KR20220116228A - 전송 재료와 통합된 인터레이스드 복합물 및 그것의 제작 방법 - Google Patents

전송 재료와 통합된 인터레이스드 복합물 및 그것의 제작 방법 Download PDF

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크리스토퍼 오베어스테
필립 쑹 쩨 쳉
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위브쓰리디 인코퍼레이티드
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Abstract

프레임, 부착 표면, 제1 세트의 2개 이상의 경사 헤드, 제2 세트의 2개 이상의 경사 헤드, 및 위사 삽입장치를 포함하는 3차원 인터레이스드 복합물 성분을 제작하기 위한 기계. 인터레이스드 복합물 성분은 제1 세트의 2개 이상의 서로 평행한 경사 필라멘트 및 제1 세트의 2개 이상의 서로 평행한 위사 필라멘트를 포함한다. 경사 필라멘트는 위사 필라멘트와 인터레이스되어 접합된다. 경사 필라멘트와 위사 필라멘트는 적어도 두 상이한 직조 패턴으로 인터레이스된다. 경사 필라멘트와 위사 필라멘트는 연속적이며, 직조 패턴은 하나의 패턴에서 다른 패턴으로 전환된다.

Description

전송 재료와 통합된 인터레이스드 복합물 및 그것의 제작 방법
관련 출원에 대한 상호 참조 및 우선권 주장
본 출원은 2014년 8월 8일자 제출된 미국 가 특허출원 No. 62/034,930의 우선권을 주장하는 2015년 8월 7일자 제출된 미국 특허 No. 9,809,926의 분할 출원인 2017년 10월 19일자 제출된 미국 출원 공개 No. 2018/0038045(계류중)의 일부 계속 출원이다. 본 출원은 2016년 5월 16일자 제출된 미국 가 특허출원 No. 62/336,974에 대한 우선권을 주장하는 국제 출원 No. WO 2017/200935의 일부 계속 출원이다. 상기 출원 각각의 전체 내용 및 물질은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 복합물 재료의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고분자 매트릭스에 인터레이스드 섬유를 갖는 복합물에 관한 것이다.
고분자 복합 재료는 매트릭스 재료 및 하나 이상의 강화재를 포함한다. 강화재는 고분자 매트릭스가 복잡한 형상의 복합물을 형성하도록 하면서 제품의 강도 및/또는 강성을 증진시킨다. 가장 초기의 복합 재료는 종이 또는 면직물로 강화되었다. 후기 고분자 복합물은 매트릭스 내에 무작위 분포된 잘게 잘려지거나 파쇄된 강화 섬유로 강화되었다. 강화 섬유의 비연속성에 의해 유의한 강화는 달성되지 못했는데, 분리된 섬유들 사이의 강도가 매트릭스 재료 자체의 강도 또는 매트릭스 재료와 섬유 사이의 접착에 의해 제한되었기 때문이다.
후기 고분자 복합물에는 강화 섬유의 직조 매트가 통합되었다. 직조 매트는 복합물에 장력이 가해졌을 때 섬유의 충분한 강도 및 강성이 이용되는 것을 허용했으며, 압축 및 굴곡 시에는 그 정도가 저하되었다. 또한, 직조 매트에서는 예상된 하중에 따라 강화 섬유 가닥이 최적 방향으로, 또는 방향들의 조합으로 배향될 수 있었다. 그러나, 직조 매트로부터 제조된 복합물은 일반적으로 매트를 미리 잘라서 손으로 틀에 넣어야 하기 때문에 제조 비용 및 복잡성이 상당히 증가했다.
3D 인쇄는 원하는 부품이 얻어질 때까지 재료층 뒤에 층을 부착(부가)함으로써 최종 부품을 만드는 과정이다. 3D 인쇄의 가장 예전 형태는 스테레오리소그래피인데, 액체 고분자 욕이 UV 조사에 의해 그 표면에서 선택적으로 중합되는 방식이다. 다음에, 고화된 고분자가 액체에 침지되고, 이로써 추가 층이 이전 층 위에 증축될 수 있다.
3D 인쇄의 중요한 혁신은 필라멘트 부착 모델링(FDM)의 개발이었다. FDM은 고분자 또는 금속 필라멘트를 용융하고 용융된 재료를 얇은 층으로 부착한다. FDM은 스테레오리소그래피보다 빠르고 광범위한 인쇄 재료가 가능하다. 그러나, FDM 인쇄나 스테레오리소그래피는 구조적 성분을 제작하는 것에 대해서는 잘 연구되지 않았다. 구조적 성분 제작에 적합한 최초의 3D 인쇄 시스템은 선택적 레이저 신터링이었다. 이 시스템에서는 금속 분말의 얇은 층이 인쇄면 위에 부착되고 레이저에 의해 선택적으로 소결된다. 다른 분말 층이 이전 소결된 층 위에 적용되고, 이 과정이 반복됨으로써 제2 층이 제1 층으로 소결된다. 이들 소결된 금속 성분은 구조적 용도에 적합하지만, 이들의 상대적으로 높은 밀도는 일부 용도에는 부적합하다. 고분자 필라멘트에 강화 섬유를 첨가하는 것에 의해 구조적 복합물을 만들기 위해 FDM 인쇄를 개조하려는 다양한 시도가 있었다. 이것은 기계적 특성을 개선하지만, 제작된 성분의 강도는 고성능 용도에 사용하기에 여전히 불충분하다.
자동화된 테이프 배치는 단방향 사전-함침 텍스타일(prepreg)로부터 복합물을 만들기 위한 고도로 정밀한 과정이다. 이것은 작업자가 로봇으로 대체된, 핸드 레이업 FRP 프로세스의 고급 버전으로 생각할 수 있다. 이것은 매우 정밀한 섬유 배치를 허용하지만 비교적 단순한 곡선 표면에만 사용될 수 있다. 자동화된 테이프 배치에 의해 제작된 복합물은 핸드 레이업과 동일한 방법에 의해 경화된다.
인터레이스드 복합물의 제조 방법이 설명된다. 상기 방법은 부착 표면 위에 하나 이상의 제1 경사 필라멘트를 제1 직선 방향으로 부착하는 단계, 하나 이상의 제1 경사 필라멘트의 상부에 하나 이상의 제1 위사 필라멘트를 제2 직선 방향으로 삽입하는 단계로서, 제2 방향은 하나 이상의 제1 경사 필라멘트와 같은 평면에 있지만 하나 이상의 제1 경사 필라메트의 방향과 평행하지는 않은 단계, 하나 이상의 제1 위사 필라멘트의 상부에 하나 이상의 제2 경사 필라멘트를 제1 직선 방향으로 부착하는 단계로서, 하나 이상의 제2 경사 필라멘트는 하나 이상의 제1 경사 필라멘트와 동일 선상에 있지 않은 단계, 및 하나 이상의 제2 경사 필라멘트의 상부에 하나 이상의 제2 위사 필라멘트를 제2 방향으로 삽입하는 단계를 포함한다.
3차원 인터레이스드 복합 성분을 제작하기 위한 기계가 또한 개시된다. 상기 기계는 프레임, 프레임에 의해 지지된 인쇄판, 프레임에 의해 지지된 복수의 제1 경사 헤드를 포함하며, 경사 헤드는 인쇄판 위에 필라멘트를 부착하고 제1 평면 내에서 서로 평행하게 이동한다. 상기 기계는 또한 프레임에 의해 지지된 복수의 제2 경사 헤드를 포함하며, 이것 역시 인쇄판 위에 필라멘트를 부착하고 제1 평면 내에서 서로 평행하게 이동하는데, 복수의 제1 경사 헤드 중 어느 것과 공축 이동하지는 않는다. 상기 기계는 또한 프레임에 의해 지지된 위사 삽입장치를 포함하며, 이것은 복수의 제1 및 제2 경사 헤드와 상이한 방향으로 인쇄판 위에 위사 필라멘트를 부착하고, 복수의 제1 및 제2 경사 헤드와 동일한 방향으로 인쇄판의 길이를 가로지른다.
또한, 복수의 경사 필라멘트가 복수의 위사 필라멘트와 인터레이스되어 접합된 복합 성분 구조가 개시되며, 여기서 경사 필라멘트는 서로 평행하고, 고분자 매트릭스에 접합된 하나 이상의 강화 섬유를 포함한다. 위사 필라멘트는 서로 평행하고, 고분자 매트릭스에 접합된 하나 이상의 강화 섬유를 포함한다. 복수의 경사 필라멘트와 복수의 위사 필라멘트는 능직 및 수자직의 직조 패턴 중 적어도 두 가지로 인터레이스된다. 복수의 경사 필라멘트의 필라멘트 및 복수의 위사 필라멘트의 필라멘트는 연속적이며, 직조 패턴은 하나의 패턴에서 다른 패턴으로 전환된다.
또한, 전송 재료를 포함하는 테이프 구조가 개시된다. 전송 재료는 전도성 금속 와이어 및 광섬유와 같은 도광재를 포함하는, 열을 전도하거나 신호, 데이터, 또는 전기 전류를 전송할 수 있는 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 전송 재료는 합체 전에 필라멘트에 사전-함침되거나, 또는 합체 과정의 일부로서 함침될 수 있다. 인터레이스드 복합물은 상이한 기능을 수행하는 다수의 전송 재료 타입을 포함할 수 있다. 인터레이스드 복합물은 또한 서로 상호작용할 수 있는 동일한 타입의 전송 재료를 다수의 테이프에 포함할 수 있다.
전술한 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적일 뿐이며, 청구된 것과 같은 예들을 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 경사와 위사 필라멘트의 인터레이싱을 예시하는 평직의 도해이다.
도 2는 본 발명에 따른 경사와 위사 필라멘트의 인터레이싱을 예시하는 능직의 도해이다.
도 3은 본 발명에 따른 경사와 위사 필라멘트의 인터레이싱을 예시하는 수자직의 도해이다.
도 4는 본 발명에 따른 단순한 1/1 평직의 부착 과정을 예시하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 2/2 능직의 부착 순서를 예시하는 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 1/4 수자직 복합물의 부착 순서를 예시하는 순서도이다.
도 7은 상이한 위치에 상이한 재료 특성을 제공하기 위한, 본 발명에 따른, 동일한 인터레이스드 구조 내에 3개의 상이한 직조 패턴이 통합된 복합물의 도해이다.
