KR20210121096A - 곡선형 프로파일을 압출하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서에 설명된 실시예는 재료를 압출하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 제1 방향 및 제2 방향으로부터 압출될 재료를 수용하도록 배치된 압출 다이를 포함한다. 상기 압출 다이는 재료가 제3 방향으로 압출되는 오리피스를 포함한다. 상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 모두 같은 평면에 있지 않다. 상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향 중 어느 것도 다른 방향들과 평행하지 않다.

Description

곡선형 프로파일을 압출하기 위한 장치 및 방법

본 명세서에 설명된 실시예는 곡선형 재료 프로파일들을 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

육상, 해상 및 항공 여행에 사용되는 구성요소들의 무게를 감소시키면 연료 소비가 감소하고 그에 따라 이산화탄소 배출량이 감소한다. 곡선형 프로파일들은 윤곽의 복잡성이 높은 구조물의 생산을 위한 공업용 제조업의 건설 요소로서 광범위하게 사용된다. 예를 들어, 알루미늄 합금 프로파일들은 자동차 산업의 창틀 및 지붕 레일뿐만 아니라, 항공기 산업의 시트 레일, 스트링거(stringers) 및 프레임과 같은 경량성 구성요소 구조들의 생산에 사용된다.

재료 프로파일을 구부리기 위한 기존의 방법들은 일반적으로 형상 롤링 또는 압출에 의한 직선형 프로파일의 제조로 시작한다. 그 이후에는 스트레치 벤딩(stretch bending), 로터리 드로우 벤딩(rotary draw bending), 프레스 벤딩(press bending) 또는 롤 벤딩(roll bending)(3,4,6 롤 벤딩)과 같은 후속 벤딩 공정이 뒤따른다. 하지만, 이와 같은 방법에는 다음과 같은 단점이 있다. (i) 원하는 곡률을 가진 프로파일을 얻기 위해 하나 이상의 프로세스가 필요하여 제조 생산성의 감소; (ii) 굽힘 과정에서 가해지는 높은 외부 굽힘 변형률로 인해 스프링백(spring-back) 및 단면 변형의 발생 가능성; (iii) 중공 단면의 경우, 단면 변형 및 좌굴 가능성을 피하기 위해 2차 굽힘 공정에서 다양한 필러(fillers)와 맨드릴(mandrels)의 사용; (iv) 굽힘 프로파일에 필요한 높은 힘으로 인한 중장비의 필요성; 및 (v) 쉘이 너무 얇거나 곡률이 너무 심한 경우 많은 중공 프로파일을 구부리는 것의 어려움.

다른 기존의 방법은 압출기의 재료가 배출되는 출구에 직접 설치되는 장치를 사용하여 압출된 프로파일을 구부리는 것이다. 이 방법 또한, 전문화되고 복잡한 굽힘 및 안내 장치들에 대한 요구로 인해 단점이 있으며, 이 방법 역시 상기에서 설명한 문제 (ii) 내지 (v)를 겪는다. 또 다른 기존의 방법은 압출 다이에 특징들을 구현함으로써 압출 오리피스의 단면에 걸쳐 압출 재료의 유속 변화를 얻는 것을 포함한다. 그러나, 정확한 오리피스의 디자인을 얻는 것은 복잡하며, 툴링(tooling)이 변경되지 않는 한 압출물의 곡률의 변경에 한계가 있기 때문에 이러한 방법의 적용도 제한된다.

평면의 곡선형 프로파일을 생성하는 방법들이 존재한다. 이러한 방법들은 한 번의 작업으로 다양한 곡률을 갖는 프로파일을 형성하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 방법으로 생성된 프로파일들은 평면 프로파일(즉, 재료가 한 평면 내에서만 구부러짐)이다. 3차원의 프로파일(즉, 2 개의 직교하는 방향들로 곡률이 형성되는 재료)을 생성하기 위해서는 추가적인 작업이 필요하다. 이러한 추가적인 작업은 상기에서 설명한 기존의 방법들을 사용해야 하므로 유사한 단점들이 발생할 수 있다.

따라서, 곡선형 재료 프로파일의 제조를 개선할 필요성이 대두된다.

본 발명의 양상들 및 특징들은 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 재료를 압출하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 제1 방향 및 제2 방향으로부터 압출될 재료를 수용하도록 배치된 압출 다이(extrusion die)를 포함하고, 상기 압출 다이는 재료가 배출되는 오리피스를 포함하며, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 모두 동일한 평면에 있지 않고, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향 중 어느 것도 이들 방향 중 임의의 다른 방향과 평행하지 않다.

제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향이 모두 동일한 평면에 있지 않고 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향 중 어느 것도 다른 방향들과 평행하지 않다는 점을 감안할 때 재료는 3차원의 곡선형 프로파일로 오리피스에서 압출된다. 즉, 압출된 재료는 두 개의 직교하는 방향으로 휘어진다. 제1 방향으로부터 재료를 공급하는 것은 두 개의 직교하는 방향 중 하나로 압출된 재료의 곡률에 기여하며, 제2 방향으로부터 재료를 공급하는 것은 두 개의 직교하는 방향 중 다른 하나의 방향으로 압출된 재료의 곡률에 기여한다.

압출 다이는 제1 방향 및 제2 방향에서 압출될 재료를 수용하도록 배치될 수 있으며, 제1 방향으로 압출된 재료를 선택적으로 공급하는 것은 압출된 재료가 제1 방향으로 구부러지도록 할 수 있고, 제2 방향으로 압출된 재료를 선택적으로 공급하는 것은 압출된 재료가 제2 방향으로 구부러지도록 할 수 있다. 압출 다이는 제1 방향 및 제2 방향으로부터 압출될 재료를 수용하도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 재료를 제1 방향으로 선택적으로 공급하는 것은 압출된 재료의 곡률이 제1 출력 방향으로 제어되도록 하고, 재료를 제2 방향으로 선택적으로 공급하는 것은 압출된 재료의 곡률이 제2 출력 방향으로 제어되도록 하며, 여기서 제1 출력 방향과 제2 출력 방향은 직교한다. 제1 출력 방향은 제3 방향과 직교할 수 있다. 제2 출력 방향 또한 제3 방향과 직교할 수 있다.

제1 방향은 제1 출력 방향과 평행한 제1 방향 성분을 갖는 3차원 벡터에 의해 표현될 수 있다. 유사하게, 제2 방향은 제2 출력 방향과 평행한 제2 방향 성분을 갖는 3차원 벡터에 의해 표현될 수 있으며, 제2 방향 성분은 제1 방향 성분에 직교한다. 압출 다이는, 제1 방향 및 제2 방향이 각각 3차원 벡터로 표현될 때, 제1 방향 성분은 압출된 재료가 제1 출력 방향으로 구부러지게 하고, 제2 방향 성분은 압출된 재료가 제2 출력 방향으로 구부러지게 하도록 배치될 수 있다. 따라서, 제1 방향 성분 및 제2 방향 성분 각각은 압출된 재료들이 제1 출력 방향 및 제2 출력 방향으로 구부러지도록 하기에 충분히 클 수 있다.

