 또는 복합 재료(14)의 추가 층들이 선택위치에서 도포되는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 SMP 장치(12)는, 상대적으로 작은 단면적을 가진 부분 및 상대적으로 큰 단면적을 가진 부분을 가질 수 있다. 상대적으로 작은 단면적을 가진 SMP 장치(12)의 부분은, 상대적으로 더 많은 양의 도포되어야 하는 복합 재료(14)를 허용할 수 있다. 일반적으로, SMP 장치(12)는, SMP 장치(12)와 강성 외부 공구(28)사이에 충분한 허용오차 또는 오프셋(offset)을 제공하도록 구성되어, 복합 재료(14) 및/또는 내부 스티프너들의 원하는 두께가 상기 오프셋내에 일치할 수 있다.
복합 재료가 도포되면, 복합 재료(14)를 처리 및/또는 다른 부품들 또는 내부 스티프너를 상기 복합 재료(14)에 상호 처리하거나 상호 결합시키기 위해 열과 압력이 SMP 장치(12)와 복합 재료(14)에 가해질 수 있다. 추가로, 상기 열은, SMP 장치(12)의 계수를 변화시키기 위해 이용될 수도 있다. 예를 들어, 상기 SMP 장치(12)와 복합 재료(14)는, 강성 외부 공구(28)의 중공공간내부에 배열되고 복합 재료(14)를 처리(cure)하기 위해 요구되는 것처럼 가열되고 가압될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 처리공정동안 이용된 열은, SMP 장치(12)의 유리전이온도(Tg)보다 커서 SMP 장치(12)는 연성상태로 변환되고, (예를 들어, 압력용기체를 통해) SMP 장치(12)내부 및 SMP 장치로부터 가해지는 압력차에 의해 SMP 장치(12)는 강성 외부 공구(28)를 향해 가압될 수 있다. 구체적으로, 상기 열은, 상기 SMP 장치(12)를 강성 공구 구조체로부터 블래더 구조체로 변환시킬 수 있고, 상기 블래더 구조체내에서, SMP 장치(12)가 가요성을 가지고 팽창가능하고 도 2에 도시된 것처럼 복합 재료(14)를 강성 외부 공구(28)에 대해 가압하는 내부 블래더(bladder)로서 작용한다. 추가로 본 발명의 일부 실시예에서, 작은 압력차 또는 가압화작용이, SMP 장치(12)의 온도가 유리전이온도(Tg)를 초과할 때까지 SMP 장치(12)에 가해질 수 있고, 상기 온도에서 압력은 단계적으로 충분한 양의 원하는 압력까지 상승될 수 있다.
그러므로 SMP 장치(12)는, 상기 강성 외부 공구(28) 또는 선택적인 모든 강성 몰들 표면에 대해 복합 재료(14)를 가압하기 위해 이용될 수 있다. , 본 명세서에 설명된 것처럼, 압력차는 다양한 방법으로 유도되고, SMP 장치(12)는 본 명세서에 설명된 몰드들 또는 강성 공구들 중 한 개에 대해 공기밀봉상태로 밀봉되어, SMP 장치(12)는 복합 재료를 향해 팽창 및/또는 처리공정동안 복합 재료(14)로 끌어당겨진다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 압력차는 압력용기에 의해 유도된다.
선택적으로 본 발명의 일부 실시예에서, 연성상태인 SMP 장치(12)를 강성 표면에 가압하여 SMP 장치(12)와 상기 강성표면사이에서 복합 재료(14)를 가압하도록 진공 백(bag) 또는 다른 불침투성 시트가 부착될 수 있다. 본 발명의 상기 실시예에서, 진공 백 또는 재료의 다른 불침투성 시트가 강성 외부 공구(28)와 같이 본 명세서에서 설명된 강성 공구들 또는 몰드들 중 한 개에 밀봉될수 있다. 이러한 구성은, SMP 장치(12)가 불침투성을 가지지 못하고 그내부에 구멍 또는 절단부(tear)를 포함하거나 다른 표면에 대해 밀봉될 수 없어서, SMP 장치(12)와 밀봉되는 표면사이에 압력차가 야기될 수 있는 경우에 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 진공백은 강성 외부 공구(28)에 밀봉되고 연성 상태의 SMP 장치(12)를 진공백에 가해진 압력차에 의해 원하는 방향으로 이동시키기 위해 이용될 수 있다.
상기 설명과 같이, SMP 장치(12)는 예를 들어, 전류, 물 및/또는 광선과 같이 열을 제외한 변화요소에 응답하여 계수의 변화를 경험하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일부 실시예에서, 복합 재료(14)가 처리됨에 따라 다른 변화요소들 중 한 개가 SMP 장치(12)에 가해질 수 있어서, SMP 장치(12)는 충분한 연성을 가질 수 있어서, 강성 외부 공구(28)에 대해 복합 재료(14)를 가압하거나 팽창될 수 있다.
복합 재료(14)가 처리되면, 압력차는 사실상 동일화(equalized)되고 온도는 유리전이온도(Tg)위로 유지되며, 다음에 팽창 가능한 블래더 구조체내부의 SMP 장치(12)는 처리된 복합 부품내부로부터 제거될 수 있다. 선택적으로, 복합 재료(14)가 처리되면, SMP 장치(12)를 처리된 복합 재료로부터 멀어지도록 가압하기에 충분한 압력차가 유도될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 SMP 장치(12)는 최초의 형상 또는 기억형상으로 수축될 수 있고, 결과적으로 형성된 복합 부품내부로부터 SMP 장치(12)를 용이하게 분리하는 것을 허용한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 하기 설명과 같이, SMP 장치(12)내부에 배열된 내부 맨드릴은, (아직까지 연성상태인) SMP 장치(12)를 복합 부품으로부터 멀리 끌어내도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 SMP 장치(12)는 아직까지 연성인 상태를 유지하며 처리된 복합 부품으로부터 멀어지도록 가압되고, 다음에 처리된 복합 부품내부로부터 제거되기 전에 냉각 및/또는 적어도 경미하게 강성이거나 완전히 강성이 되도록 허용될 수 있다.
상기 SMP 장치(12)는, 트랩구조(trapped)의 기하학적 형상을 가진 복합 부품들과 같이 다양한 형상을 가진 다양한 복합 부품들을 형성하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 복합 부품들은 항공기 동체, 날개, 나셀(nacelles), 패널, 덕트 및 항공기용 구조 지지체 또는 스티프너들일 수 있다. 항공기용 구조 지지체의 예는, 스트링거(stringer)들, 프레임, 사다리꼴 모자형상의 스티프너, 종 형상의 스티프너, 뒤집힌 모자 형상의 스티프너, J 자 형상의 스티프너, F 자형상의 스티프너, 블래이드 스티프너, I자 형상의 스티프너 및 C 자 형상의 스티프너를 포함할 수 있다. 또한 SMP 장치(12)와 함께 형성된 복합 부품들은, 로터크래프트(rotocraft), 파일론(pylon)들, 추력 전환기(reverser), 슈라우드(shroud), 유입구(inlets), 윙렛(winglets), 윙팁(wing tips), 수직 및 수평 스태빌라이저(stabilizers), 에어프레임(airframe) 구조체, 엠페나제(empennage), 스파(spars), 리브(ribs), 관형 에어프레임 구조체, 제어표면, 노우즈 부분(nose sections), 페어링(fairings), 플랩(flaps), 에어론(ailerons), 스포일러(spoiler), 슬레이트(slats), 토크 튜브(torque tubes), 구동축, 카울(cowls), 엔진 유입구, 추력 노즐(exhaust nozzles), 배출가스 콘(exhaust cones), 프로펠러, 변속기, 변속기 하우징, 커프(cuffs), 로터 블레이드(rotor blades), 연료탱크, 랜딩 기어(landing gear), 랜딩기어 웰(wells), 도어(doors), 서브 프레임(subframes), 롱거론(longerons), 와이어 트레이(wire trays), 스트럿(struts), 브래킷(brackets), 프레임 스테빌라이저(frame stabilizers), 구모몬트(gunmounts), 제어 받침대(control pedestals), 계기판 콘솔(instrument consoles), 등을 포함할 수 있다. 상기 복합 부품들은 우선 SMP 장치(12)가 강성공구 구조체내에 위치할 때 SMP 장치(12)의 적어도 일부분에 대해 상기 복합 재료(14)를 배열하여 SMP 장치(12)를 이용하여 형성될 수 있다. 다음에 상기 복합 재료(14)는 복합 재료(14)를 복합 부품으로 처리(curing)하는 동안 강성 또는 연성 상태로 SMP 장치(12)에 대해 압축 및/또는 SMP 장치에 의해 압축될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 한 개이상의 SMP 장치(12)는 하기 설명과 같이 복합 부품을 제조하기 위해 이용될 수 있다. 복수 개의 SMP 장치들이 복합 부품을 형성하기 위해 이용되는 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 설명과 같이 SMP 장치는 서로 다른 유리전이온도(Tg)들 또는 서로 다른 SMP 장치들의 계수를 변화시키기 위한 서로 다른 변화요소를 가지도록 구성될 수 있다.
