KR20200131911A

KR20200131911A - 시트 재료의 레이저 보조 가공

Info

Publication number: KR20200131911A
Application number: KR1020207032390A
Authority: KR
Inventors: 레오니드 씨. 레브; 스테판 뮐러
Original assignee: 아이피지 포토닉스 코포레이션
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-11-24
Also published as: JP7456935B2; CN112313030B; US20210162534A1; JP2021521013A; EP3765233A4; PL3765233T3; EP3765233B1; EP3765233A1; WO2019200339A1; ES2959491T3; CN112313030A

Abstract

시트 재료로부터 구성요소를 제조하기 위한 시스템 및 프로세스. 개시 내용의 여러 실시예는, 시트 재료로부터 구성요소를 펀칭하는 것을, 펀칭 동작 전에 구성요소의 윤곽선을 형성하는 스코어링 프로세스와 조합한다. 또한, 펀칭 동작에 앞서서, 스코어링된 윤곽선을 포함하는 시트 재료의 스코어링된 부분에 대해서 큰 압축의 평탄화 프로세스를 실시하는 시스템 및 프로세스가 개시된다. 펀칭 동작에 앞서서 평탄화 동작을 실시하는 것은 프로세스를 합리화하는 효과를 갖는다. 즉, 시트 재료는, 구성요소를 별도로 핸들링할 필요가 없이, 스코어링 프로세스로부터, 평탄화 프로세스를 통해서, 그리고 펀칭 프로세스까지 용이하게 핸들링 및 이송될 수 있다.

Description

시트 재료의 레이저 보조 가공

관련 출원

본원은, 개시 내용의 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 2018년 4월 13일자로 출원된 미국 가출원 제62/657,242호의 이익을 주장한다.

본원은 일반적으로 시트 원료(sheet stock)로부터 구성요소를 제조하기 위한 방법 및 시스템, 그리고 보다 구체적으로 툴 및 다이 제조 프로세스 및 시스템에서의 시트 원료의 레이저 가공에 관한 것이다.

넓은 범위의 시트 금속 부품이 시트 원료로부터의 스탬핑 및 펀칭에 의해서 제조된다. 통상적으로, 다이와 펀치 사이의 간극은, 전형적으로 재료 두께의 5% 내지 15%의, 엄격한 유극을 요구한다. 얇은 시트 원료에서, 다이 및 펀치는, 요구되는 피팅(fit)을 제공하기 위해서, 공차 내에서 가공되어야 한다.

또한, 특정 재료는 스탬핑 또는 펀칭에 적합하지 않다. 스탬핑 또는 펀칭하기 어려운 재료의 예로서 전기 강이 있는데, 그러한 전기 강은, 스탬프 및 다이의 일반적인 마모 및 파열로 인해서, 최종적으로 만족스럽지 못한 연부 품질 또는 시트 자체에 대한 손상(균열)을 생성할 것이다. 툴에 반복적으로 작용하는 큰 힘으로 인해서, 툴의 마모율이 매우 클 수 있고, 그에 따라 빈번한 보수 또는 교체를 필요로 할 수 있다.

얇은 시트의 스탬핑에서 요구되는 엄격한 공차는, 빈번한 보수 또는 교체 필요성에 더하여, 특정 재료의 스탬핑이 지속되지 못하게 한다. 이러한 문제를 해결하는 시스템 및 방법이 환영받을 수 있을 것이다.

개시 내용의 여러 실시예는, 컷팅, 스코어링(scoring) 및 분리 프로세스를 평탄화 프로세스와 조합하는 것에 의해서, 시트 또는 코일 재료로부터 구성요소 또는 부품을 제조하는 프로세스를 설명한다. 컷팅 프로세스는, 레이저 빔과 같은 큰 파워의 에너지 공급원을 이용하여 구성요소의 둘레의 부분적인 윤곽선을 컷팅하는 것을 포함한다. 컷팅 프로세스는 구성요소의 둘레의 20% 내지 97%를 컷팅하는 것을 포함할 수 있다. 스코어링 프로세스는 구성요소 둘레의 적어도 부분적인 윤곽선을 스코어링하는 것을 포함한다. 구성요소 둘레는, 레이저 빔과 같은 큰 파워의 에너지 공급원을 이용하여 스코어링된다. 스코어링 프로세스는 구성요소의 둘레의 20% 내지 100%를 스코어링하는 것을 포함할 수 있다. 분리 프로세스는, 예를 들어 펀칭 동작에 의해서, 구성요소를 시트 또는 코일로부터 분리하는 것, 그리고 압축 공기로 또는 전자기 펄스로 구성요소를 제거하는 것을 포함한다.

또한, 펀칭 동작에 앞서서, 스코어링된 라인을 포함하는 시트 재료의 스코어링된 부분에 대해서 평탄화 프로세스를 실시하는 시스템 및 프로세스가 개시된다. 펀칭 동작에 앞서서 평탄화 동작을 실시하는 것은 프로세스를 합리화하는 효과를 갖는다. 즉, 시트 재료는, 구성요소를 별도로 핸들링할 필요가 없이, 스코어링 프로세스 및 임의의 컷팅 프로세스로부터, 평탄화 프로세스를 통해서, 분리 프로세스까지 용이하게 핸들링 및 이송될 수 있다. 그러한 합리화는, 일부 경우에 호일 재료와 유사한 얇은 시트를 핸들링할 때, 특히 가치가 있다. 본원에서, "시트 재료"는, 스탬핑 또는 관통-펀치 동작에서 프로세스될 수 있는, 통상적인 시트, 리본, 얇은 판, 릴(reel), 코일, 및 그러한 다른 형태를 포함하도록 넓게 해석된다.

평탄화 프로세스는, 컷팅 또는 스코어링 프로세스에서 발생될 수 있는 돌출된 특징부(proud feature), 예를 들어 스코어링된 홈의 모서리에서 형성될 수 있는 용융 재료의 드로스(dross) 또는 비드(bead)를 평탄화하는 것에 의해서, 시트 재료의 컷팅된 및/또는 스코어링된 부분을 실질적으로 원래의 두께로 복귀시키는 작용을 한다. 시트의 컷팅된 및/또는 스코어링된 부분은, 컷팅 및 스코어링 프로세스 중에 발생되는 온도 구배로 인해서, 어느 정도의 구부러짐 또는 휘어짐을 겪을 수 있다. 평탄화 프로세스는 그러한 구부러짐 또는 휘어짐을 제거하거나 감소시킬 수 있고, 시트 재료의 스코어링된 부분을 평면형 상태로 복원할 수 있다.

개시된 시스템 및 프로세스의 다른 양태는, 분리 프로세스 중에 스코어 라인이 구성요소와 시트 재료 사이의 분리 라인의 위치를 형성한다는 것이다. 분리 프로세스가 강성 펀치 및 다이로 실행되는 경우에, 구성요소의 희망 형상을 달성하는데 있어서, 펀치와 다이 사이의 엄격한 공차는 요구되지 않는다. 이는 툴링의 공차 요건을 완화하고, 그에 따라 시트 재료 두께의 5% 내지 15% 대신, 다이 간극은 시트 재료의 두께의 1배 또는 2배 이상이 될 수 있다. 따라서, 툴링의 비용이 감소되고, 툴링은, 교체 또는 보수가 필요할 때까지, 더 큰 레벨의 마모를 겪을 수 있다. 또한, 스코어 라인에서 구성요소를 전단시키는데 필요한 힘이 시트 재료의 전체 두께를 전단하는 것에 비해서 감소되기 때문에, 툴 마모율이 크게 감소될 수 있다.

