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KR20180114203A - 재료의 1개 이상의 층으로부터 적층체를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

재료의 1개 이상의 층으로부터 적층체를 제조하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20180114203A
KR20180114203A KR1020187027880A KR20187027880A KR20180114203A KR 20180114203 A KR20180114203 A KR 20180114203A KR 1020187027880 A KR1020187027880 A KR 1020187027880A KR 20187027880 A KR20187027880 A KR 20187027880A KR 20180114203 A KR20180114203 A KR 20180114203A
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tape
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winding
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룰 페를라크
테오파니스 테오파나우스
하윌라우머 라타우이트
닉힐 페르헤서
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사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

본 발명은 하기를 위한 방법 및 장치(14a)에 관한 것이다: 재료의 1개 이상의 층(18a) 각각의 구획을 맨드릴(30) 둘레에 그리고 맨드릴(30)의 종축을 중심으로 와인딩하는 단계로서, 재료의 각각의 층(18a)은 섬유를 포함하고, 와인딩은, 재료의 각각의 층(18a)의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 섬유 각각이 맨드릴(30)의 종축에 대해 각을 이루도록 배치되도록 수행되는, 단계, 및 (1) 테이프(82)의 적어도 일부분이 재료의 각각의 층(18a)의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이고, 테이프(82)의 상기 부분의 길이 치수가 맨드릴(30)의 종축에 실질적으로 평행하도록 테이프(82)를 재료의 층(들)(18a) 위에 배치하는 단계; 및/또는 (2) 와인딩된 구획(들)의 인접한 구획들을 함께 스폿-접합하는 단계.

Description

재료의 1개 이상의 층으로부터 적층체를 제조하기 위한 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2016년 3월 1일에 제출된 미국 특허 가출원 일련 번호 62/301,961 및 2017년 1월 3일에 제출된 미국 특허 가출원 일련 번호 62/441,820에 대한 우선권을 주장한다. 상기 언급된 개시 각각의 전체 내용은 권리 포기 없이 본원에 참조로 구체적으로 통합된다.
본 발명은 일반적으로 복합 재료에 관한 것이며, 보다 구체적으로 그러나 비제한적으로, 예를 들어 1개 이상의 단방향 섬유 테이프(fiber tape)와 같은 재료의 1개 이상의 층으로부터 예를 들어 각겹침 적층체(angle-ply laminate)와 같은 적층체를 제조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
부품을 제조하는 경우, 특정 영역에서 추가의 강도 및/또는 강성을 제공하여 부품이 강도, 강성, 중량 및 다른 요건을 충족시키는 것을 용이하게 하도록 적층체가 부품 상에 및/또는 내에 위치될 수 있다. 일부 부품의 경우, 각각 하나 이상의 다양한 각에서 적층판(lamina)의 길이 치수(long dimension)에 대해 배향된 섬유를 갖는 1개 이상의 각겹침 적층판을 포함하는 것과 같은 상대적으로 복잡한 적층체가 바람직할 수 있다.
다수의 경우에, 적층판은 복합 테이프를 포함할 수 있다. 아마도 제조의 어려움으로 인하여, 예를 들어 테이프 (예를 들어, 단방향 섬유 테이프, 0/90 테이프 등)의 길이 치수에 맞추어 정렬된 섬유를 포함하는 것과 같은 오직 특정 유형의 복합 테이프만이 용이하게 이용가능할 수 있다. 따라서, 용이하게 이용가능한 복합 테이프를 사용하여 상대적으로 복잡한 적층체를 달성하는 것은 종종, 테이프의 구획들을 목적하는 배향으로 정확하게 위치시켜 다양한 각겹침 적층판을 제조하기 위해 비용이 큰 기계류를 요구한다.
공개 번호 US　2010/0075126 및 WO　2014/125268은 각각 하기 단계에 의해 각겹침 적층판을 제조하는 방법 및 장치를 개시한다: (a) 1개 이상의 복합 테이프를 맨드릴(mandrel) 둘레에 와인딩(winding)하여 튜브를 형성하는 단계; 및 (b) 튜브를 절삭하여 적층판을 제조하는 단계. 이러한 방법 및 장치에서, 복합 테이프(들)는 테이프(들)의 에지를 서로에 연속적으로 결합시킴으로써 튜브를 따라 서로에 대해 위치되며, 이는 복잡할 수 있고/거나 제조된 적층판에서 테이프(들)의 뒤틀림과 같은 결함을 유발할 수 있다. 이러한 방법 및 장치는 튜브의 절삭 동안 또는 절삭 후에 발생할 수 있는 손상 (예를 들어, 닳아 해어짐(fraying), 섬유 변위 등)으로부터 복합 테이프(들) 또는 제조된 적층판을 충분히 보호하지 않을 수 있다.
본 개시의 일부 구현예는 하기를 포함하고/거나 하기로 구성되는 것을 통해 재료의 층(들)의 뒤틀림을 완화시키면서 맨드릴을 따라 서로에 대하여 맨드릴 둘레에 와인딩되는 재료의 층(들)을 위치시키는 것을 용이하게 할 수 있다: (1) 테이프의 적어도 일부분이 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이고(overlie), 일부 이러한 구현예에서 테이프의 상기 부분의 길이 치수가 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행하도록, 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하는 단계; 및/또는 (2)　일부 이러한 구현예에서 적어도 2개의 접합된 스폿이 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 놓이도록 인접한 (예를 들어, 에지-대-에지(edge-to-edge) 및/또는 중첩) 구획들 또는 와인딩된 구획(들)의 랩(wrap)들을 함께 스폿-접합하는(spot-joining) 단계.
본 개시의 일부 구현예는 하기를 포함하고/거나 하기로 구성되는 것을 통해, 그렇지 않은 경우 적층체를 제조하기 위한 재료의 층(들)의 와인딩된 구획(들)의 슬리팅(slitting) 동안 또는 슬리팅 후에 발생할 수 있는 손상으로부터, 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층(들)을 보호할 수 있다: 테이프의 적어도 일부분이 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이고, 일부 이러한 구현예에서 테이프의 상기 부분의 길이 치수가 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행하도록 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하는 단계, 및 테이프의 상기 부분 및 와인딩된 구획(들)을 슬리팅하여 적층체를 제조하는 단계.
용어 "커플링된"은 반드시 직접적으로 그리고 반드시 기계적으로는 아닐지라도, 연결된 것으로서 정의되며; "커플링된" 2개의 품목은 서로 일체일 수 있다. 단수 용어는 본 개시가 명시적으로 달리 요구하지 않는 한 하나 이상으로서 정의된다. 용어 "실질적으로"는 당업계의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 명시된 것의 대부분이지만 반드시 완전히는 아닌 것으로서 정의된다 (그리고 명시된 것을 포함한다; 예를 들어, "실질적으로 90도"는 "90도"를 포함하고, "실질적으로 평행한"은 "평행한"을 포함함). 임의의 개시된 구현예에서, 용어 "실질적으로"는 명시된 것"의 [백분율] 내로" 치환될 수 있으며, 여기서 상기 백분율은 0.1, 1, 5, 및 10 퍼센트를 포함한다.
또한, 특정 방식으로 구성된 장치 또는 시스템은 적어도 상기 방식으로 구성되지만, 이는 구체적으로 기술된 방식 이외의 다른 방식으로 또한 구성될 수 있다.
용어 "포함하다(comprise)" (및 "포함하는(comprising)"과 같은 "포함하다(comprise)"의 임의의 형태), "갖다" (및 "갖는"과 같은 "갖다"의 임의의 형태), 및 "포함하다(include)" (및 "포함하는(including)"과 같은 "포함하다(include)"의 임의의 형태)는 개방형 연결 동사이다. 결과적으로, 1종 이상의 요소를 "포함하는(comprise)", "갖는" 또는 "포함하는(include)" 장치는 그러한 1종 이상의 요소를 보유하지만, 오직 그러한 요소를 보유하는 것에 제한되지 않는다. 유사하게, 1개 이상의 단계를 "포함하는(comprise)", "갖는" 또는 "포함하는(include)" 방법은 그러한 1개 이상의 단계를 보유하지만, 오직 그러한 1개 이상의 단계를 보유하는 것에 제한되지 않는다.
구 "및/또는"은 "및" 또는 "또는"을 의미한다. 예시하기 위해, A, B 및/또는 C는 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B의 조합, A 및 C의 조합, B 및 C의 조합, 또는 A, B 및 C의 조합을 포함한다. 즉, "및/또는"은 포함적 논리합(inclusive or)으로서 작용한다.
장치, 시스템 및 방법 중 임의의 것의 임의의 구현예는 기술된 단계, 요소 및/또는 특징 중 임의의 것을 포함하고(comprise/include)/갖기보다는 이로 이루어지거나 또는 이로 본질적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 청구범위 중 임의의 청구항에서, 다르게는 개방형 연결 동사를 사용하는 것으로부터의 주어진 청구항의 범위를 변화시키기 위해, 상기 언급된 개방형 연결 동사 중 임의의 것 대신에 용어 "~로 이루어진" 또는 "~로 본질적으로 이루어진"으로 대체될 수 있다.
