KR20150135455A

KR20150135455A - 섬유 강화 성형 부품의 제조 동안 3차원 예비 성형품의 다단계 제조를 위한 방법, 장치 및 예비 성형품

Info

Publication number: KR20150135455A
Application number: KR1020157030606A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 그라프
Original assignee: 디펜바허 게엠베하 마쉬넨- 운트 안라게바우
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-12-02
Also published as: WO2014154720A1; DE102013103039A1; CN105073365A; US20160059498A1; EP2978576A1; JP2016515481A

Abstract

본 발명은, 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)을 위한 하나 이상의 드레이핑 장치(3) 및 하나의 이송 장치(21)를 포함하여, 섬유 강화 성형 부품들(19)의 제조 동안 2개 이상의 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)으로 3차원 예비 성형품(17)을 다단계 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 드레이핑 장치(3)는 적어도 섬유 면포들(1)을 위한 드레이핑 몰드(18)와, 이 드레이핑 몰드(18)의 윤곽에 따라 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)의 재성형 및/또는 고정을 위해 드레이핑 몰드(18) 쪽으로 이동 가능한 드레이핑 스탬프들(5)을 포함한다. 해결할 과제는, 예비 성형품의 다단계 제조 동안 부분 예비 성형품들의 면포 층들 사이 혹은 예비 성형품 내부의 천이부들의 개선을 달성하는 것이다. 방법에 대한 본 발명은, 하나 이상의 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)이 이송 장치(21)에 의해 드레이핑 몰드(18) 내로 삽입되고, 면포 층(들)(A, B, ...)은 드레이핑 스탬프들(5)에 의해 드레이핑 몰드(18)의 윤곽을 따라서 재성형되며, 그리고 성형되지 않은 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)로 예비 성형품(17)이 조립될 때까지 선행 방법 단계들이 반복된다는 것에 있다.

Description

섬유 강화 성형 부품의 제조 동안 3차원 예비 성형품의 다단계 제조를 위한 방법, 장치 및 예비 성형품{METHOD, DEVICE AND PREFORM FOR THE MULTI-STAGE PRODUCTION OF A THREE-DIMENSIONAL PREFORM DURING THE PRODUCTION OF FIBRE-REINFORCED SHAPED PARTS}

본 발명은, 청구항 제 1 항의 전제부에 따르는 섬유 강화 성형 부품들의 제조 동안 3차원 예비 성형품의 다단계 제조를 위한 방법, 청구항 제 10 항의 전제부에 따르는 섬유 강화 성형 부품들의 제조 동안 3차원 예비 성형품의 다단계 제조를 위한 장치, 그리고 청구항 제 17 항 및 제 18 항에 따르는 섬유 강화 성형 부품들의 제조 동안 사용하기 위한 예비 성형품에 관한 것이다.

섬유 복합 부품이라고도 하는 섬유 강화 플라스틱 부품의 제조 동안, 특히 산업상 사용으로서 RTM 방법(Resin Transfer Moulding Method; 수지 이송 성형 방법)이 통상적으로 실행된다. 사용 가능한 플라스틱 부품들에 이르기까지 모든 제조 공정은 복수의 연속 진행되는 개별 공정으로 구성된다. 제 1 방법 단계에서, 실질적으로 이미 차후의 플라스틱 부품의 외부 형태를 갖는 최종 윤곽에 가까운 예비 성형품들/섬유 반제품들이 제조된다. 이런 예비 성형 공정(예비 성형품의 제조)에서는 일반적으로 직물 또는 섬유 면포의 복수의 층이 통상적으로 2차원 형태로 적층되거나 경우에 따라서는 접합되며(소잉, 용접, 접착), 그럼으로써 섬유 직물 스테이플(fiber woven-fabric staple)은 실질적으로 이미 필요한 외부 윤곽과 부분적으로는 이미 특별한 층들 또는 층 두께들 또는 국소 특성들을 갖게 된다(WO 2012 156 524 A1). 바람직하게는 결합제가 층들의 분리 면들 내로 삽입되며, 재성형된 3차원 형태에 도달하여 활성화되고 경화된 후에, 층들 상호 간의 고정 및 상응하는 3D 윤곽을 달성한다(WO 2012 156 523 A1). 예비 성형 공정을 위해, 직물 스테이플들은 성형 금형 내로 이송되며, 그리고 대부분 (상대적으로 낮은) 압력 하에 성형 금형을 폐쇄하는 것을 통해, 섬유 반제품이 최종 윤곽에 가까운 형태로 RTM 방법의 실시를 위한 프레스의 금형 내로 삽입될 수 있도록, 차후의 성형 부품의 윤곽에 근사되고 결합제의 활성화(가열 및 냉각)를 통해 경화된다(WO 2010 103 471 A1). 필요에 따라서, 차후의 플라스틱 부품에 대해 섬유 반제품(예비 성형품)의 더 정확한 윤곽을 달성하기 위해, 섬유 반제품은 재절단되거나 사전 설정된 위치들에서 천공된다. 바람직하게는 RTM 방법에 적합한 프레스의 금형 내로 섬유 반제품을 삽입한 후에, 금형 반부들은 폐쇄되고, 필요한 수지가 금형의 캐비티 내로 주입되며, 수지는 섬유 반제품의 섬유 구조에 스며들어 섬유들을 에워싸면서 수지 매트릭스 내로 단단히 결합된다. 수지의 경화 후에, 섬유 강화 플라스틱 부품은 이형(demolding)될 수 있다. RTM 방법 자체 외에도, 섬유 반제품의 제조도 플라스틱 부품의 제조 시 성공에 대한 초석이 되고 있다. 종래 기술은 예비 성형품의 제조를 위한 다수의 가능성을 개시하고 있지만, 이들 가능성은 일반적으로 프레스 내에서 결국 2D 형태로부터 3D 형태로 전환되는 최대한 평탄한 섬유 직물 스테이플의 수동 또는 자동 제조에서 충분히 논의된 것으로 나타났다. 이는 사전 고정된(예컨대 소잉된) 상태에서 또는 여전히 유연한 상태에서 실시될 수 있다. 목표는, 성형 후에, 완전 자동화되어 공정에 신뢰성 있게 RTM 프레스의 금형 내로 삽입될 수 있도록 하기 위해 충분한 고유 강성을 보유하거나, 또는 후속 사용까지 이송되어 층 분리될 수 있는 예비 성형품을 얻는 것이다.

