KR20200132831A - 복잡한 형상을 갖는 복합 부품 제조를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열가소성 매트릭스 및 연속 보강재로 3차원 복합 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로서,
a. 3차원 편물에 의해 선침 된 섬유질 수행물(100)을 얻는 단계;
b. 예비 성형물을 툴링의 펀치(120) 또는 매트릭스(110) 상에 배치하고, 이들 사이에 밀봉된 폐쇄 공동을 형성하는 단계;
c. 예비 성형물에 제 1 압력을 가하는 방식으로 툴링을 폐쇄하는 단계;
d. 제 1 압력을 유지함으로써 예비 성형물을 함침 시키는 중합체의 용융 온도로 공동을 가져오는 단계;
f. 예비 성형물을 포함하는 공동을 제 2 압력을 유지함으로써 탈형에 적합한 온도로 냉각시키는 단계;
g. 금형을 열고 부품을 탈형하는 단계로 이루어진다.

Description

복잡한 형상을 갖는 복합 부품 제조를 위한 장치 및 방법

본 발명은 복잡한 형상을 갖는 복합 부품을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 박스 또는 돔과 같은 3차원 복합 부품의 제조, 또는 복수의 돌출 릴리프를 포함하는 발명에 관한 것이다. 본 발명은 또한 특히 배기장치 복제품과 같은 여러 튜브의 접합부를 포함하는 관형부품의 제조에 적용된다.

본 발명은 많은 분야, 독점적이지는 않지만 특히 태블릿 또는 텔레비전 스크린과 같은 전자 하드웨어의 수하물 또는 커버의 제조, 헬멧이나 보호 장비의 제조, 보다 일반적으로는 3차원 대량 생산 복합부품에 적용되나, 이러한 3차원 형상이 개발 될 수없는 경우, 독점적인 것은 아니다.

해당 분야의 선행기술은 예를 들어 EP 2 694 277에 설명되어 있다. 이 선행문헌은 열가소성 폴리머로 미리 끼워진 스택 천의 레이 업으로 구성된 납작한 빈 홀더부터 시작하여 5개의 면으로 된 상자 모양을 가진 둥근 모서리로 된 직사각형 쉘의 제조에 대해 설명한다. 상기 직물은 펀치-다이 유닛에 의해 연속 섬유로 보강된 복합 부품으로 형성되고 압축/통합되는 반면, 빈 홀더는 레이 업을 원하는 형상에 맞추는 동안 섬유를 인장 상태로 유지할 수 있게 한다. 이 기술은 만족스럽지만 성형 및 통합 후 부품을 상당히 다듬어야하며, 깊이 스탬핑을 할 수 없다. 박스의 면들 사이의 3차원 접합부를 연결하는 모서리 피팅은 특히 스트레스를 많이 받는 부위로서, 폴리머의 휨 현상이 발생할 수 있으며, 코팅되지 않거나 보기 흉한, 심지어는 주름 또는 찢어짐이 있는 섬유가 나타날 수 있다.

본 발명은 종래 기술의 단점을 극복하는 것을 목표로 하며, 이를 위해 열가소성 매트릭스 및 다음과 같은 단계에 따른 연속적 보강에 의해 3차원 복합 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로

a. 3차원 편성에 의해 최종 부품의 형상에 해당하는 매트릭스를 형성하는 열가소성 중합체의 선침 된 섬유질 예비 성형물을 얻는 단계;

b. 툴링과 쌍을 이루어 펀치와 다이 사이에 예비 성형물을 배치하고, 이들 사이에 밀봉된 폐쇄 공동을 형성하는 단계;

c. 예비 성형물에 제 1 압력을 가하는 방식으로 툴링을 폐쇄하는 단계;

d. 제 1 압력을 유지함으로써 예비 성형물을 함침 시키는 중합체의 용융 온도로 공동을 가져오는 단계;

e. 예비 성형물을 포함하는 공동을 제 2 압력을 유지함으로써 탈형에 적합한 온도로 냉각시키는 단계;

f. 다이를 열고 부품을 탈형하는 단계로 이루어진다.

따라서 편직 방법은 주름을 발생시키지 않고 변형에 의한 형태를 갖지 않으면서, 최종 부품의 형상에 실질적으로 대응하는 3 차원 형상의 예비 성형물을 완성 할 수 있게 한다. 압력-온도 사이클과 연관된 밀폐된 공동을 사용하면 다듬을 필요 없는 깨끗한 모서리로 완성 된 치수의 부품을 직접 얻을 수 있다. 스탬핑 깊이는 성형 부재로 인해 제한되지 않는다. 예비 성형물은 열가소성 중합체로 미리 함침 되기 때문에, 지속 시간의 제한 없이 저장될 수 있고 형질 전환 부위로부터 떨어진 위치에서 제조될 수 있다. 따라서 본 방법은 본 발명의 해당 산업 분야에 적합한 대량 생산에 특히 적합하다.

