KR102292292B1 - 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는, 시트(sheet) 형상의 소재를 성형툴(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 소재 성형 장치를 제공한다. 소재 성형 장치는 상기 성형툴에 의해 커버되는 제1 부분과, 상기 성형툴로부터 벗어난 제2 부분을 가지도록 상기 성형툴에 대해 배치된 소재를 기준으로, 상기 성형툴 측에 위치하며 상기 성형툴을 지지하는 지지체; 상기 소재가 놓이는 외면과 팽창을 위한 유체압력이 제공되는 내면을 가지는 격막으로서, 상기 소재의 제1 부분이 상기 성형툴과 상기 격막의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 상기 격막의 외면이 상기 소재의 제2 부분에 밀착되며 가압하는 격막; 그리고 적어도 일부가 상기 소재의 제2 부분 상에 위치하도록 상기 격막과 상기 지지체 사이의 상기 성형툴의 인근에 배치된 부피 가변 부재로서, 팽창되는 상기 격막에 의해 상기 소재의 제2 부분이 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되며, 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라, 상기 소재에 주름의 발생이 억제되며 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴 측으로 근접하도록 하는 부피 가변 부재를 포함한다.

Description

소재 성형 장치 및 소재 성형 방법{MATERIAL FORMING APPARATUS AND MATERIAL FORMING METHOD}

본 발명은 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열성형이 가능한 소재, 또는 열성형이 가능한 소재를 모재로 한 복합재료에 대한 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법에 관한 것이다.

열경화성수지, 열가소성수지 등과 같이 열성형이 가능한 소재가 모재인 복합재료는 다양한 기능적 우수성으로 인해 다방면에 활용되고 있다. 예를 들어, 일방향 탄소섬유 복합재료의 경우 무게에 비해 기계적인 성질이 뛰어나 항공기나 운송과 관련된 장비의 구조물 등에 사용이 늘어나는 추세이다. 그러나 제조하고자 하는 형상의 복잡도 및 크기가 증가함에 따라 복합재료를 이용한 구조물의 제조가 어려우며, 제조비 증가로 인해 더욱 폭넓은 적용에 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위한 복합재료 제조공정 연구가 진행되어 왔다. 특히 성형하고자 하는 형상에 구면과 같은 볼록, 또는 오목한 이중곡면(double curvature)이 포함된 경우, 성형 중에 복합재료로 이루어진 소재에 주름이 지는 결함이 발생할 수 있다. 이러한 결함을 극복하기 위한 시도들이 있었다.

그러한 시도 중 대표적인 예로 다이어프램 성형(diaphragm forming) 공정에서는, 복합재료를 일정한 형태로 재단한 프리폼(preform)의 양면에 각각 다이어프램을 하나씩 배치한다. 이후, 다이어프램들에 압력을 가하거나, 복합재료 프리폼측 다이어프램에 진공을 형성하거나, 압력과 진공을 동시에 가하는 등의 방법으로 다이어프램들이 복합재료 프리폼의 양면을 압착하게 한다. 이에 따라, 복합재료 프리폼과 다이어프램이 밀착된 채로 만들고자 하는 형상으로 제작된 성형툴(forming tool)에 입혀지게 된다. 이에 의해, 복합재료 프리폼이 원하는 형상으로 성형될 수 있다.

이렇게 양면을 다이어프램으로 압착하여 성형하면 다이어프램 내부의 탄성으로 인한 인장력이 소재(예: 복합재료 프리폼)에 주름발생을 억제하는 작용을 한다. 따라서, 성형하고자 하는 형상에 어느 정도의 볼록 또는 오목한 이중곡면(double curvature)이 포함되어 있어도 주름 없이 성형할 수 있다.

