KR20150003781A - 복합재료로부터 3d 물체를 제작하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비교적 강성이며 경량이고 복잡한 3차원적 구성을 가지는 복합재료로 만들어진 물체의 제작방법을 제공한다. 이 방법은 일련의 형상화된 재료의 부분들을 적층면과 함께 접합하여 적층시 물체를 형성하고, 내부 및 외부적층부를 함께 연결하여 구조적 부재의 열을 형성한다. 이 방법은 물체가 금형을 사용하지 않고 형성될 수 있다는 장점을 가진다.

Description

복합재료로부터 3D 물체를 제작하는 방법 {METHOD OF MAKING A 3D OBJECT FROM COMPOSITE MATERIAL}
본 발명은 상대적으로 강성이며 경량인 복합재료로 만들어진 3D 물체의 제작에 관한 것이다.
해상 운송기구 및 항공기를 포함하는 수송수단과 같은 모든 형식의 대상물의 제작를 위한 강성이며 경량인 재료에 대한 요구가 계속되고 있다. 파이버글래스는 1950년대 선박건조 및 항공산업에 대한 혁신적인 기술이었다.
1950년대에 형성된 기술에 있어서는, 강성이며 경량인 복합재료를 제공하는 다수의 제안이 있었다. 이들 중에는, 맥기네스에 의한 미국특허 제 5,526,767 호에서와 같은 숫형/암형 내에서의 복합재료의 사용과, 오닐에 의한 미국특허 제 4,910,067 호에서와 같은 폐쇄된 금형에서의 사용 및 키스말톤에 의한 미국특허 제 7,740,392 호에서 개시된 바와 같은 충돌손상에 저항하는 개선된 혼합 파이버글래스 복합재료를 포함한다.
씨엠엔 명의의 영국 특허 GB1307868 호는 1970년대에 나온 것으로서, 선체의 건조에 있어서 폼(foam)으로 만들어진 가느다란 막대(lath)의 사용을 개시하고 있다. 각 막대는 일정한 횡방향 단면적을 가지지며 직렬로 접합할 때 인접한 막대를 덮도록 설계된 튀어나온 시트재료를 가진다.
데이에 의한 미국특허 제 5462623 호는 구조적 및 비구조적 적용분야에서 사용하기 위한 대략 사각형의 보드와 빌렛을 개시한다.
배이그 명의의 미국특허출원 제 2007/0054102 호는 벽, 매달린 천정 등에 유용한 복합 경량보드의 제조를 개시하는 반면, 알처에 의한 미국특허 4336676 호는 패널의 제조에 관련된 것이고, 콘에 의한 미국특허 4536427 호는 수지로 보강된 파이버글래스의 시트들을 포개기 위한 스크림이 없는 코어를 개시한다.
상술한 제안내용들은 높은 중량 대 강도비를 가지는 경량 재료의 제조에 관한 문제점들을 언급하고 있으면서도 완전히 만족스러운 것은 아닌데, 그 이유는 사용의 난이성 및/또는 높은 생산단가 때문이며, 특히 복잡한 3D 물체의 생산이 어렵기 때문이다. 물체의 설계에 대하여 더 변화를 주는 것은 새로운 금형의 생산에 결부되었기 때문에 비용을 추가하게 된다.
선행기술 또는 제품에 대한 참조는 본 기술분야에서의 일반적인 지식에 대한 선언 또는 인정사항으로서 이해되어서는 안될 것이다.
본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 본 발명은 복합재료로 만들어진 물체의 제조방법을 제공하며, 상기 물체는 비교적 강성이고 경량이며 복잡한 3차원적 구성을 가지며, 상기 방법은 a) 3차원적 구성 내에서 함께 결합되는 다수 개의 개략적으로 형상화된 부분들을 마련하고, 각 부분은 가장자리로 연장되는 적절한 적층면을 가지는 코어 재료를 포함하고, 상기 부분들은 순서대로 조립될 때 초기 구성에 대한 강도를 제공하며; b) 상기 구성은 상기 가장자리들과 결합하는 제1 및 제2 면을 가지며; c) 상기 면들 및 가장자리들을 적층 또는 밀봉하며; d) 상기 적층면들은 상기 제1 및 제 2 면을 연결하는 구조적인 일련의 웹(web)을 형성한다.
본 발명은 부분적으로 제1 면 및 제2 면(I 빔의 캡핑된 플랜지에 대응하는)이 물체의 연속적인 외부면을 형성하는 구조재의 I 빔 형상의 웹(web)을 사용하여 복잡한 3차원 물체가 만들어질 수 있다는 발명자의 인식에 근거한 것이다. 특히, 이 방법은 적층되었을 때 임의의 물체를 형성하도록 적층면과 일련의 형상화된 부분들을 접합하고, 내부 및 외부 적층부를 연결하여 구조적인 부재의 열(列)을 형성하는 것을 포함한다. 이 방법은 금형이 없이도 물체가 형성될 수 있다는 장점을 제공한다. 이는, 물체의 변형에 있어서 새로운 금형을 제작해야만 하는 값비싼 단계를 포함하지 않아도 된다는 것을 의미한다.
"물체"라는 용어는 비교적 강성이며 경량인 물체를 만들기 위하여 복합재료를 사용하는 것이 바람직한 어떠한 물체를 말한다. 이 용어는 또한 그 물체의 부품도 포함하는 것이다. 다양한 물체가 생각될 수 있는데, 한정하는 것은 아니지만, 압력 또는 진공 용기, 연료탱커와 같은 운반가능한 액체탱크, 차량용 교량의 부분 또는 특럭이나 설비특장차용 램프, 사람이 취급하는 램프 또는 교량, 선박용 롤온롤오프(roll on roll off: RORO)램프, 진공 파이프, 항공기 날개 또는 기타 항공기의 부품, 항공기 몸체, 항공기의 연료탱크, 스페이스 캡슐, 자동체 몸체, 설상차의 몸체, 화차, 서바이벌 캡슐 또는 풍력 터빈의 블레이드를 들 수 있다; 실질적으로 중량의 감소를 요하는 어떠한 것에도 유리하다. 부가적으로, 본 발명은 "plug"를 생산하는데도 사용될 수 있어서, 파이버글래스 물체용으로 금형이 제작될 수도 있다.
"복합재료"라는 용어는 2개 이상의 상이한 물질의 조합을 말한다. 본 명세서에서 언급된 복합재료는 폼 충진재 및 파이버글래스와 같은 보강재(유리보강된 플라스틱)일 수 있다.
