KR20180134988A - 복합 중공 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 헤드 및 시스템 - Google Patents

복합 중공 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 헤드 및 시스템 Download PDF

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KR20180134988A
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KR
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tubular structure
nozzle
head
matrix
material layer
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케네스 라일 타일러
제프 비바웃
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씨씨3디 엘엘씨
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Abstract

복합 구조체 제조에 사용하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 복합 구조체의 제조 중 복수의 방향들로 이동하도록 구성된 지지부, 및 지지부에 결합된 헤드를 포함할 수도 있다. 헤드는, 액체 매트릭스 및 적어도 하나의 연속 섬유를 수용하도록 구성되고 관형 구조체를 배출하도록 구성되는 하우징을 가질 수도 있다. 헤드는 또한 하우징에 작동 가능하게 연결되고 관형 구조체가 하우징으로부터 배출될 때 관형 구조체의 표면 상에 재료 층을 성막하도록 구성된 노즐, 및 노즐과 연관되고 재료 층을 와이핑하도록 구성된 스퀴지를 가질 수도 있다. 헤드는, 하우징에 작동 가능하게 연결되고 배출하는 동안 관형 구조체 내 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성된 제 1 경화 인핸서, 및 노즐에 의해 성막된 재료 층을 경화시키도록 구성된 제 2 경화 인핸서를 추가로 가질 수도 있다.

Description

복합 중공 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 헤드 및 시스템
본 개시는 일반적으로 제조 헤드 및 시스템에 관한 것이고, 보다 특히, 복합 중공 구조체들을 연속적으로 제조하기 위한 헤드 및 시스템에 관한 것이다.
압출 제조는 연속 중공 구조체들을 제조하기 위한 공지된 프로세스이다. 압출 제조하는 동안, 원하는 단면 형상과 크기를 가지는 다이를 통하여 액체 매트릭스 (예컨대, 열경화성 수지 또는 가열된 열가소성 수지) 를 밀어준다. 다이에서 나갈 때, 재료는 최종 형태로 경화되어 굳어진다. 일부 용도에서, 액체 매트릭스가 다이에서 나갈 때 액체 매트릭스의 경화를 가속화하는데 UV 라이트 및/또는 초음파 진동들이 사용된다. 압출 제조 프로세스에 의해 제조된 중공 구조체들은 직선 또는 곡선 프로파일, 일관된 단면 형상, 및 우수한 표면 마감과 임의의 연속 길이를 가질 수도 있다. 압출 제조는 중공 구조체들을 연속적으로 제조하는 효율적인 방법일 수 있지만, 결과적으로 생성된 구조체들은 일부 용도에 요구되는 강도가 부족할 수도 있다.
인발 (pultrusion) 제조는 고 강도 중공 구조체들을 제조하기 위해 공지된 프로세스이다. 인발 제조 중, 개별 섬유 스트랜드들, 스트랜드들의 브레이드들, 및/또는 제직물들은 액체 매트릭스 (예컨대, 열경화성 수지 또는 가열된 열가소성 수지) 로 코팅되거나 그렇지 않으면 함침되고 고정 다이를 통하여 당겨지고 이 다이에서 액체 매트릭스는 최종 형태로 경화되어 굳어진다. 압출 제조와 같이, 일부 인발 용도에서, 액체 매트릭스가 다이에서 나갈 때 액체 매트릭스의 경화를 가속화하는데 UV 라이트 및/또는 초음파 진동들이 사용된다. 인발 제조 프로세스에 의해 제조된 중공 구조체들은, 통합된 섬유들로 인해 증가된 강도 뿐만 아니라 압출된 구조체들의 많은 동일한 속성들을 갖는다. 인발 제조는 고 강도 중공 구조체들을 연속적으로 제조하는 효율적인 방법일 수 있지만, 결과적으로 생성된 구조체들은 일부 용도에 요구되는 형태 (form) 가 부족할 수도 있다. 게다가, 인발된 중공 구조체들 내에 통합된 다양한 섬유 패턴들이 제한될 수 있어서, 결과적으로 생성된 중공 구조체들의 이용 가능한 특징들을 제한한다.
개시된 시스템은 종래 기술의 전술한 문제점들 및/또는 다른 문제점들 중 하나 이상을 극복하기 위한 것이다.
일 양태에서, 본 개시는 제조 시스템용 헤드에 관한 것이다. 헤드는 액체 매트릭스 및 적어도 하나의 연속 섬유를 수용하고 복합 관형 구조체를 배출하도록 구성된 하우징을 포함할 수도 있다. 헤드는 또한 헤드에 작동 가능하게 결합되고 복합 관형 구조체가 하우징으로부터 배출될 때 복합 관형 구조체의 표면 상에 재료 층을 성막하도록 구성된 노즐을 포함할 수도 있다. 헤드는, 노즐과 연관되고 재료 층을 와이핑하도록 구성된 스퀴지 (squeegee) 를 추가로 가질 수도 있다.
다른 양태에서, 본 개시는 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 복합 구조체의 제조 중 복수의 방향들로 이동하도록 구성된 지지부, 및 지지부에 결합된 헤드를 포함할 수도 있다. 헤드는, 액체 매트릭스 및 적어도 하나의 연속 섬유를 수용하도록 구성되고 관형 구조체를 배출하도록 구성되는 하우징을 가질 수도 있다. 헤드는 또한 하우징에 작동 가능하게 연결되고 관형 구조체가 하우징으로부터 배출될 때 관형 구조체의 표면 상에 재료 층을 성막하도록 구성된 노즐, 및 노즐과 연관되고 재료 층을 와이핑하도록 구성된 스퀴지를 가질 수도 있다. 헤드는, 하우징에 작동 가능하게 연결되고 배출하는 동안 관형 구조체 내 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성된 제 1 경화 인핸서 (cure enhancer), 및 노즐에 의해 성막된 재료 층을 경화시키도록 구성된 제 2 경화 인핸서를 추가로 가질 수도 있다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 복합 구조체를 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 매트릭스로 섬유들을 연속적으로 코팅하는 단계, 관형 구조체를 형성하도록 비섬유 축선으로부터 이격되게 반경방향으로 바깥쪽으로 매트릭스 코팅된 섬유들을 전환하는 단계, 상기 관형 구조체 내에 3 차원 궤적을 생성하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 방법은 또한 상기 관형 구조체 내부의 상기 매트릭스를 경화하는 단계, 상기 관형 구조체를 형성하는 동안 상기 관형 구조체의 표면 상에 매트릭스의 재료 층을 성막하는 단계, 및 상기 재료 층의 적어도 일부를 블레이드로 와이핑하는 단계를 포함할 수도 있다.
도 1 및 도 2 는 예시적 개시된 제조 시스템들의 개략도들이다.
도 3 은 도 1 및 도 2 의 제조 시스템들과 함께 사용될 수도 있는 예시적 개시된 구동부 및 헤드의 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 헤드의 분해도이다.
도 5 는 도 3 및 도 4 의 헤드에 연결될 수도 있는 예시적 개시된 실드 (shield) 의 사시도이다.
도 6 내지 도 9 는 도 1 및 도 2 의 시스템으로 제조될 수도 있는 예시적 개시된 중공 구조체들의 개략도들이다.
도 10 내지 도 18 은 도 6 내지 도 9 의 중공 구조체들의 벽들을 구성할 수도 있는 예시적 개시된 직조 (weave) 패턴들의 개략도들이다.
도 19 및 도 20 은 도 1 및 도 2 의 제조 시스템들과 함께 사용될 수도 있는 예시적 개시된 헤드의 단면도들이다.
도 1 및 도 2 는 임의의 원하는 단면 형상 (예컨대, 원형 또는 다각형) 을 가지는 중공 복합 구조체들 (14; 예컨대, 튜브들, 호스들, 채널들, 도관들, 덕트들, 등) 을 연속적으로 제조하는데 사용될 수도 있는 다른 예시적 시스템들 (10, 12) 을 도시한다. 각각의 시스템 (10, 12) 은 지지부 (16), 구동부 (18) 및 헤드 (20) 를 포함할 수도 있다. 헤드 (20) 는 구동부 (18) 를 통하여 지지부 (16) 에 결합될 수도 있다. 도 1 의 개시된 실시형태에서, 지지부 (16) 는 구조체 (14) 의 제작 중 다수의 방향들로 구동부 (18) 및 헤드 (20) 를 이동시킬 수 있는 로봇식 아암이어서, 구조체 (14) 의 결과적으로 생성된 종방향 축선 (22) 은 3 차원이다. 도 2 의 실시형태에서, 지지부 (16) 는 또한 구조체들 (14) 의 제작 중 다수의 방향들로 헤드 (20) 및 구동부 (18) 를 이동시킬 수 있는 오버헤드 갠트리이다. 양 실시형태들의 지지부들 (16) 은 6 축 이동이 가능한 것으로 나타나 있지만, 구동부 (18) 및 헤드 (20) 를 동일하거나 상이한 방식으로 이동시킬 수 있는 임의의 다른 유형의 지지부 (16) 가 원하는 경우 또한 이용될 수 있는 것으로 고려된다.