제1 방향 및 제2 방향은 데카르트 좌표(Cartesian coordinates)로 표현될 수 있다. 제1 방향은 0이 아닌 x 성분, y 성분(0일 수도 있고 아닐 수도 있음) 및 0인 z 성분을 갖는 3차원 벡터로 표현될 수 있다. 또한, 제2 방향은 x 성분(0일 수도 있고 아닐 수도 있음), y 성분(0일 수도 있고 아닐 수도 있음) 및 0이 아닌 z 성분을 갖는 3차원 벡터로 표현될 수 있다. 제3 방향(즉, 재료가 오리피스로부터 압출되는 방향)은 관념적 y축과 정렬될 수 있다. 이 경우 제1 방향의 x 성분으로 인해 y축을 따라 압출된 재료가 관념적 x축을 향해 구부러진다. 유사하게, 제2 방향의 z 성분으로 인해 y축을 따라 압출된 재료는 관념적 z축을 향해 구부러지게 된다. 제2 방향의 x 성분이 0이 아닌 경우 제2 방향의 x 성분은 제1 방향의 x 성분으로 인한 곡률과 중첩되거나 상쇄된다(제1 방향 및 제2 방향의 상대적인 배향에 따름).

제1 방향과 제3 방향은 실질적으로 직교할 수 있다. 제1 방향과 제3 방향 사이의 각도를 높이면 제1 방향과 제3 방향 간의 교차점에서 압출 다이에 발생되는 강소성 가공(Severe Plastic Deformation(SPD))의 양이 증가한다. 재료의 SPD는 초미세 입자 크기의 압출 프로파일을 생성하여 압출 프로파일의 기계적 특성을 개선한다. 따라서 직교 배치는 실질적으로 압출 다이에서 발생하는 SPD의 양을 증가시키고 결과적으로 기계적 특성을 개선한다. 마찬가지로, 제2 방향 및 제3 방향 또한 실질적으로 직교할 수 있으며, 이 역시 기계적 특성을 개선한다.

제1 방향 및 제2 방향은 실질적으로 직교할 수 있다. 제1 방향 및 제2 방향의 실질적으로 직교하는 배치는 압출된 재료가 구부러지는 방향에 대하여 더 나은 제어를 제공하기 때문에 압출 공정의 제어를 개선한다. 즉, 제1 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 출력 방향으로 구부러지고, 제2 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 출력 방향에 직교하는 제2 출력 방향으로 구부러진다. 개선된 제어는, 제1 방향에서 공급되는 재료가 제2 출력 방향에서 재료의 곡률에 거의 영향을 미치지 않으며, 제2 방향에서 공급되는 재료가 제1 출력 방향에서 재료의 곡률에 거의 영향을 미치지 않기 때문에 발생한다. 따라서, 제1 방향과 제2 방향은 실질적으로 직교하여, 제1 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 방향과 평행한 제1 출력 방향으로 구부러지는 반면 제1 출력 방향과 수직한 제2 출력 방향에서 압출된 재료의 곡률에는 거의 영향을 미치지 않고, 제2 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제2 출력 방향으로 구부러지는 반면 제1 출력 방향의 재료의 곡률에는 거의 영향을 미치지 않는다.

이는 압출된 재료가 구부러지는 두 방향을 독립적으로 제어할 수 있음을 의미한다. 제1 방향으로 재료를 공급하면 제1 출력 방향으로만 곡률을 제어하며, 제2 방향으로 재료를 공급하면 제2 방향으로만 곡률을 제어한다(제1 출력 방향 및 제2 출력 방향이 수직인 경우).

제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 실질적으로 직교할 수 있다. 이는 방향들 사이의 각도를 증가시킨 결과로 발생하는 증가된 SPD로부터 기계적 특성이 개선된 압출 프로파일을 생성한다. 이 배치는 또한 압출된 재료의 두 곡률 방향이 독립적으로 제어되도록 한다.

압출 다이는 추가 방향으로부터 압출될 재료를 수용할 수 있도록 더 배치될 수 있다(본 명세서에서 제4 방향이라고 하며, 재료는 제1 방향, 제2 방향 및 제4 방향에서 수용되어서 제3 방향으로 압출된다). 제4 방향은 제1 방향과 실질적으로 반대 방향일 수 있다. 즉, 제1 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 출력 방향으로 구부러지게 되고, 제1 방향과 실질적으로 반대 방향인 제4 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 출력 방향과 반대 방향으로 구부러지게 된다.

제1 방향 및 제2 방향(및 선택적으로 제3 방향)이 실질적으로 직교할 때, 제4 방향은 제1 방향과 실질적으로 반대 방향일 수 있다. 즉, 제1 방향으로부터 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 출력 방향과 수직한 제2 출력 방향의 곡률에는 거의 영향을 미치지 않으면서 제1 출력 방향으로 구부러지며; 제2 방향으로부터 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 출력 방향의 곡률에는 거의 영향을 미치지 않으면서 제2 출력 방향으로 구부러지고; 제4 방향으로부터 재료를 공급하면 압출된 재료가 제2 출력 방향의 곡률에는 거의 영향을 미치지 않으면서 제1 출력 방향과 반대 방향(또한 결과적으로 제2 출력 방향에 수직인 방향)의 출력 방향으로 구부러진다.

즉, 이는 제1 방향 및/또는 제4 방향으로부터 재료를 공급함으로써 제1 출력 방향 및 제3 방향이 형성하는 평면에서 압출된 재료의 곡률이 제어될 수 있음을 의미한다. 이는 제1 방향에서 재료를 공급하면 제4 방향에서 재료를 공급할 때와 반대 방향으로 압출된 재료가 구부러지기 때문이다. 이것은, 제1 출력 방향 및 제3 방향이 형성하는 평면에서 압출된 재료가 제1 출력 방향에 평행한 축을 따라 양 또는 음의 방향으로 구부러질 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 제1 방향이 관념적 x축과 정렬되고 제4 방향도 제1 방향과 반대 방향인 관념적 x축과 정렬된다고 가정할 때, 제1 방향에서 재료를 공급하면 압출된 재료가 양의 x축 방향으로 구부러질 수 있는 반면 제4 방향에서 재료를 공급하면 압출된 재료가 음의 x축 방향으로 구부러질 수 있다.

따라서 제4 방향으로부터 재료를 공급하는 것은 제1 출력 방향(및 제1 출력 방향 및 제3 방향이 형성하는 평면)에서 압출된 재료의 곡률에 대한 개선된 제어를 제공한다. 제4 방향에서 재료를 공급하면 압출된 재료가 한 축을 따라 양 또는 음의 방향으로 구부러질 수 있기 때문에 압출 공정에 추가적인 유연성을 제공한다.