일 구현예의 특징 또는 특징들은 상기 구현예의 이러한 개시 또는 성질에 의해 명확히 저해되지 않는 한, 기술되거나 예시되지 않았을지라도 다른 구현예에 적용될 수 있다.
상술한 구현예와 연관된 일부 상세사항 및 기타사항이 하기에 기술된다.
하기 도면은 제한적인 것이 아닌 예시의 방식으로 설명된다. 간결성 및 명료성을 위해, 주어진 구조의 모든 피처(feature)가 상기 구조가 나타나는 모든 도면에 항상 표지되는 것은 아니다. 동일한 참조 번호는 반드시 동일한 구조를 표시하는 것은 아니다. 더 정확히 말하면, 동일하지 않은 참조번호일 수 있을지라도 유사한 피처 또는 유사한 기능성을 갖는 피처를 표시하기 위해 동일한 참조 번호를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법의 일부 구현예를 대표하는 흐름도이다.
도 2a 및 2b는 본 개시의 일부 구현예에 따라 단방향 섬유 테이프로부터 각겹침 적층체를 제조하기 위한 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정의 도식도이다.
도 3은 도 2a 및 2b에 도시된 맨드릴의 횡단면도이다.
도 4a는 본 개시의 일부 구현예에 따라 2개 이상의 단방향 섬유 테이프로부터 각겹침 적층체를 제조하기 위한 공정의 도식도이다.
도 4b는 본 개시의 일부 구현예에 따라 2개 이상의 단방향 섬유 테이프로부터 각겹침 적층체를 제조하기 위한 공정의 도식도이다.
도 5a는 본 개시의 일부 구현예에 사용하기에 적합할 수 있는 롤러의 정면도를 도시한다.
도 5b는 본 개시의 일부 구현예에 사용하기에 적합할 수 있는 맨드릴의 횡단면도를 도시한다.
도 6a는 본 개시의 일부 구현예에 사용하기에 적합할 수 있는 단방향 섬유 테이프의 도식도이다.
도 6b는 도 2a 및 2b의 공정을 사용하여 도 6a의 단방향 섬유 테이프로부터 제조될 수 있는 적층체의 도식도이다.
도 7은 본 개시의 일부 구현예에 사용하기에 적합할 수 있는 맨드릴의 횡단면도이다.
도 8a는 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층들을 도시하며, 이들 각각은 층의 길이에 대하여 90°에서 층의 일 단부를 획정하도록 절삭되었다.
도 8b는 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층들을 도시하며, 이들 각각은 층이 맨드릴 둘레에 와인딩되는 경우, 맨드릴의 단부와 동일 평면상에 있는 층의 일 단부를 획정하도록 절삭되었다.
도 9 및 10은 상이한 직경의 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 다양한 층에 대한 스크랩률(scrap rate) 대 와인딩 각의 그래프이다.
도 11은, 다양한 맨드릴 직경 및 와인딩 각에 대한, 층이 맨드릴 둘레에 와인딩되는 경우 바람직한, 재료의 층의 폭을 도시하는 그래프이다.
본 개시에 사용된 "적층판"은 매트릭스 재료를 섬유의 배열 내로 도입함으로써 형성된 재료의 층이며, "적층판들(laminae)"은 적층판의 복수 형태이다. "적층체"는 합병된 여부와 관계 없이 1개 이상의 적층판을 포함하는 재료의 층이다. 본원에 사용된 "각겹침" 적층체는, 실질적으로 섬유 모두가 적층체의 길이 치수에 대하여 각을 이루도록(angularly) 배치된 적어도 1개의 적층판을 포함하는 적층체이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 시스템의 일 구현예(14a)를 사용하여 수행되는 바와 같은, 본 발명의 방법의 일 구현예(10a)를 나타낸다. 본 개시 전체에 걸쳐, 방법(10a)을 포함하는 본 발명의 방법은 임의의 적합한 시스템을 사용하여 수행될 수 있는 것으로서, 시스템(14a)은 오직 예시에 의해 제공되고 논의된다. 본 발명의 방법의 일부 구현예는 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 재료의 1개 이상의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등) 각각의 구획 (때때로 와인딩된 구획으로서 지칭됨)을 와인딩하는 단계 (예를 들어, 단계(204), 도 1)를 포함한다. 예를 들어, 방법(10a)은 맨드릴(30) 둘레에 재료의 층(18a)의 구획을 와인딩하는 단계를 포함한다. 이러한 재료의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)은 섬유 (예를 들어, (22a), (22b), (22c) 등), 예컨대 예를 들어 탄소, 유리, 현무암, 천 및/또는 기타 섬유를 포함할 수 있으며, 이는 매트릭스 재료 (예를 들어, (26)) 내에 분산될 수 있다 (예를 들어, 재료의 층은 적층체를 포함할 수 있다). 섬유 (예를 들어, (22a), (22b), (22c) 등)를 포함하는 재료의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 경우, 이러한 섬유는 임의의 적합한 방식으로, 예컨대 예를 들어 서로에 대해 정렬되거나 또는 각을 이루도록 배치되고/거나, 층상화 및/또는 교직된(interwoven) 구조를 획정하고/거나 기타의 방식으로 재료의 층 내에서 서로에 대해 배향될 수 있다. 예를 들어, 재료의 층(18a)은 (예를 들어, 열가소성) 매트릭스 재료(26) 내에 분산된 섬유(22a)를 포함하는 적층체이며, 여기서 실질적으로 섬유 모두는 서로에 대해 그리고 재료의 층의 길이 치수에 실질적으로 평행하다 (예를 들어, 재료의 층(18a)은 0도의 단방향 섬유 테이프를 포함함). 재료의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)은 섬유를 포함하지 않을 수 있다. 재료의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)은 메쉬, 허니콤(honeycomb) 및/또는 기타 구조를 포함할 수 있다.
예시의 방식으로 제공하자면, 열가소성 매트릭스 재료 (예를 들어, (26))는 폴리에틸렌이민, 폴리에테르이미드 또는 이의 유도체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리(1,4-시클로헥실리덴 시클로헥산-1,4-디카복실레이트), 글리콜-개질된 폴리시클로헥실 테레프탈레이트, 폴리(페닐렌 옥시드), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 열가소성 엘라스토머, 테레프탈산 엘라스토머, 폴리(시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리아미드 (예를 들어, PA6, PA66 등), 폴리술폰 술포네이트, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 아크릴로니트릴 부틸디엔 스티렌, 폴리페닐렌 술피드, 폴리카보네이트/폴리부틸렌 숙시네이트, 이들의 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
시스템(14a)의 맨드릴(30)은 종축(34)을 갖는다. 맨드릴(30)은, 원형의 외주(36)를 획정하는, 종축(34)에 수직으로 취해진 횡단면을 갖는다 (도 3). 맨드릴(30)의 외주(36)는 적어도, 재료의 층(들) (예를 들어, (18a))이 그 둘레에 와인딩되도록 의도되는 맨드릴의 일부분 (예를 들어, 맨드릴 또는 이의 부분은 원통형임)에 대해, 종축(34)을 따라 일정하다. 맨드릴 (예를 들어, (30))은, 예를 들어 삼각형, 정사각형, 직사각형, 다르게는 다각형, 원형, 타원형, 다르게는 둥근형 등인 외주 (예를 들어, (36))를 갖는 것과 같은 임의의 적합한 형상을 포함할 수 있고, 외주는 맨드릴의 종축 (예를 들어, (34))을 따라 크기 및/또는 형상이 변화할 수 있다 (예를 들어, 맨드릴은 종축을 따라 테이퍼링될(tapered) 수 있고/거나 꼬여질 수 있음). 맨드릴 (예를 들어, (30))은, 임의의 적합한 치수, 예컨대 예를 들어 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 또는 그 초과 밀리미터 (mm) 중 임의의 하나보다 크거나 이와 동일하거나, 또는 이들 중 임의의 둘 그 사이인 최대 횡방향 치수(transverse dimension) (예를 들어, (32)) (예를 들어, 직경)를 가질 수 있다.
