KR20180025086A - 아암 말단 툴링 - Google Patents

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KR20180025086A
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종썬 왕
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마그나 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

아암 말단 툴링 시스템 및 제조 방법이 제공된다. 아암 말단 툴링 시스템은 예비 함침 탄소 섬유 재료의 자동화된 재료 취급, 부품 조작, 예비 성형 및 이송을 제공한다. 경 압축이 성형 프레스에 인가되는 적어도 하부 프리폼 툴 시스템으로부터 자동화된 재료 취급 및 이송 동작을 위해 아암 말단 툴링에 로봇이 연결된다. 아암 말단 툴링 시스템은 경화 실리콘 멤브레인과 진공 및 공기 분출을 포함하여, 매우 점착성이고 취급이 어려운 예비 함침 탄소 섬유 재료의 로봇식 예비 성형, 픽업 및 투하를 허용한다.

Description

아암 말단 툴링{END OF ARM TOOLING}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2014년 4월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/974,147호를 우선권 주장하는, 2015년 4월 1일자로 출원된 PCT/IB2015/052413호의 부분 연속 출원이다.
발명의 분야
본 발명은 미리 정해진 재료를 성형하여 전달하기 위해 고정된 프레임 툴링(tooling)과 조합하여 자동화된 공정의 제조 설비에서 사용되는 로봇식 엔드 이펙터 툴에 관한 것이다.
다양한 고분자 및 복합재 재료의 성형은 다양한 응용예를 위한 부품을 생성하기 위해 사용되는 일반적인 방법이다. 전통적으로, 오토클레이브, 아웃-오브-오토클레이브 또는 압축 성형법이 복합재 재료를 성형하는데 사용된다. 일반적으로, 이러한 공정에서는, 다양한 스테이션으로의 재료/부품 이송이 대부분 수동으로 이루어진다.
복합재 재료는 일반적으로 일면 툴을 사용하여 오토클레이브 공정에서 성형 가능하며, 여기서는, 재료 시트 또는 프리폼이 일면 툴 위에 배치된 다음, 원하는 형상으로 프리폼이 성형되도록 하는 압력 또는 진공 하에서 오토클레이브 내에서 가열된다. 오토클레이브 내에서 재료를 성형하는 단계 및 높은 열과 압력을 사용하는 단계가 성형품을 생성하기 위한 제조 시간과 에너지 비용을 상당히 증대시키면서도 대량 생산을 위한 공정 확장성은 제공하지 않기 때문에, 전체 공정이 매우 느리고 실시하는데 비용이 많이 소요된다. 따라서, 바람직하게는, 표면 마무리 등급이 A 등급인, 예컨대, 차량 후드 라이너 또는 임의의 다른 구조 부품 등의 자동차 구조 부품의 대량 생산을 위한 다른 성형 장치를 개발하는 것이 바람직하다. 예컨대, 폐쇄된 금형이 진공 하에서 가열되는, 일반적인 아웃-오브-오토클레이브 공정은 오토클레이브 공정보다 주목할 만한 결과를 달성하지는 않는다. 재료는 압축 성형 공정에서도 일반적으로 성형 가능하지만, 이는 비효율적이며, 비용을 증대시키고, 대량 생산을 위한 공정 확장성을 제공하지 않는다.
또한, 과거에는 성형품을 형성하기 위해 예비 함침 시트를 사용하였다. 일반적으로 사용되는 예비 함침 재료는 원하는 부품을 형성하기 위해 사용되는 예비 함침 시트 내의 섬유의 존재로 인해 높은 강도를 갖는다. 전통적으로, 예비 함침 재료는 전술한 공정에서 성형된다. 그러나, (케블라, 유리, 현무암 등과 같은 다른 섬유이거나, 비닐 에스테르, 폴리 에스테르, PA6, PA66 등과 같은 수지일 수 있는) 에폭시 재료로 예비 함침된 탄소 섬유와 같은 재료는, 이 재료가 분리를 어렵게 만드는 접촉면에 결합하는 친화력 및/또는 반데르발스 힘으로 인해 많은 표면에 "점착"하기 때문에, 재료 취급이 어렵다. 따라서, 예비 함침 재료 및 프리폼 재료를 가공하기 위한 툴링/성형 시스템 및 방법을 개발하는 것이 바람직하다.
따라서, 부품의 대량 생산을 위해 재료를 재료 취급하여 압축 성형 툴 속에 배치하기 위한 툴링/성형 장치 및 부품 제조 방법에 대한 요구가 존재한다. 또한, 재료의 재료 취급을 자동화하여 압축 성형 툴 속에 배치하는 툴링/성형 시스템 및 방법을 개발하는 것이 바람직하다. 따라서, 일반적으로 수동인 공정을 완전히 자동화하는 것이 더 바람직하다.
본 발명은 압축 성형 공정에서 양면 툴로 예비 함침 탄소 섬유 또는 임의의 다른 재료를 가공하기 위한 방법 및 아암 말단 툴링 시스템에 관한 것이다. 이는 전통적인 (오토클레이브, 아웃-오브-오토클레이브) 성형법 또는 압축 성형법에 비교되는 대량 생산을 위한 공정 확장성을 제공한다(본 발명은 압력이 훨씬 더 높은 양면 압축 툴링을 사용한다). 또한, 이 공정은 일반적으로 수동인 공정을 완전히 자동화한다. 본 발명은 이 재료의 재료 취급을 자동화하여 그 재료를 압축 성형 툴 속에 배치한다. 이러한 특징은 무엇보다도 생산성이 떨어지는 전통적인 성형 및 수동 공정보다 현저한 장점이 있고 우수한 결과를 낳는다.
에폭시 재료로 예비 함침된 탄소 섬유(또는 케블라, 유리, 현무암 등과 같은 임의의 다른 섬유, 또는 비닐 에스테르, 폴리 에스테르, 폴리아미드(PA6), 폴리아미드 66(PA66) 등과 같은 수지)는, 3차원(3D) 금형 내에 들어맞을 수 있게, 2차원(2D) 재료를 형성하도록 경압(light pressure)을 사용하여 예비 성형된다. 재료는 일반적으로 성형 후 탄성복원(spring back)되기 때문에, 아암 말단 툴링 또는 엔드 이펙터 툴링에 접속된 로봇이 재료 취급과 이송 작업을 실시한다.
아암 말단 툴링(EOAT)은 성형시 미리 정해진 양의 압력을 견딘다. 또한, EOAT는 미리 정해진 온도를 견딘다. 또한, EOAT의 중량은 추가된 안정성을 위해 로봇의 적재 하중보다 가볍다. EOAT는, 제어 및 안전의 관점에서, 적어도 재료 공급 스테이션, 하부 프리폼 툴링, 로봇, 로봇 케이지/셀, 공기/진공/전자 체제, 성형 프레스, 및/또는 다른 스테이션/구성 요소/부품 등과 일체화된다. 또한, 본 발명의 특징은 EOAT에 대해 미리 정해진 두께 및 경도를 가진 실리콘 멤브레인을 유지한다. 진공 및 공기 분출과 경화 실리콘 멤브레인의 조합은 매우 점착성이고 취급이 어려운 탄소 섬유 재료와 같은 예비 함침 재료의 로봇식 예비 성형, 픽업 및 투하를 허용한다.
후술하는 상세한 설명으로부터 본 발명의 적용 가능한 다른 분야가 명백해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낼 때, 상세한 설명과 구체예는 단지 예시하고자 하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다.
상세한 설명과 첨부 도면을 참조하면, 본 발명을 더욱 완전히 이해하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 로봇에 접속된 아암 말단 툴링의 절취 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 하부 프리폼 툴링의 절취 측면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하부 프리폼 툴링의 사시도.
도 4는 본 발명의 임의의 실시예에 따른 아암 말단 툴링의 진공 박스의 내부의 사시도.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 진공이 꺼진 아암 말단 툴링의 측면도.
도 5b는 본 발명의 따른, 진공이 켜진 도 5a의 아암 말단 툴링의 측면도.
도 6은 본 발명에 따른, 메인 프리폼 부품에 인접한 아암 말단 툴링의 상부 멤브레인과, 패치 스테이션 장치의 다른 멤브레인에 인접한 프리폼용 보강 패치의 측면도.
도 7은 본 발명에 따른, 성형품의 제조 방법을 도시하고 있는, 예시적인 프리폼 성형 시스템의 개략도.