또한 내부 스티프너들은, 하기 설명과 같이, SMP 장치(12)를 이용하여 상기 열거된 복합 부품들과 같은 모든 복합 부품과 상호 처리되거나 상호 결합될 수 있다. 상기 상호 처리(co-curing)는 본 명세서에서, 처리되지 않은 두 개의 복합 부품들을 동시에 처리하고 결합시키는 것으로서 정의된다. 상기 용어 상호 결합(co- bonding)은 본 명세서에서 처리되지 않은 복합 부품을 경화된 부품 또는 이전에 처리된 복합 부품에 결합시키는 동시에, 처리되지 않은 한 개의 복합 부품을 처리하는 것으로서 정의된다. 내부 스티프너들은, 상기 설명과 같이 예를 들어 프레임, 스트링거 또는 코어를 포함할 수 있다. 상기 프레임들과 스트링거들은 복합 부품의 길이에 대해 횡방향 및/또는 수직으로 연장되고 기다란 구조를 가진 스티프너일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 프레임은 격자 형상의 구조로 상기 스트링거를 가로지를 수 있다. 프레임과 스트링거의 일부 특정 형태에 관한 예들은, 사다리꼴 모자형상(trapezoidal hat-shaped) 스티프너, 종형상의 스티프너, 뒤집힌 모자 형상의 스티프너, J-스티프너, F-자 형상의 스티프너, 블레이드 스티프너, l-자 형상의 스티프너, 및 C-자 형상의 스티프너를 포함할 수 있다. 또한, SMP 장치(12)는, 트레일러, 차량 덕트 및 매니폴드(manifolds), 호스, 타이어, 터보차져(turbochargers), 탱크(tanks), 차량, 경주용 차량, 보트, 요트, 자전거, 카누(canoes), 카약(kayaks), 패들(paddles), 스포츠 용품(sporting goods), 총기개머리판(gun stocks), 그립(grips), 크로스 보우(crossbows) 및 부속장치(accessories), 골프 클럽(golf clubs) 및 관련 부품, 낚시 막대(fishing rods), 기타(guitars), 파이프, 막대, 건물 서플라이어(building supplies), 풍력 터빈 블레이드(wind turbine blades), 엔진 부품, 가구, 항해용 마스트(sail masts), 전기식 엔클로저(enclosures), 방호복(armor), 구동축, 인공위성(satellites), 미사일(missiles), 및 우주선과 같은 다양한 다른 복합 부품들을 형서하기 위해 이용될 수 있다. 상기 복합 부품들은 본 명세서에 설명된 방법과 유사한 방법으로 제조될 수 있다.
SMP 장치로 동체를 제조
본 발명의 또 다른 실시예는, 도 13에 도시된 것처럼 일체형 내부 스티프너(24)들을 가진 항공기 동체(15)를 제조하는 방법이다. 상기 설명과 같이, 상기 실시예의 방법은, 도 2 내지 도 12에 가장 양호하게 도시된 내부 맨드릴 공구(16), 단부 밀봉체(18,20), 더미 스킨(22), 내부 스티프너(24), 보강 인서트(insert)(26) 및 강성 외부 공구(28)와 함께 SMP 장치(12)에 의해 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예에서 SMP 장치(12)는 도 3에 도시된 것처럼, 도 1 내지 도 2에 도시된 본 발명의 실시예를 참고하여 설명된 상기 특징 및 특성을 가질 수 있다. 또한 SMP 장치(12)는 주조 기억 형상으로서 배럴, 병(bottle), 깔때기, 콘(cone) 또는 원추형상을 가질 수 있다. 그러나 다른 주조기억 형상이 본 발명의 범위내에서 이용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, SMP 장치(12)는 팽창된 상태로 수용될 수 있다. 구체적으로, SMP 장치(12)는 미리 가열되고 기억형상의 직경보다 큰 직경으로 팽창되고 다음에 팽창된 상태에서 냉각되고 경화된다. SMP 장치(12)는 한 개 또는 두 개의 개방 단부들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 SMP 장치(12)는 대략 1 인치 내지 35 피트(feet)의 직경을 가지고 대략 1 피트 내지 75 피트의 길이를 가질 수 있다. 그러나 SMP 장치(12)는 본 발명의 범위내에서 모든 치수를 가질 수 있다.
도 4에 도시된 내부 맨드릴 공구(16)는, 완전한 처리 사이클(cure cycle) 동안 강성을 유지하고 강하며 내구성을 가진 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 내부 맨드릴 공구(16)는 사실상 원통형일 수 있다. 또한 내부 맨드릴 공구(16)는 중공구조이고, 내부 맨드릴 공구(16)내부의 중공 공간을 향하는 (도면에 도시되지 않은) 개구부들을 포함할 수 있고 마주보는 두 개의 단부(32,34)들과 원통형 벽(30)을 가진다.
본 발명의 일부 실시예에서, 한 개이상의 팽창 개구부(36)들이 원통형 벽(30)을 통해 제공되어, 압축된 가스는 (도면에 도시되지 않은) 공기 선(airline)에 의해 중공구조의 내부 맨드릴 공구(16)내에서 가압될 수 있어서, 내부 맨드릴 공구(16)로부터 외부를 향해 팽창하중을 제공할 수 있다. 상기 팽창 개구부(36)들은 또한, 하기 설명과 같이 동체(15)를 제조하는 다양한 단계들에서 내부 맨드릴 공구(16)에 대해 SMP 장치(12)를 흡인하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 내부 맨드릴 공구(16)의 외부 표면은 또한 변화하는 윤곽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 변화하는 윤곽은 복합 부품의 처리 작업후에 SMP 장치(12)의 회수(recovery)에 이용하기 위한 다수의 돌출부(38)들 및/또는 오목부들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 것처럼, 원통형 벽(30)의 외부표면은, 원주방향 또는 축방향으로 배열되고 사실상 서로 평행하게 배열된 복수 개의 리지(ridge)들 또는 리브(rib)들의 형태로 돌출부(38)들을 포함할 수 있다. 각각의 리지 또는 리브들은, 도 4에 도시된 것처럼, 내부 맨드릴 공구(16)의 마주보는 단부(32,34)들사이에서 연장되고 내부 맨드릴 공구(16)의 마주보는 단부(32,34)들사이에서 정현파 또는 물결 패턴의 형상을 가질 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, 상기 돌출부(38)들은 내부 맨드릴 공구(16) 주위에 형성된 한 개이상의 동심 구조 링(ring)들이거나 다른 구조를 가질 수 있다. 상기 돌출부(38)들은 일체구조로 형성되거나 그렇지 않으면 내부 맨드릴 공구(16)에 부착될 수 있다.
변화하는 윤곽 또는 돌출부(38)를 가지는 목적은, 상대적으로 작은 단면영역에서 SMP 장치(12)에 대해 상대적으로 큰 스트레인(strain)을 유도하기 위한 것이다. 구체적으로, 처리된 복합 부품내부로 부터 제거되도록 유도된 압력차에 의해 내부 맨드릴 공구(16)를 향해 SMP 장치(12)가 가압될 때, 변화하는 윤곽 또는 돌출부(38)에 의해 SMP 장치(12)는 SMP 장치위로 접히는 것이 방지된다. 예를 들어, 하기 설명과 같이 처리작업 동안 외부를 향해 팽창된 후에, SMP 장치(12)는 펼쳐질 수 있다. 변화하는 윤곽 또는 돌출부(38)에 의해 유도되는 축방향 및/또는 후프(hoop) 스트레인에 의해, SMP 장치(12)가 SMP 장치위로 접히거나 SMP 재료를 주름지게 만들고 손상시키는 것이 방지된다.
내부 맨드릴 공구(16)의 크기 및/또는 단면적 증가를 요구하지 않고 수축하도록 필수적으로 상기 변화하는 윤곽, 돌출부(38) 및/또는 오목부들은 SMP 장치(12)를 위한 상대적으로 큰 표면적을 제공한다. 도 4의 실시예에서, 내부 맨드릴 공구(16)의 반경이 "r"이고 길이가 "L"이면, 표면적의 식은 일반적으로 2π*r*L이다. 그러나 도 4에서 내부 맨드릴 공구(16)의 표면으로부터 연장되는 돌출부(38) 때문에 도 4에 도시된 내부 맨드릴 공구(16)의 표면적은 2π*r*L 보다 크다.
도 5에 도시된 것처럼, 단부 밀봉체(18,20)들은, SMP 장치(12)의 단부(32,34)들에서 또는 단부들과 근접한 위치에서 SMP 장치(12)와 내부 맨드릴 공구(16)사이에 공기밀봉 밀봉체를 제공하도록 구성된 모든 단부 피팅(fitting), 밀봉체들 및/또는 밀봉제(sealant)일 수 있다. 예를 들어, 단부 밀봉체(18,20)들은, SMP 장치(12)의 개방 단부들과 근접한 위치에서 SMP 장치(12)의 일부분에서 내부 맨드릴 공구(16)의 상기 단부(32,34)들에 부착되어, SMP 장치(12)내부에서 압력 용기체(vessel)를 형성하도록 구성되고 형상을 가진 스웨이지 구속체(swage lock)일 수 있다. SMP 재료의 특성때문에, 단부 밀봉체(18,20), SMP 장치(12) 및/또는 내부 맨드릴 공구(16)사이에 적절한 밀봉체를 형성하기 위해 가열이 요구될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 단부 밀봉체(18,20)들은 사실상 원형의 스웨이지 구속체일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 단부 밀봉체(18,20)를 통해 공급되는 (도면에 도시되지 않은) 한 개이상의 공기 라인들에 의해 압축 가스를 상기 SMP 장치(12)속으로 펌핑하여 팽창압력이 공급될 수 있다. 그러나, SMP 장치(12)에 가해진 압력은 본 발명의 범위내에서, 단부 밀봉체(18,20), 내부 맨드릴 공구(16) 및/또는 강성 외부 공구(28)내에서 개구부들을 통해 제공될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 단부 밀봉체(18,20)들은 생략될 수 있거나 추가적이거나 선택적으로 SMP 장치(12)를 상기 강성 외부 공구(28)에 밀봉되도록 구성될 수 있다.