예비 성형품의 예비 성형 혹은 제조의 실질적인 목표는, 비강성 재료로 성형 후에, 완전히 자동화되며 공정 기술의 측면에서 신뢰성이 있으면서 그 품질 면에서 재현 가능하게 RTM 프레스의 금형 내로 삽입될 수 있도록 하기 위해 충분한 강성을 갖거나, 또는 후속 사용(재가공, 전처리, ...)까지 이송되어 층 분리될 수 있는 예비 성형품을 얻는 것이다.

섬유 직물들로 이루어진 다층의 2차원 블랭크들(blank)의 3D 성형을 위해, 하기 방법 단계들도 공지되어 있다: 섬유 직물들 또는 섬유 면포들은 롤러로부터 풀려서 필요에 따라서 복수의 다양한 직물 또는 면포, 형태 및 크기로 포개져 하나의 섬유 스테이플(fiber staple)을 형성한다. 이 경우, 예비 성형품 혹은 플라스틱 성형 부품의 절단 패턴에 따라 외부 윤곽과 경우에 따라 내부 윤곽을 가공하거나 절단해야 할 필요가 있을 수 있다. 이 경우, 절단 패턴은 예비 성형품 또는 최종 부품의 풀림으로부터 형성된다. 그런 다음, 바람직하게는 완성되고 실질적으로 평탄한 섬유 스테이플이 드레이핑 장치에 의해 드레이핑되거나, 혹은 블랭크 몰드(blank mold)에 의해 3차원 예비 성형품으로 재성형된다(WO 2012 062 824 A1, WO 2012 062 825 A1, WO 2012 062 828 A1).

예비 성형품(preform)의 제조를 위한 다른 공지된 자동화된 예비 성형 기술들은, 복수의 섬유 매트 블랭크로 구성되는 섬유 면포의 모든 층 구조가 외부 에지들 상에 고정된 상태로 유지되는 텐터 프레임(tenter frame)을 사용한다. 텐터 프레임 내에서, 결합제를 용융하기 위해 섬유 면포가 가열된다. 후속 단계에서, 층 구조는 상부 금형 및 하부 금형을 포함하는 성형 프레스 내에서 재성형된다. 냉각된 금형은 결합제를 응고시키고, 그럼으로써 예비 성형품은 안정화된다. 이런 방법의 단점은, 텐터 프레임 내에 수용하기 위한 개별 층들의 섬유 매트 플랭크들이 제조할 예비 성형품이 실질적으로 요구할 수도 있는 경우보다 훨씬 더 커야만 한다는 사실이다. 복잡한 부품들의 경우, 통상적으로, 대면적의 주 예비 성형품(main preform) 외에도 여전히 하나 또는 복수의 부분 예비 성형품(이른바 sub preform)도 제조된다. 그 다음, 상기 부분 예비 성형품들은 주 예비 성형품과 결합된다. 결합 동안 부분 예비 성형품들의 고정은 대개 클램프들에 의해 수행된다. 이런 추가적인 조립 단계는 많은 시간, 공간 및 비용을 필요로 한다. 또한, 예비 성형품들이 큰 체적인 경우 깔끔한 고정을 위해서는, 확실하게 조작 가능한 방식으로 프레스 몰드 내로 삽입될 수 있는 안정된 예비 성형품을 얻도록 견고한 클램프 고정이 수행되어야 한다. 프레스 몰드 내에 복수의 부분 예비 성형품으로 이루어진 적합한 예비 성형품을 조립하는 것은 개개의 경우에만 실시될 수 있는데, 그 이유는 프레스 개방의 시간이 최대한 짧게 유지되어야만 하기 때문이다. 또한, 다수의 부분 예비 성형품의 대량 생산을 위해, 상응하는 개수의 절단 툴, 조작 툴 및 드레이핑 툴을 제공해야 한다. 그러나 부분 예비 성형품들의 사용에 의해 일반적으로 조립시, 흔히 제공되어 있는 트리밍으로 인해, 그리고 그 결과 이미 끊어진 섬유 선과 더불어 여전히 불리한 힘 편향을 야기하는 구부러진 섬유 단부들로 인해, 해당 층들 사이에 급격한 높이 변화가 발생한다. 특히 기하구조들이 매우 복잡한 경우, 상기 급격한 높이 변화는 차후에 제조할 성형 부품에 대해 불리하다. 그 밖에, 부분 예비 성형품들이 이격되어 배치되는 경우, 섬유 코어가 없는 다소 큰 간격이 발생하며, 이런 간격은 하중이 너무 높은 경우 부품의 파손을 야기할 수 있는데, 그 이유는 하중 흐름이 완전히 섬유 강화 영역에서부터 섬유들이 없는 영역 내로 넘어갈 수밖에 없기 때문이다.