맨드릴 (예를 들어, (30))은 맨드릴에 대한 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들)의 보유를 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 맨드릴 (예를 들어, (30))은, 텍스처화되며 함몰부(recess) 및/또는 리지(ridge)를 획정하고 접착제를 포함하는 등의 외부 표면을 포함하여, 예를 들어 맨드릴이 맨드릴로부터의 및/또는 이에 대한 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들)의 (예를 들어, 조기) 분리 및/또는 이동에 물리적으로 저항하도록 할 수 있다. 맨드릴 (예를 들어, (30))은 가열되도록 구성될 수 있으며, 이는 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들) 등의 인접한 구획들 사이의 결합 및 이에 따라 맨드릴에 대한 와인딩된 구획(들)의 보유를 용이하게 할 수 있다. 이러한 구현예에서, 맨드릴은, 예를 들어 은, 구리, 알루미늄 등과 같은 상대적으로 높은 열 전도도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 맨드릴 (예를 들어, (30))은, 진공 공급원와 유체 연통하도록 구성된 1개 이상의 개구 (예를 들어, 진공이 개구(들)를 통해 가해져 맨드릴에 대한 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들)의 보유를 용이하게 할 수 있도록 함)를 획정하는 외부 표면을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 일부 구현예에서, 재료의 각각의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)은 1개 이상의 풀리(pulley) (예를 들어, (38a), (38b), (38c) 등) 중 각각의 1개 상에 배치되며, 와인딩은 각각의 풀리를 맨드릴 (예를 들어, (30))에 대해 그리고 맨드릴의 종축 (예를 들어, (34))을 중심으로(about) 회전시키는 것을 포함한다 (그렇지만, 각각의 풀리는 동일한 방향으로 회전될 필요는 없음). 예를 들어, 방법(10a)에서, 재료의 층(18a)의 적어도 일부분은 풀리(38a) (이는 스풀(spool)로서 특성화될 수 있음) 둘레에 와인딩될 수 있으며, 풀리가 맨드릴(30)에 대해 그리고 맨드릴의 종축(34)을 중심으로 (예를 들어, 일반적으로 화살표(42a)에 의해 표시된 방향으로) 회전될 때, 재료의 층이 풀리로부터 풀림(unwound)에 따라 맨드릴 둘레에 재료의 층이 와인딩될 수 있다. 재료의 층(18a)이 풀리(38a)로부터 풀릴 때, 풀리는 이의 종축(46)을 중심으로 (예를 들어, 일반적으로 화살표(50)에 의해 표시된 방향으로) 회전할 수 있다. 맨드릴 (예를 들어, (30))에 대한 그리고 맨드릴의 종축 (예를 들어, (34)) 중심의 1개 이상의 풀리 (예를 들어, (38a), (38b), (38c) 등)의 이러한 회전은 하기를 포함하는 임의의 적합한 방식으로 달성될 수 있다: (1) 풀리(들)가 종축을 중심으로 회전하면서 맨드릴은 종축을 중심으로 회전가능하게 고정되거나; (2) 맨드릴이 종축 중심으로 회전하면서 풀리(들)는 종축을 중심으로 회전가능하게 고정되거나 (이들의 각각의 종축(들)(46) 중심의 풀리(들)의 임의의 회전은 무시함); 또는 (3) 풀리(들) 및 맨드릴이 종축 중심으로 회전하는 방식. 적어도 1개의 풀리 (예를 들어, (38a), (38b), (38c) 등)는, 재료의 층이 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩될 때, 예컨대 예를 들어 이의 종축 (예를 들어, (46)) 중심의 회전에 대한 풀리의 (예를 들어, 마찰) 저항을 통해 풀리 상에 적어도 부분적으로 배치된 재료의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)을 팽팽하게 하도록(tension) 구성될 수 있으며, 이는 맨드릴에 대한 재료의 층의 와인딩된 구획의 보유 및/또는 배치를 용이하게 할 수 있다.
시스템(14a)은, 맨드릴(30) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)을 맨드릴의 외부 표면에 대하여 프레스하도록 구성된 롤러(54)를 포함한다. 적어도 이러한 방식으로, 롤러(54)는 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들)과 맨드릴(30) 사이에 포획될 수 있는 공기의 제거, 뿐만 아니라 맨드릴에 대한 와인딩된 구획(들)의 보유 및/또는 배치를 용이하게 할 수 있다. 롤러 (예를 들어, (54))는 가열될 수 있으며, 이는 가열된 맨드릴에 대해 상술한 바와 유사한 기능 및 이점을 제공할 수 있다. 롤러(54)는 롤러(98)에 대하여 하기 기재되는 특징 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 일부 구현예는 1개 이상의 풀리(들) (예를 들어, (38a), (38b), (38c) 등)에 대해 맨드릴 (예를 들어, (30))을 옮기는(translating) 단계를 포함한다. 예를 들어, 방법(10a)은 맨드릴의 종축(34)과 실질적으로 정렬되는 방향으로 (예를 들어, 일반적으로 화살표(56)에 의해 표시되는 방향) 풀리(38a)에 대해 맨드릴(30)을 옮기는 단계를 포함한다. 1개 이상의 풀리 (예를 들어, (38a), (38b), (38c) 등)에 대한 맨드릴 (예를 들어, (30))의 이러한 옮김은 하기를 포함하는 임의의 적합한 방식으로 달성될 수 있다: (1) 맨드릴이 옮겨질 때, 맨드릴의 종축 (예를 들어, (34)) 중심의 또는 이들의 각각의 종축(들) (예를 들어, (46)) 중심의 풀리(들)의 임의의 회전을 무시하면서 풀리(들)는 옮김가능하게(translationally) 고정되거나; (2) 풀리(들)가 옮겨질 때 맨드릴은 옮김가능하게 고정되거나; 또는 (3) 풀리(들) 및 맨드릴 둘 모두의 옮김을 통하는 방식.
본 개시의 일부 구현예는, 예를 들어 적층체의 길이가 맨드릴 (예를 들어, (30))의 길이에 의해 제한되지 않을 수 있도록 연속 (배치(batch)와 대조적임) 공정으로 적층체를 제조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 맨드릴(30)은, 제거가능하게 또는 이동가능하게 서로에 커플링된 2개 이상의 맨드릴 세그먼트 (예를 들어, (30a) 및 (30b))를 포함하는 하나로 이어진(endless) 맨드릴로서 특성화될 수 있다. 맨드릴 (예를 들어, (30))의 맨드릴 세그먼트 (예를 들어, (30a) 및 (30b))는 서로에 제거가능하게 커플링될 수 있어, 예를 들어 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 하류 (예를 들어, 하기에 보다 상세히 기술되는, 절삭기(110)의 하류)로 맨드릴 세그먼트가 이동한 후, 상기 맨드릴 세그먼트는 맨드릴로부터 디커플링되어(decoupled), 와인딩된 구획(들)의 상류 (예를 들어, 풀리(들) (38a, 38b, 38c 등)의 상류)에서 맨드릴에 다시 커플링될 수 있도록 한다 (예를 들어, 일반적으로 화살표(58)에 의해 예시되는 공정).
맨드릴 세그먼트 (예를 들어, (30a) 및 (30b))는 서로에 이동가능하게 커플링될 수 있어 (예를 들어, 맨드릴 세그먼트 중 인접한 세그먼트들 사이의 힌지(hinged) 또는 선회식(pivotal) 연결을 통해), 예를 들어 맨드릴 세그먼트들이 협력하여 연속 (예를 들어, 고리(loop)) 구조를 획정할 수 있도록 한다. 이러한 구현예에서, 맨드릴 세그먼트가 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 상류뿐만 아니라 이들에 근접한 위치 (예를 들어, 풀리(들) (38a, 38b, 38c 등)의 상류)에 도달할 때, 맨드릴 세그먼트가 그 위에 재료의 층(들)을 수용하기 위한 적절한 정렬로 (예를 들어, 맨드릴 세그먼트가 재료의 층(들)이 그 둘레에 와인딩된 또 다른 맨드릴 세그먼트와 실질적으로 정렬되도록) 선회 또는 안내될 수 있도록 한다 (예를 들어, 트랙(들), 가이드(guide)(들), 롤러(들) 등을 통해). 맨드릴 세그먼트가 재료의 층(들)의 하류 (예를 들어, 절삭기(110)의 하류)로 이동한 후, 상기 맨드릴 세그먼트는 재료의 층(들)에 근접한 상류 위치로 최종적으로 복귀하도록 (예를 들어, 연속 방식으로) 선회 또는 안내될 수 있다 (예를 들어, 트랙(들), 가이드(들), 롤러(들) 등을 통해).
본 개시의 구현예는, 예를 들어 에지-대-에지 및/또는 중첩 (예를 들어, 이들 각각은 인접한 것으로서 특성화될 수 있음) 구획을 갖는 와인딩된 구획(들)을 형성하기 위한 것과 같은 임의의 적합한 방식으로 임의의 적합한 수의 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)을 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩하는 단계를 포함하거나 또는 와인딩하도록 구성될 수 있다. 적어도 이러한 파라미터를 변화시킴으로써, 본 발명의 방법 및 시스템은 가변의 기계적 특성을 갖는 적층체를 제조하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 방법(10a)은, 재료의 층의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 섬유(22a) 각각이 맨드릴의 종축(34)에 대해 각을 이루도록 배치되도록 (예를 들어, 실질적으로 동일한 각(62a)으로) 재료의 1개의 층(18a)을 맨드릴(30) 둘레에 와인딩하는 단계를 포함한다. 방법(10a)에서, 재료의 층(18a)은 제1 측면 에지(66a), 및 제1 측면 에지 대향의 제2 측면 에지(66b)를 포함하고, 와인딩은, 재료의 층의 와인딩된 구획에 대해, 제1 측면 에지가 제2 측면 에지 옆에 있거나 또는 제2 측면 에지와 (예를 들어, 이의 0.0 내지 0.5 mm 내에서) 에지-대-에지 관계를 갖도록 (예를 들어, 제1 측면 에지는 제2 측면 에지와 인접함) 수행된다. 따라서, 방법(10a) 및/또는 시스템(14a)은, 재료의 층(18a)의 와인딩된 구획이 슬리팅되어 적층체를 제조하는 (하기에 보다 상세히 기재됨) 방식에 따라, 적층체의 길이 치수에 대해 각(62a)으로 배향된 섬유(22a)를 가질 수 있는 각겹침 적층체를 제조하도록 구성될 수 있다.