본 발명의 맥락에서 본 발명의 방법 목적에 의해 얻어진 예비 성형품에 적용되는 용어 "사전 함침 된"은 미래 복합 부품의 매트릭스를 형성하는 중합체를 포함하는 건조하고 유연한 외관의 예비 성형품을 나타낸다. 이들 특성을 만족하는 편직 예비 성형품에 중합체를 통합 시키기 위한 수단이 본 발명의 특정 실시 예에 기재되어있다. 엄격하게 말하면, 함침은 본 발명의 방법 목적의 단계 d) 및 e) 동안 녹게 된 중합체의 섬유들 사이의 침투를 통해 일어난다.

본 발명은 이하에 개시된 실시 예 및 대안에 따라 개별적으로 또는 임의의 기술적으로 허용되는 조합에 따라 유리하게 구현된다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 본 발명의 방법은 단계 d) 전에 펀치 및 다이에 의해 경계가 정해지고 예비 성형품을 포함하는 성형 공동의 배기로 구성되는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 공동에서의 진공 및 제 1 압력의 적용은 함침 중합체의 용융 동안 예비 성형물의 탈기 및 후자의 우수한 함침을 보장 할 수 있도록 한다.

더욱이 본 발명의 방법은 단계 d)와 단계 f) 사이에서 다음과 같은 단계로 구성된다.

g. 중합체에 의한 예비 성형물의 합침에 적합한 시간 동안 온도를 유지하는 단계.

중합체의 점도 및 섬유 함량에 의존하는 이러한 유지 시간은 예비 성형물의 균일한 함침을 보장 할 수 있도록 한다.

더욱이 단계 g) 동안 예비 성형물에 제 2 압력이 가해진다. 따라서 매트릭스를 형성하는 중합체가 이미 유동화 될 때 제 2 압력의 적용으로 압축을 수행 할 수 있게 된다. 냉각 중에 상기 압력을 유지하면 부품의 두께와 모양을 보정 할 수 있다.

더욱이 편직 예비 성형물은 함침 중합체로 제조된 가닥과 혼합된 강화 섬유의 가닥으로 구성된 실을 사용하여 얻어진다. 이러한 실시태양은 단계 d) 및 e) 동안 예비 성형물의 균일한 함침을 제공한다.

유사하게, 편직 예비 성형물은 함침 중합체로 코팅된 강화 섬유로 구성된 실을 사용하여 수득된다.

다른 대안적인 실시 예에 따르면, 예비 성형물은 강화 섬유로 만들어진 실과 함침 폴리머로 만들어진 실을 사용하여 편직 된다.

상기 후자 대안의 경우에 따르면, 강화 섬유는 용융 온도가 함침 중합체의 용융 온도보다 큰 중합체이다.

대안적인 실시 예에 따르면, 예비 성형물은 손가락으로 뜨는 편직 기술을 사용하여 편성된다. 상기 대안은 제조 될 수 있는 형상에 관해 가장 광범위하고 가장 다양한 편직 기술을 사용하지만, 많은 경우에, 3차원 예비 성형물의 마무리 또는 폐쇄는 이음새의 재봉작업을 필요로 한다.

이를 위해, 본 실시예의 대안적인 구현에 따르면, 본 방법발명의 목적은 단계 b) 이전에 예비 성형물의 윤곽을 폐쇄하는 재봉 단계를 포함하는 것이다. 상기 실시 예는 편직 기술이 편직 중에 직접 이러한 특성을 얻을 수 없게 하더라도, 사용 준비가 된 폐쇄형 윤곽 예비 성형물을 준비하는 것을 가능하게 한다.

또는 상기 방법은 단계 b)와 단계 c) 사이에서;

h. 용접으로 예비 성형물의 윤곽을 폐쇄한다.

상기 실시 형태는 함침 중합체를 통합하는 예비 성형물의 구성을 이용한다. 상기 용접은 단계 b) 전에 수행되거나 예비 성형물이 펀치 또는 다이에 배치 될 때 수행되는데, 이는 용접부의 정확한 위치 결정을 보장하기 위함이다.

본 발명의 다른 대안적인 실시 예에 따르면, 예비 성형물은 전사된 메쉬기술을 사용하여 편직 된다. 상기 대안에 따르면, 이 기술은 단일 또는 이중 저지 직물을 제조하고, 보다 복잡한 편직 값으로 솔기 또는 조인트 없이 단일 부품으로 3 차원 예비 성형물을 생성 할 수 있게 한다.

본 방법발명의 유리한 실시 예에 따르면, 제 1 및 제 2 압력은 펀치와 다이 사이의 갭을 폐쇄된 공동에서 2개의 값 사이에서 변화시킴으로써 예비 성형물에 가해진다. 상기 실시 예는 두께를 보다 정확하게 제어하고, 따라서 예비 성형물의 보정을 제공한다.