도 6b 및 도 7에 도시된 것처럼 상기 더미 스킨(22)은 모든 재료로 제조될 수 있고, 상기 SMP 장치(12)상에 배열되도록 처리되지 않은 복합 재료(14)의 두께에 해당하는 두께를 가질 수 있다. 더미 스킨은 복합재료 형태, 금속, 보강되지 않은 플라스틱 또는 열과 압력이 작용할 때 양호한 치수 안정성을 나타내는 모든 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 더미 스킨(22)은 그래파이트 섬유로 보강된 에폭시 복합 라미네이트(laminate)와 같은 복합 재료로 제조될 수 있다. 상기 더미 스킨(22)은, SMP 장치(12)를 강성 공구 구조체로 변형하는 동안, 하기 설명과 같이 강성 외부 공구(28)내부에 배열되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 더미 스킨(22)은 또한 더미 내부 스티프너(23)를 포함하거나 일체구성될 수 있다.
도 6b 및 도 7에 도시된 것처럼 상기 더미 내부 스티프너(23)는 SMP 장치(12)를 강성 공구 구조체로 변형하는 동안, 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24)를 나타내도록 더미 스킨(22)상에 배열되고 내부 스티프너(24)와 사실상 동일한 크기와 형상을 가지는 강성 구조체일 수 있다. 상기 더미 내부 스티프너(23)는 선택적으로, SMP 장치(12)를 강성 공구 구조체로 변형하는 동안, 내부 스티프너와 보강 인서트(26)들을 나타내는 크기와 형상을 가질 수 있다.
도 6a 및 도 10b에 도시된 것처럼, 내부 스티프너(24)는 동체 또는 다른 복합 부품의 복합 재료(14)와 상호 결합 및/또는 상호처리되도록 구성된 모든 서브 구조체 스티프너(stiffener)들일 수 있다. 상기 내부 스티프너(24)는 동체의 내부표면 윤곽과 일치하도록 구부러진 기다란 구성 부품들 일수 있다. 상기 내부 스티프너(24)는, 프레임들과 스트링거들과 같은 내부 프레임 부분들의 형태를 가진 처리된 복합 재료 또는 처리되지 않은 복합 재료를 포함할 수 있다. 내부 스티프너(24)는 하기 설명과 같이 보강 인서트(26)에 의해 처리작업동안 원하는 형상으로 고정될 수 있다. 사다리꼴 모자형상의 스티프너, 종형상의 스티프너, 뒤집힌 모자 형상의 스티프너, J 자형상의 스티프너, F 자 형상의 스티프너, 블레이드 스티프너, I 자형상의 스티프너, C 자형상의 스티프너, 코어 스티프너, 샌드위치 패널 코어, 벌집 코어 등을 포함하지만 국한되지 않는다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 내부 스티프너(24)는 약 8인치 높이의 프레임 및 약 3인치 높이의 스트링거를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 범위내에서 모든 치수들이 이용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 프레임들은 최종 작업된 동체(15)내부에서 격자 형상의 구조로 스트링거들과 교차하도록 구성될 수 있다. 도 6a에 도시된 것처럼, 예를 들어, 스트링거들은 프레임들과 중첩되도록 형성되거나 프레임들은 스트링거들과 중첩되도록 형성될 수 있다. 내부 스티프너(24)들의 중첩(overlapping)은, 상기 내부 스티프너(24)들을 퍼즐조각과 같이 서로 끼워맞춤되는 크기와 형상을 가지게 해서 구해질 수 있다. 도 6b, 도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, 동일한 구조들이 또한 더미 내부 스티프너(23)를 위해 이용될 수 있다.
도 7에 도시된 보강 인서트(26)는 INVAR와 같은 니켈 강 합금의 강성 재료로 제조될 수 있고 SMP 장치(12)를 향하는 더미 내부 스티프너(23) 및/또는 내부 스티프너(24)의 일부분들과 접촉 및/또는 결합할 수 있다. 보강 인서트(26)는, 더욱 용이하게 상기 SMP 장치(12)를 형성하기 위해 더미 내부 스티프너(23) 및/또는 내부 스티프너(24)의 날카로운 코너들 및 굽힘부를 완화하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 보강 인서트(26)들은 내부 스티프너(24) 및/또는 더미 내부 스티프너(23) 중 한 개이상에 의해 제공되는 한 개이상의 각도내에 배열되거나 결합되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 스티프너(24) 또는 더미 내부 스티프너(23) 중 한 개가 직각을 제공하면, 보강 인서트(26)들 중 한 개는 직각으로 만나고 상기 내부 스티프너(24) 또는 더미 내부 스티프너(23)의 직각과 일치하도록 구성된 두 개의 표면들을 가질 수 있다. 상기 보강 인서트(26)는 또한 상기 내부 스티프너(24) 또는 더미 내부 스티프너(23)로부터 멀어지는 방향을 향하고 사실상 평면이거나 상대적으로 완만한 각도를 제공하는 표면들을 가질 수 있다. 예를 들어, 한 개이상의 보강 인서트(26)들은, 본 명세서의 하기 설명과 같이, SMP 장치가 강성 외부 공구(28)를 향해 외부로 가압됨에 따라 SMP 장치(12)와 접촉할 수 있는 모따기되거나 각을 가진 표면 및/또는 둥근 변부들을 가질 수 있다. 보강 인서트(26)는 또한, 내부 스티프너(24), 더미 내부 스티프너(23) 및/또는 강성 외부 공구(28)의 내부표면의 곡선과 사실상 일치하도록 길이방향으로 구부러질 수도 있다.
보강 인서트(26)와 함께 더미 내부 스티프너(23) 및/또는 내부 스티프너(24)는 도 10 및 하기 설명과 같이 그루브 또는 채널들과 같은 공동(40)들을 SMP 장치(12)내부에 형성하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 더미 내부 스티프너(23) 및/또는 보강 인서트(26)는 SMP 장치(12)내부에 공동(40)들을 형성하도록 구성될 수 있고 나중에 내부 스티프너(24)와 교체될 수 있다. 예를 들어, SMP 장치(12)가 강성 공구 구조체 내에 위치하면, 더미 스킨(22), 더미 내부 스티프너(23) 및 보강 인서트(26)는 공동(40)으로부터 제거되고 처리되지 않은 내부 스티프너(24)와 교체되며 동체(15)내부에서 상호 처리되도록 보강 인서트(26)에 대해 구성될 수 있다. 선택적으로, SMP 장치(12)가 강성 공구 구조체내에 위치하면, 상기 더미 스킨(22), 더미 내부 스티프너(23) 및 보강 인서트(26)는 공동(40)으로부터 제거되고 미리 처리된(pre- cured) 내부 스티프너(24)와 교체되며 동체(15)와 상호 결합되도록 보강 인서트(26)에 대해 구성될 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 7에 도시된 본 발명의 실시예에서, 내부 스티프너(24) 및/또는 더미 내부 스티프너(23)는 해당 보강 인서트(26)들에 의해 적어도 두 개의 측부들에서 지지되는 J 자형상의 스티프너(42)들을 포함할 수 있다. 또한, 내부 스티프너(24) 및/또는 더미 내부 스티프너(23)는 본 실시예에서, 사실상 "T" 자형상의 단면을 가진 프레임(44)을 가질 수 있고, 상기 프레임(44)은 또한 각각 해당 보강 인서트(26)들에 으해 적어도 두 개의 측부들에서 지지된다. 도 7에 도시된 것처럼, 보강 인서트(26) 및/또는 더미 내부 스티프너(23)의 일부분들은, 스플라이스 스트랩(splice strap)들 및 볼트들과 같은 기계적 고정구(46)들에 의해 제 위치에 고정되고 서로 고정될 수 있다. 그러나, 내부 스티프너(24) 및 더미 내부 스티프너(23)는 공지된 구조를 가질 수 있고 보강 인서트(26)는 결합되는 모든 형상과 구조를 가질 수 있다.
도 8에 도시된 강성 외부 공구(28)는, 동체(15)의 외부표면 형상을 가지도록 구성된 내부표면을 가진 강성 공구일 수 있다. 예를 들어, 상기 강성 외부 공구(28)는 도 2에 도시되거나 도 8에 도시된 것과 같이 크램쉘(clamshell) 공구일 수 있고 하부 크램쉘과 상부 크램쉘을 포함한 두 개의 구성부들을 가질 수 있다. 상기 두 개의 구성부들은 강성 외부 공구(28)의 내부표면에 의해 둘러싸이는 중공의 원통형상을 형성할 수 있다. 그러나, 강성 외부 공구(28)는, 서로 연결될 때, 동체(15)의 외부표면 형상을 형성하도록 구성된 내부표면을 가질 수 있는 복수 개의 부분들을 포함할 수 있다.