"비교적 강성이고 경량"이라 함은 그의 중량에 대하여 비교적 강함을, 또는 비교적 높은 중량 대 강도비를 가진 것을 의미한다. 중량 대 강도비는 부하를 지지하는 재료의 중량으로 나누어진 주어진 부하에서의 굴곡와 같이, 재료의 강도와 중량 사이의 관계를 말한다.
"복잡한 3차원적 형상"이라 함은 상기 a)단계의 경우 한 형상이 원칙적으로 평평하거나 또는 2차원적이지 않으며 그 물체가 유체역학적으로 또는 기체역학적으로 형상화되는 곡선, 중공형 물체, 통형상 물체 또는 루멘(lumens)을 가지는 또는 구부러진 윤곽선을 가지는 형상을 말한다.
"개략적으로 형상화된 부분"이라는 용어는 물체를 구성하는데 사용되는 시트 또는 블록(block)을 의미한다. 예를 들어, 선박의 선체를 건조하기에 바람직한 것이라면, 각 부분들은 선체의 단면의 해당 단면의 형상에 맞추어 절단된다. 유사하게, 서핑보드를 제조하는데 바람직한 것이라면, 각 부분들은 서핑보드의 길이방향 해당 단면적의 형상에 맞추어 절단된다.
"적절한 코어재료"라는 용어는 기재 또는 비계로서 기능하는 어떠한 적절한 경량의 재료로 만들어진 기재 또는 비계를 의미한다. 이 재료는 폴리우레탄, 우레탄 경화폼, 폴리스티렌 경화폼, 주름 알루미늄박 또는 발사(balsa)우드와 같은 것을 들 수 있다. 어떤 경우에, 코어는 기재의 선택에 따라 물체에 강도를 현저하게 부가할 수 있다. 코어재료는 구조재/적층재와 호환가능하며 물체의 의도된 용도로 호환가능한 비교적 경량의 재료일 수 있다.
"적절한 적층면"이라는 용어는, 통상의 사용조건하에서 물체에 구조적 일체성을 제공하는 코어재료와 호환가능한 강성 또는 구조재를 말한다. 적층면은 주어진 중량의 한계 내에서 구조적 이익을 제공하기에 충분한 두께의 재료를 가진다. 적층면은 유리보강 플라스틱(glass reinforced plastic:GRP), 글래스 파이버, 케블라(Kevlar)섬유, 폴리에스터 및 에폭시 수지와 같은 플라스틱 또는 수지의 유리섬유 보강물, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아세톤-부탄올-에탄올(ABE), 알루미늄 또는 기타 적절한 부재로 만들어질 수 있다.
"부분의 가장자리로 연장하는"이라는 용어는 가장자리까지로의 부분의 면을 덮는 적층을 의미한다.
부분들은 어떠한 적절한 수단에 의하여 함께 접합된다. 어떤 경우에는, 적층면과 동일한 재료가 사용된다.
GRP 및 우레탄 폼의 경우, 섬유에 함침하는 수지는 폼에 대해서 섬유를 접합하여 적층면을 형성한다. 이 동일한 재료는 부분들을 함께 접합하는데 사용될 수 있다. 가장 평범한 재료는 폴리에스터 또는 에폭시 수지이다.
"제1 및 제2 면"이라는 용어는 적층 또는 기타 밀봉 전의 물체의 외부면을 말한다. 외부면은, 예를 들어 서핑보드의 모서리와 같은 물체의 둘레 주위에서 만날 수 있는 내부 및 외부 또는 기타 대향면을 가질 수 있다.
"적층 또는 기타 밀봉전"이라는 용어는 형상화된 부분 또는 유사한 재료의 적층면 상에 사용된 것과 같은 구조재의 한 층을 제공함을 말한다.
"구조적 웹"이라는 용어는 구조재의 베인(vane) 또는 조각을 말한다. 바람직하게는 웹은 제1 및 제2 면에 수직으로 배치된다. 상술한 바와 같이 제1 및 제2 면은 선체와 같은 물체의 내부 및 외부이거나, 서핑보드의 상부 및 하부를 말한다.
웹들은 적층면들의 외부면과 가장자리를 밀봉함으로써 형성된다. 이들 웹들은 그 표면들을 함께 묶음으로써 물체 전체에 걸쳐서 I-빔 같은 구조물의 열을 형성하며, 그 적층은 I-빔 내에 캡핑된 플랜지의 기능적인 등가물의 통일적이거나 일체적인 열을 형성한다. 상세하게는, 적층은 웹의 코어재료 및 가장자리에 접합되어 최대 접착력을 제공하고, 따라서 물체에 대하여 인장 및 비틀림 강도를 제공한다.
본 발명의 제 2 실시형태는, 비교적 강성이고 경량이며 복잡한 3차원적 구성을 가진 복합재료로 만들어진 물체의 제조방법으로서: a) 평면들로 분할된 물체의 설계로부터 유래된 관념적인 부분들에 대응하는 다수 개의 형상화된 부분들을 마련하고; b) 형상화된 부분들은 비교적 경량인 기재의 층에 접합된 적절한 구조재의 층을 포함하는 복합재로 만들어지고, 상기 구조재는 형상화된 부분의 가장자리를 향하여 연장되고; c) 배치형태를 형성하도록 부분들을 결합하고; d) 물체의 표면에 구조재의 도포를 가함으로써 물체가 층들 및 도포에 의하여 결합되어 강도 및 경도를 제공하며; e) 배치형태가 재료들 자체에 의하여 금형의 도움없이 마련되는 방법을 제공한다.
"관념적인 부분들"이라는 용어는 물체가 만들어지기 전에 계획 또는 설계단계에서 개념화된 부분들을 말한다. 이는 설계의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 주지된 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 설계자에 의해 달성될 수 있다.
"평면들로 분할된 물체의 설계로부터 유래된"이라는 용어는, 예를 들어 선체와 같은 물체가 관념적으로 횡방향 또는 기타의 단면으로 잘라져 있는 것을 의미한다. 이러한 과정으로부터 생성된 형상을 가진 부분은 관념적으로 잘라진 면에 대응하는 2개의 면을 가진다. 이들 두 면은 그 위치에서의 선체의 프로파일에 대응하는 가장자리에 의하여 접합된다. 비록 대부분의 경우에 이들 평면들은 평탄한 것이지만, 곡면도 생각될 수 있다.
"적절한 구조재의 층"이라는 용어는 물체에 구조적인 일체성을 제공하는 재료의 하나 이상의 층을 말한다. 그 층에 사용된 구조재는 피복으로서 사용된 것과 상이할 수 있다. 구조재는 유리보강 플라스틱(GRP), 케블라섬유, 폴리에스터 및 에폭시 수지와 같은 플라스틱 또는 수지의 유리섬유 보강물, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아세톤-부탄올-에탄올(ABE), 시트 알루미늄 기타 적절한 부재 등과 같은 적절한 재료일 수 있다.