놀랍게도, 많은 적용예에서, 분리 프로세스 전의 시트 재료의 컷팅된 및/또는 스코어링된 부분의 압축적인 평탄화의 시퀀스가 최종적인(finished) 또는 거의 최종적인 구성요소를 생성한다는 것을 발견하였다. 연부의 조도는, 일부 적용예에서, 최종적인 제원(specification) 이내이다. 종종, 평탄화 프로세스 중에, 컷팅된 및/또는 스코어링된 홈의 모서리에서 아래쪽을 향하였던 드로스 또는 재형성된 용융 재료가 미리-응력화되고(pre-stressed) 피로화되며(fatigued), 약간의 마감 기술에 의해서 용이하게 제거된다. 구성요소는, 비록 더 관대한(generous) 펀치 및 다이 유극으로 생산되지만, 펀칭 프로세스를 통해서 만족스러운 평면성을 또한 유지할 수 있다.

구조적으로, 개시 내용의 여러 실시예는 구성요소를 시트 재료로부터 펀칭하기 위한 스코어링-보조 방법을 포함하고, 그러한 방법은 큰 에너지의 복사선 공급원으로 시트 재료의 외부 스코어 라인을 스코어링하는 단계로서, 외부 스코어 라인은 구성요소의 외부 둘레의 형상을 형성하는, 단계; 스코어링 단계 후에, 평탄화 장치로 시트 재료의 스코어링된 부분을 평탄화하는 단계로서, 시트 재료의 스코어링된 부분은 외부 스코어 라인을 포함하는, 단계; 그리고 평탄화 단계 후에, 구성요소를 시트 재료로부터 분리하기 위해서 구성요소 펀치를 시트 재료를 통해서 구동하는 단계로서, 구성요소 펀치는 외측 스코어 라인 내의 시트 재료와 접촉되는, 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 시트 재료 상에서 외부 스코어 라인을 스코어링하는 단계에서의 큰 에너지의 복사선 공급원은 레이저이다.

방법은, 평탄화 단계 전에, 폐기 부분을 시트 재료로부터 분리하기 위해서 큰 에너지의 복사선 공급원으로 시트 재료로부터 폐기 부분을 컷팅하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 평탄화 단계 전에, 방법은 큰 에너지의 복사선 공급원으로 시트 재료 상에서 폐기 부분 스코어 라인을 스코어링하는 단계를 포함하고, 폐기 부분 스코어 라인은 폐기 부분의 외부 둘레의 형상을 형성하고, 폐기 부분 스코어 라인은 외부 스코어 라인에 의해서 둘러싸인다. 구성요소 펀치를 구동하는 단계 전에, 방법은, 폐기 부분을 시트 재료로부터 분리하기 위해서, 폐기 부분 펀치를 시트 재료를 통해서 구동하는 단계를 포함할 수 있고, 폐기 부분 펀치는 폐기 부분 스코어 라인 내의 시트 재료와 접촉된다. 폐기 부분 펀치를 구동하는 단계 전에, 방법은 윤곽선을 폐기 부분 다이와 정렬시키는 단계를 포함할 수 있고, 폐기 부분 다이는 폐기 부분 펀치를 수용하도록 배치되고 구성된다. 일부 실시예에서, 방법은, 시트 재료의 두께의 적어도 1배 그리고 3배 이하인 최소 다이 유극 간극을 형성하도록, 폐기 부분 다이 내에 삽입되게 폐기 부분 펀치를 구성하는 단계를 포함한다.

여러 실시예에서, 구성요소 펀치를 구동하는 단계 전에, 방법은 외부 스코어 라인을 구성요소 다이와 정렬시키는 단계를 포함하고, 구성요소 다이는 구성요소 펀치를 수용하도록 배치되고 구성된다. 방법은 또한, 시트 재료의 두께의 적어도 1배 그리고 3배 이하인 최소 다이 간극 유극을 형성하도록, 구성요소 다이 내에 삽입되게 구성요소 펀치를 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 평탄화 단계에서의 평탄화 장치는 압축 롤러이다. 평탄화 단계 중에, 상기 시트 재료의 항복 강도 미만인, 롤러 압력이 압축 롤러에 의해서 인가될 수 있다.

일부 실시예에서, 방법은, 20 마이크로미터 내지 400 마이크로미터(20 마이크로미터 및 400 마이크로미터 포함) 범위의 두께를 가지는 시트 재료를 제공하는 단계를 포함한다. 시트 재료는 금속 재료로 이루어질 수 있고, 또한 비정질 금속, 그리고 또한 실리콘 강으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 스코어링 단계는, 시트 재료의 두께의 20% 이상 및 80% 이하의 범위인 홈 깊이를 형성한다. 일부 실시예에서, 스코어링 단계 이후에 그리고 구동하는 단계 이전에, 방법은 시트 재료의 일부로부터 표면 파편을 제거하는 단계를 포함한다. 떨어져 있는 재료를 제거하는 단계가 압축 공기로 실시될 수 있다.

개시 내용의 여러 실시예에서, 구성요소를 시트 재료로부터 제조하기 위한 스코어링-보조 시스템이 개시되고, 그러한 시스템은 시트 재료를 이송 경로를 따라서 이송하기 위한 컨베이어, 구성요소의 외부 둘레의 형상을 형성하는 시트 재료 상의 외부 스코어 라인을 형성하기 위한 큰 에너지의 복사선 공급원, 시트 재료를 평탄화하기 위한 평탄화 장치, 구성요소를 외부 스코어 라인에서 시트 재료로부터 분리하기 위한 구성요소 펀치, 및 구성요소 펀치를 수용하도록 구성된 구성요소 다이를 포함한다. 일부 실시예에서, 평탄화 장치는, 이송 경로를 따라서, 큰 에너지의 복사선 공급원과 구성요소 펀치 사이에 배치된다. 큰 에너지의 복사선 공급원은, 폐기 부분을 시트 재료로부터 분리하기 위해서, 폐기 부분을 외부 스코어 라인 내로부터 컷팅하도록 구성될 수 있다.

대안적으로, 큰 에너지의 복사선 공급원은, 외부 스코어 라인에 의해서 둘러싸이는 폐기 부분 스코어 라인을 형성하도록 구성될 수 있고, 폐기 부분 스코어 라인은 폐기 부분의 외부 둘레의 형상을 형성한다. 그러한 실시예에서, 시스템은 폐기 부분 스코어 라인에서 폐기 부분을 시트 재료로부터 분리하기 위한 폐기 부분 펀치 및 폐기 부분 펀치를 수용하도록 구성된 폐기 부분 다이를 포함할 수 있고, 폐기 부분 펀치는 이송 경로를 따라 평탄화 장치와 구성요소 펀치 사이에 배치된다.

스코어링-보조 시스템은 20 마이크로미터 내지 400 마이크로미터(20 마이크로미터 및 400 마이크로미터 포함) 범위의 두께를 가지는 시트 재료를 핸들링하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 큰 에너지의 복사선 공급원은 레이저이다. 일부 실시예에서, 평탄화 장치는 압축 롤러이다. 압축 롤러는, 시트 재료의 항복 강도 미만의 롤러 압력을 시트 재료 상에 인가하도록 구성될 수 있다. 큰 에너지의 복사선 공급원은 시트 재료의 두께의 20% 이상 및 80% 이하의 범위인 홈 깊이를 형성하도록 구성될 수 있다.