일반적으로, 동체(15)의 제조방법은 내부 스티프너(24)를 위한 공동(40)들을 가진 강성 공구 구조체내부로 SMP 장치(12)를 형성하는 단계, 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24)와 보강 인서트(26)를 상기 SMP 장치(12)내부에서 공동(40)들속에 배열하는 단계, 처리되지 않은 복합 재료(14)를 상기 SMP 장치(12)상에 배열하는 단계, 다음에 상기 SMP 장치(12)와 처리되지 않은 복합 재료(14)를 강성 외부 공구(28)속에 배열하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 다음에, 상기 처리공정동안 복합 재료(14)를 상기 강성 외부 공구(28)에 가압하기 위해 상기 SMP 장치(12)를 동시에 팽창시키거나 그밖에 확대시키면서 열과 압력에 의해 복합 재료(14)를 처리(curing)하는 단계를 포함하고, 다음에 복합 재료(14)가 처리되면 SMP 장치(12)를 감소된 단면으로 가압하는 단계 및 결과적으로 형성된 동체로부터 상기 SMP 장치(12)를 추출하는 단계를 포함한다. 상기 내부 스티프너(24)는 따라서 복합 동체와 상호 결합 및/또는 상호 처리되고 내부 스티프너(24)를 동체에 부착하기 위한 기계적인 고정구를 요구하지 않게 된다. 상기 내부 스티프너(24)를 상기 동체에 상호 처리하거나 상호 결합시키기 위해 본 명세서에서 설명되는 상기 방법은 또한, 본 명세서에 열결된 다양한 항공기 부품들과 같은 종래기술의 모든 복합 부품에 스티프너 또는 다른 부품들을 상호 처리하거나 상호 결합시키기 위해 이용될 수 있다.
도 14의 플로우 차트는, 동체(15)를 제조하기 위해 이용되는 강성 공구 구조체내부로 SMP 장치(12)를 성형하기 위한 예시적인 방법(1400)의 단계들을 도시한다. 일부 선택적인 실시예에서, 다양한 블록들내에 표시된 기능들은 도 14에 도시된 순서로부터 벗어나 발생될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 연속적으로 도시된 두 개의 블록들은 사실상 동시에 수행될 수 있거나 블록들은 종종 관련된 기능들에 따라 반대 순서로 수행될 수 있다.
상기 방법(1400)은, 도 3에 도시된 것처럼 팽창된 상태에 있는 SMP 장치(12)를 수용하는 단계들 또는, 블록(1402)에 도시된 것처럼, 기억 형상을 가진 SMP 장치(12)를 수용하고 다음에 SMP 장치(12)를 팽창된 상태로 팽창시키는 단계를 포함할 수 있다. SMP 장치(12)의 확대는 또한, SMP 장치(12)의 계수를 변화시키기 위해 다양한 다른 변화요소 및/또는 SMP 장치(12)를 원하는 크기로 확대시키기 위한 다양한 다른 기술 또는 하중을 이용하여 수행될 수도 있다. 다음에 상기 SMP 장치(12)는, 내부 맨드릴 공구(16)위로 미끄럼운동할 정도로 클 수 있다. 선택적으로, SMP 장치(12)는 내부 맨드릴 공구(16)상에 조립될정도로 큰 기억형상을 가지며 주조될 수 있다. 방법(1400)의 다음 단계는 블록(1404)에 도시된 것처럼, 내부 맨드릴 공구(16)를 상기 SMP 장치(12)속으로 미끄럼운동시키거나 SMP 장치(12)를 내부 맨드릴 공구(16)상에 미끄럼운동시키는 것이다. 본 발명의 다른 선택적인 실시예에서, SMP 장치(12)는 접혀진(collapsed) 상태로 수용되고 도 4의 내부 맨드릴 공구(16)에 적응될 수 있다.
SMP 장치(12)가 내부 맨드릴 공구(16)상에 위치하면, 상기 방법(1400)은 블록(1406)에 도시된 것처럼, 유리전이온도(Tg) 위로 SMP 장치(12)를 가열하는 과정을 포함하고, 상기 유리전이온도(Tg)에서 SMP 재료는 연성 및 변형될 수 있다. 상기 유리전이온도(Tg)의 임계온도보다 높은 온도에서, SMP 장치(12)는 당연히 원래의 기억형상과 크로 수축하고, SMP 장치(12)는 도 5에 도시된 것처럼 내부 맨드릴 공구(16) 주위에서 수축하고 내부 맨드릴 공구에 대해 성형된다. 추가로 또는 선택적으로, 진공은 팽창 개구부들을 통해 내부 맨드릴 공구(16)내부로부터 가해지고 상기 내부 맨드릴 공구(16)에 대해 가열상태이고 연성인 SMP 장치(12)를 흡인할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 내부 맨드릴 공구(16)는, SMP 장치(12)가 적응될 수 있는 각각의 마주보는 단부(32,34)들에서 모따기(chamfered)되거나 각을 가진(angled) 부분(48)들을 가질 수 있다. 상기 모따기되거나 각을 가진 부분(48)을 초과하여 외부를 향해 연장되는 초과 재료는 절단되거나 제거(darted)될 수 있다.
상기 방법(1400)은 추가로, 블록(1408)에 도시된 것처럼, 단부 밀봉체(18,20)들을 상기 SMP 장치(12) 및 내부 맨드릴 공구(16)에 도포하고, 상기 내부 맨드릴 공구(16)와 SMP 장치(12)사이에 압력 용기를 형성하는 단계를 포함한다. 구체적으로, SMP 장치(12)가 수축함에 따라, SMP 장치(12)의 단부 부분들은 내부 맨드릴 공구(16) 및/또는 모따기되거나 각을 가진 부분(48)을 향해 내부로 가압되거나 스웨이지 구속체와 같은 단부 밀봉체(12,20)들에 의해 구속될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 공기 밀봉상태를 형성하기 위해 상기 단부 밀봉체(12,20)들은 상기 내부 맨드릴 공구(16)의 상기 모따기되거나 각을 가진 부분(48)과 결합하고 상기 단부 밀봉체(12,20)와 내부 맨드릴 공구(16)사이에 SMP 장치(12)의 일부분들을 삽입시킨다. 본 발명의 일부 선택적 실시예에서, 상기 단부 밀봉체(12,20)들을 도포하는 단계는 생략될 수 있거나 SMP 장치(12)가 다른 방법으로 밀봉되거나 SMP 장치(12)위에 압력차가 작용하는 것을 허용하는 다른 표면으로 밀봉될 수 있다.
방법(1400)의 다음 단계는, 도 7에 도시되고 블록(1410)에 도시된 것처럼, 동체내부에서 내부 스티프너(24)의 원하는 위치들과 일치하는 구조로 더미 내부 스티프너(23) 및/또는 보강 인서트(26)를 더미 스킨(22)상에 배열하는 것이다. 상기 더미 스킨(22), 더미 내부 스티프너(23) 및/또는 보강 인서트(26)는, 이들이 서로에 대해 및/또는 SMP 장치(12)에 달라 붙는 것을 방지하기 위해 얇은 필름 또는 다른 재료로 덮여질 수 있다. 다음에 상기 방법(1400)은, 블록(1412)에 도시된 것처럼, 더미 스킨(22)을 내부 맨드릴 공구(16)속에 배열하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 나중에 상기 SMP 장치(12)상에 배열되는 복합 재료(14)의 두께를 위한 위치 홀더(place holder)로 이용되거나 모방하도록 더미 스킨(22)은 강성 외부 공구(28)의 내부표면에 도포될 수 있다. 그 결과, 원하는 두께로 SMP 장치상에 도포되는 복합 재료(14)를 가진 SMP 장치(12)는 아직까지 강성 외부 공구(28)속에 맞춰져(fit) 위치하게 된다.
보강 인서트(26)는 더미 스킨(22)상에 배열되고, 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24)의 구조와 크기를 모방하는 크기와 구조를 가질 수 있는 더미 내부 스티프너(23)를 따라 강성 외부 공구(28)상에 위치할 수 있다. 나중에 상기 더미 내부 스티프너(23)는 공동(40)으로부터 제거되고 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24)와 교체될 수 있다. 상기 보강 인서트(26)와 함께 상기 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24)는 다음에, 동체(15)를 구성하는 복합 재료(14)와 상기 내부 스티프너(24)를 상호 결합시키거나 상호 처리하기 위해 그루부 또는 공동(40)속에 배열된다.
상기 설명과 같이, 처리되거나 처리되지 않은 상태에서 본 명세서에 설명된 상기 모든 단계들에서 상기 더미 내부 스티프너(23)는 생략될 수 있거나 내부 스티프너(24)와 교체될 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 스티프너(24) 및/또는 보강 인서트는 공동(40)들을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 상기 내부 스티프너(24)는 SMP 장치(12)가 성형되는 동안 미리 처리되거나 처리될 수 있고 나중에 처리되는 동안 복합 재료(14)와 상호 결합되어 동체(15)를 제조할 수 있다.