도 8은 본 발명에 따른 경사와 위사가 서로 직교하지 않는 평직의 도해이다.
도 9는 본 발명에 따른 3D 인터레이스드 복합물 프린터의 단순한 버전을 예시하는 도해이다.
도 10은 본 발명에 따른, 경사 프린트 헤드의 한 실시형태를 예시하는 도해이다.
도 11은 본 발명에 따른, 경사 프린트 헤드의 한 실시형태의 단면을 예시하는 도해이다.
도 12 및 13은 본 발명에 따른 3D 인터레이스드 복합물 프린터의 더 정교한 실시형태를 예시하는 도해이다.
도 14는 본 발명에 따른, 에어 젯 위사 삽입 시스템의 한 실시형태를 예시하는 도해이다.
도 15는 본 발명에 따른 연장가능한 가위 절단 메커니즘의 한 실시형태를 예시하는 도해이다.
도 16은 본 발명에 따른, 회전 절단 메커니즘의 한 실시형태를 예시하는 도해이다.
도 17은 본 발명에 따른 드래그 나이프 절단 메커니즘의 한 실시형태를 예시하는 도해이다.
도 18a는 본 발명에 따른 2개 테이프 사이에 봉입된 와이어 형태의 전송 재료의 분해도이다.
도 18b는 본 발명에 따른 2개 테이프 사이에 봉입된 전송 재료의 단면의 일례를 예시한다.
도 18c는 본 발명에 따른 2개 테이프 사이에 봉입된 리본 형태의 전송 재료의 분해도이다.
도 18d는 본 발명에 따른 2개 테이프 사이에 봉입된 전송 재료의 단면의 일례를 예시한다.
도 19는 본 발명에 따른 단일 필라멘트에 함침된 전송 재료의 단면의 일례를 도시한다.
도 20a는 본 발명에 따른 다수의 직조층을 포함하는 인터레이스드 복합물의 분해도이다.
도 20b는 본 발명에 따른 다수의 직조층을 포함하는 인터레이스드 복합물의 단면의 일례를 도시한다.
도 21은 전송 재료를 포함하는 직조의 일례를 도시한다.
개시된 기술의 원리 및 특징을 더 잘 이해하기 위해 예시적인 실시형태가 하기 설명된다. 개시된 기술의 다양한 요소를 구성한다고 하기 설명된 구성요소들은 예시적인 것이며 제한적인 것이 아니다. 본원에 설명된 구성요소와 동일한 또는 유사한 기능을 수행하는 많은 적합한 구성요소가 개시된 전자 장치 및 방법의 범위 내에 포함된다. 본원에 설명되지 않은 이러한 다른 구성요소들은, 제한은 아니지만, 예를 들어 개시된 기술의 개발 이후에 개발된 구성요소들을 포함할 수 있다.
명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 단수형 "한" 및 "그"는 문맥상 분명히 다른 의미를 나타내지 않는다면 복수의 대상을 포함한다.
"포함하는"(comprising) 또는 "함유하는" 또는 "포함하는"(including)은 적어도 언급된 화합물, 요소, 입자, 또는 방법 단계가 조성물 또는 물품 또는 방법에 존재한다는 것을 의미하며, 다른 화합물, 재료, 입자, 방법 단계가 언급된 것과 동일한 기능을 가지고 있더라도 이러한 다른 화합물, 재료, 입자, 방법 단계를 배재하지는 않는다.
또한, 하나 이상의 방법 단계에 대한 언급이 분명히 확인된 것들 사이에 추가의 방법 단계 또는 중간 방법 단계가 존재하는 것을 배제하지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 유사하게, 또한 장치 또는 시스템에서 하나 이상의 구성요소에 대한 언급이 분명히 확인된 구성요소들 사이에 추가 구성요소 또는 중간 구성요소가 존재하는 것을 배제하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본원에서 사용된 "경사"는 평면 내의 주 부착 방향을 따라서 부착된 평행한 필라멘트를 말한다.
본원에서 사용된 "위사"는 평면 내의 주 부착 방향에 평행하지 않는 임의의 축을 따라서 부착된 임의의 필라멘트를 말한다.
본원에서 사용된 "평면"은 부착 시스템을 1회 통과하는 동안 생성된 인터레이스드 복합물의 두께를 말한다.
본원에서 사용된 "부착"은 제어된 방식 및 패턴으로 복합물 구조에 복합 필라멘트를 첨가하는 것을 말한다.
본원에서 사용된 "합체"는 단일 시트 구조의 형성을 위한 열가소성 재료들의 조립체에 열 및 압력을 가하는 것을 말한다.
본원에서 사용된 "복합물"은 매크로 규모에서 형태 또는 조성에 차이가 있는 둘 이상의 재료의 조합을 말한다. 본원에서 사용된 복합물은 적어도 복합 매트릭스 바인더와 강화 요소를 포함한다. 복합물 구성성분들은 이들이 함께 작용하기는 하지만 서로 완전히 용해되거나 병합되지 않는다.
본원에서 사용된 "테이프"는 너비 또는 두께보다 길이가 훨씬 더 긴 요소를 말한다.
본원에서 사용된 "필라멘트"는 수지를 포함하며 너비 또는 직경보다 길이가 훨씬 더 긴 요소를 말한다. 바람직한 실시형태에서, 필라멘트는 또한 하나 이상의 강화 섬유를 포함한다.
본원에서 사용된 "전송 재료"는 수지를 포함하지 않으며, 열을 전도하거나, 또는 신호, 데이터 또는 전기 전류를 전송할 수 있는 요소를 말한다. 본원에서 사용된 것과 같은 전송 재료 형태의 예들은 얀, 섬유, 와이어, 시트, 스트립, 필름, 또는 리본을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 "전송 테이프"는 부분적으로 또는 완전히 전송 재료로 이루어진 테이프를 말한다.
본원에서 사용된 "수지"는 복합물 내에 매트릭스 바인더로서 사용되는 등방성 재료를 말한다.
본원에서 사용된 "열경화성"은 비가역적 화학적 반응으로 인해 가공 동안 액체 형태로부터 고화되는 고분자를 말한다.
본원에서 사용된 "열가소성"은 프리징에 의해 가공 동안 용융된 형태로부터 고화되는 고분자를 말한다.
본원에서 사용된 "엔지니어링 고분자"는 폴리에틸렌(PE)과 같은 "벌크" 고분자보다 뛰어난 적어도 하나의 기계적, 열적, 또는 전기적 재료 특성을 갖는 고분자를 말한다. 엔지니어링 고분자의 예는, 제한은 아니지만, 나일론(PA), 폴리카보네이트(PC), 아세탈(PMA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리(p-페닐렌설파이드)(PPS) 및 폴리에테르케톤케톤(PEKK)을 포함한다.
본원에서 사용된 "사이징"은 가공 동안 그 특성을 변화시키기 위해 다른 물질로 강화 섬유를 사전 코팅하는 것을 말한다.
FRP 복합물은 단방향 섬유의 층들을 라미네이트함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 직조된 구조를 생성하기 위해 평행하지 않은 필리멘트들을 인터레이싱함으로써 더 균형잡힌 복합물이 생성된다. 예를 들어, 직교 텍스타일에서, 경사와 위사 얀의 인터레이싱은 얀에 권축 또는 곡률을 생성하며, 이것은 텍스타일의 전체적인 기계적 특성에 영향을 미친다. 인터레이스드 강화 섬유에 기초한 복합물의 기계적 특성에도 유사한 효과가 관찰된다. 직조된 구조는 직물 기하구조에 의해 평직, 능직 및 수자직 텍스타일의 범주로 분류될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도면에서 같은 참조부호는 같은 부분을 나타내며, 본 발명의 다양한 실시형태가 상세히 개시될 것이다. 도 1은 평직의 예시이다. 평직은 가장 단순한 형태의 텍스타일 기하구조로서, 경사 섬유가 하나의 위사 얀 위를 지나고 또 다른 위사 얀 아래를 지나는 반복된 구조로 구성된다. 평직 직물은 높은 권축도로 인해, 임의의 규칙적인 직물 기하구조에서 가장 낮은 평면 내 인장 강성 및 가장 높은 평면 내 전단 강성을 가진다.
도 2는 능직의 예시이다. 능직 직물은 경사 얀이 2 또는 3개의 위사 얀을 지난 후에 1, 2, 또는 3개의 위사 얀 밑을 통과하는 반복된 구조를 지닌다. 이것은 매우 특징적인 대각선 라인을 형성한다. 능직은 중간 정도의 평면 내 인장 강성 및 전단 강성을 지닌다.
도 3은 수자직의 예시이다. 수자직은 수자직에 고유한 매우 낮은 권축도로 인해 평면 내 인장 강성을 위한 최상의 텍스타일 구조이다. 수자직에서 경사 얀은 4개 이상의 위사 얀 위를 지난 후에 위사 얀과 인터레이스된다. 권축도가 낮은 것은 평면 내 강성에는 좋지만, 인접한 얀 사이의 인터레이싱 수준이 낮아져 평면 내 전단 강도가 저하된다.
부착 순서
부착 과정은 적어도 경사 필라멘트의 2개 이상의 그룹의 짧은 세그먼트의 순서로 연속 필라멘트를 부착하는 것으로 구성되며, 중간 위사 필라멘트의 부착이 산재된다. 바람직한 실시형태에서, 복합 성분의 너비를 실질적으로 커버하기에 충분한 경사 필라멘트가 부착된다. 경사 세그먼트의 길이는 원하는 위사 피치에 의해 결정된다. 명확성 및 간결성을 위해, 경사 세그먼트는 "[숫자] 세그먼트, [숫자] [타입] 그룹" 언급된다. 예를 들어, 경사 필라멘트의 제1 그룹의 제1 세그먼트는 "제1 세그먼트, 제1 경사 그룹"으로 언급된다.
