KR20170088771A - 복합 부품 경화용 전자기 서포트 툴링 - Google Patents

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KR20170088771A
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Abstract

복합 부품 경화에 사용하기 위한 전자기 서포트 툴링을 위한 방법들 및 장치들이 설명된다. 일 예에서, 맨드릴과 같은 서포트 툴링은 강자성 컴포넌트들을 갖는 엘라스토머릭 하우징을 포함한다. 또한, 맨드릴은 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되는 전자기 코일들을 가지며, 전자기 코일들은 전자기 코일들에 대해 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나(repel) 인력을 작용시키기 위해(attract) 자기장들을 생성하도록 작동 가능하다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될(repelled) 때, 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태를 갖는다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 전자기 코일들로 인력이 작용될(attracted) 때, 엘라스토머릭 하우징은 붕괴된다(collapsed).

Description

복합 부품 경화용 전자기 서포트 툴링 {ELECTROMAGNETIC SUPPORT TOOLING FOR COMPOSITE PART CURING}
본 개시는 일반적으로 복합 수지 부품들(composite resin parts)을 제작(fabricating)하기 위한 방법들 및 장비(equipment)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 복합 부품들을 경화시키는데 사용되는 전자기 맨드릴 시스템(electromagnetic mandrel system)에 관한 것이다.
항공기의 제조(manufacture)에 사용되는 복합 부품들과 같은 복합 부품들은, 다양한 생산 방법들(production methods), 이를테면, 필라멘트 와인딩(filament winding), 테이프 배치(tape placement), 오버브레이드(overbraid), 촙 파이버 로빙(chop fiber roving), 코팅, 핸드 레이업(hand lay-up) 또는 다른 복합 처리 기술들 및 경화 프로세스들을 사용하여 구성될 수 있다. 이들 프로세스들의 대부분은 복합 재료가 적용되고 이어서 강성(rigid) 복합 부품으로 경화되는 강성 경화 툴(tool)/맨드릴을 사용한다. 예컨대, AFP(automated fiber placement) 기계들이 복합 레이업들(composite layups)을 형성하도록 몰드들 또는 맨드릴들에 섬유 보강재들을 배치하기 위해 사용될 수 있다. 다음으로, 복합 부품들은 경화 사이클 중에 부품에 열과 압력을 적용하는 오토클레이브(autoclave) 내에서 경화될 수 있다.
일부 복합 부품의 기하학적 형상들은 복합 재료를 적용하는 동안 또는 오토클레이브 압력 하에서 처리될 때 부품의 기하학적 형상이 적절하게 유지되는 것을 보장하기 위해서 공동에 배치되는 서포팅 블래더(supporting bladder)와 같은 툴을 필요로 할 수 있는 내부 공동들(internal cavities)을 포함한다. 서포팅 블래더는 팽창형 블래더(inflatable bladder) 일 수 있으며, 팽창형 블래더는 경화되기 이전에 내부 공동에 용이하게 꼭 들어맞을(fit into) 수 있고, 이어서, 부품에 적용되는 오토클레이브 압력 힘(autoclave pressure force)에 반응하도록 오토클레이브 경화 프로세스 동안 팽창될 수 있다. 전형적으로, 이러한 팽창형 블래더들은 진공 백(vacuum bag)을 통해 오토클레이브 압력으로 이들을 통기시킴으로써 가압된다.
그러나 오토클레이브 경화를 위한 복합 부품(예컨대, 프레임워크의 스트링거(stringer) 또는 다른 길이방향 구조적 피스)을 지지하는데 사용되는 블래더들은 대안으로 아웃 오브 오토클레이브(out-of-autoclave) 부품을 경화할 때(예컨대, 보수들과 함께 수행되는 경우) 적합하지 않을 수 있다. 이 경우에, 부품 및 블래더는 오토클레이브에서와는 상이한 온도 및 압력 조건들에 노출되어 팽창형 블래더가 적절하게 작동하지 못할 수 있고 사실상, 최종 부품 특성들에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 이는 경화 이전에 복합 부품 공동에 들어맞을(fit into) 수 있고, 아웃 오브 오토클레이브 경화 중에 부품 공동의 내부 기하학적 형상에 일치할 수 있고, 마지막으로 경화 이후에 부품으로부터 제거될 크기를 감소시킬 수 있는 지지 툴을 필요로 한다.
일 예시에서, 강자성 컴포넌트들(ferromagnetic components)을 갖는 엘라스토머릭 하우징(elastomeric housing), 및 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되는 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(electro-magnetic coils)―하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 대해 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나(repel) 인력을 작용시키기(attract) 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들(magnetic fields)을 생성하도록 작동 가능함―을 포함하는 다른 맨드릴이 설명된다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될(repelled) 때, 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태를 갖는다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될(attracted) 때, 엘라스토머릭 하우징은 붕괴된다(collapsed).
다른 예에서, 분극화된 자기 재료(polarized magnetic material)를 갖는 엘라스토머릭 하우징(elastomeric housing), 및 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되는 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(electro-magnetic coils)―하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 대해 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나(repel) 인력을 작용시키기(attract) 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들(magnetic fields)을 생성하도록 작동 가능함―을 포함하는 맨드릴이 설명된다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될(repelled) 때, 엘라스토머릭 하우징은 제 1 볼륨을 갖는다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될(attracted) 때, 엘라스토머릭 하우징은 제 1 볼륨보다 작은 제 2 볼륨을 갖는다.
또 다른 예에서, 강자성 컴포넌트들을 갖는 엘라스토머릭 하우징을 제공하는 단계, 및 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 대해 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 엘라스토머릭 하우징의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 작동시키는 단계를 포함하는 방법이 설명된다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될(repelled) 때, 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태를 갖는다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될(attracted) 때, 엘라스토머릭 하우징은 붕괴된다(collapsed).
논의되었던 특징들, 기능들 및 이점들은 다양한 실시예들에서 독립적으로 성취될 수 있거나, 또 다른 실시예들과 조합될 수 있으며, 그의 추가의 상세들은 하기 설명 및 도면들을 참조하여 알 수 있을 것이다.
예시적 실시예들의 속성으로 여겨지는 신규한 특징들이 첨부된 청구항들에서 제시된다. 그러나, 예시적 실시예들, 뿐만 아니라 그의 바람직한 이용 모드, 추가 목적들 및 설명들은 첨부 도면들과 함께 판독할 때 본 개시의 예시적 실시예의 하기 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 예시적 실시예에 따라, 부품 레이업을 형성하고 그리고/또는 경화하는데 사용될 맨드릴을 포함하는 예시적 시스템을 예시한다.
도 2는 예시적 실시예에 따라, 도 1에 설명된 맨드릴의 사용으로부터 이익을 얻을 수 있는 복합 컴포넌트의 예를 예시한다.
도 3은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들이 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽 내에 매립되는 엘라스토머릭 하우징의 예시적 구성을 예시한다.