또한 상기 방법(1400)은 블록(1414)에 도시되고 도 8에 도시된 것처럼, 내부 맨드릴 공구(16)와 함께 상기 SMP 장치(12)를 강성 외부 공구(28)내부에 배열하고 다음에 블록(1416)에 도시된 것처럼 SMP 장치(12)를 가열하고 가압하는 단계들을 포함할 수 있다. 열과 압력이 상기 SMP 장치(12)를 가압하여 더미 스킨(22), 더미 내부 스티프너(23), 내부 스티프너(24) 및/또는 보강 인서트(26)에 대해 가압하고 팽창시킬 수 있다. 상기 설명과 같이, 상기 SMP 장치(12)는, SMP 장치를 성형가능하고 팽창할 수 있도록 SMP 장치(12)의 계수를 변화시키기 위해 유리전이온도(Tg) 까지 가열되거나 유리전이온도(Tg) 보다 높은 온도로 가열될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 것처럼, SMP 장치(12)의 계수를 변화시키기 위한 다른 방법들이 이용될 수 있다. 또한 본 발명의 선택적 실시예에서, 방법의 단계(1410 내지 1414)들은, 원하는 공동(40)들을 상기 SMP 장치(12)내부로 성형하기 위한 돌출부들을 포함하거나 구성되는 복합 부품의 내부표면을 모방하도록 형성되고 구성되는 강성의 외부 몰드내에 상기 SMP 장치(12)를 배열하는 단계와 교체될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시되고 내부 맨드릴 공구(16)의 팽창 개구부(36)들을 통해 가해지는 가압상태의 가스를 이용하는 것과 같은 다수의 방법에 의해 압력 또는 압력차가 유도될 수 있다. 예를 들어, SMP 장치(12)를 확대시키기 위해 압력은, SMP 장치(12)의 두께 및/또는 전체 크기에 의존한다. 또한 상기 SMP 장치(12)의 설계 및/또는 이용되는 SMP 재료의 형태는 또한, SMP 장치(12)를 변형(strain)하기 위한 난이도에 영향을 줄 수도 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 제곱 인치당 1 내지 150 파운드 하중(psig) 범위의 압력 또는 30 내지 90 psig의 좁은 범위의 압력이 SMP 장치(12)를 팽창시키기 위해 가해질 수 있다. 예를 들어, 약 45psig 가 SMP 장치(12)를 팽창시키기 위해 상기 SMP 장치(12)내에 가해질 수 있다. 또한 본 명세서에서 설명되고 SMP 장치(12)가 가열되고 가압되는 모든 단계들에서, SMP 장치가 부드러워지기 시작할 때 SMP 장치(12)가 복합 재료(14)로부터 떨어져 붕괴되는 것을 방지하기 위해 유리전이온도(Tg) 까지 또는 유리전이온도(Tg) 보다 높은 온도로 가열됨에 따라 낮은 압력차가 유도될 수 있다. 다음에, SMP 장치(12)가 유리전이온도(Tg) 를 초과한 후 어느 시점에, 압력차는 원하는 크기까지 단계적으로 증가될 수 있다. 예를 들어, SMP 장치(12)가 충분한 연성을 가지도록 충분히 가열될 때까지 약 5 내지 10psi 의 저압이 SMP 장치(12)내에 가해지고, 이때 가해진 압력은 30 내지 90 psi와 같은 처리 사이클 압력(cure cycle pressure)까지 단계적으로 증가될 수 있다.
다음에 상기 방법(1400)은, 블록(1418)에 도시된 것처럼, SMP 장치를 강성 공구 구조내에서 경화시키기 위해 SMP 장치(12)를 냉각하는 것을 포함할 수 있다. SMP 장치(12)의 온도가 유리전이온도(Tg) 아래의 온도까지 냉각되어 SMP 장치가 팽창된 강성 공구 구조체내에 경화될 때 팽창압력은 계속해서 가해질 수 있다. 따라서 상기 SMP 장치(12)는 공동(40)들, 공동들 또는 그루브를 SMP 장치(12)속에 성형하는 보강 인서트(26) 및/또는 더미 스킨(22), 더미 내부 스티프너(23), 내부 스티프너(24)에 따라 성형된다. 블록(1420)에 도시된 것처럼, 상기 방법(1400)은 다음에 강성 외부 공구(28)로부터 상기 SMP 장치(12)와 내부 맨드릴 공구(16)를 제거하는 것을 포함한다. 상기 더미 스킨(22)은 또한 도 9에 도시된 것처럼 결과적으로 형성된 SMP 장치(12)로부터 제거될 수 있다. 도 10a는 추가로, 더미 내부 스티프너(23)가 제거된 후에 강성 공구 구조체내에 결과적으로 형성된 SMP 장치(12)를 도시하고, 따라서 방법(1400)에 의해 형성된 공동(40)들을 공개한다. 도 10b는, 도 9에서 더미 내부 스티프너(23)가 배열된 위치에 내부 스티프너(24)가 배열될 때 강성공구 구조체내에 결과적으로 형성된 SMP 장치(12)를 도시한다.
도 15의 플로우 차트는, SMP 장치(12)를 이용하여 동체(15)를 제조하기 위한 예시적인 방법(1500)의 단계들을 더욱 상세히 도시한다. 일부 선택적인 실시예들에서 다양한 블록들에 기재된 기능들이 도 15에 도시된 순서로부터 벗어나 발생될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 두 개의 블록들이 사실상 동시에 수행되거나 상기 블록들이 종종 관련 기능들에 따라 반대 순서로 수행될 수 있다.
도 15에 도시된 것처럼, 방법(1500)은 우선 도 14에 도시된 방법의 단계들과 블록(1502)에 도시된 것처럼, 강성 공구 구조체속으로 SMP 장치(12)를 성형하는 단계를 포함한다. 상기 설명과 같이, 상기 단계는, 동체(15)내부에서 내부 스티프너(24)의 원하는 위치들과 일치하는 구조로 SMP 장치(12)내에서 공동(40)들을 형성하는 것을 요구할 수 있다. 다양한 방법들이, 원하는 강성 공구 구조체속으로 SMP 장치(12)를 성형하기 위해 이용될 수 있고, 공동(40)들, 공동 또는 그루브가 상기 강성 공구 구조체내에 형성된다.
SMP 장치(12)가 상기 강성 공구 구조체속으로 형성되면, 도 10b 및 블록(1504)에 도시된 것처럼, 동체(15)의 제조방법(1500)은 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24) 및 보강 인서트(26)를 SMP 장치(12)속의 공동속으로 배열하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 내부 스티프너(24)가 SMP 장치(12)를 가열하고 강성 공구 구조체속으로 성형하는 동안 보강 인서트(26)들사이에 또는 보강 인서트상에 이미 배열되면, 내부 스티프너(24)와 보강 인서트(26)는 SMP 장치(12)내에서 결과적으로 형성된 공동(40)들, 공동 또는 그루브내에 유지되고, 단계(1504)는 생략될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 내부 스티프너(24)는 SMP 장치(12)를 위해 상기 SMP 재료로 형성된 한 개이상의 스티프너 SMP 장치들 주위에 감기거나 도포된 처리되지 않은 재료일 수 있다. 상기 방법에 의해, 내부 스티프너(24)와 복합 부품 또는 동체(15)는 SMP 재료를 이용하여 상호 처리될 수 있다. 그러나, 상기 스티프너 SMP 장치들을 위해 이용되는 SMP 재료는, 동체(15)를 형성하기 위해 이용되는 SMP 장치(12)와 다른 변화요소 및/또는 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있다. 상기 방법에 의해 동체(15)를 위한 SMP 장치(12) 또는 상기 스티프너 SMP 장치들은 상호처리되는 동안 강성을 유지하며, 상기 SMP 장치(12)와 스티프너 SMP 장치 중 다른 하나는 상호 처리작업동안 내부 블래더로서 이용된다.
다음에 방법(1500)은, 도 11 및 블록(1506)에 도시된 것처럼 처리되지 않은 복합 재료(14)의 일부분을 SMP 장치(12)에 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 복합 재료(14)는 상기 공동(40)내에 유지되는 내부 스티프너(24)와 SMP 장치(12)상에 도포되어, 상기 내부 스티프너(24)의 적어도 일부분은 하기 설명과 같이 동체(15)의 복합 재료(14)와 접촉하고 상호 처리되거나 상호 결합될 수 있다. 처리되지 않은 복합 재료(14)는, 자동화된 직물 배치, 자동화된 섬유배열, 자동화된 필라멘트 감김 및/또는 수동 레이업과 같은 공개기술에 의해 SMP 장치(12)상에 배열될 수 있다. 상기 설명과 같이, 복합 재료(14)는, 저온 레진(resin), 고온 레진, 강인화(toughened) 레진, 프리프레그(prepreg), 습식 처리(wet processed) 섬유, 건조 섬유, 연속 섬유, 불연속 섬유, 절단 섬유(chopped fiber), 유리, 케블라, 탄소 및/또는 코어(core)를 포함하거나 형태일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 배리어(barrier) 및 방출제(release agent)가 SMP 장치(12)와 복합 재료(14)사이에 배열되어, 복합 재료(14)가 처리된 후에 SMP 장치(12)와 복합 재료는 더욱 용이하게 분리될 수 있다. 상기 배리어(barrier) 및 방출제는 필름, 플라스틱 등일 수 있다. 상기 배리어(barrier) 및 방출제는 또한 예를 들어, 결합가능한 측부 및 방출가능한 측부를 가질 수 있다.
동체(15)를 제조하기 위한 방법(1500)은 다음에, 블록(1508)에 도시된 것처럼 강성 외부 공구(28)속에 SMP 장치(12)와 처리되지 않은 복합 재료(14)를 배열하는 것을 포함한다. 다음에 상기 방법은 블록(1510)에 도시된 것처럼 압력과 열에 의해 복합 재료(14)를 처리하고 동시에 블록(1512)에 도시된 것처럼 처리공정동안 복합 재료(14)를 가압하기 위해 SMP 장치(12)를 팽창시키는 단계들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 팽창압력은 내부 맨드릴 공구(16)을 통해 제공될 수 있고 유리전이온도(Tg)보다 높은 복합 처리 온도까지 가열될 수 있다. 상기 SMP 장치(12)의 팽창은 처리 사이클동안 복합 재료(14)를 가압하고 강성 외부 공구(28)와 SMP 장치(12)사이에서 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24)를 가압한다. 추가로 또는 선택적으로, SMP 장치(12)의 팽창은 직접 한 개이상의 보강 인서트(26)로 압력을 가하여, 보강 인서트(26)는 보강 인서트(26)들사이에 위치한 내부 스티프너(24)들의 일부분들에 직접 압축력을 가한다. SMP 장치(12)의 팽창은 또한, 처리되거나 처리되지 않은 내부 스티프너(24)를 동체의 복합 재료(14)속으로 가압하여 내부 스티프너(24)를 동체와 상호 결합시키거나 상호 처리한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기계적 밀봉부, 접착제 또는 SMP 장치(12)의 주변부분들을 강성 외부 공구(28)에 밀봉시키기 위한 공지된 방법을 이용하여 강성 외부 공구(28)와 SMP 장치(12)사이에 밀봉부가 형성될 수 있다. 복합 재료(14)를 처리하는 동안 압력용기에 의해 형성되는 압력차를 추가로 증가시키기 위해, 강성 외부 공구(28)는 통풍될 수 있다. 그 결과 내부 맨드릴 공구(16)에 의해 공기밀봉이 불필요하게 된다. 복합 재료(14)에 대해 SMP 장치(12)를 가압하는 다른 방법들이 본 발명의 범위내에서 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 압력차와 열은, (도면에 도시되지 않은) 압력 용기체 또는 복합 부품들을 제조하기 위한 공지된 가열 및 가압 기술의 다른 조합에 의해 제공될 수 있다.