도 4는 단순한 1/1 평직의 부착 과정을 예시한다. 이 부착 과정은 제1 세그먼트, 제1 경사 그룹의 부착(400)에서 시작한다. 다음에, 제1 위사 필라멘트가 제1 세그먼트, 제1 경사 그룹의 상부에 부착된다(402). 다음에, 제1 세그먼트, 제2 경사 그룹이 제1 세그먼트, 제1 경사 그룹 옆에서 제1 위사 필라멘트의 상부에 부착된다(404). 대부분의 실시형태에서, 제1 세그먼트, 제2 경사 그룹 부착물은 제1 세그먼트 제1 경사 그룹 부착물의 적어도 2배 길이이다. 다음에, 제2 위사 필라멘트가 제1 세그먼트, 제2 경사 그룹의 상부에 부착된다(406). 이어서 제2 위사 필라멘트 위에 제2 세그먼트, 제1 경사 그룹(408)이 부착된다. 이어서 제2 세그먼트, 제1 경사 그룹의 상부에 제3 위사 필라멘트(410)가 부착된다. 다음에, 제2 세그먼트, 제2 경사 그룹이 제3 위사 필라멘트 위에 부착되고(412), 부품의 전체 제1 층이 제조될 때까지 이 과정이 반복된다(414). 부품의 전체 제1 층이 완성되면 경사 필라멘트가 절단되고, 동일한 방식으로 부품의 다음 층의 제작이 시작된다. 당업자는 다른 타입의 평직 복합물을 부착하는데 유사한 과정이 사용된다는 것을 이해할 것이다. 예들은, 제한은 아니지만, 2개 이상의 경사 필라멘트가 위사와 인터레이스된 평직 복합물(예를 들어, 2개의 경사 필라멘트가 1개의 위사 필라멘트와 인터레이스된 "덕" 위브), 또는 반대의 경우를 포함한다.
더 복잡한 직조 패턴은 경사 필라멘트의 3개 이상의 그룹이 필요할 수 있다. 특정한 직조 패턴을 위해, 경사 그룹의 최소 수는 위사가 위로 지나가는 경사 필라멘트의 최대 수 더하기 위사가 아래로 지나가는 경사 필라멘트의 최대 수와 같다. 예를 들어, 도 5는 3/3 능직의 부착 순서를 예시한다. 이 과정은 제1 세그먼트, 제1 경사 그룹과 제1 세그먼트, 제2 경사 그룹이 함께 부착되는 것(500)에서 시작하며, 이어서 제1 위사 필라멘트(502)가 부착된다. 이어서 제1 세그먼트, 제3 경사 그룹과 제1 세그먼트, 제4 경사 그룹이 함께 부착된다(504). 다음에, 제2 세그먼트, 제1 경사 그룹과 제2 세그먼트, 제4 경사 그룹이 함께 부착되고(506), 이어서 제2 위사 필라멘트(508)가 부착된다. 다음에, 제2 세그먼트, 제2 경사 그룹과 제2 세그먼트, 제3 경사 그룹이 함께 부착된다(510). 이어서 제3 세그먼트, 제3 경사 그룹과 제3 세그먼트, 제4 경사 그룹이 함께 부착되고(512), 이어서 제3 위사 필라멘트(514)가 부착된다. 다음에, 제3 세그먼트, 제1 경사 그룹과 제3 세그먼트, 제2 경사 그룹이 함께 부착되고(516), 이어서 제4 세그먼트, 제2 경사 그룹 및 제4 세그먼트, 제3 경사 그룹(518)이 부착된다. 다음에, 제4 위사 필라멘트가 부착되고(520), 이어서 제4 세그먼트, 제1 경사 그룹 및 제4 세그먼트, 제4 경사 그룹(522)이 부착된다. 이로써 2/2 능직 패턴이 완성되며, 이후 반복된다. 당업자는 다른 타입의 능직 복합물을 부착하는데 유사한 과정이 사용된다는 것을 이해할 것이다. 예들은, 제한은 아니지만, 1/2, 1/3, 2/1, 3/1, 및 3/3 능직 복합물을 포함한다.
도 6은 1/4 수자직 복합물의 부착 순서를 예시한다. 600에서 제1 세그먼트, 제1 경사 그룹이 부착된다. 602에서 제1 위사 필라멘트가 부착된다. 604에서 제1 세그먼트, 제2, 제3, 제4, 및 제5 경사 그룹이 부착된다. 606에서 제2 세그먼트, 제2 경사 그룹이 부착된다. 608에서 제2 위사 필라멘트가 부착된다. 610에서 제2 세그먼트, 제1, 제3, 제4, 및 제5 경사 그룹이 부착된다. 612에서 제3 세그먼트, 제3 경사 그룹이 부착된다. 614에서 제3 위사 필라멘트가 부착된다. 616에서 제3 세그먼트, 제1, 제2, 제4, 및 제5 경사 그룹이 부착된다. 618에서 제4 세그먼트, 제4 경사 그룹이 부착된다. 620에서 제4 위사 필라멘트가 부착된다. 622에서 제4 세그먼트, 제1, 제2, 제3, 및 제5 경사 그룹이 부착된다. 624에서 제5 세그먼트, 제5 경사 그룹이 부착된다. 626에서 제5 위사 필라멘트가 부착된다. 628에서 제5 세그먼트, 제1, 제2, 제3, 및 제4 경사 그룹이 부착된다. 당업자는 다른 타입의 수자직 복합물을 부착하는데 유사한 과정이 사용된다는 것을 이해할 것이다. 예들은, 제한은 아니지만, 1/5, 1/6, 4/1, 5/1 등의 수자직 복합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 부착 순서는 단일 인터레이스드 복합물 구조의 동일 평면 내에서 상이한 위치에 상이한 직조 패턴을 생성하기 위해 맞춤재단될 수 있다. 핸드 레이업 FRP나 자동화된 테이프-배치 기계는 이 효과를 달성할 수 없다. 도 7은 상이한 위치에 상이한 재료 특성을 제공하기 위해 동일한 인터레이스드 구조 내에 3개의 상이한 직조 패턴이 통합된 복합물을 예시한다. 도 7의 직조 패턴은 평직(700)에서 능직(702)으로, 다시 수자직(704)으로 전환된다. 층 내의 직조가 평직(700)에서 수자직(704)으로 전환됨에 따라, 전단 강도는 감소하고 평면 내 인장 강도는 증가할 것이다. 인장 강성 및 내충격성도 마찬가지이다.
일부 실시형태에서, 다수의 층이 동시에 부착될 수 있다. 이들 실시형태에서, 경사 필라멘트 및 위사 필라멘트의 2 이상의 제1 그룹이 상기 설명된 방식으로 부착된다. 그러나, 해당 층에서 다음번 위사 필라멘트로 나아가기 전에, 경사의 2 이상의 제2 추가 그룹이 또 다른 위사 필라멘트와 함께 층의 상부에 부착되며, 이로써 인터레이스드 복합물의 2개 층이 생성된다. 한번에 부착될 수 있는 층의 수는 부착 기계의 정교성 및 이용가능한 경사 그룹의 수에 의해서만 제한된다. 일부 실시형태에서, 이 기술은 또한 층들 사이에서 경사 필라멘트를 인터레이스할 수 있다. 상기 설명된 2개 층의 예를 사용하면, 경사 그룹은 각 위사 위치에 먼저 부착된 층 사이에서 교대될 것이다. 따라서, 제1 위사 위치 뒤, 다음번 위사 위치에, 2 이상의 제2 경사 그룹과 이들의 위사 필라멘트가 먼저 부착되고, 이어서 2 이상의 제1 경사 그룹과 이들의 위사 필라멘트가 부착된다. 이 방식으로, 이제 2 이상의 제1 경사 그룹은 상부층이 되고, 2 이상의 제2 경사 그룹이 하부층이 된다.
대부분의 실시형태에서, 경사와 위사는 서로 직교한다. 그러나, 일부 실시형태에서, 경사와 위사 사이의 각도를 더 작게 함으로써(90도 미만) 유리한 재료 특성이 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 8은 경사와 위사가 서로 45도인 평직을 예시한다.
일부 실시형태에서, 필라멘트 사이의 갭은 후 처리 작업으로서 추가의 수지로 채워질 수 있다. 다른 실시형태에서, 필라멘트는 부착 동안 함께 융합되어 보이드가 없는 층을 생성할 수 있도록 충분히 밀접한 상태로 이격될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 필라멘트는 후 처리 단계에서 임의의 갭이 제거될 수 있도록 부착 동안 충분히 밀접한 상태로 이격될 수 있다. 예를 들어, 필라멘트의 매트릭스를 재유동시키기 위해 최종 부품이 제거, 가열 및 압축될 수 있고, 이로써 갭이 채워지고 갭에 포착된 기체들이 내보내질 수 있다.
그러나, 일부 실시형태에서, 갭은 밀도 및 크랙 전파를 감소시키기 위해 의도적으로 남을 수 있다. 예를 들어, 수지와 섬유의 일부 조합에서 갭을 채우는 것은 수지에 의한 갭의 충전이 크랙 전파를 촉진하기 때문에 최종 복합물 부품의 강도 및/또는 내충격성을 감소시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 최종 부품의 강도 및 내충격성은 수지와 강화 섬유 사이의 계면 근처의 크랙에 특히 민감할 수 있다. 이들 실시형태에서, 갭의 빈 공간을 남김으로써 크랙이 계면으로 전파되는 경로를 제거할 수 있고, 그 결과 뛰어난 기계적 특성이 얻어진다. 다른 실시형태에서, 갭의 빈 공간을 남김으로써 필라멘트의 좌굴 내성을 개선할 수 있고, 상응하여 부품의 전체적인 압축 강도를 개선할 수 있다. 이들 실시형태에서, 갭을 남김으로써 얻어진 높은 계면 강도는 섬유가 강화된 수지 기둥으로 작용하도록 하며, 이 경우 강화 수지는 "리바"로서 작용한다.
필라멘트 설계
바람직한 실시형태에서, 필라멘트는 고분자 수지로 코팅된 고성능 강화 얀을 포함하며, 이로써 복합 필라멘트가 생성된다. 일부 실시형태에서, 고분자는 엔지니어링 고분자이다. 바람직한 실시형태에서, 수지는 폴리에테르케톤케톤(PEKK)이다.
