KR20180018540A - 합성 재료의 얇은 필름을 절단하기 위한 유닛 - Google Patents

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엘리제 디레아노
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상트르 테크닉 데 에디스트리스 메카닉스
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Abstract

본 발명의 한 특징은 작업대에 미끄럼 방지 코팅부와 슈가 작업대 상에 한 위치에 고정되어 있는 동안 합성 재료의 얇은 레이어에 대해 슈가 이동하는 것을 허용하는 매끄러운 베어링 표면을 가진 슈의 동시 구현에서 발견할 수 있다.
슈가 합성 재료의 얇은 레이어에 충분한 압력을 가하고, 그래서 후자는 미끄럼 방지 코팅부를 파지하고 고정된 위치에 유지되는 것이 보일 것이다. 하지만, 이 압력은 매끄러운 베어링 표면과 합성 재료의 얇은 레이어 사이의 마찰력이 증가하는 것을 넘어 한계 값(a limit value)을 초과할 수 없을 것이다. 이 압력은 예를 들어, 7000Pa과 18000Pa 사이이다.
따라서, 단순히 슈의 매끄러운 배어링 표면과 합성 재료 사이의 합성 재료에 관한 동적 마찰계수보다 더 큰 합성 재료에 관한 정지 마찰계수를 가지는 미끄럼 방지 코팅부의 구현함으로써, 슈는 비교적 복잡하고 비싼 흡입 수단을 구현시키는 것이 필요 없는 합성 재료의 절단을 목적으로 합성재료의 얇은 레이어 위로 이동 되어진다.

Description

합성 재료의 얇은 필름을 절단하기 위한 유닛
본 발명은 합성 재료의 얇은 레이어(layers)를 절단하기 위한 유닛에 관한 것이다.
적용의 하나의 의도된 분야는 특히, 그러나 배타적이지는 않지만, 고분자 재료의 레이어, 그리고 좀 더 구체적으로는 복합 재료의 레이어를 절단하는 분야이다.
기존의 절단 유닛들은 고속으로 의류를 생산하는 목적으로 대량의 직물재료의 레이어를 절단하는 목적에 알맞다.
이러한 유닛들은 흡기구가 달린 평평한 작업대를 포함한다. 그들은 또한 작업대 위에서 제1방향으로 병진 이동할 수 있도록 장착된 빔(beam), 그리고 제 1방향에서 기본적으로 수직인 방향에서 빔 위에 병진 이동 할 수 있도록 자체 장착된 절단헤드를 포함한다. 절단헤드는 베어링 표면(a bearing surface)을 가진 슈(shoe)와 베어링 표면으로부터 돌출하는 동안에 왕복 운동하도록 설계된 재단기(a cutting blade)를 포함한다.
따라서, 직물재료의 레이어는 작업대 위에 적재되고 기밀 플라스틱 필름은 이를 작업대의 흡입구(the suction openings)를 통하여 공기를 빨아들임으로써 모든 이를 레이어를 압축시킬 수 있도록 전체에 적용된다. 이 때, 전체는, 한 블록으로, 작업대와 하나로 되어있고 절단하기 더 용이한 매트(mat)를 형성한다.
유닛은 또한 제어장치를 포함하고, 이는 미리 정의된 절단 프로그램을 사용하여 재단기의 왕복 운동을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 매트로 압축된 레이어의 세트로부터 미리 설정된 형태를 절단할 수 있도록 빔(beam)과 절단헤드를 동시에 병진 이동 시킬 수 있다. 따라서, 복수의 동일한 조각의 직물재료가 절단된다.
유연한 고분자 재료의 레이어에서부터 조각들을 절단하는 그러한 기술을 사용하는 것은 상상되어 왔다. 특히 US 2008/0273951 문헌을 참조할 수 있다. 이 문헌은 유연성 레이어가 작업대 상에 고정된 위치에 유지될 수 있는 다공성 작업대, 그리고 절단헤드가 이동하는 방향에 대해 슈의 전면에 접힘을 제거할 수 있는 슈를 가진 절단헤드를 기술한다.
이러한 유닛들은 상대적으로 구현하기 복잡하고 따라서 더 비싸다. 추가로, 발생하는 문제이자 본 발명이 해결하려는 문제는 높은 생산성으로 합성 재료의 얇은 레이어로부터 조각으로 절단하는 더 단순한 절단 유닛을 제공하는 것이다.