도 3 에 도시된 대로, 헤드 (20) 와 지지부 (16) 사이 기계적 커플링으로서 기능을 하는 것 이외에, 구동부 (18) 는 동력을 헤드 (20) 에 또한 공급하도록 협동작용하는 구성요소들을 포함할 수도 있다. 이런 구성요소들은, 다른 것 중에서, 컨테이너 (24), 컨테이너 (24) 내부에 배치된 하나 이상의 액추에이터들, 및 다양한 액추에이터들을 헤드 (20) 의 다른 부분들에 연결하는 복수의 링크들을 포함할 수도 있다. 개시된 실시형태에서, 3 개의 다른 액추에이터들 (26, 28, 30) 은 2 개의 다른 샤프트들 (32, 34) 및 로드 (36) 를 통하여 헤드 (20) 에 결합된 것으로 컨테이너 (24) 의 내부에 도시되어 있다. 액추에이터들 (26, 28) 은 회전식 유형의 액추에이터들 (예컨대, 전기, 유압, 또는 공압 모터들) 일 수도 있고, 액추에이터 (30) 는 선형 유형의 액추에이터 (예컨대, 솔레노이드 액추에이터, 유압 실린더, 리드 나사 등) 일 수도 있다. 샤프트 (32) 는 관형 (즉, 실린더형 및 중공형) 이고 중심 축선 (37) 을 중심으로 회전하도록 액추에이터 (26) 에 의해 구동될 수도 있고, 샤프트 (34) 는 샤프트 (32) 의 중심을 통과하고 중심 축선 (37) 을 중심으로 또한 회전하도록 액추에이터 (28) 에 의해 구동될 수도 있다. 본 개시를 위해, 축선 (37) 은 헤드 (20) 의 비섬유 축선으로 간주될 수도 있다. 개시된 실시형태에서, 샤프트 (34) 는 또한 관형이고, 로드 (36) 는 샤프트 (34) 의 중심을 통과하도록 구성되고 샤프트 (34) 에 대해 안팎으로 축선방향으로 이동하도록 액추에이터 (30) 에 의해 구동될 수도 있다. 로드 (36) 는 또한 중심 축선 (37) 과 일반적으로 정렬될 수도 있다. 다른 수의 액추에이터들이 원하는 경우 다른 배열의 샤프트들 및/또는 로드들을 통하여 헤드 (20) 와 결합될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 원하는 경우, 단일 액추에이터는 (예컨대, 기어 트레인 (미도시) 을 통하여) 샤프트들 (32, 34) 양자를 회전시키도록 결합될 수 있다. 전기는 외부 공급부 (38; 예컨대, 설정된 급전망) 로부터 액추에이터들 (30 ~ 34) 로 제공될 수도 있다.
전술한 다양한 액추에이터들을 위한 장착 로케이션으로서 기능하는 것 이외에, 컨테이너 (24) 는 또한 일부 실시형태들에서 압력 용기로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 컨테이너 (24) 는 가압된 매트릭스 재료를 수용하거나 다르게 포함하도록 구성될 수도 있다. 매트릭스 재료는 경화 가능한 임의의 유형의 액체 수지 (예컨대, 제로 휘발성 유기 화합물 수지) 를 포함할 수도 있다. 예시적 수지들은 에폭시 수지들, 폴리에스테르 수지들, 양이온성 에폭시, 아크릴레이트 에폭시, 우레탄, 에스테르, 열가소성 수지, 포토폴리머, 폴리에폭시드 등을 포함한다. 일 실시형태에서, 컨테이너 (24) 내부의 매트릭스 재료의 압력은, 대응하는 도관 (42) 을 통하여 컨테이너 (24) 에 유동적으로 연결되는 외부 기기 (40; 예컨대, 압출기 또는 다른 유형의 펌프) 에 의해 발생될 수도 있다. 하지만, 다른 실시형태에서, 압력은 유사한 유형의 기기에 의해 컨테이너 (24) 의 내부에서 완전히 발생될 수도 있다. 어떤 경우에는, 컨테이너 (24) 내부의 매트릭스 재료는 조기 경화를 막기 위해서 차갑고 그리고/또는 어둡게 유지될 필요가 있을 수도 있고, 다른 경우에는, 매트릭스 재료는 같은 이유로 따뜻하게 유지될 필요가 있을 수도 있다. 어느 경우에나, 컨테이너 (24) 는 이런 필요성에 대비하도록 특별히 구성 (예컨대, 절연, 냉각, 및/또는 워밍) 될 수도 있다.
컨테이너 (24) 내부에 저장된 매트릭스 재료는 임의의 수의 분리된 섬유들을 코팅하고, 섬유들과 함께, 복합 구조체 (14) 의 벽을 구성하는데 사용될 수도 있다. 개시된 실시형태에서, 2 개의 분리된 섬유 공급부들 (44, 46) 은 컨테이너 안에 (예컨대, 분리된 내부 스풀들 (미도시) 상에) 저장되거나 그렇지 않으면 컨테이너 (24) 를 통과한다 (예컨대, 동일하거나 분리된 외부 스풀들로부터 공급됨). 일 예에서, 공급부들 (44, 46) 의 섬유들은 동일한 유형으로 되어 있고 동일한 직경 및 단면 형상 (예컨대, 원형, 정사각형, 플랫형 등) 을 갖는다. 하지만, 다른 예들에서, 공급부들 (44, 46) 의 섬유들은 다른 유형들로 되어 있고, 다른 직경들을 가지고, 그리고/또는 다른 단면 형상들을 갖는다. 각각의 공급부 (44, 46) 는 섬유의 단일 스트랜드, 여러 섬유 스트랜드들의 토우 또는 로빙, 또는 섬유 스트랜드들의 직조를 포함할 수도 있다. 스트랜드들은, 예를 들어, 탄소 섬유들, 식물 섬유들, 목재 섬유들, 광물 섬유들, 유리 섬유들, 금속 와이어들 등을 포함할 수도 있다.
섬유들이 컨테이너 (24) 내부에 있는 동안, 섬유들이 헤드 (20) 로 통과하는 동안 그리고/또는 섬유들이 헤드 (20) 로부터 배출되는 동안 공급부들 (44, 46) 로부터의 섬유들은 컨테이너 (24) 에 저장된 매트릭스 재료로 코팅될 수도 있다. 매트릭스 재료, 공급부들 (44, 46) 중 하나 또는 양자로부터의 건조 섬유들, 및/또는 매트릭스 재료로 이미 코팅된 섬유들은 본 기술분야의 당업자에게 명백한 임의의 방식으로 헤드 (20) 안으로 운반될 수도 있다. 도 3 의 실시형태에서, 매트릭스 재료는 양 공급부들 (44, 46) 로부터의 섬유들과 (어떤 경우에는, 가변 길이의 ?드 (chopped) 섬유들과 같은 충전제들과) 혼합되고, 매트릭스 코팅된 섬유들은 그 후 샤프트(들) (32 및/또는 34) 의 개방된 내부(들)를 통하여 헤드 (20) 로 향하게 된다. 하지만, 원하는 경우, 전용 도관들 (미도시) 이 대안적으로 이 목적으로 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 매트릭스 재료는 컨테이너 (24) 의 압력에 의해 샤프트(들) (32, 34) (및/또는 전용 도관(들)) 를 통하여 밀릴 수 있고, 섬유들은 매트릭스 재료와 함께 이동할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, (코팅되거나 코팅되지 않은) 섬유들은 샤프트들 (32 및/또는 34) 을 통하여 기계적으로 당겨질 수도 있고, 일부 실시형태들에서 매트릭스 재료는 섬유들과 함께 당겨질 수도 있다. 개시된 예에서, 샤프트들 (32 및/또는 34) 의 빈 내부(들)를 통하여 전기가 또한 헤드 (20) 로 공급된다.
헤드 (20) 는 서로 내부에 끼워 넣어진 일련의 실린더형 구성요소들을 포함할 수도 있고, 이 구성요소들은 구동부 (18) 로부터 수용된 매트릭스 코팅된 섬유들 밖으로 구조체 (14) 의 벽들에 독특한 직조 패턴들을 생성하는 기능을 한다. 도 3 및 도 4 에서 볼 수 있듯이, 이런 구성요소들은, 다른 것 중에서, 하우징 (48), 하나 이상의 섬유 가이드들 (예컨대, 제 1 섬유 가이드 (50) 및 제 2 섬유 가이드 (52)), 전환기 (54), 하나 이상의 경화 인핸서들 (예컨대, UV 라이트 (56) 및/또는 초음파 방사기 (58)) 및 컷오프 (60) 를 포함할 수도 있다. 이하 더 상세히 설명되는 것처럼, 구동부 (18) 로부터의 매트릭스 코팅된 섬유들은 제 1 및/또는 제 2 섬유 가이드들 (50, 52) 을 통과할 수도 있고, 여기에서 섬유들의 회전이 발생될 수도 있다. 회전하는 매트릭스 코팅된 섬유들은 그 후 전환기 (54) 와 하우징 (48) 사이 환형 간극 (61; 단지 도 3 에 도시) 을 통하여 전환기 (54) 의 입구 (62; mouth) 둘레에 통과할 수도 있고, 여기에서 수지는 UV 라이트 (56) 및/또는 초음파 방사기 (58) 를 통해 안에서 밖으로 경화된다.
하우징 (48) 은 일반적으로 관형일 수도 있고, 개방 단부 (64) (단지 도 4 에 도시) 및 대향한 돔형 단부 (68) 를 가질 수도 있다. 개방 단부 (64) 에서 하우징 (48) 의 내부 직경은 섬유 가이드들 (50, 52) 의 외부 직경들보다 더 클 수도 있고, 하우징 (48) 의 내부 축선방향 길이는 섬유 가이드들 (50, 52) 의 축선방향 길이들보다 더 클 수도 있다. 이런 배열로, 섬유 가이드들 (50, 52) 은 하우징 (48) 내부에 적어도 부분적으로 끼워 맞추어질 수도 있다. 개시된 실시형태에서, 양 섬유 가이드들 (50, 52) 은 하우징 (48) 의 내부에 완전히 끼워 넣어져서, 개방 단부 (64) 에서 하우징 (48) 의 축선방향 면 (69) 은 섬유 가이드들 (50, 52) 의 대응하는 단부들을 지나 연장된다. 개방 단부 (64) 에서 하우징 (48) 의 면 (69) 은 전환기 (54) 의 대응하여 만곡된 외면을 반영하도록 볼록하게 만곡될 수도 있다. 중심 개구 (70) 가 하우징 (48) 의 돔형 단부 (68) 내에 형성될 수도 있어서, 샤프트 (32), 샤프트 (34), 및 로드 (36) 가 상기 개구를 축선방향으로 통과할 수 있도록 허용한다. 일부 실시형태들에서, 시일 (72; 예컨대, o-링 (단지 도 3 에만 도시)) 은 액체 매트릭스 재료가 하우징 (48) 밖으로 누출되는 것을 막도록 개구 (70) 에 그리고 샤프트 (32) 둘레에 배치될 수도 있다.