그러나 양면 다이어프램 압착방법에 의하더라도, 성형하고자 하는 복합재료의 두께가 두껍거나 크기가 커지는 경우, 또는 성형하고자 하는 형상에 굴곡이 심한 볼록 또는 오목한 곡면이 있는 경우, 다이어프램이 주름을 억제하는 성향보다 소재의 주름지려는 성향이 커지므로 소재에 주름지는 결함이 발생한다.

또한, 전술한 바와 같이, 양면 다이어프램 압착방법에 의하면, 복합재료와 성형툴 사이에 다이어프램이 잔존해 있게 된다. 이로 인해, 성형 후에 경화공정이 필요한 경우, 성형 후에 성형툴로부터 성형된 소재와 다이어프램을 분리해야 할 필요가 있다. 이 분리 과정 중에 성형된 형상이 손상될 소지가 있다. 또한, 다이어프램을 분리해 낸 후에 경화를 위해 소재를 다시 성형툴에 입힐 때, 치수가 맞지 않으면 제대로 경화를 할 수 없다는 큰 문제가 있다.

즉, 기존의 양면 다이어프램 압착방법은 이중곡면(double curvature)이 있는 형상을 성형할 수 있는 가능성을 제공하지만, 적용 가능한 복합재료의 두께나 크기 등에 있어서, 성형의 한계가 크며, 소재와 성형툴 사이의 잔존하는 다이어프램으로 인해 실제의 제품 제조에 적용하기가 어려운 실정이다.

이러한 문제점들, 즉 성형의 한계와 치수정밀도를 향상시키기 위해 다이어프램 공정을 개선하려는 추가적인 시도들도 있었다. 예를 들어, 전술된 기존의 다이어프램 방법과 마찬가지로 두 개의 다이어프램으로 소재를 양면에서 압착하여 성형 중 발생하는 소재의 주름을 방지하되, 성형이 마무리되는 시점에 소재와 성형툴 사이에 있는 다이어프램을 제거하여 소재를 성형툴에 직접 입혀지게 성형하는 개선된 방법이 제시되었다.

그러나 상기 개선된 방법의 경우에도, 두 개의 다이어프램의 구조와 압력셀의 구성 등 구조가 복잡하고, 실제 구현의 난이도로 인해 실험실 수준의 작은 시제품 외에 실제 생산에 적용된 사례는 알려진 바가 없다.