"비교적 경량인 기재의 층"이라는 용어는 폴리우레탄, 우레탄 경화폼, 폴리스티렌 경화폼, 주름 알루미늄박 또는 발사(balsa)우드와 같은 구조재와 비교하여 비교적 경량인 어떠한 적절한 충전재를 말한다.
바람직하게는 부분들은 이들 각각이 설계의 형상에 대한 실질적으로 정확한 안내를 제공한다. 물체의 조립 시에 있어서의 각 부분의 증가적인 증가는 모듈이 없는 방법을 제공한다.
바람직하게는 형상화된 부분의 가장자리들은 물체의 프로파일을 규정한다.
바람직하게는 형상화된 부분들의 적어도 일부는 횡방향 단면이 가변적이다.
바람직하게는, 형상화된 부분들은 절단, 밀링, 연마, 깍음등 물체의 형상을 만드는 과정에 의하여 만들어진다.
바람직하게는 형상화된 부분들은 기계 또는 기타 어떠한 적절한 수단으로로 절단된 시트로 만들어진다. 예를 들어 적절한 절단 도구를 사용하는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 프로그램에 의하여 안내되는 CNC 라우팅 기계에 의하여 달성될 수 있다.
시트는 어떠한 두께도 될 수 있다. 두께는 재료, 공학 및 경제성에 매우 광범위하게 의존하여 가변된다. 웹은 비교적 성기게 또는 극도로 밀집될 수 있어서 시트가 매우 얇게 또는 매우 두껍게 될 수 있다. 서핑보드용으로는 1" 내지 2"가 적절하다. 이러한 두께는 상업적으로 이용가능하며 CNC 라우터 공구에 사용하기 편하다. 또한 1 또는 2인치 떨어져 있는 웹의 보강에도 유리하고 서핑보드의 형상의 측면에서도 유리하다.
선택적으로, 부분들은 물체 전체를 통하여 평행한 구조재의 층 또는 적층면과 접합할 때 균일하게 간격을 둔 웹을 제공한다. 선택적으로 부분들은 한쪽 축내에서 가변적으로 테이퍼지는 두께를 가지는 시트 재료로 절단될 수 있어서 평행하지 않은 구조재의 층 또는 적층면을 만드는 쇄기형상인 부분을 제공한다. 이는, 구형, 원추형 또는 원통형 외부 프로파일을 구성할 때 유리하며, 여기에서는 웹들이 방사상으로 위치되며, 따라서 길이방향 강도가 증가된다. 가변적으로 간격을 둔 웹을 가지는 것이 유리할 수가 있어서, 물체의 보다 스트레스를 받는 면에 보다 강도를 부여할 수 있다. 이는 상이한 두께의 시트로부터 절단된 부분들에 의하여 달성될 수 있다.
바람직하게는 적층면 또는 구조재의 층들의 적어도 일부의 평면들은 물체의 표면에 대하여 수직이다.
본 발명은 또한, 비교적 강성이고 경량이며 하나의 설계에 따른 복잡한 3차원적 구성을 가진 복합재료로 만들어진 물체 제조용 키트로서: a) 평면들로 분할된 물체의 설계로부터 유래된 관념적인 부분들에 대응하는 다수 개의 형상화된 부분들과; b) 형상화된 부분들은 비교적 경량인 기재의 층에 접합된 구조재의 층을 포함하는 복합재로 만들어지고, 상기 구조재는 형상화된 부분의 가장자리를 향하여 연장되고, 상기 부분들은 상기 가장자리에 결합되는 제1 및 제2 면을 가지는 배치형태를 형성하도록 결합가능하고, 그에 의하여 물체의 표면에 가해진 구조재의 도포는 그 물체가 층들 및 도포에 의하여 결합되어 강도 및 경도를 제공하며; c) 배치형태가 재료들 자체에 의하여 금형의 도움없이 마련되는 것인 키트를 제공한다.
본 발명은 또한 방법에 사용하거나 키트에 포함되는 복합재료 시트로서, 형상화된 부분에 대응하는 절단면을 가지는 상기 적절한 적층면을 가지는 코어 또는 기재 또는 상기 코어 또는 기재에 접합된 구조재를 포함하는 시트에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 복합재료로 만들어진 물체의 설계로서; 상기 물체는 상기 설계가 컴퓨터로 판독가능한 형태, 기계적으로 판독가능한 형태 또는 CNC(컴퓨터 수치 제어) 제조가능한 형태인 복잡한 3차원 구성을 가지는 설계를 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따른 물체와도 관련한다.
본 발명의 다른 실시형태는, 비교적 강성이고 경량이며 복잡한 3차원적 구성을 가진 복합재료로 만들어진 물체의 제조방법으로서, 상기 복합재료는 폼(foam) 또는 섬유질의 접혀진 재료와 섬유상 및 수지상의 구조재를 포함하며, 상기 방법은 일련의 복합재의 형상화된 부분들이 접합하여 물체를 형성하고, 상기 형상화된 부분들은 프로파일의 적어도 일부에 대응하며, 적층될 때, 구조재와 함께 접합되어 물체 전체를 통하여 구조부재의 열을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명은 이하의 비한정적인 예시적 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 서핑보드의 단면사시도이다.
도 2는 제1 및 제2 대향면에 적용된 표면 적층들을 가지는 조립된 부분을 포함하는 복합재료의 단면도이다.
도 3은 도포되지 않은 3동선(胴船) 선체의 사시도의 모식적 표현이다.
도 4는 형상화된 부분의 측단면도이다.
도 5는 형상화된 부분의 정면도이다.
도 6은 3동선 선체의 모듈들의 사시도이다.
서핑보드(100)와 같은, 마무리된 물체는 형상화된 부분들(50)로 구성되며 외부 적층면(70)과 연결되거나 또는 연결된 구조적인 웹 또는 I-빔(45)을 가진다. 부분들(50)은 각각 필요한 설계 형상들에 대한 정확한 가이드를 제공한다. 구조적인 강도가 마련된 웹(45)은 도 2에서와 같이 나타낼 수 있으며, 복합재료(20)는 적층면(40)에 의하여 경계가 지워지는 표준 폴리우레탄폼의 코어/기재(30)를 포함한다. 적층면(40)은 결합 공정에서 사용되는 재료와 함께 웹(45)을 형성하는 구조적 재료의 층이다. 따라서, 복합재료(20)는 완성된 물체의 내에서 샌드위치형 복합재를 제공하는 경량 코어 재료에 의하여 분리되는 구조적 재료의 층들을 포함한다.