도 1은 개시 내용의 실시예에 따른 스코어링-보조 시스템의 부분적인 사시도이다.
도 2는 개시 내용의 실시예에 따른, 폐기 부분 펀치 및 다이를 포함하는 스코어링-보조 시스템의 부분적인 사시도이다.
도 3은 개시 내용의 실시예에 따른, 평탄화 이전 및 이후의 스코어 라인 홈의 단부 단면도이다.
도 4는 개시 내용의 실시예에 따른 관통-컷팅부를 가교연결하는(bridging) 스코어링된 탭의 절취도이다.
도 5는 개시 내용의 실시예에 따른 천공된 스코어 라인의 평면도이다.
도 6은 개시 내용의 실시예에 따른 도 5의 천공된 스코어 라인의 측단면도이다.
도 7은 개시 내용의 실시예에 따른 대안적인 천공된 스코어 라인의 측단면도이다.
도 8은 개시 내용의 실시예에 따른 다른 대안적인 천공된 스코어 라인의 측단면도이다.
도 9는 개시 내용의 실시예에 따른, 시트 재료의 스코어링된 섹션과 정렬된 폐기 부분 펀치 및 폐기 부분 다이의 사시도이다.
도 10은 개시 내용의 실시예에 따른, 폐기 부분이 제거된 시트 재료의 스코어링된 섹션과 정렬된 구성요소 펀치 및 구성요소 다이의 사시도이다.
도 11은 개시 내용의 실시예에 따른, 시트 재료 및 다이 위에 센터링된(centered) 펀치의 입면적인, 부분 절취도이다.
도 12는 개시 내용의 실시예에 따른, 다이 유극 간극을 도시하는 도 11의 절취도의 확대된 부분도이다.
도 13은 개시 내용의 실시예에 따른, 도 11의 시트 재료를 통해서 그리고 다이 내로 삽입된 펀치의 입면도이다.
도 14는 개시 내용의 실시예에 따른, 폐기 부분 다이 내로 삽입된 폐기 부분 펀치에 대한 도 13의 평면 A-A에서의 단면도이다.
도 15는 개시 내용의 실시예에 따른, 구성요소 다이 내로 삽입된 구성요소 펀치에 대한 도 13의 평면 A-A에서의 단면도이다.
도 16은 개시 내용의 실시예에 따른, 1 킬로와트 이테르븀 단일-모드 연속 파동 컷팅 레이저의 단일 통과에 대한 홈의 컷팅 깊이 대 주사율(scanning rate)의 그래프이다.
도 17은 개시 내용의 실시예에 따른, 초당 20미터의 주사율에서 1 킬로와트 이테르븀 단일-모드 연속 파동 컷팅 레이저에 대한 홈의 컷팅 깊이 대 통과의 수의 그래프이다.

도 1을 참조하면, 구성요소(32)를 시트 재료(34)로부터 제조하기 위한 스코어링-보조 시스템(30a)이 개시 내용의 실시예에 따라 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 스코어링-보조 시스템(30a)은 주사 복사선 공급원(42), 시트 평탄화 장치(44), 구성요소 펀치(48), 및 구성요소 다이(54)를 포함한다. 또한, 도시된 실시예에서, 공기 노즐(56)이 시트 재료(34)로 지향된다. 폐기 부분 상자(72)가, 주사 복사선 공급원(42)에 의해서 시트 재료(34)로부터 제거되는 폐기 부분(74)을 수용하도록 구성될 수 있다. 폐기 부분(74)은 하나의 연속적인 단편(도시됨)일 수 있거나, 복수의 단편(예를 들어, 복수의 격리된 개구)일 수 있다. 마찬가지로, 구성요소 상자(75)가, 구성요소 펀치(48)에 의해서 시트 재료(34)로부터 제거되는 구성요소(32)를 수용하도록 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 구성요소(32)를 시트 재료(34)로부터 제조하기 위한 스코어링-보조 시스템(30b)이 개시 내용의 실시예에 따라 도시되어 있다. 스코어링-보조 시스템(30b)은, 동일한-번호의 참조 문자로 표시된, 스코어링-보조 시스템(30a)과 동일한 많은 구성요소 및 속성을 포함한다. 또한, 스코어링-보조 시스템(30b)은 폐기 부분 펀치(46) 및 폐기 부분 다이(52)를 포함한다. 공기 노즐(56)은 도 2에 도시되어 있지 않지만, 공기 노즐(56)이 또한 스코어링-보조 시스템(30b)에서 이용될 수 있다는 것을 생각할 수 있을 것이다. 스코어링-보조 시스템(30b)에서, 폐기 부분(74)은 폐기 부분 펀치(46)의 작동에 의해서 생성되고, 그에 따라 폐기 부분 상자(72)는 폐기 부분(74)을 폐기 부분 다이(52)로부터 수신하도록 배치되고 구성된다.

스코어링-보조 시스템(30a 및 30b)은 여기에서 스코어링-보조 시스템(들)(30)로 범용적으로 또는 집합적으로 지칭된다. 스코어링-보조 시스템(30)은, 시트 재료(34)의 주어진 부분이 주사 복사선 공급원(42) 아래에서, 시트 평탄화 장치(44)를 통해서, 그리고 구성요소 펀치(48)와 구성요소 다이(54) 사이에서 순차적으로 이송되도록, 시트 재료(34)를 이송 경로(64)를 따라 방향(62)으로 이송하도록 구성된다.

주사 복사선 공급원(42)은 집중된 복사선의 빔(80)을 전달하고, 시트 재료(34) 상에서 구성요소(32)의 윤곽선(82)을 신속하게 추종(trace)하도록 구성될 수 있다. 신속 이동 복사선 공급원의 예를 Kancharla에게 허여되고 본원의 소유자에 의해서 소유된 미국 특허 제9,649,727호에서 확인할 수 있고, 그러한 특허의 개시 내용은, 그에 포함된 명백한 정의 및 특허 청구범위를 제외하고, 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다. 주사 복사선 공급원(42)은 레이저(88)일 수 있다. 레이저(88)는 연속 파동형(CW) 또는 펄스형일 수 있다. 적합한 레이저의 비제한적인 예는, IPG Photonics가 제조한 YLR-1000-WC-Y14와 같은, 이테르븀 단일-모드 CW 레이저를 포함한다. 충분한 파워, 펄스 또는 연속 파동의 다른 단일 모드 레이저가 이용될 수 있다. 주사 복사선 공급원(42)으로서의 이용을 위해서, 베타 복사선 공급원(즉, 전자 빔)이 또한 고려된다. 일부 실시예에서, 복사선 공급원(42)은 0.5 kW(킬로와트) 내지 2 kW(0.5 kW 및 2 kW 포함) 범위의 파워를 전달하도록 구성된다. 여기에서, "포함하는" 것으로 지칭되는 범위는, 범위 내의 모든 중간 값뿐만 아니라, 범위의 끝 점 값을 포함한다.

윤곽선(82)이 스코어링되는 시트 재료(34)의 부분은 본원에서 시트 재료(34)의 스코어링되는 부분(83)으로 지칭된다. 도시된 실시예에서, 윤곽선(82)은 내부 또는 폐기 부분 스코어 라인(84) 및 외부 스코어 라인(86)을 포함한다. 내부 스코어 라인(84)은 폐기 부분(74)의 외부 둘레(85)를 추종한다. 외부 스코어 라인(86)은 구성요소(32)의 외부 둘레(87)를 추종한다. 내부 및 외부 스코어 라인(84 및 86)이 조합되어, 구성요소(32)의 경계를 형성한다. 주사 복사선 공급원(42)은, 다수의 통과에 걸쳐 시트 재료(34)의 두께(t) 내의 희망 깊이(예를 들어, 도 12)까지 윤곽선(82)을 스코어링하도록 구성될 수 있다. 스코어 라인(84 및 86)의 희망 깊이의 비제한적인 예는 시트 재료(34)의 두께(t)의 20% 내지 80%(20% 및 80% 포함) 범위이다. 일부 실시예에서, 두께(t)는 20 ㎛(마이크로미터) 내지 400 ㎛(20 ㎛ 및 400 ㎛ 포함)의 범위이다.

