KR20140018852A - 복합 물품을 형성하는 방법과 시스템 - Google Patents

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개리 알. 론스데일
로버트 더블유. 머치
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플라산 카본 컴포짓, 인코포레이티드
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Abstract

복합 물품(22)을 형성하는 방법은, 몰드 표면(24)을 갖는 공구(26)를 제공하는 단계와, 예비 성형품(62)을 제공하는 단계와, 몰드 표면(24) 상에 예비 성형품(62)을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 제 1 시간 기간(Tt1) 내에 몰드 표면(24)을 가열하는 단계와, 제 1 시간 기간 내에 예비 성형품(62)에 압력을 가하는 단계와, 제 2 시간 기간(Tt2) 동안 몰드 표면(24)의 온도를 유지하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 제 2 시간 기간 동안 압력을 유지하는 단계와, 복합 물품(22) 상에 압력을 감소시키는 단계와, 제 3 시간 기간(Tt3) 내에 몰드 표면(24)을 냉각시키는 단계와, 몰드 표면(24)으로부터 복합 물품(22)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 총 Tt1 + Tt2 + Tt3은 약 30분 이하이다. 히터-서브시스템과, 선택적으로, 칠러-서브시스템을 포함하는 열 시스템(20)은 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키는데 사용된다.

Description

복합 물품을 형성하는 방법과 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR FORMING COMPOSITE ARTICLES}
본 출원은, 2010년 12월 1일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/418,521호의 이익을 주장하고, 이것은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은, 일반적으로 복합 물품을 형성하는 방법과 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 탄소 섬유 복합 물품을 형성하는 방법과 시스템에 관한 것이다.
탄소 섬유 복합재(CFC) 물품은 일반적으로 탄소 섬유 필라멘트를 포함하는 탄소 섬유 매트의 2개 이상의 층을 포함하며, 이들은 최종 경화된 상태에서 플라스틱 수지에 의해 스며들게 된다. CFC 물품을 형성하는 종래의 방법은 진공 백 몰딩, 압력 몰딩, 가상 공학 복합재(VEC: Virtual Engineered Composites) 몰딩, 오토클레이브 몰딩, 및 수지 전달 몰딩(RTM: Resin Transfer Molding)을 포함한다. 기업 평균 연비 제도(CAFE: Corporate Average Fuel Economy), 머리 충격 특성(HIC: Head Impact Characteristic), 및 보행자 보호를 포함하는 더 새로운 자동차 산업 법규들은 강철과 같이 자동차에 사용된 종래의 재료에 대한 난제를 나타낸다. 강철과 관련하여, CFC 물품은 세기, 중량 및 에너지 흡수를 포함하는 물리적 특성의 우수한 조합을 포함한다. 이와 같이, CFC 물품은 질량 감소 및 에너지 흡수를 위한 요건과 같이 이들 더 새로운 요건을 충족시킬 수 있다.
공교롭게도, 종래의 CFC 물품이 갖는 주요한 문제점은 강철로 만들어진 것과 같은 종래의 물품에 관해 CFC 물품을 제조하는데 걸리는 시간의 양이다. 더욱이, "클래스 A" 표면과 같이 미적으로 양호한 표면을 갖는 CFC 물품을 달성하는데 시간이 걸리고 어려울 수 있다. 이와 같이, CFC 물품을 형성하는 개선된 방법과 시스템을 제공할 기회가 있다.
본 발명은 복합 물품을 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 몰드 표면을 갖는 공구를 제공하는 단계와, 예비 성형품(preform)을 제공하는 단계를 포함한다. 예비 성형품은 탄소 섬유 매트 및 수지를 포함한다. 상기 방법은 공구의 몰드 표면 상에 예비 성형품을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 공구의 몰드 표면을 제 1 시간 기간(Tt1) 내에 제 1 온도(T1)로부터 제 2 온도(T2)로 가열하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 1 시간 기간(Pt1) 내에 제 1 압력(P1)으로부터 제 2 압력(P2)으로 압력을 예비 성형품에 가하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 2 시간 기간(Tt2) 동안 약 T2에서 공구의 몰드 표면을 유지하는 단계를 더 포함한다. 선택적으로, 상기 방법은 공구의 몰드 표면을 T2까지 가열하기 이전 Tt1의 부분(Tt<1) 동안 T1과 T2 사이의 중간 온도(T1 -2)로 몰드 표면을 유지하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 2 시간 기간(Pt2) 동안 약 P2에 압력을 유지하는 단계를 더 포함한다. 선택적으로, 상기 방법은 P2 이전에 Pt1의 부분(Pt<1) 동안 P1과 P2 사이의 중간 압력(P1 -2)에 압력을 유지하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 복합 물품 상에 압력을 감소시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 3 시간 기간(Tt3) 내에 몰드 표면을 약 T2로부터 제 3 온도(T3)로 강하시키기 위해 공구의 몰드 표면을 냉각시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 공구의 몰드 표면으로부터 복합 물품을 제거하는 단계를 더 포함한다. 총 Tt1 + Tt2 + Tt3는 일반적으로 약 30분 이하이다.
본 발명은 또한 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 열 시스템을 제공한다. 열 시스템은 공구와 유체 왕래하는(fluid communication) 히터-서브시스템을 포함한다. 히터-서브시스템은 유체를 가열하기 위해 히터를 포함한다. 히터-서브시스템은 가열된 유체의 양을 포함하는 탱크를 더 포함하고, 탱크는 히터와 유체 왕래한다. 히터-서브시스템은 탱크와 히터 사이에 유체를 재순환하기 위해 탱크와 히터 사이에 유체 왕래하는 밸브를 더 포함한다. 히터-서브시스템의 밸브는 또한 유체를 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 탱크와 공구 사이에 유체 왕래한다. 선택적으로, 열 시스템은 공구와 유체 왕래하는 칠러(chiller)-서브시스템을 더 포함한다. 칠러-서브시스템은 유체를 냉각시키기 위해 칠러를 포함한다. 칠러-서브시스템은 냉각된 유체의 양을 더 포함하고, 탱크는 칠러와 유체 왕래한다. 칠러-서브시스템은 탱크와 칠러 사이에 유체를 재순환하기 위해 탱크와 칠러 사이에 유체 왕래하는 밸브를 더 포함한다. 칠러-서브시스템의 밸브는 또한 유체를 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 탱크와 공구 사이에 유체 왕래한다.
본 발명은 또한 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 히터-서브시스템을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 칠러-서브시스템을 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 공구의 몰드 표면을 Tt1 내에 T1로부터 T2까지 가열시키기 위해 가열된 유체의 양을 히터-서브시스템의 탱크로부터 공구로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 Tt2 동안 약 T2에 몰드 표면을 유지하기 위해 유체를 히터-서브시스템으로부터 공구의 몰드 표면으로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 Tt3 내에 공구의 몰드 표면을 약 T2로부터 T3까지 냉각시키기 위해 냉각된 유체의 양을 칠러-서브시스템의 탱크로부터 공구로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 공구의 몰드 표면은 일반적으로 분당 약 60℉보다 더 큰 속도로 가열한다. 더욱이, 공구의 몰드 표면은 일반적으로 분당 약 40℉보다 더 큰 속도로 냉각한다.
본 발명은 복합 물품을 형성하는 종래의 방법과 시스템에 비해 다양한 이점을 제공한다. 예를 들어, 오토클레이빙과 같은 종래의 방법은 1시간을 넘는 사이클 시간, 일반적으로 75분 이상의 사이클 시간을 갖는다. 이러한 사이클 시간은, 복합 물품이 오토클레이브 내에 형성되는 시간이다.
일반적인 오토클레이브 공정에서, 예비 성형품은 공구 상에 배치되고, 공구는 오토클레이브에 로딩되고, 진공 백(또는 다른 진공 수단)은 공구에 부착되고, 오토클레이브는 차단되고, 진공이 가해지고, 오토클레이브는 연장된 시간 기간 동안, 예를 들어, 75+분 동안 가열되고 질소 가스(N2)로 가압되어, 복합 물품을 형성한다. N2는 일반적으로 발열로 인해 오토클레이브에서 플래시 파이어(flash fires)를 방지하는데 필요하다. 오토클레이브를 적재하고, 차단하고, 개방하고, 적하하는 것과 연관된 시간은 산출물(output)을 더 감소시킨다.
오토클레이브는 가열하는데 오랜 시간이 걸리고, 안전을 이유로 N2의 이용을 요구한다. 이와 같이, 오토클레이브와 연관된 에너지 비용은 높은 경향이 있다. 복합 물품의 산출물을 증가시키기 위해, 오토클레이브는 크기가 큰 경향이 있어, 이를 통해 넓은 푸트프린트(footprint)를 갖는다. 오토클레이브의 이러한 크기는 또한 다수의 무겁고 고가의 도구를 요구하여, 자본과 제조비를 더 증가시킨다.
오토클레이브는 또한 폐기물 부분을 만드는 경향이 있다. 예를 들어, 진공이 오토클레이브에 있는 동안 하나(또는 그 이상)의 공구 상에 결핍(또는 차단)되면, 복합 물품은 부적절한 구성, 예를 들어, 결합되지 않는(non-consolidated) 형태로 경화할 것이다. 진공은 사이클이 완료된 후까지 확립될 수 없으며, 이것은 너무 늦어서 복합 물품을 절감할 수 없다. 이와 같이, 진공 문제를 갖는 복합 물품(들)은 오토클레이브로부터 제거된 후에 폐기되어야 한다.
오토클레이브에 형성된 복합 물품은 또한 다양한 위치의 피트(pits), 직경 및 깊이와 같은 표면 결점을 갖게 되는 경향이 있다. 이러한 표면 결점은 충진(filling) 및 샌딩(sanding)에 의해서와 같이 복합 물품의 마무리 단계 동안 제거되어야 하므로, 제조비를 더 증가시킨다.
본 발명의 방법과 시스템은 종래 기술에 비해 하나 이상의 이점을 제공한다. 본 발명은 종래의 오토클레이빙 방법에 비해 우수한 온도 및 압력 제어를 제공한다. 본 발명은 오토클레이브 사이클들에 대해 감소된 사이클 횟수들을 제공할 수 있고, 이것은 증가된 산출물을 제공한다. 감소된 에너지 비용은 또한 인식될 것이다. 감소된 푸트프린트는 큰 오토클레이브에 대해 시스템에 의해 제공될 수 있다. 종래의 오토클레이브 방법에 일반적으로 사용된 동일하거나 유사한 화학적 성질 및/또는 물질, 예를 들어, 수지는 일반적으로 본 발명과 함께 사용될 수 있으므로, 화학적 성질 또는 물질 설계를 요구하지 않는다.
본 발명은 일반적으로 오토클레이브에 형성된 탄소 복합 물품의 것에 일반적으로 매칭되는 우수한 표면 특성을 갖는 복합 물품을 제공한다. 예를 들어, 표면 결점(예를 들어, 피트)은 일반적으로 개수 및/또는 균열(severity)에서 감소된다. 더욱이 또는 대안적으로, 본 발명은 일반적으로 오토클레이브에 형성된 탄소 복합 물품의 것에 매칭되거나 초과되는 우수한 기계적 특성을 갖는 복합 물품을 제공한다.
본 발명의 다른 장점은 첨부 도면과 연계하여 고려될 때 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해되는 것과 같이 쉽게 이해될 것이다.
본 발명은 일반적으로 오토클레이브에 형성된 탄소 복합 물품의 것에 일반적으로 매칭되는 우수한 표면 특성을 갖는 복합 물품에 효과적이다.
도 1은 히터-서브시스템, 밸브, 제어기, 프레스, 프레스 내에 배치된 공구, 및 압력 탱크를 갖는 열 시스템의 개략도.
도 2는 히터-서브시스템 및 칠러-서브시스템, 밸브, 제어기, 프레스, 프레스 내에 배치된 공구, 및 압력 탱크를 갖는 다른 열 시스템의 개략도.
도 3은 공구, 진공 캐노피, 및 상기 공구와 진공 캐노피 사이에 배치된 예비 성형품의 부분 분해 사시도.
도 4는 몰드 표면과 튜브(tubing), 공구에 부착된 진공 캐노피, 및 몰드 표면과 진공 캐노피 사이에 배치된 예비 성형품을 갖는 공구의 횡단면도.
도 5는 지지 테이블, 지지 테이블 상에 배치된 공구, 공구 상에 배치된 진공 캐노피, 플랫폼 및 커버를 갖는 프레스의 사시도.
도 6은 프레스가 캐리어 및 램(rams)을 포함하는, 도 5에 도시된 프레스 및 공구의 세부적인 부분을 확대하여 도시한 사시도.
도 7은 플랫폼과 그 사이에 한정된 공동을 갖는 커버, 몰드 표면 및 튜브를 갖는 공구, 공구에 부착된 진공 캐노피, 몰드 표면과 진공 캐노피 사이에 배치된 예비 성형품을 갖는 프레스의 부분 횡단면도.
도 8은 기술자가 지지 테이블 중 하나 상에 배치된 공구의 몰드 표면 상에 예비 성형품을 배치하면서, 다른 프레스, 지지 테이블, 및 복합 물품의 주변을 도시한 사시도.
도 9는 굴대축 표면과 튜브를 갖는 굴대축의 횡단면도로서, 탄소 섬유 시트의 부품이 굴대축 표면 상에 배치되고, 진공 시트가 굴대축 표면 상의 부품에 걸쳐 배치되는, 횡단면도.
도 10은 복합 물품의 추가의 선택적인 제조 단계들을 일반적으로 도시한 흐름도.
도 11은 시스템 및 프레스를 이용하여 본 발명의 예에 대해 시간에 걸쳐 온도, 압력, 진공 및 히터 프로파일을 도시한 그래프.
도 12는 시스템 및 프레스를 이용하여 본 발명의 다른 예에 대해 시간에 걸쳐 온도, 압력 및 진공 프로파일을 도시한 다른 그래프.
도 13은 시스템 및 프레스를 이용하여 본 발명의 다른 예에 대해 시간에 걸쳐 온도, 압력 및 진공 프로파일을 도시한 다른 그래프.
도 14는 오토클레이브를 이용하여 비교예에 대해 시간에 걸쳐 온도, 압력, 진공 및 히터 프로파일을 도시한 그래프.
유사한 도면 부호들이 여러 도면 전체에 유사한 부분을 나타내는 도면을 참조하여, 열 시스템은 일반적으로 20으로 도시된다. 열 시스템(20)은 이후부터 간단히 시스템(20)으로 언급된다. 시스템(20)은 다양한 유형의 물품을 형성하는데 사용될 수 있다. 시스템(20)은 탄소 섬유 강화 플라스틱(22) 또는 탄소 섬유 복합재(CFC) 물품(22)과 같은 복합 물품(22)을 형성하는데 유용하다. CFC 물품(22)은 자동차, 해운업, 군용, 항공 우주 및 의료 기기 산업과 같은 많은 산업에 유용하다.
시스템(20)은 특히 전체 차량 플랫폼에 걸친 "클래스 A" CFC 바디 패널(22)을 형성하는데 유용하다. 바디 패널(22) 및 관련 부품의 예는, 후드, 펜더, 루프, 로커(rockers), 스플리터(splitters), 지붕 받침대(roof bows), 수평타(dive planes), 날개(wings), 미러 캡(mirror caps), 편향기(deflectors) 등을 포함한다. CFC 물품(22)의 추가 예는, 데크-리드(deck-lids), 배터리 애플리케이션, 제어 아암(control arms), 범퍼, 크레이들/서브-프레임(cradles/sub-frames), 및 다른 구조적 구성요소를 포함한다. 시스템(20)은 임의의 특정 유형의 복합 물품(22), 또는 특정 산업용 복합 물품(22)을 형성하는 것에 한정되지 않고, 이러한 복합 물품(22)은 다양한 크기, 형태, 및 용도를 가질 수 있다. 복합 물품(22)은 아래에 추가로 설명된다.
시스템(20)은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키는데 유용하다. 특히, 시스템(20)으로 유체를 가열 및 냉각시키는데 유용하고, 이 유체는 공구(26)의 몰드 표면(24)을 직접(또는 거의 직접적으로) 가열 및 냉각시키는데 사용된다. 시스템(20)은 본 발명의 방법과 조합하여 또는 이와 별도로 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 아래에 추가로 설명되고, 시스템(20)과 조합하여 또는 이와 별도로 사용될 수 있다.