부분들(50)은 복합재료(20)의 시트로부터 디자인(이하에서 설명함)에 따라 절단된다.
물체를 만들기 위하여, 부분들(50)은 조립 및 접합되고 선체(200)(도 3 참조)와 같은 도포되지 않은 물체를 형성한다. 부분들(50)의 결합은 어떠한 적절한 수단에 의해서도 가능하다. 부분들을 조립할 때, 한쪽 표면 상에 액상 수지의 피막이 페인트칠, 롤러도포 또는 분무도포되고 인접한 부분이 놓여지게 된다. 이것이 복수 개의 부분에 대하여 반복되고 수지가 경화될 때까지 적절하게 클램프로 고정된다. 형상화 단계의 일부로서, 부분들(50)의 정확한 위치잡기를 보장하기 위하여 구멍들(55)이 천공될 수 있다. 완벽한 정확성을 달성하기 위하여 초기 절단을 행한 것과 동일한 기계 및 도구에 의하여 천공하는 것이 최상이다. 대형의 부분(50)이 필요한 곳에서는 더 작은 서브 부분으로 만들어질 수 있고 버트 조인트(65:butt joint)에 의하여 연결될 수 있다. 이것은 재료의 효과적인 사용을 가능하게 한다. 이러한 버트 조인트에 의하여 야기되는 구조적인 일체성의 감소는, 버트 조인트에서 장부촉 이음과 같은 키 프로파일을 사용하거나 부분에 따라서는 어떠한 조인트를 벌충함으로써 최소화될 수 있다.
물체의 크기에 따라서, 또한 기타의 고려사항으로서, 적절한 지지부 및 지그(jig) 구조를 가지고, 전체 물체를 하나의 연속적인 공정에서 조립할 수도 있다. 선택적으로, 물체는 적절한 크기의 모듈(도 6에서 나타낸 바와 같은)의 조합으로 조립되고, 모듈 유니트의 최종적인 조립전에 경화되도록 할 수 있다.
필요한 경우에는, 가장자리(52)들은 과도한 코어 및 적층면(보강 자재)을 제거하기 위하여 정형(整形)화됨으로써 필요에 따른 원하는 설계 명세로 구조가 만들어질 수 있다(도 6에서 파선으로 표시된 "설계선" 참조). 선택적으로, 가장자리(52)들이 물체의 원하는 프로파일에 정확하게 대응함으로써 최소한의 정형화 또는 전혀 정형화가 필요하지 않도록 부분(50)들이 절단될 수 있다.
일단, 도포되지 않고 형상화된 선체(200)과 같은 임의의 복잡항 3-D 형상이 부분들(50)로부터 조립되면, 그것은 구조 보강 재료의 표면층에 적용할 준비가 된 것이다. 제1 및 제2 표면층(61) 및 (62)은 적층되거나 또는 선택된 재료를 가함으로써 달리 적절하게 처리되어 외부 적층면(70)을 형성한다. 이는 외부 적층면(70)이 물체에 대한 경질의 외부피질 또는 외골격을 제공하는 구조적 요소로서 기능하도록 한다. 표면(61) 및 (62)들이 도포되어 층을 이룬 구조적 보강재의 가장자리(52)들이 교차하게 되며, 그에 의하여 내부 I-빔 또는 웹(45)를 형성함으로써 부분들의 적층면에 평행한 적어도 하나의 면 내에서 구조에 대한 부가적인 강도를 제공하게 된다.
절단된 가장자리(52) 및 그의 표면 마무리는 구조적 재료의 표면층에 대한 가장 가능성 있는 접합을 제공하도록 처리되는 것이 중요하다.
GRP 가 구조적 보강 재료로 사용되는 경우에, 가장자리(52)는 고속 회전도구로 절단됨에 따라 다소 "보푸라기가 형성된" 상태일 수 있다. 이는, 글래스파이버들이 당겨져서 수지재료로부터 분리됨을 의미한다. 따라서 보푸라기는 표면층으로의 접합에 매우 적합하며, 외부층 접합 또는 도포과정 중에 표면층에서는 이들 느슨한 파이버들이 그 표면층에 일체로 될 수 있다.
이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는, 코어 재료(30)가 (t)의 두께를 가지는 시트 형상으로 될 수 있으며, 적층면(40)의 형태내에서 구조적 보강재에 대한 코어물질 (t) 두께의 비율은 3D 물체의 중량 및 강도 요구에 따라서 가변적임이 명백하다.
실시예 1: 복잡한 3D 물체의 제조
복잡한 3D 물체는 이하의 단계에 의하여 제조될 수 있다:
1 단계. 전체 설계도가 전략적으로 간격을 둔 평면들에 의하여 다수 개의 부분들로 분할되어 3차원 형상의 일련의 단면적 프로파일을 제공하게 되는 설계도를 작성하여 물체가 설계된다. 3차원 형상은 CAD 또는 CAM 컴퓨터 소프트웨어로 편리하게 설계된다. 소프트웨어 프로그램 내에서 가용한 도구들을 사용하여, 평면들의 어레이가 용이하게 생성될 수 있고 프로파일들이 개별적인 파일들로 내보내질 수 있거나, 또는 개별 오브젝트로 정의될 수 있다. 이들 오브젝트 또는 파일들은 3 단계에서 채택될 기계 절단 공정의 방식에 따라서 2차원적 또는 3차원적일 수 있다.
4 단계에서 수행될 각 부분의 적절한 배치가 보장될 수 있도록 CAD/CAM 설계시에 공정 오차가 마련될 수 있다. 이는 각 인접한 프로파일 부분에 대하여 매칭되는 천공 부위를배분함으로써 달성될 수 있다. 절단 공정인 3 단계 시에, 이들 천공 부위들은 4 단계에서 각 부분을 조립하기 전에 장부촉 위치핀의 삽입을 위한 특정한 크기로 CNC 천공된다.
2 단계. 구조적 재료의 평평한 시트가 복합 구축재의 시트를 제공하는 경량의 코어재료의 평평한 시트에 접합된다. 이 복합 구축재의 시트의 전체 두께는 1 단계에서의 평면들의 간격에 의하여 결정된다. 선택적으로, 만약 부분들이 비평형적 웹을 형성할 필요가 있을 때에는, 코어 재료의 단단한 블록으로부터 쐐기형의 부분들이 절단될 수 있다. 폴리우레탄폼의 경우에는 "핫 와이어(hot wire)" 슬라이싱머신이 이용될 수 있다. 대향각을 가지는 엇갈리는 슬라이스들을 이용하여, 각 슬라이스들 앞에서 블록의 표면에 접합되는 새로운 구조재의 층을 허용할 수 도 있다.