또한, 이를 방지하기 위해, 부품 두께에 걸쳐서 (개별 부분 예비 성형품들을 포갤 때 의도적으로 또는 의도치 않게) 섬유 코어들의 중첩들이 발생할 수 있으며, 이런 중첩들은 부품 두께가 동일한 경우 완성된 부품에서 섬유들의 오버사이즈를 제공하지만, 수지에 대해서는 언더사이즈를 제공하며, 결국에 프레스 몰드에 수지 주입 공정 동안 모든 섬유가 최적으로 습윤될 수 없는 점을 또는 심지어는 수지의 유동 선단(flow front)이 불리한 영향을 받게 되는 점을 방지한다. 이런 결점을 제거하기 위해서도, 통상적으로 상기 유형의 중첩들이 나타나는(나타날 수 있는) 부품의 위치들에서 플라스틱 부품의 갑작스런 두께 변화가 중첩 구역에 제공된다. 그러나 불필요한 중량 및 수반되는 수지 손실 외에도, 부품에는 미려하지 않은 기하학적 변화가 발생하며, 그럼으로써 이 경우 일반적으로 "가시 표면(visible surface)"만을 포함하는 부품들만이 제조된다.

하기에서 섬유 면포들과 면포 층들은 실질적으로 등가인 것으로서 간주되고 일반적으로 상하로 적층되는 복수의 섬유 매트로 구성되며, 예비 성형품을 위한 단일의 섬유 면포란 명명법은 바람직하게는 종래 기술에서 정착된 것이며, 그리고 부분 예비 성형품 혹은 예비 성형품의 제조를 위한 복수의 면포 층의 연속적인 사용은 바람직하게는 본 발명에서의 사용을 위해 제공된다. 본 발명의 이해를 위해 파악해야 하는 중요한 사항은, 면포 층들/섬유 면포들이 일반적인 평면 정렬로 드레이핑 장치 내로 삽입되고, 그에 반해 사전 제조된 부분 예비 성형품들은 적어도 이미 소정의 3D 윤곽 형성부(contouring)를 포함하고 필요할 때 다시 드레이핑된다는 것이다. 따라서 본 발명에서, 면포 층과 이 면포 층으로 형성되는 (3D로 윤곽 형성된) 부분 예비 성형품 사이의 천이부는 실질적으로 유동적인 것으로서 간주된다.

본 발명의 과제는, 예비 성형품의 다단계 제조로 부분 예비 성형품들의 면포 층들 사이, 혹은 예비 성형품 내부의 천이부들의 개선이 달성되는 방법, 장치, 및 예비 성형품을 제공하는 것이다. 상기 과제의 확장에서, 부분 예비 성형품들의 제조를 실질적으로 생략하는 것이 가능해지거나, 또는 예비 성형품의 최적화된 제조 방법에서 필요한 부분 예비 성형품들의 개수를 현저히 감소시키는 것이 가능해져야한다.

방법에 대한 과제의 해결책은 하기 방법 단계들을 포함한다:

1.1. 하나 이상의 면포 층 및/또는 부분 예비 성형품이 이송 장치에 의해 드레이핑 몰드 내로 삽입되는 단계.

1.2. 면포 층(들)이 드레이핑 스탬프들에 의해 드레이핑 몰드의 윤곽에 따라서 재성형되는 단계.

1.3. 방법 단계들 1.1 및 1.2는 성형되지 않은 면포 층들 및/또는 부분 예비 성형품들로 하나의 예비 성형품이 조립될 때까지 반복되는 단계.

장치에 대한 해결책은, 섬유 강화 성형 부품들의 제조 동안 2개 이상의 면포 층 및/또는 부분 예비 성형품으로 3차원 예비 성형품을 다단계 제조하기 위해, 면포 층들 및/또는 부분 예비 성형품들을 위한 하나 이상의 드레이핑 장치 및 하나 이상의 이송 장치가 제공되며, 드레이핑 장치는 적어도 섬유 면포를 위한 드레이핑 몰드와, 상기 드레이핑 몰드의 윤곽에 따라 면포 층들 및/또는 부분 예비 성형품들의 재성형 및/또는 고정을 위해 드레이핑 몰드 쪽으로 이동 가능한 드레이핑 스탬프들을 포함하며, 그리고 장치 내에는 결합제의 활성화를 위한 하나 이상의 수단이 배치되고, 드레이핑 스탬프들과 이송 장치는, 사전 설정된 시퀀스로 드레이핑 몰드를 따라서 바람직하게는 상이한 면포 층들 및/또는 부분 예비 성형품들을 재성형하거나, 후 성형(post-form)하거나, 또는 고정하기에 적합한 방식으로, 장치의 제어 장치와 작용 연결되는 것이다.

예비 성형품에 대한 제 1 해결책은, 면포 층들 및/또는 부분 예비 성형품들 사이의 하나 이상의 인접 에지(abutting edge) 상에, 바람직하게는 하나 이상의 추가 수단과의 강화 중첩을 포함하는 단차 에지(step edge)가 배치되는 것이다.

제 2 해결책에서, 예비 성형품은 방법 청구항들 중 하나 또는 그 이상의 방법 청구항에 따르는 방법에 따라서, 및/또는 장치 청구항들 중 하나 또는 그 이상의 장치 청구항에 따르는 장치에서 제조된다.