공구(26)는, 공구(26)가 상부 몰드이고 다른 공구가 하부 몰드이거나, 또는 그 반대로도 이루어지는 몰드(예를 들어, 2개 부품의 몰드)의 부분일 수 있다. 공구(26)는 일반적으로 1개 부품의 몰드(26)(예를 들어, 개방 몰드)이다. 시스템(20)은 일반적으로 공구(26)의 적어도 하나의 유형과 연관되지만, 서로 동일하거나 상이할 수 있는 2개 이상의 상이한 유형의 공구(26)와 연관될 수 있다. 공구(26)는 시스템(20)과 통신하기 위해 아마 변형될 수 있지만, 다양한 유형을 가질 수 있다.
일반적으로, 공구(26)는 오토클레이브에 일반적으로 사용된 유형(또는 이 유형과 유사한)이다. 하지만, 시스템(20)은 오토클레이브와 일반적으로 연관되지 않는다. 즉, 시스템(20)은 본 발명의 방법인 것으로서, 일반적으로 오토클레이브를 갖지 않는다. 일 실시예에서, 공구(26)는 진공 몰딩(또는 형성)에 일반적으로 사용된 유형이다. 다른 실시예에서, 공구(26)는 수지 전달 몰딩(RTM)에 일반적으로 사용된 유형이다. 다른 유형의 공구(26)가 또한 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
몰드 표면(24) 및 공구(26)는 단일, 즉 단일 바디를 가질 수 있다. 일반적으로, 몰드 표면(24) 및 공구(26)는, 예를 들어, 패스너에 의해, 용접 등에 의해, 함께 결합된 개별적인 부품이다. 이와 같이, 상이한 몰드 표면(24)은 상이한 공구(26)와 함께 사용될 수 있거나, 또는 그 반대로도 이루어질 수 있다.
공구(26)의 몰드 표면(24)은 다양한 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 몰드 표면(24)은 만들어지는 특정 복합 물품(22)에 대응하는 형태, 예를 들어, 후드, 펜더, 스포일러 등으로 구성된다. 몰드 표면(24)은 임의의 특정한 형태에 한정되지 않는다.
공구(26)의 몰드 표면(24)은 일반적으로 금속 물질로 형성되고, 이 금속 물질은 니켈, 강철 등과 같이 열 전달에 유용하다. 특정 실시예에서, 몰드 표면(24)은 니켈 합금을 포함한다. 이러한 몰드 표면(24)은 일반적으로 높은 열 전도도를 갖는데, 이것은 몰드 표면(24)의 급속한 가열 및 냉각을 허용한다. 이것은 시스템(20)과 함께 이용될 때 특히 그러하다. 몰드 표면은 다양한 두께, 일반적으로 약 5 내지 약 20, 약 7.5 내지 약 15, 또는 약 10 내지 약 12.5mm를 가질 수 있다. 적합한 몰드 표면(24)은 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능하다. 몰드 표면(24)의 특정 예는, 니켈 셀 몰드 표면(24)과 같이, 캐나다, 온타리오, 미드랜드 소재의 Weber Manufacturing Team; MI, Fraser 소재의 Visioneering Inc.; 및 Invar(또는 "64FeNi")로부터 형성된 몰드 표면(24)과 같이, MI, 트로이 소재의 Models & Tools Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
도 4를 참조하면, 공구(26)는 일반적으로 유체를 왕래시키기 위한 튜브(28)를 포함한다. 튜브(28)는 유체를 튜브(28)에 왕래시키기 위한 적어도 하나의 입력(30)과, 튜브(28)로부터 유체를 왕래시키기 위한 적어도 하나의 출구(32)를 포함한다. 튜브(28)는 열 전달을 촉진시키기 위해 몰드 표면(24)에 가깝거나 이에 직접 접촉한다. 튜브(28)는 몰드 표면(24)의 직접적인(간접적이기보다는) 가열 또는 냉각에 유용하다. 튜브(28)는 공구(26) 자체 내에 형성될 수 있거나{보링(boring)에 의해}, 또는 몰드 표면(24)에 근접한 공구(26) 내에서 공구(26) 및/또는 몰드 표면(24)에 부착된다.
튜브(28)는 다양한 패턴으로 배치될 수 있고, 동일하거나 가변적인 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 몰드 표면(24)이 형태가 복잡하면, 튜브(28)의 부분은 몰드 표면(24)의 더 중요한 영역에 집중될 수 있어서, 이러한 영역의 적절한 가열 및 냉각을 보장한다. 전술한 바와 같이, 몰드 표면(24)은 다양한 구성을 가질 수 있고, 실질적으로 평면의 3차원일 수 있거나, 형태의 조합일 수 있다. 튜브(28)는 몰드 표면(24)의 직접 가열을 제공하도록 마찬가지로 구성될 수 있다. 공구(26)는 진공 캐노피(36)를 공구(26)에 부착시키기 위해 하나 이상의 패스너(34), 예를 들어, 클램프(34)를 가질 수 있다. 다양한 유형의 패스너(34)가 사용될 수 있다. 진공 캐노피(36)는 아래에 추가로 설명된다.
공구(26)의 튜브(28)는 몰드 표면(24)의 가열 및 냉각을 위해 유체를 공구(26) 및 시스템(20)과 왕래시키기 위해 시스템(20)의 파이프(38)에 연결된다. 다양한 유형의 파이프(38)가 사용될 수 있다. 파이프(38)는 시스템(20)에 존재하는 온도 및 압력을 처리할 수 있어야 한다. 파이프(38)는 다양한 직경을 가질 수 있다.
튜브(28)는 하나 이상의 입력(30) 및 출력(32)을 가질 수 있다. 예를 들어, 몰드 표면(24)의 가열 및 냉각의 더 양호한 제어를 위해 공구(26) 내에 이산 튜브(28) 장치의 2개 이상의 세트가 있을 수 있다. 적합한 공구(26)는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능하다. 공구(26)의 특정 예는, 니켈 셀 공구와 같이, Weber Manufacturing Team으로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
시스템(20) 내에 운반된 유체는 일반적으로 열 전달 유체이고, 이 열 전달 유체는 또한 열 유체로서 종래 기술에 언급될 수 있다. 다양한 유형의 유체가 사용될 수 있다. 일반적으로, 유체는 시스템(20)에 도달된 온도로 인해 오일(물이 아니라)이다. 적합한 유체는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능하다. 유체의 특정한 예는, DELF450 및 DELF600을 포함하여 NY. 버팔로 소재의 Mokon으로부터 상업적으로 이용 가능한 것을 포함한다. 유체의 추가 예는, PG-1 및 IG-4를 포함하여 PA, 멜버른 소재의 Multitherm로부터; NF 및 HE를 포함하여 PA, West Conshohocken 소재의 Paratherm Corp.로부터; CalfloTM PG 및 CalfloTM HTF를 포함하여 Petro-Canada Productsf부터; Therminol® 66을 포함하여 MO, 세인트 루이스 소재의 Solutia Inc.로부터; Duratherm 450, Duratherm 600 및 Duratherm Lite(또는 LT)를 포함하여 NY, 루이스톤 소재의 Duratherm으로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다. 유체는 시스템(20)의 온도를 처리할 수 있고, 2개 이상의 상이한 유체의 혼합물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 시스템(20)은 폐루프이고; 하지만, 때때로 시스템(20)은 이에 첨가되거나 이로부터 회수된 유체의 일부 양을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 시스템(20)은 히터-서브시스템(40)을 포함한다. 히터-서브시스템(40)은 공구(26)와 유체 왕래 상태에 있다. 히터-서브시스템(40)은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 가열시키는데 유용하다. 특정 실시예에서, 히터-서브시스템(40)은 또한 공구(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는데 사용될 수 있다.
히터-서브시스템(40)은 히터(42)를 포함한다. 히터(42)는 시스템(20) 내에 유체를 가열시키는데 유용하다. 다양한 유형의 히터(42)가 사용될 수 있다. 히터(42)는 유체를 적어도 약 3℉ 내지 약 350℉, 또는 약 600℉ 이상부터 약 650℉까지의 온도로 가열시킬 수 있어야 한다. 일반적으로, 공구(26)에 들어가는 유체가 더 뜨거워질수록, 몰드 표면(24)은 더 빠르게 가열된다. 히터(42)는 또한 유체의 다양한 산출물을 전달할 수 있어야 한다. 적합한 산출물의 예는, 약 10 내지 약 120, 약 20 내지 약 100, 약 40 내지 약 90, 또는 약 60의 분당 갤런(gpm)이다. 적합한 히터(42)는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능하다. 히터(42)의 특정한 예는, IITF 시리즈, 예를 들어, IITF 500 시리즈, IITF 600 시리즈, HTF HF-2 시리즈, 및 ST 시리즈의 히터를 포함하여 Mokon으로부터 상업적으로 이용 가능한 것을 포함한다.
히터-서브시스템(40)은 탱크(44)를 더 포함한다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 가열된 유체의 양을 포함하는데 유용하다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 시스템(20)에서 히트 버퍼로서 작용한다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 히터(42)와 유체 왕래한다. 다양한 유형의 탱크는 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로서 사용될 수 있다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 유체를 적어도 약 300℉ 내지 약 350℉, 및 약 600℉ 이상부터 약 650℉까지의 온도로 유지할 수 있어야 한다. 일반적으로, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 히터(42)의 가장 높은 온도 산출물보다 더 높게 등급을 가져야 한다. 특정 실시예에서, 히터-서브시스템(40)은 2개 이상의 탱크(미도시)를 포함한다. 예를 들어, 하나의 탱크(44)에 포함된 유체의 양은 다른 탱크(44)의 온도와 상이한 온도에 있을 수 있다. 이것은 상이한 온도에서 가열된 온도의 양으로 시스템(20)을 버퍼링하는데 사용될 수 있다.
일반적으로, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 주변 환경에 의해 그 안에 포함된 가열된 유체의 양의 냉각을 방지하기 위해 자체적으로, 및/또는 격리의 보충 층으로 격리된다. 다양한 유형의 격리 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 격리된 자킷으로 감겨질 수 있다. 시스템(20)의 파이프(38), 또는 그 부분은 또한 격리 및 안전을 위해 감기거나 덮일 수 있다. 예를 들어, 히터-서브시스템(40)으로부터 공구(26)로 이어지는 파이프(38)는 열 손실, 버닝, 발화 등을 방지하도록 격리될 수 있다.
히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 다양한 크기와 형태를 가질 수 있다. 열 손실을 감소시키기 위해 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)의 부피에 대한 표면적의 비율(SA:V)을 감소시키는 것이 유용할 수 있다; 하지만, 이것은 필요하지 않다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 유체의 약 50 내지 약 250, 약 100 내지 225, 약 100 내지 약 200, 또는 약 100 내지 약 150의 갤런을 유지하도록 크기를 가져야 한다. 일반적으로, 더 큰 크기 탱크(44)는 시스템(20)에서 더 큰 열 버퍼를 제공한다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 연관된 가열된 유체의 양에 대한 참조는 주어진 경우에 탱크(44) 내에 포함된 가열된 전체 유체에 대한 부분을 나타낼 수 있다. 본 명세서에 설명된 유체의 양은 또한 저장된 (열) 에너지 양을 언급할 수 있다.
히터-서브시스템(40)은 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 히터(42) 사이에 유체 왕래 상태에 있는 밸브(46)를 더 포함한다. 다양한 유형의 밸브(46)가 사용될 수 있다. 일반적으로, 밸브(46)는 3방향 밸브(46)이다. 히터-서브시스템(40)의 3방향 밸브(46)는 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 히터(42) 사이에 유체를 재순환하는데 유용하다. 이러한 배치는 초기에 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에서 가열된 유체의 양을 형성, 유지, 및/또는 재충전하는데 유용하다. 예를 들어, 일단 가열된 유체의 양의 부분(또는 전부)이 공구(26)에 공급되면, 공구(26)로부터 복귀하는 유체는 히터(42)에 공급될 수 있고, 그런 후에 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에 공급되어, 가열된 유체의 양을 유지하거나 재충전하게 된다. 가열된 유체는 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 히터(42) 사이에 하나 이상의 통로에서 유지되거나 재순환될 수 있어서, 가열된 유체의 양의 온도를 추가로 증가시키거나 유지시킨다. 이것은 또한 히터(42)가 공구(26) 및/또는 시스템(20)의 요구를 충족할 수 없는 경우 유용한데, 여기서 가열된 유체의 양은 히터(42)가 회복하거나 복구할 버퍼로서 작용한다. 이것은 또한 공구(26) 및 시스템(20)의 진행하는 요구들을 충족시키기 위해 히터-서브시스템(40) 내의 유체의 거의 정상 상태의 온도를 유지하는데 유용하다.
히터-서브시스템(40)의 3방향 밸브(46)는 또한 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 공구(26) 사이에 유체 왕래 상태에 있다. 이와 같이, 히터-서브시스템(40)의 3방향 밸브(46)는 또한 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 유체를 공구(26)에 향하게 하는데 유용하다. 이것은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 공구(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열시키는데 특히 유용하다. 예를 들어, 가열된 유체의 양(또는 그 부분)은 공구(26)에 공급될 수 있어서, 몰드 표면(24)을 급속히 가열시킨다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에 의해 제공된 가열된 유체의 양은 요구시 가열된 유체만을 제공함으로써 히터(42)가 자체적으로 달성할 수 있는 것에 관해 온도에서의 급속한 변화를 제공한다. 예를 들어, 히터(42)는 몰드 표면(24) 온도가 경사지는 동안 부담이 될 수 있고, 복구하는데 시간일 걸릴 것이다. 가열된 유체의 양은 히터(42)에 대한 전체 가열 부담을 주지 않고도, 매우 짧은 시간 기간, 즉 몰드 표면(24)에서의 최대치(ΔT)에서 온도에서의 강력한 변화를 제공한다.
도 2를 참조하면, 시스템(20)의 다른 실시예는 칠러-서브시스템(48)을 더 포함한다. 이와 같이, 특정 실시예에서, 시스템(20)은 히터- 및 칠러-서브시스템(40, 48)을 포함한다. 칠러-서브시스템(48)은 공구(26)와 유체 왕래하는 상태에 있다. 칠러-서브시스템(48)은 공구(26)의 몰드 표면(24)를 냉각시키는데 유용하다. 히터-서브시스템(40)이 공구(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는데 사용될 수 있는 실시예에서, 칠러-서브시스템(48)은 또한 몰드 표면(24)을 더 냉각시키는데 사용될 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 히터-서브시스템(40)은 몰드 표면(24)을 가열시키는데만 사용되고, 칠러-서브시스템(48)은 몰드 표면(24)을 냉각시키는데만 사용된다. 서브시스템(40, 48)은 서로 분리될 수 있고; 하지만, 서브시스템(40, 48)은 일반적으로 서로 유체 왕래 상태에 있는데, 즉 이들은 시스템(20)의 유체를 공유한다.
칠러-서브시스템(48)은 칠러(50)를 포함한다. 칠러(50)는 시스템(20) 내에서 유체를 냉각시키는데 유용하다. 다양한 유형의 칠러(50)가 사용될 수 있다. 칠러(50)는 유체를 적어도 약 50℉ 내지 약 80℉, 및 약 -10℉ 아래로부터 약 20℉까지의 온도로 냉각시킬 수 있어야 한다. 칠러(50)는 또한 약 10 내지 약 150, 약 20 내지 약 125, 약 30 내지 약 100, 약 40 내지 약 75의 톤 칠링과 같은 유체의 다양한 산출물을 전달할 수 있어야 한다. 적합한 칠러(50)는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능하다. 칠러(50)의 특정 예는, Iceman 시리즈, 예를 들어, Iceman SC 시리즈, Iceman LT 시리즈, Iceman 이중 회로, 및 Iceman 전체 범위를 포함하여 Mokon으로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
칠러-서브시스템(48)은 탱크(52)를 더 포함한다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 냉각된 유체의 양을 포함하는데 유용하다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 칠러(50)와 유체 왕래 상태에 있다. 다양한 유형의 탱크는 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로서 사용될 수 있다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 약 -30℉ 내지 약 -10℉, 또는 약 20℉ 이상부터 약 50℉까지의 온도로 유체를 유지시킬 수 있어야 한다. 일반적으로, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 칠러(50)의 가장 낮은 온도 산출물보다 더 적게 등급을 가져야 한다. 특정 실시예에서, 칠러-서브시스템(48)은 2개 이상의 탱크(미도시)를 포함한다. 예를 들어, 하나의 탱크(52)에 포함된 유체의 양은 다른 탱크(52)의 온도와 상이한 온도에 있을 수 있다. 이것은 상이한 온도에서 냉각된 온도의 양으로 시스템(20)을 버퍼링하는데 유용할 수 있다.
일반적으로, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 주변 환경에 의해 그 안에 포함된 냉각된 유체의 양의 가열을 방지하기 위해 자체 및/또는 격리의 보충 층으로 격리되어야 한다. 다양한 유형의 격리 수단은 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로 전술한 것과 유사하게 이용될 수 있다.
칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 다양한 크기와 형태를 가질 수 있다. 열 이득을 감소시키기 위해 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)의 SA:V를 감소시키는 것이 유용할 수 있다; 하지만, 이것은 필요하지 않다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 유체의 약 50 내지 약 200, 약 75 내지 150, 또는 약 100 내지 약 125의 갤런을 유지하도록 크기를 가져야 한다. 일반적으로, 더 큰 크기 탱크(52)는 시스템(20)에서 더 큰 냉각 버퍼를 제공한다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 연관된 냉각된 유체의 양에 대한 참조는 주어진 경우에 탱크(52) 내에 포함된 냉각된 전체 유체에 대한 부분을 나타낼 수 있다.
칠러-서브시스템(48)은 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 칠러(50) 사이에 유체 왕래 상태에 있는 밸브(54)를 더 포함한다. 다양한 유형의 밸브(54)가 사용될 수 있다. 일반적으로, 밸브(54)는 3방향 밸브(54)이다. 칠러-서브시스템(48)의 3방향 밸브(54)는 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 칠러(50) 사이에 유체를 재순환하는데 유용하다. 이러한 배치는 초기에 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에서 냉각된 유체의 양을 형성, 유지, 및/또는 재충전하는데 유용하다. 예를 들어, 일단 냉각된 유체의 양의 부분(또는 전부)이 공구(26)에 공급되면, 공구(26)로부터 복귀하는 유체는 칠러(50)에 공급될 수 있고, 그런 후에 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에 공급되어, 냉각된 유체의 양을 유지하거나 재충전하게 된다. 냉각된 유체는 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 칠러(50) 사이에 하나 이상의 통로에서 유지되거나 재순환될 수 있어서, 냉각된 유체의 양의 온도를 추가로 감소시키거나 유지시킨다. 이것은 또한 칠러(50)가 공구(26) 및/또는 시스템(20)의 요구를 충족할 수 없는 경우 유용한데, 여기서 냉각된 유체의 양은 칠러(50)가 회복하거나 복구할 버퍼로서 작용한다. 이것은 또한 공구(26) 및 시스템(20)의 진행하는 요구를 충족시키기 위해 칠러-서브시스템(48) 내의 유체의 거의 정상 상태의 온도를 유지하는데 유용하다.
칠러-서브시스템(48)의 3방향 밸브(54)는 또한 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 공구(26) 사이에 유체 왕래 상태에 있다. 이와 같이, 칠러-서브시스템(48)의 3방향 밸브(54)는 또한 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 유체를 공구(26)에 향하게 하는데 유용하다. 이것은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 공구(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 냉각시키는데 특히 유용하다. 예를 들어, 냉각된 유체의 양(또는 그 부분)은 공구(26)에 공급될 수 있어서, 몰드 표면(24)을 급속히 냉각시킨다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에 의해 제공된 냉각된 유체의 양은 요구시 냉각된 유체만을 제공함으로써 칠러(50)가 자체적으로 달성할 수 있는 것에 관해 온도에서의 급속한 변화를 제공한다. 예를 들어, 칠러(50)는 몰드 표면(24) 온도가 경사지는 동안 부담이 될 수 있고, 복구하는데 시간일 걸릴 것이다. 냉각된 유체의 양은 칠러(50)에 대한 전체 냉각 부담을 주지 않고도, 매우 짧은 시간 기간, 즉 몰드 표면(24)에서의 최대치(ΔT)에서 온도에서의 강력한 변화를 제공한다.
시스템(20)은 일반적으로 제어기(56)와 통신한다. 제어기(56)는 일반적으로 서브시스템(40, 48) 및 공구(26) 중 적어도 하나와 통신하고, 더 일반적으로 서브시스템(40, 48)과 공구(26) 모두와 통신한다. 다양한 유형의 제어기(56)가 사용될 수 있다. 일반적으로, 제어기(56)는 프로그래밍 가능 논리 제어기(PLC)(56)인데, 이것은 또한 프로그래밍가능 제어기(56)로서 종래 기술에 언급될 수 있다. 제어기(56)는 유선에 의해, 무선 등에 의해서와 같이 다양한 방법들에 의해 시스템(20)의 구성요소와 통신할 수 있다.
시스템(20)은 일반적으로 서브시스템(40, 48)의 밸브(46, 54)에 더하여 밸브(58)를 포함한다. 다양한 유형의 밸브(58)가 사용될 수 있다. 일반적으로, 밸브(58)는 3방향 밸브(58)이다. 도 2를 참조하면, 시스템(20)의 3방향 밸브(58)는 공구(26)와 서브시스템(40, 48) 둘 모두 사이에서 유체 왕래 상태에 있다. 3방향 밸브(58)는 또한 제어기(56)와 통신한다. 시스템(20)의 3방향 밸브(58)는 공구(26)로부터 복귀된 후에 유체를 히터-서브시스템(40) 또는 칠러-서브시스템(48)으로 향하게 하는데 유용하다. 상기 다른 방식으로, 제어기(56)는 각 서브시스템(40, 48) 각각의 3방향 밸브(46, 54)와 함께, 시스템(20)의 3방향 밸브(58)를 제어함으로써 유체를 공구(26)로부터 각 서브시스템(40, 48)으로 향하게 할 수 있다.
"3방향" 밸브(46, 54, 58)가 일반적으로 본 명세서에 언급될 수 있지만, 동일한 흐름 제어가 3방향 밸브를 "모방"하는 상이한 유형의 밸브 및 파이프(38) 장치의 조합에 의해 달성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 2방향 밸브와 파이프(38)의 조합은 3방향 밸브에 의해 달성되는 동일한 흐름 제어를 달성하도록 이용될 수 있다. 다른 예로서, 플러그(plugged)되는 4방향 밸브는 3방향 밸브 대신에 이용될 수 있다. 동일한(또는 유사한) 흐름 제어를 달성하기 위한 이러한 대안적인 장치는 3방향 밸브(46, 54, 58)와 기능면에서 동일한 것으로 구상된다.
제어기(56)는 또한 시스템(20)에서 유체 흐름을 제어하는데 유용하다. 예를 들어, 제어기(56)는 시스템(20)의 밸브(58), 서브시스템(40, 48)의 밸브(46, 54), 히터(42), 및/또는 칠러(50)의 조합을 제어할 수 있어서, 다양한 온도에서 유체를 공구(26)로부터 그리고 공구로 향하게 한다.
제어기(56)는 가열된 및 냉각된 유체의 양을 각 서브시스템(40, 48)으로부터 공구(26)로 향하게 하는데 특히 유용하다. 특히, 제어기(56)는 공구(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열시키기 위해 가열된 유체의 양을 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 향하게 하는데 유용하다. 제어기(56)는 또한 공구(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 냉각시키기 위해 냉각된 유체의 양을 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 향하게 하는데 유용하다.
특정 실시예에서, 제어기(56)는 공구(26)의 몰드 표면(24)을 가열 또는 냉각시키기 위해 유체를 탱크(44, 52) 중 적어도 하나로부터 공구(26)로 향하게 하도록 3방향 밸브(46, 54, 58)를 제어한다. 추가 실시예에서, 제어기(56)는 다른 서브시스템(40, 48)의 탱크(44, 52)에서 가열된 또는 냉각된 유체의 양을 유지시키기 위해 다른 서브시스템(40, 48)에서 유체를 재순환하도록 3방향 밸브(46, 54, 58)를 제어한다. 서브시스템(40, 48)에서의 유체를 재순환하는 것은 다른 서브시스템(40, 48)으로 몰드 표면(24)을 가열 또는 냉각하기 이전, 이후, 또는 그 동안 시작할 수 있다. 제어기(56)는 특히 순서 및/또는 특정 시간에 3방향 밸브(46, 54, 58)를 개방 및 차단함으로써 시스템(20)에서 유체를 향하게 할 수 있다. 3방향 밸브(46, 54, 58)는 동시에 및/또는 동시 발생적으로 개방 및/또는 차단될 수 있다.
특정 실시예에서, 유체는 몰드 표면(24)의 가장 차갑거나 가장 따뜻한 영역에 관해 역류 방식으로 공구(26)로 향하게 될 수 있다. 예를 들어, 몰드 표면(24)의 하나의 영역이 초기에 몰드 표면(24)의 나머지 부분에 관해 가장 차갑고, 공구(26)가 가열되는 경우에, 제어기(56)는 큰 초기 온도 경사도에 기초하여 위치의 온도 변화를 촉진시키기 위해 가열된 유체를 이러한 위치로 향하게 할 수 있다. 몰드 표면(24)에 걸쳐 온도 경사도를 유지하는 것과 같이, 동시 발생적인 흐름 장치가 유용할 수 있는 경우, 또는 역류 및 동시 발생적인 흐름 장치의 조합이 사용될 수 있는 경우가 있을 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일반적으로, 공구(26)의 튜브(28) 내의 흐름이 몰드(24)와 튜브(28) 내의 유체 사이에 더 큰 열 전달을 촉진시키기 위해 거칠어진다. 거칠어짐은 나선형으로 주름진 파이프(38) 및/또는 튜브(28)의 이용과 같이 다양한 수단에 의해 전달될 수 있다.
도시되지 않았지만, 시스템(20)은 시스템(20) 내의 유체의 흐름을 조절하기 위해 하나 이상의 추가 유형의 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 볼 밸브는 시스템(20)의 부분에서 유체의 흐름을 정지/시작시키기 위해 제공될 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 체크 밸브는 시스템(20)의 부분에서 유체의 역류를 방지하기 위해 제공될 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 글로브 밸브는 시스템(20)의 부분에서 유체의 흐름율을 조절하기 위해 제공될 수 있다. 사용되는 경우, 추가 밸브는 시스템(20)의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 3방향 밸브(46, 54, 58)를 포함하는 시스템(20)의 밸브는 공압적으로, 수동으로, 전기적으로, 자기적으로 등과 같이 다양한 방식으로 관리될 수 있다. 특정 실시예에서, 전기 제어가 사용되고, 공압 제어가 사용되거나, 이들 조합이 사용된다.
시스템(20)은 릴리프 밸브(60)를 더 포함할 수 있다. 릴리프 밸브(60)는 또한 압력 릴리프 밸브(60), 압력 안전 밸브(60), 또는 안전 밸브(60)로 종래 기술에 언급될 수 있다. 다양한 유형의 릴리프 밸브(60)(및 관련 시스템)이 사용될 수 있다. 릴리프 밸브(60)는 일반적으로 서브시스템(40, 48)과 공구(26) 사이에 유체 왕래 상태에 있다. 릴리프 밸브(60)는 시스템(20)에서의 유체의 압력을 경감시키는데 유용하다. 예를 들어, 시스템(20)에서의 고장은 유체의 압력을 안전하지 않거나 바람직하지 않은 레벨로 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 릴리프 밸브(60)는 유체의 압력을 안전하거나 원하는 레벨로 복귀시키기 위해 시스템(20)에서의 유체의 부분을 해제함으로서 이러한 출현을 보상할 수 있다. 제어기(56)는, 릴리프 밸브(60)가 시스템(20), 프레스(62) 등에 대한 손상을 방지하도록 작용하는 경우에 시스템(20)을 전력 차단하도록 릴리프 밸브(60)와 통신할 수 있다.
시스템(20)은 스트레이너(strainer)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 다양한 유형의 스트레이너가 사용될 수 있다. 스트레이너는 시간에 따라 시스템(20)에서 막힘 또는 다른 문제들을 방지하기 위해 유체를 스트레인하는데 유용하다. 스트레이너는 또한 유체의 거친 흐름을 전달 및/또는 유지하는데 유용할 수 있다.
시스템(20)은 하나 이상의 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다. 다양한 유형의 펌프는 일반적으로 열 전달 유체를 이동시키는데 사용된 것과 같이 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 히터(42) 및 칠러(50)는 유체의 충분한 펌핑을 제공한다.
시스템(20)을 이용하여, 공구(26)의 몰드 표면(24)은 다양한 비율로 가열될 수 있다. 가열율은 선형 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 가열율은 감소율로 증가할 수 있고, 증가율로 증가할 수 있고, 실질적으로 일정할 수 있거나, 이들의 조합이 될 수 있다. 일반적으로, 몰드 표면(24)은 약 60보다 큰, 약 70보다 큰, 약 80보다 큰, 약 90보다 크거나, 약 100보다 큰 분당 ℉의 비율로 가열된다. 특정 실시예에서, 몰드 표면(24)은 약 300, 약 250, 약 225, 또는 약 200 이상의 분당 ℉의 비율로 가열될 수 있다.
시스템(20)을 이용하여, 공구(26)의 몰드 표면(24)은 다양한 비율로 냉각될 수 있다. 냉각율은 선형 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 냉각율은 감소율로 증가할 수 있고, 증가율로 증가할 수 있고, 실질적으로 일정할 수 있거나, 이들의 조합이 될 수 있다. 일반적으로, 몰드 표면(24)은 약 40보다 큰, 약 50보다 큰, 약 60보다 큰, 약 70보다 큰, 약 80보다 큰, 약 90보다 크거나, 약 100보다 큰 분당 ℉의 비율로 냉각된다. 특정 실시예에서, 몰드 표면(24)은 약 200, 약 175, 또는 약 150 이상의 분당 ℉의 비율로 냉각될 수 있다.
본 발명은 하나의 방법을 추가로 제공한다. 방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키는데 유용하다. 방법은 히터-서브시스템(40)을 제공하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 방법은 칠러-서브시스템(48)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 방법은 공구(26)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 공구(26)는 수동으로 또는 자동으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 공구(26)는 기술자 또는 로봇(미도시)에 의해 제공될 수 있다. 공구(26) 및 서브시스템(40, 48)은 전술한 바와 같다.
방법은 가열된 유체의 양을 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 공구(26)로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 가열된 유체의 양은 전술한 바와 같이 서브시스템(40, 48) 및 시스템(20)의 3방향 밸브(58)와 통신하는 제어기(56)에 의해 향하게 될 수 있다.
가열된 유체의 양은 제 1 시간 기간(Tt1) 내에 공구(26)의 몰드 표면(24)을 제 1 온도(T1)부터 제 2 온도(T2)로 가열시킨다. T1는 다양한 온도일 수 있다. 예를 들어, T1은 시동시 몰드 표면(24)의 온도일 수 있는데, 즉 몰드 표면(24)은 주변 온도(또는 실온)일 수 있다. 대안적으로, T1은 가열 및 냉각의 이전 사이클 이후에 몰드 표면(24)의 온도일 수 있다. 이와 같이, 몰드 표면(24)은 주변 온도보다 더 뜨거울(차가울) 수 있다. 일반적으로, T1은 약 50 내지 약 125, 약 75 내지 약 125, 약 90 내지 약 125, 또는 약 100 내지 약 120℉일 수 있다.
Tt1은 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Tt1은 가열 및 냉각의 후속 시간 기간에 비해 짧다. 하지만, Tt1은 가열 및 냉각의 하나 이상의 후속 시간 기간보다 더 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Tt1은 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 7.5, 또는 약 4 내지 약 6분이다.
T2는 다양한 온도일 수 있다. 예를 들어, T2는 가열 동안 도달된 몰드 표면(24)의 최대 온도일 수 있다. 일반적으로, T2는 약 250 내지 약 400, 약 250 내지 약 375, 약 275 내지 약 375, 약 300 내지 약 375, 또는 약 325 내지 약 350 ℉이다.
일반적으로, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에서의 가열된 유체의 양은 약 T2의 온도에 있거나 또는 그보다 더 높다. 가열된 유체의 양이 공구(26)의 양과 몰드 표면(24) 사이의 열 전달을 용이하게 하기 위해 T2보다 더 높은 적어도 약 50℉이고, 더 일반적으로 T2보다 훨씬 더 높다. 특정 실시예에서, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에서의 가열된 유체의 양은 약 250 내지 약 600, 약 300 내지 약 550, 약 350 내지 약 500, 또는 약 400 내지 약 450 ℉의 온도에 있다. 가열된 유체의 양으로 인해, 시스템(20)은 전술한 바와 같이 공구(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열시킬 수 있다.