압출 다이는 추가적인 방향에서 압출될 재료를 수용하도록 더 배치될 수 있다(본 명세서에서는 제5 방향으로 지칭되며, 재료가 제1 방향, 제2 방향, 제4 방향 및 제5 방향에서 수용되고 제3 방향으로 압출됨). 제5 방향은 실질적으로 제2 방향과 반대 방향일 수 있다. 즉, 제2 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제2 출력 방향으로 구부러지고, 제2 방향과 실질적으로 반대 방향인 제5 방향으로 재료를 공급하면 압출된 재료가 제2 출력 방향과 반대 방향으로 구부러지게 된다.

제1 방향 및 제2 방향(및 선택적으로 제3 방향)이 실질적으로 직교할 때, 제5 방향은 제2 방향과 실질적으로 반대 방향일 수 있다. 이는 제1 방향 및/또는 제4 방향으로부터 재료를 공급하면 압출된 재료가 제1 출력 방향(또는 제1 출력 방향과 반대 방향)으로 구부러지는 반면 제1 출력 방향에 대해 수직인 제2 출력 방향의 곡률에는 영향을 거의 미치지 않는다는 것을 의미한다. 제2 방향으로부터 재료를 공급하는 것은 압출된 재료가 제1 출력 방향의 곡률에 영향을 거의 미치지 않으면서 제2 출력 방향으로 구부러지게 하고; 제5 방향으로부터 재료를 공급하는 것은 압출된 재료가 제2 출력 방향과 반대의 출력 방향(결과적으로 제1 출력 방향에 수직 방향)으로 구부러지게 하는 반면, 제1 출력 방향의 곡률에는 거의 영향을 미치지 않는다.

이것은 제2 방향 및/또는 제5 방향으로부터 재료가 공급됨으로써 제2 출력 방향 및 제3 방향이 형성하는 평면에서 압출된 재료의 곡률이 제어될 수 있음을 의미한다. 이는 제2 방향에서 재료를 공급하면 제5 방향에서 재료를 공급할 때와 반대 방향으로 압출된 재료가 구부러지기 때문이다. 이는 제2 출력 방향 및 제3 방향이 형성하는 평면에서 압출된 재료가 제2 출력 방향에 평행한 축을 따라 양 또는 음의 방향으로 구부러질 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 제2 방향이 관념적 z축과 정렬되고 제5 방향도 제2 방향과 반대 방향으로 관념적 z축과 정렬된다고 가정하면, 제2 방향에서 재료를 공급하는 경우 압출된 재료가 양의 z축 방향으로 구부러질 수 있는 반면, 제5 방향에서 재료를 공급하는 경우 압출된 재료는 음의 z축 방향으로 구부러질 수 있다.

따라서, 제5 방향으로부터 재료를 공급하는 것은 제2 출력 방향(및 제2 출력 방향 및 제3 방향이 형성하는 평면)에서 압출된 재료의 곡률에 대한 개선된 제어를 제공한다. 따라서, 제1 방향, 제2 방향, 제4 방향 및 제5 방향에서 재료를 공급하면 압출된 재료가 구부러지는 방향에 대한 추가적인 제어 수준을 얻을 수 있다. 제5 방향에서 재료를 공급하는 것 또한 압출된 재료가 두 축을 따라 양 또는 음의 방향으로 구부러질 수 있기 때문에 압출 공정에 추가적인 유연성을 제공한다.

압출 다이는 상이한 속도로 제1 방향 및 제2 방향(존재한다면 추가적인 방향(들))으로부터 재료를 수용하도록 배치될 수 있다. 압출 다이는 제1 속도로 재료의 제1 부분을 수용하며, 제2 속도로 제2 부분을 수용하도록 배치될 수 있다. 즉, 재료의 일부는 각 방향으로 수용될 수 있고 압출 다이는 상이한 속도로 재료의 각 부분을 수용하도록 배치될 수 있다. 재료가 오리피스에서 압출됨에 따라 재료가 제1 방향으로 수용되는 속도가 변화할 수 있다. 재료가 제1 방향으로 수용되는 속도를 변경하면 압출 중에 제1 출력 방향으로 압출된 재료의 곡률이 변경될 수 있다. 그 결과, 제1 출력 방향에서 다양한 곡률을 갖는 프로파일이 생성된다.

유사하게, 재료가 오리피스로부터 압출됨에 따라 재료가 다른 방향으로 수용되는 속도 또한 변경될 수 있으며, 이로써 압출된 재료의 곡률에 대한 제어를 개선시킨다.

압출 다이는 제1 단면적을 갖는 개구를 통해 제1 방향으로부터 재료를 수용하고 제2 단면적을 갖는 개구를 통해 제2 방향으로부터 재료를 수용하도록 배치될 수 있으며, 여기서 제2 단면적은 제1 단면적과 상이하다. 단면적의 차이는 재료가 공급되는 특정 속도에 대해 상이한 출력 방향에서 상이한 곡률을 초래한다. 따라서, 재료는 제1 및 제2 방향에서 동일한 속도로 제공될 수 있지만, 결과적으로 압출된 재료는 다른 것에 비해 하나의 출력 방향에서 증가된 곡률을 가질 수 있다. 압출 다이는 단면적을 갖는 각각의 개구를 통해 서로 다른 방향으로부터 재료를 수용하도록 추가로 배치될 수 있다. 개구부의 단면적은 다른 개구부들의 단면적들과 상이할 수 있다.

장치는 복수의 압축 요소들을 더 포함할 수 있으며, 압출 다이가 압출될 재료를 수용하도록 배치되는 각 방향들에 대해, 복수의 압축 요소들 중 하나는 그 방향으로 압출될 재료에 힘을 가하도록 배치된다. 예를 들어, 제1 압축 요소는 재료에 대해 제1 방향으로 힘을 가하도록 배치될 수 있고, 제2 압축 요소는 재료에 대해 제2 방향으로 힘을 가하도록 배치될 수 있다. 각각의 압축 요소는 동시에 이동하도록 배치될 수 있다. 각각의 압축 요소는 상이한 속도로 이동하도록 배치될 수 있다.

장치는 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하기 위한 방향을 제공하도록 구성되는 제어기를 더 포함할 수 있다. 제어기는 각각의 압축 요소가 독립적으로 이동할 수 있게 각각의 압축 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 복수의 압축 요소들 중 적어도 2 개가 동시에 이동할 수 있게 지시하도록 구성될 수 있다. 제어기는 복수의 압축 요소들 중 적어도 2 개가 상이한 속도로 이동할 수 있게 지시하도록 구성될 수 있다. 제어기는 재료가 압출됨에 따라 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 속도를 변화시키도록 구성될 수 있다.