최근 들어서 복잡한 형상의 복합재료 제조도 자동화된 로봇으로 생산하는 기술이 개발되고 있으나, 제조비가 높고 공정시간이 길다는 단점이 있어서 상대적으로 간단한 구조와 저비용이고 및 복잡한 형상과 큰 사이즈의 제품에도 적용이 용이한 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복합재료와 같이 성형 중에 주름 결함이 발생하기 쉬운 소재를 주름 결함 없이 복잡한 곡면으로 성형할 수 있는 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 성형 후 소재와 성형툴 사이에 다이어프램과 같은 이물질이 없도록 하여 성형공정 이후의 경화공정 등의 공정 수행이 용이한 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 성형물의 형상, 크기, 두께 등의 관점에서 기존 성형기술의 한계를 극복한 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 시트(sheet) 형상의 소재를 성형툴(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 소재 성형 장치를 제공한다. 소재 성형 장치는 상기 성형툴에 의해 커버되는 제1 부분과, 상기 성형툴로부터 벗어난 제2 부분을 가지도록 상기 성형툴에 대해 배치된 소재를 기준으로, 상기 성형툴 측에 위치하며 상기 성형툴을 지지하는 지지체; 상기 소재가 놓이는 외면과 팽창을 위한 유체압력이 제공되는 내면을 가지는 격막으로서, 상기 소재의 제1 부분이 상기 성형툴과 상기 격막의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 상기 격막의 외면이 상기 소재의 제2 부분에 밀착되며 가압하는 격막; 그리고 적어도 일부가 상기 소재의 제2 부분 상에 위치하도록 상기 격막과 상기 지지체 사이의 상기 성형툴의 인근에 배치된 부피 가변 부재로서, 팽창되는 상기 격막에 의해 상기 소재의 제2 부분이 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되며, 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라, 상기 소재에 주름의 발생이 억제되며 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴 측으로 근접하도록 하는 부피 가변 부재를 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 부피 가변 부재는 상기 성형툴의 형상에 따라 선택될 수 있는 풍선 또는 길쭉한 튜브(elongated tube)일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라 상기 부피 가변 부재가 상기 성형툴의 표면 및 상기 지지체에 의해 구속된 상태에서 부피가 점진적으로 감소되며, 성형이 마무리되는 시점에 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이로부터 상기 부피 가변 부재가 이탈됨으로써, 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴의 표면을 따르도록 성형될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 소재는 열성형(thermoforming)이 가능한 재료, 또는 열성형이 가능한 재료를 모재(matrix)로 한 복합재료이고, 상기 격막은 팽창 및 수축 가능한 변형 가능한 다이어프램(diaphragm)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 소재 성형 장치는, 상기 부피 가변 부재의 위치조정을 위한 도구 또는 작업자의 손의 진입을 위해 상기 지지체와 상기 격막의 사이의 측방향으로는 선택적으로 개방 및 차폐되는 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 성형툴은 상기 소재의 제1 부분을 압착하는 가압면과 상기 가압면에 연결된 측면을 가지며, 상기 가압면 및 상기 측면은 평탄면, 볼록면 및 오목면 중 하나이어서, 상기 성형툴이 이중곡면(double curvature)을 가질 수 있으며, 상기 부피 가변 부재는, 상기 측면에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 소재 성형 장치는 상기 소재에 근접하도록 마련되어 상기 소재에 열을 전달하는 가열부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 소재 성형 장치는 상기 격막의 내면에 제공되는 상기 유체압력을 위한 기밀상태를 형성할 수 있도록 상기 격막의 가장자리를 클램핑하는 클램프를 더 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 시트(sheet) 형상의 소재를 성형툴(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 소재 성형 장치를 제공한다. 소재 성형 장치는 상기 성형툴에 의해 커버되는 제1 부분과, 상기 성형툴로부터 벗어난 제2 부분을 가지도록 상기 성형툴에 대해 배치된 소재를 기준으로, 상기 성형툴 측에 위치하며 상기 성형툴을 지지하는 지지체; 상기 소재가 놓이는 외면과 팽창을 위한 유체압력이 제공되는 내면을 가지는 격막으로서, 상기 소재의 제1 부분이 상기 성형툴과 상기 격막의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 상기 격막의 외면이 상기 소재의 제2 부분에 밀착되며 가압하는 격막; 그리고 상기 소재에 근접하도록 마련되어 상기 소재에 열을 전달하는 가열부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가열부는, 상기 격막의 외면과 상기 소재의 제1 부분 사이에 위치하며, 상기 격막이 상기 소재의 제2 부분을 성형하는데 방해되지 않도록 상기 소재의 제1 부분보다 폭이 넓지 않을 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 소재 성형 장치는 부피 가변 부재를 더 포함할 수 있다. 부피 가변 부재는 적어도 일부가 상기 소재의 제2 부분 상에 위치하도록 상기 격막과 상기 지지체 사이의 상기 성형툴의 인근에 배치될 수 있다. 