방법은 유체를 히터-서브시스템(40)으로부터 공구(26)의 몰드 표면(24)으로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 유체는 서브시스템(40, 48) 및 시스템(20)의 3방향 밸브(58)와 통신하는 제어기(56)에 의해 향하게 될 수 있다. 유체는 제 2 시간 기간(Tt2) 동안 몰드 표면(24)을 약 T2로 유지시킨다. 몰드 표면(24)은 T2 또는 수용 가능한 허용 오차 레벨, 예를 들어, Tt2 동안 15℉에 유지될 수 있다. Tt2 동안 약 T2로 몰드 표면(24)을 유지하는 것은 복합 물품(22)의 수지를 경화시키는데 유용하다. 또한 복합 물품(22)의 표면 특성을 증가시키는데 유용한 것으로 여겨진다. 서모스탯 변조(thermostat modulation)가 허용오차 레벨 내에 유지하는데 사용될 수 있다.
Tt2는 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Tt2는 Tt1보다 더 짧다. 하지만, Tt2는 또한 Tt1 또는 후속 시간 기간보다 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로 Tt2는 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5 분이다.
특정 실시예에서, 방법은 T1과 T2 사이의 중간 온도(T1 -2)로 공구(26)의 몰드 표면(24)을 유지하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 이 단계는 공구(26)의 몰드 표면(24)을 T2로 가열시키기 전에 발생한다. T1 -2는 가열된 유체의 양의 부분을 몰드 표면(24)에만 공급함으로써 및/또는 히터-서브시스템(40)의 전체 온도를 제어함으로써 유지될 수 있다.
유체는 Tt1(Tt<1)의 부분 동안 약 T1 -2로 몰드 표면(24)을 유지시킨다. 유체는 서브시스템(40, 48) 및 시스템(20)의 3방향 밸브(58)와 통신하는 제어기(56)에 의해 향하게 될 수 있다. 몰드 표면(24)은 T1 -2로 또는 수용 가능한 허용오차 레벨, 예를 들어, T1 -2±15℉로 유지될 수 있다. Tt1 동안 약 T1 -2에 몰드 표면(24)을 유지하는 것이 복합 물품(22)을 고체화하는데 유용하다는 것으로 생각된다. 예를 들어, 복합 물품(22)의 수지는 최소 점성 및/또는 얇은 부분(thins)에 도달하여, 복합 물품(22)의 탄소 섬유 매트에 더 빠르게 흐르게 한다. 이러한 고체화는 기계적 특성을 달성하고, 형성된 경우 복합 물품(22)의 바디 패널들의 클래스 A 표면을 향상시키는데 유용한 것으로 생각된다. 서모스탯 변조는 허용오차 레벨 내에 유지하는데 사용될 수 있다.
T1 -2는 다양한 온도일 수 있다. 예를 들어, T1 -2는 T1과 T2의 중간에 있거나, T1에 가깝거나, T2에 가까울 수 있다. 일반적으로, T1 -2는 약 100 내지 약 350, 약 150 내지 약 325, 약 200 내지 약 300, 약 225 내지 약 275, 또는 약 235 내지 약 265℉이다.
Tt< 1는 Tt1보다 적은 경우 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Tt1 -2는 Tt2보다 더 길다. 하지만, Tt1 -2는 또한 Tt2 또는 후속 시간 기간보다 짧거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Tt< 1는 약 1 내지 약 25 미만, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5 분이다.
특정 실시예에서, 방법은 제 3 시간 기간(Tt3) 내에 공구(26)의 몰드 표면(24)을 약 T2에서 제 3 온도(T3)로 냉각시키기 위해 냉각된 유체의 양을 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 공구(26)로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 히터-서브시스템(40)은 유사한 방식으로 몰드 표면(24)을 냉각시키는데 사용된다. 일반적으로, Tt2 동안 몰드의 표면을 T2로 유지시킨 후에 이들 단계 중 하나가 발생한다. 냉각된 유체의 양은 서브시스템(40, 48) 및 시스템(20)의 3방향 밸브(58)와 통신하는 제어기(56)에 의해 향하게 될 수 있다.
T3는 다양한 온도일 수 있다. 예를 들어, T3은 시동시 몰드 표면(24)의 온도일 수 있는데, 즉 몰드 표면(24)은 주변 온도(또는 실온)일 수 있다. T3는 일반적으로 주변 온도보다 높다. 일반적으로, T3은 약 75 내지 약 150, 약 85 내지 약 140, 약 90 내지 약 130, 또는 약 100 내지 약 120℉일 수 있다.
Tt3은 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Tt3은 가열의 이전 시간 기간들에 비해 길다. 하지만, Tt3은 가열의 하나 이상의 이전 시간 기간보다 더 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Tt3은 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 7.5, 또는 약 4 내지 약 6분이다.
일반적으로, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에서의 냉각된 유체의 양은 약 T3 이하의 온도에 있다. 냉각된 유체의 양이 공구(26)의 몰드 표면(24)과 그 양 사이에 열 전달을 용이하게 하기 위해 T3보다 적어도 약 50℉ 낮을 때 유용하다. 특정 실시예에서, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에서의 냉각된 유체의 양은 약 35 내지 약 70, 약 40 내지 약 60, 약 45 내지 약 55, 또는 약 50℉이다. 이와 같이, 시스템(20)은 냉각된 유체의 양으로 공구(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 냉각시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 가열시키는데 사용된다. 일반적으로, 공구(26)의 몰드 표면(24)은 약 60, 약 70, 약 80, 약 90, 약 100, 약 110, 약 120, 약 130, 약 140, 야 150, 약 160, 약 170, 또는 약 180 분당 ℉보다 더 큰 비율로 가열된다.
또한 전술한 바와 같이, 방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는데 유용하다. 일반적으로, 공구(26)의 몰드 표면(24)은 약 40, 약 50, 약 60, 약 70, 약 80, 약 90, 약 100, 약 110, 약 120, 약 130, 약 140, 야 150, 약 160, 약 170, 또는 약 180 분당 ℉보다 더 큰 비율로 냉각된다.
제어기(56)는 서브시스템(40, 48) 및 시스템(20)의 3방향 밸브(58)를 이용하여 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키기 위해 다양한 제어 방식들로 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 제어기(56)는 몰드 표면(24)의 특정 시간 및/또는 특정 온도에 3방향 밸브(46, 54, 58) 중 하나 이상을 개방 또는 차단하도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 제어 방법은 전술한 바와 같이 유체를 공구(26)에 향하게 하고/하거나 유체를 재순환하는데 유용하다. 시작점으로서, 제어기(56)의 제어 방식은 오토클레이브에 일반적으로 사용된 제어 방식들로부터 모델링될 수 있다.
특정 실시예에서, 제어기(56)는, Tt1 ≤ Tt2 또는 Tt1 ≥ Tt2가 되도록 프로그래밍된다. 추가 실시예에서, 제어기(56)는 Tt1 ≥ Tt3 또는 Tt1 ≤ Tt3가 되도록 프로그래밍된다. 일반적으로, Tt1 + Tt2 + Tt3는 약 30, 약 25, 약 20, 약 17.5, 약 17, 약 15, 약 14, 약 13.5, 약 13, 약 12.5, 약 12, 약 11, 약 10, 약 7.5, 약 5, 약 2.5, 또는 약 2분 이하이다. 특정 실시예에서, Tt1 + Tt2 + Tt3은 약 20분 이하이고, 약 15, 약 10, 또는 약 5분 이하일 수 있다. 시스템(20)을 통해 공구(26)의 몰드 표면(24)의 직접 가열 및 냉각으로 인해, 복합 물품(22)을 만드는 사이클 시간은 오토클레이빙과 같이 종래의 방법에 비해 크게 감소된다.
제어기(56)는 일반적으로 몰드 표면(24)에 가까이 배치된 하나 이상의 저항성 열 디바이스(RTD)(미도시)로부터의 피드백에 의해 몰드 표면(24)의 온도를 측정한다. 제어기(56)는 또한 하나 이상의 위치에서 파이프(38)에 또는 이에 근접하여 배치된 하나 이상의 RTD들에 의해 및/또는 서브시스템(40, 48)에 또는 이에 근접하여 배치된 하나 이상의 RTD에 의해 유체의 온도를 측정할 수 있다. 다양한 유형의 RTD가 사용될 수 있다.
본 발명은 복합 물품(22)을 형성하는 방법을 추가로 제공한다. 방법은 공구(26)를 제공하는 단계를 포함한다. 공구(26)는 전술한 바와 같을 수 있다. 방법은 예비 성형품(62)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 예비 성형품(62)은 수동으로 또는 자동으로 제공될 수 있다.
예비 성형품(62)은 탄소 섬유 매트 및 수지를 포함한다. 연속 섬유 매트와 같은 다양한 유형의 탄소 섬유 매트가 사용될 수 있다. 탄소 섬유 매트는 또한 직물(fabric) 또는 끈(braid)으로서 종래 기술에 언급될 수 있다. 탄소 섬유 매트는 하나 이상의 섬유의 층, 일반적으로 섬유들의 적어도 2개의 층을 포함할 수 있다. 탄소 섬유는 표준 모듈러스, 중간 모듈러스, 높은 모듈러스, 또는 높은 세기의 단소 섬유들과 같은 다양한 유형들일 수 있다. 특정 실시예에서, 탄소 섬유들은 단방향성이다.
탄소 섬유 매트는 실질적으로 건조 및/또는 수지 침투 가공재(pre-preg)일 수 있다. 특정 실시예에서, 탄소 섬유 매트는 탄소 섬유 수지 침투 가공재인데, 이것은 또한 종래 기술에 사전 침투 가공재로서 언급된다. 적합한 탄소 섬유 매트들은 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용가능하다. 탄소 섬유 매트의 특정 예는, TORAYCA® 시리즈, 예를 들어, TORAYCA® T700S를 포함하여 TX, Flower Mound 소재의 Toray Carbon Fibers America, Inc.로부터; 그리고 WA, Tacoma 소재의 Toray Composites(America), Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다. 탄소 섬유 매트의 추가 특징적인 예는, OK, Tulsa 소재의 Advanced Composites Group으로부터; 그리고 GRAFII 시리즈 및 PYRTOFIITM 시리즈, 예를 들어, PYROFIITM TR30S를 포함하여 CA, Sacramento 소재의 Grafil, Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
열가소성 및/또는 열경화성 수지 모두를 포함하는 다양한 유형의 수지가 사용될 수 있다. 일반적으로, 수지는 열경화성 수지이다. 적합한 열경화성 수지의 예는 에폭시 수지를 포함한다. 특정 실시예에서, 수지는 에폭시 수지를 포함한다. 수지는 수지의 경화를 촉진하기 위해 하나 이상의 경화제를 포함(또는 이와 혼합)할 수 있다. 다양한 유형의 경화제가 사용될 수 있다. 수지는 시스템(20)에 의해 제공된 급속한 가열 및 냉각을 이용하기 위해 전술한 시간 기간에서 경화할 수 있어야 한다. 적합한 수지는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능하다. 수지의 특정 예는, UT, Salt Lake City 소재의 Huntsman International LLC로부터; Toray Carbon Fibers America, Inc.로부터; G83 수지 침투 가공재 수지를 포함하여 Toray Composites(America), Inc.로부터; 그리고 MTM57 수지 침투 가공재 수지를 포함하여 Advanced Composites Group으로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
전술한 바와 같이, 복합 물품(22)은 수지 침투 가공재로부터 형성될 수 있는데, 이것은 수지로 이전에 주입된 탄소 섬유 매트이고, 젖거나 건조되고, 일반적으로 약간 젖게 된다. 수지 침투 가공재가 사용되면, 수지 침투 가공재의 것과 동일하거나 상이한 추가 수지가 복합 물품(22)을 형성하도록 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 대안적으로, 수지 침투 가공재가 제공된 수지만이 수지로서 사용될 수 있다. 다양한 유형의 수지 침투 가공재가 사용될 수 있다. 수지 침투 가공재 또는 수지 침투 가공재 시스템의 특정한 예는, PC7831-190-1000과 같은 Toray Composites(America), Inc.로부터; 그리고 MTM57/CF3238과 같이 Advanced Composites Group으로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
방법은 공구(26)의 몰드 표면(24) 상에 예비 성형품(62)을 배치하는 단계를 더 포함한다. 예비 성형품(62)은 수동으로 또는 자동으로 배치될 수 있다. 방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 Tt1 내에서 T1으로부터 T2로 가열시키는 단계를 더 포함한다. T1, T2, Tt1 은 전술한 바와 같을 수 있다. 몰드 표면(24)의 가열은 예비 성형품(62)의 수지를 얇게 하는데 유용하다. 이와 같이, 수지는 탄소 섬유 매트 안으로 그리고 그 안에 더 잘 흐를 수 있다. 몰드 표면(24), 및 이에 따라 예비 성형품(62)은 전술한 바와 같이 시스템(20)으로 가열될 수 있다.
방법은 압력을 예비 성형품(62)에 가하는 단계를 더 포함한다. 압력은 다양한 수단에 의해 가해질 수 있다. 일반적으로, 압력은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 프레스(64)에 의해 가해진다. 압력은 제 1 압력(P1)으로부터 제 2 압력(P2)으로 가해진다.
압력은 다양한 비율로 가해질 수 있다. 가압율은 선형 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 가압율은 감소율로 증가할 수 있고, 증가율로 증가할 수 있고, 실질적으로 일정할 수 있거나, 이들의 조합이 될 수 있다. 일반적으로, 압력은 약 0.1보다 큰, 약 0.2보다 큰, 약 0.3보다 큰, 약 0.4보다 큰, 약 0.5보다 큰, 약 0.6보다 큰, 약 0.7보다 큰, 약 0.8보다 큰, 약 0.9보다 큰, 약 1보다 큰, 약 1.1보다 큰, 약 1.2보다 큰, 약 1.3보다 큰, 약 1.4보다 큰, 약 1.5보다 크거나, 약 2보다 큰 초당 psi(pounds per square inch)의 비율로 가해진다.
P1은 다양한 압력일 수 있다. 예를 들어, P1은 표준 대기압(~14.7 psi)일 수 있다. 일반적으로, P1은 약 0 내지 약 5, 약 1 내지 약 1, 약 0 내지 약 0.5, 약 0 내지 약 0.25, 또는 약 0 내지 약 0.1 psi 게이지(psig)이다.
P2는 다양한 압력일 수 있다. 예를 들어, P2는 가압 동안 도달된 최대 압력일 수 있다. 일반적으로, P2는 약 50 내지 약 150, 약 60 내지 약 140, 약 70 내지 약 130, 약 80 내지 약 120, 약 90 내지 약 110, 또는 100 psig이다.
압력은 제 1 시간 기간(Pt1) 내에 가해진다. 압력을 가하는 것은 수지가 열의 인가를 통해 얇아진 후에, 예비 성형품(62)을 고체화하는데 유용하다. Pt1은 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Pt1은 가압 또는 감압의 후속 시간 기간에 비해 짧다. 하지만, Pt1은 또한 가압 또는 감압의 하나 이상의 후속 시간 기간보다 더 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Pt1은 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 7.5, 또는 약 4 내지 약 6 분이다.
방법은 제 2 시간 기간(Pt2) 동안 약 P2에 압력을 유지하는 단계를 더 포함한다. 압력은 P2 또는 수용가능한 허용오차 레벨에, 예를 들어, P1±10 psi로 유지될 수 있다. Pt2 동안 약 P2에 압력을 유지하는 것은 복합 물품(22)의 수지의 추가 고체화 및 경화에 유용하다. 변조는 허용오차 레벨 내에 유지하는데 사용될 수 있다.
Pt2는 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Pt2은 Pt1보다 더 짧다. 하지만, Pt2는 또한 Pt1 또는 후속 시간 기간들보다 더 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Pt2은 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5 분이다.
특정 실시예에서, 방법은 P2 이전에 Pt1의 부분(Pt<1) 동안 P1과 P2 사이의 중간 압력(P1 -2)으로 압력을 유지하는 단계를 더 포함한다. 압력은 P1 -2 또는 수용가능한 허용오차 레벨, 예를 들어, P1 -2 ± 10 psi에 유지될 수 있다. Pt<1 동안 약 P1 -2에 압력을 유지하는 것이 복합 물품(22)을 고체화하는데 유용하다고 생각된다. 예를 들어, 수지는 최소 점성에 있을 수 있거나, 얇아질 수 있어서, 예비 성형품(62)의 탄소 섬유 매트 내에서 더 급속히 흐르게 된다.
P1 -2는 다양한 압력일 수 있다. 예를 들어, P1 -2는 P1와 P2 중간일 수 있고, P1에 가까울 수 있거나, P2에 가까울 수 있다. 일반적으로, P1 -2는 약 25 내지 약 125, 약 35 내지 약 115, 약 45 내지 약 105, 약 50 내지 약 100, 약 55 내지 약 95, 약 65 내지 약 85, 또는 약 75 psig이다.
Pt<1은 Pt1보다 적은 경우 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Pt1 -2는 Pt2보다 더 길다. 하지만, Pt1 -2은 또한 Pt2 또는 후속 시간 기간보다 더 짧거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Pt<1은 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5 분이다.