또한 도 4a에 대해 언급하면, 본 발명의 시스템의 일 구현예(14b)를 사용하여 수행되는 바와 같은 본 발명의 방법의 일 구현예(10b)가 도시되어 있으며, 이들 각각은, 하기에 기술된 주요한 예외사항을 가지며 각각 방법(10a) 및 시스템(14a)과 실질적으로 유사할 수 있다. 방법(10b)은 재료의 2개의 층(18b 및 18c)을 맨드릴(30) 둘레에 와인딩하는 단계 (예를 들어, 단계(204), 도 1)를 포함한다. 방법(10b) 및 시스템(14b)에서, 재료의 층(18b)은 풀리(38b) 상에 적어도 부분적으로 배치될 수 있으며, 상기 풀리(38b)는, 풀리가 맨드릴에 대해 그리고 맨드릴의 종축(34)을 중심으로 (예를 들어, 일반적으로 화살표(42b)에 의해 표시된 방향으로) 회전할 때 재료의 층을 맨드릴(30) 둘레에 와인딩할 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 재료의 층(18c)은 풀리(38c) 상에 적어도 부분적으로 배치될 수 있으며, 상기 풀리(38c)는, 풀리가 맨드릴에 대해 그리고 맨드릴의 종축(34)을 중심으로 (예를 들어, 일반적으로 화살표(42c)에 의해 표시된 방향으로) 회전할 때 재료의 층을 맨드릴(30) 둘레에 와인딩할 수 있다.
방법(10a)과 유사하게, 방법(10b)에서, 재료의 층(18b 및/또는 18c)은, 재료의 층의 제1 측면 에지(66a)가 재료의 층의 제2 측면 에지(66b) 옆에 있도록 맨드릴(30) 둘레에 각각 와인딩될 수 있다. 방법(10b)에서, 와인딩은 재료의 층(18c)의 와인딩된 구획이 재료의 층(18b)의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이도록 (예를 들어, 재료의 층(18b 및 18c)의 와인딩된 구획이 중첩되도록) 수행될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 재료의 층(18b)의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 섬유(22b) 각각이 맨드릴(30)의 종축(34)에 대해 실질적으로 제1 각(62b)으로 각을 이루도록 배치되고, 재료의 층(18c)의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 섬유(22c) 각각이 맨드릴의 종축에 대해 실질적으로 제2 각(62c)으로 각을 이루도록 배치되도록 와인딩이 수행될 수 있다. 제1 각(62b)은, 예컨대 예를 들어 10 내지 80도, 20 내지 70도, 30 내지 60도, 40 내지 50도 등만큼 제2 각(62c)과 상이할 수 있다. 따라서, 방법(10b) 및 시스템(14b)은, 재료의 층(18b 및 18c)의 와인딩된 구획이 슬리팅되어 적층체를 제조하는 방식에 따라, 적층체의 길이 치수에 대해 각(62b)으로 배향된 섬유(22b) 및 각(62c)으로 배향된 섬유(22c)를 가질 수 있는 각겹침 적층체를 제조하도록 구성될 수 있다.
또한 도 4b를 언급하면, 본 발명의 시스템의 일 구현예(14c)를 사용하여 수행되는 바와 같은 본 발명의 방법의 일 구현예(10c)가 도시되어 있으며, 이들 각각은 하기 기술되는 주요한 예외사항을 가지며 각각 방법(10b) 및 시스템(14b)과 실질적으로 유사할 수 있다. 방법(10c) 및 시스템(14c)에서, 풀리(38b 및 38c)는 각각 맨드릴(30)에 대해 그리고 맨드릴의 종축(34)을 중심으로 동일한 방향으로 (예를 들어, 일반적으로 화살표(42c)에 의해 표시된 방향으로) 회전하여, 각각 재료의 층(18b 및 18c)을 맨드릴 둘레에 와인딩할 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 와인딩은, (1) 재료의 층(18b)의 측면 에지 (예를 들어, (66b))가 재료의 층(18c)의 측면 에지 (예를 들어, (66a)) 옆에 있고; (2) 재료의 각각의 층에 대해, 다수의 섬유(22b 및 22c) 각각이 맨드릴(30)의 종축(34)에 대해 각을 이루도록 (예를 들어, 실질적으로 동일한 각(62d)으로) 각각 배치되도록 수행될 수 있다. 따라서, 방법(10c) 및 시스템(14c)은, 재료의 층(18b 및 18c)의 와인딩된 구획이 슬리팅되어 적층체를 제조하는 방식에 따라, 적층체의 길이 치수에 대해 각(62d)으로 배향된 섬유(22b 및 22c)를 가질 수 있는 각겹침 적층체를 제조하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 방법의 일부 구현예는 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 인접한 구획들을 함께 스폿-접합하는 단계 (예를 들어, 단계(208), 도 1)를 포함한다. 이러한 스폿-접합하는 단계는 가열 (예를 들어, 가열된 롤러(들)를 사용함), 용접 (예를 들어, 적외선 용접, 레이저 용접, 초음파 용접, 마찰 용접 등), 접착제 결합, 화학 결합 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법(10a)에서, 재료의 층(18a)의 와인딩된 구획의 에지-대-에지 구획은 접합된 스폿(70)에서 함께 스폿-접합될 수 있다. 방법(10b)에서, 재료의 층(18b)의 와인딩된 구획의 에지-대-에지 구획, 재료의 층(18c)의 와인딩된 구획의 에지-대-에지 구획, 및/또는 재료의 층(18b 및 18c)의 와인딩된 구획의 중첩 구획은 접합된 스폿(70)에서 함께 스폿-접합될 수 있다. 방법(10c)에서, 재료의 층(18b 및 18c)의 와인딩된 구획의 에지-대-에지 구획은 접합된 스폿(70)에서 함께 스폿-접합될 수 있다. 이러한 스폿-접합은 적어도 2개의 접합된 스폿 (예를 들어, (70))이 맨드릴 (예를 들어, (30))의 종축 (예를 들어, (34))에 실질적으로 평행한 선 (예를 들어, (74))을 따라 놓이도록 수행될 수 있다 (도 2a). 이러한 방법 및 다른 방법에서, 본 개시의 일부 구현예는 제조된 적층체에서 재료의 층(들)의 뒤틀림과 같은 결함을 완화시키면서, 맨드릴 (예를 들어, (30))을 따라 서로에 대해 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)을 위치시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 일부 구현예에서, 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 인접한 구획들은 연속 용접을 통해 (예를 들어, 재료의 층(들)의 측면 에지(들)를 따라 및/또는 맨드릴의 종축(34)을 따라 및/또는 기타) 접합될 수 있다.
이러한 스폿-접합은 임의의 적합한 구조(들)를 사용하여 수행될 수 있으며, 시스템(14a)의 하기 설명은 오직 예로서 제공된다. 시스템(14a)은, 맨드릴(30) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 인접한 구획들을 스폿 용접(spot weld)하도록 구성된 용접기(78) (예를 들어, 적외선 용접기, 레이저 용접기, 초음파 용접기, 마찰 용접기 등)를 포함한다. 용접기(78)는 맨드릴(30)의 종축(34)을 중심으로 회전가능하게 고정되고; 다른 구현예에서, 용접기 (예를 들어, (78))는, 예를 들어 1개 이상의 풀리 (예를 들어, (38a), (38b), (38c) 등) 중 적어도 1개와 함께 및/또는 맨드릴과 함께 등과 같이 맨드릴 (예를 들어, (30))의 종축 (예를 들어, (34))에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 용접기(78)는 맨드릴(30)에 대해 (예를 들어, 맨드릴의 종축(34)과 실질적으로 정렬되는 방향으로) 옮겨지도록 구성된다. 맨드릴 (예를 들어, (30))에 대한 용접기 (예를 들어, (78))의 이러한 옮김은 하기를 포함하는 임의의 적합한 방식으로 달성될 수 있다: (1) 맨드릴이 옮겨질 때, 맨드릴의 종축 (예를 들어, (34)) 중심의 용접기의 임의의 회전을 무시하면서 용접기는 옮김가능하게 고정되거나; (2) 용접기가 옮겨질 때 (예를 들어, 용접기가 커플링될 수 있는 캐리지(carriage)의 이동 등을 통해) 맨드릴은 옮김가능하게 고정되거나; 또는 (3) 용접기 및 맨드릴 둘 모두의 옮김을 통한 방식.