몇 가지 중요한 기계적 변수 및 가공 변수가 용융 점도, 용융 온도, 강성, 인성, 밀도, 및 화학 및 열적 안정성을 포함하는, 복합물의 가공 거동 및 최종 기계적 특성과 관련된다. 결과의 복합물에서 대부분의 강도 및 강성은 강화 섬유에 의해 제공되기 때문에, 최적 성능을 달성하려면 복합 필라멘트에 대해 적절한 섬유가 선택되어야 한다. 일부 실시형태에서, 수지와 강화 섬유 사이의 계면이 복합물의 특성에 가장 강한 영향을 미친다. 계면이 약하면 섬유가 매트릭스로부터 빠져나와 하중을 전달하지 못하여 전체 복합물 강도가 낮아진다. 따라서, 일부 실시형태에서, 필라멘트가 우수한 계면 강도를 나타내기 위해 섬유의 표면 변형(예를 들어, 에칭, 사이징)이 필요할 수 있다. 일부 실시형태에서, 나일론 6 또는 나일론 6,6이 사이징되지 않은 탄소 섬유와 쌍을 이룰 수 있다. 바람직한 실시형태에서, PEKK 수지가 사이징되지 않은 탄소 섬유와 쌍을 이룰 수 있다.
일부 다른 실시형태에서, 강화 섬유는 아라미드(예를 들어, Nomex®, Kevlar®), 금속, 유리, 탄화규소, 산화지르코늄, 또는 산화알루미늄일 수 있다. 당업자는 다른 적합한 강화 섬유들도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시형태에서, 상이한 강화 섬유 및/또는 수지를 가진 상이한 경사 필라멘트가 부착될 수 있다. 일부 실시형태에서, 경사 그룹의 경사 필라멘트는 모두 동일할 수 있다. 다른 실시형태에서, 경사 그룹의 경사 필라멘트는 상이할 수 있다.
일부 다른 실시형태에서, 필라멘트는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 이들 실시형태에서, 열경화성 수지는 부착 동안 경화되지 않는다. 수지는 부착 후에 경화되며, 이로써 경사와 위사 필라멘트 사이가 결합된다. 일부 실시형태에서, 수지는 부착 순서에서 각 단계 동안 선택적으로 경화될 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 전체 층의 수지가 동시에 경화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수지는 UV 광에 의해 경화될 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 수지는 열을 가함으로써 경화될 수 있다. 이들 실시형태에서, 열은 전도, 대류, 복사, 또는 이들 세 방식의 임의의 조합에 의해 적용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 필라멘트는 수지로 사전함침되거나 사전코팅된 강화 섬유 대신 혼합된 열가소성 수지 섬유와 강화 섬유를 포함할 수 있다. 이들 실시형태에서, 수지가 부착 과정 동안 용융되면서 강화 섬유를 적신다.
일부 실시형태에서, 사용된 필라멘트는 단일-고분자 열가소성 섬유 또는 다수의 열가소성 섬유의 얀일 수 있다. 이들 실시형태에서, 수지는 부착 동안 용융되지 않는다. 대신, 경사와 위사가 용융되어 융합되며, 부착 후 인터레이스를 형성한다. 이것은 국소적으로 발생할 수 있거나(예를 들어, 레이저 또는 가열된 롤러에 의해), 또는 그 위로 열원을 통과시킴으로써 전체 층이 융합될 수 있다. 이 과정은 강화된 복합물에 의해 생성되는 것보다 강성이 낮은 경량 성분을 원하는 경우 바람직할 수 있다.
경사 부착
복합물 프린터의 기계 시스템은 자가드 직기와 FDM 프린터의 조합인 것이 고려될 수 있다. 이제 복합 프린터(900)의 단순한 버전을 예시한 도 9를 참조하면, 프린터의 베이스 유닛은 인쇄판(916) 위에 경사 필라멘트를 부착하는 경사 프린트 헤드(902)(경사 헤드)이다. 다수의 경사 헤트가 경사 랙(920)에 통합될 수 있다. 위사 삽입장치(미도시)에 의해 위사가 각 경사 헤드(902)로부터 압출된 경사 필라멘트에 직조될 수 있다. 상기 설명된 대로, 경사 랙(920)의 경사 헤드(902)는 직조 기하구조를 제어하기 위해 위사 삽입 사이에 서로에 대해 이동한다.
한 실시형태에서, 경사 헤드(902)는 가이드 로드(906) 및 리드 스크류(904)에 의해 각각 지지된다. 리드 스크류(904) 및 가이드 로드(906)는 말단판(908)에 의해 지지된다. 말단판(908) 및 인쇄판(916)은 프레임(910)에 의해 지지된다. 각 리드 스크류(904)는 모터(918)에 의해 구동된다. 일부 실시형태에서, 리드 스크류(904)와 가이드 로드(906)는 교대하는 경사 헤드(902)의 상부에서 하부까지 교대도 배치될 수 있고, 이로써 더 타이트하게 압축된 경사 헤드(902)를 수용할 수 있다. 다른 실시형태에서, 추가의 장착판(908)이 더 긴 리드 스크류(904)에 연결된 추가의 모터(918)를 수용하기 위해 인쇄 공간으로부터 더 뒤쪽에 제공될 수 있다. 이들 실시형태는 또한 더 높은 경사 헤드 밀도를 허용한다. 일부 실시형태에서, 리드 스크류(904)는 가요성 커플링(912)을 통해 모터(918)에 연결될 수 있다. 일부 실시형태에서, 리드 스크류(904)의 비-구동 단부는 결합을 방지하기 위해 부동 베어링에 의해 지지될 수 있다. 일부 실시형태에서, 모터 및/또는 리드 스크류는 제어 장치에 경사 헤드(902)의 위치를 나타내기 위해 인코더와 함께 설치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 모터는 스테퍼 모터일 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 모터는 서보 모터, 직류 모터, 또는 교류 모터일 수 있다.
일부 다른 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 경사 헤드(902)는 하나 이상의 빔 또는 다수의 가이드 로드에 의해 지지될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 경사 헤드(902)는 선형 모터, 체인, 벨트, 공압 또는 유압 장치에 의해 구동될 수 있다.
도 10 및 11은 경사 헤드(902)의 한 실시형태 및 그 경사 헤드(902)의 단면을 예시한다. 경사 헤드(902)는 모티브 섹션(930), 히터 섹션(932), 및 커버 플레이트(934)를 포함한다. 이 실시형태에서, 리드 스크류, 베어링 및 가이드 로드의 조합이 모티브 섹션(930)을 통해서 경사 헤드(902)를 구동시킨다. 가장 단순한 구성형태에서, 모티브 섹션(930)은 가이드 로드(906) 및 리드 스크류(904)를 위한 2개의 스로 홀(936)을 포함한다. 2개의 가로방향 홀(938)은 리스 스크류(904)의 볼 스크류 또는 가이드 로드(906)의 선형 베어링의 장착을 허용한다. 모터(918)가 선회함에 따라, 리드 스크류(904)는 회전 운동을 선형 동작으로 전달하고, 가이드 로드(906)는 경사 헤드(902)의 회전을 방지하는 역할을 한다. 경사 헤드(902)가 가이드 로드와 결합하는 것을 방지하기 의해 자체-정렬 베어링이 사용된다.
한 실시형태에서, 복합 필라멘트는 고체 상태로 경사 헤드로 들어가고, 거기서 가열되고 압출된다. 히터 섹션(932)은 커버 플레이트(934)와 짝을 이룬다. 히터 섹션은 가열 요소(940)를 위한 공동을 포함한다. 한 실시형태에서, 가열 요소는 세라믹 카트릿지 히터일 수 있다. 다른 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 가열 요소는 니크롬 와이어 또는 유도 코일과 같은 다른 저항 요소일 수 있다. 부착될 필라멘트는 히터 섹션(932)와 커버 플레이트(934) 사이에서 채널(942)을 통해 이동한다. 일부 실시형태에서, 경사 헤드(902)는 히터 섹션(932)을 갖지 않을 수 있다. 이들 실시형태 중 일부에서, 필라멘트의 열가소성 수지는, 예를 들어 레이저에 의해, 그것이 부착됨에 따라 원격으로 용융될 수 있다.
경사 필라멘트는 바람직하게 릴(미도시)로부터 공급된다. 릴은 바람직하게 고정형이며, 경사 헤드(902)로부터 원격 장착된다. 필라멘트는 그것의 배치를 제어하기 위해 장력하에 유지되어야 한다. 한 실시형태에서, 경사 헤드 상의 롤러(미도시)가 인쇄판(916)에 대해 압력을 가함으로써 부착 동안 필라멘트에 장력을 생성한다. 장력은 인장된 릴(미도시)로부터 필라멘트를 잡아당긴다. 이것은 "필라멘트 풀링" 시스템으로서 설명될 수 있다. 다른 실시형태에서, 동력 롤러(미도시)의 쌍인 "필라멘트 푸싱" 시스템이 릴로부터 필라멘트를 잡아당기고 그것을 튜브(미도시)로 밀어넣어 필라멘트를 경사 헤드(902)로 안내한다. 이 실시형태는 당업자에 의해 이해되는 대로, 용접 와이어를 토치에 전달하기 위한 MIG 용접기의 구동 시스템과 유사하다. 압출 과정 동안 필라멘트에 대한 전체 힘은 용융된 필라멘트에 내장된 필라멘트에 대한 장력과 경사 헤드의 압력의 조합이다. 다른 실시형태에서, 필라멘트의 장력은 리드 스크류(904)의 토크를 변경함으로써 제어될 수 있다.
도 12 및 13은 더 정교한 프린터(1200)의 두 도면이다. 프린터(1200)에 추가의 경사 랙을 추가함으로써 더 복잡한 2D 복합물 구조가 달성될 수 있다. 이 실시형태에서는 주 경사 랙(1210) 및 부 경사 랙(1220)이 있다. 주 경사 랙(1210)은 상기 설명된 대로 작동한다. 부 경사 랙(1220)의 경사 헤드(1222)는 그 자신의 가이드 로드(1224) 및 리드 스크류(1226)를 가지며, 이들은 주 경사 랙(1210)의 가이드 로드(1214) 및 리드 스크류(1216) 위에 위치된다. 주 경사 랙(1210)의 가이드 로드(1214) 및 리드 스크류(1216)는 베어링에서 부 경사 헤드(1222)의 하부 부분을 통과하고, 이로써 부 경사 헤드(1222)는 주 경사 헤드(1212)와 독립적으로 이동할 수 있다. 부 경사 헤드의 가열 요소(1228) 및 압출기(1230)는 주 경사 헤드의 가열 요소(1218) 및 압출기(1208)와 같은 높이에 위치된다. 상기 설명된 대로, 추가의 경사 랙은 한 번의 통과시 복합물의 다수의 층의 부착을 허용한다. 이들은 또한 상기 설명된 대로 층들 사이의 인터레이싱을 허용한다.