이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게라면 명백한 바와 같이, 복합 구조라 함은 사용되는 재료에 있어서의 각각의 특성으로부터 장점을 취하는 방식으로 다수의 재료를 사용하는 개념을 말한다. 이러한 경우, "구조적"재료는 높은 기계적 강도를 가지지만, 비교적 중량이 된다. 코어 재료는 경량이지만 그의 프레임 구조에 있어서 구조적 재료를 지지하기에 충분한 강도를 가진다. 구조적 층의 두께와 코어층의 두께는 요구되는 중량 대 강도비 및 설계의 전체 엔지니어링에 의하여 결정된다.
3 단계. 설계된 3차원 물체의 부분적인 프로파일들이 복합 구조재로부터 절단된다.
부분적인 프로파일들의 각각이 CAD/CAM 또는 "네스팅(Nesting)" 소프트웨어에 의하여 사전에 정렬 및 배향되어 복합재료 시트의 사용을 효율적으로 하고 폐기물을 감소한다. 이러한 절단 공정은, 예를 들면 3축 또는 5축 라우터 테이블의 CNC 기에 의하여 복합재료의 시트를 고정하는 진공설비와 함께 가장 용이하게 수행된다.
복합 시트는 최상층 구조층과 함께 테이블 상에 장착되어 절단 도구가 구조적 층을 완전히 관통하게 된다. 코어층은 전부 다 절단될 필요는 없다: 바닥면에서 코어재료의 일부가 절단되지 않은 채로 남겨져서 절단이 진행됨에 따라 부분적이 프로파일이 확고하게 제 자리에 유지될 수 잇도록 하는 것이 유리하다. 선택적으로, 기계는 탭(tab)을 남겨둘 수 있어서 시트가 손대지 않은 채로 남아있도록 할 수도 있다. 이러한 방식으로 전체 시트가 테이블로부터 들어올려지고 모든 부분적인 프로파일과 함께 필요로 할 때까지 제자리에 유지된 채로 운반될 수 있다. 절단되어 형상화된 부분의 건드리지 않은 시트가 물체를 만들기 위한 키트의 일부로서 마련될 수도 있다.
간단한 3축 라우터 테이블은 프로파일면에 수직인 가장자리를 가지는 부분적인 프로파일을 절단한다. 하지만, 3D 형상의 프로파일에 의하여 결정되고 5축 기계가 필요한 경우에는 CAD/CAM 에 의하여 해석되는 바에 따라 다양한 각도로 프로파일 가장자리를 절단할 수 있는 CNC 기계를 사용하는 것이 유리하다.
4단계. 부분적인 프로파일들은 상호간에 관련하여 적절한 순서, 배향 및 위치에 함께 증가적으로 접합된다. 1 단계에서의 CAD/CAM 설계공정은 각 부분의 적절한 배열을 허용한다. 각 부분의 조립전에 장부촉 위치 핀이 천공위치에 삽입되고 완벽한 배열을 제공한다.
5단계. 3차원적 형상의 외부 및 내부 표면들이 원하는 사양을 달성하도록 기계적으로 정합됨.
이것은 부분적인 프로파일이 표면에 수직인 절단 가장자리면을 가지는 경우에 필요할 수 있다. 3차원적 형상의 설계된 내부 및 외부면들이 부분적인 프로파일의 면에 대하여 수직이 아니라면, 기계적 또는 수작업적 정합을 필요로 하는 단턱면이 형성된다. 이것은 CAD/CAM 설계공정 시에 고려될 필요가 있다. 만약 CNC 가공이 사용되어 부분적인 프로파일의 비수직적 가장자리를 제공하게 된다면, 6단계에 대한 적절한 표면을 달성하기에 약간의 정합이 필요할 수 있다.
6단계. 부분적인 구조재의 노출된 가장자리들에 확고하게 이들 표면층들을 접합할 수 있도록 하기 위하여 적절한 접합공정에 의하여 3차원적 형상의 외부 및 내부면에 구조재들을 적용한다.
표면 구조재와 부분적 구조재의 교차는 "I"빔 요소의 열을 제공하고, 적절한 접합에 의하여 부분적 프로파일 각각의 평면에 매우 예외적인 강도 및 경도를 제공하게 된다. GRP 의 구조재의 경우에는, 절단공정 중에 보강수지로부터 글래스파이버들이 찢겨진다. 이들 파이버들의 느슨해진 끝단들이 표면층의 파이버와 얽혀져서 더 강한 접합을 형성하게 된다.
실시예 2: 3동선 선체의 제조
14피트 3동선용의 선체 외부 및 내부면을 라이노세로스(Rhino)를 사용한 CAD 에 의하여 설계하였다. 이것은 스탠드-얼론형의, NURBS-기반 3-D 모델링 소프트웨어로서 로버트 맥닐 앤드 어소시에이츠 사에 의하여 개발된 것이다. 이들 외부 및 내부면들은 26mm 의 두꺼운 "부분들"로 잘라지고, 이들 부분으로부터 CNC 가공용 부품 및 이들 부품의 적절히 위치된 조립을 보장하도록 각 부품에 대한 위치맞춤용 페그(peg)용 천공점들이 개발되었다. 각 부품은 그 자체의 별도의 DXF 파일로 내보내졌다. 이 14인치 선체에 대해서는 922개의 부품이 있게 된다.
상표명이 Divinycell®(DIAB) 인 폴리우레탄 코어재가 3동선 선체의 코어 도는 기재로서 사용되었다. Divinycell®은 비교적 비싸지만 해양적용분야에 매우 적절하다. 가장 일반적인 사이즈는 8×4' 이며 1" 두께와 60kg/m3 밀도가 본 프로젝트용으로 사용되었다.
적층면 및 표면을 형성하기 위한 구조재로서 파이버글래스가 사용되었다. 파이버글래스 피복은 많은 형식 및 구성으로 이용가능하며, 가장 일반적인 것은 2개의 90도 대향방향으로 섬유들의 꼬임을 가지는 2축형이다. 다른 가장 일반적인 형식은 일반적으로 "매트(mat)"라고 일컬어지는 임의 방향의 "직물" 타입이다. 어느 쪽도 중량 또는 밀도가 다양한 범위를 가지며 통상 온스(ounce)단위로 평가되며, 예를 들어 건조된 직물 1 평방야드의 중량은 4oz 인 식이다. 코어재와 함께 일체로 '리브(rib)' 또는 '웹(web)'을 형성하기 위하여 폼시트에 대한 적층용으로 초기에 6oz 양방향 직물이 사용되었다. 나중에 이하에서 기술하는 바와 같이 8oz 직물이 사용되었다.