장치는 복수의 챔버를 더 포함할 수 있으며, 압출 다이가 압출될 재료를 수용하도록 배치되는 각 방향에 대해 압출될 재료의 일부는 복수의 챔버들 중 하나에 수용된다. 예를 들어, 제1 챔버는 재료의 제1 부분을 수용하도록 구성될 수 있고, 제2 챔버는 재료의 제2 부분을 수용하도록 구성될 수 있다. 각 챔버는 각각의 개구를 통해 압출 다이와 연통할 수 있다. 예를 들어, 재료의 제1 부분은 제1 방향으로부터 제1 개구를 통해 제공될 수 있고 재료의 제2 부분은 제2 방향으로부터 제2 개구를 통해 제공될 수 있다.

복수의 압축 요소들 중 적어도 하나는 복수의 챔버들 중 각각의 챔버 내에 수용된 재료의 일부에 힘을 인가하도록 배치될 수 있다. 복수의 챔버들 중 적어도 하나는 재료가 제공되는 방향들 중 각각의 방향과 정렬될 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버는 제1 방향과 정렬될 수 있고, 제2 챔버는 제2 방향과 정렬될 수 있다. 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나는 복수의 챔버들 중 각각의 챔버의 내부와 연통하도록 배치될 수 있다.

장치는 복수의 압축 요소 노즈들(compression element noses)을 더 포함할 수 있다. 복수의 압축 요소 노즈들 중 적어도 하나는 복수의 압축 요소들 중 각각의 요소 및 압출될 재료의 각 부분과 연결되도록(interface) 배치될 수 있다. 복수의 압축 요소 노즈들 중 적어도 하나는 복수의 챔버들 중 각각의 챔버 내에서 활주 가능하게 수용될 수 있다. 복수의 압축 요소 노즈들 중 적어도 하나는 복수의 챔버들 중 각각의 챔버에서 압출될 재료의 각 부분과 연결될 수 있다. 즉, 복수의 압축 요소 노즈들 중 각각의 노즈를 통해 압출될 재료의 각 부분에 힘이 가해질 수 있다.

재료의 적어도 일부는 빌렛(billet)의 형태일 수 있다. 각각의 빌렛은 각각의 압축 요소에 의해 빌렛에 힘이 가해지기 전에 각각의 챔버에 적재될 수 있다. 각각의 빌렛은 각각의 챔버에 적재되기 전에 가열될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 재료를 압출하는 방법이 제공되며, 이 방법은 압출될 재료를 제1 방향에서 압출 다이로 제공하는 단계, 제2 방향에서 압출 다이로 압출될 재료를 제공하는 단계 및 압출 다이의 오리피스로부터 제3 방향으로 재료를 압출하는 단계를 포함하고, 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 어느 것도 동일한 평면 위에 존재하지 않으며, 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향 중 어느 것도 임의의 다른 방향과 평행하지 않다.

제1 방향 및 제2 방향은 실질적으로 직교할 수 있다. 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 실질적으로 직교할 수 있다.

방법은 제4 방향으로부터 압출 다이에 압출될 재료를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제4 방향은 제1 방향과 실질적으로 반대 방향일 수 있다. 방법은 제5 방향으로부터 압출 다이에 압출될 재료를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제5 방향은 제2 방향과 실질적으로 반대 방향일 수 있다.

압출될 재료가 압출 다이에 제공되는 각각의 방향에 대해, 해당 방향으로부터 압출될 재료를 제공하는 단계가, 압출될 재료에 대해 복수의 압축 요소들 중 하나의 압축 요소로부터 해당 방향으로 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다.

방법은 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 단계는 복수의 압축 요소들 중 적어도 두 개가 동시에 움직이도록 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 단계는, 재료가 압출될 때 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 속도를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

압출될 재료가 압출 다이에 제공되는 각각의 방향에 대해, 해당 방향으로부터 압출 다이에 압출될 재료를 제공하는 단계는 복수의 챔버들 중 하나로부터 압출될 재료의 일부를 하우징 하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시 내용의 예시의 추가적인 양상에 따르면, 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨팅 장치는 상기 단락들에 기재된 바와 같은 방법을 수행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다.

본문에 기재되어 있음.

특정 실시예는 단지 하기와 같은 첨부 도면을 참조하여 단지 예시로서 설명된다:
도 1은 세 개의 챔버를 갖는 장치의 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 제어기를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1의 장치를 사용하여 압출된 제1 곡선형 프로파일의 제1 부분의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 부분을 포함하여, 도 1의 장치를 사용하여 압출된 제1 곡선형 프로파일의 사시도이다.
도 5는 도 1의 장치를 사용하여 압출된 제2 곡선형 프로파일의 사시도이다.
도 6은 도 1의 장치를 사용하여 재료를 압출하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 네 개의 챔버를 갖는 장치의 단면 사시도이다.
도 8은 도 7의 장치를 사용하여 압출된 제3 곡선형 프로파일의 사시도이다.

본 발명의 실시예는 특히 금속 프로파일의 압출과 관련하여 하기에서 설명된다. 그러나, 여기에 설명된 장치 및 방법은 플라스틱, 폴리머, 세라믹, 입상 재료 또는 기타의 비금속과 같은 다른 재료의 프로파일을 압출하는 데에도 적합하다는 것을 분명히 한다.

재료를 압출하기 위한 장치(100)가 도 1에 도시되어 있다. 장치(100)는 압출 다이(1)를 포함한다. 압출 다이(1)는 제1 개구(2), 제2 개구(3) 및 제3 개구(4)를 포함한다. 압출 다이(1)는 또한 오리피스(6)를 포함하며, 장치가 작동 중에 여기서 재료가 압출된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 재료는 음의 y 방향으로 오리피스(6)로부터 압출된다.

장치(100)는 제1 빌렛 컨테이너(7), 제2 빌렛 컨테이너(8) 및 제3 빌렛 컨테이너(9) 형태의 세 개의 챔버를 더 포함한다. 제1 빌렛 컨테이너(7)는 제1 개구(2)를 통해 압출 다이(1)와 연통한다. 제2 빌렛 컨테이너(8)는 제2 개구(3)를 통해 압출 다이(1)와 연통한다. 제3 빌렛 컨테이너(9)는 제3 개구(4)를 통해 압출 다이(1)와 연통한다.

압출 다이(1)는 제1 빌렛(11), 제2 빌렛(12) 및 제3 빌렛(13)의 형태로 압출될 재료를 수용하도록 배치된다.

제1 빌렛(11)은 제1 빌렛 컨테이너(7)에 수용된다. 압출 다이(1)는 제1 개구(2)를 통해 제1 빌렛(11)을 수용하도록 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압출 다이(1)는 양의 x 방향으로부터 제1 빌렛(11)을 수용하도록 배치된다.

제2 빌렛(12)은 제2 빌렛 컨테이너(8)에 수용된다. 압출 다이(1)는 제2 개구(3)를 통해 제2 빌렛(12)을 수용하도록 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압출 다이(1)는 음의 x 방향으로부터 제2 빌렛(12)을 수용하도록 배치된다.