방법은 복합 물품(22) 상의 압력을 감소시키는 단계를 더 포함한다. 방법은 Tt3 내에 약 T2 내지 T3까지 몰드 표면(24)을 하강시키기 위해 도구(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는 단계를 더 포함한다. 도구(26)의 몰드 표면(24)은 전술한 바와 같이 시스템(20)으로 냉각될 수 있다. 방법은 도구(26)의 몰드 표면(24)으로부터 복합 물품(22)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 복합 물품(22)은 수동으로 또는 자동으로 제거될 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(20)은 도구(26)의 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키는데 사용될 수 있다. 제어기(56)는 서브시스템(40, 48) 및 시스템(20)의 3방향 밸브(58)를 이용하여 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키기 위해 다양한 제어 방식들로 프로그래밍될 수 있다. 제어기(56)는 또한 다양한 시간 및/또는 여러 온도에서 복합 물품(22)에 압력을 가하고 제거하도록 프로그래밍될 수 있다.
전술한 바와 같이, 압력은 다양한 수단에 의해 가해질 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 특정 실시예에서, 압력 탱크(66)는 압력을 복합 물품(22)에 가하기 위해 프레스(64)와 함께 사용된다. 본 명세서의 복합 물품(22)이 또한 형성도에 따라 예비 성형품(62)을 언급할 수 있다.
특정 실시예에서, 제어기(56)는, Tt1 ≤ Tt2 또는 Tt1 ≥ Tt2가 되도록 프로그래밍된다. 추가 실시예에서, 제어기(56)는 Tt1 ≥ Tt3 또는 Tt1 ≤ Tt3가 되도록 프로그래밍된다. 총 Tt1 + Tt2 + Tt3는 전술한 바와 같이, 특정 실시예에서, 제어기(56)는 Pt1 ≤ Pt2 또는 Pt1 ≥ Pt2가 되도록 프로그래밍된다. 추가 실시예에서, 제어기(56)는 Pt1 ≤ Tt2 또는 Pt1 ≥ Tt1가 되도록 프로그래밍된다. 또 다른 실시예에서, 제어기(56)는 Pt2 ≤ Tt1 또는 Pt2 ≥ Tt1가 되도록 프로그래밍된다. 일반적으로, (Pt1 + Pt2) ≤ (Tt1 + Tt2 + Tt3)이다. 상기 다른 방식으로, 가열 및 냉각에 대한 총 시간은 일반적으로 복합 물품(22)을 형성하는 총 사이클 시간을 한정한다.
온도 및 압력 시간 기간 각각에 대한 타이밍은 복합 물품(22)의 표면 및/또는 기계적 특성을 변경하도록 변화될 수 있다. 상이한 유형의 복합 물품(22)을 만들기 위해 특정 가열, 냉각, 가압 및 감압 프로파일은 루틴 실험(routine experimentation)을 통해 결정될 수 있다. 특정 프로파일의 예는 도 11 및 도 12에 도시되며, 이것은 이후에 추가로 설명된다. 전술한 바와 같이, 시스템(20)을 통해 몰드 표면(24)의 직접 가열 및 냉각으로 인해, 복합 물품(22)을 만드는 사이클 시간은 종래의 방법, 예를 들어, 오토클레이빙에 비해 크게 감소된다.
본 발명은 다른 방법을 제공한다. 방법은 복합 물품(22)을 형성하는데 유용하다. 방법은 공구(26) 및 예비 성형품(62)을 제공하는 단계들을 포함한다. 공구(26) 및 예비 성형품(62)은 전술한 바와 같을 수 있다.
방법은 프레스(64)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 프레스(64)는 시스템(20), 압력 탱크(66), 및/또는 제어기(56) 각각에 근접하여 또는 말단에 위치될 수 있다. 시스템(20)의 서브시스템(40, 48)은 서로 근접하여 또는 말단에 위치될 수 있다. 제어기(56)는 서브시스템(40, 48) 및 압력 탱크(66) 각각에 근접하여 또는 말단에 위치될 수 있다. 이와 같이, 시스템(20)은 구성요소들을 배열하는데 있어서 융통성을 제공한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 프레스(64)는 플랫폼(68)과, 플랫폼(68)을 향하는 커버(70)를 갖는다. 프레스(64)의 플랫폼(68)은 공구(26)를 지지하는데 유용하다. 방법은 커버(70)와 플랫폼(68) 사이에 공동(cavity)(72)을 한정하기 위해 플랫폼(68)을 커버(70)와 접촉시키는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 커버(70) 및/또는 플랫폼(68)은 주변 가스킷(74)과 같은 주변 밀봉부(74)를 포함하여, 공동(72)은 밀폐된다. 다양한 유형의 밀봉부(74)가 사용될 수 있다. 다양한 유형의 프레스(64)가 사용될 수 있다. 프레스(64)는 본 명세서에 기재된 압력을 처리할 수 있어야 한다. 적합한 프레스(64)는 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 프레스(64)의 특정 예는 WA, Tacoma 소재의 Glboe Machine Manufacturing Company로부터 이용가능한 것을 포함한다.
도 3을 참조하여, 방법은 공구(26)의 몰드 표면(24) 상에 예비 성형품(62)을 배치하는 단계를 더 포함한다. 방법은 진공 캐노피(36)와 공구(26)의 몰드 표면(24) 사이에 엔벨로프(envelope)(미도시)를 한정하기 위해 공구(26) 상의 진공 캐노피(36)를 배치하는 단계를 더 포함한다. 예비 성형품(62) 및 진공 캐노피(36)는 수동으로 또는 자동으로 배치될 수 있다.
진공 캐노피(36)는 또한 백(36) 또는 시트(36)로서 종래 기술에 언급될 수 있다. 진공 캐노피(36)는 중합 물질, 예를 들어, 실리콘과 같은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 진공 캐노피(36)는 엔벨로프를 형성하는데 도움을 주기 위해 주변 밀봉부(78), 예를 들어, 주변 가스킷(78)을 포함할 수 있다. 더욱이, 또는 대안적으로, 퍼티(putty)(78)가 사용될 수 있다. 다양한 유형의 밀봉부(78) 및/또는 퍼티(78)가 사용될 수 있다. 일반적으로, 엔벨로프는 밀폐된다. 진공 캐노피(36)는 진공 캐노피(36)의 강성도를 추가하고 처리를 용이하게 하기 위해 주변 프레임(80)을 포함할 수 있다. 핸들(미도시)은 진공 캐노피(36)를 이동시키기 위해 주변 프레임(80)에 부착될 수 있다. 걸쇠(clasps)(82)는 또한 공구(26)의 패스너(34)와 상호 작용하기 위해 주변 프레임(80)에 부착될 수 있다. 걸쇠(82) 및 패스너(34)는 공구(26) 상에 진공 캐노피(36)의 방향을 유지하는데 유용하다.
릴리즈(release) 시트(미도시)는 접착(sticking)을 방지하기 위해 진공 캐노피(36)와 예비 성형품(62) 사이에 배치될 수 있다. 릴리즈 시트 또는 코팅(미도시)은 복합 물품(22)이 접착되는 것을 방지하기 위해 몰드 표면(24)에 가해질 수 있다. 다양한 유형의 릴리즈 시트 및/또는 코팅이 사용될 수 있다. 릴리즈 시트는 중합 필름과 같은 다양한 물질로 형성될 수 있다.
방법은 프레스(64)의 공동(72) 내에 공구(26)를 배치하는 단계를 더 포함한다. 공구(26)는 일반적으로 공동(72)을 확립하기 위해 커버(70)를 플랫폼(68)에 접촉시키기 전에 프레스(64)의 커버(70) 아래에 배치된다. 공구(26)는 그 안에 배치될 때, 일반적으로 적어도 약 33%, 적어도 약 50%, 적어도 약 66%, 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 또는 적어도 약 90%의 공동(72)의 전체 부피를 차지한다. 이와 같이, 공동(72)의 나머지 부피는 일반적으로 공구(26)가 존재할 때 전체 부피에 비해 작다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 지지 테이블(84)은 프레스(64) 옆에 배치된다. 지지 테이블(84)은 공구(26)를 고정, 적재 및 적하하는데 유용하다. 다른 지지 테이블(84)은 적하를 위해 프레스(64)의 대항 면 상에 사용될 수 있거나, 단 하나의 지지 테이블(84)이 사용될 수 있다.
캐리어(86)는 플랫폼(68)에 인접하게 배치된다. 캐리어(86)는 일반적으로 연쇄형(chained) 트랙(88) 상에 있고, 공구(26)와 맞물리도록 적어도 하나의 후트(90)를 포함하고, 일반적으로 공구(26)의 각 면과 맞물리기 위한 하나의 후크(90)를 포함한다. 캐리어(86)는 지지 테이블(84)로부터 프레스(64)의 플랫폼(68) 상으로, 그리고 프레스(64)의 커버(70) 아래로 공구(26)를 잡아당기는데 유용하다.
캐리어(86)가 공구(26)를 이동시킨 후에, 커버(70) 하의 대다수의 방식으로, 캐리어(86)는 커버(70)에서 벗어나게 이동한다. 커버(70)는 플랫폼(68) 위에서 아래로 떨어져서, 플랫폼(68)과 맞물리고 공동(72)을 한정한다. 피스톤(92) 및/또는 기어(94)는 프레스(64)의 커버(70)를 아래 및 위로 이동시켜 적소에 이동시키는데 사용될 수 있다.
일단 커버(70)가 플랫폼(68)과 접촉하면, 램(rams)(96)은 커버(70) 및 공동(72)으로 연장하는 커버(70) 상에 배치된다. 램들(96)은 공구(26) 상에 수용부(98)와 맞물리고, 공구(26)를 플랫폼(68) 상에 더 밀어 넣어져서, 실질적으로 공동(72) 내에 공구(26)의 중심에 놓인다. 이 점에서, 공구(26)는, 일반적으로 시스템(20)과 유체 왕래하도록 정렬된다. 공구(26)로부터 시스템(20)으로의 이러한 유체 왕래는 프레스(64)의 커버(70) 및/또는 플랫폼(68)을 통해 라우팅될 수 있다. 프레스(64)는 커버(70)를 하강시키기 전에 및/또는 몰드 표면(24)을 가열하기 전에 공구(26)의 적절한 위치를 보장하도록 하나 이상의 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
방법은 진공을 진공 캐노피(36)에 가하여, 공구(26)의 몰드 표면(24)에 인접하게 예비 성형품(62)을 유지하도록 엔벨로프를 진공화하는 단계를 더 포함한다. 이것은 가열 및 냉각을 위해 몰드 표면(24)과 접촉하여 예비 성형품(62)을 유지하는데 유용하다. 진공은 다양한 방법에 의해 가해질 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프(미도시)는 몰드 표면(24)으로부터 공기를 끌어내는 공구(26)에 연결될 수 있다. 일반적으로, 진공은 공구(26) 상에 진공 캐노피(36)의 적절한 밀봉을 보장하기 위해 공동(72) 내에 공구(26)를 배치하기 전에 테스트된다. 전술한 바와 같이, 패스너(34) 및 걸쇠(82)는 공구(26) 상에 진공 캐노피(36)를 정렬하는데 사용된다. 진공 펌프는 커버(70)를 통해 및/또는 프레스(64)의 플랫폼(68)을 통해 공구와 유체 왕래할 수 있다. 진공은 약 10 내지 약 35, 또는 약 12.5 내지 약 32.5, 또는 약 15 내지 약 30 Hg와 같은 다양한 압력들로 가해질 수 있다.
방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 Tt1 내에 T1으로부터 T2로 가열하는 단계를 더 포함한다. 이것은 예비 성형품(62)의 수지를 얇게 하는데 유용하다. T1, T2, 및 Tt1은 전술한 바와 같을 수 있다. 시스템(20)은 몰드 표면(24)을 가열하는데 사용될 수 있다.
방법은 프레스(64)의 공동(72)을 Pt1 내에 P1으로부터 P2로 가압하는 단계를 더 포함한다. 이것은 예비 성형품(62)을 고체화하는데 유용하다. P1, P2, Pt1는 전술한 바와 같이 될 수 있다. 일반적으로, 방법은 압력 탱크(66)를 제공하는 단계를 또한 포함한다. 압력 탱크(66)는 프레스(64)의 공동(72)을 가압 및/또는 감압하기 위해 프레스(64)의 공동(72)과 유체 왕래한다. 이러한 유체 왕래는 커버(70)를 통해 및/도는 프레스(64)의 플랫폼(68)을 통해 이루어질 수 있다.
특정 실시예에서, 가스는 사용 이후에 공동(72)으로부터 재순환된다. 다른 실시예에서, 가스는 재순환되기 보다는 사용 이후에 공동(72)으로부터 배출된다. 압력 탱크(66)는 다양한 압축된 가스를 포함할 수 있다. 일반적으로, 압력 탱크(66)는 압축된 공기를 포함하여, 프레스(64)의 공동(72)은 공기로 가압된다. 특정 실시예에서, 압력 탱크(66)는 압축된 질소 가스(N2)를 갖지 않는다. 공기가 -78% N2를 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
압력 탱크(66)는 압축된 가스를 포함하는 독립형 가압된 탱크일 수 있거나, 공기 컴프레서의 부분일 수 있다. 압력 탱크(66) 및/또는 공기 컴프레서는 다양한 유형일 수 있다. 압력 탱크(66) 및/또는 공기 컴프레서는 프레스(64)의 공동(72)과 연관된 압력을 처리하고 전달할 수 있어야 한다. 예를 들어, 압력 탱크(66)는 단지 120초로 프레스(64)의 공동(72)을 적어도 150 psig로 가압할 수 있어야 한다. 적합한 압력 탱크(66) 및 공기 컴프레서는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용 가능하다. 공기 컴프레서의 특정 예는, Sullair® Stationary Air Power Systems, 예를 들어, Sullair® 2200, Sullair® 3700, Sullair® 4500, 및 Sullair® 7500를 포함하여 IN, Michigan City 소재의 Sullair®로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
압력 탱크(66)는 건조기(dryer)(미도시)와 유체 왕래할 수 있다. 건조기는 프레스(64)의 공동(72)으로 보내지거나 이로부터 복귀된 압축된 가스로부터 습기를 제거하는데 유용하다. 건조기는 다양한 유형일 수 있다. 적합한 건조기는 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용가능하다. 건조기의 특정 예는 Drypoint® 시리즈, 예를 들어, Drypoint® RA를 포함하여 GA, Atlanta 소재의 BEKO Technologies Corp.로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
일반적으로, 방법은 시스템(20)을 제공하고, 공구(26)의 몰드 표면(24)의 가열 및 냉각을 위해 그리고, 공동(72)을 가압 및 감압하기 위해 제어기(56)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 제어기(56)는 공동(72)을 가압 또는 감압하기 위해 압력 탱크(66) 및/또는 프레스(64)를 제어하는 제어기(56)를 이용하여 압력 탱크(66) 및 프레스(64)와 유체 왕래할 수 있다. 제어기(56)는 일반적으로 공동(72) 내에 배치된 하나 이상의 압력 센서(미도시)로부터의 피드백에 의해 공동(72)의 압력을 측정한다. 제어기(56)는 일반적으로 특정 시간 및/또는 압력에 특정 압력을 설정하도록 프로그래밍된다.
방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 Tt2 동안 약 T2에 유지하는 단계를 더 포함한다. 이것은 수지를 경화시키는데 유용하다. 방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)을 T2로 가열하기 전에 Tt<1 동안 T1 -2에 공구(26)의 몰드 표면(24)을 유지하는 단계를 더 포함한다.
방법은 Pt2 동안 프레스(64)의 공동(72)을 약 P2에 유지하는 단계를 더 포함한다. 이것은 복합 물품(22)의 추가 고체화 및 경화에 유용하다. 방법은 Tt3 내에 몰드 표면(24)을 약 T2로부터 T3로 하강시키기 위해 공구(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는 단계를 더 포함한다. 제어기(56), 시스템(20), 및 압력 탱크(66)가 이들 단계에 사용될 수 있다.
방법은 프레스(64)의 공동(72)을 감압하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 공동(72)은 제 3 시간 기간(Pt3)에 걸쳐 P1로 다시 감압된다. 프레스(64)의 공동(72)은 다양한 비율들로 감압될 수 있다. 감압율은 선형 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 감압율은 감압율에서 증가하고, 증가율에서 증가하고, 실질적으로 일정하거나, 이들의 조합들일 수 있다. 일반적으로, 감압은 약 0.1보다 큰, 약 0.2보다 큰, 약 0.3보다 큰, 약 0.4보다 큰, 약 0.5보다 큰, 약 0.6보다 큰, 약 0.7보다 큰, 약 0.8보다 큰, 약 0.9보다 큰, 약 1보다 큰, 약 1.1보다 큰, 약 1.2보다 큰, 약 1.3보다 큰, 약 1.4보다 크거나, 약 1.5보다 큰 초당 psi에 있다. 특정 실시예에서, 공동(72)은 약 100 이상, 약 75, 약 50, 약 25, 또는 약 10의 초당 psi로 비율로 감압될 수 있다.