구조재를 포함하는 적층면들은 일반적으로 어떤 형태의 파이버, 가장 일반적으로는 글래스 파이버로 보강된 수지의 형식으로 만들어진다. 주된 2개의 수지 형식은: 폴리에스터 및 에폭시이다. 이들 형식에 대해서는 많은 등급이 있지만, 에폭시가 더 대중적인데, 내포된 독성물질의 관점에서 폴리에스터의 사용에 관한 안전에 관한 고려 및 엄격한 규정 때문이다.
선체의 건조는, 금형이 없이 모든 파이버글래스 직물이 수작업으로 입혀지는 "핸드 레이업(hand layup)" 기술에 의한다. 에폭시 수지는 주로 높은 "중량 대 강도비"를 최대화하는 가중 강도 때문에 사용되었다.
사용된 에폭시의 방식은 5:1 의 비율로 '완만한' 경화제와 혼합된 적층 에폭시(낮은 점성)로서 분류된다. 작용시간(수지가 글래스 파이버에 함침되기에 충분히 액체로 남아 있게 된다)은 25분으로 평가되었다. 팟 수명(pot life)은 측정되지 않았으며 이는 혼합된 수지의 용량에 전적으로 의존하는 것이다. 혼합된 수지는 열을 발생하며 그 열은 경화반응을 촉진시킨다. 따라서 팟 수명은 100ml 를 넘는 양에 대해서 5분 정도로 적게 될 수 있다.
1.0" 60kg/m3 의 8×4' 시트 한장이 에폭시 수지가 함침된 6oz 파이버글래스 직물의 한개 층과 적층되었다. 적층 3개 층은 더 큰 구조적 장점을 제공하는 것이 발견되었다.
가장 효과적인 재료의 사용을 위하여 부품을 배치 및 배향하는 온라인 "네스팅(nesting)" 서비스로 일군의 부품 파일들이 내보내졌다. 이 서비스는 평균 58개의 중첩된 부품과 함께 각 층에 대한 천공부위 및 도면의 다른 층에 대한 부품번호 레이블을 가지는 8×4' 시트를 각각 나타내는 16 개의 DXF 파일 세트를 내보낸다. 대부분의 부품이 불규칙한 형상이고 각각 상이한 형상 및 규격으로 되어 있다면 재료 사용율은 44.5%에 지나지 않는다. 더 나은 재료의 사용율은 다른 네스팅 소프트웨어를 사용하여 얻어질 수 있을 것이다. CNC 라우팅 어플리케이션 및 CAD/CAM 소프트웨어는 종종 네스팅 기능을 가진다.
67개 부품의 DXF 파일이 간판 제작업자에게 보내졌고, 그 업자는 자신의 소프트웨어 어플리케이션으로 보내고 툴 경로가 계산되었다. 시트는 진공식 고정설비를 가지는 8×4' CNC 3축 라우팅 테이블에 의하여 절단되었다. 67개의 부품은 선박 이물의 첫번째 22"를 포함한다. 부품의 규격 정밀도는 기대 이상이었으며, 측정은 명세에 대하여 0.1mm 에 근접하게 하였다. 시트는 요청에 의해서만 절단되지는 않았으며 시트의 바닥에 얇은 층은 제 자리에 남겨져서 각 절단이 완료되는 동안 시트내의 제자리에 부품을 고정 및 시트의 수송을 하게 된다. 전체 작업은 1시간 내에 완료되었다.
부품들은 시트로부터 분리되고 위치잡기 페그들로 건조상태에서 조립 및 점검되었다. 모든 것이 완벽하게 맞게 되었다. 3/16" 목재 위치잡기 페그들이 5분 에폭시(각 부품당 2 페그)로 제자리에 접착되었다.
선체는 횡방향으로 분리된 8개의 모듈로 건조되었다. 그리고 각 모듈에 대한 부품들(도 6의 모듈 참조)이 평평한 면상에 놓인 가장 큰 부품으로부터 시작하여 적층 에폭시 수지로 함께 접착되었다. 각 모듈에 대한 접착공정은 10분 이하였다. 에폭시가 경화되는 동안 모든 부품들은 고정기구로 눌려져서 단단한 "플러그(plug)"를 형성하였다.
정합공정을 시작하기 위하여, 중앙선체의 한쪽 표면으로부터 과도한 폼을 떼어내도록 5" 궤도식 연마기가 사용되었다. 이는 수분을 소요하였다. 전체 선체가 조립되고 공정을 촉진하기 위하여 벨트 연마기가 사용되었다. 내부면은 경량의 수지와 글래스 마이크로 스피어스의 혼합물로 충진될 필요가 있었다.
정합공정 동안, 충진보다는 정합공정이 훨씬 빠르고 용이한 것임이 명백해졌다. 경량의 충진재라도 코어재료보다는 무거웠고 불필요한 중량을 추가하게 된다. 외부의 단턱면은 폼 코어의 직각 단턱을 형성하였고 이는 연마 안내물로 기능하는 웹의 가장자리와 맞추어지도록 용이하게 연마되었다. 노출된 웹으로 구성된 단턱면을 가진 내부면은 폼 코어에 의하여 뒤가 받쳐졌다. 외부면과 함께, 노출된 웹 및 폼은 안내로서의 단턱의 내부 모서리를 사용하여 용이하게 연마되었다. 이는 선체의 설계 두께에 있어서 약간의 손실을 주게 되었고, 따라서 미래의 설계에 있어서는 물체면이 부분들에 수직하지 않은 곳에 대한 고려가 있어야 한다. 내부 볼록면을 연마함에 있어서는 적절한 지름의 회전식 연마 드럼 또는 연마 플래퍼 휠이 사용되었다. 본 발명자는 전기식 드릴 및 전기식 배럴 밀을 사용하였다. 굴곡이 큰 곡면 상에는, 궤도식 연마기 또는 벨트 연마기가 사용될 수 있다.
각 모듈의 내부면은 모듈들이 함께 조립되기 전에 적층되어 용이한 접근을 허용하게 되었다. 모듈들이 함께 접합됨에 따라, 다시 에폭시 수지로 접합부들이 파이버글래스의 추가층과 함께 내부적으로 마무리되었다.