공기 노즐(56)은 시트 평탄화 장치(44)와 구성요소 펀치(48)(도시됨) 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로, 공기 노즐(56)은 주사 복사선 공급원(42)과 시트 평탄화 장치(44) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 공기 노즐이 시트 평탄화 장치(44)의 양 측면 상에 배치되도록, 부가적인 공기 노즐이 포함된다. 공기 노즐(56)은, 시트 재료(34)(도시됨)를 가로질러 측방향으로 쓸어 내는 방식으로 공기 제트를 전달하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 공기 노즐(56)은 시트 재료(34)에 밀접하여 윤곽선(82)에 걸쳐 추종하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 공기 노즐(56) 이외의 장치 및 기술, 예를 들어 브러시, 에어 나이프, 또는 물 헹굼에 의해서 표면 파편을 스코어 라인(84, 86)으로부터 제거할 수 있다. 표면 파편의 세정은, 평탄화 프로세스 전에, 평탄화 프로세스 후에, 또는 그 둘 모두에 발생할 수 있다.

도 3을 참조하면, 스코어 라인(84 및 86)을 형성하기 위해서 주사 복사선 공급원(42)으로 다수의 통과를 실시하는 것의 효과가 개시 내용의 실시예에 따라 도시되어 있다. 스코어 라인(84 및 86)은 시트 재료(34)의 두께(t) 내의 깊이(d)를 갖는 홈(96)을 형성하고, 웹 부분(98)이 홈(96)의 측면들을 가교연결한다. 집중된 복사선의 빔(80)으로 시트 재료(34)를 스코어링하는 것은, 일부 재형성된 용융물 및 드로스 재료(102)가 홈(96)의 모서리(104)에 수집되게 하고, 시트 재료(34)의 표면(106)으로부터 돌출되어 연장되게 한다. 도시된 실시예에서, 시트 재료(34)의 일부가 증발에 의해서 홈(96)으로부터 제거되고, 그에 따라 재형성되는 재료(102)의 부피 및 질량은, 홈(96)으로부터 제거된 전체 시트 재료(34)의 단지 일부이다.

일부 실시예에서, 주사 복사선 공급원(42)은, 5 m/s(초당 미터) 내지 30 m/s(5 m/s 및 30 m/s 포함) 범위인 속도(rate)로 윤곽선(82)을 주사하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 주사 복사선 공급원(42)은 0.1 kW 내지 2 kW(0.1 kW 및 2 kW 포함) 범위의 복사선을 전달한다. 도 2의 홈(96)의 도시된 횡단면은, 20 m/s의 주사율에서 총 4번 1 kW 레이저로 주사한, 97 ㎛의 공칭 두께의 연강의 시트 재료(34)의 횡단면을 촬영한 사진의 비제한적인 렌더링(rendering)이다. 규소강의 시트에서의 동일한 스코어링 매개변수의 결과도 유사하였다. 연강 및 규소강 모두에서, 기재된 스코어링 조건 하에서, 주사 복사선 공급원(42)의 각각의 통과에서 홈(96)으로부터 제거된 재료의 두께는 15 ㎛ 내지 35 ㎛(15 ㎛ 및 35 ㎛) 범위인 것으로 관찰되었고, 제거된 재료의 공칭 두께는 16 ㎛ 내지 20 ㎛(16 ㎛ 내지 20 ㎛)이었다. 가변적인 주사율 및 통과의 수에서의 연강 및 실리콘 강의 컷팅 깊이에 대한 데이터가 이하의 도 16 및 도 17에서 제공된다.

기능적으로, 다수의 통과에 걸쳐 스코어 라인(84 및 86)을 형성하는 것에 의해서, 시트 재료(34)의 열 영향 구역은, 홈(96)을 형성하기 위해서 충분히 길게 체류하는 단일 통과의 열 영향 구역에 비해서, 감소된다. 또한, 집중된 복사선 빔(80)에 의해서 전달되는 에너지의 적은 양이 시트 재료(34)에 의해서 흡수되기 때문에, 연속적인 통과 중에 증발되는 재료의 양은, 유사한 깊이의 홈을 형성하는 단일 통과에 비해서, 증가될 수 있다. 또한, 초기 통과 중에 (예를 들어, 드로스의 재형성에 의해서) 홈(96)의 측면 상에 형성될 수 있는 불규칙부가 연속적인 통과에서 제거되어, 보다 깨끗하고 양호하게 형성된 홈(96)을 초래하는 경향이 있다.

일부 실시예에서, 하나의 윤곽 라인이 완전히 관통-컷팅될 수 있는 한편, 다른 윤곽 라인은 스코어링될 수 있다. 그러한 배열이 스코어링-보조 시스템(30a)에서 도시되어 있고, 여기에서 폐기 부분(74)은 주사 복사선 공급원(42)에 의해서 완전히 관통-컷팅되는 반면, 외부 스코어 라인(86)은 남아 있다. 이러한 배열은 폐기 부분 펀치 프로세스의 필요성을 제거하는 한편, 시트 평탄화 장치(44)를 통한 구성요소 다이(54) 상으로의 이송 경로(62)를 따른 이송을 위해서 구성요소(32)가 시트 재료(34)에 부착되어 유지되게 한다.

도 4를 참조하면, 개시 내용의 실시예에 따른 스코어링된 탭 구성(100)이 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 스코어링은 관통-컷팅과 조합되고, 그에 따라 구성요소(32)의 윤곽 라인의 일부가 시트 재료(34)의 두께(t)를 통해서 컷팅되는 한편, 재료가 윤곽 라인의 다른 부분을 따라서 남아 있는다. 예를 들어, 둘레(85, 87)의 하나 또는 둘 모두가 관통-컷팅 부분(91) 및 탭 부분(93)을 포함할 수 있고, 탭 부분(93)은 관통-컷팅 부분(91)을 가교연결한다. 일부 실시예에서, 탭 부분(93)은 도 3에 도시된 방식으로 홈(96)과 함께 스코어링된다. 일부 실시예에서, 복수의 그러한 탭 부분(93)이 둘레(들)(85, 87)를 따라서 형성된다. 일부 실시예에서, 탭(93)의 접선 길이(95)의 합 대 상응 둘레(85, 87)의 전체 길이의 비율은 50% 내지 97%(50% 및 97% 포함)의 범위이고; 일부 실시예에서, 그러한 비율은 75% 내지 95%(75% 및 95% 포함)의 범위이고; 일부 실시예에서, 그러한 비율은 85% 내지 95%(85% 및 95% 포함)의 범위이다.

기능적으로, 탭(93)은 구성요소(32)와 시트 재료(34) 사이의 또는 커플링(32) 및 폐기 부분(74) 및 시트 재료(34) 사이의 커플링을 유지하고, 그에 따라, 구성요소 다이(54)의 위에 또는 폐기 부분 다이(52) 및 구성요소 다이(54) 모두의 위에 순차적으로 배치하기 위해서, 구성요소(32) 또는 조합된 구성요소(32) 및 폐기 부분(74)이 시트 재료(34)와 함께 이송 경로(64)를 따라서 안정적으로 이송될 수 있게 한다. 통상적인 스탬핑 프로세스에 비해서, 감소된 폐기 부분(74)과 구성요소(32) 사이의 그리고 구성요소(32)와 시트 재료(34) 사이의 가교연결은 요구되는 분리력을 감소시킨다. 탭 부분(93)이 스코어링되는 실시예에서, 힘이 더 감소되고, 분리 라인은, 스코어링되지 않은 탭 부분(93)보다, 더 엄격한 공차 내에서 예측될 수 있다.

도시된 실시예에서, 시트 평탄화 장치(44)는, 시트 재료(34)의 대향 측면들 상의 대향 롤러들(92, 94)을 포함하는 롤러 조립체(90)이다. 대향된 롤러들(92, 94)은, 최대의 미리 결정된 거리에서 롤러들(92, 94)의 분리를 제한하도록 구성된 롤러 장착부(89)에 커플링된다. 일부 실시예에서, 롤러들(92, 94)의 최대 분리는, 적어도 시트 재료의 공칭 두께(t)가 되도록 그리고 공칭 두께(t)보다 1 ㎛ 초과로 크지 않도록, 설정된다. 일부 실시예에서, 롤러 장착부(89)는, 롤러들(92, 94)의 엄격한(rigid) 분리를 제공하도록 구성된다. 각각의 롤러(92, 94)와 시트 재료(34)의 접촉은 전기 접촉 측정에 의해서 확인될 수 있다. 일부 실시예에서, 롤러(92, 94)는 경질 금속 재료로 이루어진다. 일부 실시예에서, 롤러(92 및 94)가 상이한 전위로 동작되고, 그에 의해서 롤러 조립체(90)를 통한 이송 중에 전류가 시트 재료(34)를 통해서 흐르게 한다.