복합 재료(14)가 처리되면, 상기 방법(1500)은 블록(1514)에 도시된 것처럼 SMP 장치(12)내부로부터 팽창압력을 제거하고 블록(1516)에 도시된 것처럼 결과적으로 형성된 동체내부로 부터 SMP 장치(12)를 빼내는 것을 포함할 수 있다. SMP 장치(12)는 압력이 제거되면 내부 맨드릴 공구(16)주위에서 수축될 수 있고, 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도로 가열작용이 유지된다. 예를 들어, 내부 맨드릴 공구(16)에 대해 SMP 장치(12)를 흡인하기 위해 내부 맨드릴 공구(16)내부로부터 진공이 가해질 수 있다. 도 12에 도시된 것처럼, SMP 장치(12)는 처리된 복합 재료(14)로부터 멀리 꺼내진다. 따라서, 처리된 동체 및 내부 스티프너(24)내부로부터 내부 맨드릴 공구(16)를 빼내면, 팽창압력이 제거된 후에 내부 맨드릴 공구(16)에 대해 수축된 SMP 장치(12)가 수축된다.
마지막으로, 상기 방법(1500)은, 블록(1518)에 도시된 것처럼 처리된 내부 스티프너(24)로부터 보강 인서트(26)를 제거하는 단계 및, 블록(1520)에 도시된 것처럼 강성 외부 공구(28)로부터 동체를 추출하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 강성 외부 공구(28)의 일부분들이 서로에 대해 기계적으로 분리되어, 동체(15) 및 동체의 일체구성된 내부 스티프너(24)는 강성 외부 공구(28)로부터 상승될 수 있다.
본 발명의 선택적인 실시예에서, SMP 장치(12)는 처리공정동안 강성상태를 유지한다. 예를 들어, 처리되지 않은 복합 재료(14)가 SMP 장치(12)에 도포되면, 복합 재료와 SMP 장치는 모두, 가요성 및 불침투성을 가진 (도면에 도시되지 않은) 재료내에 진공으로 처리되거나(vacuum bagged) 밀봉되고 처리될 수 있다. 상기 선택적인 실시예에서, 복합 재료(14)의 처리온도는, SMP 장치(12)가 연성을 가지기 시작하는 유리전이온도(Tg)보다 작을 수 있어서, SMP 장치(12)가 처리사이클동안 강성을 유지한다. 그러므로 처리공정동안 블래더로서 SMP 장치(12)를 이용하는 대신에, SMP 장치(12)는 처리공정동안 강성을 유지할 수 있고, 진공 백(vacuum bag) 또는 불침투성 재료의 압축력이 내부 스티프너(24) 및 동체의 복합 재료(14)를 상호처리하거나 상호결합시키기 위해 이용된다. 다음에, 복합 재료(14)가 처리되면, 상기 진공백은 결과적으로 형성되는 동체주위로부터 제거될 수 있고, SMP 장치(12)의 온도는 유리전이온도(Tg) 보다 높게 상승되어, SMP 장치(12)는 연성을 가지거나 동체내부로부터 제거되도록 기억형상으로 수축할 수 있다.
SMP 장치를 가진 스티프너를 제조
도 16 내지 도 17에 가장 양호하게 도시된 본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 내부 스티프너(24)와 같은 스티프너(50), 프레임 및/또는 스트링거의 제조 방법이다. 본 발명의 상기 실시예에서, 상기 방법은 도 16에 도시된 것처럼 스티프너를 제조하기 위해 진공백과 같은 불침투성 재료의 시트(54), SMP 장치(12) 및 강성 외부 공구(52)를 이용하여 수행될 수 있다.
도 16에 도시된 SMP 장치(12)는, 도 1 내지 도 2에 도시된 발명의 실시예에 대해 설명된 SMP 장치(12)와 동일한 특성과 특징을 가질 수 있다. 또한, SMP 장치(12)는 상기 기술과 같은 원하는 모든 방법에 의해 원하는 강성 공구 구조체내부에 형성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 SMP 장치(12)는, 결과적으로 형성된 스티프너(50)의 적어도 한 개의 표면이 가지는 원하는 형상 또는 윤곽과 사실상 일치하는 기억형상을 가지고 주조될 수 있다. 예를 들어, 제조되어야 하는 스티프너(50)가 사다리꼴 단면을 가진 스트링거이면, SMP 장치(12)는 사실상 사다리꼴 단면을 가진 기억형상으로 주조될 수 있다. 선택적으로, 상기 SMP 장치(12)는 기다란 형상으로 주조되며 나중에 중공구조의 몰드속에 삽입될 수 있고 가열되며 팽창되고, 다음에 중공 몰드에 의해 제공된 형상속으로 냉각되고 경화된다.
강성 외부 공구(52)는 기능과 설계에서 상기 강성 외부 공구(28)와 유사하거나 동일할 수 있고 강(steel) 과 같이 복합 재료(14)의 처리 공정동안 강성을 유지할 수 있는 모든 재료로 제조될 수 있다. 선택적으로, 강성 외부 공구(52)는, 복합 재료(14)의 처리공정동안 강성을 유지하도로 형성되는 SMP 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 강성 외부 공구(52)는 도 10a 에 도시된 SMP 장치(12)이고, 도 16에 도시된 SMP 장치(12)의 유리전이온도(Tg) 는 본 발명의 선택적 실시예에서 강성 외부 공구(52)의 유리전이온도(Tg) 와 상이할 수 있다. 상기 강성 외부 공구(52)는 스티프너의 적어도 한 개의 원하는 외부표면을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 강성 외부 공구(52)는, 강성 외부 공구내부에 형성된 공동(56)을 포함할 수 있고, 상기 스티프너(50)의 적어도 한 개의 벽을 형성하며, 상기 공동속으로 처리되지 않은 복합 재료(14)가 배열될 수 있다. 도 16에 도시된 것처럼, 상기 공동(56)은, 바닥 및 바닥으로부터 90°가 아닌 각도로 연장되는 두 개의 측벽들을 가진 용기일 수 있다.
불침투성 재료의 시트(54)는 진공백이거나 강성 외부 공구(52) 및 SMP 장치(12)에 밀봉될 수 있는 다른 가용성 및 불침투성을 가진 재료일 수 있다. 예를 들어, 상기 불침투성 재료의 시트(54)는, 복합 재료(14)상에 배열되고 강성 외부 공구(52)에 밀봉되어 상기 불침투성 재료의 시트(54)와 강성 외부 공구(52)사이에 사실상 공기 밀봉을 형성할 수 있다. 상기 불침투성 재료의 시트(54)는 또한 공기 통풍 및 배출을 허용하기 위해 연장되는 (도면에 도시되지 않은) 진공 포트를 포하할 수도 있다. 강성 외부 공구(52)와 불침투성 재료의 시트(54)사이로부터 공기가 제거될 때, 상기 불침투성 재료의 시트(54)는 이들사이에 배열된 복합 재료(14)를 압축할 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, SMP 장치(12)는 압력용기체 및/또는 압축가스에 의해 가압될 수 있어서, SMP 장치(12)를 강성 외부 공구(52)와 불침투성 재료의 시트(54)를 향해 팽창시킨다. 또한, 복합 재료(14)의 윤곽과 표면 최종상태(finish)를 더욱 양호하게 제어하기 위해 (도면에 도시되지 않은) 카울 시트(caul sheet)가 불침투성 재료의 시트(54)와 복합 재료(14)사이에 배열될 수 있다. 공지된 다른 복합 배깅(bagging) 기술이 또한 본 발명의 범위내에서 이용될 수 있다.
본 발명의 선택적 실시예에서, 불침투성 재료의 시트(54)는, SMP 장치(12)와 복합 재료(14)상에 배열될 수 있는 불침투성 재료의 시트와 교체될 수 있다. 상기 본 발명의 실시예에서, 불침투성 재료의 시트는 물리적으로 복합 재료(14)를 향해 가압되고, 처리공정동안 SMP 장치(12)로부터 형성된 압력은 복합 재료(14)를 압축한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 불침투성 재료의 시트(54)는 침투성 또는 불침투성을 가질 수 있는 강성의 덮개 공구(covering tool)와 교체될 수 있고 복합 재료(14)상에서 그리고 강성 외부 공구(52)에 고정되고 압축되거나 기계적으로 고정될 수 있다.
도 17의 플로우 차트는, SMP 장치(12)를 이용하여 복합 스티프너를 제조하기 위한 예시적인 방법(1700)의 단계들을 도시한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 다양한 블록들에 도시된 기능들은 도 17에 도시된 순서로부터 벗어나 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 17에서 연속적으로 도시된 두 개의 블록들은 사실상 동시에 수행될 수 있거나 블록들은 종종 관련 기능들에 따라 반대 순서로 수행될 수 있다.