상기 과제는, 특히 부분 예비 성형품들의 하나의 유형이 면포 층들의 삽입과, 직접적으로 순차적인 순서로 드레이핑 공구 내에서 드레이핑 스탬프들을 이용하여 실행되는 드레이핑을 통해 "요구에 따라서(on-demand)" 제조되는 것을 통해 해결된다.

이제, 본 발명에 의해, 기하구조 또는 가용한 설비들에 따라서, 별도로 제조할 예비 성형품들의 개수를 감소시키거나, 또는 상기 예비 성형품들을 완전히 생략할 수 있다. (드레이핑 스탬프들이 바로 삽입되는 면포 층들의 재성형을 위해 사전 설정된 시퀀스로만 드레이핑 몰드 내로 삽입되는) 순차적인 드레이핑 공정의 사용에 의해, 복수의 면포 층으로 이루어진 예비 성형품의 제조가 다단계로 실시될 수 있다. 부분적으로, 제조 공정을 가속화하기 위해 사전에 제조된 부분 예비 성형품들을 본원의 방법에 연결하는 것이 바람직할 수 있다.

바람직하게는, 높은 품질 요건을 갖는 양산품에 대해 재현 가능한 방식으로 인접 에지의 유형 또는 맞댐 이음부의 품질을 관리할 수 있도록 하기 위해, 인접 에지 형성 혹은 단차 에지들의 형성을 드레이핑 공구에서 온라인으로 모니터링하고 후속하는 면포 층들 또는 배치할 부분 예비 성형품들을 단차 에지들 혹은 인접 에지들 상에 정확하게 배치한다.

이제 예컨대 제 1 드레이핑 단계에서 대면적의 면포 층들도 재성형할 수 있으며, 후속 단계들에서는 매우 상이한 블랭크 기하구조들을 갖는 추가 면포 층들 또는 부분 예비 성형품들이 예컨대 국소적 강화를 위해 안착되고 필요한 경우 드레이핑된다. 그 결과, 특히 관리할 수 없는 폴스 에지(false edge) 없이 부품 내에서 면포 층들 사이에 오프셋 된 맞댐 이음부들(butt joint)을 제조할 수도 있다. 각각의 층은 상이한 블랭크 기하구조로 드레이핑될 수 있으며, 그럼으로써 맞댐 이음부들은 쐐기 또는 계단 형태로 상호 간에 오프셋 될 수 있다. 그 결과, 한편으로 부분 예비 성형품들을 사용할 때 통상적으로 필요한 것과 같은 벽 두께의 갑작스런 변화나 인접 에지들 사이의 틈들은 방지될 수 있다. 다른 한편으로는, 개별 층들 내에서 오프셋 된 맞댐 이음부들이 성형 부품 내에서 취약점들을 분명하게 감소시키는데, 그 이유는 각각 하나의 맞댐 이음점만이 섬유 면포의 층(섬유 매트 블랭크)에 인접하여 위치되고 그 위에서, 그리고 그 아래에서 연속하는 섬유 층들은 완전 지지(fully supporting) 방식으로 하중들을 흡수하기 때문이다. 그 결과, 주지하는 바와 같이 부품 강도를 심하게 감소시키는 섬유 곡률들도 방지된다.

바람직한 구현예들에서, 드레이핑 몰드는 실질적으로 주변 온도를 가질 수 있고, 및/또는 능동적으로 냉각될 수 있다. 이 경우, 면포 층들 또는 섬유 매트 블랭크는 가열되어 드레이핑 몰드 내로 삽입될 수 있고, 후속해서 결합제가 경화되도록 하기 위해 드레이핑 몰드 및/또는 드레이핑 스탬프들을 통해 냉각된다. 특히 면포 층들 및/또는 예비 성형품들은 도포된 결합제의 용융 온도로, 또는 그 이상으로 사전 가열되어 고온 상태에서 드레이핑 몰드 내로 삽입될 수 있다. 이와 관련하여, 바람직하게는, 면포 층들 또는 섬유 매트 블랭크는 컨베이어 벨트를 포함하거나 포함하지 않는 이동 가능한 이송 트레이에 의해 드레이핑 몰드 내로 삽입될 수 있다. 바람직한 추가 실시예에서, 면포 층들 및/또는 부분 예비 성형품들은 하나 이상의 인접 에지 상에 단차 에지를 구비하거나 구비하고 있다.

바람직한 추가 실시예에서, 단차 에지들은 특히 면포 층들의 제조 동안, 또는 드레이핑 장치 내에서 면포 층들 또는 부분 예비 성형품들의 드레이핑 동안 바람직하게는 상이한 섬유 매트 블랭크들을 배치하는 것을 통해 제조된다.

바람직한 추가 실시예에서, 삽입할 면포 층들 및/또는 예비 성형품들은 드레이핑 몰드 내에서의 자신들의 공간상 배치에서, 그리고/또는 자신들의 공간상 연장에서 상호 간에 구별된다.

바람직한 추가 실시예에서, 하나 이상의 섬유 매트 블랭크 또는 면포 층은, 드레이핑 장치가 인접 에지 또는 단차 에지의 중첩에 의해 2개 이상의 추가 면포 층 및/또는 부분 예비 성형품을 결합하는 방식으로, 드레이핑 장치 내에 삽입된다.