하우징 (48) 과 같이, 섬유 가이드들 (50, 52) 은 또한 일반적으로 관형일 수도 있고 개방 단부 (74) 및 개방 단부 (74) 에 대향하여 위치한 돔형 단부 (76) 를 가질 수도 있다. 개방 단부 (74) 에서 섬유 가이드 (50) 의 내부 직경은 돔형 단부 (76) 에서 섬유 가이드 (52) 의 외부 직경보다 더 클 수도 있고, 섬유가이드 (50) 의 내부 축선방향 길이는 섬유 가이드 (52) 의 외부 축선방향 길이보다 더 클 수도 있다. 이런 배열로, 섬유 가이드 (52) 는 섬유 가이드 (50) 내부에 적어도 부분적으로 끼워 맞추어질 수도 있다. 개시된 실시형태에서, 섬유 가이드 (52) 는 섬유 가이드 (50) 의 내부에 완전히 끼워 넣어져서, 개방 단부 (74) 에서 섬유 가이드 (50) 의 단부 면 (78) 은 섬유 가이드 (52) 의 단부 면 (80) 을 지나 축선방향으로 연장된다. 섬유 가이드들 (50, 52) 의 단부 면들 (78, 80) 은 전환기 (54) 의 대응하게 만곡된 외면을 반영하도록 볼록하게 만곡될 수도 있다.
섬유 가이드들 (50, 52) 은 각각 개방 단부 (74) 로부터 돔형 단부 (76) 까지 연장되는 환형 측벽 (82) 을 가질 수도 있다. 개시된 예에서, 각각의 측벽 (82) 의 두께는 (예컨대, 엔지니어링 공차들 내에서) 거의 동일할 수도 있다. 하지만, 원하는 경우, 각각의 측벽 (82) 은 상이한 두께를 가질 수 있는 것으로 고려된다. 측벽들 (82) 의 두께는 임의의 수의 축선방향으로 배향된 통로들 (84) 을 내부에 수용하기에 충분할 수도 있다. 통로들 (84) 은 대응하는 단부 면 (즉, 단부 면 (78 또는 80)) 으로부터 완전히 돔형 단부 (76) 를 통과할 수도 있다. 섬유 가이드 (50) 에 형성된 각각의 통로 (84) 는 공급부들 (44, 46) 중 하나로부터 하나 이상의 섬유들을 수용하도록 구성될 수도 있고, 섬유 가이드 (52) 에 형성된 각각의 통로 (84) 는 공급부들 (44, 46) 중 다른 하나로부터 하나 이상의 섬유들을 수용하도록 구성될 수도 있다. 동일하거나 상이한 수의 통로들 (84) 이 원하는 대로 각각의 섬유 가이드들 (50, 52) 내에 형성될 수도 있고, 그리고/또는 통로들 (84) 은 동일하거나 상이한 직경들을 가질 수도 있는 것으로 고려된다. 개시된 실시형태에서, 실질적으로 동일한 직경들을 갖는 24 개의 균등한 간격의 통로들 (84) 이 각각의 섬유 가이드들 (50, 52) 에 형성된다. 섬유 가이드 (52) 의 환형 벽 (82) 은 섬유 가이드 (50) 의 환형 벽 (82) 보다 작은 직경을 가질 수도 있으므로, 섬유 가이드 (52) 내 통로들 (84) 사이 균등한 간격은 섬유 가이드 (50) 내 통로들 (84) 사이 대응하는 균등한 간격과 상이할 수도 있다. 섬유 가이드들 (50, 52) 중 하나 또는 양자 내 통로 간격은 일부 실시형태들에서 불균등하게 분포될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 섬유 가이드 (52) 가 섬유 가이드 (50) 내에 완전히 끼워 넣어질 수도 있으므로, 섬유 가이드 (50) 를 통과하는 섬유들은 일반적으로 구조체 (14) 의 제작 중 섬유 가이드 (52) 를 통과하는 섬유들과 중첩될 수도 있다.
각각의 섬유 가이드들 (50, 52) 은 구조체 (14) 의 제작 중 선택적으로 회전되거나 고정 유지될 수도 있어서, 각각의 가이드를 통과하는 섬유들은 함께 독특한 직조 패턴들 (예컨대, 나선형 패턴들, 오실레이팅 패턴들, 직선 및 평행 패턴들, 또는 조합 패턴들) 을 생성한다. 섬유 가이드 (50) 의 회전은 샤프트 (32) 를 통하여 구동될 수도 있고, 섬유 가이드 (52) 의 회전은 샤프트 (34) 를 통하여 구동될 수도 있다. 샤프트 (32) 는 돔형 단부 (76) 및/또는 섬유 가이드 (50) 의 내부 표면에 연결될 수도 있다. 샤프트 (34) 는 돔형 단부 (76) 및/또는 섬유 가이드 (52) 의 내부 표면에 맞물리도록 섬유 가이드 (50) 의 돔형 단부 (76) 에서 클리어런스 개구 (86) 를 통과할 수도 있다. 이하 더 상세히 설명하는 것처럼, 섬유 가이드들 (50, 52) 의 상대 회전들은 구조체 (14) 의 결과적으로 생성된 직조 패턴들에 영향을 미칠 수도 있다. 특히, 섬유 가이드들 (50, 52) 의 회전들은 동일한 방향으로, 서로 반대 방향으로, 연속적으로, 단속적으로, 오실레이팅으로 이루어질 수도 있고, 더 작거나 더 큰 오실레이션 범위들을 가질 수도 있고, 더 낮은 또는 더 높은 속도로 구현 등이 이루어질 수도 있어서, 원하는 특성들을 가지는 독특한 그리고/또는 다이내믹하게 변하는 직조 패턴들을 만든다. 게다가, 섬유 가이드들 (50, 52) 의 회전들은 지지부 (16) 의 이동들, 전환기 (54) 의 이동들, 축선방향 압출 거리 및/또는 비율, 및/또는 구조체 (14) 의 공지된 기하학적 구조 (예컨대, 종단점들, 결합점들, 티들 (tees), 직경 변화들, 스플라이스들, 턴들, 고압 및/또는 고온 영역들 등) 로 편성될 수도 있다.
전환기 (54) 는 일반적으로 종 모양일 수도 있고 입구 (62) 에 대향하여 위치한 돔형 단부 (88) 를 가질 수도 있다. 돔형 단부 (88) 는 입구 (62) 보다 작은 직경을 가질 수도 있고 섬유 가이드 (52) 내에 적어도 부분적으로 끼워 넣어지도록 구성될 수도 있다. 입구 (62) 는 돔형 단부 (88) 로부터 반경방향으로 바깥쪽으로 벌어질 수도 있고, 섬유 가이드 (52) 의 외부 직경보다 큰 외부 직경을 가질 수도 있다. 일 실시형태에서, 입구 (62) 의 외부 직경은 하우징 (48) 의 외부 직경과 거의 동일할 수도 있다. 전환기 (54) 는, 그것의 바깥쪽으로 벌어지는 윤곽으로 인해, 반경방향으로 바깥쪽으로 양 섬유 가이드들 (50, 52) 의 통로들 (84) 에서 나가는 섬유들을 전환하는 기능을 할 수도 있다. 이런 식으로, 구조체 (14) 의 결과적으로 생성된 내부 직경은 전환기 (54) 의 외부 직경에 의해 좌우될 수도 있다. 게다가, 전환기 (54) 는 하우징 (48) 의 면 (69) 에 대해 섬유들을 전환하여서, 간극 (61) 내에 섬유들을 끼워 넣는다 (도 3 참조). 그러므로, 구조체 (14) 의 내부 직경 설정 이외에, 전환기 (54) 의 전환 기능은 또한 구조체 (14) 의 벽 두께에 영향을 줄 수도 있다.
일 실시형태에서, 전환기 (54) 는 구조체 (14) 의 벽 두께를 선택적으로 조절하도록 이동 가능할 수도 있다. 구체적으로, 로드 (36) 는 전환기 (54) 의 돔형 단부 (76) 에 맞물리도록 섬유 가이드들 (50, 52) 의 클리어런스 개구들 (86) 을 통과할 수도 있다. 이와 관련하여, 액추에이터 (30) 에 의해 유발되는 로드 (36) 의 축선방향 병진운동 (도 3 참조) 은 간극 (61) 의 가변 폭 및 구조체 (14) 의 대응하는 벽 두께를 유발할 수도 있다. 그러므로, 구조체 (14) 의 더 두꺼운 벽들은 하우징 (48) 으로부터 이격되게 전환기 (54) 를 밀어줌으로써 제작될 수도 있고, 더 얇은 벽들은 하우징 (48) 에 더 가깝게 전환기 (54) 를 당겨줌으로써 제작될 수도 있다. 전환기 (54) 는 일반적으로 종 모양인 것으로 설명되었지만, 원하는 경우, 전환기 (54) 는 대안적으로 원뿔 모양일 수 있다는 점이 고려된다.
구조체 (14) 의 벽들 내 특별한 형상부들은 간극 (61) 의 폭을 신속하게 변화시킴으로써 (즉, 전환기 (54) 를 신속하게 끌어당기고 전환기 (54) 를 신속하게 다시 밀어냄으로써) 생성될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 리지들 (도 8 참조), 플랜지들 (도 7 참조), 가요성 섹션들, 및 다른 형상부들은 당김/밀림 동작들의 속도, 지속기간 및/또는 거리를 조절함으로써 생성될 수도 있다.