기능적으로, 롤러들(92, 94) 사이의 분리를 공칭 두께(t)의 최대 치수로 제한하는 것 또는 시트 재료(34)의 공칭 두께(t)에서 분리를 엄격하게 유지하는 것은, 롤러 조립체(90)가, 시트 재료의 코어 상에 상당한 응력을 가하지 않으면서, 평탄화 기능을 실시할 수 있게 한다. 시트 재료의 스코어링된 부분(83)이 롤러 조립체(90)를 통과할 때, 모서리(104)(도 3)에 위치되는 재형성된 용융물 및 드로스 재료(102)와 같이, 표면(106)에 비해서 돌출된 특징부만이 시트 재료(34)의 공칭 두께(t)를 초과하고 롤러(92, 94)와 압축 접촉된다. 롤러들(92, 94) 사이의 분리가 공칭 두께(t)를 초과하지 않거나 지속적으로 공칭 두께(t)에서 유지되기 때문에, 재형성된 용융물 및 드로스 재료(102)는 롤러(92, 94)에 대해서 국소적으로 항복될 것이고, 이러한 특징부를 하향시키는 소성 변형을 초래할 것이다.

따라서, 시트 재료의 스코어링된 부분(83)은, 상당한 Hertzian 접촉 응력을 생성하지 않으면서, 평탄화된다. Hertzian 접촉 응력 이론은, 곡선화된 응력의 접촉에 의해서 생성되는 응력을 특징으로 하고, 예를 들어, 2018년 3월 27일자의 마지막 버전의 https://wp.optics.arizona.edu/optomech/wp-content/uploads/sites/53/2016/10/OPTI-521-Tutorial-on-Hertz-contact-stress-Xiaoyin-Zhu.pdf에서 입수할 수 있는, Xiaoyin Zhu의 "Tutorial on Hertz Contact Stress"에 설명되어 있고, 그 개시 내용은, 포함된 명백한 정의를 제외하고, 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다. 과다한 Hertzian 접촉 응력이, 예를 들어, 재료의 자기적 특성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

대안적으로, 롤러 조립체(90)는, 시트 재료(34)가 롤러 조립체(90)를 통해서 이송될 때, 미리 결정된 힘을 이용하여 시트 재료(34)를 사이에서 압축하도록 구성된 압축 롤러일 수 있다. 롤러들(92, 94) 사이의 압축은, 예를 들어, 수압 작동기(미도시)에 의해서 달성될 수 있다. 롤러 조립체(90)에 의해서 생성되는 미리 결정된 힘은, 재료의 항복 강도를 초과하지 않는 응력을 시트 재료(34)에 전달하도록 조정될 수 있다. 재형성된 용융물 및 드로스 재료(102)가 시트 재료(34)의 표면(106)에 비해서 돌출된 것을 나타내고 롤러 조립체(90)의 전체 선 접촉의 작은 부분을 구성하기 때문에, 재형성된 용융물 및 드로스 재료(102) 상의 국소적인 응력은 시트 재료(34)의 평균 응력을 훨씬 초과할 것이고, 그에 의해서 시트 재료(34)의 코어의 변형을 방지하면서, 재형성된 용융물 및 드로스 재료(102)의 평탄화(소성 변형)를 여전히 제공한다. 일부 실시예에서, 롤러 조립체(90)는, 시트 재료(34)가 롤러 조립체(90)를 통해서 이동될 때에만, 압축력을 시트 재료(34)에 인가하도록 구성된다. 대안적으로, 평탄화 장치(44)는, 당업자가 이용할 수 있는 시트 재료를 평탄화하기 위한, 편평한 스탬핑 판(미도시), 록킹 프레스(rocking press)(미도시), 또는 다른 장치 및 기술을 포함할 수 있다.

스코어링 후에 그러나 펀칭 전에 시트 재료(34)를 평탄화하는 것의 효과가 또한 개시 내용의 실시예에 따른 도 3에 도시되어 있다. 재형성된 재료(102)가 평탄화되도록(즉, 표면(106)과 실질적으로 평면형이 되도록) 시트 재료(34)가 롤러 조립체(90)를 통해서 전진된다. 연강 및 비정질 규소강과 같은 일부 재료에서, 재형성된 재료(102)는 비교적 전성적이고(ductile), 그에 따라 재형성된 재료는 모서리(104)에서 아래쪽으로 향하게 된다. 또한, 모서리(104)에 약하게 부착된 일부 재형성된 재료는 평탄화 프로세스 중에 미리-응력화되고 피로화되거나 파단되고 탈착될 수 있다. 상이한 전위에서 롤러들(92, 94)을 동작시키는 것은, 평탄화 프로세스를 증강하기 위한 시트 재료(34)의 국소적인 가열을 제공할 수 있다. 전류는 또한 구성요소(32)의 코어와 상호작용하여, 평탄화 프로세스에서 바람직할 수 있는 소성 변형을 증강시킨다.

그에 따라, 시트 재료(34)를 "평탄화하는 것"은 재형성된 용융물 및 드로스 재료(102)가 시트 재료(34)의 실질적으로 원래의 두께(t)로 또는 그 이내로 압축되게 하거나 복귀되게 하고, 시트 재료의 구부러짐 및 휘어짐을 완화한다. 즉, 시트 재료(34)는, 평탄화 프로세스 후에도, 윤곽선(82)을 여전히 형성할 것이다. 평탄화 프로세스는, 스코어 라인(82 및 84)을 제거하는 지점까지 시트 재료(34)를 압축하지 않는다.

일부 실시예에서, 압축력은, 시트 재료(34)가 통과하여 진행될 때에만, 롤러 조립체(90)에 의해서 인가된다. 시트 재료(34)가 롤러 조립체(90)를 통과할 때에만 롤러 조립체(90)로 압축력을 인가하는 것에 의해서, 시스템은, 재료가 롤러(92, 94) 내에서 일시적으로 체류할 때 발생될 수 있는, 시트 재료(34)의 딤플 형성(dimpling)을 방지한다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 천공된 스코어 라인(108)이 개시 내용의 실시예로 도시되어 있다. 천공된 스코어 라인(108)은 홈(96) 내의 웹 부분(98)의 길이를 따라서 형성된 천공부(110)를 가지는 것을 특징으로 한다. 일부 실시예에서, 폐기 부분 스코어 라인(84) 및 스코어 윤곽선(82)의 외부 스코어 라인(86) 중 하나 또는 모두의 적어도 일부에 그러한 천공된 스코어 라인(108)이 형성된다. 천공된 스코어 라인(108)은 전술한 바와 같이 다수의 통과에 걸쳐 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6에서, 스코어 윤곽선(82)은 초기에 연속적이고 실질적으로 균일한 깊이로 형성되고, 이어서 홈(96)의 길이를 따라서 분리된 지점들에서 복사선 에너지의 폭발이 발생되어 천공부(110)를 형성한다. 일부 실시예에서, 주사 복사선 공급원(42)에 의해서 천공부만이 형성된다(도 7). 즉, 주사 복사선 공급원(42)은 천공부(110)의 희망 위치에서만 복사선의 폭발을 전달하도록 그리고 그에 따라 불연속적인 스코어링 윤곽선(82)을 형성하도록, 스코어링-보조 시스템(30)이 구성된다. 일부 실시예에서, 집중된 복사선 빔(80)이, 천공부(110)를 형성하고자 하는 영역 위에서 체류하거나 더 서서히 통과하도록, 주사율이 변동될 수 있다(도 8). 천공된 스코어 라인(108)의 형성 후에, 그렇게 형성된 스코어 라인(82 및 84)을 갖는 시트 재료(34)가 전술한 바와 같이 압축 평탄화될 수 있다.