바람직한 추가 실시예에서, 면포 층 또는 예비 성형품을 재성형한 후에 매번 하나 이상의 드레이핑 스탬프는 다시 들어 올려진다. 이와 함께 또는 대안으로서, 재성형한 후에 매번 하나 이상의 드레이핑 스탬프는 고정을 위해 면포 층 또는 예비 성형품과 접촉한 상태로 유지될 수 있다.

바람직한 추가 실시예에서, 단차 에지들 및/또는 인접 에지들은 면포 층들 및/또는 섬유 매트 블랭크 및/또는 부분 예비 성형품 사이의 접촉 위치들에서 결합제로 습윤된다. 바람직한 추가 실시예에서, 섬유 매트 블랭크, 면포 층 및/또는 부분 예비 성형품에 대해 이종인 재료, 바람직하게는 충전재 또는 강화재가 드레이핑 몰드 내로 삽입된다.

바람직한 추가 실시예에서, 인접 에지들의 형성을 위해, 및/또는 단차 에지들의 형성을 위해, 및/또는 드레이핑 장치 내에서 면포 층들 상호 간의 배치를 위해 적합한 수단들이 본원의 장치의 모니터링을 위해 사용되고, 및/또는 특히 후속하는 면포 층들 또는 배치할 부분 예비 성형품들은, 고정되고 이동되는 단차 에지들 및/또는 인접 에지들의 위치의 모니터링을 위한 수단들에 의해 포지셔닝된다.

본원의 장치와 관련한 바람직한 실시예에서, 드레이핑 스탬프들은 사전 설정된 바람직하게는 절단하거나 드레이핑하는 수단들을 이용하여 드레이핑 공정 동안 면포 층들 상에서, 및/또는 부분 예비 성형품들 상에서 하나 이상의 인접 에지 상에 단차 에지를 형성하기에 적합하다.

바람직한 추가 실시예에서, 본원의 장치 내에는, 상이한 섬유 매트 블랭크들을 제조하기 위한 절단 장치와 면포 층들을 제조하기 위한 관련 이송 장치가 배치된다.

바람직한 추가 실시예에서, 드레이핑 장치 내에 섬유 매트 블랭크 또는 면포 층을 배치하기 위한 하나 이상의 이송 장치는 인접 에지 또는 단차 에지의 중첩에 의해 추가 면포 층들 및/또는 부분 예비 성형품들을 결합하기 위해 배치될 수 있다.

바람직한 추가 실시예에서, 본원의 장치 내에는, 바람직하게는 드레이핑 장치 내에는, 면포 층들 및/또는 섬유 매트 블랭크 및/또는 부분 예비 성형품 사이의 접촉 위치들에서 결합제로 단차 에지들 및/또는 인접 에지들을 습윤하기 위한 수단들이 배치될 수 있다.

바람직한 추가 실시예에서, 본원의 장치 내에는, 바람직하게는 드레이핑 장치 내에는, 섬유 매트 블랭크, 면포 층 및/또는 부분 예비 성형품에 대해 이종인 재료를 삽입하기 위한 수단들이 배치될 수 있다.

바람직한 추가 실시예에서, 본원의 장치 내에는, 특히 드레이핑 장치 내에는, 인접 에지들을 형성하고, 그리고/또는 단차 에지들을 형성하고, 및/또는 면포 층들을 서로 배치하는 동안, 특히 후속하는 면포 층들 또는 배치할 부분 예비 성형품들의 포지셔닝 동안 이송 장치의 모니터링 및/또는 제어를 위한 수단들이 특히 고정되고 이동되는 단차 에지들 및/또는 인접 에지들의 위치의 모니터링을 위한 수단들과 함께 배치될 수 있다.

본원의 장치는 특히 본원의 방법을 실시하기에 적합하지만, 독립적으로도 작동될 수 있다. 이는 이제 바람직한 방식으로 가능하다. 도면과 관련한 기재내용에 설명된 모든 조합 가능성은 모두 그 자체로 독자적으로, 그리고 독립적으로, 그리고 각각의 조합으로 이용될 수 있다. 특히 개별 문장들 또는 부분 문장들은 독립적인 특징들로서도 평가된다.

본 발명의 대상의 추가의 바람직한 조치들 및 구현예들은 종속 청구항들, 및 도면을 포함한 하기 기재내용에 나타난다.

도 1은 종래 기술에 따라서 대규모 산업상 적용으로서 예비 성형된 예비 성형품들을 사용해서 프레스 내에서 섬유 강화 성형 부품들을 제조하기 위한 설비를 도시한 개략적 측면도이다.
도 2는 종래 기술에 따라서 중첩부 또는 인접 에지를 포함한 3개의 부분 예비 성형품(점선으로 표시된 부분 예비 성형품)으로 조립된 예비 성형품의 가능한 예시이다.
도 3 내지 도 5는 가상의 예비 성형품에서 면포 층들로 재성형된 부분 예비 성형품들의 가능한 포지셔닝의 시퀀스를 각각 도시한 단면도이며, 맨 먼저 도 3에 따라 바람직하게는 평행하게 삽입되고 드레이핑되어 바깥쪽에 위치하는 2개의 면포 층이 드레이핑 후에 부분 예비 성형품들로서 단차 에지를 포함하고,
도 4에서는 상응하는 반대 방향의 단차 에지를 갖는 추가 면포 층을 중앙에 배치하는 것을 통해 3개의 면포 층 혹은 예비 성형품들 사이에 맞댐 이음식 결합부가 형성되며,
도 5에 따라서는 상기 맞댐 이음식 결합부가 본 발명의 바람직한 추가 실시예에 따라 상기 맞댐 이음식 결합부들에 중첩되는 추가 면포 층들, 섬유 매트들 또는 부분 예비 성형품들에 의해 강화된다.
도 6 내지 도 10은 개략적인 부품 윤곽에서 도 3 내지 도 5에 따르는 유사한 시퀀스를 도시한 평면도이다.