도 4는 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들이 엘라스토머릭 하우징의 벽 내에 매립된 엘라스토머릭 하우징의 다른 예시적 구성을 예시한다.
도 5는 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들이 엘라스토머릭 하우징의 벽의 내부 표면(interior surface) 상에 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징의 다른 예시적 구성을 예시한다.
도 6은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들이 엘라스토머릭 하우징의 벽의 내부 표면(interior surface) 상에 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징의 다른 예시적 구성을 예시한다.
도 7은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들이 벽의 내부 표면 상에 코팅을 포함하는 엘라스토머릭 하우징의 다른 예시적 구성을 예시한다.
도 8은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들이 벽의 내부 표면 상에 코팅을 포함하는 엘라스토머릭 하우징의 다른 예시적 구성을 예시한다.
도 9는 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들의 일부가 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수직하도록 엘라스토머릭 하우징을 따라 횡방향으로(laterally) 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징의 예시적 구성을 예시한다.
도 10은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들의 일부가 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수평하도록 엘라스토머릭 하우징을 따라 길이방향으로(longitudinally) 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징의 예시적 구성을 예시한다.
도 11은 예시적 실시예에 따라, 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되는 전자기 코일을 갖는 엘라스토머릭 하우징의 예시적 구성을 예시한다.
도 12는 예시적 실시예에 따라, 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되고 엘라스토머릭 하우징을 붕괴시키도록 작동되는 전자기 코일을 갖는 엘라스토머릭 하우징의 예시적 구성을 예시한다.
도 13은 예시적 실시예에 따라, 엘라스토머릭 하우징 내에서 서로 연결되는 복수 개의 툴 세그먼트들(tool segments)을 포함하는 맨드릴의 예를 예시한다.
도 14는 예시적 실시예에 따라, 다수가 연결된 플레이트들(multiple connected plates)의 예를 예시한다.
도 15는 예시적 실시예에 따라, 맨드릴을 작동시키기 위한 예시적 방법의 흐름도를 도시한다.
도 16은 예시적 실시예에 따라, 맨드릴을 작동시키기 위한 다른 예시적 방법의 흐름도를 도시한다.
개시된 실시예들은 이제 첨부 도면들(여기서, 개시된 실시예들의 일부가 도시되며 전부가 도시되는 것은 아님)을 참조하여 하기에서 보다 상세히 설명될 것이다. 실제로, 수개의(several) 상이한 실시예들이 설명될 수 있으며 본원에서 설명된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이러한 실시예들은, 본 개시가 철저하고 완전할 것이며, 당업자에게 본 개시의 범주를 충분히 전달하도록 설명된다.
예들에서, 복합 부품 경화를 위한 기계적 지지 툴링 및/또는 맨드릴이 설명된다. 게다가, 엘라스토머릭 툴링 맨드릴로부터 경화된 복합 부품의 제어된 전자기 유도 추출(controlled electromagnetic induced extraction)이 설명된다. 맨드릴은 강자성 컴포넌트들을 갖는 엘라스토머릭 하우징, 및 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되는 전자기 코일을 포함할 수 있고, 전자기 코일은 전자기 코일에 대해 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해 자기장을 생성하도록 작동 가능하다. 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 전자기 코일에 의해 척력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태를 가지며, 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 전자기 코일로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징이 붕괴된다. 이에 따라, 중심 코일로부터 또는 중심 코일에 외부 엘라스토머릭 블래더에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해서 자기장을 활용함으로써, 하우징은 강성이 되거나 붕괴될 수 있다.
일 예로서, 맨드릴의 외부 엘라스토머릭 블래더는 엘라스토머 내에서 철을 함유한 분말(ferrous powder) 또는 유사한 것의 균일한 혼합물로 몰딩된다(molded). 블래더는 솔리드(solid) 맨드릴 툴 위에 조립된다. 맨드릴 내에 통합되는 것은, 외부 엘라스토머릭 블래더가 활성화될 때 하드 툴링 형태(hard tooling form)에 대해 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 구성되는 하나 또는 일련의(a series of) 전자기 코일들일 수 있다.
맨드릴은 경화될 필요가 있는 복합 부품의 공동을 채우기 위해 사용될 수 있으며, 맨드릴은 이어서 풀아웃되어(pulled out) 제거될 크기로(예컨대, 단면 치수의 감소와 같이) 감소할 수 있다. 맨드릴의 기하학적 형상은 맨드릴이 미경화(uncured) 복합 부품에 삽입되도록 크기가 감소되고 이어서 아웃 오브 오토클레이브 경화 압력을 견딜 수 있는 솔리드 스티프너(solid stiffener)를 형성하도록 확장되는(expanded) 것을 허용한다. 맨드릴이 부품으로부터 제거되도록 경화 이후 크기가 감소될 수 있기 때문에, 맨드릴은 추가로 재사용 가능하다.
이제, 도 1을 참조하면, 예시적 실시예에 따라, 맨드릴(100)이 섬유 보강식 폴리머 수지의 다수의 플라이들(multiple plies)(도시 생략)을 포함하는 부품 레이업(102)을 형성하고 그리고/또는 경화하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 원하는 부품 형상으로 플라이들을 형성하기 위해, 섬유 보강식 폴리머 플라이들의 다수의 플라이들이 맨드릴(100) 위에 놓여진다. 부품 레이업(102)은 맨드릴(100)을 부분적으로 또는 전체적으로 둘러쌀 수 있어서, 맨드릴(100)이 부품 레이업(102)에 의해 적어도 실질적으로 봉입된다(enclosed). 맨드릴(100)은 툴 세그먼트(106)가 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징(104)을 포함하고, 엘라스토머릭 하우징(104)은 부품 레이업(102)으로부터 맨드릴(100)이 인출되는것(withdrawn)을 허용하기 위해 엘라스토머릭 하우징(104)이 플렉시블 상태로 배치될 때, 레이업이 콤팩트하게 되고(compacted) 그리고/또는 경화되는 것 어느 하나 이후에 내측으로 붕괴될 수 있는 엔클로저(enclosure)를 형성한다. 툴 세그먼트(106)는 제거를 허용하도록 확장되고 붕괴될 수 있다. 툴 세그먼트(106)는 다른 툴 세그먼트들과의 연결을 허용하는 조인트 링키지(joint linkage)(들)(108)를 더 포함할 수 있다. 툴 세그먼트(106)의 엘라스토머릭 하우징(104)은 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 강자성 컴포넌트들(110)을 더 포함한다. 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)은 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 포지셔닝되고 전자기 코일들(109)에 대해 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해서 자기장들을 생성하도록 작동 가능하다. 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 전자기 코일들(109)에 의해 척력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징(104)은 강성 표면 상태를 갖는다. 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 전자기 코일들(109)로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징(104)은 플렉셔블하거나 또는 붕괴된다.
또 다른 예에서, 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 전자기 코일들(109)에 의해 척력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징(104)은 제 1 볼륨을 갖는다. 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 전자기 코일들(109)로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징(104)은 제 1 볼륨보다 작은 제 2 볼륨을 가지며, 이에 따라, 경화되는 복합 부품으로부터 제거될 수 있다.