도 8은 본 발명에 따른, 성형품의 제조 방법을 도시하고 있는 예시적 프리폼 성형 시스템의 제2 실시예의 개략도.
도 9는 본 발명의 일 양태에 따른 프리폼 부품의 측단면도.
도 10은 본 발명의 대안 실시예에 따른 예비 가열 요소를 갖는 하부 프리폼 툴 및 프리폼 부품의 단면도.
도 11은 자동화된 프리폼 시스템 및 작동 방법의 개략 측면도.
도 12는 자동화된 프리폼 시스템 및 작동 방법의 개략 측면도.
도 13은 자동화된 프리폼 시스템 및 작동 방법의 개략 측면도.
바람직한 실시예(들)에 대한 이하의 설명은 사실상 예시적인 것에 불과하며, 본 발명, 그 적용 분야 또는 용도를 한정하고자 하는 것이 결코 아니다.
본 발명은 또한 압축 성형 공정에서 양면 툴을 사용하여 예비 함침 탄소 섬유 재료를 가공하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 이러한 재료의 자동화된 재료 취급을 포함한다. 도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에서, 압축 금형 또는 다른 유형의 금형 같은 최종 금형(510) 내에 배치되기 이전에 부품을 예비성형하도록 기능하는 자동화된 금형 프리폼 시스템(501)을 갖는 툴링/성형 시스템(500)이 존재한다. 여기에 도시된 바와 같이, 하부 프리폼 툴(514) 상에 배치된 압출기(미도시)로부터의 용융 재료의 샷일 수도 있는 예비 함침 재료의 시트(542)가 존재한다. 도 8은 시트(542)로부터 개별 시트를 파지하고 이를 하부 프리폼 툴(514) 상에 배치하는 제1 로봇(504)을 도시하고 있다. 시트(542)는 또한 연속 탄소 섬유 시트 성형 콤파운드, 불연속 탄소 섬유 시트 성형 콤파운드, 연속 유리 섬유 시트 성형 콤파운드, 불연속 유리 섬유 시트 성형 콤파운드 및 그 조합을 포함하는 시트 성형 콤파운드인 예비 함침 재료의 층일 수도 있다. 시트 성형 콤파운드가 사용되는 경우, 비닐 에스테르, 폴리에스테르 및 그 조합인 수지가 포함된다.
제1 로봇(504)이 도시되어 있지만, 인력에 의해 개별 시트가 수동 적재되는 것도 본 발명의 범주 내에 존재한다. 개별 시트가 프리폼 툴(514) 상으로 적재되고 나면, 시트는 아래에서 더 상세히 설명되는 프리폼 부품으로 예비성형되고, 그후 제2 로봇(508)이 아암 말단 툴링(12)을 사용하여 프리폼 부품을 파지하고, 이를 최종 부품 형성을 위해 성형 프레스(510)로 이동시킨다.
로봇(504, 508)이 재료 취급 및 이송 작업을 위해 진공 박스(18)를 구비한 아암 말단 툴링(또는 "엔드 이펙터 툴링")의 단부에 연결된다. 아암 말단 툴링은 미리 정해진 양의 경압 예비 성형을 견딘다. 진공 및 공기 분출과 경화 실리콘 멤브레인의 조합은 매우 점착성이고 취급이 어려운 예비 함침 탄소 섬유 재료의 로봇식 예비 성형, 픽업 및 투하를 허용한다. 또한, 본 발명은 상당히 유리한 2차원 또는 3차원으로 된 예비 함침 재료의 픽업 및 투하를 제공한다. 또한, 본 발명은, 특히, 대 체적 탄소 섬유의 가공에서 상당히 유리한 2차원 또는 3차원으로 성형되거나 조형된 예비 함침 재료의 픽업, 예비 성형, 이송 및 투하를 제공한다. 툴링/공정을 완전히 자동화하는 것은 상당히 유리하다. 일반적인 시스템은, 툴링이 필요한 단계를 실시할 수 있는 능력이 결여되어 있기 때문에, 비효율적이며 자동화가 불가능하다. 또한, 제1 로봇(504)이 재료 시트를 이동시키기 위한 소정의 다른 아암 말단 툴링 또는 부착구를 갖는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.
대체로 도 1 내지 도 7을 참조하면, 특히, 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른, 전체적으로 12로 표시된 아암 말단 툴링 시스템(EOAT)이 개략적으로 제공되어 있다. 또한, EOAT(12)와 함께 사용하기 위한, 전체적으로 14로 표시된 하부 프리폼 툴 시스템(또는 "네스트(nest)" 또는 "픽스쳐(fixture)")이 개략적으로 제공되어 있다. EOAT(12)는, 하부 프리폼 툴(14)과 작동식으로 결합되는 것을 포함하여, 제조 공정에서 다양한 스테이션으로 EOAT(12)를 관절화하여 이동시키는 전체적으로 16으로 표시된 로봇에 접속되며, 상반부 또는 제1 툴 부분(예컨대, EOAT(12))과 하반부 또는 제2 툴 부분(예컨대, 하부 프리폼 툴(14))을 가진 2부분 프레스 장치를 형성한다.
EOAT(12)는, 예컨대, 나사 등의 패스너에 의해 진공 박스 덮개(20)에 접속되어 접착제, 밀봉제 및/또는 코킹에 의해 밀봉되는 전체적으로 18로 표시된 진공 박스를 갖는다. 진공 박스 덮개(20)는 진공 박스(18)를 폐쇄하여 폐쇄된 박스 환경을 생성한다. 진공 박스 덮개(20)도 로봇(16)에 접속된다. 일반적으로, 덮개(20)는 전체적으로 22로 표시된 로봇 커플링에 접속되는, 바람직하게는, 중앙에 배치된, 결합/부착 영역을 갖는다. 이 로봇 커플링(22)은 로봇(16)의 단부를 EOAT(12)에 부착한다. 로봇 커플링(22)은 로봇 아암에 EOAT(12)를 접속하기에 적당한 임의의 커플링이다. 본 발명의 본 특정 실시예에서 부착 영역은 고정되며, 회전 가능하지 않지만, 특정 응용 분야의 요구에 따라 회전가능한 커플링(22)이 제공되는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.
로봇 아암은 다양한 스테이션에 있는 위치로 EOAT(12)를 이동시키기 위해 로봇 아암(26)의 하반부를 회전시키기 위한 적어도 하나의 피벗 조인트(24)를 포함한다. 하나의 피봇 조인트(24)가 도시 및 설명되지만, 특정 응용분야의 수요에 따라 추가적 피봇 조인트가 포함되는 것도 본 발명의 범주 내에 있다. 또한, 로봇(16)은 베이스 근처에 회전 가능하다. 로봇(16)을 나타내기 위해 그 길이를 따라 절취된 것으로 표시되어 있는 로봇(16)의 예시적인 단부는 제조상 적용 요건 및 최종 사용자가 특정한 미리 정해진 요건과 상호 연관되어야만 한다. 로봇(16)은, 예컨대, 압축 금형 등 내에 프리폼을 적재하기 위해서, 임의의 다양한 미리 정해진 스테이션으로 EOAT(12)와 함께 로봇의 단부를 관절화하여 이동시키기 위해 사용된다. 응용예에 따라, 로봇(16)은 제품 또는 모델 또는 제조 요건에 의존하여 미리 정해진 축, 적재 하중 및 가동 범위를 갖는다. 로봇(16)은 3축 또는 6축을 제공하거나, 추가적인 축, 가동 범위, 적재 하중 및 이들의 조합이 되도록 변형되거나, 그렇지 않으면, 응용예에 따라 변형될 수 있다.
EOAT(12)는 진공 박스(18)에 접속되는 상부 멤브레인(28)을 구비하며, 상부 멤브레인(28)은 저부면(27) 및 상부면(25)을 갖는다. 상부 멤브레인(28)은, 예컨대, 나사 등의 패스너(48) 및/또는 주연 유지 트림(46)에 의해 부착되어, 접착제, 밀봉제 및/또는 코킹에 의해 밀봉된다. 대안적으로, 상부 멤브레인(28)은, 본 발명으로부터 벗어나지 않고, 중실 프레임을 통해 및/또는 주기적인 부착 지점에서 진공 박스(18)에 부착 및/또는 밀봉될 수 있다. 상부 멤브레인(28)을 위한 임의의 이러한 프레임은 고정적이거나, 가압시 프레임이 상하로 운동할 수 있도록 하는 (실린더 상에 장착된) 이동식 프레임 상에 배치된다. 프레임은 응용예에 의해 정해진 바와 같이 상부 멤브레인(28)에 장력을 부여하고 편향시킬 수 있다.