도 1에는, 종래 기술에서 정통해 있는 것처럼 대규모 산업용 적용으로서 예비 성형된 예비 성형품들(17)을 사용해서 RTM 프레스(15) 내에서 섬유 강화 성형 부품들(19)을 제조하기 위한 설비가 개략적 측면도로 도시되어 있다. 예비 성형품들(17)의 제조를 위해, 맨 먼저 하나 또는 복수의 상이한 섬유 매트(10)가 바람직하게는 롤 제품으로서 제공되고 절단 장치(11)를 포함하는 절단 테이블(12) 상에서 절단되어 개별 섬유 매트 블랭크들(22)를 형성한다. 그런 다음, 섬유 매트 블랭크들(22)은 (도 1에서 휘어진 방향 화살표들로 도시되어 있는) 적합한 이송 장치에 의해 접착제 도포 장치(13)를 통과하여 이동되며, 이 접착제 도포 장치에서는 필요에 따라서 결합제로 도포되며, 그런 후에 섬유 매트 블랭크들은 함께 접합되어 하나의 섬유 면포(1)를 형성한다. 또한, 이미 적합한 결합제를 포함하는 섬유 매트들(10)도 존재하며, 그 결과 상기 도포 단계는 생략될 수 있다. 그 다음, 설비 구성에 따라서, 완성된 섬유 면포(1)가 가열 장치(2)를 통해 템퍼링되며, 바람직하게는 적어도 결합제의 용융 온도에 상응하는 온도로 상승된다. 이런 단계는 당연히 드레이핑 장치(3) 내에서 맨 처음 수행될 수도 있다. 그 다음, 섬유 면포(1)는 드레이핑 장치(3) 내로 이동되고 이 드레이핑 장치에서 적합한 수단들에 의해 드레이핑 몰드(18)의 윤곽에 따라 재성형된다. 드레이핑 장치(3)의 드레이핑 몰드(18) 내에서 능동적인, 또는 수동적인 열 추출을 통해, 섬유 면포(1)는 냉각되고 응고되어 하나의 예비 성형품(17)을 형성하며, 이 예비 성형품은 대부분 원활하게 스테이플(16) 상에 중간 적층되거나, 또는 이송을 위한 부품 고유의 중간 캐리어들 내로 삽입될 수 있으며, 그런 후에 예비 성형품은 RTM 프레스(15) 내에서 압착되어 강화된 성형 부품(19)을 형성한다.

종래 기술에 대한 중요한 차이는, 예비 성형품의 제조를 위해 더 이상 드레이핑 장치(3) 내에서 재성형되는 하나의 섬유 면포(1)만이 사용되는 것이 아니라, 드레이핑 장치(3) 내에서 재성형 후에 하나의 예비 성형품(17)을 완성하는 2개 이상의 면포 층[A, B ... (실시예에서는 E까지)]이 사용된다는 것이다.

명확성을 위해, 도 2 내지 도 5에는 드레이핑 몰드(18)를 도시하지 않았다. 도 2에는, 종래 기술에 따라서 면포 층(C) 또는 인접 에지(7)[점선으로 표시된 면포 층(C')]에 의한 중첩을 포함하는 3개의 면포 층(A, B, C 또는 A, B, C')으로 조립된 예비 성형품(17)의 가능한 예가 도시되어 있으며, 종래 기술에 따라 사전 제조된 예비 성형품들(9)은 면포 층들(A, B, C/C')로서 사용되며, 본 발명에 제안되는 것과 다르게 면포 층(A, B, C)으로 드레이핑 장치 내에서 사전 설정된 시퀀스로 먼저 예비 성형품(17)의 일부분이 형성된다.

도 3 내지 도 5에는, 가상의 예비 성형품의 단면도로 면포 층들(A 내지 E)로 재성형된 부분 예비 성형품들의 가능한 포니셔닝의 시퀀스가 도시되어 있으며, 맨 먼저 도 3에 따라서, 바람직하게는 평행하게 삽입되고 드레이핑되어 바깥쪽에 위치하는 2개의 면포 층(A 및 B)이 드레이핑 후에 부분 예비 성형품들로서 (경화될 때) 단차 에지(4)를 포함하며, 도 4에서는 상응하는 반대 방향의 단차 에지를 갖는 추가 면포 층을 중앙에 배치하는 것을 통해 3개의 면포 층(A, B, C) 혹은 예비 성형품들 사이에 맞댐 이음식 결합부가 형성되며, 면포 층의 단차 에지는 맞댐 이음부를 형성하기 위해 상응하게 달리 형성된다. 면포 층(C)은 차후에 중첩을 위해 사용될 수 있는 영역(C")을 포함할 수 있다.

도 5에 따라서는, 끝으로, 본 발명의 바람직한 추가 실시예에서 맞댐 이음식 결합부들에 중첩되는 추가 면포 층들(D 또는 E)에 의해, 또는 섬유 매트들 또는 부분 예비 성형품들에 의해 전체 결합부가 강화될 수 있다. 이를 위해, 상응하는 면포 층들의 도면부호들의 옆에 중첩부(6)를 표시하였다.