제3 빌렛(13)은 제3 빌렛 컨테이너(9)에 수용된다. 압출 다이(1)는 제3 개구(4)를 통해 제3 빌렛(13)을 수용하도록 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압출 다이(1)는 양의 z 방향으로부터 제3 빌렛(13)을 수용하도록 배치된다.

도 1의 x 방향, y 방향 및 z 방향은 직교한다.

장치(100)는 제1 펀치 노즈(15), 제2 펀치 노즈(16) 및 제3 펀치 노즈(17)의 형태로 세 개의 압축 요소 노즈들을 더 포함한다. 제1 펀치 노즈(15)는 제1 빌렛(11) 및 제1 빌렛 컨테이너(7)와 매칭된다. 제1 펀치 노즈(15)는 제1 빌렛 컨테이너(7) 내에 슬라이딩 가능하게 수용된다. 제2 펀치 노즈(16)는 제2 빌렛(12) 및 제2 빌렛 컨테이너(7)와 매칭된다. 제2 펀치 노즈(16)는 제2 빌렛 컨테이너(8) 내에 슬라이딩 가능하게 수용된다. 제3 펀치 노즈(17)는 제3 빌렛(13) 및 제3 빌렛 컨테이너(9)와 매칭된다. 제3 펀치 노즈(17)는 제3 빌렛 컨테이너(9) 내에 슬라이딩 가능하게 수용된다.

장치(100)는 제1 펀치(19), 제2 펀치(20) 및 제3 펀치(21)형태의 세 개의 압축 요소들을 더 포함한다. 제1 펀치(19)는 제1 개구(2)를 통해 압출 다이(1)에서 볼 때 제1 펀치 노즈(15)의 뒤에 위치된다. 제2 펀치(20)는 제2 개구(3)를 통해 압출 다이(1)에서 볼 때 제2 펀치 노즈(16)의 뒤에 위치된다. 제3 펀치(21)는 제3 개구(4)를 통해 압출 다이(1)에서 볼 때 제3 펀치 노즈(17) 뒤에 위치된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 제어기(50)를 더 포함한다. 제어기(50)는 제1 펀치(19), 제2 펀치(20) 및 제3 펀치(21)의 이동을 제어하기 위한 방향들을 제공하도록 구성된다. 제어기(50)는 액추에이터(미도시)를 사용하여 각각의 펀치들의 이동을 제어한다. 제어기(50)는, 작동 중에 제1 펀치(19), 제2 펀치(20) 및 제3 펀치(21)가 동시에 이동하게 지시하도록 구성된다. 제어기(50)는 또한, 작동 중에 제1 펀치(19), 제2 펀치(20) 및 제3 펀치(21)의 속도를 변경하도록 구성된다.

작동 중에, 제1 펀치(15), 제2 펀치(20) 및 제3 펀치(21)를 통해 각각 제1 펀치 노즈(15), 제2 펀치 노즈(16) 및 제3 펀치 노즈(17)에 동시에 힘이 가해진다. 도 1에서, 제1 펀치 노즈(15)의 속도는 v1, 제2 펀치 노즈(16)의 속도는 v2, 제3 펀치 노즈(17)의 속도는 v3이다. 제1 펀치 노즈(15)에 음의 x 방향으로 힘이 가해진다. 제2 펀치 노즈(16)에 양의 x 방향으로 힘이 가해진다. 제3 펀치 노즈(17)에 음의 z 방향으로 힘이 가해진다.

제1 펀치(19), 제2 펀치(20) 및 제3 펀치(21)에 힘이 가해지면 제1 빌렛(11), 제2 빌렛(12) 및 제3 빌렛(13)이 각각 제1 개구(2), 제2 개구(3) 및 제3 개구(4)를 통해 압출 다이(1)로 강제로 들어간다. 제1 빌렛(11)은 제1 개구(2)를 통해 양의 x 방향으로부터 압출 다이(1) 내로 힘을 받는다. 제2 빌렛(12)은 제2 개구(3)를 통해 음의 x 방향으로부터 압출 다이(1) 내로 힘을 받는다. 제3 빌렛(13)은 제3 개구(4)를 통해 양의 z 방향으로부터 압출 다이(1) 내로 힘을 받는다. 그 후 재료는 음의 y 방향으로 압출 다이(1)의 오리피스(6) 바깥쪽으로 힘을 받는다.

제1 펀치 노즈(15), 제2 펀치 노즈(16) 및 제3 펀치 노즈(17)에 의해 공급되는 질량 흐름 속도를 변경함으로써 3차원 곡선형 프로파일이 생성될 수 있다. 즉, 음의 y 방향으로 오리피스(6) 바깥쪽으로 힘을 받는 압출된 재료(즉, 압출물)는 x 방향 및 z 방향으로 구부러질 수 있다.

도 1의 장치(100)를 사용하여 압출된 제1 곡선형 압출 프로파일(23)은 도 3에 도시되어 있다. 제1 압출 프로파일(23)을 생성하기 위해 제1 펀치(19), 제2 펀치(20) 및 제3 펀치(21)가 압출 다이(1)를 향해 이동된다. 압출물은 도 3의 화살표가 가리키는 흐름 방향(24)으로 압출된다.

제1 펀치 노즈(15)의 속도(v1)는 제2 펀치 노즈(16)의 속도(v2)보다 작도록 제어된다. 이것은 압출 다이(1)의 오리피스(6)에 걸쳐 유속 구배(flow velocity gradient)가 생성되어 압출물이 양의 x 방향으로 구부러지도록 한다.

동시에, 제3 펀치 노즈(17)는 v3의 속도로 음의 z 방향으로 이동한다. 음의 z 방향에서 제3 펀치 노즈(17)의 속도(v3)는 압출물이 음의 z 방향으로 구부러지도록 한다.

양의 x 방향 및 음의 x 방향에 따른 v1 및 v2의 속도 및 음의 z 방향에 따른 v3의 속도의 결합 효과는 제1 압출 프로파일(23)이 점 25에서 점 26까지 이어지는 3차원 곡선 형상을 갖도록 한다.

도 1의 장치(100)를 사용하여 압출된 제1 곡선형 압출 프로파일(23)의 제2 부분이 제1 부분과 함께 도 4에 도시되어 있다. 점 26에서 점 27까지, 제1 펀치 노즈(15)의 속도(v1)가 증가하여 제2 펀치 노즈(16)의 속도(v2)보다 커진다. 이러한 속도의 차이는 제1 압출 프로파일(23)이 음의 x 방향으로 구부러지도록 한다.