Pt3은 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Pt3은 이전의 가압 시간 기간들에 비해 짧다. 하지만, Pt3은 또한 하나 이상의 이전의 가압 시간 기간들보다 더 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Pt3는 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 12.5, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 1 내지 약 2 분이다. 일반적으로, (Pt1 + Pt2 + Pt3) ≤ (Tt1 + Tt2 + Tt3 )이다.
방법은 프레스(64)의 공동(72)을 P2로 가압하기 전에 Pt<1 동안 프레스(64)의 공동(72)을 P1 -2에 유지하는 단계를 더 포함한다. 방법은 커버(70) 및 프레스(64)의 플랫폼(68)을 분리시키는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 공동(72)에서의 압력은 주변 밀봉부(74) 및/또는 복합 물품(22)에 대한 손상을 방지하기 위해 커버(70) 및 플랫폼(68)을 분리시키기 전에 감소된다. 전술한 바와 같이, 압력 탱크(66)는 공동(72)을 감압하는데 사용될 수 있다. 더욱이 또는 대안적으로, 프레스(64)는 빠르거나 제어된 방식으로 압축된 가스를 대기로 배출할 수 있다. 방법은 진공 캐노피(36) 상에 진공을 유지하는 단계를 더 포함한다. 이것은 일반적으로 프레스(64)의 공동(72)이 가압되는 동안 이루어진다.
방법은 프레스(64)로부터 공구(26)를 제거하는 단계를 더 포함한다. 캐리어(86)는 공구(26)를 플랫폼(68)으로부터 지지 테이블(84)로 또는 다른 지지 테이블(84)로 다시 밀어 넣거나 잡아당기는데 사용될 수 있다. 도 8을 참조하면, 프레스(64)의 다른 실시예가 도시된다. 하나의 지지 테이블(84)은 적재에 사용될 수 있고, 하나의 지지 테이블(84)은 적하에 사용될 수 있다. 이 구성에서, 상이한 공구(26)는 이전에 적하된 공구(26)를 이용하기보다는 프레스(64)를 적재하는데 사용될 수 있다. 이전에 적하된 공구(26)가 나중에 프레스(64)에 적재될 수 없다는 것은 말할 필요가 없다.
방법은 공구(26)로부터 진공 캐노피(36)를 제거하는 단계를 더 포함한다. 진공 캐노피(36)는 수동으로 또는 자동으로 제거될 수 있다. 방법은 공구(26)의 몰드 표면(24)으로부터 복합 물품(22)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 복합 물품(22)은 수동으로 또는 자동으로 제거될 수 있다. 일반적으로, 복합 물품(22)은 글러브형(gloved)(또는 노출된) 밴드에 의해 처리될 수 있는 온도에 있다. 총 Tt1 + Tt2 + Tt3은 전술한 바와 같다.
본 발명은 또한 예비 성형품(62)을 형성하는 방법을 제공한다. 방법은 레이업(layup)(또는 lay-up) 방법으로서 종래 기술에 언급될 수 있다. 예비 성형품(62)은 복합 물품(22)을 형성하기 위해 전술한 시스템(20) 및/또는 본 발명과 함께 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 방법은 굴대축 표면(102)을 갖는 굴대축(100)을 제공하는 단계를 포함한다. 다양한 유형의 굴대축(100)이 사용될 수 있다. 적합한 굴대축(100)은 다양한 공급자로부터 상업적으로 이용가능하다. 굴대축(100)의 특정 예는, Models & Tools Inc.로부터 상업적으로 얻어진 것을 포함한다.
일반적으로, 굴대축(100)의 굴대축 표면(102)은 공구(26)의 몰드 표면(24)에 보완된다. 예를 들어, 표면(24, 102)은 암/수 구성일 수 있다. 굴대축(100)은 공구(26)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 굴대축은 유체를 운반하기 위한 튜브(104)를 가질 수 있다.
튜브(104)는 유체를 튜브(104)로 왕래시키기 위한 적어도 하나의 입력(106)과, 튜브(104)로부터 유체를 왕래시키기 위한 적어도 하나의 출구(108)를 포함한다. 튜브(104)는 열 전달을 촉진시키기 위해 굴대축 표면(102)에 근접하거나 이에 직접 접촉한다. 튜브(104)는 굴대축 표면(102)을 직접(간접적이기보다는) 가열 또는 냉각하는데 유용하다. 튜브(104)는 굴대축(100) 자체(보링에 의해)에 형성될 수 있거나, 몰드 표면(24)에 근접한 굴대축(100) 내에서 공구(26) 및/또는 몰드 표면(24)에 부착될 수 있다. 튜브(104)는 다양한 패턴으로 배치될 수 있고, 공구(26)에 대해 전술한 것과 같이, 동일하거나 가변적인 직경일 수 있다.
굴대축(100)의 튜브(104)는 유체를 굴대축(100)과 왕래시키기 위한 파이프(미도시)에 연결된다. 굴대축(100)은 굴대축 표면(102)을 가열 또는 냉각시키기 위해 시스템(20)과 유체 왕래 상태에 있을 수 있다. 대안적으로, 굴대축(100)은 종래의 오일- 또는 물-기반의 가열 및/또는 냉각 시스템, 일반적으로 물-기반의 시스템과 같이 다른 시스템(미도시)과 유체 왕래 상태에 있을 수 있다.
방법은 탄소 섬유 시트(110)의 부품을 제공하고 수지를 제공하는 단계를 더 포함한다. 탄소 섬유 시트(110)의 부품은 전술한 수지 침투 가공재 및/또는 탄소 섬유 매트를 포함하는 부품(110)과 같이 다양한 유형일 수 있다. 수지는 전술한 에폭시와 같이 다양한 유형일 수 있다. 수지는 아래에 추가로 설명되는 "택(tack)" 온도를 갖는다.
방법은 굴대축 표면(102)을 제 1 온도로 가열하는 단계를 더 포함한다. 제 1 온도는 예비 성형품(62)의 조제 동안 수지를 굴대축 표면(102)에 접착시키는 것을 촉진한다. 제 1 온도는 일반적으로 수지의 택 온도에 대응하며, 여기서 수지는 부품(110)의 층 사이의 접착과 같이 굴대축 표면(102)과 자신 모두에 접착된다.
택 온도는 테스트를 통해, 또는 MSDS 또는 기술 데이터 시트와 같이 수지의 기술 문헌을 참조하여 결정될 수 있다. 택을 결정하는 기존의 테스트는 수지의 층 상에 글러브형 핑거 또는 공구를 위치시키는 것과, 온도에서 수지가 잡아당겨질 때 핑거 또는 공구에 접착되는 지점을 결정하기 위해 핑거 또는 공구를 멀리 잡아 당기는 것을 수반한다. 제 1 온도는 일반적으로 약 100 내지 약 175, 약 110 내지 약 155, 또는 약 125 내지 약 140℉이다.
방법은 일반적으로 수지 층(미도시)을 형성하기 위해 수지를 굴대축(100)의 굴대축 표면(102)에 가하는 단계를 포함한다. 수지는 다양한 방법에 의해 가해질 수 있다. 예를 들어, 수지는 손으로 또는 로봇식 분무, 브러싱(brushing), 붓는 것(pouring), 롤링(rolling) 등에 의해 가해질 수 있다. 수지를 가하기 전에, 릴리즈 라이너(liner) 또는 코팅은 예비 성형품(62)의 부착을 방지하기 위해 굴대축 표면(102)에 가해질 수 있다.
방법은 탄소 섬유 매트를 형성하기 위해 수지 층 상에 부품(110)을 배열하는 단계를 더 포함한다. 부품(110)은 균일한 층에 놓일 수 있고 및/또는 서로 중첩될 수 있다. 부품(110)의 다중 층은 탄소 섬유 매트의 두께를 구축하도록 배열될 수 있고, 선택적으로, 추가 수지는 부품(110)의 층 사이에 가해질 수 있다. 방법은 일반적으로 탄소 섬유 매트의 상부에 추가 수지를 가하는 단계를 포함한다.
방법은 진공 시트(112)와 굴대축(100)의 굴대축 표면(102) 사이에 엔벨로프(미도시)를 한정하기 위해 굴대축(100) 상에 진공 시트(112)를 배치하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 퍼티(114)는 엔벨로프를 밀폐시키기 위해 굴대축(100)의 주변에 가해진다. 퍼티(114)는 손, 로봇식 디스펜서 등에 의해서와 같이 다양한 방법에 의해 가해질 수 있다. 릴리즈 라이너 또는 코팅은 접착을 방지하기 위해 진공 시트(112)와 예비 성형품(62) 사이에 가해질 수 있다. 퍼티(114)를 이용하기보다는, 진공 시트(112)는 공구(26)에 대해 전술한 진공 시트(36)와 유사하거나 동일하도록 구성될 수 있다. 즉, 진공 시트(112)는 주변 밀봉부(미도시)를 포함할 수 있다.
방법은 진공을 진공 시트(112)에 가하여, 엔벨로브를 진공화하여, 굴대축(100)의 굴대축 표면(102)에 인접하게 예비 성형품(62)을 유지하는 단계를 더 포함한다. 이것은 부품(110)을 고체화하고, 추가로 예비 성형품(62)을 형성하는데 유용하다. 이것은 또한 가열 및 냉각 동안 예비 성형품(62)을 굴대축 표면(102)과 접촉하게 유지하는데 유용하다. 진공은 약 10 내지 약 35, 약 12.5 내지 약 32.5, 또는 약 15 내지 약 30의 Hg와 같은 다양한 압력에서 가해질 수 있다.
방법은 굴대축 표면(102)을 제 2 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함한다. 제 2 온도는 예비 성형품(62)이 굴대축 표면(102)으로부터 분리 해제되도록 한다. 제 2 온도는 일반적으로 제 1 온도보다 더 차갑고, 일반적으로 수지의 점착되지 않거나 덜 점착되는 온도에 대응한다. 제 2 온도는 일반적으로 약 35 내지 약 100, 약 40 내지 약 75, 또는 약 40 내지 약 50의 ℉이다. 굴대축 표면(102)의 가열 및 냉각은 다른 제어기(미도시)에 의해서와 같이 수동으로 또는 자동으로 제어될 수 있다. 방법은 굴대축(100)으로부터 진공 시트(112)를 제거하는 단계, 및 굴대축 표면(102)으로부터 예비 성형품(62)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 이들 단계는 수동 또는 자동일 수 있다.
특정 실시예에서, 굴대축(100)은 수동 또는 로봇식 아암(미도시)에 부착될 수 있어서, 굴대축(100)은 준비 위치로부터 몰딩 위치로 이동가능할 수 있다. 예를 들어, 준비 위치에서, 예비 성형품(62)은 굴대축(100) 상에 형성되고, 굴대축 표면(102)은 예비 성형품(62)을 적소에 유지시키기 위해 제 1 온도로 설정된다. 예비 성형품(62)이 형성된 후에, 굴대축(100)은 몰딩 위치로 이동할 수 있고, 이 위치에서 굴대축 표면(102)의 온도는 제 2 온도로 설정되어, 굴대축 표면(102)으로부터 예비 성형품(62)의 분리 해제를 허용한다. 예비 성형품(62)은 예비 성형품(62)을 굴대축(100)으로부터 몰드 표면(24) 상으로 직접 이동시키거나 강하시키는 것과 같이 추가 처리를 위해 공구(26)의 몰드 표면(24) 상에 배치될 수 있다. 대안적으로, 예비 성형품(62)은 동일하거나 상이한 위치에서 나중의 이용을 위해 저장되거나 줄지어 대기할 수 있다(queued).
도 10을 참조하면, 여러 단계(또는 공정)는 프레스(64)에서 복합 물품(22)의 형성 이전 및/또는 이후에 수행될 수 있다. 이들 단계는 다양한 순서 및 조합으로 사용될 수 있다. 이들 추가 단계는 단지 예에 불과하고, 본 발명의 한계로서 해석되지 않아야 한다.
예비 성형품(62)을 위한 부품(110)은 "키트 컷(kit cut)" 공정에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 수지 침투 가공재 시트는 컴퓨터 구동 절단 테이블을 이용하여 부품(110)으로 절단될 수 있고, 이러한 절단 테이블은 컴퓨터 보조 드래프팅(CAD) 시스템 및/또는 디지털화 패턴 및 도면으로부터 데이터를 이용한다. 정밀한 절단을 위해, 키트 컷 공정은 일련의 CNC 및 가공 공구를 포함하는 컴퓨터 수치 제어된(CNC) 작업 셀을 이용할 수 있다. 패턴 및 몰드는 현장에서 만들어질 수 있지만, 또한 필요시 제 3자에 의해 보충될 수 있다. 다른 원료들과 유사하게, 부품(110)은 레이업 공정 이전에 부품을 확보하기 위해 냉동고에 차갑게 저장될 수 있다.
부품(110)은 전술한 바와 같이 굴대축(100)을 갖는 예비 성형품(62)을 형성하는데 사용될 수 있다. 자동화가 가능하지만, 수동 레이업의 이용은 일반적으로 각 굴대축(100)에 고유한 부품(110)의 키트를 놓음으로써 복합 물품(22) 전체에 상이한 길이 요건을 갖는 복합 물품(22)을 설계할 수 있게 한다. 더욱이, 수동 레이업은 수지의 불필요한 잔여 구축을 제거함으로써 재료비를 감소시킬 수 있다.
프레스(62)를 통한 복합 물품(22)의 형성 이후에, 그리고 공구(24)로부터 제거 이후에, 복합 물품은 트림(trim) 공정에 제공될 수 있다. 복합 물품(22)은 기계적으로 트리밍될 수 있고/있거나 로봇식 라우터에 의해 구멍이 뚫릴 수(drilled) 있다. 로봇식 라우터의 이용은 일관된 정밀도 및 적시의 소요 시간(turnaround)을 용이하게 한다. 복합 물품(22)은 서브-조립 및 본딩 공정에 제공될 수 있다. 본딩을 요구할 수 있는 복합 물품(22)이 준비되고, 이어서 트림 공정이 오고, 복합 물품이 CNC 본딩되는 본딩 셀에 위치될 수 있다. 로봇식 본딩 셀의 이용은 본딩 정밀도 및 빠른 소요 시간을 위한 일관된 접착 경로를 제공한다.
복합 물품(22)은 마무리 공정에 제공될 수 있다. 여기서, 복합 물품(22)은 로봇식으로 또는 핸드 샌드식으로(hand sanded) 이루어질 수 있다. 자동화 기술이 마무리 공정을 능률적으로 할 수 있지만, 핸드 샌딩의 이용은 원하는 경우, 클래스 A 표면 품질을 보장하는데 도움을 준다는 것이 생각된다. 기술자들은 존재시 복합 물품(22)의 사소한 표면 결점을 식별하고 수리한다. 복합 물품(22)은 주요 공정에 제공될 수 있다. 복합 물품(22)은 높은 부피의 저압(HVLP) 프라이머(primer){또는 깨끗한 코팅(clear coat)} 용도를 위해 페인트 라인 시스템에 들어갈 수 있다. 복합 물품(22)은 오염을 방지하기 전에 세척될 수 있다. 노출된 탄소 섬유 직물(weave)을 갖는 복합 물품(22)은 깨끗하게 코팅될 수 있고, 소비자에게 직접 선적될 수 있는 한편, 컬러를 요구하는 복합 물품(22)은 준비(primed)될 수 있고, 제 3자, 예를 들어, OEM 승인된 공급자에게 보내질 수 있어서, 소비자에게 도달하기 전에 페인팅될 것이다. 복합 물품(22)은 최종 검사 공정에 제공될 수 있다. 복합 물품(22)은 치수적 품질을 보장하도록 게이지 검사되고 시각적으로 검사될 수 있다. 깨끗한 코팅된 복합 물품(22)은 소비자로의 선적 이전에 최종 시각적 검사 이전에 보석과 같은 마무리로 연마되는 피네스(finesse) 스테이지에 제공될 수 있다.