본 발명은 또한 본 발명의 방법의 목적 구현을 위한 툴링에 관한 것으로, 상기 툴링은 :

x. 전기 전도성 물질로 만들어진 펀치;

y. 펀치의 성형 표면과 다이 사이에 공동을 형성하기 위해 펀치와 쌍을 이루고 전기 전도성 재료로 제조된 다이;

z. 펀치 또는 다이의 성형 표면을 가열하기 위한 유도회로;

u. 유도회로에 전력을 공급하는 고주파 전류 발생기로 구성된다.

공구의 자동 가열 모드로 유도를 사용하면 사이클 시간과 대량 생산 부품의 생산을 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 펀치와 다이 사이에 한정된 공동은 펀치의 베이스를 향해 깔대기 모양으로 벌어지는 원뿔형을 포함한다. 따라서 예비 성형물에 대한 압력은 다이와 펀치의 상대적 변위에 의해 제어되며, 펀치는 모서리를 따라 이어진 원뿔에 의해 모든 면에서 밀폐된 공동의 간격 값을 제어할 수 있다.

유리하게는, 펀치 및/또는 다이는 유체의 순환을 위한 냉각회로를 포함한다. 이러한 배열은 방법의 단계 f)를 가속화함으로써 부품을 생성하기 위한 사이클 시간을 감소시킨다.

유리하게는, 공동을 한정하는 펀치 및 다이의 성형 표면은 퀴리(Curie) 점이 예비 성형물을 함침하는 중합체의 용융 온도와 동일한 강자성 재료로 만들어진다. 상기 실시 예는 특히 예비 성형물의 강화 섬유가 이러한 현상에 노출될 때 달궈짐을 방지하기 위해 공동 내의 온도 제어를 단순화 시킨다.

본 발명의 방법 목적을 구현하기 위한 툴링의 실시 예에 따르면, 후자는 열 전도성 재질로 제조된 다이 및 상기 다이에서 제조된 공동 내로 연장되는 인덕터를 포함하며, 여기서 성형 공동의 부피는 펀치와 다이의 결합에 대해 독립적으로 가변적이다. 상기 실시 예는 전기 전도성이거나 그렇지 않은 섬유를 포함하는 예비 성형물의 구현에 적합하다. 성형 공동의 체적의 변화는 완성된 부품의 두께의 압축 및 교정을 보장 할 수 있도록 한다.

본 발명의 툴링 대상의 대안적인 실시 예에 따르면, 펀치는 팽창 가능한 바람 주머니를 포함한다. 상기 대안은 특히 방법의 단계 e) 및 f) 동안 예비 성형물의 전체 표면에 균일한 압력을 제공하는 것을 가능하게 한다.

툴링의 다른 대안적인 실시 예에 따르면, 펀치는 다이와 펀치의 결합에 의해 작동되는 가동부를 포함한다. 이러한 대안은 갭을 제어 할 수 있게 하므로 성형 공동에서 완성된 부품의 두께를 조절할 수 있다.

다른 대안에 따르면, 펀치의 외부 표면은 가요성 밀봉 타포린을 포함하고, 여기서 본 발명의 방법의 단계 c) 내지 f)를 수행하기 위해 펀치와 타포린 사이에 기체 압력이 가해진 다.

유리하게는, 타포린은 예비 성형물과 접촉하는 면에 유도를 통한 가열에 민감한 물질의 부하를 포함한다. 따라서 타프는 예비 성형물의 균일한 가열에 참여한다.

본 발명은 이하의 바람직한 실시 예에 따라 제한되지 않으며, 도 1 내지 도 4를 참조하여 하기와 같이 개시된다.

도 1은 본 발명의 실시를 위한 개방 위치에 도시 된 단면도에 따른 툴링의 예시적인 실시 예,

도 2는 3 차원 연결 영역을 포함하는 하프-쉘 형태로 편성 된 2 개의 예비 성형물 실시예를 도시 한 도면;

도 3은 본 발명의 방법 목적의 구현을 위한 툴링의 다른 실시 예의 단면도 및 개방 위치를 도시 한 도면;

도 4는 본 발명의 방법의 블록 도표를 도시한 도면,

도 5는 5 개의 면 및 면 사이의 3 차원 연결 영역을 포함하는 닫힌 윤곽을 갖는 키트 화 된 예비 성형물의 실시 예를 사시도에 따라 도시한 도면에 해당한다.

편직 기술은 종래 기술에 공지되어 있고, 고리 또는 메시에 따라 복수로 짜 맞추어진 실의 조립에 의해 3차원 형상 직물을 제조하는 것이 가능하게 한다. 사용된 편직 모드에 따라, 복잡한 예비 성형물이 단일 편직 기술로 제조된다. 다른 편직 기술에 따르면, 부품의 윤곽은 폐쇄 될 수 없고, 이 경우 솔기에 의해 폐쇄되는 단계를 필요로 하거나, 더 유리하게는 추가로 개시된 용접에 의한 단계를 필요로 한다.