용접기 (예를 들어, (78))는, 예를 들어 재료의 1개 이상의 층 (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 적어도 1개의 측면 에지 (예를 들어, (66a) 또는 (66b))의 (예를 들어, 센서 기반) 검출, 맨드릴 (예를 들어, (30))에 대한 1개 이상의 풀리 (예를 들어, (38a), (38b), (38c) 등)의 적어도 1개의 회전 위치 및/또는 속도, 재료의 층(들)의 적어도 1개의 폭, 재료의 층(들)의 적어도 1개의 길이 치수와 맨드릴의 종축 (예를 들어, (34)) 사이의 각 (예를 들어, 재료의 층의 와인딩 각) 등을 기초로 스폿 용접부를 주기적으로 제조하도록 구성될 수 있다. 용접기 (예를 들어, (78))는, 예를 들어 용접기가 동시적인 또는 실질적으로 동시적인 방식으로 2개 이상의 스폿 용접부를 제조할 수 있도록 다중 용접 팁(tip) 또는 헤드(head)를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 일부 구현예는, 테이프의 적어도 일부분 (예를 들어, (86))이 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이도록 (그러나 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획과 반드시 접촉하는 것은 아님), 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등) 위에 테이프 (예를 들어, (82))를 배치하는 단계를 포함한다 (예를 들어, 단계(212), 도 1). 이러한 테이프 (예를 들어, (82))는, 예를 들어 열가소성 재료와 같은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있으며, 이는 테이프가 그 위에 배치되는 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 매트릭스 재료 (예를 들어, (26))에 매칭되도록 선택될 수 있고, 섬유를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다. 방법(10a)에서, 테이프(82)는, 테이프의 적어도 일부분(86)이 재료의 층의 와인딩된 구획, 보다 특히 이의 적어도 2개의 에지-대-에지 구획 위에 가로놓이도록 재료의 층(18a) 위에 놓인다. 테이프(82)의 부분(86)은 맨드릴(30)의 종축(34)에 실질적으로 평행할 수 있는 길이 치수, 및 맨드릴의 외주(36)보다 더 작을 수 있는 (예를 들어, 맨드릴의 외주의 절반보다 더 작을 수 있는) 폭(90) (예를 들어, 도 2a에 도시된 폭의 절반)을 포함한다.
본 발명의 방법의 일부 구현예는 테이프 (예를 들어, (82))의 일부분 (예를 들어, (86))을 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)에 결합시키는 단계를 포함한다. 이러한 결합은 가열 (예를 들어, 가열된 롤러(들)를 사용함), 용접 (예를 들어, 적외선 용접, 레이저 용접, 초음파 용접, 마찰 용접 등), 접착제 결합, 화학 결합 등을 포함할 수 있다. 이러한 방식 및 다른 방식에서, 본 개시의 일부 구현예는, 제조된 적층체에서 재료의 층(들)의 뒤틀림과 같은 결함을 완화시키면서 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)을 맨드릴 (예를 들어, (30))을 따라 서로에 대해 위치시키는 것을 용이하게 할 수 있다.
테이프 (예를 들어, (82)) 또는 이의 부분 (예를 들어, (86))을 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들) 위에 배치시키고/거나 이에 결합시키는 이러한 단계는 임의의 적합한 구조(들)를 사용하여 수행될 수 있으며, 하기 시스템(14a)의 설명은 오직 예로서 제공된다. 시스템(14a)은 스풀을 포함할 수 있는 테이프 디스펜서(dispenser)(94)를 포함하며, 상기 스풀 둘레에 테이프 (예를 들어, (82))가 와인딩될 수 있고, 상기 스풀로부터 테이프의 적어도 일부분 (예를 들어, (86))이, 맨드릴(30) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)에 제공될 수 있다. 용접기 (예를 들어, (78))에 대해 상술한 바와 유사하게, 이러한 테이프 디스펜서 (예를 들어, (94))는 맨드릴 (예를 들어, (30))의 종축 (예를 들어, (34))에 대해 회전하도록 구성될 수 있거나 구성되지 않을 수 있고, 맨드릴에 대해 옮겨지도록 구성되거나 구성되지 않을 수 있다.
시스템(14a)은 롤러(98)를 포함하며, 이는 테이프 (예를 들어, (82)) 또는 이의 일부분 (예를 들어, (86))을 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들)에 대해 프레스하도록 구성된다. 이러한 롤러 (예를 들어, (98))는 테이프 (예를 들어, (82)) 또는 이의 일부분 (예를 들어, (86))을 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)에 결합시키는 것 및/또는 테이프 또는 이의 일부분과 재료의 층(들) 사이에 포획될 수 있는 공기를 제거하는 것을 용이하게 할 수 있다.
예시로서 제공하자면, 도 5a는 본 개시의 일부 구현예에 사용하기에 적합할 수 있는 롤러(98a) (예를 들어, (14a), 롤러(98)로서)를 도시한다. 롤러(98a)는 맨드릴(30)의 형상에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 서로 접촉하는 롤러(98a)의 일부분 및 맨드릴(30)의 일부분은 각각 표면을 가질 수 있고, 여기서 상기 표면들은 실질적으로 유사한 만곡(curvature)을 갖고/거나, 롤러의 상기 부분의 횡단면 및 맨드릴의 상기 부분의 횡단면은 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있고/거나 (예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 둘 모두 원형이며, 실질적으로 동일한 반경을 가짐) 등이다. 추가의 예로, 롤러(98)는, 맨드릴(30)의 일부분을 수용하도록 구성된 홈(groove; 120)을 획정할 수 있다. 적어도 이러한 방식에서, 롤러(98a)와 맨드릴(30) 사이의 접촉 면적은 증가할 수 있다.
롤러 (예를 들어, (98))는, 예를 들어 롤러에 의해 힘이 맨드릴에 가해짐에 따라 롤러와 맨드릴 (예를 들어, (30)) 사이의 접촉 면적이 증가하도록 하는 탄성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 탄성 재료는, 예를 들어 고무, 엘라스토머, 폴리우레탄, 탄성 열가소성 재료 등을 포함할 수 있다. 롤러 (예를 들어, (98))는 가열될 수 있으며, 이는 가열된 맨드릴에 대해 상술한 바와 유사한 기능 및 이점을 제공할 수 있다.
또한 도 5b를 언급하면, 본 개시의 일부 구현예에 사용하기에 적합할 수 있는 맨드릴(30a) (예를 들어, (14a), 맨드릴(30)로서)이 도시되어 있다. 맨드릴(30a)은, 테이프 (예를 들어, (82))를 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)에 접합시키는 것 및/또는 테이프와 재료의 층(들) 사이에 포획될 수 있는 임의의 공기를 제거하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 맨드릴(30a)은 맨드릴의 종축(34)을 따라 연장될 수 있는 평면부(122)를 포함할 수 있다. 평면부(122)는 테이프 (예를 들어, (82)) 및/또는 롤러(98)의 폭과 실질적으로 동일한 폭(126)을 가질 수 있으며, 이는 맨드릴의 최대 횡방향 치수 (예를 들어, (32))의 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 또는 그 초과 % 중 임의의 하나 이상이거나 또는 이들 중 임의의 2개 사이 등이다. 맨드릴 (예를 들어, (30a))의 이러한 평면부 (예를 들어, (122))는 롤러 (예를 들어, (98))와 맨드릴 사이의 접촉 면적을 증가시키고/거나, 맨드릴에 대한 테이프 (예를 들어, (82))의 배치를 용이하게 하고/거나, 맨드릴에 대한 성분(들)의 이동 동안 (예를 들어, 성분(들)이 그를 따라 맨드릴에 대해 이동할 수 있는 편평한 표면을 제공함으로써) 성분(들) (예를 들어, 롤러(54), 용접기(78), 테이프 디스펜서(94), 롤러(98), 레이저(102), 절삭기(110), 롤러(118) 등)을 안내할 수 있다.
시스템(14a)은, 예를 들어 하나 이상의 레이저 빔을 롤러(98) 및 이의 하류에 근접한 테이프의 일부분에 향하게 함으로써 테이프 (예를 들어, (82)) 또는 이의 일부분 (예를 들어, (86))을 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)에 용접하도록 구성된 레이저(102)를 포함한다. 일부 구현예에서, 테이프 (예를 들어, (82))를 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)에 접합시키는 단계는 적외선 용접기, 초음파 용접기, 마찰 용접기, 1개 이상의 가열된 롤러 (예를 들어, (98)) 등을 사용하여 (예를 들어, 레이저(102)의 사용과 함께 또는 이의 사용 없이) 수행될 수 있다.
또한 도 6a 및 6b를 언급하면, 본 발명의 방법의 일부 구현예는 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 적어도 일부분을 슬리팅하여 적층체를 제조하는 단계 (예를 들어, 단계(216), 도 1)를 포함한다. 방법(10a)에서, 재료의 층(18a)의 와인딩된 구획은 맨드릴(30)로부터 슬리팅 및 제거되어 적층체(106)를 제조할 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 슬리팅은 맨드릴(30)의 종축(34)과 실질적으로 평행한 선을 따라 수행된다. 테이프 (예를 들어, (82)) 또는 이의 일부분 (예를 들어, (86))이 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들) 위에 배치되는 구현예에서, 슬리팅은 테이프 또는 이의 일부분의 슬리팅을 포함할 수 있다. 방법(10a)에서, 슬리팅은 테이프(82)의 부분(86)이 실질적으로 2등분되도록 수행된다. 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 슬리팅 후, 테이프(82)의 부분(86)은 적층체(106)의 대향하는 측면 에지 상에 배치된다. 이러한 방식 및 다른 방식에서, 본 개시의 일부 구현예는, 그렇지 않은 경우 적층체를 제조하기 위한 재료의 층(들)의 와인딩된 구획(들)의 슬리팅 동안 또는 슬리팅 후에 발생할 수 있는 손상으로부터 맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)을 보호할 수 있다.