그 목적을 달성하기 위해, 제안된 것은 합성 재료의 얇은 레이어를 절단하기 위한 유닛이며, 유닛은 한편으로 합성 재료의 얇은 레이어를 수용하기 위한 작업대를 포함하고, 다른 한 편으로 매끄러운 베어링 표면(a smooth bearing surface)을 가진 슈(shoe)와 매끄러운 베어링 표면으로부터 돌출 할 수 있는 절단 부재(a cutting member)를 포함한 절단헤드를 포함하고, 매끄러운 베어링 표면은 슈가 합성 재료의 얇은 레이어를 절단할 수 있도록 미리 정의된 궤적에 따라 작업대에 실질적으로 평행하게 움직여지는 동안 합성 재료의 얇은 레이어에 대해 적용되도록 의도되어 있다.
작업대는 매끄러운 베어링 표면이 합성 재료와 관련된 동적 마찰계수(a dynamic coefficient of friction)를 가지는 동안, 합성 재료와 관련된 정지 마찰계수(a static coefficient of friction)를 가진 미끄럼 방지 코팅부(a non-slip coating) 포함, 슈가 합성 재료의 얇은 레이어에서 미끄러질 때, 동적 마찰계수는 합성 재료의 얇은 레이어를 작업대에 대하여 고정된 위치(a fixed position)에 유지할 수 있도록 정지 마찰계수보다 작다.
따라서, 본 발명의 한 특징은 작업대에 미끄럼 방지 코팅부와 슈가 작업대 상에 한 위치에 고정되어 있는 동안 합성 재료의 얇은 레이어에 대해 슈가 이동하는 것을 허용하는 매끄러운 베어링 표면을 가진 슈의 동시 구현에서 발견할 수 있다.
슈가 합성 재료의 얇은 레이어에 충분한 압력을 가하고, 그래서 후자는 미끄럼 방지 코팅부를 파지하고 고정된 위치에 유지되는 것이 보일 것이다. 하지만, 이 압력은 매끄러운 베어링 표면과 합성 재료의 얇은 레이어 사이의 마찰력이 증가하는 것을 넘어 한계 값(a limit value)을 초과할 수 없을 것이다. 이 압력은 예를 들어, 7000Pa과 18000Pa 사이이다.
따라서, 단순히 슈의 매끄러운 배어링 표면과 합성 재료 사이의 합성 재료에 관한 동적 마찰계수보다 더 큰 합성 재료에 관한 정지 마찰계수를 가지는 미끄럼 방지 코팅부의 구현함으로써, 슈는 비교적 복잡하고 비싼 흡입 수단을 구현시키는 것이 필요 없는 합성 재료의 절단을 목적으로 합성재료의 얇은 레이어 위로 이동 되어진다.
추가로, 미끄럼 방지 코팅부와 슈를 정지 마찰계수와 동적 마찰계수가 각각 가능한 한 서로 멀리 떨어져 있는 미끄럼 방지 코팅부와 슈를 선택할 것이다.
본 발명의 특히 하나의 유리한 특징에 따라서, 합성 재료의 얇은 레이어는 복합 재료의 얇은 레이어이다. 복합 재료는 보강재료의 섬유가 내장된 고분자 재료의 매트릭스(matrix)로부터 만들어진다. 이 매트릭스는 예를 들어, 열가소성 재료, 폴리아미드 또는 폴리에틸렌으로 만들어지고, 예를 들어, 길이방향 유리 또는 탄소섬유를 포함한다.
본 발명의 또 다른 유리한 특징에 따라서, 미끄럼 방지 코팅부는 탄성중합체 (an elastomer)로 만들어진다. 정지 마찰계수는 기본적으로 미끄럼 방지 코팅부와 그것의 표면 상태에 따른다. 탄성중합체 타입 재료는, 예를 들어 실리콘 또는 폴리우레탄, 우수한 미끄럼 방지 품질을 갖는다.
또한, 슈는 바람직하게는 금속성 재료로 만들어진다. 따라서, 슈는 더 단단한 재료로 만들어지며 합성 재료에 관한 그것의 동적 마찰계수를 가능한 한 낮게 하기 위해, 베어링 표면은 평평하고 거칠지 않도록 처리 된다.