본 발명의 방법으로부터 형성된 복합 물품(22)은 우수한 기계적 특성 및/또는 표면 특성을 갖는다. 예를 들어, 복합 물품(22)은 종래의 오토클레이빙 방법을 통해 형성된 복합 물품에 대해 표면 결점이 거의 없거나 전혀 없이 가까운 클래스 A 표면을 가질 수 있다. 복합 물품(22)에 대한 더 세부적인 사항은 바로 아래의 예에 설명된다.
본 발명의 시스템(20), 방법, 및 복합 물품(22)을 예시하는 다음의 예는 본 발명을 예시하고 한정하지 않도록 의도된다.
예
복합 물품의 비교예 및 본 발명의 예는 종래의 오토클레이브 방법 및 본 발명의 시스템 및 방법을 이용함으로써 이루어진다. 이들 예에 관한 추가 정보는 아래의 표 1과 후속 설명에 제공된다.
예 번호: 비교예 본 발명의 예
예비 성형품
탄소 섬유 매트 번호: 1 1
수지 번호: 1 1
공구 번호: 1 1
경화 방법: 오토클레이브 시스템(20) + 프레스(64)
열 램프율: ~5℉/min ~ 180℉/min
가압 램프율: ~0.15 psi/sec ~ 1 psi/sec
감압 램프율: ~0.3 psi/sec ~ 1 psi/sec
총 사이클 시간: 72 분 13 분
공구의 온도:
(총 사이클 시간 후)		 ~180℉ ~ 120℉
예비 성형품은 종래의 레이업 방법에 의해 형성된다. 예비 성형품은 자동차 후드로 성형된다. 탄소 섬유 매트는 노출된 직물의 수지 침투 가공재이고, 수지는 "급속 경화" 에폭시 수지이고, 이들 모두는 WA, Tacoma 소재의 Toray Composites(Amrerica), Inc.로부터 상업적으로 이용가능하다.
예비 성형품은 공구에 적재되고, 진공 시트로 커버된다. 공구들은 동일한 구성 및 물질을 갖는다. 진공은 확립되고 확인된다. 공구는 오토클레이브 또는 프레스에 배치된다. 오토클레이브는 차단되고 시작된다. 프레스는 차단되고 시작된다. 프레스는 본 발명의 시스템과 유체 왕래 상태에 있다.
도 14를 참조하면, 오토클레이브에 대한 온도 및 압력 램프 및 일시 정지(dwells)를 포함하는 특정한 파라미터는 더 잘 인식될 수 있다. 도 14에서의 각 TC는 공구의 몰드 표면 상에 특정 지점에서의 온도를 나타낸다. 인식되는 바와 같이, 오토클레이브는 일정한 온도로 몰드 표면을 균일하게 가열하는데 실패한다. 균일한 열 젖음(soaking)의 이러한 부족은 표면 결점과 같이 다양한 문제들을 갖는 오토클레이브에 형성된 복합 물품에 전달된다고 생각된다. 도 11을 참조하면, 프레스에 대한 온도 및 압력 램프 및 일시 정지를 포함하는 특정한 파라미터가 더 잘 인식될 수 있다.
도 12는 제 2 본 발명의 예(위의 표 1에는 미도시됨)를 도시한다. 도 13은 제 3 본 발명의 예(위의 표 1에는 또한 미도시됨)를 도시한다. 도 12 및 도 13을 참조하여 인식되는 바와 같이, 본 발명의 시스템은 짧은 시간 기간에 몰드 표면을 급속히 가열할 수 있다. 더욱이, 일시 정지는 피크 온도에 도달하는데 요구되지 않는다. 대신에, 피크 온도는 본 발명의 시스템의 급속 가열 성능에 기초하여 매우 짧은 초기 시간 기간 내에 빠르게 도달될 수 있다.
도 11을 참조하면, 히터-서브시스템 및 제어기를 이용하여 공구의 몰드 표면의 온도는 T1로부터 T1 -2로 경사진다. 특히, 제어기는 T1 -2에 도달할 때까지 밸브를 이용하여 가열된 유체의 양의 부분을 히터-서브시스템의 탱크로부터 공구로 향하게 한다.
일단 T1 -2에 도달하면, 제어기는 밸브를 이용함으로써 탱크로부터 흐름을 중단하고, 히터-서브시스템은 가열된 유체의 양을 재충전하도록 재순환하기 시작한다. T1 -2은 필요시, 공구로의 가열된 유체의 양의 추가 흐름을 제어기가 변조함으로써 수용가능한 허용오차 레벨에 유지된다. Tt<1 동안, 수지가 가장 낮은 점성에 있거나 그 근처에 있다고 생각된다. 수지가 이러한 점성에 있게 하는 것은 수지(예를 들어, 스팀)의 경화 동안 생성된 임의의 포착된 공기 또는 수지 부산물이 복합 물품으로부터 배출되도록 한다.
공구가 온도(T1 -2)로 가열되지만, 프레스의 공동은 P1 -2로 가압된다. 특히, 제어기는 압축된 공기를 공동에 제공하기 위해 압력 탱크를 향하게 한다. 일단 P1-2에 도달하면, 제어기는 압력 탱크로부터 흐름을 중단한다. P1 -2는 필요시, 공동으로의 압축된 공기의 추가 흐름을 제어기가 변조함으로써 수용가능한 허용오차 레벨로 유지된다.
일단 Tt<1가 통과되면, 제어기는, 몰드 표면이 T2에 도달할 때까지 가열된 유체의 양의 다른 부분(또는 전부)이 공구로 향하게 한다. 일단 T2에 도달하면, 제어기는 밸브를 이용함으로써 탱크로부터 흐름을 중단하고, 히터-서브시스템은 가열된 유체의 양을 재충전하기 위해 재순환하기 시작한다. T2는 필요시, 공구로의 가열된 유체의 양의 추가 흐름을 제어기가 변조함으로써 수용가능한 허용오차 레벨로 유지된다. Tt2 동안, 수지가 경화 온도에 있거나 그 근처에 있다는 것이 생각된다. 이러한 온도로 수지를 갖는 것이 우수한 표면 및 기계적 특성을 갖는 복합 물품을 제공하는 것이 생각된다. 이 온도는 테스트에 의해, 또는 MSDS 또는 기술 데이터 시트와 같이 수지의 기술 문헌을 참조하여 결정될 수 있다.
공구가 온도(T2)로 가열되지만, 프레스의 공동은 P2로 가압된다. 특히, 제어기는 압축된 공기를 공동에 제공하기 위해 압력 탱크를 향하도록 한다. 진공은 압력이 가해지는 동안 유지된다. 일단 P2에 도달하면, 제어기는 압력 탱크로부터 흐름을 중단한다. P2는 필요시, 공동으로의 압축된 공기의 추가 흐름을 제어기가 변조함으로써 수용가능한 허용오차 레벨로 유지된다. 일단 Pt2을 지나면, 제어기는 프레스가 감압하도록 한다. 특히, 프레스는 Pt3에 걸쳐 압축된 공기를 대기로 배출하기 시작한다. 프레스는 공기의 완전한 "덤프(dump)"를 실행할 수 있는데, 즉 공기는 제어된 비율로 방출될 필요가 없다.
일단 Tt2를 지나면, 제어기는 T3에 도달할 때까지 밸브를 이용하여 냉각된 유체의 양의 부분을 칠러-서브시스템의 탱크로부터 공구로 향하게 한다. 히터-서브시스템이 이전에 사용되기 전에 또는 그 동안, 제어기는 칠러-서브시스템이 밸브, 탱크 및 칠러를 이용하여 냉각된 유체의 양을 형성하고 유지하도록 하였다. 칠러-서브시스템이 사용되지만, 제어기는 히터-서브시스템이 밸브, 탱크 및 히터를 이용하여 가열된 유체의 양을 재충전하고 유지하도록 한다. 이와 같이, 시스템은 짧은 시간 기간 직후에 후속 사이클 동안 준비된다.
각 사이클이 완료된 후에, 공구들은 오토클레이브 및 프레스로부터 제거된다. 각 사이클의 성능은 각 방법을 통해 형성된 복합 물품을 적절히 기초하여 평가된다. 특히, 복합 물품은 공구로부터 제거되고, 그 표면은 표면 결점을 강조하기 위해 백색 탈쿰(talcum) 분말로 닦여진다. 복합 물품의 표면 상에 존재하는 피트 및/또는 드라이 라인(dry-lines)은 탈쿰 분말에 의해 강조된다. 특히, 이러한 결점은 백색 도트(피트) 또는 백색 줄무늬(드라이 라인)로 보인다. 피트 또는 드라이 라인은, 수지가 사이클 동안 적절히 흐르지 않아서, 표면 상에 공극을 남겨두는 경우에 이루어진다.
본 발명의 시스템 및 방법에 의해 제작된 복합 물품은 오토클레이브에 의해 만들어진 것에 비해 우수한 표면 특성을 갖는다. 특히, 본 발명의 시스템 및 방법을 통해 형성된 복합 물품은 오토클레이브에 형성된 것에 비해 피트 및 드라이 라인의 양에서 ~85 내지 90%의 감소를 갖는다. 더욱이, 본 발명의 시스템 및 방법을 통해 형성된 복합 물품은 오토클레이브에 형성된 것에 비해 피트 및 드라이 라인의 절단도(깊이/폭)에서 ~85% 내지 90%의 감소를 갖는다. 이러한 결점은 복합 물품의 표면이 클래스 A인 것으로 간주되기 위해 복구(채워지고 샌딩됨)되어야 한다.
다시 위의 표 1을 참조하면, 본 발명의 시스템 및 방법은 또한 오토클레이브 공정(13분 대 72분)에 비해 사이클 시간에서 ~80% 이상의 감소를 갖는다. 더욱이, 공구는 오토클레이브로부터 제거된 것(~120℉ 대 ~180℉)에 비해 프레스로부터 제거된 후의 온도에서 30% 이상 더 냉각된다. 이와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 오토클레이브를 이용하여 형성된 것에 비해 더 높은 품질의 복합 물품을 제공하면서, 사이클 시간에서의 상당한 감소 및 전체 제조 시간의 상당한 감소를 허용한다.
첨부된 청구항이 상세한 설명에 설명된 표현 및 특정 혼합물, 조성물, 또는 방법에 한정되지 않고, 이것들이 첨부된 청구항의 범주 내에 있는 특정한 실시예 사이에서 변할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다양한 실시예의 특정한 특징 또는 양상을 설명하기 위해 본 명세서에 의존하는 임의의 마쿠쉬 그룹에 대해, 서로 상이한, 특수한, 및/또는 예상되지 않는 결과가 모든 다른 마쿠쉬 멤버로부터 독립적인 각 마쿠쉬 그룹의 각 멤버로부터 얻어질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 마쿠쉬 그룹의 각 멤버는 개별적으로 또는 조합하여 의존될 수 있고, 첨부된 청구항의 범주 내에서 특정한 실시예에 대해 적절한 지지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예를 설명하는 것에 의존한 임의의 범위 및 하위 범위가 독립적으로 그리고 집합적으로 첨부된 청구항의 범주 내에 있다는 것이 이해되고, 이러한 값이 본 명세서에 명백히 기재되지 않더라도, 본 명세서에 전체 및/또는 부분적인 값을 포함하는 모든 범위를 설명하고 구상하는 것이 이해될 것이다. 열거된 범위 및 하위 범위가 본 발명의 다양한 실시예를 충분히 설명하고 가능하게 하고, 이러한 범위와 하위 범위가 관련된 절반, 1/3, 1/4, 1/5 등으로 추가로 묘사될 수 있다는 것이 당업자에게 쉽게 이해될 것이다. 단 하나의 예로서, "0.1 내지 0.9"의 범위는 1/3 중 낮은 쪽, 즉 0.1 내지 0.3, 1/3 중 중간, 즉 0.4 내지 0.6, 그리고 1/3 중 높은 쪽, 즉 0.7 내지 0.9로 추가로 묘사될 수 있고, 이것들은 개별적으로 그리고 집합적으로 첨부된 청구항의 범주 내에 있고, 개별적으로 및/또는 집합적으로 의존될 수 있고, 첨부된 청구항의 범주 내에서 특정 실시예에 대한 적절한 지지를 제공한다. 더욱이, "적어도," "보다 큰" "보다 적은" "단지" 등과 같은 범위를 한정하거나 변형하는 표현에 대해, 이러한 표현이 하위 범위 및/또는 상한계 또는 하한계를 포함하는 것이 이해될 것이다. 다른 예로서, "적어도 10"의 범위는 고유하게 적어도 10 내지 35의 하위 범위, 적어도 10 내지 25의 하위 범위, 25 내지 35의 하위 범위 등을 포함하고, 각 하위 범위는 개별적으로 및/또는 집합적으로 의존될 수 있고, 첨부된 청구항의 범주 내에 특정 실시예에 대한 적절한 지지를 제공한다. 마지막으로, 개시된 범위 내의 개별적인 수가 의존될 수 있고, 첨부된 청구항의 범주 내의 특정 실시예에 대한 적절한 지지를 제공한다. 예를 들어, "1 내지 9"의 범위는 3과 같은 여러 개별 정수, 및 4.1과 같은 소수점(또는 분수)을 포함하는 개별 수를 포함하고, 이들은 의존될 수 있고, 첨부된 청구항의 범주 내에 특정 실시예에 대한 적절한 지지를 제공한다.
본 발명은 예시적인 방식으로 본 명세서에 설명되었고, 사용된 용어가 제한하기보다는 설명 단어의 성질을 갖는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 많은 변형과 변화가 상기 교시를 고려하여 가능하다. 본 발명은 첨부된 청구항의 범주 내에 특히 설명된 것 이외에 다른 방식으로 실시될 수 있다. 독립항과, 단일 및 다중 종속되는 종속항의 모든 조합의 주제는 모두 본 명세서에서 명백히 구상된다.