도 5는 5 개의 면과 4 개의 3차원 연결 영역(501)을 포함하는 3차원 예비 성형물(500)의 예를 도시하며, 이들 연결 영역은 일반적으로 "코너 피팅(corner fitting)"이라는 용어로 지정된다. 편직 예비 성형물(500)의 3 차원 형상을 정확하게보기 위해, 후자는 예비 성형물 상에 배치 된 것으로 도시되어 있으며, 상기 지지체는 예를 들어 툴링의 펀치이다. 상기 실시 예에서 사용 된 편직 기술은 예비 성형물의 전체 표면에 걸쳐 섬유의 연속성을 허용하며, 윤곽은 닫혀있다. 외가닥은 전개 될 수없는, 즉 외가닥의 길이를 유지하면서 평평하게 놓을 수 없는 영역 인 3차원 연결 영역(501)을 포함하여 연속적이다. 상기 도면에 도시 된 바와 같이, 편직 기술은 이미 부품의 최종 형상이거나 후자에 매우 가까운 형상을 갖는 예비 성형물을 얻을 수 있게 한다.

본 발명에 따른 방법의 편직 단계는 폐쇄형 윤곽으로 제조 될 수 있는 형태의 측면에서 가장 다 목적성을 제공하는 평직 편직 기계에 의해 유리하게 구현되나 독점적으로 구현되지는 않는다. 만들어 질 수 있는 형태는 코너 피팅을 포함하는 박스 형태, 헬멧과 같은 돔 또는 캡의 형태를 갖는 형태, 튜브의 접합부를 포함하는 관 형태, 또는 선택적으로 리세스를 포함하는 이들 상이한 형태의 조합을 포함한다.

종래 기술에 따르면, 3차원 편직은 건식 섬유질 예비 성형물의 제조에 사용되며, 이후 RTM(Resin Transfer Molding) 방법과 같은 금형에서 액체 수지의 이송을 구현하는 방법을 통해 열경화성 수지로 함침 된다.

그러나 상기 방법은 대량 생산에는 적합하지 않다.

본 발명의 방법은 복합 부품의 매트릭스를 형성할 중합체 자체를 포함하는 편직 섬유질 예비 성형물을 구현한다.

이를 위해, 본 발명에 해당하는 방법의 편직 단계는 사전에 결정된 크기 및 방사에 따라 유리, 탄소, 아라미드, 금속, 중합체 또는 천연 섬유, 예를 들어 아마, 코코넛, 사이잘, 황마 또는 대나무의 섬유와 같은 강화 섬유 또는 이들 섬유의 조합을 구현하고 이는 미래의 복합 부품의 매트릭스를 구성하는 열가소성 중합체와 조합된다.

예를 들어, 상기 중합체는 강화 섬유와 결합된 것으로, 해당 섬유 가닥의 형태로, 해당 중합체 가닥과 선택적으로 꼬여 있거나, 해당 중합체로 코팅된 보강 섬유의 형태로 또는 강화 섬유로 만들어진 실과 함께 해당 중합체의 편직단계에 의해 나타난다.

제조 방식에 관계없이, 열가소성 중합체의 점착성의 부재는 편직 단계 동안 강화 섬유와 함께 그의 구현을 허용한다.

비 제한적인 예로서, 상기 열가소성 중합체는 폴리에테르 케톤(PEK), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리 에테르이미드(PEI), 열가소성 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아미드(예를 들어 PA6 또는 PA6-6), 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)이다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 중합체는 다음과 같은 생물 자원 중합체로부터 선택 된다 :

-폴리아미드(PA), 특히 PA11

-생체 공급 폴리에틸렌(PET);

-폴리락트산(PLA);

-또는 바이오소싱 폴리에스테르

섬유를 교차시키고 전체 형태에 걸쳐 열가소성 중합체의 연속성을 허용하는 예비 성형물 수득 모드의 조합은 충격에 특히 저항성이 있는 가벼운 부품을 생산할 수 있게 하며, 중합체의 선택에 따라 온도와 불꽃에 내성이 있다. 따라서 본 발명의 방법은 특히 수하물 요소, 헬멧, 안전벨트, 방패, 팔꿈치 패드 또는 무릎 패드 또는 가벼운 장갑 요소와 같은 개인 보호 장비와 같이 이러한 유형의 스트레스를 받는 부품의 생산에 적합하다.

도 1은 본 발명의 방법의 실시 예에 따라, 강화 섬유가 전기 전도성이 아닌 예비 성형물(100), 미리 편직 되고 강화 섬유 및 함침 열가소성 수지를 포함하는 예비 성형물의 구현에 적합하고 최종 부품은 툴링의 펀치를 형성하는 부분에 배치된다.

도 2에 도시 된 바와 같이, 비 제한적인 실시 예에 따르면, 예비 성형물(100a)은 "코너 피팅(corner fittings)"으로 불리는 3차원 연결 구역을 포함하는 쉘 형태이다. 예를 들어, 그것은 여행 가방의 외관 절반이다. 본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 예비 성형물(100a)은 상기 예비 성형물의 편직 중에 직접 수행되는 리세스(201)를 포함한다. 스탬핑 강화 형상과 같은 열가소성 복합 재료를 구현하기 위한 종래 기술의 기술과 비교할 때, 편직에 의해 예비 성형물을 얻는 기술은 연결 영역, 특히 코너피팅, 강화 섬유 대 중합체 비율을 유지할 수 있는데 이는 동일한 부분에 주름 형성을 방지하면서 나머지 부분의 보강 비율과 비교할 수 있다.