또한, 파워 소스(power source)(111)는 전자기 코일들(109)을 작동시키기 위해 툴 세그먼트(106) 내에 포함될 수 있다. 다른 예에서, 파워 소스(111)는 맨드릴(100)과 별개인 컴포넌트일 수 있고, 전자기 코일들(109)로의 전력 공급을 위해(power) 전자기 코일들(109)에 유선 연통될(wired communication) 수 있다.
맨드릴(100)은 Teflon®(E.I. du Pont de Nemours and Company) 코팅된 실리콘(silicone) 또는 경질 고무(hard rubber)와 같은 임의의 엘라스토머릭 재료로 형성될 수 있고, 맨드릴(100)이 다양한 형상들에 일치할 수 있도록 잘 휘어질(pliable) 수 있다. 엘라스토머릭 하우징(104)은, 예컨대, 그리고 제한 없이, 가요성 실리콘 고무로 형성될 수 있고, 그리고 이에 따라, 엘라스토머릭 하우징(104)은 가요성 하우징(flexible housing) 또는 엘라스토머 하우징(elastomer housing)일 수 있어, 하우징이 레이업에 손상 없이 그리고/또는 레이업에 대한 오염 없이 미경화 복합 레이업과 접촉할 수 있다.
강자성 컴포넌트들(110)은 임의의 유형의 자성 재료로 구성된 자석들(magnets)의 피스들일 수 있고, 미리 정해진 방식으로 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 배열될 수 있다. 일 예로서, 엘라스토머릭 하우징(104)은 강자성 컴포넌트들(110)이 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 매립되도록(embedded) 강자성 컴포넌트들(110)과 고무의 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 강자성 컴포넌트들(110)은 분극화된 자성 재료, 또는 네오디뮴-철-붕소와 같은 임의의 종류의 자성 재료를 포함하는 다른 유형의 영구 자석들 또는 임의의 희토류 자석들을 포함할 수 있다. 강자성 컴포넌트들(110)은 엘라스토머릭 하우징(104)의 벽들에 포함된 별개의 솔리드 컴포넌트들(이를테면, 자석 재료의 개별 피스들)일 수도 있고 또는 미리 정해진 방식으로 엘라스토머릭 하우징(104)의 표면 내에 균일하게 혼합되는 자성 입자들(magnetic particles)일 수 있다. 강자성 컴포넌트들(110)은 엘라스토머 하우징(elastomer housing)(104)에 매립된 더 작은 자성 입자들(예컨대, 작은 자석들의 피스들)을 더 포함할 수 있다. 임의의 유형의 자석들이 강자성 컴포넌트들(110)을 위해 사용될 수 있다. 또한, 강자성 컴포넌트들(110)은 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 배치되지만 엘라스토머릭 하우징(104)으로부터 분리되는 구조물들일 수 있다.
부품 레이업(102)은 임의의 다양한 복합 컴포넌트들, 구조물들 또는 부품들을 형성하도록 경화될 수 있고, 임의의 다양한 복합 컴포넌트들, 구조물들 또는 부품들은 이들의 길이들을 따라 균일하거나 불균일한 단면들을 갖는 전체 또는 부분 인클로저들(enclosures)을 형성한다. 예컨대, 경화된 부품은, 유체들을 이송하는데 사용되는 덕트(duct)(도시 생략) 또는 도관(conduit)(도시 생략), 이를테면, 예컨대 그리고 비 제한적으로, 차량들(vehicles)을 포함하여 다양한 적용들에 사용되는 공기 덕트들 및 연료 라인들을 포함할 수 있다. 부품 레이업(102)을 형성하기 위해 맨드릴(100) 및 툴 세그먼트(106)의 사용으로부터 이익을 얻을 수 있는 복합 부품의 예가 도 2에 예시된다.
도 2에서, 개시된 가요성 장치 및 경화 방법은 하나 또는 그 초과의 내부 공동들을 갖는 다양한 기하학적 형상들의 다양한 복합 수지 부품들을 경화하는데 채용될 수 있다. 예컨대, 그리고 제한 없이, 개시된 가요성 블래더 및 경화 방법은 섬유 보강식 복합 수지 스트링거(200)의 제작에 사용될 수 있다. 하나의 어레인지먼트(arrangement)에서, 스트링거(200)는 프리프레그(prepreg)의 다층(multi-ply) 레이업을 포함할 수 있다. 예시된 어레인지먼트에서, 스트링거(200)는 내부 스트링거 공동(204)을 형성하는 햇 섹션(hat section)(202), 횡방향으로 연장하는 한 쌍의 플랜지 섹션들(flange sections)(206) 및 경화 중에 플랜지 섹션들(206)과 함께 압착되는(consolidated) 실질적으로 평탄한 스킨 섹션(flat skin section)(208)을 포함한다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 스트링거의 대안의 기하학적 형상들이 가능하다.
스트링거(200)는 툴 세그먼트(106)가 맨드릴(100)에 삽입되는 상태의 맨드릴(100)에 부품 레이업(102)을 적용함으로써 도 1의 맨드릴(100) 및 툴 세그먼트(106)를 사용하여 제작될 수 있다. 경화 이후에, 부품 레이업(102)은 스트링거(200)를 형성한다. 툴 세그먼트(106)는 중공의 사다리꼴(hollow trapezoidal) 공간 또는 개구인 스트링거 공동(204)을 채운다. 툴 세그먼트(106)는 경화 동안 스트링거(200)의 형상(shape) 및 윤곽(contour)을 유지하도록 기능하고, 크기가 감소되도록 붕괴될 수 있고 경화 후에 제거 가능하다.
다른 실시예들에서, 스트링거(200)는 예비 성형되고(preformed) 경화되지 않는다. 맨드릴(100)은 맨드릴(100)이 스트링거 공동(204) 내에 포지셔닝될 수 있도록 크기가 감소될 수 있는 단면을 가질 수 있고, 맨드릴(100) 및 엘라스토머릭 하우징(104)이 경화 중에 스트링거(200)에 지지를 제공할 수 있도록 맨드릴(100)이 팽창될 때 대응하는 스트링거 공동(204)에 실질적으로 일치하는 형상을 갖는다. 예시된 실시예의 맨드릴(100)은 햇 형상 스트링거(200)와 일치하도록 사다리꼴 형상을 갖지만, 맨드릴은 다른 형상의 스트링거들과 일치하도록 임의의 수의 다른 형상들을 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로(substantially)"에 의해, 인용된 특성, 파라미터 또는 값이 정확히 성취될 필요는 없지만, 예컨대 허용 오차들(tolerances), 측정 오차(measurement error), 측정 정확도 한계들 및 당업자에게 공지된 다른 인자들(factors)을 포함하는 편차들 또는 변동들은, 특성이 제공하고자 의도하였던 효과를 배제하지 않는 양들(amounts)로 발생할 수 있음이 의미된다. 유사하게, 용어 "약(about)"은, 예컨대 허용 오차들, 측정 오차, 측정 정확도 한계들 및 당업자에게 공지된 다른 인자들을 포함하는 편차들 또는 변동들을 허용하는 인용된 특성, 파라미터 또는 값의 양태들, 그리고 또한 이러한 변동들을 제공하는데 합당한 양으로 확장하는 파라미터들의 범위들을 포함한다.