Claims (74)

  1. 복합 물품(composite article)을 형성하는 방법으로서,
    몰드 표면을 갖는 공구를 제공하는 단계와;
    플랫폼을 갖는 프레스와 상기 플랫폼에 면하는 커버를 제공하는 단계와;
    탄소 섬유 매트와 수지를 포함하는 예비 성형품(preform)을 제공하는 단계와;
    상기 공구의 상기 몰드 표면 상에 상기 예비 성형품을 배치하는 단계와;
    상기 진공 캐노피와 상기 공구의 상기 몰드 표면 사이에 엔벨로프(envelope)를 한정하기 위해 상기 공구 상에 진공 캐노피를 배치하는 단계와;
    상기 진공 캐노피에 진공을 가하여, 상기 공구의 상기 몰드 표면에 인접하게 상기 예비 성형품을 유지하기 위해 상기 엔벨로프를 진공화하는 단계와;
    상기 커버와 상기 프레스의 플랫폼 사이에 상기 공구를 배치하는 단계와;
    상기 커버와 상기 프레스의 플랫폼 사이에 공동을 한정하기 위해 상기 플랫폼을 상기 커버를 접촉시키는 단계로서, 상기 공구는 상기 프레스의 상기 공동 내에 배치된, 상기 접촉 단계와;
    상기 수지를 얇게 하도록 상기 공구의 몰드 표면을 제 1 시간 기간(Tt1) 내에 제 1 온도(T1)부터 제 2 온도(T2)로 가열하는 단계와;
    상기 예비 성형품을 고체화하기 위해 제 1 시간 기간(Pt1) 내에 상기 프레스의 공동을 제 1 압력(P1)부터 제 2 압력(P2)으로 가압하는 단계와;
    상기 수지를 경화시키기 위해 제 2 시간 기간(Tt2) 동안 상기 공구의 몰드 표면을 약 T2로 유지하는 단계와;
    제 2 시간 기간(Pt2) 동안 상기 프레스의 공동을 약 P2로 유지하는 단계와,
    상기 프레스의 공동을 감압하는 단계와;
    제 3 시간 기간(Tt3) 내에 상기 몰드 표면을 약 T2부터 제 3 온도(T3)로 강하시키기 위해 상기 공구의 몰드 표면을 냉각시키는 단계와;
    상기 프레스의 상기 플랫폼과 상기 커버를 분리하는 단계와;
    상기 프레스로부터 상기 공구를 제거하는 단계와;
    상기 공구로부터 상기 진공 캐노피를 제거하는 단계와;
    상기 공구의 몰드 표면으로부터 상기 복합 물품을 제거하는 단계를
    포함하고,
    Tt1 + Tt2 + Tt3은 약 30분 이하인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, Tt1 + Tt2 + Tt3은 약 25분 이하인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, Tt1 + Tt2 + Tt3은 약 20분 이하인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 공구의 몰드 표면을 T2로 가열하기 전에 Tt1의 부분(Tt<1) 동안 T1과 T2 사이의 중간 온도(T1 -2)로 공구의 몰드 표면을 유지하는 단계를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, T1 -2는 약 100℉(37.8℃) 내지 약 350℉(177℃)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, Tt< 1는 약 1 내지 약 25분 미만인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스의 공동을 P2로 가압하기 전에 Pt1의 부분(Pt<1) 동안 P1과 P2 사이의 중간 압력(P1 -2)으로 프레스의 공동(cavity)을 유지하는 단계를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, P1 -2는 약 25 내지 약 125의 평방 인치당 파운드 힘 게이지(pound-force per square inch gauge)(psig; 274~963 kPa)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, Pt< 1는 약 1분 내지 약 25분 미만인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, T1은 약 50℉(10℃) 내지 약 125℉(51.7℃)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, T2는 약 250℉(121℃) 내지 약 400℉(204℃)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, T3은 약 75℉(121℃) 내지 약 150℉(121℃)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, Tt1은, Tt1 + Tt2 + Tt3이 약 30분 이하인 경우 약 1 내지 약 25분인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, Tt2는, Tt1 + Tt2 + Tt3이 약 30분 이하인 경우 약 1 내지 약 25분인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, Tt3은, Tt1 + Tt2 + Tt3이 약 30분 이하인 경우 약 1 내지 약 25분인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, P1은 약 0 내지 약 5 psig(101~136 kPa)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, P2는 약 50 내지 약 150 psig(446~1135 kPa)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, Pt1은 약 1 내지 약 25분인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, Pt2는 약 1 내지 약 25분인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  20. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, Tt1 + Tt2 + Tt3이 약 30분 이하인 경우, T1은 약 50℉(10℃) 내지 약 125℉(51.7℃)이고, Tt1은 약 1 내지 약 25분이며, T2는 약 250℉(121℃) 내지 약 400℉(204℃)이고, Tt2는 약 1 내지 약 25분이며, T3은 약 75℉(121℃) 내지 약 150℉(121℃)이고, Tt3은 약 1 내지 약 25분이며, P1은 약 0 내지 약 5 psig(101~136 kPa)이고, Pt1은 약 1 내지 약 25분이며, P2는 약 50 내지 약 150 psig(446~1135 kPa)이고, Pt2는 약 1 내지 약 25분인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  21. 제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 공구의 몰드 표면을 T2로 가열하기 전에 Tt1의 부분(Tt<1) 동안 T1 과 T2 사이의 중간 온도(T1 -2)에서 공구의 몰드 표면을 유지하는 단계를 더 포함하고, T1 -2는 약 100℉(37.8℃) 내지 약 350℉(177℃)이고, Tt<1은 약 1 내지 약 25분 미만인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  22. 제 1항, 제 2항, 제 3항, 제 20항 또는 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스의 공동을 P2로 가압하기 전에 Pt1의 부분(Pt<1) 동안 P1과 P2 사이의 중간 압력(P1 -2)에서 프레스의 공동을 유지하는 단계를 더 포함하고, P1 -2는 약 25 내지 약 125 psig(274~963 kPa)이고, Pt<1은 약 1 내지 약 25분 미만인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, Tt1 ≤ Tt2인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  24. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, Tt1 ≥ Tt2인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, Tt1 ≥ Tt3인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  26. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, Tt1 ≤ Tt3인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  27. 제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, Pt1 ≤ Pt2인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  28. 제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, Pt1 ≥ Pt2인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  29. 제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, Pt1 ≤ Tt1인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  30. 제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, Pt1 ≥ Tt1인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  31. 제 1항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서, Pt2 ≤ Tt1인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  32. 제 1항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서, Pt2 ≥ Tt1인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  33. 제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, (Pt1 + Pt2) ≤ (Tt1 + Tt2 + Tt3)인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  34. 제 1항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스의 공동이 가압되는 동안 진공 캐노피 상에 진공을 유지하는 단계를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  35. 제 1항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스의 공동은 공기로 가압되는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  36. 제 1항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키기 위해 공구와 유체 왕래하는 열 시스템을 제공하는 단계를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  37. 제 36항에 있어서, 공구, 프레스 및 열 시스템과 통신하는 제어기를 제공하는 단계를 더 포함하고, 복합 물품에 가해진 압력 및 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 열 시스템은 공구의 몰드 표면을 가열시키기 위해 히터-서브시스템으로부터 유체를 향하도록, 공구와 유체 왕래하고 제어기와 통신하는 히터-서브시스템을 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 히터-서브시스템은 유체를 가열시키는 히터와, 가열된 유체의 양을 포함하는 탱크를 포함하고, 탱크는 히터 및 공구와 유체 왕래하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  40. 제 39항에 있어서, 히터-서브시스템은 유체를 탱크로부터 히터로 재순환시키기 위해 탱크와 히터 사이에 유체 왕래하는 밸브를 더 포함하고, 유체를 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 밸브는 탱크와 공구 사이에 유체 왕래하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  41. 제 39항 또는 제 40항에 있어서, 탱크에서의 가열된 유체의 양은 가열된 유체의 양으로 공구의 몰드 표면을 가열하기 위해 약 T2 이상의 온도인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  42. 제 37항 내지 제 41항 중 어느 한 항에 있어서, 열 시스템은 공구의 몰드 표면을 냉각시키기 위해 칠러-서브시스템으로부터 유체를 향하게 하도록, 공구와 유체 왕래하고 제어기와 통신하는 칠러-서브시스템을 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  43. 제 42항에 있어서, 칠러-서브시스템은 유체를 냉각시키는 칠러와, 냉각된 유체의 양을 포함하는 탱크를 포함하고, 탱크는 칠러(chiller) 및 공구와 유체 왕래하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  44. 제 43항에 있어서, 칠러-서브시스템은 유체를 탱크로부터 칠러로 재순환하도록 탱크와 칠러 사이에 유체 왕래하는 밸브를 더 포함하고, 유체를 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 밸브는 탱크와 공구 사이에 유체 왕래하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  45. 제 43항 또는 제 44항에 있어서, 탱크에서의 냉각된 유체의 양은 냉각된 유체의 양으로 공구의 몰드 표면을 냉각시키기 위해 약 T3 이하의 온도인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  46. 제 42항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서, 열 시스템은 유체를 공구로부터 히터-서브시스템 또는 칠러-서브시스템으로 향하게 하기 위해 공구와 양쪽 서브시스템 사이에 유체 왕래하는 밸브를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  47. 제 42항 내지 제 46항 중 어느 한 항에 있어서, 히터-서브시스템은 칠러-서브시스템과 유체 왕래하고, 유체는 서브시스템 사이에 공유되는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  48. 제 38항 내지 제 47항 중 어느 한 항에 있어서, 열 시스템은 열 시스템에서의 유체의 압력을 경감시키기 위해 서브시스템과 공구 사이에 유체 왕래하는 릴리프 밸브를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  49. 제 46항 내지 제 48항 중 어느 한 항에 있어서, 제어기는 공구의 몰드 표면을 가열 또는 냉각시키기 위해 유체를 히터- 및 칠러-서브시스템 중 하나의 탱크 중 적어도 하나로부터 공구로 향하게 하도록 밸브를 제어하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  50. 제 49항에 있어서, 제어기는 히터- 및 칠러-서브시스템 중 다른 하나의 탱크에서 가열되거나 냉각된 유체의 양을 유지시키기 위해 히터- 및 칠러-서브시스템 중 다른 하나에서의 유체를 재순환하도록 밸브를 제어하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  51. 제 1항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스의 공동을 가압 또는 감압하기 위해 프레스의 공동과 유체 왕래하는 압력 탱크를 제공하는 단계를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  52. 제 37항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스의 공동을 가압 또는 감압하기 위해 프레스의 공동과 유체 왕래하는 압력 탱크를 제공하는 단계를 더 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  53. 제 52항에 있어서, 제어기는 압력 탱크 및 프레스와 유체 왕래하고, 제어기는 프레스의 공동을 가압 또는 감압하기 위해 압력 탱크 및 프레스를 제어하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  54. 제 1항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서, 예비 성형품은 탄소 섬유 수지 침투 가공재인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  55. 제 1항 내지 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 예비 성형품의 수지는 에폭시 수지를 포함하는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  56. 복합 물품을 형성하는 방법으로서,
    몰드 표면을 갖는 공구를 제공하는 단계와;
    탄소 섬유 매트 및 수지를 포함하는 예비 성형품을 제공하는 단계와;
    공구의 몰드 표면 상에 예비 성형품을 배치하는 단계와;
    수지를 얇게 하기 위해 공구의 몰드 표면을 제 1 시간 기간(Tt1) 내에 제 1 온도(T1)로부터 제 2 온도(T2)로 가열하는 단계와;
    예비 성형품을 고체화하기 위해 프레스의 공동을 제 1 시간 기간(Pt1) 내에 제 1 압력(P1)부터 제 2 압력(P2)으로 압력을 가하는 단계와;
    수지를 경화시키기 위해 제 2 시간 기간(Tt2) 동안 공구의 몰드 표면을 약 T2로 유지하는 단계와;
    선택적으로, 공구의 몰드 표면을 T2로 가열하기 전에 Tt1의 부분(Tt<1) 동안 T1과 T2 사이의 중간 온도(T1 -2)로 몰드 표면을 유지하는 단계와;
    제 2 시간 기간(Pt2) 동안 프레스의 공동을 약 P2로 유지하는 단계와,
    선택적으로, P2 이전에 Pt1의 부분(Pt<1) 동안 P1과 P2 사이의 중간 압력(P1-2)에서 압력을 유지하는 단계와;
    복합 물품 상에 압력을 감소시키는 단계와;
    제 3 시간 기간(Tt3) 내에 몰드 표면을 약 T2부터 제 3 온도(T3)로 강하시키기 위해 몰드 표면을 냉각시키는 단계와;
    공구의 몰드 표면으로부터 복합 물품을 제거하는 단계를
    포함하고,
    Tt1 + Tt2 + Tt3은 약 30분 이하인, 복합 물품을 형성하는 방법.
  57. 제 56항에 있어서, 온도는 Tt<1 동안 T1 -2로 유지되는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  58. 제 56항 또는 제 57항에 있어서, 압력은 Pt<1 동안 P1 -2로 유지되는, 복합 물품을 형성하는 방법.
  59. 복합 물품을 형성하기 위해 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법으로서,
    공구와 유체 왕래하는 히터-서브시스템을 제공하는 단계로서, 히터-서브시스템은,
    유체를 가열시키는 히터와;
    가열된 유체의 양을 포함하는 탱크로서, 탱크는 히터와 유체 왕래하는, 탱크를
    포함하는, 히터-서브시스템을 제공하는 단계와;
    공구와 유체 왕래하는 칠러-서브시스템을 제공하는 단계로서, 칠러-서브시스템은,
    유체를 냉각시키는 칠러와;
    냉각된 유체의 양을 포함하는 탱크로서, 탱크는 칠러와 유체 왕래하는, 탱크를
    포함하는, 칠러-서브시스템을 제공하는 단계와;
    제 1 시간 기간(Tt1) 내에 공구의 몰드 표면을 제 1 온도(T1)로부터 제 2 온도(T2)로 가열시키기 위해 가열된 유체의 양을 히터-서브시스템의 탱크로부터 공구로 향하게 하는 단계와;
    제 2 시간 기간(Tt2) 동안 몰드 표면을 T2로 유지시키기 위해 가열된 유체의 양을 히터-서브시스템의 탱크로부터 공구의 몰드 표면으로 향하게 하는 단계와;
    제 3 시간 기간(T3) 내에 공구의 몰드 표면을 약 T2로부터 제 3 온도(T3)로 냉각시키기 위해 냉각된 유체의 양을 칠러-서브시스템의 탱크로부터 공구로 향하게 하는 단계를
    포함하고,
    공구의 몰드 표면은 분당 약 60℉(16℃)보다 큰 비율(rate)로 가열되고,
    공구의 몰드 표면은 분당 약 40℉(4.4℃)보다 큰 비율로 냉각되는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  60. 제 59항에 있어서, 공구의 몰드 표면은 분당 약 60℉(16℃)보다 큰 비율로 가열되는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  61. 제 59항에 있어서, 공구의 몰드 표면은 분당 약 80℉(27℃)보다 큰 비율로 가열되는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  62. 제 59항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 히터 서브시스템은 유체를 탱크로부터 히터로 재순환시키기 위해 탱크와 히터 사이에서 유체 왕래하는 밸브를 더 포함하고, 유체를 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 밸브는 공구와 탱크 사이에 유체 왕래하는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  63. 제 59항 내지 제 62항 중 어느 한 항에 있어서, 칠러-서브시스템은 유체를 탱크로부터 칠러로 재순환시키기 위해 탱크와 칠러 사이에서 유체 왕래하는 밸브를 더 포함하고, 유체를 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 밸브는 공구와 탱크 사이에 유체 왕래하는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  64. 제 62항 또는 제 63항에 있어서, 공구와 양쪽 서브시스템 사이에 유체 왕래하는 밸브를 제공하는 단계와, 공구의 몰드 표면의 가열 및 냉각을 제어하기 위해 밸브, 공구 및 양쪽 서브시스템들과 통신하는 제어기를 제공하는 단계를 더 포함하는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  65. 제 64항에 있어서, 제어기는 공구의 몰드 표면을 가열 또는 냉각시키기 위해 히터- 및 칠러-서브시스템 중 하나의 탱크의 적어도 하나로부터 유체를 공구로 향하게 하기 위해 밸브를 제어하는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  66. 제 64항 또는 제 65항에 있어서, 제어기는 히터- 및 칠러-서브시스템 중 다른 하나의 탱크에서 가열되거나 냉각된 유체의 양을 유지시키기 위해 히터- 및 칠러-서브시스템 중 다른 하나에서 유체를 재순환시키기 위한 밸브를 제어하는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  67. 제 59항 내지 제 66항 중 어느 한 항에 있어서, 히터-서브시스템의 탱크에서 가열된 유체의 양은 공구의 몰드 표면을 가열시키기 위해 약 T2 이상의 온도에 있는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  68. 제 59항 내지 제 67항 중 어느 한 항에 있어서, 칠러-서브시스템의 탱크에서 냉각된 유체의 양은 공구의 몰드 표면을 냉각시키기 위해 약 T3 이하의 온도에 있는, 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 방법.
  69. 제 59항 내지 제 68항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 형성된 복합 물품.
  70. 복합 물품을 형성하기 위해 공구의 몰드 표면을 가열 및 냉각시키는 열 시스템(thermal system)으로서,
    공구와 유체 왕래하는 히터-서브시스템으로서, 상기 히터-서브시스템은
    유체를 가열시키는 히터와;
    가열된 유체의 양을 포함하는 탱크로서, 탱크는 히터와 유체 왕래하는, 탱크와;
    유체를 상기 탱크로부터 상기 히터로 재순환하기 위해 상기 탱크와 상기 히터 사이에 유체 왕래하는 밸브로서, 상기 밸브는 유체를 상기 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 상기 탱크와 공구 사이에 유체 왕래하는, 밸브를
    포함하는, 히터-서브시스템과;
    공구와 유체 왕래하는 칠러-서브시스템으로서, 상기 칠러-서브시스템은
    유체를 냉각시키는 칠러와;
    냉각된 유체의 양을 포함하는 탱크로서, 탱크는 칠러와 유체 왕래하는, 탱크와;
    유체를 상기 탱크로부터 상기 칠러로 재순환하기 위해 상기 탱크와 상기 칠러 사이에 유체 왕래하는 밸브로서, 상기 밸브는 유체를 상기 탱크로부터 공구로 향하게 하기 위해 상기 탱크와 공구 사이에 유체 왕래하는, 밸브를
    포함하는, 칠러-서브시스템을
    포함하는, 열 시스템.
  71. 제 70항에 있어서, 유체의 양을 상기 서브시스템으로부터 공구로 향하게 하기 위해 상기 서브시스템 및 공구와 통신하는 제어기를 더 포함하는, 열 시스템.
  72. 제 71항에 있어서, 유체를 공구로부터 상기 히터-서브시스템 또는 상기 칠러-서브시스템으로 향하게 하기 위해 공구와 상기 양쪽 서브시스템 사이에 유체 왕래하고 상기 제어기와 통신하는 밸브를 더 포함하는, 열 시스템.
  73. 제 70항 내지 제 72항 중 어느 한 항에 있어서, 공구의 몰드 표면은 분당 약 60℉(16℃)보다 큰 비율로 가열되고, 공구의 몰드 표면은 분당 약 40℉(4.4℃)보다 큰 비율로 냉각되는, 열 시스템.
  74. 제 70항 내지 제 73항 중 어느 한 항에 있어서, 각 밸브는 3방향 밸브(three-way valve)인, 열 시스템.
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