상부 멤브레인(28)은 가압 동안 탄소 섬유 예비 함침 재료 또는 다른 재료가 점착하는 것을 방지하는 실리콘 멤브레인 또는 시트이다. 상부 멤브레인은 진공 박스(18) 내에 도입되는 진공 또는 공기 압력의 적용에 따라 후퇴 위치(828)와 팽창 위치(628)로 이동할 수 있다. 공기 압력이 도입되어 상부 멤브레인(28)을 팽창 위치(628)로 이동시킬 때, 멤브레인은 둘 이상의 개구(29, 29')를 구비하며, 이 개구는 멤브레인(28)을 통해 연장하여 공기가 개구(29, 29')를 통해 유통되거나 진공이 인가되어 프리폼 부품 상에 작용하게 하고, 이는 상부 멤브레인(28)의 저부면(27)으로부터의 프리폼 부품의 이탈을 용이하게 하는 것을 돕는다. 또한, 상부 멤브레인(28)은 압축시 미리 정해진 3차원 형상에 부합한다. 진공 박스(18)는 진공 또는 공기 분출을 통해 공기가 강제 유입되거나 배기될 수 있도록 하는 "중공" 챔버이다. EOAT 접근 중에/가압 중에/가압 후에, 진공 박스를 통해 진공이 흡인됨으로써, 다음 위치로 이송하는 동안, 예컨대, 압축 성형 프레스로 이송하는 동안, 상부 멤브레인(28)이 그 형상을 유지하게 된다.
가장 바람직하게, 상부 멤브레인(28) 및 하부 멤브레인(56)은 경화 실리콘 멤브레인 또는 시트 또는 필름이며, 예컨대, Torr Technologies사의 경화 실리콘 멤브레인이다. 대안적으로, 상부 멤브레인(28) 및 하부 멤브레인(56)은 일반적으로 응용예에 따라 다양한 두께, 시트 폭, 경도, 계수를 가진 비경화 실리콘이며, 통상적으로는, 폴리테트라플루오로에틸렌 시트이다. 시트는 "재사용 가능한 진공 배깅(bagging)" 재료 또는 "진공 배깅" 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이와 유사한 필름일 수 있다. 진공 및 공기 분출과 경화 실리콘 멤브레인의 조합은 매우 점착성이고 취급이 어려운 예비 함침 탄소 섬유 재료의 로봇식 예비 성형, 픽업 및 투하를 용이하게 한다.
선택적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라 성형면(32) 또는 접촉면 상에 상부 코팅(30)이 제공된다. 상부 멤브레인(28)을 대신하여, 상부 멤브레인(28)은 상부 코팅(30)으로 대체될 수 있으며, 통상적으로는, 탄소 섬유 프리프레그 또는 다른 재료가 점착되지 않도록 하기 위해 분사되거나 주입된 재료로 대체될 수 있다. 이에 따라, 상부 멤브레인(28)은 생략된다. 진공 박스(18)는, 상부 멤브레인(28)이 있을 때와 마찬가지로, 여전히 진공을 흡인하거나 분출을 제공한다. 상부 코팅(30)은 경화 실리콘, 니켈 테프론, 테프론, 또는 응용예에 따른 다른 적당한 재료이다. 따라서, 진공 박스(18)는 적어도 하나의 비점착부, 즉, 상부 멤브레인(28) 또는 상부 코팅(30)을 갖는다.
본 발명의 다른 양태에서, 코팅 재료가 상부 멤브레인(28)의 상부면(25)에 적용되어 상부 멤브레인(28)이 성형면(32)에 점착되는 것을 방지한다. 또한, 하부 멤브레인(56)의 하부면(57)도 툴 부분(50)의 프리폼 표면(52) 상에 하부 멤브레인(56)이 점착되는 것을 방지하는 것을 돕는 코팅 재료로 코팅된다. 적절한 코팅 재료는 경화 실리콘, 니켈 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 조합으로 본질적으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것을 포함한다. 본 발명의 다른 대안적 양태에서, 코팅 재료는 하부 멤브레인(56)의 상부면(59)과 상부 멤브레인(28)의 하부면(19)에 적용되고, 그래서, 코팅은 프리폼 부품(507) 또는 재료 시트(14)와 직접 접촉하게 된다. 일반적으로, 진공 박스(18)는 응용예에 따라 미리 정해진 특정 제조 요건에 맞게 적절하게 조정된, 전체적으로 36으로 표시된 공급 장치에 의해, 예컨대, 공기, 전기, 진공, 컨트롤 등에 의해, 진공 또는 공기 분출을 통해 공기가 강제 유입되거나 배기될 수 있도록 하는 적어도 하나의 챔버(34), 가장 바람직하게는, 복수의 상호 접속된 챔버를 포함한다. 진공 및 공기 분출이 필요하다. 원격 진공 탱크로부터 흡인된 진공 또는 진공 발생기 중 어느 하나에 공기가 공급된다. 급기를 진공으로부터 분출로 전환하는 전환 밸브에도 공기가 공급된다. 그러나, 본 발명으로부터 벗어나지 않고, 진공 또는 분출 기능 중 어느 하나의 실시와는 무관하게, 공기가 공급될 수 있다. 적어도 하나의 도관에 접속하도록 구성된 진공 박스(18)의 적어도 하나의 챔버(34)를 통해 진공 및/또는 분출 포트(38)(도 4)가 제공된다. 전기적으로 또는 유압식으로 작동되는 밸브가 사용될 수도 있다. 오류 방지, 부품 존재 확인 등을 위한 센서 및 제어 요소와, EOAT(12)/로봇(16)/프레스 간의 "핸드 오프" 신호와 같은 장비 통합이 본 발명에 따라 고려된다.
진공 박스(18)는 일반적으로 예컨대, 50 내지 250psi의 경가압을 허용할 정도로 충분히 튼튼하다. 바람직하게, 진공 박스(18)는, 박스가 압축에 사용될 수 있을 정도로 충분히 강하도록 보장하기 위해, 프레임 또는 버팀대, 예컨대, 측벽(40)으로 보강된다. 가장 바람직하게, 각각의 챔버(34)는 4개의 측벽(40)으로 형성된다. 진공 박스(18)는 멤브레인/원료(42)와의 결합면까지 접촉면(32)으로 표시된 3차원 외형을 갖는다. 대안적으로, 진공 박스(18)는 멤브레인/원료(42)와의 결합면까지 평탄하다.
진공 박스 덮개(20)는 진공 박스(18)를 폐쇄하여 폐쇄된 박스 환경을 생성한다. 가압을 동반하거나 동반하지 않은 (도 1에 화살표로 표시된) 진공 하의 진공 박스(18)는 성형된 접촉면(32)을 향해 상부 멤브레인(28)을 흡인하고, 진공은 달성된 3차원 시트 내의 탄소 섬유 예비 함침 시트(들)와 함께 상부 멤브레인(28)의 "형상"을 유지한다. 진공은 상부 멤브레인(28)의 둘 이상의 개구(27, 27')를 통해 상부 멤브레인(28) 또는 상부 멤브레인(28)과 탄소 섬유 예비 함침 시트(들)에 완전히 직접적으로 인가된다. 상부 멤브레인(28)이 대체로 평탄한 상태로 복원되어 3차원으로 성형된 탄소 섬유 예비 함침 시트(들)를 다음 위치로, 예컨대, 하부 금형 반부로 "떨어뜨리거나(roll off)" 또는 "밀어낼(push off)" 수 있도록, 진공이 (예컨대, 화살표로 표시된 바와 같이) 해제된다. 선택적으로, 상부 멤브레인(28)이 대체로 평탄한 상태로 복원되는 속도를 가속하는데 도움이 되도록 및/또는 프리폼 부품의 분리를 돕기 위해 상부 멤브레인(28)을 팽창 위치(628)로 외측으로 "팽윤"시키기 위해, 진공이 해제된 후 분출이 사용된다.
진공 박스(18)와 진공 박스 덮개(20)는 알루미늄, 복합재(예컨대, 에폭시/VE/폴리에틸렌 또는 유리/탄소 등), 툴링 보드(예컨대, 발포재), 목재, 델린(Delrin), 나일론 등, 이들의 조합, 및/또는 응용예에 따른 다른 적당한 재료로 형성된다. 진공 박스(18)와 진공 박스 덮개(20)는, 예컨대, 기계 가공, 주조, 주입, 성층/오토클레이브, 수지 전사 성형 또는 진공 보조 수지 전사 성형 등이 이루어지거나, 응용예에 따른 임의의 다른 적당한 제조 방법/금형으로 제조될 수 있다.