본 발명자는 각 모듈의 견본 상부 및 하부가 부품의 접착시에 사용될 수 있다는 것에 주목하였다. 바닥부는 평평한 면상에 놓여지고 얇은 플라이 시트 또는 그에 유사한 것으로 구성된 견본에 의하여 정렬될 수 있다. 이러한 견본은 부품들을 절단한 것과 동일한 기계장치 및 방법을 사용하여 절단될 수 있다. 이는 다수 개의 부품들이 한개의 부분을 만드는 경우에 프로파일을 교정할 수 있도록 해준다. 상부 견본은 모듈의 모든 부품들이 조립되고 접착제가 경화를 시작하기 전에 맞추어질 수 있다. 또한, 고정설비의 일부를 구성할 수도 있다. 이러한 방식으로 모듈들이 완벽한 배열로 고정됨으로써 모듈들이 용이하게 상호간에 맞추어질 수 있다.
정합/충진 공정은 5축 라우터 테이블을 사용하고 모든 부품의 적절하게 각이 지어진 가장자리를 절단함으로써 최소화 또는 제거될 수 있다. 이 경우에는 표면정합이 필요하지 않을 수 있다. 이는 건조자로 하여금 파이버글래서 적층의 가장자리를 거칠게 절단할 수 있다는 장점을 가지게 해준다. 현미경으로 관찰한 결과 파이버글래스의 느슨한 끝단들은 연마후에 깨끗하게 절단되었다. 이는 웹과 표면층 사이의 접합강도를 감소하게 된다. 5축 라우터를 사용하여, 표면들은 "보풀" 가장자리를 가지는 기계절단면에 직접 파이버글래스를 적용하기에 충분할 정도로 원활해질 수 있다. 마무리를 위하여 파이버 글래스층의 상부에 정합 복합물이 추가될 수 있다.
본 발명자는 적절한 5축 라우터 테이블을 찾을 수가 없어서 2축 기계를 사용하는 건조의 "단계적인" 방법을 사용하였지만, 5축 기계가 사용되어야 한다면 2D DXF 파일을 3D 파일로 변환하는 것은 어렵지 않을 것이다.
제작된 선체에 있어서, 경화된 수지면 상에 후속의 수지 적용을 위한 작업의 방법으로서 연마가 채택되었다. 기타 표면준비 방법으로서 흔히 사용되는 것은 용매의 인가 또는 물세척이다.
본 발명자는, 완성된 선체가 매우 강하고 경량임을 발견하였으며, 구조적인 일체성을 높은 정도로 유지하면서도 중량에 있어서의 추가적인 감소를 달성할 수 있다고 판단하였다.
실시예 3: 재료의 테스팅
실험용 빔 견본들이 본 발명의 방법에 의하여 제조되었다. 실험용 빔들은 웹과 3겹 8oz 에폭시 파이버글래스의 표면 및 60kg/m3 폴리우레탄폼을 가지는 100mm 폭의 빔을 구성한다. 빔의 두께는 28mm 였으며 간격을 둔 웹들은 대칭적으로 길이방향으로 26mm 였고, 빔당 4개의 웹이 있었다. 기타의 실험용 빔 샘플들은 웹이 없이 표준형 샌드위치 복합구성으로 제조되었다. 이들 빔들은 마찬가지로 100mm폭이고, 또한 상부 및 하부면 상에 3겹 8oz 에폭시 파이버글래스를 사용하였다. 3개의 상이한 두께를 가지는 빔들이 제조되었으며, 1.0", 1.5" 및 2.0" 의 60kg/m3 밀도의 폼코어로 빔의 두께는 각각 27.5mm, 40.5mm 및 53mm였다. 실험은 빔 길이에 수직으로 빔 표면과 접촉하는 반경 30mm의 강철막대를 통하여 단일점 부하를 사용하여 수행되었다. 3개의 표준 빔 및 웹이 형성된 빔들이 각각 시험되었고, 300mm 떨어진 지지대 상에서 중앙에 위치되어 시험되었으며 고정 지지대 사이의 중앙부분에서 빔에 점부하가 가해졌다. 이는 강철 또는 목재빔위 실험에 대한 표준모드이며 수치가 맞추어진 유압램이 부하를 가하였고 빔이 부러질 때까지 인치 단위의 구부러짐 및 파운드 단위의 부하가 간격을 두고 기록되었다. 표준 빔의 시험동안에, 빔이 부러지기 한참 전에 점부하와 접촉하는 부위에는 빔위 표면에 상당한 손상이 생긴 것을 알 수 있었다. 그 이상의 시험은 지지물 사이에서 빔의 중심 부근에 50mm 간격을 두고, 빔을 가로질러 4점의 둘레에 부하를 분포시키도록 목재 블록들이 배치되는 4점 부하 시스템으로 시행되었다. 결과는 이하의 표 1에 나타내었다.

3겹 빔에 대한 굴곡시험 결과
견본명:
(인치)		 C:1 5/8×4
표준		 F:2 1/8×4
표준		 I: 1/8×4
표준		 L: 1/8×4
본 발명
1점
최대부하(파운드)		 450 1000 330 1160
최대 굴곡
(인치)		 0.448 2.00 0.210 0.340
스트레스
(파운드/평방인치)		 762 1014 1266 4467

4점
최대부하(파운드)		 1550 2040
기타 적용분야
본 발명의 방법은 예를 들면 풍력발전용의 75미터 길이의 터빈 블레이드와 같은 대형 물체의 제작에도 사용될 수 있을 것으로 전망된다. 이는 예를 들면 로울 상에 연속적인 길이로 구조재가 사용가능한 상태일 것을 필요로 한다. 구조재는 로울로부터 당겨짐에 따라 기재의 시트에 접착되고, 경화를 위하여 고정되며, 길이방향으로 CNC 테이블 상으로 이동한다. 부분의 일부는 테이블 위로 통과함에 따라 순서적으로 전달되고, 구조적인 적층이 연속적인한 완성된 부분은 한 축상으로 매우 길어진다. 수직방향(폭)으로 부분의 크기는 로울의 폭 및 CNC 테이블의 크기로 한정된다. 시트의 크기의 제약 및 CNC 테이블의 크기는 이러한 방식으로 부분적으로 극복된다.
알루미늄 및 "Prepreg" GRP 의 양자는 상기한 구조적 적층재로서 로울로 사용될 수 있다. 로울로부터의 기재는 경량을 사용하는 것이 좋다.
로울로부터의 재료는, CNC 테이블로 이동해감에 따라 접착공정에서 해제된 후 가동된 가장자리로 로울러 시스템에 의하여 정확하게 안내될 필요가 있다. 그러한 처리를 통하여 재료가 연속적으로 흘러가고, CNC 절단 헤드는 재료 방출기계와 동기됨을 알 수 있다.