인쇄판
또한, 인쇄판(916, 1270)이 프린터 시스템의 중요한 구성요소이다. 한 실시형태에서, 인쇄판(916)은 수직("Z") 축에서 단독으로 이동한다. 복합물의 각 층이 완료됨에 따라 인쇄판(916)이 하강하고, 새로운 층이 이전 층의 상부에 부착될 수 있다.
더 정교한 인쇄판(1270)이 도 12 및 13에 도시된다. Z 축에서 이동하는 것에 더하여, 이 프린터의 인쇄판(1270) Z-축을 중심으로 회전한다. 이로써 층마다 섬유 배향이 변화될 수 있고, 이것은 최종 복합물 부품에 유익한 재료 특성을 제공할 수 있다. 한 실시형태에서, Z 축 중심 회전은 인쇄판의 밑면상의 행성형 기어 구조에 의해 달성된다. 이 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 행성 캐리어가 고정됨으로써 태양 기어의 회전에 의해 링 기어가 회전된다. 상기 설명된 대로, 인쇄판(1270)은 또한 층이 인쇄됨에 따라 하강하며, 경사 헤드(1212, 1222)와 인쇄판(1270) 사이에 일정한 갭이 유지된다. 수직 동작은 리드 스크류, 유압식 또는 공압식 리프트, 선형 작동기, 또는 당업자에 의해 이해되는 다른 수단을 사용하여 달성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 인쇄판(1270)은 또한 경사 헤드의 동작을 가로지른 방향으로 이동한다. 이 가로방향 동작은 경사 헤드 사이의 중심간 거리보다 가까운 거리에 경사 필라멘트의 부착을 허용한다. 예를 들어, 한 실시형태에서, 층이 완료된 후, 인쇄판(1270)은 경사 헤드 사이의 피치의 1/2과 같은 양만큼 가로방향으로 이동하여 층을 반복할 수 있다. 이 기술은 서로의 위에 경사 필라멘트를 반복하는 것보다 높은 경사 밀도를 가져오는데, 제2 층 경사 필라멘트가 제1 층 경사 필라멘트 사이의 공간에 "정착"할 것이기 때문이다.
일부 실시형태에서, 인쇄판(1270)은 또한 Z 축에 직교하는 축을 중심으로 회전한다. 이들 실시형태에서, 인쇄판은 기울어질 수 있고, 이것은 더 복잡한 3차원 복합물 구조의 생성을 허용한다. 바람직한 실시형태에서, 인쇄판은 3개의 직교하는 방향으로 직선 이동할 수 있고, 이들 방향에 평행한 3개의 축을 중심으로 회전할 수 있다.
일부 실시형태에서, 인쇄판(1270)은 인쇄 과정 동안 가열될 것이다. 이것은 열가소성 수지의 냉각 속도를 제어한다. 한 실시형태에서, 인쇄판(1270)은 인쇄판에 내장된 저항 가열 요소에 의해 가열될 수 있다. 열가소성 매트릭스의 용융 온도를 초과하는 작동 온도가 필요한 경사 헤드(1212, 1222)와 달리, 인쇄판(1270)은 용융 온도 미만에서 작동하며, 따라서 경사 헤드보다 덜 정밀한 온도 제어를 필요로 한다. 다른 실시형태에서, 인쇄판은 물 또는 물-글리콜 혼합물과 같은 가열된 유체, 또는 증기에 의해 가열될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 대로, 열가소성 몰드의 온도를 제어하기 위한 많은 방법이 인쇄판(1270)의 온도를 제어하는데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 인쇄판(1270)은 최종 복합물 부품의 이형을 촉진하기 위해 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 영구적 표면 처리에 의해 처리될 수 있다. 다른 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 인쇄판(1270)은 각 부품에 앞서 임시 이형제, 예를 들어 실리콘 유체로 처리될 수 있다.
압축 롤러
일부 실시형태에서, 프린터는 압축 롤러(1260)를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 압축 롤러(1260)는 층들의 부착 사이에 인터레이스드 복합물 구조를 압축한다. 일부 실시형태에서, 이것은 최종 복합물 부품에 더 큰 일관성을 제공한다. 다른 실시형태에서, 압축 롤러(1260)는 가열될 수 있다. 가열은 (1) 필라멘트의 용융된 열가소성 수지의 냉각을 제어하는 것; (2) 열가소성 수지를 용융 또는 재용융하여 복합 필라멘트들 사이의 고품질 접합을 보장하는 것(제한은 아니지만 경사-위사 접합 및 층-층 접합을 포함함); 및 (3) 열경화성 수지를 이용한 복합재에서 열경화성 수지를 경화시키는 것 중 하나 이상의 목적을 위해 이용될 수 있다.
한 실시형태에서, 압축 롤러(1260)는 적어도 2개의 리드 스크류(1266) 및 2개 이상의 가이드 로드(1268)에 의해 구동되는 한 쌍의 모티브 섹션(1264)을 갖는다. 리드 스크류(1266)는 모티브 섹션(1264)을 구동시키고, 이것은 차례로 압축 롤러(1260)를 함께 이송한다. 특정 실시형태에서, 압축 롤러(1260)는 하나 이상의 구동 모터(1262)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 구동 모터(들)(1262)는 모든 동력을 제공할 수 있고, 모티브 섹션은 4개의 가이드 로드(1268) 상에서 작동할 수 있다. 다른 실시형태에서, 구동 모터(들)(1262)는 압축 롤러(1260s)를 이동시키기 위해 리드 스크류(1266)와 협력하여 작동한다.
위사 삽입
위사 삽입장치는 각 삽입을 인쇄 공간 외부에서 완전히 시작하고 끝낼 수 있어야 하며, 삽입 사이에서 경사 헤드가 이동할 수 있어야 한다. 도 12 및 13은 위사 삽입 시스템(1240)의 한 실시형태를 예시한다. 이 실시형태에서, 위사는 랙-앤-피니언 레이피어(1242)에 의해 삽입된다. 한 실시형태에서, 당업자에게 의해 이해되는 대로, 레이피어(1242)는 일치하는 기어형 피니언(1246)에 의해 구동되는 랙(1244)(일련의 선형 기어 톱니)을 포함한다. 다른 실시형태에서, 랙(1244)은 피니언(1246)으로서 매끄러운 고무 휠에 의해 구동된 매끄러운 벽을 가진 트랙일 수 있다. 피니언(1246)은 모터(1248)에 의해 구동된다. 피니언(1246)이 반시계 방향으로 선회함에 따라, 레이피어(1242)는 프린트 공간(1244)으로 연장되어 위사 필라멘트를 함께 운반한다. 이 실시형태에서, 랙(1244)과 레이피어(1242)는 강성이다. 한 실시형태에서, 위사 필라멘트는 삽입 동작에 의해 인장된 스풀(미도시)로부터 인출된다. 바람직한 실시형태에서, 이어서 피니언(1246)이 반전되고 시계방향으로 선회하여 레이피어(1242)를 후퇴시키고, 레이피어(1242)의 후퇴에 따라 위사가 부착된다. 다음에, 위사는 피니언(1246) 근처에서 절단된다(하기 절단 기술 참조). 또 다른 실시형태에서, 위사는 레이피어(1242)의 삽입 동안 부착되고, 적절한 거리까지 삽입된 후 위사가 절단된다. 다음에, 피니언(1246)이 반전되고 시계방향으로 선회하여 레이피어(1242)를 후퇴시킨다.
한 실시형태에서, 위사는 삽입 동안 용융되지 않는데, 부착될 때 용융된 경사 필라멘트가 위사에 접합될 것이기 때문이다. 다른 실시형태에서, 가열 모듈(미도시)이 용융된 위사 필라멘트의 부착을 위해 레이피어의 단부에 부가될 수 있다. 다른 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 레이피어(1242)는 스프로킷 또는 구동 롤러에 의해 구동되는 가요성 금속 테이프일 수 있다.
이 실시형태에서, 전체 위사 삽입 시스템(1240)은 경사 헤드(1204, 1296)와 동일한 방향으로 인쇄 공간의 길이만큼 이동한다. 이것은 적절한 위치에 위사를 삽입할 수 있게 한다. 한 실시형태에서, 위사 삽입 시스템(1240)은 2개의 가이드 레일(1248)에 탑승되고, 리드 스크류(1250) 및 모터(1252)에 의해 구동된다. 다른 실시형태에서, 당업자에 의해 이해되는 대로, 위사 삽입 시스템은 선형 모터, 체인, 벨트, 공압 또는 유압에 의해 구동될 수 있다.
도 14는 위사 삽입 시스템의 다른 실시형태를 예시한다. 이 실시형태에서, 에어제트 삽입 시스템(1400)은 압축공기의 펄스에 의해 미리 절단된 위사 필라멘트를 토출하여 그것을 경사 필라멘트 사이에 삽입한다. 에어제트 삽입 시스템(1400)은 레이피어 삽입 시스템에서와 같이 경사 헤드(1204, 1296)와 동일한 방향으로 인쇄 공간의 길이만큼 이동해야 한다. 이 실시형태에서, 시스템은 노즐(1402), 압축 공기 저장소(1404), 주 공기 밸브(1406), 위사 커터(1408), 위사 릴(1410), 및 위사 압출기(1412)를 포함한다. 작동 동안, 위사 압출기(1412)는 위사 릴(1410)로부터 위사 필라멘트를 인출하고, 그것을 원하는 길이로 노즐(1402)에 공급한다. 위사 커터(1408)는, 예를 들어 커터 슬롯(1414)을 통해 블레이드에 의해 위사 필라멘트를 절단한다. 위사 압출기(1412)는 압축 공기가 위사 릴(1410) 하우징으로 들어가는 것을 방지하기 위한 공기 밸브를 포함한다. 다음에, 위사 압출기(1412) 밸브가 닫히고, 주 공기 밸브(1406)가 제어된 기간 동안 열리고, 절단된 위사 필라멘트에 압력을 가하여 노즐(1402)로부터 내보낸다. 필라멘트는 수지로 미리 함침되기 때문에, 그것은 노즐(1402)로부터 토출될 때 직선을 유지하기에 충분한 강성을 보유한다. 바람직한 실시형태에서, 토출된 위사 필라멘트는 그것이 인쇄 영역의 반대편 측의 정지판(미도시)에 부딪힐 중단된다. 한 실시형태에서, 인쇄판은 고정된다. 다른 실시형태에서, 인쇄판은 토출된 위사 필라멘트의 최종 안착 위치를 변경하기 위해 경사 헤드를 가로질러 이동할 수 있다. 레이피어 위사 삽입 시스템과 마찬가지로, 에어제트 위사 삽입 시스템(1400)은 위사를 같은 위치에 삽입하기 위해 경사 헤드와 동일한 방향으로 인쇄 공간의 길이만큼 이동해야 한다. 이러한 동작에 대해 상기 논의된 모든 메커니즘이 에어제트 위사 삽입기에도 적합하다.