UV 라이트 (56) 는 구조체 (14) 의 형성 중 구조체 (14) 의 내부 표면을 전자기 방사선에 연속적으로 노출시키도록 구성될 수도 있다. 전자기 방사선은 간극 (61) 을 통하여 배출하는 매트릭스 재료 내에서 발생하는 화학 반응 속도를 증가시킬 수 있어서, 매트릭스 재료를 경화시키는데 필요한 시간을 감소시키는 것을 돕는다. 개시된 실시형태에서, UV 라이트 (56) 는 전환기 (54) 의 입구 (62) 내에 축선 (37) 과 일반적으로 정렬되어 장착되고, 전환기 (54) 로부터 이격되게 방사선을 향하게 하도록 배향될 수도 있다. UV 라이트 (56) 는 축선 (37) 둘레에 균등하게 분배된 다수의 LED 들 (예컨대, 6 개의 다른 LED 들) 을 포함할 수도 있다. 하지만, 임의의 수의 LED 들 또는 다른 전자기 방사선원들은 대안적으로 개시된 목적을 위해 이용될 수 있는 것으로 고려된다. UV 라이트 (56) 는, 공급부 (38) (도 3 참조) 로부터 샤프트들 (32, 34) 및 로드 (36) 를 통하여 연장되는 전기 리드 (90) 를 통하여 동력을 공급받을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 로드 (36) 그 자체가 전기 리드 (90) 로서 기능을 할 수도 있다. 구조체 (14) 가 입구 (62) 로부터 이격되게 미리 정해진 길이 이상으로 축선방향으로 성장하기 전 전자기 방사선의 양은 매트릭스 재료를 경화시키기에 충분할 수도 있다. 일 실시형태에서, 축선방향 성장 길이가 구조체 (14) 의 외부 직경과 동일해지기 전 구조체 (14) 는 완전히 경화된다.
초음파 방사기 (58) 는 구조체 (14) 에서 매트릭스 재료의 경화 비율을 높이도록 UV 라이트 (56) 대신에 또는 그것에 부가적으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 초음파 방사기 (58) 는 전환기 (54) 의 입구 (62) 내부에 직접 장착되거나 대안적으로 UV 라이트 (56) 의 원위 단부에 (예컨대, 그것의 대응하는 리세스 내에) 장착될 수 있다. 초음파 방사기 (58) 는 매트릭스 재료 내 분자들에 초음파 에너지를 방출하여서, 분자들을 진동시키는데 사용될 수도 있다. 진동들은 매트릭스 재료에 버블들을 발생시킬 수도 있고, 이들은 높은 온도들 및 압력들에서 공동을 만들고, 매트릭스 재료가 그렇지 않으면 가능한 것보다 더 빨리 경화되도록 한다. 초음파 방사기 (58) 는 UV 라이트 (56) 와 동일한 방식으로 동력을 공급받을 수도 있고, 또한 구조체 (14) 를 안에서 밖으로 경화시키는 기능을 한다. UV 라이트 (56) 및/또는 초음파 방사기 (58) 에 부가적으로 또는 그 대신에, 하나 이상의 부가적 경화 인핸서들 (미도시) 이 원하는 경우 밖에서 안으로 구조체 (14) 의 경화 비율 속도를 높이는 것을 돕도록 위치될 수 있는 점이 고려된다.
컷오프 (60) 는 구조체의 제조 중 구조체 (14) 의 길이를 선택적으로 종결시키거나 다르게 고정하는데 사용될 수도 있다. 도 3 및 도 4 에 도시된 대로, 컷오프 (60) 는 일반적으로 링형일 수도 있고, 하우징 (48) 의 외부 표면에 이동 가능하게 장착될 수도 있다. 컷오프 (60) 는, 간극 (61) 을 통하여 배출되는 매트릭스 코팅된 섬유들과 맞물릴 때까지 축선 (37) 을 따라 슬라이딩하도록 구성된 예리한 에지 (92) 를 가질 수도 있다. 그러면, 동일한 방향으로 추가 슬라이딩은 입구 (62) 에 대해 섬유들을 전단하여, 구조체 (14) 의 길이를 고정하는 기능을 할 수도 있다. 이런 전단 작용은 단지 매트릭스 재료가 아직 경화되지 않을 때만 일어날 수 있어서, 구조체 (14) 의 섬유들을 통하여 에지 (92) 를 미는데 필요한 힘이 더 낮을 수 있고 결과적으로 생성된 절단 표면은 더 좋은 마감을 가질 수 있다는 점에 주목해야 한다.
컷오프 (60) 의 축선방향 이동은 전용 액추에이터 (93; 도 3 참조) 에 의해 발생될 수도 있다. 액추에이터 (93) 는 하우징 (48) 에 장착되고 원하는 대로 선형 액추에이터 (예컨대, 유압 피스톤 또는 솔레노이드) 또는 회전 액추에이터 (예컨대, 하우징 (48) 상의 수나사와 맞물리는 모터) 를 구현할 수도 있다. 액추에이터 (93) 는 외부 배선을 통하여 공급부 (38) 로부터 전력을 받아들일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 컷오프 (60) 의 운동은 구조체 (14) 의 섬유 전단 중 전환기 (54) 의 운동과 조정될 수도 있다. 예를 들어, 구조체 (14) 의 섬유들을 향한 절단 에지 (92) 의 축선방향 이동 직전 또는 이동 중, 전환기 (54) 는 로드 (36) 및 액추에이터 (30) 에 의해 하우징 (48) 을 향해 안쪽으로 당겨질 수도 있다. 전환기 (54) 를 안쪽으로 당김으로써, 구조체 (14) 의 벽 두께는 감소될 수도 있고 그리하여 전단하기에 더 용이하게 될 수도 있다. 게다가, 전환기 (54) 를 안쪽으로 당김으로써, 더 큰 클램핑력이 섬유들에 가해져서, 절단 에지 (92) 의 요구되는 전단력 및/또는 이동을 감소시킬 수도 있다.
비록 구조체 (14) 의 매트릭스 코팅된 섬유들이 간극 (61) 을 통하여 배출된 후 빠르게 경화될 수 있지만, 이 경화 속도는 일부 용도에는 불충분할 수도 있다. 예를 들어, 수중에서, 공중에서, 또는 비이상적인 (예컨대, 극심하거나 극단적인) 온도들, 비이상적인 압력들, 및/또는 높은 오염의 다른 험한 환경에서 구조체 (14) 를 제조할 때, 원하는 구조적 특징들을 보장하도록 경화가 완료될 때까지 매트릭스 코팅된 섬유들은 환경으로부터 차폐되어야 한다. 이런 이유 때문에, 실드 (94) 가 제공되고 헤드 (20) 의 원위 단부에 선택적으로 결합될 수도 있다. 예시적 실드 (94) 는 튜브 (96) 및/또는 가요성 커플링 (98) 을 포함하는 것으로 도 5 에 도시된다. 튜브 (96) 는 선택적으로 헤드 (20) 의 원위 단부에 단독으로 결합될 수도 있고; 커플링 (98) 이 선택적으로 헤드 (20) 의 원위 단부에 단독으로 연결될 수도 있고; 또는 원할 때, 튜브 (96) 는 커플링 (98) 을 통하여 헤드 (20) 의 원위 단부에 선택적으로 결합될 수도 있다. 실드 (94) 는 구조체 (14) 에 보다 제어된 환경을 제공하여서, 구조체 (14) 가 실드 (94) 의 단부를 지나 축선방향으로 밖으로 압출되기 전 내부의 매트릭스가 원하는 양만큼 경화될 수 있도록 허용한다. 일부 실시형태들에서, 실드 (94) 는 불활성 가스로 가압될 수도 있고, 매트릭스의 경화 비율을 높이는 가스로 가압될 수도 있고, 그리고/또는 제조하는 동안 구조체 (14) 를 둘러싸는 환경을 보다 충분히 제어하도록 감압될 수도 있다. 구조체 (14) 의 축선 (22) 이 주로 직선일 때 튜브 (96) 는 단독으로 (즉, 커플링 (98) 없이) 사용될 수도 있고, 축선 (22) 이 3 차원일 때 커플링 (98) 은 단독으로 또는 튜브 (96) 와 함께 사용될 수도 있다. 커플링 (98) 은 구조체 (14) 가 축선 (37) 에 대해 구부러지고 만곡되도록 허용할 수도 있다 (도 3 참조).
시스템 (10) 은 구조체 (14) 의 벽들 내에 많은 상이한 직조 패턴들을 만들 수도 있다. 도 6 내지 도 9 는 시스템 (10) 으로 제조하는 것이 가능할 수도 있는 예시적 구조체들 (14) 을 보여준다. 도 10 내지 도 18 은 구조체 (14) 를 만드는데 사용될 수도 있는 직조 패턴들의 예시적 실시예들을 보여준다. 도 6 내지 도 18 은 개시된 개념들을 더 보여주도록 하기 섹션에서 더 상세히 검토될 것이다.
도 19 및 도 20 은 구조체 (14) 를 제조하는데 사용될 수도 있는 헤드 (20) 의 다른 예시적 실시형태를 보여준다. 도 3 의 실시형태와 같이, 도 19 및 도 20 의 헤드 (20) 는 샤프트들 (32, 34) (명확하게 하기 위해 도 19 및 도 20 에 생략 - 단지 도 3 에만 도시됨), 로드 (36) (명확하게 하기 위해 도 19 및 도 20 에 생략 - 단지 도 3 에만 도시됨), 하나 이상의 섬유 가이드들 (50, 52), 전환기 (54), UV 라이트 (56), 및/또는 하우징 (48) 의 내부에 적어도 부분적으로 배치된 초음파 방사기 (58) 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 도 19 및 도 20 의 헤드 (20) 는 또한 제 1 단부에서 하우징 (48) 에 연결되고 대향한 제 2 단부에서 구조체 (14) 의 외면과 맞물리는 실드 (94) 를 포함할 수도 있다. 도 19 및 도 20 의 헤드 (20) 는 또한 구조체 (14) 의 내부 및/또는 외부에 원하는 표면 질감들을 생성하도록 협동작용하는 부가적 구성요소들을 포함할 수도 있다.