도 1로 돌아가서, 편직 기술은 폐쇄된 윤곽에 따라 이러한 예비 성형물을 제조할 수 있지만, 툴링이 개방 구성에 있을 때, 상기 예비 성형물(100)은 상기 커버를 덮음으로써 펀치 (110)상에 간단히 나사 결합되며 필요에 따라 상기 펀치에 탈형제를 분무 한 후, 상기 예비 성형물(100)로 펀치를 분사하는 단계를 포함한다. 이러한 작업은 수동으로 또는 조작 또는 로봇을 통해 쉽게 수행된다. 이하에 도시 된 바와 같은 자체 가열 툴링의 구현 단계 동안 펀치가 주위 온도에 있도록 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 도 2는 사용된 편직 기술이 예비 성형물(100b)의 윤곽을 폐쇄하는 것을 가능하게 하지 않으며, 상기 예비 성형물은 2개의 개방 가장자리(211, 212)에 의해 한정된 불연속 윤곽부를 포함한다.

도 1로 돌아가서, 편직 기술이 폐쇄 된 윤곽을 갖는 편직 예비 성형물을 얻을 수 없다면, 펀치(110) 상에 예비 성형물이 배치되고, 그 위치는 불연속의 개방 가장자리에 결합되는 최소 2 개의 용접 지점을 수행함으로써 안정화 된다. 편성 예비 성형물 내에 중합체의 존재는 그러한 용접을 수행하는 것을 가능하게 한다. 상기 용접은 예를 들어 납땜인두에 의해 수행되거나, 또는 레이저 또는 초음파와 같은 종래 기술에 공지된 다른 수단에 의해 점 또는 용접선의 형태로 수행된다.

상기 실시 예에 해당하는 툴링에 따르면, 펀치는 유리하게 예비 성형물 하나의 개방 가장자리를 다른 하나에 대해, 예를 들어 메시에 도입 된 핀 또는 후크 형태로 위치시키는 수단을 포함한다. 따라서 예비 성형물이 공구에 완벽하게 배치된다.

툴링은 펀치(110) 및 다이(120)을 형성하는 개방 구성 및 폐쇄 구성으로 분리 될 수 있는 적어도 2 개의 부분(110, 120)으로 구성된다. 펀치와 성형은 성형 표면에서 그리고 툴링을 닫을 때 가공 부품의 최종 두께에 해당하는 그림에서 과장된 간격(e)을 형성하도록 쌍을 이룬다. 따라서 펀치와 다이 사이의 공간은 예비 성형물(100)이 위치되는 성형 공동을 형성한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 수단(160)은 일단 툴링이 닫히면 예비 성형물(100)을 포함하는 성형 공동 내의 가스를 진공화 할 수 있게 한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 펀치 및 다이는 강자성 재료로 만들어지고, 성형 표면을 제외하고, 전기 전도성 및 구리와 같은 비 강자성 재료의 연속 층(111, 121)으로 외부 면에 덮여있다. 툴링을 폐쇄하는 동안, 펀치 및 다이를 포함하는 툴링 부분은 전기 절연 재료 (130)의 층에 의해 서로 분리된다. 이 절연 재료 층은 또한 공구를 폐쇄하는 동안 펀치와 다이 사이에 형성된 공동의 폐쇄를 제공한다.

펀치-다이 유닛은 하나는 펀치와 일체형이고 다른 하나는 다이와 일체 인 2개의 반 코일(141, 142)을 포함하는 유도 회로에 삽입된다. 툴링의 폐쇄는 2개의 반 코일을 전기적으로 연결하는 효과가 있다. 따라서 형성된 코일은 툴링을 둘러싸고 고주파 전류 발생기(미 도시)에 연결되며, 해당 코일에 대한 전원 공급이 툴링의 표면 위로 유도 전류의 순환을 유발한다. 유도된 전류는 툴링 표면에서 감소된 두께의 재료로 순환한다. 따라서 상기 유도된 전류는 코팅층(121, 111)에서 순환하고, 공구의 두 부분 사이의 절연층(130)에 의해 수행된 컷오프로 인해 펀치와 다이 사이에 정의된 공동의 성형 표면에 순환한다.

강자성 재료로 만들어진 상기 성형 표면은 이러한 고주파 유도 전류의 순환으로 인해 온도가 급격히 상승하여 열을 예비 성형물(100)로 전달한다.

온도의 영향 하에, 편직 예비 성형물에 함유된 중합체는 그 용융 온도가 되고, 예비 성형물은 밀폐되고 밀폐된 공동에 한정되며, 상기 중합체는 예비 성형물을 균일하게 함침 시킨다.