SMP 장치(12)를 이용하여 스티프너(50)를 제조하기 위한 방법(1700)은, 블록(1702)에 도시된 것처럼 SMP 장치(12)를 강성 공구 구조체내부에 성형하는 단계, 및 다음에 블록(1704)에 도시된 것처럼 복합 재료(14)로 상기 SMP 장치(12)의 적어도 일부분을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 SMP 장치(12)의 강성 공구 구조체는 SMP 장치에 성형되는 스티프너(50)의 각도 및/또는 내부형상과 일치할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 복합 재료(14)는 우선 SMP 장치(12)상에 배열되거나 싸이고 다음에 SMP 장치(12)는 본 명세서에서 설명되거나 공지된 몰딩 기술에 의해 강성 공구 구조체속으로 성형될 수 있다.
다음에, 상기 방법(1700)은, 블록(1706)에 도시된 것처럼 복합 재료(14)로 도포되는 SMP 장치(12)를 강성 외부 공구(52)의 공동(56)속에 배열하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 복합 재료(14)는, 강성 외부 공구(52)의 공동(56)내에 배열되고 다음에 강성 공구 구조체내부의 SMP 장치(12)는 강성 외부 공구(52)의 공동(56)내에서 복합 재료(14)의 상부에 배열될 수 있다.
그러나 본 발명의 범위내에서, 복합 재료(14)를 SMP 장치(12)와 접촉하는 상태로 배열하고 복합 재료와 SMP 장치를 모두 강성 외부 공구(52)의 공동내에 배열하기 위해 다수의 기술들이 이용될 수 있다. 또한 본 발명의 일부 실시예에서, 한개이상의 SMP 장치들이 스티프너(50)를 제조하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어 도 16에 도시된 것처럼,
상기 SMP 장치(12)의 특징을 가진 두 개의 SMP 장치(58, 60)들이, J 자형상의 스트링거 구조내에서 스티프너(50)를 제조하기 위해 복합 재료(14)의 마주보는 표면들을 지지하기 위해 성형되거나 주조된다. 구체적으로, 스티프너(50)는 사실상 J 자 형상의 단면을 가진 기다란 스티프너일 수 있다. 상기 복합 재료(14)는, 수동 레이업 또는 다른 공지 기술을 이용하여 도 16에 도시된 강성 외부 공구(52)와 두 개의 SMP 장치(58,60)들사이에 배열될 수 있다. 다음에, 스킨 라미네이트(skin laminate)(62)는 두 개의 SMP 장치(12)상에 배열되고 스티프너(50)의 J 자 형상의 단면을 형성하는 복합 재료(14)의 상측 단부와 접촉한다. 본 발명의 상기 실시예에서, 상기 스킨 라미네이트(62) 및 복합 재료(14)는 하기 설명과 같이 서로 상호 결합될 수 있다.
그러므로, 일반적으로 상기 방법(1700)은, 블록(1708)에 도시된 것처럼, SMP 장치(12)상에 스킨 라미네이트(62) 또는 복합 재료의 또 다른 층을 배열하고, 강성 외부 공구(52)의 공동(56)내에 유지되는 복합 재료(14)의 적어도 일부분과 접촉한다. 다음에, 상기 방법은, 블록(1710)에 도시된 것처럼 복합 재료(14) 및/또는 스킨 라미네이트(62)상에 불침투성 재료의 시트(54)를 배열하고, 블록(1712)에 도시된 것처럼 상기 불침투성 재료의 시트(54)를 상기 강성 외부 공구(52)에 밀봉시켜서, 복합 재료(14) 주위에서 공기밀봉 경계부를 형성하는 것을 포함한다. 상기 공기밀봉 경계부는 또한 상기 SMP 장치(12)상에 및/또는 SMP 장치에 대해 형성될 수도 있고, SMP 장치(12)를 위해 (도면에 도시되지 않은) 적어도 한 개의 통풍 개구부를 남겨놓아서, SMP 장치(12)내부의 공간은 공기밀봉 경계부를 향해 대기에 노출된 상태를 유지한다.
다음에, 상기 방법(1700)은, 블록(1714)에 도시된 것처럼 불침투성 재료의 시트(54)를 강성 외부 공구(52)를 향해 가압하기 위한 압력차를 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단계는 진공을 이용하는 것과 같이 불침투성 재료의 시트(54)와 강성 외부 공구(52)사이로부터 공기를 제거하여, 불침투성 재료의 시트(54)를 상기 복합 재료(14) 및/또는 스킨 라미네이트(62)에 대해 또는 이들을 향해 압축시키는 것을 포함한다. 블록(1714)에 도시된 단계 후에 또는 동시에, 상기 방법(1700)은 블록(1716)에 도시된 것처럼 복합 재료(14)를 처리하기 위한 온도까지 복합 재료(14)와 SMP 장치(12)를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복합 처리 온도(cure temperature)는 유리전이온도(Tg) 보다 클 수 있어서, 상기 SMP 장치(12)는 연성을 가질 수 있고 외부를 향해 가압되거나 팽창될 수 있으며 복합 재료(14)에 대해 압축될 수 있다. 그러므로, 상기 SMP 장치(12)는 내부 진공백과 유사하게 거동할 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, 복합 재료(14)를 압축하기 위해 외부를 향해 용이하게 팽창하도록 SMP 장치속으로 가스 또는 공기 압력이 유도될 수 있다.
본 발명의 일부 선택적인 실시예에서, SMP 장치(58,60)들 중 적어도 한 개가 동일한 형상을 가진 강성 공구와 교체될 수 있다. 본 발명의 다른 선택적 실시예에서, 모든 SMP 장치(58,60)들은 동일한 형상을 가진 강성 공구와 교체될 수 있고, 상기 강성 외부 공구(52)는 도 10a의 SMP 장치(12)와 교체될 수 있다. 일반적으로, SMP 장치들과 강성 외부 공구들의 모든 조합이, 본 명세서에서 설명되고 도시된 복합 부품들을 형성하기 위해 이용될 수 있다.
복합 재료(14)가 처리되면, 상기 방법은 블록(1718)에 도시된 것처럼, 강성 외부 공구(52)로부터 불침투성 재료의 시트(54)를 제거하는 단계들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 방법(1700)은 또한 블록(1720)에 도시된 것처럼 상기 SMP 장치(12)를 계속해서 가열하거나 열을 다시 가하여, SMP 장치(12)는 수축되거나 그렇지 않으면 처리된 스티프너(50)로부터 떨어지게 가압될 수 있다. SMP 장치(12)를 용이하게 팽창시키기 위해 가스 또는 공기 압력이 도입되면, 상기 압력은 또한 제거될 수 있다. 상기 SMP 장치(12)는 당연히, 원래의 기억형상을 향해 수축되고 냉각될 때까지 부드럽고 연성을 가질 수 있다. 그러므로, 상기 방법(1700)은 블록(1722)에 도시된 것처럼, SMP 장치가 부드럽고 연성인 상태일 때, 처리된 복합 재료(14) 또는 스티프너(50)로부터 SMP 장치(12)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 SMP 장치(12)는 연성인 상태일 때 수축되거나 처리된 스티프너(50)로부터 떨어져 가압될 수 있고 다음에 처리된 스티프너(50)내부로부터 제거되기 전에 냉각되고 경화될 수 있다.
상기 SMP 장치가 처리된 스티프너(50)로부터 제거되면, 다음에 SMP 장치(12)는 SMP 장치(12)의 변형 한계내에서 원하는 강성 공구 구조체내부로 구성되고 또 다른 스티프너를 제조하기 위해 다시 이용될 수 있다. 일반적으로, 상기 SMP 장치(12)는 다시 구성(reconfigurabl)될 수 있고 다시 이용될 수 있다. 다시 말해, 공지된 내부 맨드릴 백(bag)들은 다시 사용될 수 없거나 원하는 내구성을 제공하지 못하며 더욱 파손되기 쉽다. 내부 맨드릴 백들은 또한 복합 재료(14)를 도포하기 위한 레이업(lay-up) 공구로서 이용되기 위해 필요한 강성(stiffness)을 가지지 못한다. 구체적으로, 전통적인 스티프너 성형 적용예에서 이용되는 다른 형태의 맨드릴들은 종종 처리된 스티프너로부터 절단되거나 세척되는 것이 요구되며 따라서 재사용될 수 없다. 유리하게, 상기 SMP 장치(12)는, 복합 재료(14)의 처리공정동안 내부 백 또는 블래더로서 그리고 복합 재료 레이업을 위한 강성의 레이업 공구로서 이용될 수 있고, 다음에 제거되고 다수의 사이클에서 다시 이용될 수 있다.
본 발명이 첨부된 도면들에 도시된 선호되는 실시예를 참고하여 설명되지만, 청구범위에 청구된 발명의 범위내에서 동등한 발명이 이용되고 교체될 수 있다. 예를 들어 본 명세서에서 설명된 것처럼, SMP 장치(12)의 외부 또는 내부를 향해 가해지는 진공 또는 팽창하중의 모든 예는, 단지 예시적이며 원하는 몰드 및/또는 복합 재료(14)를 향해 SMP 장치(12)를 가압할 수 있는 압력차를 형성하기 위한 모든 공지기술과 교체될 수 있다. 추가로, SMP 장치(12)를 원하는 강성 공구 구조체속에 형성하기 위해 다양한 형상, 구조 및 공구들이 본 명세서에서 설명되지만, 본 명세서에 설명된 한 개이상의 방법 단계들을 이용하여 SMP 장치(12)의 형상을 형성하기 위해 모든 몰드 또는 몰드들과 강성공구들의 모든 조합이 이용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 제공된 도면들과 실시예들이 항공기용 복합 부품들의 제조를 설명하지만, 본 명세서에서 설명된 성형 공구들과 방법은 본 발명의 범위내에서 차량, 선박, 스포츠 용품 등을 위한 복합 부품들을 제조하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들을 설명하지만, 신규한 것으로 청구되고 특허로서 보호받고자 하는 대상은 다음과 같다.