원하는 내부 표면 질감들을 생성하도록 협동작용하는 헤드 (20) 의 구성요소들은, 다른 것 중에서, 하우징 (48) 으로부터 (예컨대, 섬유 가이드 (50), 섬유 가이드 (52) 및 전환기 (54) 를 통하여) 구조체 (14) 의 중심 축선을 따라 실드 (94) 의 제 2 단부까지 연장되는 중공 원드 (142; wand), 및 원드 (142) 의 원위 단부에 작동 가능하게 연결된 노즐 (144) 을 포함할 수도 있다. 원드 (142) 는 강성이거나 가요성일 수도 있고, 예를 들어 샤프트들 (32, 34) 및 로드 (36) 의 내부에 위치한 내부 공급 통로를 통하여, 제 1 단부에서 액체 매트릭스를 제공받을 수도 있다. 액체 매트릭스가 구조체의 내부 표면들 내 보이드들을 충전하고 그리고/또는 구조체 (14) 의 내부 표면들에 붙도록 노즐 (144) 은 하류 로케이션에서 반경방향으로 바깥쪽으로 액체 매트릭스를 배출하도록 구성될 수도 있다. 내부 스퀴지 (146) 는 노즐 (144) 과 연관되고 배출 후 그리고 하나 이상의 하류 경화 인핸서들 (예컨대, UV 라이트들 (56) 및/또는 초음파 방사기 (58)) 에 의한 경화 전 (예컨대, 임의의 경화 전, 또는 부분 경화 후 그러나 완전 경화 전) 액체 매트릭스를 와이핑해서 평활하게 하도록 구성될 수도 있다.
도 19 및 도 20 의 실시형태에서, 원드 (142) 는 헤드 (20) 와 일체형이어서 (예컨대, 단일 피스 형성 및/또는 영구적으로 연결), 헤드 (20) 는 구조체 (14) 의 내부 표면들에 액체 매트릭스를 적용할 수도 있다. 원드 (142) 는 또한, 원하는 경우, 헤드 (20) 에 제거 가능하게 연결될 수 있다. 유사하게, 다른 매트릭스 재료들 및/또는 표면 질감들이 사용될 수 있도록 노즐 (144) 은 원드 (142) 에 영구적으로 또는 교환 가능하게 연결될 수도 있다.
노즐 (144) 은, 도 19 및 도 20 의 예시적 실시형태에서, 구조체 (14) 의 내부 표면들에 액체 매트릭스의 내부 환형 층 또는 필름을 적용하도록 구성된다. 특히, 노즐 (144) 은 보디 (148) 의 주연 둘레에 배치된 하나 이상의 환형 오리피스들 (150; 단지 도 20 에만 도시됨), 및 원드 (142) 로부터 오리피스(들) (150) 까지 연장되는 복수의 반경방향으로 배향된 내부 통로들 (152) 을 갖는 보디 (148) 를 포함할 수도 있다.
도 20 에 도시된 대로, 오리피스(들) (150) 는 스퀴지 (146) 의 상류 블레이드 (154) 와 하류 블레이드 (156) 사이에 축선방향으로 위치된다. 원드 (142) 로부터 축선방향으로 진행하는 액체 매트릭스는 블레이드들 (154, 156) 사이 로케이션에서 구조체 (14) 의 내부 표면들과 접촉하도록 통로들 (152) 및 오리피스(들) (150) 를 통하여 반경방향으로 바깥쪽으로 밀릴 수도 있다. 스퀴지 (146) 의 하류 블레이드 (156) 는 구조체 (14) 의 내면으로부터 거리 (d) 만큼 이격되어 있고 액체 매트릭스를 와이핑해서, 액체 매트릭스를 (예컨대, 엔지니어링 공차들 내에서) 일관된 두께를 갖는 평활한 층으로 가압하도록 구성될 수도 있다. 상류 블레이드 (154) 는 구조체 (14) 의 내면을 따라 (예컨대, 직접 또는 거의 직접 접촉하여) 타고 이동할 수도 있고 액체 매트릭스가 더 상류 로케이션들까지 축선방향으로 통과하는 것을 막도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 상류 블레이드 (154) 는 생략될 수도 있다.
또한 도 20 에 도시된 대로, 스퀴지 (146) 의 상류 및 하류 블레이드들 (154, 156) 중 하나 또는 양자는 스프링 바이어스되고 그리고/또는 위치 조절 가능할 수도 있다. 예를 들어, 상류 및 하류 블레이드들 (154, 156) 양자는 연관된 스프링들 (158) 을 통해 구조체 (14) 를 향해 반경방향으로 바깥쪽으로 바이어스된 것으로 나타나 있다. 게다가, 액체 매트릭스의 결과적으로 생성된 층이 가변 두께를 가질 수 있도록 하류 블레이드 (156) 와 구조체 (14) 의 내부 표면들 사이 거리 (d) 를 설정하는데 고정 나사 또는 다른 유사한 기구 (159) 가 사용될 수도 있다. 원하는 경우, 유사한 거리 설정 기구가 상류 블레이드 (154) 와 연관될 수 있다.
원하는 외부 표면 질감들을 생성하기 위해서 협동작용할 수도 있는 헤드 (20) 의 구성요소들은, 다른 것 중에서, 구조체 (14) 의 밖으로 향하는 반경방향 로케이션에서 실드 (94) 의 내부의 하우징 (48) 으로부터 (예컨대, 하우징 (48) 의 환형 측벽으로부터) 실드 (94) 의 제 2 단부까지 연장되는 하나 이상의 축선방향 통로들 (160), 및 하나 이상의 분배 채널들 (164) (예컨대, 각 노즐 (162) 에 대하여 하나의 분배 채널 (164)) 을 통해 통로(들) (160) 의 원위 단부에 작동 가능하게 연결된 노즐 (162) 을 포함할 수도 있다. 통로들 (160) 은, 예를 들어 샤프트들 (32, 34) 과 로드 (36) 의 내부에 위치한 내부 공급 통로를 통하여, 제 1 단부에서 액체 매트릭스를 내부로 제공받을 수도 있다. 노즐 (144) 은 하류 로케이션에서 반경방향으로 안쪽으로 액체 매트릭스를 배출하도록 구성될 수도 있어서, 액체 매트릭스는 구조체의 외부 표면들 내 보이드들을 충전하고 그리고/또는 구조체 (14) 의 외부 표면들에 붙는다. 외부 스퀴지 (166) 는 노즐 (162) 과 연관될 수도 있고 배출 후 그리고 하나 이상의 하류 경화 인핸서들 (예컨대, UV 라이트들 (56)) 에 의한 경화 전 (예컨대, 임의의 경화 전, 또는 부분 경화 후 그러나 완전 경화 전) 액체 매트릭스를 와이핑해서 평활하게 하도록 구성될 수도 있다.
도 19 및 도 20 의 실시형태에서, 노즐 (162), 축선방향 통로들 (160) 및 분배 채널들 (164) 은 헤드 (20) 와 일체형이어서 (예컨대, 단일 피스 형성 및/또는 영구적으로 연결), 헤드 (20) 는 구조체 (14) 의 외부 표면들에 액체 매트릭스를 적용할 수도 있다. 또한, 노즐 (162), 축선방향 통로들 (160) 및/또는 분배 채널들 (164) 은, 원하는 경우, 제거 가능하게 헤드 (20) 에 연결될 수 있다. 유사하게, 노즐 (162) 은 상이한 매트릭스 재료들 및/또는 표면 질감들의 사용을 용이하게 하기 위해서 축선방향 통로들 (160) 및/또는 분배 채널들 (164) 에 영구적으로 또는 교환 가능하게 연결될 수도 있다.
도 19 및 도 20 의 실시형태에서, 노즐 (162) 은 구조체 (14) 의 외부 표면들에 액체 매트릭스의 외부 환형 층 또는 필름을 적용하도록 구성된다. 예를 들어, 노즐 (162) 은 보디 (168) 의 내주연 둘레에 배치된 하나 이상의 환형 오리피스들 (170) 을 갖는 보디 (168) 를 포함할 수도 있다. 개시된 실시형태에서, 오리피스(들) (170) 는 스퀴지 (166) 의 상류 블레이드 (172) 와 하류 블레이드 (174) 사이에 축선방향으로 위치한다. 이런 구성으로, 오리피스(들) (170) 를 통하여 축선방향으로 진행하는 액체 매트릭스는 오리피스(들) (170) 를 통하여 반경방향으로 안쪽으로 밀려서 구조체 (14) 의 외부 표면들에 대하여 가압될 수도 있다.
스퀴지 (166) 의 하류 블레이드 (174) 는 구조체 (14) 의 외부 표면으로부터 거리 (D) 만큼 이격되어 있고 액체 매트릭스를 와이핑해서, 액체 매트릭스를 (예컨대, 엔지니어링 공차들 내에서) 일관된 두께를 갖는 평활한 층으로 가압하도록 구성될 수도 있다. 상류 블레이드 (172) 는 구조체 (14) 의 외면을 따라 (예컨대, 직접 또는 거의 직접 접촉하여) 타고 이동할 수도 있고 액체 매트릭스가 더 상류 로케이션들까지 축선방향으로 통과하는 것을 막도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 상류 블레이드 (172) 는 또한 생략될 수도 있다.