선택적으로, EOAT(12)는 외부 클램프를 구비한다. 응용예에 따라, 경가압시 로봇(16)이 독자적으로 미리 정해진 압력을 충분히 제공할 수 없는 경우, 로봇(16)의 특징부에 과도한 부하 없이 진공 박스(18)에 추가적인 압력을 제공하기 위해, 적어도 2개의 외부 토글 클램핑 실린더(44), 또는 응용예에 따른 다른 적당한 클램핑 장치가 사용된다. 외부 토글 클램핑 실린더는 상부 멤브레인(28)에 인접하여 배치되고, 바람직하게는, 대체로 하방으로 매달려 진공 박스 픽스쳐의 하부 모서리에 작동 가능하게 커플링된다.
이제, 도 2 및 도 14를 참조하면, 하부 프리폼 툴(14, 514)의 세부사항이 도시 및 설명되어 있다. 전체가 50으로 표시되어 있는 툴 부분은 장치의 하부 반부 또는 "B측면"의 형상 또는 윤곽을 제공하도록 프리폼 표면(52)을 포함한다. 툴 부분(50)은 또한 EOAT(12)/로봇(16) 또는 프레스 중 어느 하나로부터 미리 정해진 경압 가압을 수용하기에 충분한 강성을 제공한다. 툴 부분(50)은 선택적으로 진공 및 공기 분출 출구를 구비하고, 이 진공 및 공기 분출 출구는 흡인 소스 또는 공기 압력 소스를 선택적으로 적용하기 위해 툴 부분(50)을 통해 형성되며, 흡인 소스는 하부 멤브레인(56)과 프리폼 표면(52) 사이에 진공 또는 흡인을 유발하여 하부 멤브레인(56)과 시트(42, 542)를 후퇴 위치(656)로 이동시키고, 공기 압력 소스는 진공 및 공기 분출 출구에 적용되어 하부 멤브레인(56)과 프리폼 표면 사이에 기류를 유발함으로써 하부 멤브레인(56)에 대한 공기 압력을 증가시켜 하부 멤브레인(56)이 팽창 위치(856)로 이동하게 한다. 하부 멤브레인(56)은 복수의 개구(55, 55')를 포함하고, 이 복수의 개구는 프리폼 표면(52)을 향하는 하부 표면(57)과 프리폼 부품으로 형성되는 시트 재료(52)를 위한 적재 영역을 제공하는 상부 표면(59) 사이에서 하부 멤브레인(56)을 통해 연장한다. 경 가압 압력은 통상적으로 적어도 약 50-250 psi만큼 낮다.
툴 부분(50)은 선택적으로 툴 부분(50)을 통해 연장하는 복수의 가열 또는 냉각 통로(53)를 포함한다. 가열 및 냉각 통로(53)는 툴 부분(50)의 프리폼 표면(52)을 가열 또는 냉각하기 위해 가열 및 냉각 통로(53)를 통해 냉각 또는 가열 유체를 유동시키는 냉각 또는 가열 소스에 연결된다. 냉각 유체 또는 가열 유체는 열을 전달 또는 제거하기에 적합한 실질적으로 임의의 유형의 유체를 포함하지만, 냉각 유체 또는 가열 유체가 물, 공기, 증기, 컨포멀 냉각 적외선 외부 가열 요소로 본질적으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것을 포함하는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.
하부 프리폼(14, 514)의 하부 멤브레인(56)은 프레임 부재(54)에 연결되고 그를 가로질러 연신되며, 트랙(571)(도 14에 도시됨) 상에서의 활주가 가능하여, 도 8에 도시된 사람 또는 로봇(504)이 하부 멤브레인(56)의 상부 표면(59) 상으로 시트 스톡(502)을 적재할 수 있는 툴 부분(50)으로부터 이격된 적재 위치내로 툴 부분(50) 위의 위치로 활주할 수 있다. 하부 멤브레인(56)은 응용예에 따라 프레임(54)을 거쳐 및/또는 주기적 부착 지점에서 하부 멤브레인 부착 프레임(54)에 고정되어 유지된다. 하부 멤브레인(56)을 위한 임의의 이런 프레임은 고정적이거나, 가압시 프레임이 상하로 운동할 수 있도록 하는 (실린더 상에 장착된) 이동식 프레임 상에 배치된다. 프레임은 특정 응용예에 의해 정해진 바와 같이 하부 멤브레인(56)에 장력을 부여하고 편향시킬 수 있다. 프레임(54)은 사각형 튜브, 주문형 기계 프레임 또는 응용예에 따른 몇몇 다른 적당한 부착물로 형성된다. 또한, 본 발명의 다른 양태에서, 툴 부분(50)은 EOAT가 프리폼 부품과 접촉할 때 멤브레인(56)으로부터 멀어지는 방향으로 접촉면(60)을 견인하기 위해 멤브레인(56)에 관하여 수직방향 상하로 이동할 수 있다.
비경화 탄소 섬유 예비 함침 시트(42)(들)가 2차원 상태의 하부 멤브레인(56) 위에 배치되며, 예컨대, 작업자에 의해 수동으로 배치된다. 하부 멤브레인(56)은 압축 및 픽업시 탄소 섬유 예비 함침 재료 또는 다른 재료가 점착하는 것을 방지하는 실리콘 멤브레인 또는 시트이다. 또한, 하부 멤브레인(56)/재료는 가압시 미리 정해진 3차원 형상에 부합한다.
가장 바람직하게, 하부 멤브레인(56)은 경화 실리콘 멤브레인 또는 시트 또는 필름이다. 대안적으로, 하부 멤브레인(56)은 일반적으로 응용예에 따라 다양한 두께, 시트 폭, 경도, 계수를 가진 비경화 실리콘이며, 통상적으로는, 폴리테트라플루오로에틸렌 시트이다. 시트는 "재사용 가능한 진공 배깅" 재료 또는 "진공 배깅" 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이와 유사한 필름일 수 있다.
EOAT(12)의 진공 및 공기 분출과 경화 실리콘 멤브레인(56)의 조합은 매우 점착성이고 취급이 어려운 예비 함침 탄소 섬유 재료의 로봇식 예비 성형, 픽업 및 투하를 용이하게 한다. EOAT(12)의 진공이 켜지면, 하부 멤브레인(56)은 로봇(16)의 상반부가 부착된 EOAT(12)를 이용하여 가압 후 다음 위치/스테이션으로 이송하기 위해, 예컨대, 압축 성형 프레스로 이송하기 위해, 하부 프리폼 툴(14)로부터 탄소 섬유 예비 함침 재료(또는 다른 재료)를 취할 수 있도록 허용한다. 이는 하부 프리폼 툴(14)에 의해 용이해지며, 그 이유는 재료가 점착하지 않고, 멤브레인(56)이 그 대체로 평탄한 상태로 복원될 때 하부 멤브레인(56)이 프리프레그 재료가 "떨어질" 수 있게 하기 때문이다.
선택적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라 제2 프리폼 표면(52)에 하부 코팅(58)이 제공된다. 하부 멤브레인(56)을 대신하여, 하부 멤브레인(56)은 하부 코팅(60)으로 대체되며, 통상적으로는, 탄소 섬유 예비 함침 재료가 점착되지 않도록 하고, 바람직하게는, 제2 프리폼 표면(52)에 직접 도포되는 반영구적, 또는 영구적 코팅으로 대체된다. 이에 따라, 하부 멤브레인(56)은 생략된다. 가장 바람직하게, 하부 코팅(58)은 분사된 재료이다. 따라서, 프레임(54)은 적어도 하나의 제2 비점착부, 즉, 하부 멤브레인(56) 또는 하부 코팅(60)을 갖는다.