금형과 펀치와 다이 사이의 간극(e)에 가해지는 폐쇄 압력은 최종 부품의 두께를 보정한다. 본 발명의 실시 예에 따른 금형의 구성에서 유도를 통한 가열을 사용하면, 툴링의 전체 질량을 가열 할 필요 없이 공동의 성형 표면에 열을 집중시킬 수 있다.

상기 성형 표면은 온도가 급격히 상승하고, 상기 온도는 예를 들어 퀴리(Curie) 온도에 따라 금형을 만드는 강자성 재료를 선택함으로써 제어된다.

유리하게는, 툴링의 펀치(110) 및/또는 다이(120)는 열전달 유체, 예를 들어 물의 순환을 위한 채널(151, 152)을 포함하여 성형 표면의 빠른 냉각을 가능하게 한다.

성형 공동 및 예비 성형물(100)은 상기 예비 성형물에 포함된 중합체의 용융 온도와 적어도 동일한 온도가 되며, 상기 온도는 몇 초 내지 1 분 사이의 적절한 시간 동안 유지되어 중합체에 의한 예비 성형물의 균일한 함침을 보장한다.

상기 유지 시간은 유지 온도에서의 섬유 강화 함량 및 용융된 중합체의 점도에 따른다. 중합체의 점성이 높고 섬유 함량이 높을수록 유지 시간이 길어진다. 유지 보수 시간은 실험을 통해 쉽게 결정될 수 있다.

적절한 유지 시간 후, 코일(141,142)의 전력 공급이 중단되고, 성형 공동은 툴링의 냉각 채널(151, 152)에서 열전달 유체의 순환에 의해 냉각된다.

가열, 유지 및 냉각 단계 동안 툴링의 폐쇄 압력이 유지된다.

대안적인 실시 예에 따르면, 가열 종료 시 및 유지 단계 동안 제 1 압력보다 큰 제 2 압력이 예비 성형물에 가해진다. 상기 제 2 압력은 예를 들어 다이에 대해 펀치를 상대적으로 변위시킴으로써 적용된다. 실시 예에 따르면, 펀치와 다이는 상기 상대 변위가 갭(e)의 감소에 의해 상기 압력을 예비 성형물 전체 표면에 적용함으로써 펀치의 베이스를 향해 나팔꽃 모양의 원추형을 형성한다.

열전달 유체의 순환에 의한 성형 공동의 냉각이 후자의 온도를 중합체의 유리 전이 온도보다 낮은 온도, 또는 보다 일반적으로 중합체의 강성이 충분한 온도로 감소시키는 경우 변형 없이 생산 된 부품을 조작하면 금형이 열리고 부품이 탈형된다.

그다음으로 새로운 예비 성형물로 사이클이 재개된다. 금형의 두 개구 사이의 부품의 제조 시간은 부품의 치수, 중합체의 성질 및 섬유 함량에 따르지만, 실질적으로 온도를 유지하기 위한 시간에 따라 일반적으로 1 내지 5분에 해당한다.

유도를 통한 가열을 사용하면 부품의 균일한 함침을 제공하기 위해 각 사이클 동안 충분한 가열 온도에 도달 할 수 있다. 이 가열 방법에 의해 의한 약 2℃/s의 가열 속도는 또한 상기 섬유의 분해 위험 없이 연소에 민감한 천연 섬유의 구현을 허용한다.

전술한 구현 단계는 펀치보다 예비 성형물을 초기에 포지셔닝 함으로써 동일한 방식으로 적용되며, 또한 하프 박스와 다른 형태의 편직 예비 성형물의 구현에 적합하다.

도 3에서, 전기 전도성 섬유를 포함하는 임의의 유형의 섬유에 적합한 본 발명의 방법의 다른 실시 예에 따르면, 툴링은 펀치(310) 및 다이(320) 형태의 적어도 두 부분을 포함한다. 상기 실시 예에 따르면, 다이(320)는 실시 예를 제한하지 않고 알루미늄 또는 구리 합금과 같은 열을 잘 전도하는 금속 재료로 만들어진다.

다이(320)는 인덕터(341)가 연장되는 한 세트의 덕트(340)를 포함한다. 상기 인덕터는 구리 튜브 또는 Litz 케이블의 형태를 갖는다. 본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 덕트의 내부는 0.2mm와 2mm 사이의 두께에 걸쳐 강자성 물질로 형성된 라이닝(342)을 포함한다. 따라서 인덕터(341)에 고주파 전류가 공급되면, 유도 전류는 강자성 라이닝(342)에서 순환하여 후자의 가열을 야기한다.

열은 다이로 전달되고 온도를 상승시키는 성형표면으로의 전도를 통해 전파된다.

유리하게는, 인덕터(341)를 포함하는 상기 덕트(340)는 상기 다이의 성형표면에서 균일한 온도를 보장하는 방식으로 다이의 공동으로부터 거리(d)에 위치된다.