필라멘트 절단
상기 주지된 대로, 부착된 경사 및 위사 필라멘트는 원하는 길이에 도달했을 때 절단되어야 한다. 몇 가지 방법이 필라멘트를 절단하기 위해 사용될 수 있다. 한 실시형태에서, 연장가능한 가위가 사용될 수 있다. 도 15는 연장가능한 가위의 한 실시형태의 절단 메커니즘을 예시한다. 일 실시형태에서, 절단 메커니즘은 위사 삽입장치에 사용된 것과 유사한 레이피어의 인쇄 공간으로 연장된다. 위사 삽입장치와 마찬가지로, 당업자에 의해 이해되는 대로, 연장가능한 가위 메커니즘은 랙 및 피니언, 선형 모터, 체인, 벨트, 공압 또는 유압에 의해 구동될 수 있다. 연장가능한 가위는 필라멘트가 독립적으로 절단되는 것을 허용하며, 이것은 더 복잡한 모양이 인쇄되는 것을 가능하게 한다. 경사 필라멘트의 절단을 위해, 연장가능한 가위는 프린터의 단부에 장착되고, 레이피어가 경사 동작 방향으로 연장되어 필라멘트를 절단한다. 일부 실시형태에서, 단일 연장가능한 가위 커터가 모든 경사 헤드를 가로질러 이동하면서 각 경사 필라멘트를 개별적으로 절단할 수 있다. 이것은 절단 제어를 단순하게 하고, 필라멘트의 선택적 절단을 가능하게 하며, 예를 들어 복합물의 완전성의 손상 없이 고정장치를 위한 구멍을 만들 수 있다. 다른 실시형태에서, 각 경사 헤드는 그 자신의 연장가능한 가위를 가질 수 있다. 이 실시형태는 기계에 더 높은 작동 속도를 제공한다. 다른 실시형태에서, 절단 시스템(가위와 같은)은 작동 속도를 증가시키기 위해 경사 헤드에 통합될 수 있다.
절단 메커니즘은 2개 절단날(1502), 2개의 레버(1504); 주 피봇(1506), 2개의 부 피봇(1508), 프레임(1510) 및 중공 레이피어(1512)를 포함한다. 레버(1504)는 부 피봇(1508)의 일단에서 절단날(1502)에 연결된다. 레버(1504)의 다른 단부는 자유롭다. 절단날은 주 피봇(1506)에서 프레임(1510)에 회전가능하게 고정된다. 절단 작업 동안, 중공 레이피어(1512) 내의 와이어 또는 로드(미도시)가 레버(1504)의 자유로운 단부를 잡아당겨 주 피봇으로부터 멀어지게 한다. 당기는 힘은 중공 레이피어(1512)를 향해 부 피봇(1508)과 절단날을(1502)의 단부를 당기는 경향이 있다. 이것은 주 피봇(1506)을 중심으로 회전하는 절단날(1502)에 모멘트를 부여하여 절단 작용을 유발한다.
다른 실시형태에서, 로터리 커터가 필라멘트를 절단하기 위해 사용될 수 있다. 도 16은 롤러 커터의 한 실시형태를 예시한다. 롤러 커터는 회전날(1602), 피벗(1606) 및 하우징(1608)을 포함한다. 회전날은 예리하게 연마된 엣지(1604)를 가진다. 로터리 커터는 연장가능한 암의 단부에 장착된다. 위사 삽입에 사용된 레이피어나 연장가능한 가위와 달리, 로터리 커터의 암은 절단을 위한 하강력을 제공할 수 있을 만큼 충분히 강성이어야 하기 때문에 상당히 견고해야 한다.
작동시 암은 절단될 필라멘트를 가로질러 인쇄 공간으로 연장된다. 예를 들어, 경사 필라멘트를 절단하기 위해, 로터리 커터는 경사 헤드의 동작에 가로 방향으로 절단 공간으로 연장된다. 암은 인쇄판(916, 1270)과 회전날(1602) 사이에 하향력을 제공한다. 회전날(1602)이 각 필라멘트를 지나감에 따라, 필라멘트는 회전날(1602)과 인쇄판(916, 1270) 사이에서 절단된다. 로터리 커터가 연장되는 거리가 제어되지만, 그것은 지나가는 필라멘트를 전부 절단할 것이다. 따라서, 복잡한 엣지 기하구조를 가진 복합물 구조는 회전식 커터가 원치않는 필라멘트의 절단 없이 필요한 필라멘트를 전부 절단할 수 있도록 절단 공간 내레 주의깊에 위치되어야 한다. 이러한 제한은 로터리 커터가 내부에 구멍이 있는 복합물 구조를 인쇄하는데 적합하지 않다는 것을 의미한다.
다른 실시형태에서, 드래그 나이프 스타일 커터가 필라멘트를 절단하는데 사용될 수 있다. 도 17은 드래그 나이프 커터의 한 실시형태를 도시한다. 드래그 나이프는 절단점(1704)이 있는 블레이드(1702), 프레임(1706), 블레이드 척(1708)을 포함한다. 블레이드 척(1708)은 프레임(1706)에 블레이드(1702)를 단단히 고정한다. 블레이드 척(1708)은 스크류(1710)에 의해 고정된다. 한 실시형태에서, 블레이드(1702)는 표준 다용도 나이프 블레이드일 수 있다. 다른 실시형태에서, 블레이드는 고속 강철, 탄화텅스텐, 다이아몬드, 사파이어, 또는 다른 적절히 단단한 재료로 만들어진 예리한 커터일 수 있다. 당업자는 필라멘트 재료에 따라 다른 블레이드 재료도 적절할 수 있음을 이해할 것이다. 드래그 나이프 커터는 회전식 커터와 유사하게 연장가능한 암에 장착된다. 회전식 커터와 마찬가지로, 연장가능한 암은 절단에 필요한 하강력을 제공할 수 있을 만큼 충분히 강성이어야 한다.
작동시 암은 절단될 필라멘트를 가로질러 인쇄 공간으로 연장된다. 예를 들어, 경사 필라멘트를 절단하기 위해, 드래그 나이프 커터는 경사 헤드의 동작에 가로 방향으로 절단 공간으로 연장된다. 암은 인쇄판(916, 1270) 및 드래그 나이프(1602) 사이에서 아래로 힘을 제공한다. 드래그 나이프(1602)가 각 필라멘트를 지나감에 따라, 필라멘트는 드래그 나이프(1602)와 인쇄판(916, 1270) 사이에서 절단된다. 한 실시형태에서, 드래그 나이프는 암의 단부에 고정되며, 로터리 커터와 동일한 제한을 갖는다. 다른 실시형태에서, 보조 작동기가 절단면으로부터 드래그 나이프를 약간 들어올릴 수 있고, 드래그 나이프가 인쇄판을 가로질러 지나감에 따라서 필라멘트의 선택적인 절단을 허용한다.
전송 얀 통합
일부 실시형태에서, 하나 이상의 테이프는 전송 재료를 포함하는 전송 테이프일 수 있다. 전송 재료는 열을 전도하거나 데이터, 신호 또는 전류를 전송하는데 적합한 모든 재료를 포함할 수 있다. 전송 재료의 예는 금속 와이어, 광섬유 및 금속 또는 도광재를 포함할 수 있다. 전송 테이프의 기계적 및 가공 변수는 사용된 전송 재료의 타입 및 원하는 기능성에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 일부 실시형태에서, 전송 재료는 합체 과정 동안 2개의 테이프 사이에 봉입될 수 있다. 한 예에서, 도 18a는 합체 동안 형성될 수 있는 전송 테이프(1800)의 분해도를 예시한다. 전송 테이프(1800)는 그 사이에 위치된 전송 와이어(1820)와 함께 하부 테이프(1810)에 오버레이된 상부 테이프(1830)를 포함한다. 전송 와이어(1820)의 예는 와이어 형태의 전송 재료를 포함할 수 있다. 합체 전에, 하부 테이프(1810)와 상부 테이프(1830)는 함께 융합되지 않을 수 있지만 합체 동안에는 단일 경사 또는 위사 테이프로서 작용할 수 있다. 합체 후, 하부 테이프(1810)와 상부 테이프(1830)는 함께 융합되고, 이들 사이의 전송 와이어(1820)가 봉입될 수 있다. 도 18b는 다수의 전송 와이어(1820)를 포함하는 도 18a의 예시적인 전송 테이프(1800)의 단면을 도시한다. 상단 테이프(1810)는 하단 테이프(1830)에 오버레이된다. 전송 와이어(1820)는 상단 테이프(1810)와 하단 테이프(1830) 사이에 위치된다. 이 예에서, 상단 테이프(1810)와 하단 테이프(1830)는 이미 함께 융합되었고, 그 결과 이들 사이에 전송 와이어(1820)가 봉입된다.
도 18c는 전송 테이프(1850)가 전송 와이어(1820) 대신 전송 리본(1870)을 포함하는 것을 제외하면 도 18a의 전송 테이프(1800)와 유사한 전송 테이프(1850)의 분해도를 도시한다. 전송 리본(1870)의 예는 리본 형태의 전송 재료를 포함할 수 있다. 전송 리본(1870)은 합체 동안 상부 테이프(1860)와 하부 테이프(1880) 사이에 위치된다. 합체 후에, 상부 테이프(1860)와 하부 테이프(1880)는 함께 융합될 수 있고, 이들 사이에 전송 리본(1880)이 봉입될 수 있다.