기능적으로, 천공부(110)는 구성요소(32) 또는 폐기 부분(74)을 분리하는데 또는 그 둘 모두를 시트 재료(34)로부터 분리하는데 필요한 힘을 감소시키는 역할을 한다. 전술한 모서리(104)에서와 같은 방식으로 평탄화 장치(44)에 의해서, 천공부(110)의 경계를 따라서 형성될 수 있는 임의의 드로스 재료가 평탄화 또는 제거될 수 있다. 천공부(110)는 또한 분리 라인을 따른 파열 또는 찢어짐 효과를 제한하는 그리고 분리 라인을 웹 부분(98)을 따라서 센터링되게 유지하는 역할을 하고, 그에 따라 구성요소(32)의 공칭 주변부가 실질적으로 균일하다.

도 9를 참조하면, 폐기 부분 펀치(46) 및 폐기 부분 다이(52)가 개시 내용의 실시예에 따라 도시되어 있다. 폐기 부분 펀치(46) 및 폐기 부분 다이(52)는, 이들이 최종 구성요소(32)의 일부가 아닌 폐기 부분(74)을 시트 재료(34)로부터 제거하는 기능을 하기 때문에, 그렇게 지칭된다. 폐기 부분 펀치(46)는, 폐기 부분(74)의 내부 또는 폐기 부분 스코어 라인(84)과 유사하나 그 내부에 위치되는 풋프린트(footprint)(112)를 형성할 수 있다. 폐기 부분 다이(52)는, 이용될 때, 폐기 부분 펀치(46)를 수용하도록 구성되고, 윤곽선(82)의 폐기 부분 스코어 라인(84)과 유사하나 그 내부에 위치되는 풋프린트(114)를 형성할 수 있다.

도 10을 참조하면, 구성요소 펀치(48) 및 구성요소 다이(54)가 개시 내용의 실시예에 따라 도시되어 있다. 구성요소 펀치(48) 및 구성요소 다이(54)는, 이들이 구성요소(32)를 시트 재료(34)로부터 제거하는 기능을 하기 때문에, 그렇게 지칭된다. 구성요소 펀치(48)는, 구성요소(32)의 외부 스코어 라인(86)과 유사하나 그 내부에 위치되는 풋프린트(142)를 형성할 수 있다. 구성요소 다이(54)는, 이용될 때, 구성요소 펀치(48)를 수용하도록 구성되고, 윤곽선(82)의 외부 스코어 라인(86)과 유사하나 그 외부에 위치되는 풋프린트(144)를 형성할 수 있다. 도시된 실시예에서, 외부 스코어 라인(86), 그리고 그에 따라 구성요소 다이(54)의 용기(receptacle)(146)는 원형이다.

일부 실시예에서, 펀치(46 및 48) 및 다이(52 및 54)는, 시트 재료(34)와 접촉되는 강성 재료(예를 들어, 공구강)로 제조된다. 일부 실시예에서, 펀치(46 및 48) 및 다이(52 및 54)의 일부 또는 전부가, 폴리우레탄 또는 고무-유사 재료와 같은, 시트 재료(34)와 접촉되는 반-강성 또는 가요성 재료를 포함한다. 반-강성 또는 가요성 재료는, 예를 들어, 오버몰딩 프로세스에서, 폐기 부분 펀치(46) 또는 폐기 부분 다이(52) 상에 배치되거나 그와 통합될 수 있다.

도 11 내지 도 15를 참조하면, 폐기 부분 펀치(46) 및 폐기 부분 다이(52)의 그리고 구성요소 펀치(48) 및 구성요소 다이(54)의 동작이 개시 내용의 실시예에 따라 도시되어 있다. 폐기 부분 펀치(46) 및 폐기 부분 다이(52)의 동작이 구성요소 펀치(48) 및 구성요소 다이(54)의 동작과 유사하기 때문에, 도 11 내지 도 13이 이러한 펀치 및 다이 조합의 모두의 동작을 도시한다고 말할 수 있다. 구성요소(32)가 주사 복사선 공급원(42)으로 스코어링된 후에, 구성요소(32)의 윤곽선(82)의 내부 또는 폐기 부분 스코어 라인(84)이 폐기 부분 다이(52) 위에 정렬되고, 그에 따라 폐기 부분 펀치(46)와 폐기 부분 다이(52) 사이의 다이 유극 간극(122)을 형성한다(도 11 및 도 12). 스코어링-보조 시스템(30)은, 윤곽선(82)을 폐기 부분 다이(52) 위에서 병진운동시키는 것에 의해서, 스코어 라인(82 및 84)이 폐기 부분 펀치(46) 및 폐기 부분 다이(52)와 동일한 회전 배향으로 위치되도록, 그에 따라 폐기 부분 스코어 라인(84)이 다이 유극 간극(122) 위에 배치되도록 구성될 수 있다. 구성요소 윤곽선(82)이 폐기 부분 다이(52)와 정렬될 때, 폐기 부분 스코어 라인(84)은 다이 유극 간극(122) 위에서 추종한다.

이어서, 폐기 부분 스코어 라인(84) 내에 정렬된 폐기 부분 펀치(46)가 시트 재료(34)를 통해서 추진되어, 폐기 부분(74)을 폐기 부분 스코어 라인(84)에서 시트 재료(34)로부터 분리한다(도 13). 폐기 부분(74)의 분리 중에, 폐기 부분 펀치(46)는 폐기 부분 다이(52) 내로 적어도 부분적으로 삽입된다. 폐기 부분 다이(52) 내의 폐기 부분 펀치(46)의 횡단면도가 도 14에 제공되어, 폐기 부분 펀치 횡단면(124) 및 폐기 부분 다이 횡단면(126)을 도시한다. 일부 실시예에서, 다이 유극 간극(122)은, 폐기 부분 펀치(46)가 폐기 부분 다이(52) 내로 삽입될 때, 폐기 부분 펀치(46) 및 폐기 부분 다이(52) 사이에서 측방향으로 형성된다. 일부 실시예에서, 다이 유극 간극(122)을 위한 최소 치수(128)는, 상기 시트 재료(34)의 두께(t)의 적어도 1배 그리고 3배 이하이다.

폐기 부분(74)이 시트 재료(34)로부터 제거된 후에, 윤곽선(82)의 외부 스코어 라인(86)이 구성요소 다이(54) 위에 정렬되고, 구성요소(32)는 외부 스코어 라인(86)에서 반경방향으로 매달린다. 정렬될 때, 구성요소 펀치(48) 및 구성요소 다이(54)는 다이 유극 간극(162)을 형성하고, 그러한 다이 유극 간극 위에 외부 스코어 라인(86)이 배치된다(도 11 및 도 12). 이어서, 구성요소 펀치(48)가 시트 재료(34)를 통해서 추진되어, 구성요소(32)를 외부 스코어 라인(86)에서 시트 재료(34)(도 13)로부터 분리하고, 그에 따라 구성요소(32)는 구성요소 상자(75) 내로 낙하된다. 구성요소(32)의 분리 중에, 구성요소 펀치(48)는 구성요소 다이(54) 내로 적어도 부분적으로 삽입된다. 구성요소 다이(54) 내의 구성요소 펀치(48)의 횡단면도가 도 15에 제공되어, 구성요소 펀치 횡단면(162) 및 구성요소 다이 횡단면(164)을 도시한다. 연속적인, 다이 유극 간극(166)이 구성요소 펀치(48)와 구성요소 다이(54) 사이에 형성된다. 일부 실시예에서, 다이 유극 간극(16)을 위한 최소 치수(168)는, 시트 재료(34)의 두께(t)의 적어도 1배 그리고 3배 이하이다.