점 26에서 점 27까지, 제3 펀치 노즈(17)의 속도(v3)는 일정하게 유지된다. 양의 x 방향, 음의 x 방향에 따른 속도 v1, v2 및 음의 z 방향에 따른 속도 v3의 결합 효과로 인해, 점 26에서 점 27까지는 점 25에서 점 26까지와 다른 3차원 곡선 형상을 갖는 제1 압출 프로파일(23)이 생성된다.

도 1의 장치(100)를 사용하여 압출된 제2 곡선형 압출 프로파일(33)은 도 5에 도시되어 있다. 압출물은 도 5의 화살표가 가리키는 흐름 방향(34)으로 압출된다. 제2 압출 프로파일(33)을 생성하기 위해, 제1 펀치 노즈(15)의 속도(v1)는 제2 펀치 노즈(16)의 속도(v2)보다 더 크다. 이것은 압출 다이(1)의 오리피스(6)에 걸쳐 유속 구배가 생성되어 압출물이 음의 x 방향으로 구부러지도록 한다.

동시에, 제3 펀치 노즈(17)는 속도 v3로 음의 z 방향으로 이동된다. 음의 z 방향의 제3 펀치 노즈(17)의 속도(v3)는 음의 z 방향으로 압출물이 구부러지도록 한다.

양의 x 방향 및 음의 x 방향에 따른 속도 v1, v2 및 음의 z 방향에 따른 속도 v3의 결합 효과는 점 35에서 점 36까지 3차원 곡선 형상을 갖는 제2 압출 프로파일(33)을 생성한다.

점 36에서 점 37까지 v2에 대한 v1의 비(즉, v1/v2)는 감소하며, 이는 v1과 v2의 차이가 점 35에서 점 36으로 재료가 압출될 때의 속도 차이보다 작다는 것을 의미한다. 제2 압출 프로파일(33)은 여전히 음의 x 방향으로 구부러지지만 곡률 반경은 증가한다.

동시에, 속도(v3)의 방향은 반대이며, 이는 제3 펀치 노즈(17)가 후방으로(즉, 양의 z 방향으로) 이동함을 의미한다. 제3 펀치 노즈(17)는 v1 및 v2보다 작은 속도(v3)로 이동된다. 속도 v3의 방향을 바꾸면 압출물이 양의 z 방향으로 구부러진다.

양의 x 방향 및 음의 x 방향에 따른 속도 v1, v2 및 양의 z 방향에 따른 속도 v3의 결합 효과로 인해, 점 36부터 점 37까지는 점 35부터 점 36까지와 다른 3차원 곡선 형상을 갖는 제2 압출 프로파일(33)이 생성된다.

도 1의 장치(100)를 사용하여 재료를 압출하는 방법은 도 6에 도시되어 있다. 블록(60)에서, 제1 빌렛(11), 제2 빌렛(12) 및 제3 빌렛(13)은 각각 제1 빌렛 컨테이너(7), 제2 빌렛 컨테이너(8) 및 제3 빌렛 컨테이너(9)로 적재된다. 블록(62)에서, 제1 빌렛(11)이 압출 다이(1) 안으로 강제로 들어가도록 v1의 속도로 제1 펀치 노즈(15)를 이동시키기 위해 힘이 가해진다. 블록(64)에서, 속도 v1과 다른 속도 v2로 제2 빌렛(12)이 압출 다이(1) 안으로 강제로 밀어 넣어진다. 블록(66)에서, 제3 빌렛(13)이 압출 다이(1) 안으로 강제로 들어가도록 v3의 속도로 제3 펀치 노즈(17)를 이동시키기 위해 힘이 가해진다. 블록(68)에서, 재료가 압출 다이(1)의 오리피스(6)에서 압출된다.

도 1에 도시된 장치(100)의 변형이 도 7에 도시되어 있다. 도 7의 장치(170)는 도1의 장치(100)의 모든 특징을 포함한다.

또한, 도 7의 장치(170)의 압출 다이(71)는 제4 개구(5)를 포함한다. 도 7의 장치(170)는 또한 제4 빌렛 컨테이너(10) 형태의 추가적인 챔버를 포함한다. 제4 빌렛 컨테이너(10)는 제4 개구(5)를 통해 압출 다이(71)와 연통한다. 압출 다이(71)는 제4 빌렛(14)의 형태로 압출될 재료를 수용하도록 추가로 배치된다.

제4 빌렛(14)은 제4 빌렛 컨테이너(10)에 수용된다. 압출 다이(71)는 제4 개구(5)를 통해 제4 빌렛(14)을 수용하도록 추가로 배치된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 압출 다이(71)는 음의 z 방향으로부터 제4 빌렛(14)을 수용하도록 배치된다.

도 7의 장치(170)는 제4 펀치 노즈(18) 형태의 추가적인 압축 요소 노즈를 더 포함한다. 제4 펀치 노즈(18)는 제4 빌렛(14) 및 제4 빌렛 컨테이너(10)와 매칭된다. 제4 펀치 노즈(18)는 제4 빌렛 컨테이너(10) 내에 슬라이딩 가능하게 수용된다.

도 7의 장치(170)는 제4 펀치(22) 형태의 추가적인 압축 요소를 더 포함한다. 제4 펀치(22)는 압출 다이(71)에서 제4 개구(5)를 볼 때 제4 펀치 노즈(18)의 뒤에 위치된다. 제어기(50)(도 2에 도시됨)는 도 7의 장치(170)의 제4 펀치(22)의 이동을 제어하기 위한 방향을 제공하도록 구성된다. 제어기(50)는 작동 중에 제1 펀치(19), 제2 펀치(20), 제3 펀치(21) 및 제4 펀치(22)가 동시에 이동하게 지시하도록 구성된다. 제어기(50)는 또한 작동 중에 제4 펀치(22)의 속도를 변경하도록 구성된다.

작동 중에, 제1 펀치(19), 제2 펀치(20), 제3 펀치(21) 및 제4 펀치(22) 각각을 통해 제1 펀치 노즈(15), 제2 펀치 노즈(16), 제3 펀치 노즈(17) 및 제4 펀치 노즈(18)에 동시에 힘이 가해진다. 도 7에서, 제1 펀치 노즈(15)의 속도는 v1, 제2 펀치 노즈(16)의 속도는 v2, 제3 펀치 노즈(17)의 속도는 v3, 제4 펀치 노즈(18)의 속도는 v4로 나타내어진다. 제1 펀치 노즈(15)에 대해 음의 x 방향으로 힘이 가해진다. 제2 펀치 노즈(16)에 대해 양의 x 방향으로 힘이 가해진다. 제3 펀치 노즈(17)에 대해 음의 z 방향으로 힘이 가해진다. 제4 펀치 노즈(18)에 대해 양의 z 방향으로 힘이 가해진다.