팽창되는 상기 격막에 의해 상기 소재의 제2 부분이 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되며, 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라, 상기 소재에 주름의 발생이 억제되며 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴 측으로 근접하도록 성형될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 시트(sheet) 형상의 소재를 성형툴(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 소재 성형 방법을 제공한다. 소재 성형 방법에서, 먼저, 상기 소재가 상기 성형툴에 의해 커버되는 제1 부분과, 상기 성형툴로부터 벗어난 제2 부분을 가지도록 격막의 외면 상에 상기 소재 및 상기 성형툴이 배치된다. 이후, 상기 격막의 외면과 대향하며 상기 성형툴을 지지하는 지지체와 상기 격막의 사이의 상기 성형툴의 인근에 상기 부피 가변 부재가 위치된다. 다음으로, 상기 격막의 내면에 가해지는 유체압력에 의해 상기 격막이 팽창되어, 상기 소재의 제1 부분이 상기 성형툴과 상기 격막의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 상기 격막의 외면이 상기 소재의 제2 부분을 가압하여 상기 소재의 제2 부분이 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착된다. 이후, 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라 상기 부피 가변 부재의 부피가 감소됨으로써, 상기 소재에 주름의 발생이 억제되며 상기 소재의 제2 부분이 변형된다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 소재 및 상기 성형툴이 배치되는 단계는, 상기 격막의 외면과 상기 소재의 제1 부분 사이에, 상기 소재에 열을 전달하는 가열부를 위치시키는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 성형툴의 인근에 상기 부피 가변 부재가 위치되는 단계에서, 상기 부피 가변 부재로서 상기 성형툴의 형상에 따라 선택될 수 있는 풍선 또는 길쭉한 튜브(elongated tube)가 상기 성형툴의 측면을 따라 위치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 성형툴의 인근에 상기 부피 가변 부재가 위치되는 단계는, 상기 부피 가변 부재의 적어도 일부가 상기 소재의 제2 부분 상에 위치되는 과정; 그리고 지지체로 상기 성형툴을 가압하여, 상기 격막의 외면과 상기 성형툴에 의해 상기 소재의 제1 부분이 압착되는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 성형툴은 상기 소재의 제1 부분을 압착하는 가압면과 상기 가압면에 연결된 측면을 가지며, 상기 성형툴의 인근에 부피 가변 부재가 위치되는 단계에서, 상기 부피 가변 부재가 상기 소재의 제2 부분 중 주름 발생가능 영역으로 예측된 위치에 대응될 수 있도록, 상기 부피 가변 부재가 상기 성형툴의 측면에 위치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형되는 단계는 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라 상기 부피 가변 부재가 상기 성형툴의 표면 및 상기 지지체에 의해 구속된 상태에서 부피가 점진적으로 감소되며, 성형이 마무리되는 시점에 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이로부터 상기 부피 가변 부재가 이탈됨으로써, 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴의 표면에 입혀지는(laminated) 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 소재 성형 방법은 상기 격막의 팽창을 중단시키고, 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이의 상기 부피 가변 부재를 도구 또는 작업자의 손을 이용하여 위치를 조정하는 단계; 상기 부피 가변 부재를 탈착하고 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이에 재장착하는 단계; 그리고 상기 부피 가변 부재를 교체하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴의 표면에 입혀지는 과정 이후, 1회 이상의 추가의 소재가 입혀지는 단계를 더 포함하며, 상기 추가의 소재가 입혀지는 단계는, 상기 성형툴에 입혀진 상기 소재를 상기 격막의 외면으로부터 이격시키는 단계; 상기 격막의 외면과 상기 성형툴에 입혀진 소재의 사이에 추가의 소재를 위치시키는 단계; 그리고 상기 추가의 소재에 대해 부피 가변 부재가 위치되는 단계, 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되도록 하는 단계, 및 상기 소재의 제2 부분이 변형되는 단계가 순차로 수행되어 상기 소재 상에 상기 추가의 소재가 입혀지는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 추가의 소재가 입혀지는 단계가 반복 수행되어 상기 성형툴에 성형된 복수의 소재를 경화하여 상기 복수의 소재로 구성된 경화된 복수층(layer) 소재를 형성하는 경화단계; 그리고 상기 경화된 복수층 소재를 상기 성형툴로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 성형 중 주름결함의 발생을 방지하기 위해 한 개의 격막(다이어프램)과 성형하고자 하는 형상에 따라 적합한 형상을 가지는 부피 가변 부재(풍선 또는 튜브)를 사용하여 성형 중에 소재를 압착하므로 주름 결함 없이 성형이 가능하다. 즉, 소재의 양면을 각각 다이어프램으로 압착하는 대신 한 면만 다이어프램을 사용하고 다른 한 면은 풍선 또는 튜브를 사용하여 압착한다.