맨드릴 (예를 들어, (30)) 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 이러한 슬리팅은 임의의 적합한 구조(들)를 사용하여 수행될 수 있으며, 시스템(14a)의 하기 설명은 오직 예로서 제공된다. 시스템(14a)은, 적층체 (예를 들어, (106))를 제조하기 위해 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들)을 절삭하도록 구성된 블레이드(blade) 또는 에지를 포함할 수 있는 절삭기(110)를 포함한다. 용접기 (예를 들어, (78))에 대해 상술한 바와 유사하게, 이러한 절삭기 (예를 들어, (110))는 맨드릴 (예를 들어, (30))의 종축 (예를 들어, (34))에 대해 회전하도록 구성될 수 있거나 구성되지 않을 수 있고, 맨드릴에 대해 옮겨지도록 구성될 수 있거나 구성되지 않을 수 있다. 일부 구현예에서, 절삭기 (예를 들어, (110))는 레이저를 포함할 수 있다. 시스템(14a)은 스풀(114)을 포함하며, 이 둘레에, 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 와인딩된 구획(들)이 슬리팅되어 적층체를 제조하면 적층체 (예를 들어, (106))가 와인딩될 수 있고, 이는 1개 이상의 롤러(118)에 의해 용이하게 될 수 있다.
또한 도 7을 언급하면, 본 개시의 일부 구현예에 사용하기에 적합할 수 있는 맨드릴(30b) (예를 들어, (14a), 맨드릴(30)로서)이 도시되어 있다. 맨드릴(30b)은, 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층(들) (예를 들어, (18a), (18b), (18c) 등)의 절삭 동안 블레이드 또는 에지를 맨드릴을 따라 안내하기 위해 절삭기(110)의 블레이드 또는 에지를 수용하도록 구성된 홈(134)을 포함할 수 있다. 홈(134)은 맨드릴(30b)의 종축(34)과 실질적으로 정렬될 수 있다. 홈(134)은 절삭기(110)의 블레이드 또는 에지에 의한 정확한 및/또는 직선의 절삭을 용이하게 하고/거나, 블레이드 또는 에지로의 맨드릴(30b)의 표면의 가우징(gouging)을 완화할 수 있고/거나 기타이다.
본 발명의 시스템 (예를 들어, (14a))의 성분(들) (예를 들어, 롤러(54), 용접기(78), 테이프 디스펜서(94), 롤러(98), 레이저(102), 절삭기(110), 롤러(118) 등)은 맨드릴 (예를 들어, (30))에 대해 이동가능한 1개 이상의 캐리지 (예를 들어, (130), 도 2a) 상에 배치될 수 있다. 이러한 캐리지(들) (예를 들어, (130))는 맨드릴 (예를 들어, (30))에 대해 성분(들) 중 1개 이상이 일제히(in unison) 이동하는 것 및/또는 성분(들) 중 2개 이상을 서로에 대해 배치하는 것 등을 용이하게 할 수 있다.
적층체를 제조하기 위한 본 발명의 방법의 일부 구현예는, 재료의 1개 이상의 층 각각의 구획을 맨드릴 둘레에 그리고 맨드릴의 종축을 중심으로 와인딩하는 단계를 포함하며, 여기서 재료의 각각의 층은 섬유를 포함하고, 와인딩은, 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 섬유 각각이 맨드릴의 종축에 대해 각을 이루도록 배치되도록 수행된다. 일부 구현예에서, 재료의 층(들) 중 적어도 1개의 섬유는 탄소 섬유를 포함한다. 일부 구현예에서, 재료의 층(들) 중 적어도 1개의 섬유는 유리 섬유를 포함한다. 일부 구현예에서, 재료의 층(들) 중 적어도 1개의 섬유는 현무암 섬유를 포함한다. 일부 구현예에서, 재료의 층 중 적어도 1개는 매트릭스 재료를 포함한다. 일부 구현예에서, 매트릭스 재료는 열가소성 재료를 포함한다. 일부 구현예에서, 재료의 층(들) 중 적어도 1개는 단방향 섬유 테이프를 포함한다.
일부 구현예에서, 재료의 1개 이상의 층은 재료의 2개 이상의 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 와인딩은, 재료의 층의 적어도 1개의 와인딩된 구획이 재료의 층의 다른 적어도 1개의 와인딩된 구획 위에 가로놓이도록 수행된다. 일부 구현예에서, 와인딩은, 재료의 층의 적어도 1개의 측면 에지가 재료의 층의 다른 적어도 1개의 측면 에지 옆에 있도록 수행된다.
일부 구현예에서, 재료의 층의 제1 층의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 섬유 각각이 맨드릴의 종축에 대해 실질적으로 제1 각으로 각을 이루도록 배치되고, 재료의 층의 제2 층의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 섬유 각각이 맨드릴의 종축에 대해 실질적으로 제2 각으로 각을 이루도록 배치되도록 와인딩이 수행되며, 여기서 제1 각은 제2 각과 상이하다. 일부 구현예에서, 제1 각은 10 내지 80도만큼 제2 각과 상이하다. 일부 구현예에서, 제1 각은 20 내지 70도만큼 제2 각과 상이하다. 일부 구현예에서, 제1 각은 30 내지 60도만큼 제2 각과 상이하다. 일부 구현예에서, 제1 각은 40 내지 50도만큼 제2 각과 상이하다.
일부 구현예에서, 재료의 층(들) 각각은 1개 이상의 풀리 중 각각의 풀리 상에 배치되며, 와인딩은 각각의 풀리를 맨드릴에 대해 그리고 맨드릴의 종축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함한다. 일부 구현예는 맨드릴의 종축과 실질적으로 정렬되는 방향으로 풀리(들)에 대해 맨드릴을 옮기는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 맨드릴은 서로에 제거가능하게 또는 이동가능하게 커플링된 2개 이상의 맨드릴 세그먼트를 갖는, 하나로 이어진 맨드릴을 포함한다.
일부 구현예는 와인딩된 구획(들)의 인접한 구획들을 함께 스폿-접합하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 재료의 1개 이상의 층은 재료의 제1 층 및 재료의 제2 층을 포함하며, 와인딩은, 재료의 제2 층의 와인딩된 구획이 재료의 제1 층의 와인딩된 구획 위에 가로놓이도록 수행되고, 스폿-접합은, 재료의 제1 층이 재료의 제2 층에 스폿-접합되도록 수행된다. 일부 구현예에서, 재료의 1개 이상의 층은 재료의 제1 층 및 재료의 제2 층을 포함하며, 와인딩은, 재료의 제1 층의 측면 에지가 재료의 제2 층의 측면 에지 옆에 있도록 수행되고, 스폿-접합은, 재료의 제1 층이 재료의 제2 층에 스폿-접합되도록 수행된다.
일부 구현예에서, 스폿-접합은, 적어도 2개의 접합된 스폿이 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 놓이도록 수행된다. 일부 구현예에서, 스폿-접합하는 단계는 와인딩된 구획(들)의 인접한 구획들에 열을 가하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 스폿-접합은 스폿 용접을 포함한다. 일부 구현예에서, 스폿 용접은 적외선 용접, 레이저 용접, 초음파 용접 및 마찰 용접으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 구현예는, 테이프의 적어도 일부분이 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이도록 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 배치는 테이프의 상기 부분의 길이 치수가 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행하도록 수행된다. 일부 구현예에서, 테이프의 상기 부분은 맨드릴의 외주보다 더 작은 폭을 가지며, 외주는 맨드릴의 종축에 수직인 평면에서 취해진다. 일부 구현예에서, 테이프의 상기 부분의 폭은 맨드릴의 외주의 절반보다 더 적다.
일부 구현예는 테이프를 재료의 층(들)의 적어도 1개의 와인딩된 구획에 결합시키는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 결합 단계는 테이프에 열을 가하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 결합은 용접을 포함한다. 일부 구현예에서, 용접은 적외선 용접, 레이저 용접, 초음파 용접 및 마찰 용접으로 이루어진 군 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 결합은 적어도 부분적으로, 롤러를 맨드릴의 종축과 실질적으로 정렬되는 방향으로 맨드릴에 대해 이동시킴으로써 수행되며, 테이프는 롤러와 맨드릴 사이에 배치된다. 일부 구현예에서, 결합 동안, 맨드릴의 일부분이 롤러의 홈 내에 배치된다. 일부 구현예에서, 맨드릴은 맨드릴의 종축을 따라 연장되는 평면부를 획정하며, 결합 동안, 테이프는 롤러와 맨드릴의 평면부 사이에 배치된다.