기능적으로, 스코어 윤곽선(82)은 스코어링-보조 시스템(30b) 내의 폐기 부분(74) 및 구성요소(32) 펀칭 프로세스의 모두에서 분리 라인을 제어하고, 스코어링-보조 시스템(30a) 내의 구성요소(32)의 분리 라인을 제어한다. 이는, 분리의 라인이 툴과 다이 사이의 엄격한 공차에 의해서 제어되는 통상적인 스탬핑 프로세스와 대조적이다. 따라서, 구성요소 펀치(48)와 구성요소 다이(54) 사이의, 그리고 폐기 부분 펀치(46)와 폐기 부분 다이(52)(이용될 때), 사이의 공차가 보다 관대해질 수 있다. 스코어링 및 임의의 컷팅 프로세스 이후에 그러나 펀칭 동작(들) 이전에 발생되는 압축 롤링 프로세스로 인해서, 시트 재료(34)로부터의 분리 시에, 적어도 구성요소(32)의 평탄도가 최종 상태 이내가 된다. 이어서, 예를 들어 당업자가 이용할 수 있는 샌드 블래스팅, 선반 가공(turning), 밀링, 연마, 호닝 가공(honing), 전기 침식, 또는 다른 마감 프로세스에 의해서, 구성요소(32)의 연부가 최종 제원으로 마감될 수 있다.

도 16을 참조하면, 홈의 컷팅 깊이 매개변수(172) 대 레이저의 주사율(컷팅 속력)(174)을 특징으로 하는 데이터의 그래프(170)가 개시 내용의 실시예에 따라 제공된다. 데이터는, 14 ㎛의 섬유 직경을 이용하는 1000 와트의 파워 레벨의 IPG Photonics YLR-1000-WC-Y14 이테르븀 단일-모드 CW 레이저를 이용하는 실험적 설정에서 얻어졌다. 레이저는, 200 mm 시준기 및 254 mm 포커스 렌즈를 갖는 IPG 2D High Power Scanner로 주사되었다. 포커스 스팟 직경은 18 ㎛에서 계산되었다. 테스트는 정지적인 스캐너 설정의 ABB IRB2400 로봇 워크 스테이션에서 실시되었다. 테스트는, 프로세스 지역 상으로 지향된 에어 나이프 퍼지(air knife purge)를 갖춘 진공 하니컴 컷팅 테이블(vacuum honeycomb cutting table) 상에서 실시되었다. 테스트는 공칭 두께가 100 ㎛인 연강 시트 원료 및 규소강 시트 원료 상에서 실시되었다. 연강 데이터(176) 및 규소강 데이터(178)를 그래프(170)에서 제공한다.

데이터를, 7.0, 8.0, 10.0, 15.0, 및 20.0 m/s의 주사율의 컷팅 레이저의 단일 통과에 대해서 취하였다. 그래프(170)는, 주사율이 증가될수록 컷팅 깊이가 감소된다는 것, 그리고 그러한 결과가 연강 및 규소강에서 실질적으로 유사하였다는 것을 보여준다. 또한, 더 큰 주사율에서, 적은 드로스 재료가 경계를 따라서 형성되었다는 것이 관찰되었다.

도 17을 참조하면, 홈의 컷팅 깊이 매개변수(182) 대 레이저의 통과의 수(184)를 특징으로 하는 데이터의 그래프(180)가 개시 내용의 실시예에 따라 제공된다. 데이터는, 14 ㎛의 섬유 직경을 이용하는 1000 와트의 파워 레벨의 IPG Photonics YLR-1000-WC-Y14 이테르븀 단일-모드 CW 레이저를 이용하는 실험적 설정에서 얻어졌다. 레이저는, 200 mm 시준기 및 254 mm 포커스 렌즈를 갖는 IPG 2D High Power Scanner로 주사되었다. 포커스 스팟 직경은 18 ㎛에서 계산되었다. 테스트는 정지적인 스캐너 설정의 ABB IRB2400 로봇 워크 스테이션에서 실시되었다. 테스트는, 프로세스 지역 상으로 지향된 에어 나이프 퍼지를 갖춘 진공 하니컴 컷팅 테이블 상에서 실시되었다. 테스트는 공칭 두께가 100 ㎛인 연강 시트 원료 및 규소강 시트 원료 상에서 실시되었다. 연강 데이터(186) 및 규소강 데이터(188)를 그래프(180)에서 제공한다.

데이터는 1 내지 5(1 및 5 포함)의 범위의 통과의 수의 컷팅 레이저에 대해서 20 m/s의 주사율에서 취해졌다. 그래프(180)는, 통과 수를 증가시키는 것이 컷팅 깊이를 또한 증가시킨다는 것, 그리고 그 결과가 연강 및 규소강에서 실질적으로 유사하였다는 것을 나타낸다. 또한, 원료 재료의 완전한 통과 컷팅이 20 m/s 주사율에서 5번의 통과에서 달성되었다는 것이 관찰되었다.

본원에서 개시된 부가적인 도면 및 방법의 각각을 개별적, 또는 다른 특징 및 방법과 함께 이용하여, 개선된 장치 그리고 그 제조 및 이용 방법을 제공할 수 있다. 그에 따라, 본원에서 개시된 특징 및 방법의 조합이 개시 내용의 가장 넓은 의미로 그러한 개시 내용을 실시하는데 있어서 반드시 필요하지 않을 수 있고 그 대신에 대표적이고 바람직한 실시예를 특히 설명하기 위해서 단순히 개시된다.

이러한 개시 내용으로부터, 실시예에 대한 여러 가지 수정이 당업자에게 자명할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는, 상이한 실시예들에 대해서 설명된 여러 가지 특징들이 그 자체의 또는 상이한 조합들 내의 다른 특징들과 적절하게 조합되고, 조합되지 않고, 그리고 재조합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 유사하게, 전술한 여러 가지 특징 모두가 개시 내용의 범위 또는 사상에 대한 제한이 아니라 예시적인 실시예로서 간주되어야 할 것이다.

당업자는, 여러 실시예가 전술된 임의의 개별적인 실시예에서 설명된 것 보다 적은 특징을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본원에서 설명된 실시예는, 여러 가지 특징들이 조합될 수 있는 방식의 포괄적인 제시를 의미하지 않는다. 따라서, 실시예는 특징들의 상호 배타적인 조합이 아니고; 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 청구항이 다른 개별적인 실시예로부터 선택된 다른 개별적인 특징의 조합을 포함할 수 있을 것이다.

본원의 명시적인 개시 내용에 반하는 청구 대상이 포함되지 않도록, 전술한 참조 문헌의 임의의 포함이 제한된다. 문헌에 포함된 청구항이 본원에서 참조로 포함되지 않도록, 전술한 참조 문헌의 임의의 포함이 추가적으로 제한된다. 명시적으로 본원에 포함되지 않는 경우에, 문헌에서 제공된 임의의 규정이 본원에서 참조로 포함되지 않도록, 전술한 참조 문헌의 임의의 포함이 또한 추가적으로 제한된다.

달리 표시되지 않는 한, 본원에 포함된 "실시예(들)", "개시 내용" "본 개시 내용", "개시 내용의 실시예(들)", 및 "개시된 실시예(들)" 등에 대한 언급은, 인정된(admitted) 종래 기술이 아닌 본 특허 출원의 명세서(청구항 및 도면을 포함하는, 문구)를 지칭한다.

청구범위를 해석하기 위한 목적을 위해서, "~하기 위한 수단" 또는 "~를 위한 단계"의 구체적인 용어가 각각의 청구항에 기재되지 않는 한, 미국 특허법 35조 112(f)의 규정이 적용되지 않을 것임이 분명하다.