이와 같이, 풍선 또는 튜브와 같은 부피 가변 부재를 사용함으로써 소재 성형 장치의 설계 및 구현이 용이해지며, 다이어프램의 손상에 따른 손실 (비용, 소재, 시간 등)을 줄일 수 있으며, 크기나 복잡한 곡면에 대한 성형의 한계가 크게 개선된다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치에 의해 성형되는 소재의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치의 성형툴의 예들을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치의 격막과 성형툴의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 소재와 성형툴 사이로부터 이탈되는 부피 가변 부재의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 소재와 성형툴 및 부피 가변 부재의 관계의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 격막의 팽창과 함께 부피 가변 부재의 수축에 의해 소재가 성형되는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 소재의 성형 공정을 반복하는 공정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 반복 성형 공정 이후 경화공정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법을 나타내는 도면들이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치에서 성형툴(200)과 소재(100)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치의 성형툴의 예들을 나타내는 도면이다.

소재 성형 장치는 시트(sheet) 형상의 소재(도 2 참조)를, 도 3에 예시된 바와 같은, 성형툴(200)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 장치이다.

소재(100)는 열성형(thermoforming)이 가능한 재료, 또는 열성형이 가능한 재료를 모재(matrix)로 한 복합재료(10)(prepreg; 프리프레그)이거나 이를 특정 형태로 절단한 프리폼(preform)일 수 있다(도 2의 하측 그림 참조).

일방향 섬유강화 복합재료 프리프레그의 경우 프리프레그를 절단하여 이루어진 프리폼은 상기 방향성에 있어서 한방향으로만 성형툴(200)에 놓여질 수도 있다. 또는, 방향이 다른 여러 층 (layer)을 적층하여 함께 성형할 수도 있다. 이 경우, 격막이 변형됨에 따라 섬유방향에 직각인 방향으로 소재가 찢어지는 것이 방지될 수 있다.

소재 성형 장치가 적용되는 복합재료(10)로는 일방향 섬유강화 복합재료를 예로 들 수 있으나, 성형 과정 중에 주름 결함이 발생할 수 있는 기타 소재에도 적용이 가능하다.

도 1을 참조하면. 소재 성형 장치는 지지체(400), 지지 프레임(600), 격막(300) 및 부피 가변 부재(500)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 소재 성형 장치는 하나의 격막(300)(예: 다이어프램)을 사용하여, 격막(300)의 팽창을 통해 소재(100)가 성형툴(200)(forming tool) 위에 입혀지도록 하는 동력을 제공하고, 격막(300)의 반대편에는 격막(300)대신 부피 가변 부재(500)(예: 풍선)에 의해 소재(100)를 지지하게 하되, 소재(100)에 주름이 생기지 않도록 소재(100)에 압력을 가하게 하는 특징을 가진다.

소재 성형 장치에는 제조하고자 하는 제품의 형상에 상응하는 형상을 가지는 성형툴(200)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 소재(100)는 성형툴(200)에 일부가 커버되도록 배치될 수 있다. 즉, 소재(100)는 성형툴(200)에 의해 커버되는 제1 부분(120)과, 성형툴(200)로부터 벗어난 제2 부분(140,160)을 가지도록 성형툴(200)에 대해 배치될 수 있다.

지지체(400)는 소재(100)를 기준으로 성형툴(200) 측에 위치하며, 성형툴(200)로부터 이격되거나 성형툴(200)을 지지하도록 이동될 수 있다. 지지체(400)는 판 형상을 가질 수 있다. 또는, 이와 다르게, 지지체(400)는 긴 바(bar) 또는 지지대 형태를 가질 수도 있다. 이러한 바 또는 지지대 여러 개가 성형툴(200)을 지지할 수 있다.