대체로 도 2, 도 9 및 도 10을 참조하면, 예시적인 비경화 2차원 탄소 섬유 예비 함침(여기서, 그리고, 앞서, "프리프레그"라고 지칭됨) 단일 시트(또는 "층" 또는 "겹") 또는 복겹화된(cross-plied) 적층체(다수의 "시트들" 또는 "겹들" 또는 "층들")가 도 2에 전체적으로 42로 표시되어 있으며, 다층 구조를 갖는 예비 함침 재료의 대안적 시트(542)가 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 이들은 에폭시로 예비 함침된 정사각형 또는 직사각형 탄소 섬유 시트(들)일 수 있으며, 가변적 배향(예컨대, [0], [0/90]n, [0/90]s, [0/90/0]s 등)의 다수의 층으로 적층될 수 있고, 단방향성 또는 직물 재료일 수 있으며, 국소적으로 두껍게 하기 위해 보강될 수 있고, 조각, 접합부, 다트, 중첩부 등을 가질 수 있으며, 다양한 종류의 재료(UD 및/또는 직물 및/또는 무작위 섬유)를 가질 수 있고, 서로 다른 반응성 수준(저속 경화, 고속 경화 등)을 가질 수 있으며, 서로 다른 고정 수준(또는 점착성의 정도)을 가질 수 있고, 다양한 주변 조건에서 서로 다른 Tg를 가질 수 있으며, 따뜻한(20 내지 70℃) 또는 차가운(0 내지 20℃) 재료일 수 있고/또는 서로 다른 정도의 드레이프성 또는 기하학적 구조에 부합하는 능력을 가질 수 있다. 수지의 대안: 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리에스테르, PA66, PA6. 섬유: 탄소 섬유, 유리 섬유, 케블라, 현무암, 금속 섬유 등. 직물/UD/세단: 프리프레그가 서로 다른 포멧으로 나온다. 세단된 무작위 세단 섬유가 연속적 긴 섬유 대신 사용되는 경우, 세단 섬유는 바람직하게는 50 mm 미만의 길이를 갖는다. 모든 섬유가 일방향으로 배치되는 (종종 "테이프"라 지칭되는) UD 또는 단방향성. (종종 "랜덤 매트" 또는 "SMC" 또는 "CSM"이라 지칭되는) "세단된" 또는 무작위하게 분산된 섬유. 또한, 상기 직물/수지 조합으로, 5-하니스, 능직 등과 같이 서로 다른 직조 포멧을 가진, 직물이 함침될 수 있다. 시트(42)는 단일 시트이거나, 다중 시트이거나, 섬유 방향이 동일하거나 다른 배향을 갖거나, 및/또는 혼합된 UD 및 직물일 수 있다. 응용예에 따라, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 임의의 다른 재료/조성/치수 및/또는 조합이 고려된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 시트(42, 542)는 예비 성형 시트가 아니며, 대신, 상술한 임의의 유형의 수지 및 섬유를 사용한 수지와 섬유의 원료 장입물을 포함하는 용융 재료의 샷이다.
도 9 및 도 10에서, 시트(542)는 각각 약 2 mm 두께인 단일 시트의 4개 층을 갖는 메인 본체(546)를 구비하고, 강도를 제공하기 위해 미리 결정된 위치에 배치된 약 2 mm 두께의 단일 시트의 추가적 4개 층으로서 도시되어 있는 보강 층(548)이 최종 부품 상의 선택된 위치에 존재한다. 단일 시트는 시트(42)에 관하여 상술한 재료 중 임의의 것으로 이루어지고, 임의의 배향으로 배열될 수 있다. 예로서, 하나의 단일 층 내의 섬유는 구조 내의 다른 층에 대해 수직으로 또는 임의의 배향 각도로 설치될 수 있다. 또한, 메인 본체(546) 및 보강 층(548)을 위해 네 개의 층이 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 수의 층이 사용되는 것도 본 발명의 범주 내에 있다. 일 특정 실시예의 보강 층(548)은 적어도 두 개의 층을 갖는다. 하부 멤브레인이 하부 프리폼 툴과 결합하기 이전에 하부 멤브레인(56) 상에 배치될 때 용융 수지의 샷 또는 시트(542)는 프리폼 툴(50)의 프리폼 표면(52)의 표면적의 백분율인 장입물 커버리지 영역을 갖는다. 장입물 커버리지 영역은 형성되는 특정 최종 부품에 따라서 다수의 서로 다른 범위일 수 있지만, 일반적으로 프리폼 표면의 표면적의 실질적으로 약 95% 내지 약 100%와 프리폼 표면의 표면적의 약 50% 내지 약 85%로 구성되는 그룹으로부터 선택된 일 범위이다.
도 10은 자동화된 금형 프리폼 시스템(500)의 동작 동안 시트(42, 542)를 가열하기 위한 목적으로 기능하는 시트(42, 542)와 프레임(56) 위에 위치된 가열 요소(550)를 포함하는 본 발명의 대안 실시예를 도시한다. 가열 요소(550)는 적외선 가열기, 복사 가열, 오픈 플레임(open flame) 등일 수 있다.
대체로 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 하부 프리폼 툴링(14)과 유사한 하부 프리폼 툴링 시스템(114)이 전체적으로 114로 표시되어 있으나, 시스템(114)은 전체적으로 120으로 표시된 템플릿을 포함한다. 경화 실리콘으로 형성된 하부 멤브레인(116)이 제공된다. 멤브레인(116) 상에 제공된 템플릿은 비경화 재료(42)를 배치하는 위치에 대한 지침을 제공한다. 작업자는 템플릿에 의해, 가장 바람직하게는, 시각적 레이저 템플릿에 의해, 예컨대, Virtek/Gerber 레이저 시스템을 통해, 도움을 받는다. 사이클 타임이 일반적으로 성형 사이클, 예컨대, 압축 성형을 초과하기 때문에, 바람직한 실시예에서는 다수의 하부 프리폼(114)이 필요하다. 또한, 하부 프리폼(114)은, 가장 바람직하게는, 비경화 재료(42)와 함께 하부 프리폼(114)을 EOAT(12) 픽업 지점으로 이동시키기 위해 하부 멤브레인 부착 프레임(54)에 접속된 복수의 바퀴(118)에 의해 이동될 수 있다(예컨대, 도 7 참조).
대안적으로, 쇼어 A 경도가 65인 경화 실리콘으로 표면(116)이 작동 가능하게 코팅된다. 일반적으로, 툴 표면은 제거 가능하며/대체 가능하다. 바람직하게, 툴은 공동 측이 위로 향하도록, 예컨대, A측면이 위를 향하도록 배향된다. 응용예에 따라, 툴링 재료는, 예컨대, 모바일 카트 상의 알루미늄 베이스 상의 복합재(렌보드(renboard))이다.
대체로 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전체적으로 212로 표시된 아암 말단 툴링 시스템은 접촉면(218)이 다른 형태를 가진 것을 제외하고 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 명료함을 위해 로봇(16)은 생략되어 있다. 로봇 아암은, EOAT가 프리폼 마이너스 보강 패치를 가압한 후 다음 위치/스테이션으로 이송하기 위해 픽업하는 위치로 EOAT를 조작하도록 구성되어 있다. EOAT는 일반적으로 1:1 형상(공동 표면의 1:1 표면 프로파일)이다. 일반적으로, 재료가 오프셋된 1:1 프로파일이 제공된다. 전체적으로 214로 표시된 진공 박스는, 비한정적인 예로서, 알루미늄 골조로 보강된 렌보드 또는 알루미늄으로 기계 가공된 쉘이다. 상부 멤브레인(216)은 가로로 연신되어 진공 박스(214)에 접속된다.
가장 바람직하게는, 접촉면(218)은 A면 공동 표면 프로파일이다. 진공이 꺼지면(도 5a), 상부 멤브레인(216)과 접촉면(218) 사이에 공극(220)이 위치하게 된다. 재료가 제자리에 유지되고 진공이 켜지면, EOAT는, 예컨대, 도 3에 114로 표시된 하부 프리폼 툴링 시스템에 결합한다. EOAT(12)는 로봇(16) 또는 외부 클램핑 실린더(222)를 통해 미리 정해진 경압축(예컨대, 0.05톤/평방인치)을 프리폼에 인가하여 최종 형상으로 성형함으로써, 가압 성형된 메인 프리폼(224)을 제공한다. 진공은 상부 멤브레인(216)이 접촉면(218)에 대해 인장되어 부품을 유지하도록 보장한다. 메인 프리폼 부품(224)을 유지하면, EOAT(12)는, 예컨대, 보강 패치 스테이션을 포함하여, 다음 위치/스테이션으로 프리폼을 이동시킬 수 있다.