스트링거(200)를 위해 사용되는 예시적 복합 재료(composite material)는 일반적으로 경량 재료(lightweight material), 이를테면 미경화 사전 함침식 보강(pre-impregnated reinforcing) 테이프 또는 직물(즉, "프리프레그")일 수 있다. 테이프 또는 직물은 폴리머, 예컨대, 에폭시 또는 페놀과 같은 매트릭스 재료 내에 매립된 흑연 섬유들(graphite fibers)과 같은 복수 개의 섬유들을 포함할 수 있다. 테이프 또는 직물은 소망되는 보강의 정도에 따라 단방향(unidirectional)으로 될 수 있거나 직조(woven)될 수 있다. 이에 따라, 프리프레그 테이프 또는 패브릭은 맨드릴(100)(또는 몰드) 상에 놓여 맨드릴(100)에 의해 규정되는 바와 같이 스트링거(200)의 소망되는 형상으로 테이프 또는 패브릭을 예비 성형한다(pre-form). 스트링거(200)는 다양한 보강의 정도를 제공하기에 적합한 임의의 치수일 수 있고, 임의의 수의 프리프레그 테이프 또는 패브릭의 플라이들을 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 10은 예시적 실시예에 따라, 엘라스토머릭 하우징(104) 내부의 또는 엘라스토머릭 하우징(104) 상의 강자성 컴포넌트들(110)의 다양한 어레인지먼트들을 도시하는 엘라스토머릭 하우징(104)의 예시적 구성들을 예시한다. 도 3 내지 도 10에서, 엘라스토머릭 하우징(104)은 실질적으로 사다리꼴 형상을 갖는다. 이러한 사다리꼴 형상은, 경화를 위해, 도 2에 도시된 스트링거(200)의 스트링거 공동(204)을 채우기에 적합하게 작용한다. 다른 예들에서, 엘라스토머릭 하우징(104)은 복합 부품의 특정 공동을 채우기 위해 필요한 다른 형상들로 구성될 수 있다. 예로서, 엘라스토머릭 하우징(104)은 삼각형 형상 대신에 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 또 다른 예들에서, 엘라스토머릭 하우징(104)은 둥근 햇 형상(rounded hat shape)을 형성할 수 있거나, 맨드릴(100)의 적용에 따라 또 다른 형상들이 가능하다.
도 3은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110)이 엘라스토머릭 하우징(104)의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽 내에 매립되는 엘라스토머릭 하우징(104)의 예시적 구성을 예시한다. 도 3에서, 엘라스토머릭 하우징(104)은 외벽(120) 및 내벽들(122, 124)을 포함한다. 강자성 컴포넌트들(110)은 외벽(120)과 내벽(122) 사이에 매립된다. 강자성 컴포넌트들(110)은 미리 정해진 방식으로 벽 내에 배열된 재료의 피스들의 스트립들로 도시된다. 내벽들(122, 124)은, 예컨대 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 있는 선택적 2 차 내부 구조물 또는 블래더를 규정할 수 있다. 강자성 컴포넌트들(110)은 이러한 2 차 내부 구조물의 외부에 포지셔닝될 수 있다.
도 4는 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110)이 엘라스토머릭 하우징(104)의 벽(126) 내에 매립되는 엘라스토머릭 하우징(104)의 다른 예시적 구성을 예시한다. 벽(126)은 외부 표면(128) 및 내부 표면(130)에 의해 규정될 수 있다. 이러한 예에서, 강자성 컴포넌트들(110)은 벽(126) 내에 분산된 재료의 원형의 피스들로 도시되어 있지만, 강자성 컴포넌트들(110)은 맨드릴(100)의 특정 적용에 대해 소망하는 바와 같은 임의의 크기 또는 형상일 수 있다.
도 5는 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110)이 엘라스토머릭 하우징(104)의 벽(126)의 내부 표면(128) 상에 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징(104)의 다른 예시적 구성을 예시한다. 벽(126)은 내부 표면(128) 및 외부 표면(130)을 가지며, 도 5에 도시된 구성에서, 강자성 컴포넌트들(110)은 벽(126)의 내부 표면(128) 상에 포지셔닝되는 자성 재료의 스트립들을 포함한다. 강자성 컴포넌트들(110)은, 예컨대 에폭시를 사용하여 내부 표면(128)상의 포지션에 접착 고정될(adhesive fixed) 수 있다.
도 6은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110)이 엘라스토머릭 하우징(104)의 벽(126)의 외부 표면(130) 상에 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징104)의 다른 예시적 구성을 예시한다. 이러한 구성에서, 강자성 컴포넌트들(110)은 예컨대 에폭시를 사용하여 외부 표면(130)상의 포지션에 접착 고정될 수 있다. 게다가, 도 6에서, 강자성 컴포넌트들(110)은 강자성 컴포넌트들이 외부 표면(130)과 동일 높이가 되도록(flush with) 외부 표면(130)에 매립된다. 이는 강자성 컴포넌트들(110)에 의해 유발되는 최종 경화된 부품에서 마크 오프(mark off) 또는 다른 압입부들(indentations)을 회피하기 위한 설치물에 유용할 수 있다.
이에 따라, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 강자성 컴포넌트들(110) 또는 분극화된 자성 재료는 엘라스토머릭 하우징(104)의 내부 표면(128) 또는 외부 표면(130) 상에 포지셔닝될 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 강자성 컴포넌트들(110)은 엘라스토머릭 하우징(104) 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 포지셔닝된다. 그러나, 일부 예들에서, 강자성 컴포넌트들(110)은, 예컨대 벽(126)의 일 측면만을 따라, 또는 벽(126)의 상부 및 저부를 따라, 또는 벽(126)의 측면들을 따라, 또는 벽(126)의 상부, 저부 및 측면들의 임의의 조합을 따라 포지셔닝될 수 있다. 예를 들어, 일부 예들에서, 컴포넌트들은 엘라스토머릭 하우징(104)의 전체 표면 강성을 요구하는 적용으로 인해 고르게(evenly) 분배될 수 있으며, 다른 예들에서, 컴포넌트들은 경화 중 소정 로케이션들에서의 압력에 대한 필요성 및 경화 상태의 부품 구성에 대응하는 특정 로케이션들에 포지셔닝될 수 있다.