이러한 바 또는 지지대 형태의 지지체는 판 형태의 지지체에 비해 외부(예: 측면)로부터 내부로의 접근성이 더 좋을 수 있다. 이에 따라, 성형 전 또는 성형 중에라도 비교적 쉽게 후술될 부피 가변 부재(500)의 위치 조정이 가능하다. 예를 들어, 부피 가변 부재(500)가 성형툴(200)의 측면에 더 인접하도록 작업자가 손으로 또는 막대기로 부피 가변 부재(500)를 밀 수 있다.

지지 프레임(600)은 지지체(400)와 대향하여 격막(300)을 지지할 수 있다.

격막(300)은 변형 가능한 다이어프램(diaphragm)을 포함할 수 있다. 격막(300)은 팽창 및 수축 특성이 좋은 연한 성질의 재질(elastomeric diaphragms)로 이루어질 수 있다. 탄성한계가 큰 재질로 격막(300)을 형성하는 경우 재사용이 가능할 것이다. 물론 격막(300)에 소성변형이 일어나면 일회적으로 사용하고 재생(recycle)을 하거나 폐기할 수도 있다.

격막(300)은 소재(100)가 놓이는 외면과 팽창을 위한 유체압력이 제공되는 내면을 가질 수 있다. 예를 들어, 격막(300)과 지지 프레임(600) 사이 공간은 밀폐된(airtight) 공간으로서 압력셀을 구성할 수 있다. 이러한 공간에, 도 1에 예시된 바와 같이, 지지 프레임(600)에 형성된 통로(610)를 통해 공기와 같은 유체가 유입 및 유출되면서 격막(300)이 팽창 및 원상회복 또는 수축될 수 있다.

격막(300)의 외면 상에 소재(100) 및 성형툴(200)이 놓이고, 지지체(400)가 성형툴(200)을 지지한 상태, 즉 소재(100)의 제1 부분(120)이 성형툴(200)과 격막(300)의 외면에 의해 압착된 상태에서, 격막(300)이 팽창될 수 있다. 이에 따라, 도 1의 하측 그림과 같이 팽창되는 격막(300)의 외면이 소재(100)의 제2 부분(140,160)에 밀착되며 가압할 수 있다.

부피 가변 부재(500)는 적어도 일부가 소재(100)의 제2 부분(140,160) 상에 위치하도록 격막(300)과 지지체(400) 사이의 성형툴(200)의 인근에 배치될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 팽창되는 격막(300)에 의해 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 부피 가변 부재(500)의 표면에 압착될 수 있다.

격막(300)이 팽창되기 전에는 부피 가변 부재(500)는 지지체(400)에 접촉하지 않을 수도 있고, 처음부터 접촉될 수도 있다.

소재(100)의 제2 부분(140,160)이 격막(300) 및 부피 가변 부재(500)에 의해 압착된 상태에서 격막(300)이 계속 팽창됨에 따라, 소재(100)에 주름의 발생이 억제되며 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 성형툴(200) 측으로 근접하도록 변형 내지 성형될 수 있다(도 8 참조).

지지체(400)와 격막(300)의 사이의 측방향으로는 선택적으로 개방 및 차폐가 가능한 구조가 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 지지체(400)와 격막(300)의 사이의 측방향으로는 적어도 일부가 개방되어 있다.

종래의 두 개의 다이어프램을 사용한 성형 방법에서는 성형 중에 성형을 정지하고 소재나 격막을 점검하는 등의 작업이 불가능하였다. 그러나 본 실시예에 의하면, 성형 중에 필요에 따라서는 부피 가변 부재(500)의 위치를 조정할 수 있다.