스퀴지 (166) 의 상류 및 하류 블레이드들 (154, 156) 중 하나 또는 양자는 위치 조절 가능할 수도 있다. 예를 들어, 상류 및 하류 블레이드들 (154, 156) 양자는 고정 나사 또는 다른 유사한 기구 (176) 를 통해 구조체 (14) 를 향하여 반경방향으로 안쪽으로 바이어스된 것으로 도시되어 있다. 이런 구성으로, 상류 및/또는 하류 블레이드들 (154) 의 로케이션은 거리 (D) 를 설정하도록 조절될 수도 있어서, 액체 매트릭스의 결과적으로 생성된 층은 가변 두께를 가질 수 있다.
전술한 대로, 도 19 및 도 20 의 헤드 (20) 는 일부 실시형태들에서 내부 초음파 방사기 (58) 뿐만 아니라 내부 및/또는 외부 UV 라이트들 (56) 을 포함할 수도 있다. 이들 구성요소들은, 이미 전술한 방식으로 구조체 (14) 의 경화를 용이하게 하는 것 이외에, 또한 구조체 (14) 의 내부 및/또는 외부 표면들에 추후에 적용된 액체 매트릭스의 경화를 용이하게 할 수도 있다. 특히, 제 1 UV 라이트 또는 라이트들 (56) 세트는 전환기 (54) 의 입구 (62) 둘레에 위치하고 (도 3 의 실시형태와 유사) 구조체 (14) 의 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성될 수도 있고, 제 2 UV 라이트 또는 라이트들 (56) 세트는 노즐 (144) 의 외부 단부 면에 장착되고 오리피스들 (150) 을 통한 배출 중이나 후에 구조체 (14) 의 내부 표면들에 적용된 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성될 수도 있다. 어떤 경우에는, 초음파 방사기 (58) 가, 예를 들어 UV 라이트들 (56) 의 제 2 세트의 중심에서, 노즐 (144) 의 외부 단부 면에 또한 부착될 수도 있다. UV 라이트들 (56) 의 제 3 세트는 구조체 (14) 의 외부에 (예컨대, 구조체 (14) 의 주연 둘레에) 장착되고 오리피스들 (170) 을 통한 배출 중이나 후에 구조체 (14) 의 외부 표면들에 적용된 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성될 수도 있다. 일 실시형태에서, UV 라이트들 (56) 의 제 3 세트는, UV 라이트들 (56) 로부터 구조체 (14) 를 향하여 안쪽으로 에너지를 반사하도록 바깥쪽으로 벌어지고 하류로 더 연장되는 후드 (180) 내에 장착된다.
일부 실시형태들에서, 내부 실드 (182) 는 (예컨대, 직접적으로 또는 부가적 구성요소들을 통하여 간접적으로) 원드 (142) 및/또는 노즐 (144) 에 결합될 수도 있고 실드 (94) 의 내부에 위치될 수도 있다. 내부 실드 (182) 는 원드 (142) 및/또는 노즐 (144) 둘레의 공간들을 밀봉하는 것을 도울 수 있어서 구조체 (14) 의 액체 매트릭스가 충분히 경화될 수 없을 때에 환경들로부터 구조체 (14) 를 추가로 격리시킨다. 내부 실드 (182) 는, 원드 (142) 의 외부 환형 표면과 맞물리도록 노즐 (144) 의 내부 단부 면으로부터 반경방향으로 안쪽으로 점점 가늘어지고, 노즐 (144) 의 내부 단부 면으로부터 원드 (142) 의 제 1 단부까지 축선방향으로 연장되는 배플을 구현할 수도 있다. 내부 실드 (182) 는 원하는 경우 생략될 수도 있다.
노즐 (144) 의 외주연은 구조체 (14) 의 내부 환형 표면과 맞물릴 수도 있고 또는 원하는 경우 내부 환형 표면에 미치지 못하고 종결될 수도 있다. 노즐 (144) 의 주연이 구조체 (14) 의 내부 환형 표면과 맞물릴 때, 노즐 (144) 은 어떤 경우에 가이드로서 역할을 할 수도 있다. 예를 들어, 구조체 (14) 는, 구조체 (14) 가 완전히 경화되지 않을 때에 노즐 (144) 위로 슬라이딩할 수도 있다. 이것이 발생했을 때, 노즐 (144) 은 구조체 (14) 를 성형하는 것을 도울 수도 있다. 예를 들어, 노즐 (114) 은 대체로 원형일 수도 있고 구조체 (14) 가 다르게 쳐지는 경향이 있을 때에 구조체 (14) 가 대체로 원형 단면 형상을 유지하는 것을 도울 수도 있다. 대안적으로, 노즐 (114) 은 직사각형, 타원형, 삼각형 또는 다른 다각형 형상일 수도 있고, 그리고/또는 전환기 (54) 의 크기보다 대체로 더 크거나 더 작은 크기를 가질 수도 있다. 이런 식으로, 노즐 (114) 은 전환기 (54) 를 통하여 원래 압출된 것으로부터 구조체 (14) 의 형상을 조절하는데 사용될 수도 있다.
개시된 시스템들은 임의의 원하는 단면 형상과 길이를 갖는 복합 구조체들을 연속적으로 제조하는데 사용될 수도 있다. 복합 구조체들은 동일하거나 다른 유형들 및 동일하거나 다른 직경들의 임의의 수의 다른 섬유들을 포함할 수도 있다. 게다가, 복합 구조체들을 만드는데 사용된 직조 패턴들은 구조체들의 제조 중 다이내믹하게 변화될 수도 있다. 이제, 시스템 (10) 의 작동이 상세히 설명될 것이다.
제조 이벤트를 시작할 때, 원하는 중공 구조체 (14) 에 관한 정보는 시스템 (10) (예컨대, 지지부 (16), 액추에이터들 (26 ~ 28) 및/또는 압출기 (40) 의 작동들을 조정하는데 책임이 있는 제어기) 으로 로딩될 수도 있다. 이 정보는, 다른 것 중에서, 크기 (예컨대, 직경, 벽 두께, 길이, 코팅 재료 및/또는 두께 등), 윤곽 (예컨대, 축선 (22) 의 궤적), 표면 특성들 (예컨대, 리지 크기, 로케이션, 두께, 길이; 플랜지 크기, 로케이션, 두께, 길이 등), 연결 기하학적 구조 (예컨대, 커플링들, 티들, 스플라이스들 등의 로케이션들 및 크기들), 원하는 직조 패턴들 및 직조 천이 로케이션들을 포함할 수도 있다. 이런 정보는 대안적으로 또는 부가적으로, 원하는 경우, 제조 이벤트 중 다른 시간에 그리고/또는 연속적으로 시스템 (10) 에 로딩될 수도 있다는 점에 주목해야 한다. 구성요소 정보를 기반으로, 하나 이상의 다른 섬유들 및/또는 수지들이 선택적으로 시스템 (10) 에 설치될 수도 있다. 섬유(들)의 설치는 샤프트들 (32, 34) 을 통한, 가이드들 (50, 52) 내 통로들 (84) 을 통한, 그리고 간극 (61) 을 통한 섬유(들)의 스레딩을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 섬유(들)는 또한 당김 기계 (미도시) 및/또는 장착 고정물 (미도시) 에 연결될 필요가 있을 수도 있다. 매트릭스 재료의 설치는 컨테이너 (24) 의 충전 및/또는 컨테이너 (24) 에 대한 압출기 (40) 의 결합을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수집된 구성요소 정보에 따라, 더 크거나 더 작은 직경들을 갖는 전환기들, 및 임의의 수의 다른 구성들의 섬유 가이드들이 헤드 (20) 와 선택적으로 사용될 수도 있다.
구성요소 정보는 그 후 시스템 (10) 의 작동을 제어하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 구동부 (18) 가 섬유 가이드들 (50, 52) 을 회전시키는 것과 동시에 섬유들은 원하는 비율로 헤드 (20) 로부터 매트릭스 재료와 함께 당겨지고 그리고/또는 밀릴 수도 있다. 이런 회전 중, 전환기 (54) 는 또한 안으로 또는 밖으로 이동하도록 될 수도 있고, 임의의 이용 가능한 경화 인핸서들 (예컨대, UV 라이트 (56) 및/또는 초음파 방사기 (58)) 은 매트릭스 재료를 경화시키도록 활성화될 수도 있다. 지지부 (16) 는 또한 원하는 방식으로 헤드 (20) 를 선택적으로 이동시킬 수도 있어서, 결과적으로 생성된 중공 구조체 (14) 의 축선 (22) 은 원하는 궤적을 따른다. 일단 구조체 (14) 가 원하는 길이로 성장하면, 컷오프 (60) 는 전술한 방식으로 시스템 (10) 으로부터 구조체 (14) 를 절단하는데 사용될 수도 있다.
도 6 은 시스템 (10) 에 의해 제조될 수도 있는 구조체 (14) 의 일 실시예를 도시한다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 구조체 (14) 의 축선 (22) 은 복합 기하학적 구조를 만들기 위해서 구조체 (14) 의 길이방향 성장 중 임의의 방향으로 (예컨대, 헤드 (20) 의 대응하는 이동들을 통하여) 병진운동 및/또는 회전될 수도 있다. 게다가, 구조체 (14) 의 직조 패턴은 변하는 기하학적 구조로 편성될 수도 있다. 도 6 의 실시예에서, 코너 섹션 (100) 둘레에서 천이하는 다수의 직조 패턴들을 갖는 엘보우가 생성되었다. 구체적으로, 가이드들 (50 또는 52) 중 하나를 통과하는 섬유들은 코너 섹션 (100) 의 대향한 단부들에서 오실레이팅하지만, 코너 섹션 (100) 의 내부에서 곧게 된다 (즉, 축선 (22) 과 정렬된다). 동시에, 가이드들 (50 또는 52) 중 다른 하나를 통과하는 섬유들은 구조체 (14) 의 길이 전체에 걸쳐 직선으로 유지된다. 게다가, 오실레이팅 섬유들의 진동수는 달라질 수도 있다. 특히, 오실레이팅 섬유들은 섹션 (102) 에 대해 더 느린 진동수로 오실레이팅한 후, 섹션 (104) 에 대해 더 높은 진동수로 오실레이팅할 수도 있다. 이런 진동수 변화 패턴은 일부 용도에서는 반복적일 수도 있다.