대안적으로, 다이는 강자성 재료, 예를 들어 강철로 만들어지며, 이 경우 인덕터(341)를 포함하는 덕트(340)의 라이닝이 필요하지 않다.

유리하게는, 다이는 냉각을 위해 열전달 유체의 순환을 위한 채널(360)을 포함한다.

금형은 열린 위치에서 보이게 된다. 폐쇄수단(312)뿐만 아니라 펀치(310)와 다이 (320)를 함께 모으면 편직 예비 성형물(100)이 포함 된 폐쇄공동을 형성 할 수 있다.

상기 실시 예에 따르면, 펀치는 블래더(350) 및 상기 블래더를 팽창시키는 수단(351)을 포함한다. 블래더(350)는 예비 성형물에 포함된 중합체의 용융 온도에 저항하는 엘라스토머로 만들어진다.

예로서, 상기 블래더는 탄소가 로딩된 실리콘으로 형성된다. 상기 실시 예는 다이 공동이 펀치의 베이스를 향해 튀어 나오는 원뿔 모양을 특징으로 하지 않는 경우에도 사용되는데, 예를 들어 본 발명의 방법은 헬멧을 제조하는데 사용된다. 이 경우에, 다이는 최종 부품의 탈형을 허용하기 위해 분리 될 수 있는 적어도 2 개의 부분을 포함한다.

펀치가 블래더(350)를 포함하는 상기 실시 예는 또한 도 1에 도시 된 툴링의 실시 예에서 사용될 수있다. 이 경우에, 블래더의 면은 다음의 제조 동안 예비 성형물(100)과 접촉하게 된다. 상기 부분은 유도된 전류의 순환을 보장하기 위해 펀치의 나머지 부분에 전기적으로 연결된 전기 전도성 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 또한 강자성 일 수 있다.

상기 실시 예에 따른 툴링의 사용의 예에 따르면, 편직 예비 성형물(100)은 다이(320)의 공동 내로 삽입된다. 펀치는 다이에 더 가깝게 되어 예비 성형물이 포함된 폐쇄된 공동을 생성한다. 블래더(350)는 예비성형물과의 접촉을 보장하기 위해 제 1 압력에서 팽창된다. 인덕터(341)는 고주파 전류로 전력을 공급받으며, 이는 성형 공동을 가열하고 편직 예비 성형물에 포함된 중합체를 그의 용융 온도로 가져 오는 효과가 있다.

블래더(350)의 팽창 압력은 예비 성형물의 압축을 제공하는 방식으로 증가된다. 온도는 예비 성형물의 균일한 함침을 제공하는 방식으로 성형 공동 내에서 유지되며, 상기 함침 시간은 섬유 함량 및 중합체의 점도의 함수이다.

그 후, 인덕터의 전원 공급이 중단되고 열전달 유체가 냉각 채널(360)로 보내져 금형 및 이와 같이 제조된 부품을 이형에 적합한 온도로 냉각시킨다.

도 1에 도시된 툴링이 전술 한 바와 같은 전도성 코팅을 포함하는 이러한 팽창성 블래 더를 포함하는 경우에, 상기 블래더가 다이 또는 펀치에 연결되어 있는지 여부에 관계없이, 전술 한 바와 같은 동작 순서는 동일하다.

도 1의 실시예와 같이 펀치가 블래더로 구성되지 않고, 펀치나 펀치 및 다이에도 냉난방 수단이 포함되어 있는 경우, 다이보다는 펀치 위에 예비 성형물이 배열되어 있는 다른 구현이 가능하다.

따라서 상기에 도시된 임의의 실시 태양에 따라, 또는 이들 실시 태양의 조합에 따라, 유도를 통한 자동 가열이 가능한 금형을 사용함으로써 높은 섬유 함량으로 구성되고 높은 리드 타임 단축 및 단일 통합 작업으로 복합형태의 부품을 대량 생산할 수 있다.

본 발명 방법의 목적은 고 소비 시장을 목표로 하는 복합 부품을 제조하는 데 특히 적합하다.

고 섬유 함량, 매트릭스를 구성하는 열가소성 중합체 및 복합재 내의 섬유의 구성 방식의 연관은 이들 부분이 충격에 특히 내성을 갖도록 하고, 구역에 따라 실질적인 섬유 함량을 유지할 수 있게 한다. 종래 기술의 방법은 감소 된 섬유 함량, 특히 도시 된 예에서 코너 피팅을 갖는다.

그러나 이들 영역, 특히 3 차원 연결 영역 또는 코너피팅은 특히 여행 가방 쉘과 같은 충격 측면에서 발명에 의한 제품 표적에서 특히 스트레스를 받는 영역이다.

도 4에 도시 된 바와 같이, 본 발명의 방법의 제 1 단계 (410)에 따르면, 예비 성형물은 최종 부품의 형상에 대응하도록 편직 된다. 상기 예비 성형물은 편직실에서 혼합된 형태로, 또는 편직실에서 코팅 형태로, 또는 강화실 및 함침 중합체로 만들어진 실의 편물에 의해 최종 부분의 열가소성 함침 중합체를 포함한다.