28.....강성 외부 공구,
12.....SMP 장치,
14.....복합 재료,

Claims (22)

  1. 일체로 구성된 스티프너들을 가지고 복합 부품을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    성형되어야 하는 복합 부품이 가지는 제 1 표면의 원하는 구조와 일치하도록 형상 기억 폴리머(SMP) 장치를 성형하거나 주조하는 단계,
    SMP 장치내에 스티프너들을 배열하기 위해 구성되는 한 개이상의 공동들을 포함하도록 SMP 장치를 성형하거나 주조하는 단계,
    상기 공동속으로 스티프너들을 배열하는 단계,
    상기 공동내에 유지되는 스티프너들의 노출된 표면들과 SMP 장치상에 복합 재료를 도포하는 단계,
    복합 부품을 제조하기 위해 압력과 열에 의해 SMP 장치상에 복합 재료를 가지고 스티프너를 상호 처리하거나 상호 결합하는 단계를 포함하고, 상기 SMP 장치는 복합 재료를 가지고 상기 스티프너를 상호 처리하거나 상호 결합하는 동안 강성 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 복합 재료를 상기 스티프너와 상호 처리하거나 상호 결합하는 단계는,
    복합 재료 주위에 불침투성 재료의 시트를 밀봉하는 단계,
    불침투성 재료의 시트 내부 및/또는 외부를 향해 압력차를 유도하여 불침투성 재료의 시트를 복합 재료에 대해 압축하는 단계 및,
    불침투성 재료의 시트가 복합 재료에 대해 압축될 때 SMP 장치가 강성상태에 있고, 복합 재료를 복합 처리 온도까지 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스티프너는, 프레임, 스트링거, 복합 코어 및 복합 재료의 추가 층들 중 적어도 한 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스티프너는 공동내에 배열되기 전에 미리 처리되는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스티프너는 공동내에 배열되기 전에 처리되지 않는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 SMP 장치를 강성 상태로부터 연성 상태로 변화시키는 단계 및,
    상기 SMP 장치를 복합 부품내부로부터 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 SMP 장치는, 유리전이온도(Tg) 보다 높은 온도로 가열될 때 연성상태로 변화하도록 구성되고, 상기 복합 재료 처리온도는 유리전이온도(Tg) 보다 작아서 SMP 장치는 복합 재료가 복합 부품속으로 처리되는 동안 강성상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 복합 재료를 상기 SMP 장치에 도포하기 전에 SMP 장치와 내부 스티프너사이에서 강성의 보강 인서트를 공동속으로 배열하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 공동들은 강성 보강 인서트들과 내부 스티프너들이 공동내부에 유지되는 것을 허용하는 크기와 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  9. 일체로 구성된 스티프너들을 가지고 복합 부품을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    형상 기억 폴리머(SMP) 장치를 연성상태로 변화시키는 단계,
    성형되어야 하는 복합 부품이 가지는 제 1 표면의 원하는 구조와 일치하도록 SMP 장치를 성형하는 단계,
    MP 장치내에 스티프너들을 배열하기 위해 구성되는 한 개이상의 공동들을 포함하도록 SMP 장치를 성형하는 단계,
    SMP 장치를 강성상태로 변화시키는 단계,
    상기 공동내에 스티프너를 배열하는 단계,
    상기 공동내에 유지되는 스티프너들의 노출된 표면들과 SMP 장치상에 복합 재료를 도포하는 단계,
    복합 부품을 제조하기 위해 압력과 열에 의해 SMP 장치상에 복합 재료를 가지고 스티프너를 상호 처리하거나 상호 결합하는 단계가,
    상기 복합 재료의 주위에 불침투성 재료의 시트를 밀봉하는 단계,
    불침투성 재료의 시트 내부 및/또는 외부를 향해 압력차를 유도하여 불침투성 재료의 시트를 복합 재료에 대해 압축하는 단계 및,
    불침투성 재료의 시트가 복합 재료에 대해 압축될 때 SMP 장치가 강성상태에 있고, 복합 재료를 복합 처리 온도까지 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스티프너는 내부 스티프너들인 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 스티프너는, 프레임, 스트링거, 코어 및 복합 재료의 추가 층들 중 적어도 한 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 복합 부품은, 항공기용 모노리식(monolithic) 동체, 날개, 나셀(nacelles), 항공기 패널, 항공기용 덕트, 항공기용 구조 지지체, 고형 라미네이트, 일체로 경화된(integrally stiffened) 라미네이트 또는 코어 경화된 샌드위치 구조체로부터 제조된 항공기용 부품 또는 항공기용 부품을 위한 내부 스티프너인 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 스티프너는 공동내에 배열되기 전에 미리 처리되는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 스티프너는 공동내에 배열되기 전에 처리되지 않는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 복합 재료가 처리된 후에 불침투성 재료의 시트를 제거하는 단계,
    상기 SMP 장치를 강성 상태로부터 연성 상태로 변화시키는 단계 및,
    상기 SMP 장치가 연성상태인 동안 상기 SMP 장치를 복합 부품내부로부터 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 SMP 장치는, 유리전이온도(Tg) 보다 높은 온도로 가열될 때 연성상태로 변화하도록 구성되고, 상기 복합 재료 처리온도는 유리전이온도(Tg) 보다 작아서 SMP 장치는 복합 재료가 복합 부품속으로 처리되는 동안 강성상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  17. 제 9 항에 있어서, 성형되어야 하는 복합 부품이 가지는 제 1 표면과 일치하도록 SMP 장치를 성형하는 단계는,
    상기 SMP 장치를 내부 맨드릴 공구상에 배열하는 단계,
    상기 내부 맨드릴 공구에 상기 SMP 장치의 단부들을 밀봉하는 단계,
    상기 SMP 장치와 내부 맨드릴 공구를 외부몰드속에 배열하는 단계,
    SMP 장치가 연성을 가지기 시작하는 유리전이온도(Tg) 보다 높게 SMP 장치를 가열하고 상기 SMP 장치를 상기 외부 몰드를 향해 팽창시키는 단계,
    상기 SMP 장치를 유리전이온도(Tg) 아래로 냉각시키는 단계,
    강성 상태인 SMP 장치를 상기 외부몰드로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  18. 제 9 항에 있어서, 복합 재료를 상기 SMP 장치에 도포하기 전에 SMP 장치와 스티프너사이에서 강성의 보강 인서트를 공동속으로 배열하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 공동들은 강성 보강 인서트들과 스티프너들이 공동내부에 유지되는 것을 허용하는 크기와 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  19. 일체로 구성된 스티프너 특징부들을 가지고 복합 부품을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    형상 기억 폴리머(SMP) 장치를 연성상태로 변화시키는 단계,
    성형되어야 하는 복합 부품이 가지는 제 1 표면의 원하는 구조와 일반적으로 일치하도록 SMP 장치를 연성상태로 성형하는 단계,
    MP 장치내에 내부 스티프너들을 배열하기 위해 구성되는 한 개이상의 공동들을 포함하도록 SMP 장치를 성형하는 단계,
    SMP 장치를 강성상태로 변화시키는 단계,
    상기 공동내에 스티프너를 배열하는 단계,
    상기 공동내에 유지되는 스티프너들의 노출된 표면들과 SMP 장치상에 복합 재료를 도포하는 단계,
    복합 부품을 제조하기 위해 압력과 열에 의해 SMP 장치상에 복합 재료를 가지고 내부 스티프너를 상호 처리하거나 상호 결합하는 단계가,
    상기 복합 재료의 주위에 불침투성 재료의 시트를 밀봉하는 단계,
    불침투성 재료의 시트 내부 및/또는 외부를 향해 압력차를 유도하여 불침투성 재료의 시트를 복합 재료에 대해 압축하는 단계 및,
    불침투성 재료의 시트가 복합 재료에 대해 압축될 때 SMP 장치가 강성상태에 있고, 복합 재료를 복합 처리 온도까지 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 복합 부품으로부터 불침투성 재료의 시트를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 SMP 장치를 강성상태로부터 연성상태로 변화시키는 단계를 포함하며,
    상기 SMP 장치가 연성상태일 때 상기 SMP 장치를 복합 부품내부로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 스티프너는, 프레임, 스트링거, 코어 및 복합 재료의 추가 층들 중 적어도 한 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 SMP 장치는, 유리전이온도(Tg) 보다 높은 온도로 가열될 때 연성상태로 변화하기 시작하도록 구성되고, 상기 복합 재료 처리온도는 유리전이온도(Tg) 보다 작아서 SMP 장치는 복합 재료가 복합 부품속으로 처리되는 동안 강성상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
  22. 제 19 항에 있어서, 복합 재료를 상기 SMP 장치에 도포하기 전에 SMP 장치와 내부 스티프너사이에서 강성의 보강 인서트를 공동속으로 배열하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 공동들은 강성 보강 인서트들과 내부 스티프너들이 공동내부에 유지되는 것을 허용하는 크기와 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 부품을 제조하기 위한 방법.
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