예를 들어, 풍선 형태의 부피 가변 부재(500)가 정상적 위치로부터 이탈하려고 할 때, 격막(300)의 팽창을 중단시키고, 지지체(400)와 격막(300)의 사이의 측방향으로 막대나 도구를 넣거나, 경우에 따라서는 작업자의 손을 넣어 부피 가변 부재(500)를 정상적 위치(예: 소재(100)의 제2 부분(140,160)과 성형툴(200)의 사이)로 밀어 넣을 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 성형공정이 마무리되는 과정에서 지지체(400)와 격막(300)의 사이의 측방향의 개방된 방향으로 도구나 손을 넣어 부피 가변 부재(500)를 빼 낼 수도 있다.

도 3을 참조하면, 성형툴(200)은 제조하려는 제품의 형상에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 성형툴(200)은 가압면(210) 및 가압면(210)에 연결된 측면을 포함할 수 있다. 가압면(210) 및 측면은 평탄면, 오목면, 볼록면 중 하나일 수 있다. 따라서 성형툴(200)은 이중곡면(double curvature)을 가질 수 있다.

본 실시예에서는 성형툴(200)은 가압면(210), 곡면 형상의 외측면(230), 외측면(230)에 대응하는 곡면 형상의 내측면(250)을 포함할 수 있다. 가압면(210)은 내측면(250)과 외측면(230)을 연결하며 소재(100)의 제1 부분(120)을 압착할 수 있다(도 1 참조).

내측면(250)과 외측면(230)은 서로 동심원인 호의 일부일 수 있다. 또한, 내측면(250)과 외측면(230)은 상기 동심원의 곡률에 대해 수직방향으로도 일정한 곡률을 가질 수도 있다.

제조하려는 형상에 따라 소재를 가압면과, 내측 또는 외측 면의 어느 한쪽 측면에만 성형되게 할 수도 있다.

후술될 경화공정 후 소재(100)를 몰드에서 분리하기 용이하도록 내측면(250)과 외측면(230)은 가압면(210)에 대한 수직면에 대해 대략 1~3 도(degree) 정도 테이퍼지도록 형성될 수 있다. 가압면(210)과 내측면(250), 가압면(210)과 외측면(230)은 대략 90도를 이루어 곡면을 형성하게 되고, 내측면(250)과 외측면(230)은 전술된 곡률을 가지는 곡면일 수 있다. 성형툴(200)은 이러한 두 가지의 곡면을 가질 수 있다. 이러한 곡면들로 인해 소재(100)를 단순히 성형툴(200)에 입히는 경우, 주름이 발생하게 된다. 그러나, 본 실시예에 따른 소재 성형 장치에 의하면, 소재에 주름발생을 억제하면서 소재를 성형툴(200)에 입힐 수 있다.

부피 가변 부재(500)는 성형툴(200)의 형상에 따라 선택될 수 있는 풍선 또는 튜브일 수 있다. 튜브 형태의 부피 가변 부재의 경우, 통상적으로 길게 형성되는 데, 이러한 튜브는 고무재질로 형성될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서 튜브 형태의 부피 가변 부재는 고무재질로 한정되지는 않는다.

부피 가변 부재(500)는 소재가 주름지려는 경향이 있는 부위를 중심으로 소재를 전체 또는 부분적으로 지지하도록 배치할 수 있다. 즉, 부피 가변 부재의 배치는 성형툴의 형상에 따라 선택적으로 배치가 가능하며 다만 본 실시예에서는 성형툴의 측면 전체에 부피 가변 부재를 배치한 예를 중심으로 설명한다(도 7의 하측 그림 참조).