제1 펀치(19), 제2 펀치(20), 제3 펀치(21) 및 제4 펀치(22)에 힘이 가해지면, 제1 빌렛(11), 제2 빌렛(12), 제3 빌렛(13) 및 제4 빌렛(14)은 각각 제1 개구(2), 제2 개구(3), 제3 개구(4) 및 제4 개구(5)를 통해 압출 다이(1)로 강제로 들어가게 된다. 제1 빌렛(11)은 제1 개구(2)를 통해 양의 x 방향에서 압출 다이(71) 내로 힘을 받는다. 제2 빌렛(12)은 제2 개구(3)를 통해 음의 x 방향에서 압출 다이(71) 내로 힘을 받는다. 제3 빌렛(13)은 제3 개구(4)를 통해 양의 z 방향에서 압출 다이(71) 내로 힘을 받는다. 제4 빌렛(14)은 제4 개구(5)를 통해 음의 z 방향에서 압출 다이(71) 내로 힘을 받는다. 그 후 재료는 음의 y 방향으로 압출 다이(1)의 오리피스(6) 바깥쪽으로 힘을 받는다.

제1 펀치 노즈(15), 제2 펀치 노즈(16), 제3 펀치 노즈(17) 및 제4 펀치 노즈(18)에 의해 제공되는 질량 흐름 속도를 변경하여 3차원 곡선 프로파일을 생성할 수 있다. 즉, 음의 y 방향으로 오리피스(6) 밖으로 밀려나는 압출된 재료(즉, 압출물)는 x 방향 및 z 방향으로 구부러질 수 있다.

제4 펀치 노즈(18)가 추가된다는 것은 v1과 v2의 비율 및 v3와 v4의 비율이 모두 임의로 조정될 수 있음을 의미한다. 이것은 압출된 재료의 곡률이 x 방향 및 z 방향으로 제어되도록 한다.

도 7의 장치(170)를 사용하여 압출된 제3 곡선형 압출 프로파일(43)이 도 8에 도시되어 있다. 제3 압출 프로파일(43)을 생성하기 위해, 제1 펀치(19), 제2 펀치(20), 제3 펀치(21) 및 제4 펀치(22)가 압출 다이(71)를 향해 이동한다. 압출물은 도 8의 화살표가 가리키는 흐름 방향(44)으로 압출된다.

점 45에서 점 46까지, 제1 펀치 노즈(15)의 속도(v1)는 제2 펀치 노즈(16)의 속도(v2)보다 크고, 제3 펀치 노즈(17)의 속도(v3)는 제4 펀치 노즈(18)의 속도(v4)보다 작다. 이것은 제3 압출 프로파일(43)이 음의 x 방향과 양의 z 방향으로 동시에 구부러진다는 것을 의미한다. 따라서, 제3 압출 프로파일은 점 45에서 점 46까지 3차원의 곡선 형상을 갖는다.

점 46에서 점 47까지, 제1 펀치 노즈(15)의 속도(v1)는 제2 펀치 노즈(16)의 속도(v2)보다 작고, 제3 펀치 노즈(17)의 속도(v3)는 제4 펀치 노즈(18)의 속도(v4)보다 크다. 이것은 제3 압출 프로파일(43)이 양의 x 방향과 음의 z 방향으로 동시에 구부러진다는 것을 의미한다. 따라서, 제3 압출 프로파일은 점 46에서 점 47까지, 점 45에서 점 46까지의 3차원 곡선 형상과는 상이한 3차원의 곡선 형상을 갖는다.

v1 대 v2 및 v3 대 v4의 비율을 조정하여 3차원 압출 프로파일의 곡률을 유연하게 변경하고 정밀하게 제어할 수 있다.

도 1에 도시된 장치(100)의 변경이 설명된다. 이러한 변경은 도 7의 장치(170)에도 적용된다.

도 1의 장치(100) 또는 도 7의 장치(170)를 사용하여, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 이용하여 3차원 곡선 프로파일을 생성할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 명령어가 저장된 메모리 및 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있다. 프로세서는 3차원 곡선형 프로파일을 생성하기 위한 명령을 실행하도록 구성된다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치는 도 2의 제어기(50)일 수 있다. 제어기(50)는 압출 프로파일을 생성하기 위해 제1 펀치(15), 제2 펀치(16) 및 제3 펀치(17)의 이동을 제어하기 위한 명령을 실행할 수 있다.

비록 도 1의 장치(100)의 압출 다이(1)는 3개의 방향(즉, 양의 x 방향, 음의 x 방향 및 양의 z 방향)에서 압출될 재료를 수용하도록 배치된 것으로 도시되어 있으나, 장치가 두 방향에서 재료를 수용하도록 배치되는 경우에도 여전히 3차원 곡선형 프로파일이 생성될 수 있다. 이 경우, 장치는 예를 들어 제2 개구(3), 제2 빌렛 컨테이너(8), 제2 펀치 노즈(16) 또는 제2 펀치(20)를 포함하지 않는다. 결과적으로, 이 예시에서는 제2 빌렛(12)이 사용되지 않는다.

도 1에 도시된 장치의 배치를 참조하면, 재료가 양의 x 방향과 양의 z 방향에서만 수용되는 경우, 음의 x 방향의 속도 v1은 압출된 재료가 음의 x 방향으로 구부러지게 하는 반면 음의 z 방향의 속도 v3는 압출된 재료가 음의 z 방향으로 구부러지게 한다.

이것은 음의 x 방향과 음의 z 방향으로 동시에 구부러진 압출 프로파일이 생성된다는 것을 의미한다. 따라서, 3차원 곡선형 프로파일이 생성될 수 있다. 양의 x 방향 및 양의 z 방향의 곡률은 도 1의 장치(100)와 관련하여 상기에서 설명된 바와 같이 속도 v1 및 v3의 방향을 반대로 함으로써 이루어질 수 있다.

또한, 압출 다이가 압출될 재료를 수용하도록 배치되는 방향은 서로에 대해 직교할 필요가 없다. 또한, 압출 다이가 압출될 재료를 수용하도록 배치되는 각각의 방향은 재료가 오리피스로부터 압출되는 방향과도 직교할 필요가 없다.

도 1에 도시된 좌표계를 취하면, 압출 다이는 3차원 속도 벡터 {x1, y1, z1}으로 표현되는 제1 방향 및 3차원 속도 벡터 {x2, y2, z2}로 표현되는 제2 방향으로부터 압출될 재료를 수용하도록 배치될 수 있다. 압출 다이는 오리피스를 통해 재료를 압출하도록 추가적으로 배치될 수 있다. 이 예시에서, 오리피스는 관념적 y 축과 정렬된다.

제1 방향으로부터 재료를 제공한다는 것은 압출된 재료가 제1 방향으로 구부러진다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 제2 방향으로부터 재료를 제공한다는 것은 압출된 재료가 제2 방향으로 구부러진다는 것을 의미한다. 제1 방향을 나타내는 속도 벡터의 x1 성분이 0이 아닌 경우 제1 방향으로 재료를 제공하면 압출된 재료가 x 방향으로 구부러진다. 예를 들어, x1이 음수이면 압출된 재료는 음의 x 방향으로 구부러진다.