상기 중합체는 상기 예비 성형물이 시간 면에서 제한 없이 저장될 수 있거나 또는 형질 전환 부위로부터 멀리 떨어진 부위에서 생성 될 수 있는 방식으로 안정적이다.

로딩 단계(420)에 따르면, 이렇게 얻어진 예비 성형물은 금형이 개방된 상태에서 툴링의 임의의 실시 예에 따라 툴링 또는 툴링 내에 세팅된다.

특정 실시 예에 따르면, 편직 기술이 폐쇄 윤곽을 갖는 예비 성형물을 얻을 수 없는 경우에 대응하여, 툴링에서 직접 용접단계(425)를 수행하여 예비 성형물의 윤곽을 닫는다.

함침/응고 단계(430)에 따르면, 금형이 폐쇄되고, 따라서 예비 성형물에 제 1 압력을 가하고 펀치와 다이 사이에 구분된 성형 공동이 함침 중합체의 용융 온도 이상 또는 동등한 온도에 도달한다.

특정 실시 예에 따르면, 본 발명의 방법은 금형 폐쇄 후 예비 성형물을 포함하는 공동의 배기 단계(427)를 포함한다.

유지 단계(440)에 따르면, 성형 공동 및 예비 성형물은 예비 단계와 펀치의 성형 표면과 다이의 성형 표면 사이의 접촉 압력을 여전히 유지하면서 이전 단계(430) 동안 도달된 온도에서 유지된다.

대안적인 실시 예에 따르면, 유지 단계(440)는 펀치 및 다이에 접근하거나 다이 또는 펀치의 팽창 수단(블래더)에 추가 팽창 압력을 가함으로써 예비 성형물 상의 압력을 증가시키는 압축 단계(445)를 포함한다.

냉각 단계(450)에 따르면, 성형 공동 및 예비 성형물은 예비 성형체상의 압력을 유지하면서 금형 내에서 열전달 유체의 순환에 의해 냉각된다.

성형 공동 내의 온도가 함침 중합체의 유리 전이 온도 이하가 될 때까지 냉각 단계(450)가 계속된다.

탈형 단계(460)에 따르면, 금형이 개방되고 부품이 탈형된다. 그 후, 사이클은 로딩 단계(420)에서 새로운 예비 성형물로 재개된다.

Claims (13)

1. a. 3 차원 편성에 의해 최종 부분의 형상에 대응하는 매트릭스를 형성하는 중합체의 예비 함침 된 섬유질 예비 성형물(100, 500)을 얻는 단계(410);
   b. 상기 예비 성형물을 페어링 된 펀치(120, 320)와 툴링의 다이(110, 310) 사이에 배치하여 밀봉된 폐쇄 공동을 형성하는 단계;
   c. 상기 예비 성형물에 제 1 압력을 가하기 위해 상기 툴링을 폐쇄하는 단계;
   d. 제 1 압력을 유지함으로써 상기 예비 성형물을 함침 시키는 상기 중합체의 용융 온도로 공동을 가져 오는 단계(430);
   e. 상기 예비 성형물을 포함하는 공동을 제 2 압력을 유지하면서 탈형에 적합한 온도로 냉각시키는 단계(450); 및
   f. 금형을 열고 부품을 탈형(460)하는 단계로 이루어진
   열가소성 매트릭스 및 연속 보강재를 갖는 3차원 복합 부품 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단계 c)는 공동의 배출(427)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
3. 제 1 항에있어서,
   상기 단계 d) 와 f) 사이에서 :
   상기 중합체에 의한 예비 성형물의 함침에 적합한 시간 동안 온도를 유지(440)하는 단계 g)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 단계 g) 동안 예비 성형물에 제 2 압력이 가해지는(445) 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 편직 예비 성형물은 함침 중합체로 제조된 외가닥과 혼합된 강화섬유의 외가닥으로 제조된 실을 사용하여 수득되는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 편직 예비 성형물이 함침 중합체로 코팅된 실로부터 수득되는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 예비 성형물은 강화 섬유로 제조된 실과 함침 중합체로 제조된 실을 편직 함으로써 수득되는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 강화 섬유의 용융 온도가 상기 함침 중합체의 용융 온도보다 큰 중합체 인 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 예비 성형물은 핑거 제직 기술을 사용하여 편직 되는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계 b) 이전에 상기 예비 성형물의 윤곽을 폐쇄하기 위한 재봉 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 b)와 단계 c) 사이에 용접에 의해 예비 성형물(425)의 윤곽을 닫는 단계 h)를 추가하는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 예비 성형물은 전사 된 메쉬기술을 사용하여 편직 되는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.
13. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 압력은 폐쇄된 공동에서 상기 펀치와 다이 사이의 갭을 2개의 값 사이에서 변화시킴으로써 상기 예비 성형물 상에 가해지는 것을 특징으로 하는 3차원 복합 부품 제조 방법.

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