대체로 도면들을 참조하면, 특히, 도 6 및 도 7을 참조하면, EOAT(12, 212)에 의해 (도 6에 도시된) 상부 멤브레인(28, 216)에 대해 유지된 메인 프리폼(224등)이 적어도 하나의 보강 패치(302) 상에 안착될 수 있도록, 바람직하게는 복수의 패치(302) 상에 동시에 안착될 수 있도록 허용하게, 그리고, 보강 패치(302)가 메인 프리폼에 부착될 수 있도록 허용하게 구성된, 전체적으로 300으로 표시된 보강 패치 시스템이 제공되어 있다. 또한, 도 6은 화살표로 표시된 바와 같은 접촉 방향을 도시하고 있다.
보강 패치(302)는 예비 절단되어 제공되며, 가장 바람직하게는, [0,90,90,0]로 복겹화된 2차원 형상으로 예비 절단되어 제공된다. 보강 패치(302)는 상향면(306) 상에 제공된, 가장 바람직하게는, 툴링 시스템(300)의 제3 멤브레인(304) 상에 제공된, 제2 템플릿에 따라 공칭 위치에, 예컨대, 수동으로, 먼저 적재된다. 바람직하게, 제3 멤브레인(304)은 실리콘 멤브레인이며, 가장 바람직하게는, 픽스쳐(308)의 상면에 작동 가능하게 접속된 경화 실리콘 멤브레인이다. 일반적으로, 보강 패치(302)도 점착성 재료이다. 그 다음, 시스템(300)은 패치 픽업 스테이션에 작동 가능하게 인덱싱된다.
로봇(16)이 회전하거나, 다른 방식으로 이동하여, EOAT(12, 212)를 시스템(300) 상의 보강 패치(302)에 정렬시키고, 메인 프리폼(224)을 보강 패치(302) 상에 안착시킨다. 이는 메인 프리폼(224)의 B측면에 대해 점착하는 재료의 점착성에 의존한다. 이에 따라, 보강 패치(302)는 메인 프리폼(224)의 B측면/내면에 부착된다.
패치(302)가 부착된 후, 로봇(16)이 회전하거나, 다른 방식으로 이동하여, EOAT(12, 212)를 도 7에 전체적으로 400으로 표시된 성형 프레스의 하부 금형 부분과 정렬시킨다. EOAT(12, 212)의 진공이 꺼지면, 상부 멤브레인(28, 216)이 대체로 평탄한 상태로 복원될 수 있으며, 보강 패치와 함께 프리폼 부품을 성형 프레스(400)의 하부 금형 속으로 "떨어뜨리거나" 또는 "밀어낼" 수 있다. 선택적으로, 상부 멤브레인(28, 216)이 대체로 평탄한 상태로 복원되는 속도를 가속하는데 도움이 되도록 및/또는 상부 멤브레인(28, 216)을 외측으로 "팽윤"시키기 위해 및/또는 금형, 예컨대, 응용예에 따라 압축 금형 또는 성형 프레스 속으로 부품의 분리를 돕기 위해, 진공이 꺼진 후 분출이 사용된다. 도 6 및 도 7에 도시된 단계를 별개의 단계로서 포함하지 않는 것도 본 발명의 범주 내에 있으며, 도 8은 시트(542)가 이미 시트 상에 보강 층을 갖는 경우의 방법을 보여주고 있다.
대체로 도 1 내지 도 7을 참조하면, 부품의 제조 방법은 미리 정해진 복겹화된 재료 또는 응용예에 따른 임의의 다른 재료를 먼저 제공하는 단계를 포함한다. 복겹화는 B측면/내면이 상방을 향하고 있는 경화 실리콘 멤브레인(56, 116) 위의 각 하부 프리폼 툴 시스템(14, 114) 상에서, 예컨대, 수동으로 형성된다. 바람직하게, 비경화 탄소 섬유 예비 함침 시트(42)(들)가 2차원 상태로 하부 멤브레인(56, 116) 상에 배치된다. 이 배치 스테이션에서의 사이클 타임, 예컨대, 수동 배치가 성형 사이클을 초과하기 때문에, 다수의 시스템(14, 114)을 제공하는 것이 바람직하며 유리하다,
응용예에 따라, 하부 프리폼 툴 시스템(14, 114) 상에 느슨하게 형성되면, 재료가 드레이프/형성될 수 있도록 하는 슬릿이 미리 정해진 UD 재료의 전략적인 영역에 만들어진다. 슬릿을 수동으로 도입하는 경우, 작업자는 바람직하게 미리 정해진 레이저 시스템을 통해 시각적 레이저 템플릿에 의해 도움을 받는다. 선택적으로, 미리 정해진 능직 재료의 적어도 한 층이 필요한 영역에, 예컨대, 차내 위치에서 엔진실을 향하고 있는 미리 정해진 영역에 적용된다.
각 하부 프리폼 툴 시스템(14, 114)은 바람직하게 이동식이며, 로봇(16)/EOAT 시스템(12, 212)의 가동 범위 내에서 느슨하게 형성된 시트(42)와 함께 메인 프리폼 로봇 픽업 스테이션으로 회전하게 된다. 로봇(16)은 하부 프리폼 툴 시스템(14, 114)과 결합하여 전술한 바와 같이 경압을 인가하는 위치로 EOAT(12, 212)를 회전시키거나, 다른 방식으로 이동시키거나, 조작한다. 접촉면(32, 218)인 A면 공동 표면 프로파일에 대해 상부 멤브레인(56, 216)을 인장시키고 프리폼 부품(224)을 유지하기 위해, 진공이 켜진다.
한편, 보강 패치(302)가 전술한 바와 같이 보강 패치 시스템(300) 상에 제공된 템플릿에 따라 공칭 위치에 예컨대, 수동으로 적재되었으며, 로봇(16)/EOAT(12, 212)의 가동 범위 내의 패치 픽업 스테이션으로 인덱싱되었다. 로봇(16)은 프리폼 로봇 픽업 스테이션으로부터 보강 패치 시스템(300)과 결합하는 위치로 EOAT(12, 212)를 회전시키거나, 다른 방식으로 이동시키거나, 조작한다. 진공 하에서 EOAT(12, 212)에 의해 유지된 프리폼은 보강 패치(302)에 안착하거나, 다른 방식으로 접촉하게 되며, 상기 패치(302)는 프리폼 부품의 B측면/내면에 부착된다.
그 다음, 로봇(16)은 보강 패치 시스템(300)으로부터 성형 프레스(400)로 EOAT(12, 212)를 회전시키거나, 다른 방식으로 이동시키거나, 조작한다. 진공이 꺼지고, 프리폼 부품이 전술한 바와 같이 금형 속으로 분리된다.
일반적으로, 본 발명으로부터 벗어나지 않고 자동으로 부품을 제조하기 위해, 성형에 한정되지 않는 다른 공정과 다른 적당한 재료가 고려된다. 성형에 한정되지 않는 다양한 공정이 고려된다. 제조되는 부품은 더 작거나 더 클 수 있다. 단일 또는 다중 배향으로 적층된 재료의 평탄한 시트가 고려된다. 재료의 평탄한 시트는 일반적으로 재료 취급을 위해 평탄하며, 단일 또는 다중 배향으로 적층된다. 평탄한 시트는 3차원 형상 또는 형태로 가압될 수 있다. 재료 시트는 중실형일 수 있으며, 접합될 수 있고, 국소적으로 두꺼운 영역(예컨대, 재료의 추가적인 패치)을 가질 수도 있다. 재료는 단방향성 또는 테이프, 직물 또는 무작위 섬유 재료일 수 있다.