도 7은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110)이 벽(126)의 내부 표면(128) 상에 코팅(132)을 포함하는 엘라스토머릭 하우징(104)의 다른 예시적 구성을 예시한다. 도 8은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110)이 벽(126)의 외부 표면(130) 상에 코팅(132)을 포함하는 엘라스토머릭 하우징(104)의 다른 예시적 구성을 예시한다. 코팅(132)은 벽의 표면에 적용될 수 있는 호일(foil)과 같은 자성 재료의 박막(thin film)을 포함할 수 있다. 코팅(132)의 두께는 사용된 재료의 유형에 의존할 수 있으며, 몇몇 경우들에는, 예컨대, 약 0.05 인치 내지 약 2 인치를 포함할 수 있다. 코팅(132)은 또한 경화 프로세스 동안 충분한 유연성(flexibility)을 제공할 수 있다.
도 9는 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110a, 110b)의 일부가 엘라스토머릭 하우징(104)의 중심선(134)에 대해 선형으로 수직하도록 엘라스토머릭 하우징(104)을 따라 횡방향으로 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징(104)의 예시적 구성을 예시한다. 게다가, 강자성 컴포넌트(110c)와 같은 다른 강자성 컴포넌트들이 중심선(134)에 대해 약 45 °의 각도로 포지셔닝될 수 있다.
도 10은 예시적 실시예에 따라, 강자성 컴포넌트들(110a, 110b)의 일부가 엘라스토머릭 하우징의 중심선(134)에 대해 선형으로 수평하도록 엘라스토머릭 하우징(104)을 따라 길이방향으로 포지셔닝되는 엘라스토머릭 하우징(104)의 예시적 구성을 예시한다. 다시 이러한 구성에서, 강자성 컴포넌트(110c)는 중심선(134)에 대해 약 45 °의 각도로 포지셔닝될 수 있다.
이에 따라, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 강자성 컴포넌트들(110) 또는 분극화된 자성 재료는 중심선(134)에 대해 선형으로 수직하도록 엘라스토머릭 하우징(104)을 따라 횡방향으로 또는 중심선(134)에 대해 선형으로 수평하도록 엘라스토머릭 하우징(104)을 따라 길이방향으로 포지셔닝될 수 있다. 또한, 강자성 컴포넌트들(110)의 레이아웃들의 임의의 조합은 횡방향으로, 길이방향으로, 대각선으로, 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 또는 이러한 어레인지먼트들 전부에도 포지셔닝되는 강자성 컴포넌트들(110)을 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 각각의 상이한 구성은 경화 중인 부품의 구성에 기초하여 필요한 압력의 최적화를 위해 사용될 수 있다.
도 11은 예시적 실시예에 따라, 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 포지셔닝되는 전자기 코일(109)을 갖는 엘라스토머릭 하우징(104)의 예시적 구성을 예시한다. 도 11에 도시된 예에서, 전자기 코일(109)은 엘라스토머릭 하우징(104)의 벽(126)의 상부, 저부 및 측면들로부터 등거리에(equidistance) 포지셔닝된다. 일부 예들에서, 전자기 코일(109)은 예컨대, 엘라스토머릭 하우징(104)이 원형일 수 있는 경우들에 벽(126)의 내부 표면(128)의 부분들로부터 등거리에 포지셔닝될 수 있다.
도 11은 강성 외부 표면(130)을 갖는 엘라스토머릭 하우징(104)을 예시한다. 도 11에서, 전자기 코일(109)은 화살표들로 도시된 바와 같이 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 외측방으로 척력을 작용시키기 위해 자기장들을 생성하도록 작동된다. 이렇게 하여, 자기장은 강자성 컴포넌트들(110)을 전자기 코일(109)로부터 멀어지게 밀어낸다(push). 전자기 코일(109)은 자기장들을 생성하도록 작동될 때 엘라스토머릭 하우징(104) 내에서 떠있는다(suspended within). 작동되지 않을 때, 전자기 코일(109)은 중력으로 인해 엘라스토머릭 하우징(104)의 저부 벽으로 떨어질 수 있다. 전자기 코일(109)은 대안으로 엘라스토머릭 하우징(104)의 중심 영역(center area) 내에서 전자기 코일(109)을 유지하는 엘라스토머릭 하우징(104) 내부의 컨테이너(container) 내에 포지셔닝될 수 있다.
도 12는 예시적 실시예에 따라, 엘라스토머릭 하우징(104) 내에 포지셔닝되고 엘라스토머릭 하우징(104)을 붕괴시키도록 작동되는 전자기 코일(109)을 갖는 엘라스토머릭 하우징(104)의 예시적 구성을 예시한다. 전자기 코일(109)은 강자성 컴포넌트들(110)에 벽(126)의 내부 표면(128) 및 외부 표면(130)을 끌어 당기는(draws) 전자기 코일(109)로 인력을 작용시키도록 작동된다. 이에 따라, 엘라스토머릭 하우징(104)은 이 상태에서 내측방으로 붕괴된다. 전자기 코일(109)은 강자성 컴포넌트들(110)의 구성 및 배치로 인해 엘라스토머릭 하우징(104)의 모든 측면들에 고르게 인력을 작용시키도록 활성화될 수 있다. 전자기 코일(109)이 엘라스토머릭 하우징(104)의 중심 영역 내에서 떠있거나 달리 장착되는 경우의 예들에서, 엘라스토머릭 하우징(104)의 모든 측면들의 고른 분포의 인력의 작용이 보다 유용할 수 있다.
도 11에서, 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 전자기 코일(109)에 의해 척력이 작용되고, 엘라스토머릭 하우징(104)은 도시된 바와 같이 제 1 볼륨을 갖는다. 도 12에서, 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 전자기 코일(109)로 인력이 작용되며, 엘라스토머릭 하우징(104)은 제 1 볼륨보다 작은 제 2 볼륨을 갖는다. 이런 식으로, 엘라스토머릭 하우징(104)은 붕괴될 수 있다.
전자기 코일(109)을 작동시키기 위해, 제 1 전류가 전자기 코일에 적용되어 자기장들을 생성하여 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 인력이 작용할 수 있고, 제 1 전류와 반대 방향인 제 2 전류가 전자기 코일(109)에 적용되어 자기장들을 생성하여 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 척력이 작용할 수 있다. 전자기 코일(109)의 작동은, 이를테면, 엘라스토머릭 하우징(104)의 팽창 및 수축을 위한 파워 소스(111)를 수동으로(manually) 작동시키는 것과 같이 수동일 수 있다. 다른 예들에서, 전자기 코일(109)의 작동은 필요에 따라 강성 또는 가요성 외부 표면(130)을 유발하기 위해서 강자성 컴포넌트들(110)로 인력을 작용시키거나 척력을 작용시키도록 파워 소스(111)가 전자기 코일(109)에 대응하는 극성의 전류를 제공하는 것을 유발하게 프로그래밍된 마이크로프로세서를 사용하는 프로그램 방식으로 수행될 수 있다. 더 많거나 더 적은 파워가 전자기 코일(109)에 제공되어 더 강하거나 더 약한 자기장들을 생성하는 것을 유발할 수 있다. 자기장의 강도는 사용의 적용에 기초하여 또는 예컨대, 얼마나 많은 강자성 재료가 엘라스토머릭 하우징(104)에 포함되는지에 기초하여 판정될 수 있다.