구조체 (14) 의 길이를 따라 임의의 특정 지점에서 사용된 직조 패턴은 대응하는 지점에 원하는 특징들을 제공하도록 선택될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 짧은 거리와 긴 거리에 대해 구조체 (14) 의 약간의 이동 및/또는 휨이 바람직하고 그리고/또는 예상되는 경우에 오실레이팅 패턴들이 효과적으로 사용될 수도 있다. 오실레이팅 패턴들이 유익할 수 있는 한 가지 용도는 북극 툰드라에 대해 수 연속 마일의 가스 파이프라인의 제조를 포함할 수도 있다. 이런 용도에서, 툰드라의 동결 및 해빙은 파이프라인의 균열을 피하기 위해서 수용되어야 하는 파이프라인의 원치 않는 이동들을 초래할 수 있다. 오실레이팅 직조 패턴을 통하여 이동들이 수용될 수도 있다. 오실레이팅 직조 패턴은 또한 구조체 (14) 에 인성 및/또는 내마모성을 부가할 수도 있다. 섹션 (100) 내 섬유들은 구조체 (14) 내에 다른 특징을 발생시키도록 모두 평행할 수도 있다. 예를 들어, 평행 섬유들은, 굽힘이 거의 또는 전혀 요구 또는 예상되지 않는, 높은 정적 강도를 제공할 수도 있다.
도 7 은 시스템 (10) 에 의해 제조될 수도 있는 구조체 (14) 의 다른 실시예를 도시한다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 구조체 (14) 를 다른 기기 (미도시) 에 연결하거나 그렇지 않으면 구조체 (14) 의 단부를 폐쇄하기 위해서 커플링 (106) 이 구조체 (14) 의 터미널 단부에서 사용된다. 커플링 (106) 의 사용은 구조체 (14) 의 벽들에 다른 특징들 (예컨대, 더 큰 강도 또는 스티프니스) 을 요구할 수도 있고, 따라서, 구조체 (14) 의 직조 패턴 및/또는 두께는 대응하는 방식으로 커플링 로케이션에서 바뀔 수도 있다. 예를 들어, 직조 패턴은 이 로케이션에서 밀도가 높아질 수도 있고 그리고/또는 벽 두께가 증가할 수도 있다. 직조 패턴은 주어진 축선방향 성장 비율에 대해 (즉, 주어진 압출 비율에 대해) 오실레이션 진동수를 증가시킴으로써 그리고/또는 오실레이션 범위를 증가시킴으로써 밀도가 높아질 수도 있다. 전환기 (54) 를 하우징 (48) 으로부터 더 멀리 밀어줌으로써 벽 두께가 이 로케이션에서 증가할 수도 있어서, 간극 (61) 은 더 커지게 된다.
도 8 은 시스템 (10) 에 의해 제조될 수도 있는 구조체 (14) 의 다른 실시예를 도시한다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 구조체 (14) 의 기하학적 구조는 천이 로케이션 (108) 및 터미널 로케이션 (110) 에서 변한다 (예컨대, 넥 다운한다). 이 기하학적 구조 변화는 직조 패턴에 그리고/또는 구조체 (14) 의 외부 프로파일에 대응하는 변화를 수반할 수도 있다. 예를 들어, 천이 로케이션 (108) 에서 직조 패턴은 오실레이팅 및 평행 섬유들로부터 단지 평행 섬유들로 (또는 대안적으로 단지 오실레이팅 섬유들로) 변할 수도 있다. 게다가, 리지들 (112) 은 전환기 (54) 의 신속한 인/아웃 이동들을 통하여 터미널 로케이션 (110) 에 형성될 수도 있다. 평행 섬유들은 천이 로케이션 (108) 에서 강성을 높일 수도 있고, 리지들 (112) 은 다른 구조체와 연결을 용이하게 할 수도 있다.
도 9 는 시스템 (10) 에 의해 제조될 수도 있는 구조체 (14) 의 최종 실시예를 도시한다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 구조체 (14) 의 기하학적 구조가 반드시 변하는 것은 아니다. 하지만, 구조체 (14) 의 직조 패턴 변화는 특수 용도를 위해 여전히 달라질 수도 있다. 특히, 모든 부분들이 동일한 일반적인 기하학적 구조를 가질지라도, 구조체 (14) 의 특정 부분 (114) 은 동일한 구조체의 다른 부분들 (116) 과 상이한 특징들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 온도 및/또는 압력에 대한 더 큰 저항이 부분 (114) 내에 요구될 수도 있고; 더 큰 내마모성이 요구될 수도 있고; 그리고/또는 더 큰 가요성 및/또는 강성이 요구될 수도 있다. 이런 특징들은 가변 직조 패턴들을 통해 제공될 수도 있다. 개시된 실시예에서, 부분 (114) 내의 직조 패턴은 단 하나의 섹션 (예컨대, 1/2) 에만 평행 섬유들을 포함하고 부분들 (116) 내의 섬유 밀도와 상이한 나머지 섹션들에서의 오실레이팅 섬유들의 밀도를 포함한다.
도 10 내지 도 18 은, 변하는 기하학적 구조 또는 특징 요건들을 갖는 구조체 (14) 에 관계없이, 임의의 구조체 (14) 상의 임의의 로케이션에서 사용될 수도 있는 예시적 직조 패턴들을 도시한다. 도 10 에서, 패턴 (118) 은 가이드 (50) 로부터의 나선형 섬유들 (120) 및 가이드 (52) 로부터의 나선형 섬유들 (122) 을 사용한다. 패턴 (118) 의 상단에서, 섬유들 (120) 은 섬유들 (122) 과 균등하게 인터리브 (interleave) 될 수도 있고 원하는 대로 동일한 섬유들 또는 다른 직경들, 형상들 및/또는 크기들의 섬유들일 수도 있다. 하지만, 패턴 (118) 의 중간쯤 아래에서, 섬유들은 다른 직조로 천이될 수도 있고, 여기에서 섬유들 (122) 중 2 개는 서로 바로 인접해 있다. 이런 새로운 패턴은, 예를 들어, 가이드 (52) 의 회전 속도를 가이드 (50) 의 회전 속도의 2 배가 되도록 증가시킴으로써 달성될 수도 있다.
도 11 에서, 제 1 방향으로 나선형을 그리는 섬유들 (120, 122) 양자로부터 다른 방향으로 나선형을 그리는 섬유들 (120, 122) 중 하나로 천이하는 패턴 (124) 이 생성된다. 유사한 패턴 (126) 이 도 12 에 도시되지만, 섬유들 (120, 122) 중 하나가 다른 방향으로 천이하는 대신에, 섬유들 (120, 122) 양자는 반대 방향으로 천이한다. 다른 유사한 패턴 (128) 이 도 13 에 도시되지만, 섬유들 (120, 122) 중 단 하나만 다른 방향의 나선형으로 천이하는 대신에, 섬유들 (120, 122) 중 하나는 나선형보다는 오실레이팅으로 천이한다.
도 14 에서, 비교적 동기화된 방식으로 오실레이팅하는 섬유들 (120, 122) 양자를 포함하는 패턴 (130) 이 생성된다. 오실레이팅 섬유들 양자는 대략 동일한 진동수로 동일한 범위들을 통하여 오실레이팅한다. 도 15 는, 섬유들 (120, 122) 이 본질적으로 동일한 진동수와 범위를 사용해 서로 다른 위상으로 오실레이팅하는 패턴 (132) 을 도시한다. 하지만, 섬유들 (120, 122) 중 하나는 다른 진동수에서 그리고/또는 다른 범위를 통하여 오실레이팅하도록 패턴 (132) 의 길이를 따라 거의 중간에서 천이한다. 도 16 에서, 패턴 (134) 은 본질적으로 동일한 진동수와 범위를 사용해 서로 다른 위상으로 오실레이팅하는 섬유들 (120, 122) 을 가지는 것으로 도시된다. 하지만, 섬유들 (120, 122) 중 하나 또는 양자는 패턴 (134) 의 길이를 따라 거의 중간에서 반경방향 로케이션들을 시프트하여 서로 중첩된 상태에서 서로 인접한 상태로 이동할 수도 있다.
도 17 의 패턴 (136) 에서, 섬유들 (120, 122) 중 하나는 직선이고 일반적으로 축선 (22; 도 1 및 도 2 참조) 과 정렬된 것으로 도시되어 있고, 섬유들 (120, 122) 중 다른 하나는 처음에 패턴 (136) 의 상반부에서 나선형이다. 나선형 섬유 (120 또는 122) 는 그 후 패턴 (136) 의 하반부에서 오실레이팅으로 천이한다. 도 18 의 패턴 (138) 에서, 섬유들 (120, 122) 전부는 직선형이고 축선 (22) 과 정렬되어 있고, 서로 균등하게 인터리브된다.
헤드 (20) 로부터 배출되는 구조체 (14) 내에 포함된 섬유들 (120, 122) 의 특정 패턴에 관계없이, 노즐들 (144 및/또는 162) 은 구조체 (14) 의 내부 및/또는 외부 표면들 내 보이드들을 적어도 부분적으로 충전하여서, 원하는 표면 질감을 생성하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 원하는 두께를 갖는 내부 환형 층 및/또는 액체 매트릭스의 외부 환형 층은 구조체 (14) 둘레에 성막되어 경화될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 원하는 표면 질감을 제공할 뿐만 아니라, 내부에서 그리고/또는 외부에서 구조체 (14) 를 코팅하는 액체 매트릭스의 조성물은 원하는 특징들 (예컨대, 방사선 차폐, 절연, 내식성 등) 을 제공하도록 조절될 수도 있다.