이제, 도 11 내지 도 13 및 도 15를 참조하면, 시트(542)를 예비 성형하는 방법이 상세히 나타나 있다. 시트(42, 542)가 하부 멤브레인(56) 상으로 적재된 이후, 로봇(508)은 아암 말단 툴링을 하부 프리폼 툴(14, 514) 위의 위치로 이동시킨다. 도 12에서, 로봇(508)은 아암 말단 툴링(12)을 하향 이동시켜 시트(42, 542) 상에 압력을 작용한다. 이러한 설정 동안, 상부 멤브레인은 아암 말단 툴링(12)의 진공 박스가 흡인 소스를 인가함에 따라 후퇴 위치(828)로 이동한다. 하부 멤브레인은 후퇴 위치(856)로 이동하고, 툴(50)의 성형 표면과 접촉하며, 그에 의해, 시트(42, 542)가 형상이 변하게 한다. 툴(50)은 선택적으로 시트(42, 542) 아래로부터 압력을 인가하도록 수직 상향 가압될 수 있다. 또한, 진공 흡인이 선택적으로 하부 멤브레인에 인가된다. 도 13에서, 로봇(508)은 아암 말단 툴링(12)을 상향 이동시키고, 동시에, 진공 박스는 흡인을 지속적으로 인가하며, 이는 시트(42, 542)가 후퇴된 상부 멤브레인(828) 상에 머무르게 한다. 동시에, 도 13에 도시된 단계 동안, 하부 프리폼 툴은 진공 흡인을 차단하고, 가압된 공기를 하부 멤브레인에 대해 송풍하여 하부 멤브레인이 팽창 위치(656)로 이동하게 하고, 이는 시트(42, 542)의 분리를 용이하게 한다. 선택적 단계에서, 툴은 하부 멤브레인으로부터 멀어지는 방향으로 이격되도록 수직 하방으로 이동한다. 도 15에서, 시트(42, 542)를 갖는 로봇(508)은 개방 위치에 배치되어 있는 개방된 최종 금형(510)으로 이동된다. 아암 말단 툴링(12)은 진공 흡인을 끄고, 상부 멤브레인을 팽창 위치(628)로 이동시키기 위해 가압된 공기를 인가하여 시트(42, 542)가 상부 멤브레인으로부터 분리되고 최종 금형(510)의 금형 공동에 위치되게 하며, 여기서, 후속 성형 동작이 이루어진다. 가압된 공기의 적용 및 팽창 위치(628)로의 상부 멤브레인의 이동은 상부 멤브레인 내의 개구(29)를 통해 공기를 통과시킴으로써 상부 멤브레인 외부로 시트(42, 542)가 날려 떨어지게 한다. 이는 시트(42, 542)와 상부 멤브레인 사이의 임의의 정전기 인력 또는 반 데르 발스 힘을 극복하는 것을 돕는다.
본 발명에 대한 설명은 사실상 예시적인 것에 불과하며, 따라서, 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터의 일탈로 간주되지 않아야 한다.

Claims (33)

  1. 자동화된 금형 프리폼 시스템이며,
    프리폼 표면을 갖는 하부 프리폼 툴,
    하부 프리폼 툴 위에 위치된 프레임,
    용융 재료의 샷 또는 예비 함침 재료의 다수의 층을 갖는 프리폼 부품과,
    상부면과 저부면을 갖고 프레임 부재를 가로질러 연장하는 하부 멤브레인으로서, 상부면은 상부면 상에 배치되는 프리폼 부품을 위한 적재 영역을 제공하고, 멤브레인의 저부면은 프리폼 부품이 성형될 때 프리폼 표면과 결합하는, 하부 멤브레인,
    상부면과 저부면 사이에서 하부 멤브레인을 통해 연장하는 복수의 하부 멤브레인 개구,
    적어도 하나의 접촉면을 가지고, 적어도 하나의 챔버에 진공을 유발하는 흡인 소스 또는 적어도 하나의 챔버 내의 공기 유동 및 공기 압력의 증가를 유발하는 공기 압력 소스를 적용하기 위해 접촉면에 연결되는 적어도 하나의 챔버를 갖는, 진공 박스,
    적어도 하나의 접촉면을 가로질러 연장하는 상부 멤브레인으로서, 적어도 하나의 접촉면을 향하는 상부면과 프리폼 부품과 선택적으로 접촉하는 저부면을 가지고, 공기 압력 소스가 적어도 하나의 챔버에 적용될 때의 팽창 위치와 흡인 소스가 적어도 하나의 챔버에 적용될 때의 후퇴 위치 사이에서 이동하는, 상부 멤브레인,
    상부 면과 저부면 사이에서 상부 멤브레인을 통해 연장하는 복수의 상부 멤브레인 개구로서, 상부 멤브레인에 대한 흡인 소스 또는 공기 압력 소스의 적용이 또한 복수의 상부 멤브레인 개구를 통해 적용되어 흡인 소스 및 공기 압력 소스가 프리폼 부품과 접촉하여 프리폼 부품 상에 작용하게 하는, 복수의 상부 멤브레인 개구,
    프리폼 부품과 결합하여 프리폼 부품을 이동시키고 말단 아암 툴링 시스템을 조작하기 위해 하부 프리폼 툴에 대한 위치로 진공 박스를 이동시키기 위해 진공 박스에 연결된 로봇, 및
    진공 박스에 연결되어 폐쇄된 박스 환경을 생성하는 진공 덮개를 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 하부 프리폼은 결합 위치와 분리 위치 사이에서 수직방향으로 이동가능한, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 용융 재료의 샷은 수지 및 섬유의 원료 장입물인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 하나 이상의 냉각 또는 가열 통로가 하부 프리폼 툴의 본체를 통해 형성되고, 하나 이상의 냉각 또는 가열 통로는 가열 유체 또는 냉각 유체가 하나 이상의 냉각 또는 가열 통로를 통해 선택적으로 유동할 수 있게 하여 하부 프리폼 툴의 프리폼 표면을 냉각 또는 가열하게 하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 냉각 유체 또는 가열 유체는 본질적으로 물, 공기, 증기, 컨포멀 냉각 적외선 외부 가열 요소로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 진공 및 공기 분출 출구를 더 포함하고, 하나 이상의 진공 및 공기 분출 출구는 하부 프리폼에 형성되어 흡인 소스를 적용하여 프리폼 표면과 하부 멤브레인 사이에 진공을 유발함으로써 하부 멤브레인을 후퇴 위치로 이동시키거나 공기 압력 소스를 하나 이상의 진공 및 공기 분출 출구에 적용하여 프리폼 표면과 하부 멤브레인 사이에 공기 유동을 유발함으로써 공기 압력을 증가시켜 하부 멤브레인을 팽창 위치로 이동시키도록 흡인 소스와 공기 압력 소스를 선택적으로 적용하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 본질적으로 탄소 섬유, 유리 섬유, 세단 탄소 섬유, 세단 유리 섬유, 직조 탄소 섬유 또는 단방향 탄소 섬유, 50 mm 미만의 길이를 갖는 세단 탄소 섬유를 구비하는 시트 성형 콤파운드 및 그 조합으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나를 갖는 에폭시계 예비 함침 재료를 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 예비 함침 재료의 4개 층을 갖는 메인 본체 부분과 적어도 두 개의 층의 예비 함침 재료를 갖는 하나 이상의 보강 패치를 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 하부 멤브레인이 하부 프리폼 툴과 결합하기 이전에 하부 멤브레인 상에 배치될 때 프리폼 부품은 장입물 커버리지 영역을 가지고, 장입물 커버리지 영역은 본질적으로 프리폼 표면의 표면적의 약 95% 내지 약 100%와 프리폼 표면의 표면적의 약 50% 내지 85%로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나의 범위인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상부 멤브레인 및 하부 멤브레인은 프리폼 부품과 접촉하는 비점착성 표면을 제공하는 경화 실리콘 멤브레인으로 이루어지는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 접촉면은 미리 결정된 프로파일을 가지고, 상부 멤브레인은 흡인 소스가 켜지고 부품이 상부 멤브레인의 하부 표면에 대해 보유될 때 적어도 하나의 접촉면에 대해 가압하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 흡인 소스가 꺼지고, 공기 압력 소스가 결합될 때, 상부 멤브레인은 평탄한 상태로 복귀되고 및/또는 팽창 위치로 외향 팽윤되어 상부 멤브레인으로부터 프리폼 부품의 분리를 보조하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상부 멤브레인의 하부 표면과 하부 멤브레인의 상부 표면 상에 제공되는 코팅을 더 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 코팅은 본질적으로 경화 실리콘, 니켈 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나의 코팅 재료인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 각각 수지를 갖는 섬유 예비 함침 시트이고, 섬유는 본질적으로 탄소, 케블라, 유리, 현무암 및/또는 금속으로 구성되는 그룹으로부터 선택되고, 수지는 본질적으로, 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리에스테르 및/또는 폴리아미드로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 프리폼 부품은 에폭시 재료로 예비 함침된 탄소 섬유인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 프레임 위쪽으로부터 프리폼 부품을 가열하기 위해 하부 프리폼 툴과 프레임 위쪽에 배치된 가열 요소를 더 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 각각 본질적으로 연속 탄소 섬유 시트 성형 콤파운드, 불연속 탄소 섬유 성형 콤파운드, 연속 유리 섬유 시트 성형 콤파운드, 불연속 유리 섬유 시트 성형 콤파운드 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것인 시트 성형 콤파운드인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 시트 성형 콤파운드는 본질적으로 비닐 에스테르, 폴리에스테르 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것인 수지를 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  20. 자동화된 금형 프리폼 시스템이며,