강자성 컴포넌트들(110)이 엘라스토머릭 하우징(104)을 통해 고르게 분포되면, 전자기 코일(109)에 의해 생성된 자기장은 고르게 분포되어 엘라스토머릭 하우징(104)의 벽(126)에 균일하게 인력을 작용시키거나 척력을 작용시킬 수 있다. 일 예에서, 전자기 코일(109)은 엘라스토머릭 하우징(104)의 단면을 따라 전자기 코일(109)로 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 자기장들을 생성한다. 다른 예들에서, 전자기 코일(109)은 엘라스토머릭 하우징(104)의 길이를 따라 전자기 코일(109)로 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 자기장들을 생성한다. 게다가 또한, 전자기 코일(109)은 엘라스토머릭 하우징(104)의 길이를 따라 그리고 횡단면을 따라 전자기 코일(109)로 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 자기장들을 생성할 수 있다. 전자기 코일(109)의 작동은, 예컨대, 경화 중인(undergoing cure) 부품의 구성에 기초하여 필요에 따라 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 수행될 수 있다.
도 13은 예시적 실시예에 따라, 엘라스토머릭 하우징(104) 내에서 서로 연결되는 복수 개의 툴 세그먼트들(106)을 포함하는 맨드릴(100)의 예를 예시한다. 이러한 예시적 구성에서, 각각의 툴 세그먼트(106)는 전자기 코일(109)을 포함하고 엘라스토머릭 하우징(104)은 강자성 컴포넌트들(110)을 포함한다. 또한, 맨드릴(100)은 순차적인 방식으로 복수 개의 툴 세그먼트들(106)을 커플링하거나 연결하는 복수 개의 조인트 링키지들(joint linkages)(108)을 포함한다. 파워 소스(111)는 엘라스토머릭 하우징(104)의 외부에 포지셔닝되고, 그리고, 예컨대, 파워 케이블들(173, 174, 175)을 통해 전자기 코일들(109) 각각에 연결된다. 복수 개의 조인트 링키지들(108)은 서로에 대해 복수 개의 툴 세그먼트들(106)의 이동을 허용한다.
이에 따라, 도 13에 도시된 예시적 구성에서, 각각의 툴 세그먼트(106)는 전자기 코일(109)을 포함하고 파워 소스(111)는 모든 툴 세그먼트들(106)을 동시에 작동시키도록 기능한다. 인터로킹 툴 세그먼트들(interlocking tool segments)(106)은 가요성 탄성 블래더(flexible elastic bladder)일 수 있는 엘라스토머릭 하우징(104) 내부에 포지셔닝되고, 조인트 링키지들(108)은 맨드릴(100)이 스트링거 내부의 윤곽에 피팅(fit)할 수 있고 그리고 또한 강성을 유지할 수 있도록 맨드릴(100)의 유연성을 허용한다. 일부 예들에서, 툴 세그먼트들(106)중 일부는 맨드릴(100)이 부품의 길이를 따라 부품 단면들의 변화(variations)들을 수용하는 것을 허용하도록 상이한 단면들을 가질 수 있다.
조인트 링키지들(108)은 툴 세그먼트들(106) 사이에 분리를 제공하고, 툴 세그먼트들(106) 간의 이동을 허용한다. 파워 케이블들(173, 174, 175)은 각각의 툴 세그먼트(106)를 통해 포지셔닝되고 각각의 조인트 링키지(108)에 부착된다.
조인트 링키지들(108)은 툴 세그먼트들(106)의 실질적으로 중심 구역(center region)에 커플링되고, 다수의 연결된 플레이트들(176)이 인접한 툴 세그먼트들(106) 사이의 각각의 갭들을 봉입하도록 제공된다. 다수의 연결된 플레이트들(176)은 서로에 대해 툴 세그먼트들(106)의 이동을 허용하도록 서로 슬라이딩 이동한다.
도 14는 예시적 실시예에 따라, 다수의 연결된 플레이트들(176)의 예를 예시한다. 다수의 연결된 플레이트들은 플레이트들(180, 182, 184, 및 186)을 포함한다. 플레이트(180)는 피봇 점(pivot point)(188)에서 플레이트(182)에 연결된다. 플레이트(182)는 피봇 점(190)에서 플레이트(184)에 연결된다. 플레이트(184)는 피봇 점(192)에서 플레이트(186)에 연결된다. 다수의 연결된 플레이트들(176)은 엘보우 조인트(elbow joint)와 같이 작용하며, 플레이트들(180, 182, 184, 및 186)이 서로 슬라이딩하여 툴 세그먼트들(106) 사이의 갭들을 봉입하면서 이동을 허용한다. 플레이트들(180, 182, 184 및 186)은 이동을 허용하는 금속 플레이트들, 플라스틱 플레이트들, 고무 플레이트들 등일 수 있다.
도 14에 도시된 맨드릴(100)은 특정 사용을 위해 필요에 따라 임의의 수의 툴 세그먼트들(106)을 갖도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 복합 부품의 보수를 위해, 맨드릴의 전체 길이는 길이가 약 6 내지 12 인치일 수 있고, 각각의 툴 세그먼트(106)는 수 인치(예컨대, 3 내지 5 인치 피스들)일 수 있다. 맨드릴(100)의 길이는 단부 조인트 링키지에서 다른 툴 세그먼트(106)에 부착함으로써 연장될 수 있다.
작동시, 보수를 위해, 맨드릴(100)은 복합 부품의 공동에 피팅하도록 수축 또는 붕괴되도록 작동될 수 있고, 이어서, 공동의 길이 아래 윤곽에 일치하도록 작동될 수 있다. 붕괴될 수 있는 맨드릴(collapsible mandrel)(100)은 전자기 코일들(109)의 커런트 다운 전자기 체인(current down electromagnetic chain)을 제공함으로써 작동되어, 생성된 자기장이 엘라스토머릭 하우징(104)의 내부 표면(128)에 대해 척력을 작용시켜 맨드릴이 확장(expand)하거나 팽창(inflate)하는 것을 유발한다. 맨드릴(100)은 윤곽이 잡힌 영역(contoured area) 내로 삽입될 수 있고, 이어서 팽창되어 구조적 강성 컴포넌트로서 사용될 수 있다. 전류가 반대로될(reversed) 때, 생성된 자기장이 반대로 되어 엘라스토머릭 하우징(104)의 벽(126)은 맨드릴(100)이 그 영역으로부터 쉽게 제거될 수 있도록 붕괴된다. 자기장의 세기(intensity)는 적용된 전류의 양에 의해 판정될 수 있다. 이는 경화되는 복합재(composite)에 대한 맨드릴(100)의 압력이 미세하게 조정되는 것을 가능케 한다.