도 18d는 전송 리본(1870)을 포함하는 도 18b의 예시적인 전송 테이프(1850)의 단면을 도시한다. 상단 테이프(1860)는 하단 테이프(1880)에 오버레이된다. 전송 리본(1870)은 상단 테이프(1860)와 하단 테이프(1880) 사이에 위치된다. 이 예에서, 상단 테이프(1860)와 하단 테이프(1880)는 이미 함께 융합되었고, 그 결과 전송 리본(1870)이 이들 사이에 봉입된다.
일부 실시형태에서, 전송 테이프(1800, 1850)는 국제출원 No.WO 2017/200935의 단락 [0082]-[0086] 및 도 7a-9c에 설명된 방법을 사용하여 제조될 수 있다(본원에 그 전체가 포함된다). 예를 들어, 전송 와이어(1820) 또는 전송 리본(1870)은 경사 필라멘트(222b-c 또는 212b-c)와 같은 중앙의 경사 필라멘트 중 하나의 위치에서 복합 직기(100)에 공급될 수 있다. 단락 [0082]-[0086]에 설명된 합체 과정은 전송 와이어(1820) 또는 전송 리본(1870)이 위에 있는 적어도 하나의 테이프와 아래에 있는 하나의 테이프 사이에 봉입될 것이다.
일부 실시형태에서, 전송 재료는 고화 전에 수지에 함침될 수 있다. 예를 들어, 도 19는 다수의 함침된 전송 와이어(1910)를 포함하는 전송 테이프(1900)의 단면도를 예시한다. 도 18a-b에 도시된 대로, 전송 와이어(1910)는 2개의 테이프 사이가 아니라 단일 테이프 내에 함침된다. 합체 중 전송 재료를 함침시키는 것과 비교할 때, 전송 리본을 사전 함침하면 구조적 지지의 질은 더 높은 고성능 필름의 사용이 가능하지만 금전적 비용은 더 많이 든다.
이들 실시형태에서, 사용된 수지는 전송 재료의 조성 및 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 전송 테이프는 전류를 전송하는데 사용된 금속 와이어인 전송 재료를 포함할 수 있다. 금속 전송 물질을 통해 전류를 전송하면 전송 테이프의 온도가 상승할 수 있다. 이러한 전송 테이프는 온도 상승을 견딜 수 있는 수지에 금속 전송 재료를 함침시켜야 합니다. 한 실시형태에서, 수지는 전송 테이프에서 예상된 온도 증가보다 높은 열 변형점을 갖는 열가소성 중합체일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 수지는 열경화성 고분자일 수 있다. 열경화성 고분자는 열이 가해지면 다시 녹는 위험을 피할 수 있다는 장점이 있다. 일부 예에서, 선택된 수지는 격자 구조의 다른 필라멘트에 사용되는 수지와 상용성이어야 한다. 예를 들어, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌("ABS") 및 폴리카보네이트는 우수한 접착력을 경험하는 열가소성 고분자이다. 또한, 폴리아미드 및 폴리에스테르와 같은 동일한 고분자 계열의 수지는 서로 더 쉽게 결합된다. 반면, 전송 테이프와 함께 비극성 수지가 사용되고, 격자 구조의 다른 필라멘트는 극성 수지를 갖는 경우, 전송 테이프는 압밀 과정에서 다른 테이프에 접착되지 않는다.
일부 실시형태에서, 전송 테이프의 온도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 차량이나 항공기의 구조 부품에 통합된 전송 테이프를 가열하여 축적된 얼음을 녹일 수 있다. 이러한 실시형태는 저항 및 내산화성이 높은 저항선으로 이루어진 전송 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 니켈과 크롬의 80/20 합금인 니크롬은 가열 목적으로 사용되는 일반적으로 사용되는 저항 재료이다. 가열 전송 테이프에는 열경화성 고분자와 같은 전송 재료에 의해 생성된 더 높은 온도를 견딜 수 있는 수지가 필요할 수 있다.
일부 실시형태에서, 전송 테이프는 구조적 본체로부터 열을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태는 구리 또는 알루미늄과 같은 높은 열 전도율을 갖는 전송 재료를 갖는 테이프를 포함할 수 있다. 전송 테이프는 구조적 본체 또는 인터레이스드 복합물이 통합된 회로 기판 또는 배터리와 같은 구조적 본체에 고정된 구성요소에서 열을 흡수할 수 있다. 이것은 구조적 본체 또는 구성요소를 냉각하는데 도움이 될 수 있다. 전송 테이프가 필라멘트인 예에서, 사용된 수지는 열이 전송 리본을 통과할 수 있도록 해야 한다. 일부 예에서, 전송 테이프는 수지의 전도성으로 인한 잠재적인 방해를 피하기 위해 완전히 전송 재료로 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 예에서, 구조적 본체 또는 구성요소의 열은 전송 재료로 직접 전달될 수 있다.
일부 실시형태에서, 금속 전송 재료를 포함하는 전송 테이프는 다른 테이프에 사용될 수 있는 전도성 재료와 절연될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 금속 전송 재료는 폐쇄 회로의 일부일 수 있다. 탄소 섬유는 테이프에 사용될 수 있는 전도성 재료의 예이다. 직조물이 금속 전송 재료와 저촉하여 탄소 섬유 테이프를 포함하는 경우, 금속 전송 재료를 통과하는 전류의 일부가 탄소 섬유 테이프에 전달될 수 있다. 직조 패턴에 따라 회로가 단락될 수 있다. 이 예에서, 전기 절연체 역할을 하기 위해 금속 전송 재료와 탄소 섬유 테이프 사이에 비-전도성 재료가 필요하다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 금속 전송 재료는 비-전도성 수지에 사전 함침될 수 있다.
다른 실시형태에서, 인터레이스드 복합물은 비-전도성 층이 전도성 층을 서로 전기적으로 절연하도록 2개의 전도성 층 사이에 적어도 하나의 비-전도성 층이 있는 다중 직조층을 포함할 수 있다. 한 예에서, 도 20a에는 금속 전송 테이프 층(2010), 비-전도성 테이프 층(2020), 및 전도성 테이프 층(2030)을 포함하는 다층 복합물(2000)이 예시된다. 금속 전송 테이프 층(2010)은 폐쇄 전기 회로의 일부인 금속 전송 재료를 포함할 수 있다. 전도성 테이프 층(2030)은 탄소 섬유와 같은 전도성 재료를 포함할 수 있고, 금속 전송 테이프 층(2010)과 직접 접촉하면 폐쇄 전기 회로가 단락될 수 있다. 비-전도성 테이프 층(2020)은 유리 섬유와 같은 비-전도성 재료로 구성될 수 있고, 합체 동안 금속 전송 테이프 층(2010)과 전도성 테이프 층(2030) 사이에 구성될 수 있다. 비-전도성 테이프 층(2020)은 전류가 금속 전송 테이프 층(2010)으로부터 전도성 테이프 층(2030)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시형태에서, 다수의 비-전도성 테이프 층(2020)이 절연을 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
도 20b는 도 20a의 다층 복합물(2000)의 단면을 도시한다(층의 일부 평면외 테이프는 생략됨). 금속 전송 테이프(2012 및 2014)는 금속 전송 테이프 층(2010)의 일부이다. 금속 전송 테이프(2012)는 전송 재료(2016)를 포함한다. 비-전도성 테이프(2022)는 비-전도성 테이프 층(2020)의 일부이다. 전도성 테이프(2032 및 2034)는 전도성 테이프 층(2030)의 일부이다. 일부 실시형태에서, 테이프(2014, 2032, 2034)와 같은 추가 테이프가 또한 전송 재료를 포함할 수 있다. 비-전도성 테이프 층(2020)은 전기 회로를 단락시키는 위험으로부터 이러한 실시형태를 보호할 것이다.
일부 실시형태에서, 경사 테이프와 위사 테이프 사이에 전류를 전송하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 대로. 직조 패턴(2100)에는 차량의 창호와 같은 구조적 갭을 수용하기 위한 홀이 형성될 수 있다. 도 21에 도시된 대로, 경사 테이프(2110)는 구조적 갭(2130)으로 인해 연속적이지 않다. 전송 재료(2140)는 도시된 대로 경사 테이프(2110)의 제1 부분에서 위사 테이프(2150), 경사 테이프(2120), 위사 테이프(2160), 및 경사 테이프(2110)의 제2 부분으로 전송 재료(2140)를 라우팅함으로써 구조적 갭(2130)을 우회할 수 있다. 전류를 전송하려면 전송 테이프가 직접 또는 추가 구성 요소를 통해 서로 접촉해야 한다. 한 실시형태에서, 절연재가 경사 및 위사 테이프가 교차하는 곳에서 제거될 수 있고, 따라서 전송 테이프가 교차하는 곳에서 직접 접촉하게 되도록 전송 테이프 내의 전송 물질이 노출될 수 있다. 다른 실시형태에서, 정션 장치가 전송 테이프가 만나는 곳에 적용될 수 있다. 정션 장치의 한 예는 리벳 또는 클린칭 장치일 수 있다. 리벳 또는 클린칭 장치가 전송 테이프를 관통할 수 있다. 한 실시형태에서, 리벳 또는 클린칭 장치는 전송 테이프의 전송 재료를 서로 고정한다. 다른 실시형태에서, 리벳 또는 클린칭 장치는 전류가 장치를 통해 전송 재료 사이에 흐를 수 있도록 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 정션 장치의 다른 예는 광섬유 정션 박스일 수 있다. 전송 테이프의 전송 재료를 연결하기 위한 다른 방법들도 당업계에 있을 수 있다는 것이 고려된다.
도광재는 직조 테이프에 포함될 수 있는 또 다른 타입의 전송 재료이다. 도광재는 빛을 한 곳에서 다른 곳으로 보내는데 사용할 수 있는 전송 매체이다. 광섬유와 같은 일부 도광재는 빛을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 도광재는 기존의 금속 와이어보다 더 먼 거리와 더 빠른 속도로 전송을 허용한다. 또한, 도광재료 금속 와이어와 달리 전자파 간섭의 영향을 받지 않는다. 그러나, 일부 도광재는 금속 와이어보다 더 낮은 응력 수준에서 더 섬세하고 손상될 수 있다. 이러한 경우, 열 또는 초음파 용접과 같이 직물에 더 가벼운 압력을 가하는 테이프 융합 방법이 선호될 수 있다.