    프리폼 표면을 갖는 하부 프리폼 툴로서, 하부 프리폼은 결합 위치와 분리 위치 사이에서 수직방향으로 이동할 수 있는, 하부 프리폼 툴,
    하부 프리폼 툴 위에 배치된 프레임,
    수지 및 섬유의 원료 장입물인 용융 재료의 샷 또는 예비 함침 재료의 다수의 층을 갖는 프리폼 부품으로서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 각각 수지 재료를 갖는 섬유 예비 함침 시트이고, 섬유는 본질적으로 탄소, 케블라, 유리, 현무암 및/또는 금속으로 구성되는 그룹으로부터 선택되고, 수지는 본질적으로 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리에스테르 및/또는 폴리아미드로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 프리폼 부품,
    상부면과 저부면을 갖는 프레임 부재를 가로질러 연장하는 하부 멤브레인으로서, 상부면은 상부면 상에 배치되는 프리폼 부품을 위한 적재 영역을 제공하고, 멤브레인의 저부면은 프리폼 부품이 성형될 때 프리폼 표면과 결합하는, 하부 멤브레인,
    하부 프리폼 내에 형성되는 하나 이상의 진공 및 공기 분출 출구로서, 흡인 소스를 적용하여 프리폼 표면과 하부 멤브레인 사이에 진공을 유발함으로써 하부 멤브레인이 후퇴 위치로 이동하게 하거나, 공기 압력 소스를 하나 이상의 진공 및 공기 분출 출구에 적용하여 프리폼 표면과 하부 멤브레인 사이에 공기 유동을 유발하고 공기 압력을 증가시켜 하부 멤브레인이 팽창 위치가 되게 하도록 선택적으로 흡인 소스와 공기 압력 소스를 적용하기 위한, 하나 이상의 진공 및 공기 분출 출구,
    상부면과 하부면 사이에서 하부 멤브레인을 통해 연장하는 복수의 하부 멤브레인 개구로서, 하부 멤브레인에 대한 흡인 소스 또는 공기 압력 소스의 적용은 복수의 하부 멤브레인 개구를 통해 적용되어 흡인 소스 및 공기 압력 소스가 프리폼 부품에 접촉하고 작용하게 하는, 복수의 저부 맴브레인 개구,
    적어도 하나의 접촉면을 가지고, 적어도 하나의 챔버에 진공을 유발하는 흡인 소스 또는 적어도 하나의 챔버 내의 공기 유동 및 공기 압력의 증가를 유발하는 공기 압력 소스를 적용하기 위해 접촉면에 연결되는 적어도 하나의 챔버를 갖는, 진공 박스,
    적어도 하나의 접촉면을 가로질러 연장하는 상부 멤브레인으로서, 적어도 하나의 접촉면을 향하는 상부면과 프리폼 부품과 선택적으로 접촉하는 저부면을 가지고, 공기 압력 소스가 적어도 하나의 챔버에 적용될 때의 팽창 위치와 흡인 소스가 적어도 하나의 챔버에 적용될 때의 후퇴 위치 사이에서 이동하는, 상부 멤브레인,
    상부 면과 저부면 사이에서 상부 멤브레인을 통해 연장하는 복수의 상부 멤브레인 개구로서, 상부 멤브레인에 대한 흡인 소스 또는 공기 압력 소스의 적용이 또한 복수의 상부 멤브레인 개구를 통해 적용되어 흡인 소스 및 공기 압력 소스가 프리폼 부품과 접촉하여 프리폼 부품 상에 작용하게 하는, 복수의 상부 멤브레인 개구,
    프리폼 부품과 결합하여 프리폼 부품을 이동시키고 말단 아암 툴링 시스템을 조작하기 위해 하부 프리폼 툴에 대한 위치로 진공 박스를 이동시키기 위해 진공 박스에 연결된 로봇, 및
    진공 박스에 연결되어 폐쇄된 박스 환경을 생성하는 진공 덮개를 포함하는, 자동화된 몰드 프리폼 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 하부 프리폼은 결합 위치와 분리 위치 사이에서 수직방향으로 이동가능한, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 하나 이상의 냉각 또는 가열 통로가 하부 프리폼 툴의 본체를 통해 형성되고, 하나 이상의 냉각 또는 가열 통로는 가열 유체 또는 냉각 유체가 하나 이상의 냉각 또는 가열 통로를 통해 선택적으로 유동할 수 있게 하여 하부 프리폼 툴의 프리폼 표면을 냉각 또는 가열하게 하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 냉각 유체 또는 가열 유체는 본질적으로 물, 공기, 증기, 컨포멀 냉각 적외선 외부 가열 요소로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  24. 제20항에 있어서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 본질적으로 탄소 섬유, 유리 섬유, 세단 탄소 섬유, 세단 유리 섬유, 직조 탄소 섬유 또는 단방향 탄소 섬유, 50 mm 미만의 길이를 갖는 세단 탄소 섬유를 구비하는 시트 성형 콤파운드 및 그 조합으로 구성되는 그룹 중 적어도 하나를 갖는 에폭시계 예비 함침 재료를 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  25. 제20항에 있어서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 예비 함침 재료의 4개 층을 갖는 메인 본체 부분과 적어도 두 개의 층의 예비 함침 재료를 갖는 하나 이상의 보강 패치를 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  26. 제20항에 있어서, 하부 멤브레인이 하부 프리폼 툴과 결합하기 이전에 하부 멤브레인 상에 배치될 때 프리폼 부품은 장입물 커버리지 영역을 가지고, 장입물 커버리지 영역은 본질적으로 프리폼 표면의 표면적의 약 95% 내지 약 100%와 프리폼 표면의 표면적의 약 50% 내지 85%로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나의 범위인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  27. 제20항에 있어서, 상부 멤브레인 및 하부 멤브레인은 프리폼 부품과 접촉하는 비점착성 표면을 제공하는 경화 실리콘 멤브레인으로 이루어지는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  28. 제20항에 있어서, 적어도 하나의 접촉면은 미리 결정된 프로파일을 가지고, 상부 멤브레인은 흡인 소스가 켜지고 부품이 상부 멤브레인의 하부 표면에 대해 보유될 때 적어도 하나의 접촉면에 대해 가압하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  29. 제20항에 있어서, 흡인 소스가 꺼지고, 공기 압력 소스가 결합될 때, 상부 멤브레인은 평탄한 상태로 복귀되고 및/또는 팽창 위치로 외향 팽윤되어 상부 멤브레인으로부터 프리폼 부품의 분리를 보조하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  30. 제20항에 있어서, 상부 멤브레인의 하부 표면과 하부 멤브레인의 상부 표면 상에 제공되는 코팅을 더 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 코팅은 본질적으로 경화 실리콘, 니켈 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나의 코팅 재료인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  32. 제20항에 있어서, 예비 함침 재료의 다수의 층은 각각 본질적으로 연속 탄소 섬유 시트 성형 콤파운드, 불연속 탄소 섬유 성형 콤파운드, 연속 유리 섬유 시트 성형 콤파운드, 불연속 유리 섬유 시트 성형 콤파운드 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것인 시트 성형 콤파운드인, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 시트 성형 콤파운드는 본질적으로 비닐 에스테르, 폴리에스테르 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것인 수지를 포함하는, 자동화된 금형 프리폼 시스템.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11305498B2 (en) * 2018-12-21 2022-04-19 The Boeing Company System and method for fabricating a composite ply layup
DE102019200321A1 (de) * 2019-01-14 2020-07-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Drapieren flächiger Halbzeuge
CN117207497B (zh) * 2023-09-25 2024-04-02 江苏飓风环保科技有限公司 一种用于玻璃钢加工的模压装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015151054A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Magna International, Inc. End of arm tooling

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008041556A1 (fr) * 2006-09-29 2008-04-10 Toray Industries, Inc. Moule de formage et procédé de fabrication de préformes et de matériaux plastiques renforcés de fibres avec le moule
EP3023233B1 (en) * 2014-11-20 2019-03-06 The Boeing Company Flexible material transfer devices, flexible vacuum compaction devices, flexible vacuum chucks, and systems and methods including the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015151054A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Magna International, Inc. End of arm tooling

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