한 변형 실시 예는 경질 고분자재료로 만들어지고 낮은 마찰계수를 가진 슈를 구현한다. 경질 고분자재료의 한 예로는 폴리에텔에텔 케톤 또는 PEEK이다.
또한, 유닛은 유리하게 절단헤드의 이동을 제어하기 위한 제어장치를 더 포함한다. 바람직하게, 제어장치는 절단헤드를 지탱하는 말단 아암(a final arm)을 가진 로봇을 포함한다. 따라서, 로봇에 의해 말단 아암(a distal arm)은 작업 공간의 밖에서부터 용이하게 제어될 수 있고, 합성 재료의 얇은 레이어를 적용시키거나 또는 합성 재료로부터 잘려진 조각들을 제거하는 작업대에 접근하는 것을 용이하게 한다.
추가로, 절단 부재는 소노트로이드(a sonotrode)와 변환 장치(a transducer)를 포함한다. 따라서, 초음파의 역학적 파동(ultrasonic mechanical wave)은 복합 재료의 얇은 레이어를 절단하는데 사용되며, 이는 깨끗한 가장자리(a clean edge) 생산을 가능하게 한다. 실제로, 복합 재료가 절단될 때, 그들이 포함하는 섬유들은 가장자리에서부터 돌출하는 경향이 있다. 초음파 절단에 의해, 이런 가장자리들은 기본적으로 용융되고, 따라서 규칙적인 것이다.
유리하게는, 매끄러운 베어링 표면은 절단 부재가 매끄러운 베어링 표면의 중심부에서부터 돌출하는 동안 원형 대칭을 갖는다. 따라서, 절단 부재를 절단 방향으로 향하도록, 절단헤드가 합성 재료의 얇은 레이어에 대해 평면에서 회전할 때, 합성 재료에 작용하는 접선의 분배(the distribution of tangential forces)는 접힘이나 불규칙성 (irregularity)을 야기하지 않는다.
매끄러운 베어링 표면은 다른 형태를 가질 수 있는 것을 볼 수 있을 것이다. 추가로, 본 발명에 따른 절단 유닛은 다른 두께의 영역을 가진 합성 재료의 얇은 레이어를 절단하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 변환 장치는 소노트로이드가 20kHz와 40kHz사이의 주파수로 진동시키도록 야기시킨다. 이는 합성 재료의 최적의 절단 품질을 생산한다.
본 발명의 다른 특성과 이점들은 비 제한 예에 의해 제공된, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 특별한 실시예의 아래의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 절단 유닛을 나타내는 부분 정면도의 개략적인 상세도이다.
도 2는 한 작동 모드에서, 도 1에 도시된 유닛의 상세도의 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유닛의 구성요소의 화살표 lll을 따라, 아래로부터의 개략도이다.
도 1은, 정면도로써, 플랫 서포트(a flat support)(10) 위에서 이동하도록 설계된 로봇(robot)(14)에 의해 지탱되는 플랫 서포트(10)와 절단헤드(a cutting head)(12)를 보여준다. 절단헤드(12)는 로봇(14)의 최후 아암(a final arm)(18) 또는 말단 아암(distal arm)(18)에 장착되는 슈(shoe)(16)를 포함한다. 금속 재료나 좀 더 특별한 강으로 만들어진 슈(16)는 매끄럽고, 평평한 베어링 표면(a smooth bearing surface)(20)과 평평한 베어링 표면(20)에서부터 돌출하는 소노트로이드에 장착된 재단기(a blade)(22)를 구비하고 있다. 베어링 표면(20)은 표면 처리에 의해 특히 매끄럽게 만들어졌다. 표면처리, 이것의 목적은 표면 강화와 그에 따른 표면 거칠기를 제거하는데 있다. 예를 들어, 강이 Z160CDV12타입이고, 이온결합 90 처리 (Ionbond 90 treatment) 를 수행한 후 급랭되고 그리고 거울 연마(a mirror-polished) 된다.
도 1로 돌아가지 전에, 슈(16)의 베어링 표면(20)을 도시하는 도 3을 참조할 수 있다. 이것은 원형 대칭을 가지고 재단기(22)는 중심(25)으로부터 돌출한다.