도 15는 예시적 실시예에 따라, 맨드릴(100)을 작동시키기 위한 예시적인 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 15에 도시된 방법(300)은, 예컨대, 도 1에 도시된 맨드릴을 위해 사용될 수 있는 방법의 실시예를 제시한다. 일부 예들에서, 맨드릴(100)의 컴포넌트들은 특정 방식으로 작동될 때와 같이 기능들을 수행하는데 적응되거나 가능하거나 적합하도록 배열될 수 있다. 방법(300)은 블록들(302 내지 308) 중 하나 또는 그 초과의 블록에 의해 예시된 바와 같이 하나 또는 그 초과의 작동들, 기능들 또는 작용들을 포함할 수 있다. 블록들이 순차적인 순서로 예시되어 있지만, 이들 블록들은 또한 동시에 수행될 수 있고 그리고/또는 본원에서 설명된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 다양한 블록들이 소망하는 구현에 기초하여, 더 적은 블록들로 조합될 수 있고, 추가 블록들로 분할될 수 있고 그리고/또는 제거될 수 있다.
본원에 개시된 이러한 프로세스 및 다른 프로세스 그리고 방법들에 대해, 흐름도들이 본 실시예들의 하나의 가능한 구현의 기능성(functionality) 및 작동을 도시하는 것으로 이해되어야 한다. 대안적인 구현들은 본 개시의 예시적 실시예들의 범주 내에 포함되는데, 여기서, 기능들은 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 수반된 기능성에 따라, 실질적으로 동시에 또는 반대 순서(reverse order)를 포함하여 도시되거나 논의된 순서를 벗어난 순서로 실행될 수 있다.
블록(302)에서, 방법(300)은 강자성 컴포넌트들(110)을 갖는 엘라스토머릭 하우징(104)을 제공하는 단계를 포함한다. 블록(304)에서, 방법(300)은 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)로 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하기 위해 엘라스토머릭 하우징(104)의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)을 작동시키는 단계를 포함한다. 블록(306)에서, 방법(300)은 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)에 의해 척력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징(104)이 강성 표면 상태를 갖는 단계를 포함한다. 블록(308)에서, 방법(300)은 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징(104)이 붕괴되는 단계를 포함한다.
도 16은 예시적 실시예에 따라, 맨드릴(100)을 작동시키기 위한 다른 예시적 방법(320)의 흐름도를 도시한다. 블록(322)에서, 방법(320)은 경화되는 복합 부품(200)의 내부 공동(204) 내로 엘라스토머릭 하우징(104)을 삽입하는 단계를 포함한다. 블록(324)에서, 방법(320)은 엘라스토머릭 하우징(104)이 강성 표면 상태를 갖는 것을 유발하도록 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)에 의해 척력이 작용되도록 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하기 위해 엘라스토머릭 하우징(104)의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)을 작동시키는 단계를 포함한다. 블록(326)에서, 방법(320)은 엘라스토머릭 하우징(104)이 복합 부품(200)의 경화 후에 붕괴되는 것을 유발하도록 엘라스토머릭 하우징(104)의 강자성 컴포넌트들(110)에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)로 인력을 작용시키도록 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하기 위해 엘라스토머릭 하우징(104)의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(109)을 후속하여 작동시키는 단계를 포함한다. 블록(328)에서, 방법(320)은 복합 부품(200)의 내부 공동(204)로부터 엘라스토머릭 하우징(104)을 제거하는 단계를 포함한다.
일부 예들에서, 맨드릴(100)은 경화 동안 하나 초과의 에너자이징된 사이클(energized cycle) 동안 내내 진행하도록 작동될 수 있어, 엘라스토머릭 하우징(104)이 예컨대, 하나의 에너자이징된 사이클 이후에 제거되지 않을 수 있도록 경화될 부품의 유형에 따라 엘라스토머릭 하우징(104)이 강성 표면 상태 및 붕괴 상태를 다수 회(multiple times) 갖는 것을 유발한다.
이에 따라, 작동시, 맨드릴(100)은 경화를 위한 강성 표면 상태를 갖도록 작동될 수 있고, 이어서 경화된 부품으로부터 제거되도록 붕괴될 수 있다. 자성 컴포넌트들 및 자기장의 사용은 툴링 적용들에 필요한 공압 또는 다른 압력의 사용을 대체한다.
예들 내에서, 맨드릴(100)은 복합 부품들의 제조 동안 또는 복합 부품들의 보수 동안 사용될 수 있다. 본 개시의 실시예들은 다양한 잠재적 적용들에서, 특히 예컨대, 항공 우주(aerospace), 해양(marine), 자동차 적용들(automotive applications) 및 복합 부품들의 오토클레이브 경화가 사용될 수 있는 다른 적용을 포함하는 운송 산업에서의 용도를 발견할 수 있다. 일 예로서, 본 개시의 실시예들은 항공기 제조 및 서비스의 맥락에서 사용될 수 있다. 개시된 실시예들의 항공기 적용들은 예컨대, 제한 없이, 단지 몇 개만 예를 들면(to name only a few), 빔들(beams), 스파들(spars) 및 스트링거들(stringers)과 같은 스티프너 부재들의 경화를, 제한없이 포함할 수 있다.
또한, 본 개시는 하기 항목들에 따른 실시예들을 포함한다:
항목 1. 맨드릴로서, 강자성 컴포넌트들을 갖는 엘라스토머릭 하우징(elastomeric housing); 및 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되고 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들을 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 작동 가능한 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 포함하며, 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태를 가지며, 그리고 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들이 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징이 붕괴되는, 맨드릴.
항목 2. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 엘라스토머릭 하우징은 강자성 컴포넌트들 및 고무의 혼합물을 포함한다.
항목 3. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 강자성 컴포넌트들은 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽 내에 매립된다.
항목 4. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 강자성 컴포넌트들은 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽의 내부 표면 상에 포지셔닝된다.
항목 5. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 강자성 컴포넌트들은 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽의 외부 표면 상에 포지셔닝된다.
항목 6. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 강자성 컴포넌트들은 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽의 내부 표면 또는 외부 표면 상의 코팅을 포함한다.
항목 7. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 강자성 컴포넌트들은 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수직하도록 엘라스토머릭 하우징을 따라 횡방향으로 포지셔닝된다.
항목 8. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 강자성 컴포넌트들은 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수평하도록 엘라스토머릭 하우징을 따라 길이 방향으로 포지셔닝된다.
항목 9. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들로부터 등거리에 포지셔닝된다.
항목 10. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 제 1 전류를 수신함으로써 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 작동되고, 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 제 1 전류와 반대 방향인 제 2 전류를 수신함으로써 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장을 생성하도록 작동된다.
항목 11. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 작동될 때 엘라스토머릭 하우징 내에서 떠 있는다(suspended within).
항목 12. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 엘라스토머릭 하우징의 단면을 따라 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성한다.
항목 13. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 엘라스토머릭 하우징의 길이를 따라 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성한다.
항목 14. 항목 1의 맨드릴에 있어서, 맨드릴은 엘라스토머릭 하우징 내에 있고 순차적인 방식으로 커플링되는 복수 개의 툴 세그먼트들을 더 포함하며; 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 복수 개의 툴 세그먼트들 내의 복수 개의 전자기 코일들을 포함한다.