도 6 내지 도 10에는, 개략적인 부품 윤곽(여기서는 자동차의 바닥 패널) 상에 도 3 내지 도 5에 따르는 유사한 시퀀스가 평면도로 도시되어 있다. 이 경우, (도 6에 따르는) 비어있는 드레이핑 몰드(18) 내로 2개의 면포 층(A, B)(도 7)이 삽입되어 드레이핑 몰드(18) 내에서 드레이핑 스탬프(미도시)에 의해 고정되거나 재성형된다. 제조 동안 상이한 섬유 매트들을 배치하는 것을 통해, 이미 단차 에지(4)가 면포 층들(A, B) 상에 위치되거나, 또는 상기 단차 에지가 재성형 동안 상기 면포 층들 상에 위치되며, 예시로서는 외부에서 드레이핑 몰드의 가장자리 상에 면포 층(A, B)이 고정되며, 그리고 면포 층이 안쪽에서 하부 방향으로 드레이핑 몰드(18) 내로 유동하는 동안 단차 에지(4)가 형성된다. 이처럼 단차 에지(4)를 형성하는 것은 적합한 개수로 배치된 각각 다수의 드레이핑 스탬프(5)를 통해 지원될 수 있다. 또한, 단차 에지는 면포 층들(A, B)의 상단부 및 하단부 상에서도 나타난다.

도 8에 따라서는, 이제, 중심에서 면포 층들(A, B)에 대해 반대되는 상응하는 단차 에지를 갖는 추가 면포 층(C)이 드레이핑 몰드 내로 삽입되고, 및/또는 드레이핑 스탬프들로 능동적으로 드레이핑된다. 예시로서, 도 3에서처럼, 면포 층(C)은 차후의 중첩 기능 또는 인접 에지를 위한 추가 구조(C")를 가질 수 있다.

도 9에 따라서는, 이제, 후속 면포 층(D)이 상부 및 하부에서 드레이핑 몰드 내로 삽입되며, 여기서는 앞서 설명한 재성형 및 고정 방법들이 적용된다.

끝으로, 한 바람직한 실시예에서, 여전히 추가 부재, 면포 층(E) 또는 다른 부재들이 중첩부의 형성을 위해 삽입될 수 있으며, 이는 도 5에서와 같은 중첩부들을 제공할 수 있다.

1: 섬유 면포
2: 가열 장치
3: 드레이핑 장치
4: 단차 에지
5: 드레이핑 스탬프
6: 중첩부
7: 인접 에지
8: 장치
9: 부분 예비 성형품
10: 섬유 매트
11: 절단 장치
12: 절단 테이블
13: 접착제 도포 장치
14:
15: RTM 프레스
16: 스테이플
17: 예비 성형품
18: 드레이핑 몰드
19: 성형 부품
20: 드레이핑 방향
21: 이송 장치
22: 섬유 매트 블랭크
A, B, C, D, E, ...: 면포 층