재단기(22)는 말단 아암(18) 방향으로 절단헤드(12) 위에 설치되어 있는 변환 장치(24)의 연속적으로 확장한다. 변환 장치(24)는 그 때 재단기(22)가 30kHz의 주파수에서 진동하도록 한다.
로봇(14)는 절단헤드(12)를 수직성분에 따른 뿐만 아니라 수평성분에 따라 이동시킬 수 있고, 따라서 아래에 더 상세하게 설명될 것이다.
플랫 서포트(10)는 실리콘 탄성 재료로 만들어진 미끄럼 방지 코팅부(26)로 덮여 있고, 따라서 그들은 작업대(28)를 형성한다. 모범적 구현은 5mm의 두께와 쇼어 A 경도(a Shore　A hardness) 90을 가진 폴리우레탄 코팅을 사용한다. 미끄럼 방지 코팅부(26)는 예를 들어, 접착제에 의해 플랫 서포트(10)에 고정되며, 그리고 그들은 자유수용표면(a free receiving surface)(29)을 가진다.
작업대(28)와 미끄럼 방지 코팅부(26)에 대하여 절단 헤드(12)의 작동을 더 섬세히 기술하는 도 2를 참조할 수 있다.
도 2는 작업대(28)과 절단 헤드(12)를 나타낸다. 이 도면은 또한 작업대(28)를 함께 형성하는 미끄럼 방지 코팅부(26)와 플랫 서포트(10)를 나타낸다.
복합 재료의 얇은 레이어(30)는 절단헤드(12)와 작업대(28) 사이에 평평하게 놓여진다. 이 얇은 레이어(30)는 슈(16)의 베어링 표면(20)과 미끄럼 방지 코팅부(26)의 자유수용표면(29) 사이에 고정된다. 얇은 레이어(30)가 만들어지는 복합 재료는 예를 들어, 폴리아미드 매트릭스, 길이방향 유리섬유에 의해 보강된 폴리아미드6,6(a polyamide 6,6)의 매트릭스로 구성되어 있다. 그러한 복합 재료의 이점은 열가소성 매트릭스(a thermoplastic matrix)의 사용에 있다.
따라서, 얇은 레이어(30) 상의 절단헤드(12)의 압력은 후자가 미끄럼 방지 코팅부(26)를 파지할 수 있게 한다. 실제로 얇은 레이어(30)와 미끄럼 방지 코팅부(26) 사이에서 마찰력이 작용하고, 이는 미끄럼 방지 코팅부(26)에 대하여 얇은 레이어(30)를 누르는 인터페이스의 수직성분, 그리고 서로에 대해 두 슬라이딩(sliding)과 반대인 접선 성분으로 분해한다.
이제, 얇은 레이어(30)와 미끄럼 방지 코팅부(26) 사이의 상대적으로 높은 정지 마찰계수에 의해, 마찰력의 접선 성분은 복합 재료의 얇은 레이어(30)가 미끄럼 방지 코팅부(26) 상에서 미끄러지는것을 넘어서 임계 값(the threshold value)에 도달하지 않는다.
이 얇은 레이어(30)와 미끄럼 방지 코팅부(26) 사이의 정지 마찰계수는, 주어진 복합 재료에 대해, 미끄럼 방지 코팅부(26)의 성질과 그것의 표면 상태의 성질에 따른다. 탄성중합체의 선택은 비교적 높은 정지 마찰 계수를 제공한다.
얇은 레이어(30) 위의 절단헤드(12)의 압력은 유리하게는 200N과 500N의 사이인 것을 볼 수 있다. 이 압력은 예를 들어, 슈(16)의 베어링 표면(20)의 28,340mm² 면적에 400N 이상의 압력, 다시 말하자면 약 14.1kPa이다.
마찰력의 접선성분은 복합 재료의 얇은 레이어(30)가 미끄럼 방지 코팅부(26) 상에서 미끄러질 수 있는 것을 넘어서 앞에서 언급된 임계 값(the threshold value)을 넘지 않는 것은, 슈(16)의 베어링 표면(20)과 복합 재료의 얇은 레이어(30) 사이의 인터페이스에서, 동적 마찰계수가 상대적으로 낮고 앞에서 언급한 정지 마찰 계수보다 낮기 때문이다. 또한, 슈(16)의 베어링 표면(20)의 상태는 베어링 표면(20)과 얇은 레이어(30) 사이의 마찰력의 접선성분의 임계 값을 대단히 줄이고, 그리고 접선 성분은 훨씬 더 크고, 그래서 슈(16)와 얇은 레이어(30) 사이의 마찰력은 상대적으로 작다.