유사하게, 제2 방향을 나타내는 속도 벡터의 z2 성분이 0이 아닌 경우 제2 방향으로 재료를 제공하면 압출된 재료가 z 방향으로 구부러진다. 예를 들어, z2가 음수이면 압출된 재료는 음의 z 방향으로 구부러진다.

이 예시에서, 두 방향의 상대적인 배향은 0인 z 성분을 갖는 속도 벡터로 제1 방향을 관념적으로 표현함으로써 더 쉽게 이해될 수 있다. 따라서, x 방향으로 구부러진 재료를 압출하기 위해, 제1 방향은 0이 아닌 x 성분을 갖는다. 속도 벡터의 y 성분은 0이거나 0이 아닐 수 있다. 따라서, 제1 방향의 속도 벡터는 {x1

0 y1, z1=0}으로 나타낼 수 있다.

제2 방향은 제1 방향과 직교할 필요가 없다. z 방향으로 구부러진 재료를 압출하기 위해 제2 방향은 0이 아닌 z 성분을 갖는 속도 벡터를 갖는다. 속도 벡터의 x 성분 및 y 성분은 각각 0이거나 0이 아닐 수 있다. 따라서, 제2 방향의 속도 벡터는 {x2, y2=0, z2

0}으로 나타낼 수 있다.

제1 방향의 0이 아닌 x 성분은 압출된 재료가 x 방향으로 구부러지도록 한다. 제2 방향의 0이 아닌 z 성분은 압출된 재료가 z 방향으로 구부러지도록 한다. 제2 방향의 x 성분이 0이 아닌 경우, 두 방향들의 x 성분의 상대적 크기 및 방향에 따라 제1 방향의 x 성분과 중첩되거나 혹은 제1 방향의 x 성분에 의한 곡률을 감소시킬 수 있다.

압출 다이에서 재료가 수용되는 개구들의 단면적을 조정함으로써 3차원 압출 프로파일을 생성할 수도 있다. 단면적을 조정하면 정해진 펀치 속도에 대해 압출 다이로 들어가는 재료의 질량 흐름 속도가 변경된다. 질량 흐름 속도는 개구들의 단면적 및 펀치들의 속도를 조정함으로써 변경될 수 있다.

고온 또는 저온 압출을 위해 챔버에 고온 또는 저온의 빌렛이 배치될 수 있다. 중공 압출 프로파일을 생성하기 위해, 맨드릴(mandrels)이 압출 다이에 배치될 수 있다.

상기의 구현들은 단지 예시로서 설명되었으며, 설명된 구현들은 모든 측면에서 제한적인 것이 아닌 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 설명된 구현들의 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 설명되지는 않았으나 첨부된 청구항들의 권리범위에 속하는 많은 변형들이 존재한다는 것은 명백할 것이다.

Claims (21)

1. 재료를 압출하기 위한 장치에 있어서,
   제1 방향 및 제2 방향으로부터 압출될 재료를 수용하도록 배치되고, 재료가 제3 방향으로 압출되는 오리피스를 포함하는 압출 다이;
   를 포함하고,
   상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 모두 동일한 평면에 있지 않으며, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향 중 어느 것도 임의의 다른 방향과 평행하지 않은,
   장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 실질적으로 직교한,
   장치.
   
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 실질적으로 직교한,
   장치.
   
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압출 다이는 제4 방향으로부터 압출될 재료를 수용하도록 배치되고, 상기 제4 방향은 상기 제1 방향과 실질적으로 반대 방향인,
   장치.
   
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압출 다이는 제5 방향으로부터 압출될 재료를 수용하도록 배치되고,
   상기 제5 방향은 상기 제2 방향과 실질적으로 반대 방향인,
   장치.
   
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 장치는, 복수의 압축 요소들을 더 포함하고,
   상기 압출 다이가 압출될 재료를 수용하도록 배치되는 각 방향에 대해 상기 복수의 압축 요소 중 하나가 압출될 재료에 대해 해당 방향으로 힘을 가하도록 배치되는,
   장치.
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 장치는 상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하기 위한 방향을 제공하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는,
   장치.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 두 개가 동시에 이동하게 지시하도록 구성되는,
   장치.
   
9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
   상기 제어기는 재료가 압출될 때 상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 속도를 변화시키도록 구성되는,
   장치.
   
10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 복수의 챔버들을 더 포함하고,
    상기 압출 다이가 압출될 재료를 수용하도록 배치되는 각 방향에 대해 압출될 재료의 일부가 상기 복수의 챔버들 중 하나에 수용되는,
    장치.
    
11. 재료를 압출하는 방법에 있어서,
    압출될 재료를 제1 방향에서 압출 다이로 공급하는 단계;
    제2 방향에서 상기 압출 다이로 압출될 재료를 공급하는 단계; 및
    상기 압출 다이의 오리피스로부터 제3 방향으로 상기 재료를 압출하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 어느 것도 동일한 평면 위에 존재하지 않으며, 상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향 중 어느 것도 임의의 다른 방향과 평행하지 않은,
    방법.
    
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 실질적으로 직교하는,
    방법.
    
13. 제11 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 실질적으로 직교하는,
    방법.
    
14. 제11 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제4 방향으로부터 상기 압출 다이에 압출될 재료를 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제4 방향은 상기 제1 방향과 실질적으로 반대 방향인,
    방법.
    
15. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제5 방향으로부터 상기 압출 다이로 압출될 재료를 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제5 방향은 상기 제2 방향과 실질적으로 반대 방향인,
    방법.
    
16. 제11 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압출될 재료가 상기 압출 다이에 공급되는 각각의 방향에 대해, 해당 방향으로부터 상기 압출될 재료를 상기 압출 다이에 공급하는 단계가, 상기 압출될 재료에 대해 복수의 압축 요소들 중 하나의 압축 요소로부터 해당 방향으로 힘을 가하는 단계를 포함하는,
    방법.
    
17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
    
18. 제17 항에 있어서,
    상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 단계는, 상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 두 개가 동시에 움직이도록 지시하는 단계를 포함하는,
    방법.
    
19. 제17 항 또는 제18 항에 있어서,
    상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 단계는, 상기 재료가 압출될 때 상기 복수의 압축 요소들 중 적어도 하나의 속도를 변경하는 단계를 포함하는,
    방법.
    
20. 제11 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압출될 재료가 상기 압출 다이에 공급되는 각각의 방향에 대해, 해당 방향으로부터 상기 압출 다이에 압출될 재료를 공급하는 단계는 복수의 챔버들 중 하나로부터 압출될 상기 재료의 일부를 하우징 하는 단계를 포함하는,
    방법.
    
21. 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨팅 장치는 제11 항 내지 제20 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 명령을 포함하는,
    컴퓨터 판독 가능 매체.

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