Claims

시트 재료로부터 구성요소를 펀칭하기 위한 스코어링-보조 방법이며:
큰 에너지의 복사선 공급원으로 외부 스코어 라인의 적어도 일부를 시트 재료 상에서 스코어링하는 단계로서, 상기 외부 스코어 라인은 구성요소의 외부 둘레의 형상을 형성하는, 스코어링 단계;
스코어링 단계 후에, 상기 시트 재료의 스코어링된 부분을 평탄화 장치로 평탄화하는 단계로서, 상기 시트 재료의 상기 스코어링된 부분은 상기 외부 스코어 라인을 포함하는, 평탄화 단계; 및
평탄화 단계 후에, 상기 구성요소를 상기 시트 재료로부터 분리하기 위해서 구성요소 펀치를 상기 시트 재료를 통해서 구동하는 단계로서, 상기 구성요소 펀치는 상기 외부 스코어 라인 내에서 상기 시트 재료와 접촉되는, 구동 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제1항에 있어서,
평탄화 단계 전에, 폐기 부분을 상기 시트 재료로부터 분리하기 위해서 큰 에너지의 복사선 공급원으로 상기 시트 재료로부터 폐기 부분을 컷팅하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제1항에 있어서,
평탄화 단계 전에, 상기 큰 에너지의 복사선 공급원으로 상기 시트 재료 상에서 폐기 부분 스코어 라인의 적어도 일부를 스코어링하는 단계로서, 상기 폐기 부분 스코어 라인은 폐기 부분의 외부 둘레의 형상을 형성하고, 상기 폐기 부분 스코어 라인은 상기 외부 스코어 라인에 의해서 둘러싸이는, 단계;
구성요소 펀치를 구동하는 단계 전에, 상기 폐기 부분을 상기 시트 재료로부터 분리하기 위해서, 폐기 부분 펀치를 상기 시트 재료를 통해서 구동하는 단계로서, 상기 폐기 부분 펀치는 상기 폐기 부분 스코어 라인 내의 상기 시트 재료와 접촉되는, 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제3항에 있어서,
상기 폐기 부분 펀치를 구동하는 단계 전에, 윤곽선을 폐기 부분 다이와 정렬시키는 단계로서, 상기 폐기 부분 다이는 상기 폐기 부분 펀치를 수용하도록 배치되고 구성되는, 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제4항에 있어서,
상기 시트 재료의 두께의 적어도 1배 그리고 3배 이하인 최소 다이 유극 간극을 형성하도록, 상기 폐기 부분 다이 내에 삽입되게 상기 폐기 부분 펀치를 구성하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
구성요소 펀치를 구동하는 단계 전에, 상기 외부 스코어 라인을 구성요소 다이와 정렬시키는 단계로서, 상기 구성요소 다이는 상기 구성요소 펀치를 수용하도록 배치되고 구성되는, 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제6항에 있어서,
상기 시트 재료의 두께의 적어도 1배 그리고 3배 이하인 최소 다이 유극 간극을 형성하도록, 상기 구성요소 다이 내에 삽입되게 상기 구성요소 펀치를 구성하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제1항에 있어서,
평탄화 단계에서의 상기 평탄화 장치는 2개의 롤러를 포함하는 롤러 조립체인, 스코어링-보조 방법.
제8항에 있어서,
상기 시트 재료의 공칭 두께 이상이고 상기 공칭 두께보다 1 마이크로미터 이하로 더 두꺼운, 상기 2개의 롤러들 사이의 분리를 유지하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제9항에 있어서,
롤러 압력이 평탄화 단계 중에 인가되고, 상기 롤러 압력은 상기 시트 재료의 항복 강도 미만인, 스코어링-보조 방법.
제1항에 있어서,
20 마이크로미터 내지 400 마이크로미터(20 마이크로미터 및 400 마이크로미터 포함) 범위의 두께를 가지는 상기 시트 재료를 제공하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제1항 또는 제11항에 있어서,
금속 재료로 이루어진 상기 시트 재료를 제공하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제1항 또는 제11항에 있어서,
비정질 금속으로 이루어진 상기 시트 재료를 제공하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제1항에 있어서,
스코어링 단계는, 상기 시트 재료의 두께의 20% 이상 및 95% 이하의 범위인 홈 깊이를 형성하는, 스코어링-보조 방법.
제1항에 있어서,
상기 시트 재료 상에서 외부 스코어 라인을 스코어링하는 단계에서의 상기 큰 에너지의 복사선 공급원이 레이저인, 스코어링-보조 방법.
제1항에 있어서,
스코어링 단계 이후에 그리고 구동 단계 이전에, 상기 시트 재료의 상기 부분으로부터 표면 파편을 제거하는 단계를 포함하는, 스코어링-보조 방법.
제16항에 있어서,
떨어져 있는 재료를 제거하는 단계가 압축 공기로 실시되는, 스코어링-보조 방법.
시트 재료로부터 구성요소를 제조하기 위한 스코어링-보조 시스템이며:
시트 재료를 이송 경로를 따라서 이송하기 위한 컨베이어;
구성요소의 외부 둘레의 형상을 형성하는 외부 스코어 라인을 상기 시트 재료 상에 형성하기 위한 큰 에너지의 복사선 공급원;
상기 시트 재료의 스코어링된 부분을 평탄화하기 위한 평탄화 장치;
구성요소를 상기 외부 스코어 라인에서 상기 시트 재료로부터 분리하기 위한 구성요소 펀치; 및
상기 구성요소 펀치를 수용하도록 구성된 구성요소 다이를 포함하고,
상기 평탄화 장치는, 상기 이송 경로를 따라서, 상기 큰 에너지의 복사선 공급원과 상기 구성요소 펀치 사이에 배치되는, 스코어링-보조 시스템.
제18항에 있어서,
상기 큰 에너지의 복사선 공급원은, 폐기 부분을 상기 시트 재료로부터 분리하기 위해서, 폐기 부분을 상기 외부 스코어 라인 내로부터 컷팅하도록 구성되는, 스코어링-보조 시스템.
제18항에 있어서,
상기 큰 에너지의 복사선 공급원은, 상기 외부 스코어 라인에 의해서 둘러싸이는 폐기 부분 스코어 라인을 형성하도록 구성되고, 상기 폐기 부분 스코어 라인은 폐기 부분의 외부 둘레의 형상을 형성하는, 스코어링-보조 시스템.
제20항에 있어서,
상기 폐기 부분을 상기 폐기 부분 스코어 라인에서 상기 시트 재료로부터 분리하기 위한 폐기 부분 펀치; 및
상기 폐기 부분 펀치를 수용하도록 구성된 폐기 부분 다이를 포함하고,
상기 폐기 부분 펀치는, 상기 이송 경로를 따라서, 상기 평탄화 장치와 상기 구성요소 펀치 사이에 배치되는, 스코어링-보조 시스템.
제18항에 있어서,
상기 스코어링-보조 시스템은 20 마이크로미터 내지 400 마이크로미터(20 마이크로미터 및 400 마이크로미터 포함) 범위의 두께를 가지는 시트 재료를 핸들링하도록 구성되는, 스코어링-보조 시스템.
제18항에 있어서,
상기 큰 에너지의 복사선 공급원이 레이저인, 스코어링-보조 시스템.
제18항에 있어서,
상기 평탄화 장치가 압축 롤러인, 스코어링-보조 시스템.
제19항에 있어서,
압축 롤러는, 상기 시트 재료의 항복 강도 미만의 롤러 압력을 상기 시트 재료 상에 인가하도록 구성되는, 스코어링-보조 시스템.
제18항에 있어서,
상기 큰 에너지의 복사선 공급원은 상기 시트 재료의 두께의 20% 이상 및 80% 이하의 범위인 홈 깊이를 형성하도록 구성되는, 스코어링-보조 시스템.