상술한 내용으로부터, 본 발명은 금형의 사용없이 복잡한 3D 구성을 가지는 경량의 강도높은 물체를 제조하는 편리하고도 비용효율적인 방법을 제공함을 알 수 있다. 이러한 방식은 제품의 설계를 수시로 변화할 필요가 있는 곳, 또는 제품 설계의 초기 단계에서 저렴한 원형을 만드는 경우에 극도로 유리한 경제적인 설계변형을 허용한다.
상술한 내용으로부터, 본 발명의 신규한 개념의 진정한 요지 및 범위를 벗어나지 않고서도 다양한 변경 및 변형이 가능함을 알 수 있다. 본 명세서에 예시된 특정한 실시예와 관련된 어떠한 한정도 의도하지 않는다. 개시된 내용은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 변형을 포괄하는 것을 의도하는 것이다.
본 명세서 및 이하의 청구범위를 통하여, "포함하는", "포함하여 구성되는", "구성되는"과 같은 단어는 언급된 정수, 단계 또는 정수의 군이나 단계들을 포함하는 것을 의미하는 것이지만, 어떠한 다른 정수, 단계, 또는 정수의 군이나 단계들을 배제하는 것은 아니다.

Claims (19)

  1. 비교적 강성이고 경량이며 복잡한 3차원적 구성을 가진 복합재료로 만들어진 물체의 제조방법으로서,
    a) 3차원적 구성 내에서 함께 결합되는 다수 개의 개략적으로 형상화된 부분들을 마련하고, 각 부분은 가장자리로 연장되는 적절한 적층면을 가지는 코어 재료를 포함하고, 상기 부분들은 순서대로 조립될 때 초기 구성에 대한 강도를 제공하며; b) 상기 구성은 상기 가장자리들과 결합하는 제1 및 제2 면을 가지며; c) 상기 면들 및 가장자리들을 적층 또는 밀봉하며; d) 상기 적층면들은 상기 제1 및 제 2 면을 연결하는 구조적인 일련의 웹(web)을 형성하는 단계들을 포함하는 방법.
  2. 비교적 강성이고 경량이며 복잡한 3차원적 구성을 가진 복합재료로 만들어진 물체의 제조방법으로서: a) 평면들로 분할된 물체의 설계로부터 유래된 관념적인 부분들에 대응하는 다수 개의 형상화된 부분들을 마련하고; b) 형상화된 부분들은 비교적 경량인 기재의 층에 접합된 구조재의 층을 포함하는 복합재로 만들어지고, 상기 구조재는 형상화된 부분의 가장자리를 향하여 연장되고; c) 배치형태를 형성하도록 부분들을 결합하고; d) 물체의 표면에 구조재의 도포를 가함으로써 물체가 층들 및 도포에 의하여 결합되어 강도 및 경도를 제공하며; e) 배치형태가 재료들 자체에 의하여 금형의 도움없이 마련되는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    형상화된 부분의 가장자리들은 물체의 프로파일을 규정하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    형상화된 부분들의 적어도 일부는 횡방향 단면이 가변적인 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    형상화된 부분들은 시트(sheet) 재료로 만들어지는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    부분들은 절단에 의하여 생산되는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 절단은 컴퓨터 수치 제어(CNC) 라우팅 기계에 의하여 달성되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    웹들은 제 1 및 제 2 면에 대하여 수직으로 배치되는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    부분들은 이들 각각이 설계의 형상에 대한 실질적으로 정확한 안내를 제공하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항의 방법으로 만들어지는 물체.
  11. 비교적 강성이고 경량이며 하나의 설계에 따른 복잡한 3차원적 구성을 가진 복합재료로 만들어진 물체 제조용 키트로서: a) 평면들로 분할된 물체의 설계로부터 유래된 관념적인 부분들에 대응하는 다수 개의 형상화된 부분들과; b) 형상화된 부분들은 비교적 경량인 기재의 층에 접합된 구조재의 층을 포함하는 복합재로 만들어지고, 상기 구조재는 형상화된 부분의 가장자리를 향하여 연장되고, 상기 부분들은 상기 가장자리에 결합되는 제1 및 제2 면을 가지는 배치형태를 형성하도록 결합가능하고, 그에 의하여 물체의 표면에 가해진 구조재의 도포는 그 물체가 층들 및 도포에 의하여 결합되어 강도 및 경도를 제공하며; c) 배치형태가 재료들 자체에 의하여 금형의 도움없이 마련되는 것인 키트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 물체는 선박 또는 서핑보드인 키트.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항의 방법에 사용하거나 제 11 항의 키트에 포함되는 복합재료 시트로서, 적절한 적층면을 가지는 코어 또는 기재 또는 상기 코어 또는 기재에 접합된 구조재를 포함하는 시트.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항의 방법에 의하여 만들어진 물체로서, 웹 또는 구조재의 층은 상호간에 평행한 물체.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항의 방법에 의하여 만들어진 물체로서, 이 물체는 선박, 서핑보드, 압력 또는 진공용기, 운반가능한 액체탱크, 차량용 교량의 부분 또는 특럭이나 설비특장차용 램프, 사람이 취급하는 램프 또는 교량, 선박용 롤온롤오프(roll on roll off: RORO)램프, 진공 파이프, 항공기 날개 또는 기타 항공기의 부품, 항공기 몸체, 항공기의 연료탱크, 스페이스 캡슐, 자동체 몸체, 설상차의 몸체, 화차, 서바이벌 캡슐 또는 풍력 터빈의 블레이드인 물체.
  16. 복합재료로 만들어진 물체의 설계로서; 상기 물체는 상기 설계가 컴퓨터로 판독가능한 형태, 기계적으로 판독가능한 형태 또는 CNC(컴퓨터 수치 제어) 제조가능한 형태인 복잡한 3차원 구성을 가지는 설계.
  17. 제 2 항의 방법에 따른 물체를 제조하는 제 16 항의 설계의 용도.
  18. 비교적 강성이고 경량이며 복잡한 3차원적 구성을 가진 복합재료로 만들어진 물체의 제조방법으로서, 상기 복합재료는 폼(foam) 또는 섬유질의 비계 재료와 섬유상 및 수지상의 구조재를 포함하며, 상기 방법은 일련의 복합재의 형상화된 부분들이 접합하여 물체를 형성하고, 상기 형상화된 부분들은 프로파일의 적어도 일부에 대응하며, 적층될 때, 구조재와 함께 접합되어 물체 전체를 통하여 구조부재의 열을 형성하는 방법.
  19. 도면을 참조하여 본 명세서에서 기술된 것과 같은 제 1 항 또는 제 2 항의 방법 또는 제 10 항의 물체.
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