Claims

면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)을 위한 하나 이상의 드레이핑 장치(3) 및 이송 장치(21)를 사용하여, 섬유 강화 성형 부품들(19)의 제조 동안 2개 이상의 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)으로 3차원 예비 성형품(17)을 다단계 제조하기 위한 방법으로서, 상기 드레이핑 장치(3)는 적어도 섬유 면포들(3)을 위한 드레이핑 몰드(18), 및 상기 드레이핑 몰드(18)의 윤곽에 따라 상기 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)의 재성형 및/또는 고정을 위해 상기 드레이핑 몰드(18) 쪽으로 이동 가능한 드레이핑 스탬프들(5)을 포함하는, 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법에 있어서,
1.1. 하나 이상의 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)이 상기 이송 장치(21)에 의해 드레이핑 몰드(18) 내로 삽입되는 방법 단계,
1.2. 상기 면포 층(들)(A, B, ...)이 상기 드레이핑 스탬프들(5)에 의해 상기 드레이핑 몰드(18)의 윤곽에 따라서 재성형되는 방법 단계,
1.3. 상기 방법 단계들 1.1 및 1.2는 성형되지 않은 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 상기 부분 예비 성형품들(9)로 예비 성형품(17)이 조립될 때까지 반복되는 방법 단계의 시퀀스를 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 상기 부분 예비 성형품들(9)은 하나 이상의 인접 에지(7) 상에서 단차 에지(4)를 구비하거나 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 단차 에지들(4)은, 특히 상기 면포 층들(A, B, ...)의 제조 동안, 또는 상기 드레이핑 장치(3) 내에서 상기 면포 층들(A, B, ...) 또는 상기 부분 예비 성형품들(9)의 드레이핑 동안 바람직하게는 상이한 섬유 매트 블랭크들(22)을 배치하는 것으로 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 삽입할 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 상기 예비 성형품들은 상기 드레이핑 몰드(18) 내에서 자신들의 공간상 배치에서, 및/또는 자신들의 공간상 연장에서 상호 간에 구별되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 하나 이상의 섬유 매트 블랭크(22) 또는 면포 층(A, B, ...)은, 상기 드레이핑 장치(3)가 상기 인접 에지(7) 또는 상기 단차 에지(4)의 중첩부(6)를 통해 2개 이상의 추가 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)을 결합하도록, 상기 드레이핑 장치(3) 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 방법 단계 1.2에 따라서 면포 층(A, B, ...) 또는 예비 성형품(9)을 재성형한 후에 매번 하나 이상의 드레이핑 스탬프(5)는 다시 들어 올려지고, 및/또는 재성형한 후에 매번 하나 이상의 드레이핑 스탬프(5)는 고정을 위해 상기 면포 층(A, B, ...) 또는 상기 예비 성형품과 접촉한 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 단차 에지들(4) 및/또는 상기 인접 에지들은 상기 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 섬유 매트 블랭크(D) 및/또는 부분 예비 성형품(9) 사이의 접촉 위치들에서 결합제로 습윤되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 적어도 제 1 방법 단계 1.1 후에 섬유 매트 블랭크(22), 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)에 대해 이종인 재료, 바람직하게는 충전재 또는 강화재가 상기 드레이핑 몰드(18) 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 드레이핑 장치(3) 내에서 상기 인접 에지들(7)의 형성, 및/또는 상기 단차 에지들(4)의 형성, 및/또는 상기 면포 층들(A, B, ...) 상호 간의 배치는 적합한 장치들에 의해 모니터링되고, 및/또는 특히 후속하는 면포 층들(A, B, ...) 또는 배치할 부분 예비 성형품들(9)은 고정되고 이동되는 단차 에지들(4) 및/또는 상기 인접 에지들(7)의 위치의 모니터링을 위한 수단들에 의해 포지셔닝되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 방법.
면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)을 위한 하나 이상의 드레이핑 장치(3) 및 이송 장치(21)를 포함하여, 섬유 강화 성형 부품들(19)의 제조 동안 2개 이상의 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)으로 3차원 예비 성형품(17)을 다단계 제조하기 위한 장치로서, 상기 드레이핑 장치(3)는 적어도 섬유 면포들(3)을 위한 드레이핑 몰드(18), 및 상기 드레이핑 몰드(18)의 윤곽에 따라 상기 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)의 재성형 및/또는 고정을 위해 상기 드레이핑 몰드(18) 쪽으로 이동 가능한 드레이핑 스탬프들(5)을 포함하며, 그리고 상기 장치(8) 내에는 결합제의 활성화를 위한 하나 이상의 수단이 배치되고, 상기 드레이핑 스탬프들(5) 및 상기 이송 장치(21)는, 사전 설정된 시퀀스로 상기 드레이핑 몰드(18)를 따라서 바람직하게는 상이한 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)을 재성형하거나, 후 성형하거나, 또는 고정하기에 적합한 방식으로, 상기 장치(8)의 제어 장치와 작용 연결되는, 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 드레이핑 스탬프들(5)은 사전 설정된 바람직하게는 절단하거나 드레이핑하는 수단들을 이용하여 드레이핑 공정 동안 상기 면포 층들(A, B, ...) 상에서, 및/또는 상기 부분 예비 성형품들(9) 상에서 하나 이상의 인접 에지(7) 상에 단차 에지(4)를 형성하기에 적합한 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 장치(8) 내에는, 상이한 섬유 매트 블랭크들(22)을 제조하기 위한 절단 장치(11)와 상기 면포 층들(A, B, ...)을 제조하기 위한 관련 이송 장치(21)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 장치.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 드레이핑 장치(3) 내에서 섬유 매트 블랭크(22) 또는 면포 층(A, B, ...)을 배치하기 위한 하나 이상의 이송 장치(21)는 상기 인접 에지(7) 또는 상기 단차 에지(4)의 중첩부(6)를 통해 추가 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품들(9)을 결합하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 장치.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 장치(8) 내에는, 바람직하게는 상기 드레이핑 장치(3) 내에는, 상기 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 섬유 매트 블랭크(D) 및/또는 부분 예비 성형품(9) 사이의 접촉 위치들에서 결합제로 상기 단차 에지들(4) 및/또는 상기 인접 에지들(7)을 습윤화하기 위한 수단이 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 장치.
제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 장치(8) 내에는, 바람직하게는 상기 드레이핑 장치(3) 내에는, 섬유 매트 블랭크(22), 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)에 대해 이종인 재료를 삽입하기 위한 수단이 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 장치.
제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 장치(8) 내에는, 특히 상기 드레이핑 장치(3) 내에는, 상기 인접 에지들(7)을 형성하고, 및/또는 상기 단차 에지들(4)을 형성하고, 및/또는 상기 면포 층들(A, B, ...)을 상호 간에 배치하는 동안, 특히 후속하는 면포 층들(A, B, ...) 또는 배치할 부분 예비 성형품들(9)의 포지셔닝 동안 상기 이송 장치(21)의 모니터링 및/또는 제어를 위한 수단들이 특히 고정되고 이동되는 단차 에지들(4) 및/또는 인접 에지들(7)의 위치의 모니터링을 위한 수단들과 함께 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 예비 성형품의 다단계 제조 장치.
2개 이상의 면포 층(A, B, ...) 및/또는 부분 예비 성형품(9)으로 구성되는 예비 성형품(17)으로서, 프레스(15) 내에서 섬유 강화 성형 부품들(19)의 제조 동안 사용하기 위한 예비 성형품에 있어서,
상기 면포 층들(A, B, ...) 및/또는 상기 부분 예비 성형품들(9) 사이의 하나 이상의 인접 에지(7) 상에, 바람직하게는 하나 이상의 추가 수단을 구비한 강화 중첩부(6)를 포함하는 단차 에지(4)가 배치되는 것을 특징으로 하는 예비 성형품(17).
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 따른 방법에 따라서 제조되고, 및/또는 장치 청구항 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 따른 장치(8) 내에서 제조되는 예비 성형품(17).