일부 실시형태에서, 도광성 전송 재료는 도광성 전송 테이프를 생성하기 위해 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌 등과 같은 광 확산을 허용하는 투명 또는 반투명 필라멘트 재료에 함침될 수 있다. 도광재를 통과한 빛은 필라멘트 재료를 통해 확산될 수 있고, 필라멘트는 광원의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 이러한 도광성 전송 테이프를 포함하는 직조물은 차량의 지붕과 같은 반투명 지붕 구조에 통합될 수 있다. 도광재를 통해 빛을 통과시키는 광원을 활성화함으로써 도광성 전송 테이프는 실내 조명을 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 인터레이스드 복합물의 다수의 경사 및 위사 테이프는 전송 재료가 그리드를 형성하도록 배열된 금속 전송 재료를 포함할 수 있다. 이러한 그리드는 구조 본체가 접촉 또는 손상을 감지할 수 있도록 한다. 예를 들어, 한 실시형태에서, 그리드는 정전식 터치 패널을 위한 투명 전극 층을 생성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 초음파 탄성파는 표면 탄성파("SAW") 터치 패널을 생성하는 테이프를 통해 진동으로서 전달될 수 있다.
전송 재료를 인터레이스드 복합 재료에 통합하면 데이터와 전력이 구조 본체를 통과할 수 있으며, 이는 여기에 이미 설명된 것 외에도 다양한 응용 프로그램을 제공한다. 예를 들어, 인터레이스드 복합물은 무선 주파수(RF) 모듈에 연결된 금속성 전송 재료를 포함할 수 있다. 금속 전송 물질은 RF 모듈의 RF 안테나 역할을 할 수 있다. 전송 재료는 보안 시스템의 일부로서 구조 본체의 손상을 감지하거나 손상이 가시화되기 전에 감지하는데 사용될 수 있다. 전송 재료는 유틸리티 캐비닛과 같은 구조 본체의 변조를 감지하는데도 사용될 수 있다. 또한, 전송 재료를 사용하여 구조 본체의 수명 주기 데이터를 축적할 수 있다. 예를 들어, 프로세서와 메모리를 포함하는 차량은 전송 재료에 의해 감지된 충격 또는 손상 정보를 저장할 수 있다. 날짜 및 위치 데이터는 일부 예에서 차량 손상 기록을 생성하기 위해 충격 정보와 연관될 수 있다.
인터레이스드 복합물은 상이한 기능을 수행하는 다수의 전송 리본을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터레이스드 복합물은 RF 안테나 역할을 하는 금속 전송 리본, 조명을 제공하는 광섬유 재료, 데이터 전송을 제공하는 추가 광섬유 재료, 터치패드 역할을 하는 전기 그리드를 생성하는 추가 금속 전송 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 단일 경사 또는 위사 테이프는 상이한 기능을 수행하는 전송 재료 타입을 포함할 수 있다. 서로 간섭하지 않는 한 가능한 전송 재료 조합이 여러 개 있을 수 있다는 것이 고려된다.
여기에 설명된 대로 데이터 및 전력 전송 기능을 인터레이스드 복합 재료에 통합하면 전기 및 기타 배선을 수용하는 많은 구조 본체에 필요한 부피을 줄일 수 있다. 예를 들어, 많은 자동차 부품의 크기와 모양은 차체를 통해 전기 부품을 구동해야 하기 때문에 제한된다. 차량 도어는 창문 및 기타 기능에 전원을 공급하는 데 필요한 배선을 수용할 수 있도록 필요한 최소 두께를 가지고 있다. 또한, 인터레이스드 복합 재료의 터치 센서 기능은 파워 윈도우 및 도어록과 같이 부피가 큰 버튼과 손잡이를 대체할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같은 일체형 복합물을 사용하여 도어의 구조 본체에 배선을 통합함으로써, 차량의 도어는 더 얇고 강하게 제조될 수 있고, 따라서 안전성을 손상시키지 않으면서 자동차의 캐빈 공간을 확장할 수 있다.
본 출원에 설명된 설계 및 기능은 본질적으로 예시적인 것으로 의도되며 어떤 식으로든 본 개시를 제한하도록 의도되지 않는다. 당업자는 본 개시내용의 교시가 본 명세서에 개시된 형태 및 당업자에게 공지된 추가 형태를 포함하는 다양한 적합한 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 당업자는 실행가능한 명령어가 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있으므로, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 위에서 설명된 방법을 구현하도록 할 수 있음을 인식할 것이다.
본 개시의 특정 실시예가 현재 가장 실용적이고 다양한 실시예로 간주되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 개시는 개시된 실시예에 제한되지 않고 반대로 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 청구항의 범위에 포함된 다양한 수정 및 등가 배열을 포함한다. 본 문서에서는 특정 용어가 사용되지만, 이는 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되며 제한을 목적으로 하는 것은 아니다.
이 서면 설명은 예시를 사용하여 기술의 특정 실시예를 개시하고 또한 당업자가 임의의 장치 또는 시스템을 만들고 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 이 기술의 특정 실시예를 실행할 수 있도록 한다. 기술의 특정 실시예의 특허 가능한 범위는 청구범위에 정의되어 있으며, 해당 기술 분야의 숙련자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는 청구범위의 문자 그대로의 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 가지고 있거나 청구범위의 문자적 언어와 실질적으로 차이가 없는 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 전기적 전송을 위한 직조된 복합물 재료를 연속 형성하는 방법으로서,
    복수의 경사 테이프 및 복수의 위사 테이프를 제공하는 단계;
    제1 서브세트의 각 경사 테이프의 수직 높이가 제2 서브세트의 경사 테이프보다 더 높게 되도록 경사 테이프의 제1 서브세트를 제1 수직 위치로 수직 배치하고 경사 테이프의 제2 서브세트를 제2 수직 위치로 수직 배치하는 단계;
    세1 서브세트와 관련된 경사 테이프와 제2 서브세트와 관련된 경사 테이프 사이에 하나 이상의 위사 테이프를 삽입하는 단계; 및
    제1 서브세트의 각 경사 테이프의 수직 높이가 제2 서브세트의 경사 테이프보다 낮게 되도록 경사 테이프의 제1 서브세트를 제3 수직 위치로 수직으로 재배치하고 경사 테이프의 제2 서브세트를 제4 수직 위치로 수직으로 재배치함으로써 세1 서브세트와 관련된 경사 테이프와 제2 서브세트와 관련된 경사 테이프 사이의 하나 이상의 위사 테이프를 고정하여 복합 직조를 형성하는 단계
    를 포함하며,
    복수의 경사 테이프 중 적어도 하나 또는 복수의 위사 테이프 중 적어도 하나가 전송 재료를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 전송 재료는 금속 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 전송 재료는 도광재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 도광재는 광섬유인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 전송 재료는 적어도 하나의 테이프에 사전-함침되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 경사 테이프는 완전히 전송 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 제1 테이프는 제1 타입의 전송 재료를 포함하고, 제2 테이프는 제2 타입의 전송 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1 직선 방향의 복수의 경사 테이프; 및
    제2 직선 방향의 복수의 위사 테이프
    를 포함하는 인터레이스드 복합물로서,
    복수의 경사 테이프 중 적어도 하나는 복수의 위사 테이프 중 적어도 하나의 위를 지나가고 복수의 위사 테이프 중 적어도 다른 하나의 아래를 지나가며, 복수의 경사 또는 위사 테이프 중 적어도 하나는 전송 재료를 포함하는 전송 테이프인 인터레이스드 복합물.
  9. 제 8 항에 있어서, 전송 재료는 금속 와이어인 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  10. 제 8 항에 있어서, 전송 재료는 도광재인 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  11. 제 10 항에 있어서, 도광재는 광섬유인 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  12. 제 8 항에 있어서, 적어도 하나의 전송 테이프는 완전히 전송 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  13. 제 8 항에 있어서, 제1 전송 테이프는 제1 타입의 전송 재료를 포함하고, 제2 전송 테이프는 제2 타입의 전송 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  14. 제 8 항에 있어서, 적어도 하나의 전송 테이프는 비-전도성 수지; 및 비-전도성 수지에 함침된 전도성 전송 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  15. 제1 직선 방향의 복수의 경사 테이프로서, 복수의 경사 테이프 중 적어도 하나는 전송 재료를 포함하는 전송 테이프인 복수의 경사 테이프; 및
    제2 직선 방향의 복수의 위사 테이프로서, 복수의 위사 테이프 중 적어도 하나는 전송 재료를 포함하는 전송 테이프인 복수의 경사 테이프
    를 포함하는 인터레이스드 복합물로서,
    복수의 경사 테이프 중 적어도 하나는 복수의 위사 테이프 중 적어도 하나의 위를 지나가고 복수의 위사 테이프 중 적어도 다른 하나의 아래를 지나가며, 적어도 하나의 경사 전송 테이프의 전송 재료는 적어도 하나의 위사 전송 테이프의 전송 재료와 접촉하고 있는 인터레이스드 복합물.
  16. 제 15 항에 있어서, 적어도 하나의 경사 전송 테이프와 적어도 하나의 위사 전송 테이프가 교차하는 정션 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  17. 제 16 항에 있어서, 클린칭 장치가 적어도 하나의 경사 전송 테이프의 전송 재료와 적어도 하나의 위사 전송 테이프의 전송 재료를 물리적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  18. 재 15 항에 있어서,
    복수의 경사 테이프 중 적어도 하나의 추가 테이프는 전송 테이프이고,
    복수의 경사 테이프 중 적어도 하나의 추가 테이프가 전송 테이프이며,
    복수의 경사 전송 테이프 및 복수의 위사 전송 테이프는 전기 전류가 각 전송 테이프의 전송 재료를 통과할 때 전기 그리드를 형성하는 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  19. 제 15 항에 있어서, 적어도 하나의 경사 전송 테이프의 전송 재료 및 적어도 하나의 위사 전송 테이프의 전송 재료는 전류가 그것을 통과할 때 열을 생성하는 고도로 저항성인 금속인 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
  20. 제 15 항에 있어서, 적어도 하나의 경사 전송 테이프의 전송 재료 및 적어도 하나의 위사 전송 테이프의 전송 재료는 높은 열 전도율을 갖는 금속인 것을 특징으로 하는 인터레이스드 복합물.
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