개시된 시스템, 구조체 및 직조 패턴들에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 있음은 본 기술분야의 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 실시형태들은 개시된 시스템의 명세서 및 실시를 고려할 때 본 기술분야의 당업자들에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시예들은 단지 예시로만 간주되어야 하며, 진정한 범위는 다음 청구범위 및 그 등가물에 의해 나타내도록 의도된다.

Claims (34)

  1. 제조 시스템용 헤드로서,
    액체 매트릭스 및 적어도 하나의 연속 섬유를 수용하고 복합 관형 구조체를 배출하도록 구성된 하우징;
    상기 헤드에 작동 가능하게 결합되고 상기 복합 관형 구조체가 상기 하우징으로부터 배출될 때 상기 복합 관형 구조체의 표면 상에 재료 층을 성막하도록 구성된 노즐; 및
    상기 노즐과 연관되고 상기 재료 층을 와이핑하도록 구성된 스퀴지 (squeegee) 를 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징에 작동 가능하게 연결되고 배출 중에 그리고 상기 재료 층의 성막 전에 상기 복합 관형 구조체에서 상기 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성된 경화 인핸서 (cure enhancer) 를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경화 인핸서는 상기 복합 관형 구조체 내부로부터 상기 복합 관형 구조체 내 상기 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성되는, 제조 시스템용 헤드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 경화 인핸서는 제 1 경화 인핸서이고; 그리고
    상기 헤드는 상기 노즐에 의해 성막된 재료 층을 경화시키도록 구성된 제 2 경화 인핸서를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 노즐은 제 1 노즐이고;
    상기 재료 층은 제 1 재료 층이고;
    상기 표면은 제 1 표면이고;
    상기 스퀴지는 제 1 스퀴지이고; 그리고
    상기 헤드는:
    상기 헤드에 작동 가능하게 연결되고 상기 복합 관형 구조체의 제 2 표면 상에 제 2 재료 층을 성막하도록 구성된 제 2 노즐;
    상기 제 2 노즐과 연관되고 상기 제 2 재료 층을 와이핑하도록 구성된 제 2 스퀴지; 및
    상기 제 2 재료 층을 경화시키도록 구성된 제 3 경화 인핸서를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 재료 층을 배출하도록 구성된 적어도 하나의 반경방향으로 배향된 오리피스를 포함하고; 그리고
    상기 스퀴지는 상기 복합 관형 구조체의 배출 방향에 대해 적어도 하나의 오리피스의 하류 측에 위치한 하류 블레이드를 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하류 블레이드는 상기 복합 관형 구조체의 표면으로부터 일정 거리 이격되어 있는, 제조 시스템용 헤드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복합 관형 구조체의 표면에 대해 상기 하류 블레이드를 이동시키도록 구성된 조절 기구를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 스퀴지는 상기 복합 관형 구조체의 표면과 직접 접촉하는 상류 블레이드를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면은 내부 표면인, 제조 시스템용 헤드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노즐은, 반경방향으로 바깥쪽으로 배향된 복수의 오리피스들을 포함하는 제 1 노즐이고; 그리고
    상기 헤드는, 반경방향으로 안쪽으로 배향되고 상기 복합 관형 구조체의 외부 표면 상에 재료 층을 성막하도록 구성된 복수의 오리피스들을 갖는 제 2 노즐을 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐에 액체 매트릭스를 공급하도록 상기 헤드의 중심으로부터 상기 복합 관형 구조체를 통하여 상기 제 1 노즐까지 연장되는 원드 (wand); 및
    상기 제 2 노즐에 액체 매트릭스를 공급하도록 상기 복합 관형 구조체의 외부 로케이션에서 상기 헤드로부터 상기 제 2 노즐까지 연장되는 적어도 하나의 축선방향 통로를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 관형 구조체의 표면은 외부면인, 제조 시스템용 헤드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 노즐의 상류 단부에 장착되고 상기 노즐의 하류 단부에서 바깥쪽으로 벌어지는 후드; 및
    상기 후드에 배치되고 상기 복합 관형 구조체를 향하여 반경방향으로 안쪽으로 배향된 적어도 하나의 경화 인핸서를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하우징으로부터 상기 노즐까지 연장되는 외부 실드 (shield) 를 더 포함하는, 제조 시스템용 헤드.
  16. 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은:
    상기 복합 구조체의 제조 중에 복수의 방향들로 이동하도록 구성된 지지부; 및
    상기 지지부에 결합된 헤드를 포함하고, 상기 헤드는:
    액체 매트릭스 및 적어도 하나의 연속 섬유를 수용하도록 구성되고, 관형 구조체를 배출하도록 구성된 하우징;
    상기 하우징에 작동 가능하게 연결되고 상기 관형 구조체가 상기 하우징으로부터 배출될 때 상기 관형 구조체의 표면 상에 재료 층을 성막하도록 구성된 노즐;
    상기 노즐과 연관되고 상기 재료 층을 와이핑하도록 구성된 스퀴지;
    상기 하우징에 작동 가능하게 연결되고 배출 중에 상기 관형 구조체 내 상기 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성된 제 1 경화 인핸서; 및
    상기 노즐에 의해 성막된 상기 재료 층을 경화시키도록 구성된 제 2 경화 인핸서를 포함하는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 경화 인핸서는 상기 관형 구조체 내부로부터 상기 관형 구조체 내 상기 액체 매트릭스를 경화시키도록 구성되는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 노즐은 제 1 노즐이고;
    상기 재료 층은 제 1 재료 층이고;
    상기 표면은 상기 관형 구조체의 내면이고;
    상기 스퀴지는 제 1 스퀴지이고; 그리고
    상기 헤드는:
    상기 관형 구조체의 외면 상에 제 2 재료 층을 성막하도록 구성된 제 2 노즐;
    상기 제 2 노즐과 연관되고 상기 제 2 재료 층을 와이핑하도록 구성된 제 2 스퀴지; 및
    상기 관형 구조체의 표면에서 상기 제 2 재료 층을 경화시키도록 구성된 제 3 경화 인핸서를 더 포함하는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐은 반경방향으로 바깥쪽으로 배향된 복수의 오리피스들을 포함하고; 그리고
    상기 제 2 노즐은 반경방향으로 안쪽으로 배향된 복수의 오리피스들을 포함하는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐에 액체 매트릭스를 공급하도록 상기 헤드의 중심으로부터 상기 관형 구조체를 통하여 상기 제 1 노즐로 연장되는 원드; 및
    상기 제 2 노즐에 액체 매트릭스를 공급하도록 상기 관형 구조체의 외부 로케이션에서 상기 헤드로부터 상기 제 2 노즐까지 연장되는 적어도 하나의 축선방향 통로를 더 포함하는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 제 2 노즐의 상류 단부에 장착되고 상기 제 2 노즐의 하류 단부에서 바깥쪽으로 벌어지는 후드를 더 포함하고, 상기 제 3 경화 인핸서는 상기 후드에 배치되고 상기 관형 구조체를 향하여 반경방향으로 안쪽으로 배향되는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 재료 층을 배출하도록 구성된 적어도 하나의 반경방향으로 배향된 오리피스를 포함하고; 그리고
    상기 스퀴지는 상기 관형 구조체의 배출 방향에 대해 적어도 하나의 오리피스의 하류 측에 위치한 하류 블레이드를 포함하는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 하류 블레이드는 상기 관형 구조체의 표면으로부터 일정 거리 이격되어 있는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 관형 구조체의 표면에 대해 상기 하류 블레이드를 이동시키도록 구성된 조절 기구를 더 포함하는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 스퀴지는 상기 표면과 직접 접촉하는 상류 블레이드를 더 포함하는, 복합 구조체를 연속적으로 제조하기 위한 시스템.
  26. 복합 구조체를 제조하는 방법으로서,
    매트릭스로 섬유들을 연속적으로 코팅하는 단계;
    관형 구조체를 형성하도록 비섬유 축선으로부터 이격되게 반경방향으로 바깥쪽으로 매트릭스 코팅된 섬유들을 전환하는 단계;
    상기 관형 구조체 내에 3 차원 궤적을 생성하는 단계;
    상기 관형 구조체 내부의 상기 매트릭스를 경화하는 단계;
    상기 관형 구조체를 형성하는 동안 상기 관형 구조체의 표면 상에 재료 층을 성막하는 단계; 및
    상기 재료 층의 적어도 일부를 블레이드로 와이핑하는 단계를 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 관형 구조체 내부의 상기 매트릭스를 경화하는 단계는 상기 관형 구조체 내부로부터 상기 매트릭스를 경화하는 것을 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 관형 구조체의 표면 상에 성막된 상기 재료 층을 경화하는 단계를 더 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 관형 구조체의 표면 상에 상기 재료 층을 성막하는 단계는 상기 관형 구조체의 내부 표면 상에 매트릭스의 제 1 재료 층을 성막하는 것을 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 관형 구조체를 형성하는 동안 상기 관형 구조체의 외부 표면 상에 매트릭스의 제 2 재료 층을 성막하는 단계;
    상기 매트릭스의 제 2 재료 층의 적어도 일부를 블레이드로 와이핑하는 단계; 및
    상기 매트릭스의 제 2 재료 층을 경화하는 단계를 더 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 재료 층의 두께를 변화시키도록 상기 표면으로부터 이격되는 상기 블레이드의 거리를 조절하는 단계를 더 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 관형 구조체 내부의 상기 매트릭스를 경화하는 단계는, 상기 재료 층이 상기 관형 구조체의 표면에 성막되는 곳의 상류 로케이션에서 상기 매트릭스를 경화하는 것을 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  33. 제 26 항에 있어서,
    환경으로부터 상기 관형 구조체를 외부에서 차폐하는 단계를 더 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    환경으로부터 상기 관형 구조체를 내부에서 차폐하는 단계를 더 포함하는, 복합 구조체를 제조하는 방법.
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