항목 15. 맨드릴로서, 분극화된 자성 재료를 갖는 엘라스토머릭 하우징; 및 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되고 엘라스토머릭 하우징의 분극화된 자성 재료를 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 작동 가능한 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 포함하며, 엘라스토머릭 하우징의 분극화된 자성 재료에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징은 제 1 볼륨을 가지며, 그리고 엘라스토머릭 하우징의 분극화된 자성 재료에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징은 제 1 볼륨보다 더 작은 제 2 볼륨을 갖는, 맨드릴.
항목 16. 항목 15의 맨드릴에 있어서, 분극화된 자성 재료는 강자성 컴포넌트들을 포함하고, 엘라스토머릭 하우징은 강자성 컴포넌트들 및 고무의 혼합물을 포함한다.
항목 17. 항목 15의 맨드릴에 있어서, 분극화된 자성 재료는 엘라스토머릭 하우징의 내부 벽 또는 외부 표면 상에 포지셔닝된다.
항목 18. 항목 15의 맨드릴에 있어서, 분극화된 자성 재료는 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수직하도록 엘라스토머릭 하우징을 따라 횡방향으로 또는 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수평하도록 엘라스토머릭 하우징을 따라 길이 방향으로 포지셔닝된다.
항목 19. 방법으로서, 강자성 컴포넌트들을 갖는 엘라스토머릭 하우징을 제공하는 단계; 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들을 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 엘라스토머릭 하우징의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 작동시키는 단계를 포함하며, 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태를 가지며, 그리고 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들이 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징이 붕괴되는, 방법.
항목 20. 항목 19의 방법에 있어서, 경화되는 복합 부품의 내부 공동 내로 엘라스토머릭 하우징을 삽입하는 단계; 엘라스토머릭 하우징이 강성 표면 상태를 갖는 것을 유발하도록 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 엘라스토머릭 하우징의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 작동시키는 단계; 엘라스토머릭 하우징이 복합 부품의 경화 후에 붕괴되는 것을 유발하도록 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 엘라스토머릭 하우징의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 후속하여 작동시키는 단계; 및 복합 부품의 내부 공동으로부터 엘라스토머릭 하우징을 제거하는 단계를 포함한다.
상이한 유리한 어레인지먼트들의 설명이 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시되고, 개시된 형태의 실시예들로 한정 또는 제한되도록 의도되지 않는다. 많은 수정예들 및 변경예들이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 상이한 유리한 실시예들이 다른 유리한 실시예들에 비해서 상이한 이점들을 설명할 수 있다. 선택된 실시예 또는 실시예들은, 실시예들, 실제 적용의 원리들을 설명하고, 예측되는 특별한 용도에 적합하게 되는 다양한 수정들을 갖는 다양한 실시예들에 대한 개시를 당업자들이 이해하도록 선정되고 설명된다.

Claims (16)

  1. 맨드릴(mandrel)로서,
    강자성 컴포넌트들(ferromagnetic components)을 갖는 엘라스토머릭 하우징(elastomeric housing); 및
    상기 엘라스토머릭 하우징 내에 포지셔닝되고 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나(repel) 인력을 작용시키기(attract) 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들(magnetic fields)을 생성하도록 작동 가능한 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들(electro-magnetic coils)을 포함하며,
    상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될 때, 상기 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태(rigid surface state)를 가지며, 그리고 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징이 붕괴되는(collapsed),
    맨드릴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엘라스토머릭 하우징은 강자성 컴포넌트들 및 고무의 혼합물을 포함하는,
    맨드릴.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성 컴포넌트들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽 내에 매립되는(embedded),
    맨드릴.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성 컴포넌트들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽의 내부 표면 상에 포지셔닝되는,
    맨드릴.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성 컴포넌트들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽의 외부 표면 상에 포지셔닝되는,
    맨드릴.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성 컴포넌트들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들 중 적어도 하나의 벽의 내부 표면 또는 외부 표면 상의 코팅을 포함하는,
    맨드릴.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성 컴포넌트들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수직하도록(linearly perpendicular) 상기 엘라스토머릭 하우징을 따라 횡방향으로(laterally) 포지셔닝되는,
    맨드릴.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성 컴포넌트들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 중심선에 대해 선형으로 수평하도록(linearly parallel) 상기 엘라스토머릭 하우징을 따라 길이방향으로(longitudinally) 포지셔닝되는,
    맨드릴.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 복수 개의 벽들로부터 등거리에 포지셔닝되는,
    맨드릴.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 제 1 전류를 수신함으로써 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키기 위해 상기 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 작동되고, 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 상기 제 1 전류와 반대 방향인 제 2 전류를 수신함으로써 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 상기 엘라스토머릭 하우징의 강자성 컴포넌트들에 인력을 작용시키기 위해 상기 하나 또는 그 초과의 자기장을 생성하도록 작동되는,
    맨드릴.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 상기 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 작동될 때 상기 엘라스토머릭 하우징 내에서 떠 있는(suspended within),
    맨드릴.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 단면(cross-section)을 따라 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하는,
    맨드릴.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 상기 엘라스토머릭 하우징의 길이(length)를 따라 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키도록 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하는,
    맨드릴.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엘라스토머릭 하우징 내에 있고 순차적인 방식으로(sequential manner) 커플링되는 복수 개의 툴 세그먼트들(tool segments)을 더 포함하며;
    상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들은 상기 복수 개의 툴 세그먼트들 내의 복수 개의 전자기 코일들을 포함하는,
    맨드릴.
  15. 강자성 컴포넌트들을 갖는 엘라스토머릭 하우징을 제공하는 단계; 및
    상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 척력을 작용시키거나 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 상기 엘라스토머릭 하우징의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 작동시키는 단계를 포함하며, 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력이 작용될 때, 상기 엘라스토머릭 하우징은 강성 표면 상태를 가지며, 그리고 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 상기 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력이 작용될 때, 엘라스토머릭 하우징이 붕괴되는,
    방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    경화되는 복합 부품(composite part)의 내부 공동(internal cavity) 내로 상기 엘라스토머릭 하우징을 삽입하는 단계;
    상기 엘라스토머릭 하우징이 상기 강성 표면 상태를 갖는 것을 유발하도록 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들에 의해 척력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 상기 엘라스토머릭 하우징의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 작동시키는 단계;
    상기 엘라스토머릭 하우징이 상기 복합 부품의 경화 후에 붕괴되는 것을 유발하도록 상기 엘라스토머릭 하우징의 상기 강자성 컴포넌트들에 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들로 인력을 작용시키기 위해 하나 또는 그 초과의 자기장들을 생성하도록 상기 엘라스토머릭 하우징의 하나 또는 그 초과의 전자기 코일들을 후속하여 작동시키는 단계; 및
    상기 복합 부품의 상기 내부 공동으로부터 상기 엘라스토머릭 하우징을 제거하는 단계를 포함하는,
    방법.
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