일부 구현예는 와인딩된 구획(들)의 각각의 적어도 일부분을 슬리팅하여 적층체를 제조하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 슬리팅은 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 수행된다. 일부 구현예는 테이프의 상기 부분을 슬리팅하여 적층체를 제조하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 슬리팅은 테이프의 상기 부분이 적층체의 대향하는 측면 에지 상에 배치되도록 수행된다. 일부 구현예에서, 슬리팅은 테이프의 상기 부분이 실질적으로 2등분되도록 수행된다. 일부 구현예에서, 맨드릴은 맨드릴의 종축을 따라 연장되는 홈을 획정하며, 슬리팅은 적어도 부분적으로, 절삭기의 블레이드 또는 에지를 홈 내에 그리고 홈을 따라 맨드릴에 대해 이동시킴으로써 수행된다.
적층체를 제조하기 위한 본 발명의 시스템의 일부 구현예는 종축을 갖는 맨드릴, 1개 이상의 풀리를 포함하며, 각각의 풀리는, 재료의 1개 이상의 층의 각각의 층을 수용하고, 맨드릴에 대해 그리고 맨드릴의 종축을 중심으로 회전시켜 맨드릴 둘레에 재료의 각각의 층의 구획을 와인딩하도록 구성된다.
일부 구현예는 테이프 디스펜서를 포함하며, 이는, 테이프의 적어도 일부분이 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이고, 테이프의 상기 부분의 길이 치수가 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행하도록 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하도록 구성된다.
일부 구현예는, 와인딩된 구획(들)의 인접한 구획들을 함께 스폿 용접하도록 구성된 용접기를 포함한다. 일부 구현예에서, 용접기는 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 놓이는 스폿 용접부를 형성하도록 구성된다.
일부 구현예는, 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분을 슬리팅하도록 구성된 절삭기를 포함한다.
실시예
본 발명은 구체적인 실시예에 의해 보다 상세히 설명될 것이다. 하기 실시예는 오직 예시적인 목적으로만 제공되며, 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 통상의 기술자는 본질적으로 동일한 결과를 산출하도록 변화되거나 또는 수정될 수 있는 중요하지 않은 다양한 파라미터를 쉽게 알 것이다.
실시예 1
단방향 섬유 테이프로부터 제조된 각겹침 적층체
표 1에 열거된 각각의 각겹침 적층체 (샘플 1 내지 6)를 제조하기 위해, 각각의 테이프에 대해, 테이프의 인접한 랩들이 에지-대-에지 관계에 있고, 테이프가 적층체의 겹(ply)을 형성하도록 1개 이상의 단방향 섬유 테이프를 원통형 맨드릴 둘레에 연속으로 와인딩하였다. 각각의 테이프의 와인딩 동안, 테이프의 mm 폭당 대략 1 뉴턴 (N)으로 테이프를 팽팽하게 하였다. 맨드릴에 대해 테이프(들)를 고정시키기(secure) 위해, 각각의 테이프의 인접한 랩들을 맨드릴의 각각의 단부에서 함께 스폿 용접하였다. 맨드릴 둘레에 와인딩되면, 테이프(들)를 맨드릴의 길이를 따라 절삭하고, 맨드릴로부터 적층체를 제거하였다. 생성된 적층체 각각은 만족스러운 특성을 가졌다.
단방향 섬유 테이프로부터 제조된 각겹침 적층체
와인딩 각
샘플 # 각각의 테이프의 폭 (mm) 테이프 1 테이프 2 테이프 3 테이프 4 테이프 5 테이프 6
1 12 60°
2 12 90° 60°
3 50 45° -45°
4 50 45° -45°
5 50 45° 45° (절반 중첩)
6 50 90° 60° 45° -45° -60° 90°
실시예 2
스크랩 추정치(scrap estimates)
층(들)의 단부를 형성하기 위해 재료의 층(들)을 절삭하는 하기 2종의 방법을 고려하여 스크랩 추정치를 제조하였다: (1) 층의 길이에 대해 90°로 층(들) 각각을 절삭하는 방법 (도 8a; "90° 절삭" 층); 및 (2) 층(들)이 맨드릴 둘레에 와인딩될 때 층(들)의 단부가 맨드릴의 단부와 동일 평면상에 있도록 층(들) 각각을 절삭하는 방법 (도 8b; "각 절삭(angle cut)" 층). 도 9 및 10은, 각각 284 mm 직경 및 406 mm 직경을 갖는 맨드릴, 및 다양한 폭을 가지며 다양한 와인딩 각으로 맨드릴 둘레에 와인딩된 재료의 층을 사용한 이러한 스크랩 추정치를 도시한다. 도시되어 있는 바와 같이, 스크랩률은 일반적으로, 재료의 주어진 층이 맨드릴 둘레에 와인딩되는 와인딩 각을 감소시키고/거나 각 절삭 층을 사용함으로써 감소될 수 있으며, 상기 층은 보다 적은 폭을 갖고/거나 상기 맨드릴은 보다 큰 직경을 갖는다.
실시예 3
제조 속도 추정치
본 개시의 구현예를 사용하여 적층체를 제조하기 위한 제조 속도 추정치를 제조하였다. 고려된 단계는 재료의 각각의 층에 대해, 하기를 포함하였다: (1) 맨드릴의 제1 단부에서 층의 인접한 랩들을 함께 스폿-용접함으로써 층의 단부를 맨드릴의 제1 단부에서 고정시키는 단계 ("용접"); (2) 맨드릴 둘레에 층을 와인딩하는 단계 ("와인딩"); (3) 맨드릴의 제2 단부에서 층의 인접한 랩들을 함께 스폿-용접함으로써 층을 맨드릴의 제2 단부에서 고정시키고, 층을 절삭하여 층의 단부를 형성하는 단계 ("용접/절삭"); 및 (4) 맨드릴의 제1 단부로 복귀하는 단계 ("복귀"), 및 각각의 층에 대해 단계 (1) 내지 (4)를 수행한 후, (5) 맨드릴을 따라 서로에 대해 층(들)의 인접한 구획들을 고정시키고 (예를 들어, 스폿-용접에 의해 및/또는 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하는 등에 의해), 맨드릴로부터 적층체를 제거하기 위해 재료의 층(들)을 절삭하는 단계 ("최종 용접/절삭").
284 mm의 직경 및 1000 mm의 길이를 갖는 맨드릴을 사용하여 12겹 적층체를 제조하기 위한 이러한 제조 속도 추정치를 하기 표 2에 나타냈다.
284 mm의 직경 및 1000 mm의 길이를 갖는 맨드릴을 사용하여 12겹 적층체를 제조하기 위한 제조 속도 추정치
기준선 증가된 와인딩 속도 증가된 용접 속도 양방향(two-way) 와인딩
단계 시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들)
용접 22 264 22 264 4 48 4 48
와인딩 38 456 9 108 9 108 9 108
용접/절삭 39 468 39 468 5 60 5 60
복귀 13 156 8 96 8 96 0 0
최종 용접/절삭 300 300 60 60
총 시간 (들) 1644 1236 372 276
제조 속도 (m 2 /min) 0.033 0.043 0.144 0.194
나타낸 바와 같이, 재료의 층(들)이 맨드릴 둘레에 와인딩되는 속도, 재료의 층(들)이 용접되는 속도를 증가시킴으로써 그리고 양방향 와인딩 (맨드릴의 제1 단부에서 시작하여 맨드릴 둘레에 재료의 층을 와인딩하고, 맨드릴의 제2 단부에서 시작하여 맨드릴 둘레에 재료의 층을 와인딩하여, 복귀 단계를 제거함)을 사용함으로써 제조 속도에서의 유의한 증가가 달성될 수 있다.
284 mm의 직경 및 1000 mm의 길이를 갖는 맨드릴 및 양방향 와인딩을 사용하여 12겹, 3겹, 2겹 및 1겹 적층체를 제조하기 위한 제조 속도 추정치를 하기 표 3에 나타냈다.
284 mm의 직경 및 1000 mm의 길이를 갖는 맨드릴 및 양방향 와인딩을 사용하여 12겹, 3겹, 2겹 및 1겹 적층체를 제조하기 위한 제조 속도 추정치
12겹 3겹 2겹 1겹
단계 시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들)
용접 4 48 4.5 13.5 5 10 6 6
와인딩 9 108 9 27 9 18 9 9
용접/절삭 5 60 5.5 16.5 6 12 7 7
복귀 0 0 0 0 0 0 0 0
최종 용접/절삭 60 60 60 60
총 시간 (들) 276 117 100 82
제조 속도 (m 2 /min) 0.194 0.458 0.535 0.653
406 mm의 직경 및 1000 mm 및 6000 mm의 길이를 갖는 맨드릴 및 양방향 와인딩을 사용하여 1겹 및 3겹 적층체를 제조하기 위한 제조 속도 추정치를 하기 표 4에 나타냈다.