따라서, 복합 재료의 얇은 레이어(30)를 절단하기 위한 재단기(22)는 복합 재료의 얇은 레이어(30)가 작업대(28)에 대하여 고정된 위치에 유지되는 동안, 절단 헤드(12)가 플랫 서포트(10)로 평면에 평행한 평면으로 이동하는 미리 정의된 궤적을 따라 이동 되어질 수 있을 것이다. 유사하게, 진동하는 재단기(22)는 합성 재료의 얇은 레이어(30)를 절단한다.
또한, 재단기를 가진 초음파의 이 연합체는 절단력을 최소화시키고, 따라서 절단되어야 하는 제품이 미끄러지는 위험이 감소시키는 것을 가능하게 한다.
로봇(14)은 복수의 궤적에 따라 절단 헤드(12)를 제어할 수 있는 제어 프로그램(도시되지 않음)에 의해 제어되고, 따라서, 미리 정의된 형태에 따라 복수의 복합 재료의 조각으로 절단할 수 있게 만든다.
이와 같은 복합 재료의 조각들은 그 때 차후의 열 성형을 위해 조립될 수 있다.
16: 슈
18: 최후 아암
20: 베어링 표면
24: 변환장치
26: 미끄럼 방지 코팅부
30: 합성재료의 얇은 레이어

Claims (9)

  1. 합성 재료의 얇은 레이어(30)를 절단하기 위한 유닛에 있어서,
    한 쪽에는 합성 재료의 얇은 레이어(30)를 수용하기 위한 작업대(28)와 다른 한 쪽에는 매끄러운 베어링 표면(20)과 매끄러운 베어링 표면(20)에서부터 돌출 할 수 있는 절단 부재(22)를 가진 슈(16)를 포함한 절단 헤드(12),
    매끄러운 배어링 표면(20)은 슈(16)가 합성 재료의 얇은 레이어(30)를 절단할 수 있도록 미리 정의된 궤적을 따라 작업대(28)에 실질적으로 평행하게 이동하는 동안 합성 재료의 얇은 레이어(30)에 대해 적용되도록 의도되어있고,
    절단 부재(22)는 소노트로이드(22)와 변환 장치(24)를 포함하고, 그리고 작업대(28)는 매끄러운 베어링 표면(20)이 합성 재료에 대한 동적 마찰계수를 가지는 동안 합성 재료에 대한 정지 마찰계수를 가진 미끄럼 방지 코팅부(26)를 포함하고, 동적 마찰계수는 슈(16)가 합성 재료의 얇은 레이어(30)에서 미끄러질 때, 합성 재료의 얇은 레이어(30)를 작업대(28)에 대해 고정된 위치에 유지할 수 있도록 정지 마찰계수보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    매끄러운 베어링 표면(20)은 7,000Pa과 18,000Pa사이의 압력을 합성 재료의 얇은 레이어 (30)에 대하여 압력이 가해지도록 설계된 것을 특징으로 하는 유닛.
  3. 제 1항 내지 제 2항에 있어서,
    합성 재료의 얇은 레이어(30)는 복합 재료의 레이어인 것을 특징으로 하는 유닛.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    미끄럼 방지 코팅부(26)는 탄성 중합체로 만들어진 것을 특징으로 하는 유닛.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    슈(16)는 금속성 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 유닛.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 장치는 언급된 절단헤드(12)의 이동을 제어하기 위한 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유닛.
  7. 제 6항에 있어서,
    제어 장치는 절단헤드(12)를 지탱하는 말단 아암(18)을 가진 로봇(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유닛.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    매끄러운 베어링 표면(20)은 절단 부재(22)가 매끄러운 베어링 표면(20)의 중심으로부터 돌출하는 동안 원형 대칭을 가지는 것을 특징으로 하는 유닛.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환 장치(24)는 20kHz와 40kHz사이의 주파수에서 소노트로이드(22)를 진동시키게 야기하는 것을 특징으로 하는 유닛.
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