406 mm의 직경 및 1000 mm 및 6000 mm의 길이를 갖는 맨드릴 및 양방향 와인딩을 사용하여 1겹 및 3겹 적층체를 제조하기 위한 제조 속도 추정치
1000 mm의 맨드릴 길이; 3겹 1000 mm의 맨드릴 길이; 1겹 6000 mm의 맨드릴 길이; 3겹 6000 mm의 맨드릴 길이; 1겹
단계 시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들) 		시간
(1겹) (들) 		시간
(모든 겹) (들)
용접 6 13.5 6 6 6 18 6 6
와인딩 9 27 9 9 54 162 54 54
용접/절삭 7 16.5 7 7 7 21 7 7
복귀 0 0 0 0 0 0 0 0
최종 용접/절삭 0 60 60 360 360
총 시간 (들) 117 82 561 427
제조 속도 (m 2 /min) 0.654 0.933 0.818 1.075
실시예 4
층 폭, 맨드릴 직경 및 와인딩 각 사이의 관계
도 11은, 다양한 맨드릴 직경 및 와인딩 각에 대해 재료의 층의 인접한 랩들이 에지-대-에지 관계에 있도록 맨드릴 둘레에 층을 와인딩하고자 하는 경우 바람직한 (예를 들어, 층의 변형을 피하기 위한) 재료의 층의 폭을 도시하는 그래프이다. 도시되어 있는 바와 같이, 보다 넓은 층은 일반적으로, 보다 작은 와인딩 각으로 맨드릴 둘레에 층을 와인딩하는 경우 및/또는 맨드릴이 보다 큰 직경을 갖는 경우에 바람직하다.
상기 명세서 및 실시예는 예시적인 구현예의 구조 및 사용의 완전한 설명을 제공한다. 특정 구현예가 특정 정도의 특정성(particularity)으로 기술되었거나 또는 하나 이상의 개별 구현예에 대해 언급되었을지라도, 통상의 기술자는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 개시된 구현예에 대해 다수의 변경을 행할 수 있다. 이와 같이, 방법 및 시스템의 다양한 예시적인 구현예는 개시된 특정한 형태로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 그 보다는, 이들은 청구범위 내에 속하는 모든 수정 및 대안을 포함하며, 나타낸 구현예 이외의 구현예는 묘사된 구현예의 특징 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 요소는 생략될 수 있거나 또는 단일 구조로서 조합될 수 있고/거나 연결은 대체될 수 있다. 또한, 적절한 경우, 상술한 임의의 실시예의 측면들은 기술된 임의의 다른 실시예의 측면들과 조합되어, 필적할 만한 또는 상이한 특성 및/또는 작용을 가지며 동일하거나 또는 상이한 문제를 해결하는(addressing) 추가의 실시예를 형성할 수 있다. 유사하게, 상술한 이익 및 이점은 하나의 구현예에 관련될 수 있거나 또는 여러 구현예에 관련될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
청구범위는, 이러한 제한이 주어진 청구범위에서 각각 "~하기 위한 수단" 또는 "~하기 위한 단계"의 구(들)를 사용하여 명시적으로 인용되지 않는 한 기능표현수단(means-plus-function) 또는 기능표현단계(stetp-plus-function) 제한을 포함하는 것으로 의도되지 않으며, 이를 포함하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 적층체의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은
    재료의 1개 이상의 층 각각의 구획을 맨드릴(mandrel) 둘레에 그리고 상기 맨드릴의 종축을 중심으로(about) 와인딩하는(winding) 단계로서, 여기서
    재료의 각각의 층은 섬유를 포함하고;
    와인딩은, 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 상기 섬유 각각이 상기 맨드릴의 종축에 대해 각을 이루도록(angularly) 배치되도록 수행되는, 단계; 및
    상기 와인딩된 구획(들)의 인접한 구획들을 함께 스폿-접합하는(spot-joining) 단계를 포함하는 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 테이프의 적어도 일부분이 상기 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이도록(overlie) 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배치 단계가, 상기 테이프의 부분의 길이 치수(long dimension)가 상기 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행하도록 수행되는 것인 제조 방법.
  4. 적층체의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은
    재료의 1개 이상의 층 각각의 구획을 맨드릴 둘레에 그리고 상기 맨드릴의 종축을 중심으로 와인딩하는 단계로서, 여기서
    재료의 각각의 층은 섬유를 포함하고;
    와인딩은, 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획에 대해, 다수의 상기 섬유 각각이 상기 맨드릴의 종축에 대해 각을 이루도록 배치되도록 수행되는, 단계; 및
    상기 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하는 단계로서,
    상기 테이프의 적어도 일부분이 상기 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이도록 하고;
    상기 테이프의 부분의 길이 치수가 상기 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행하도록 배치하는, 단계를 포함하는 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 와인딩된 구획(들)의 인접한 구획들을 함께 스폿-접합하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료의 1개 이상의 층이 재료의 제1 층 및 재료의 제2 층을 포함하고;
    상기 와인딩 단계가, 상기 재료의 제2 층의 와인딩된 구획이 상기 재료의 제1 층의 와인딩된 구획 위에 가로놓이도록 수행되고;
    상기 스폿-접합 단계가, 상기 재료의 제1 층이 상기 재료의 제2 층에 스폿-접합되도록 수행되는 것인 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료의 1개 이상의 층이 재료의 제1 층 및 재료의 제2 층을 포함하고;
    상기 와인딩 단계가, 상기 재료의 제1 층의 측면 에지가 상기 재료의 제2 층의 측면 에지 옆에 있도록 수행되고;
    상기 스폿-접합 단계가, 상기 재료의 제1 층이 상기 재료의 제2 층에 스폿-접합되도록 수행되는 것인 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스폿-접합 단계가, 적어도 2개의 접합된 스폿이 상기 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 놓이도록 수행되는 것인 제조 방법.
  9. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이프의 부분이 상기 맨드릴의 외주보다 더 작은 폭을 가지며, 상기 외주는 상기 맨드릴의 종축에 수직인 평면에서 취해지고;
    선택적으로(optionally), 상기 테이프의 부분의 폭이 상기 맨드릴의 외주의 절반보다 더 적은 것인 제조 방법.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이프의 부분을 슬리팅하여(slitting) 상기 적층체를 제조하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 슬리팅 단계가 상기 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 수행되는 것인 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 맨드릴이 상기 맨드릴의 종축을 따라 연장되는 홈(groove)을 획정하고;
    상기 슬리팅 단계가 적어도 부분적으로, 상기 홈 내에 그리고 이를 따라 상기 맨드릴에 대해 절삭기의 블레이드(blade) 또는 에지를 이동시킴으로써 수행되는 것인 제조 방법.
  13. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이프를 상기 재료의 층(들)의 적어도 1개의 와인딩된 구획에 결합시키는 단계를 포함하는 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 결합 단계가 적어도 부분적으로, 상기 맨드릴의 종축과 실질적으로 정렬되는 방향으로 상기 맨드릴에 대해 롤러를 이동시킴으로써 수행되며, 상기 테이프가 상기 롤러와 상기 맨드릴 사이에 배치되고;
    선택적으로, 상기 결합 단계 동안, 상기 맨드릴의 일부분이 상기 롤러의 홈 내에 배치되고;
    선택적으로,
    상기 맨드릴이 상기 맨드릴의 종축을 따라 연장되는 평면부를 획정하고;
    상기 결합 단계 동안, 상기 테이프가 상기 롤러와 상기 맨드릴의 평면부 사이에 배치되는 것인 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료의 1개 이상의 층이 재료의 2개 이상의 층을 포함하고;
    상기 와인딩 단계가, 상기 재료의 층의 적어도 1개의 와인딩된 구획이 상기 재료의 층의 다른 적어도 1개의 와인딩된 구획 위에 가로놓이도록 수행되는 것인 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료의 1개 이상의 층이 재료의 2개 이상의 층을 포함하고;
    상기 와인딩 단계가, 상기 재료의 층의 적어도 1개의 측면 에지가 상기 재료의 층의 다른 적어도 1개의 측면 에지 옆에 있도록 수행되는 것인 제조 방법.
  17. 하기를 포함하는, 적층체를 제조하기 위한 시스템:
    종축을 갖는 맨드릴;
    1개 이상의 풀리(pulley)로서, 각각은
    재료의 1개 이상의 층의 각각의 층을 수용하고;
    상기 맨드릴에 대해 그리고 상기 맨드릴의 종축을 중심으로 회전시켜 재료의 각각의 층의 구획을 상기 맨드릴 둘레에 와인딩하도록 구성된 풀리; 및
    상기 재료의 층(들) 위에 테이프를 배치하도록 구성된 테이프 디스펜서(dispenser)로서,
    테이프의 적어도 일부분이 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분 위에 가로놓이고;
    상기 테이프의 부분의 길이 치수가 상기 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행하도록 배치하도록 구성된 테이프 디스펜서.
  18. 제17항에 있어서, 상기 와인딩된 구획(들)의 인접한 구획들을 함께 스폿 용접하도록(spot weld) 구성된 용접기를 포함하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 용접기가, 상기 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 놓이는 스폿 용접부를 형성하도록 구성된 것인 시스템.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료의 각각의 층의 와인딩된 구획의 적어도 일부분을 상기 맨드릴의 종축에 실질적으로 평행한 선을 따라 슬리팅하도록 구성된 절삭기를 포함하는 시스템.
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