소재(100)의 제1 부분(120)이 성형툴(200)의 가압면(210)과 격막(300)에 의해 압착된 상태에서, 격막(300)이 팽창됨에 따라, 외측면(230)측 소재(100)의 제2 부분(140)이 격막(300)과 제1 부피 가변 부재(510)에 의해 압착되며, 내측면(250)측 소재(100)의 제2 부분(160)이 격막(300)과 제2 부피 가변 부재(530)에 의해 압착될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 장치의 격막(300)과 성형툴(200)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

격막(300)의 가장자리가 지지 프레임(600)에 접합됨으로써, 격막(300)과 지지 프레임(600) 사이 공간이 유체압력을 위한 기밀상태로 될 수 있다. 또는 이와 다르게, 도 4의 상측 그림을 참조하면, 격막(300)과 지지 프레임(600)은 복수의 클램프(650)에 의해 결합될 수도 있다. 예를 들어, 격막(300)의 가장자리를 누르는 테두리 플레이트(630)를 배치하고, 클램프(650)가 테두리 플레이트(630)와 지지 프레임(600)을 가압하여 상기 기밀상태의 공간을 형성할 수도 있다.

한편, 도 4의 하측 그림을 참조하면, 격막과 소재의 상대적 움직임과 성형 후 분리를 위해 격막(300)의 외면과 소재(100)의 사이에 이형부재(810)를 개재시킬 수도 있다.

도 5는 소재(100)와 성형툴(200) 사이로부터 이탈되는 부피 가변 부재(500)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

소재(100)의 제2 부분(140,160)이 격막(300) 및 부피 가변 부재(500)에 의해 압착된 상태에서 격막(300)이 계속 팽창됨에 따라 격막(300)의 외면은 부피 가변 부재(500)의 표면을 가압할 수 있다. 이에 따라, 부피 가변 부재(500)가 성형툴(200)의 표면(예: 내측면(250) 및 외측면(230)) 및 지지체(400)에 의해 구속된 상태에서 부피가 점진적으로 감소될 수 있다.

도 5에 제시된 예에서는 지지체(400)가 투명한 플라스틱(예: 폴리카보네이트) 판 형태이고, 이러한 플라스틱 판을 보강하기 위해, 각파이프(450)가 보강되어 있다.

격막(300)이 계속 팽창됨에 따라, 도 5 및 도 8의 하측 그림과 같이, 부피 가변 부재(500)가 소재(100)의 제2 부분(140,160)과 성형툴(200)의 측면 사이로부터 이탈됨으로써, 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 성형툴(200)의 표면을 따르도록 또는 순응하도록(conformable) 성형될 수 있다. 그 결과, 소재(100)는 성형툴(200)의 표면에 입혀질(laminated) 수 있다.

본 실시예에서 격막(300)과 부피 가변 부재(500)에 의해 주름발생이 억제되면서 소재(100)가 성형툴(200)의 표면을 향하여 변형된 후, 소재(100)가 성형툴(200)에 완전히 입혀지는 마무리 단계에서 소재(100)를 롤러나 손으로 성형툴(200)의 표면에 눌러서 성형공정을 마무리할 수도 있다.

이러한 소재(100)의 성형과정을 여러 번 반복하여 원하는 두께의 제품을 성형할 수 있다. 이러한 여러 번 반복하여 성형하는 과정은 더 후술된다.

본 발명의 실시예에 따른 소재 성형 장치에 의하면, 두 개의 다이어프램을 사용한 종래의 복잡하고 실제 구현이 곤란한 복수의 압력셀 구조가 아니라, 하나의 격막(300)을 사용하고, 취급과 구조가 간단한 풍선 또는 튜브 형태의 부피 가변 부재(500)를 포함하므로, 실제 제품 제조에 적용이 편리하고, 장치의 비용이 감소되며, 소재의 사이즈나 형상에 따른 제한이 현저히 감소된 소재 성형 장치를 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 성형 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

소재 성형 방법은 시트(sheet) 형상의 소재(100)를 성형툴(200)(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 형성하는 데에 적용될 수 있다.

소재 성형 방법에서, 먼저, 소재(100)가 성형툴(200)에 의해 커버되는 제1 부분(120)과, 성형툴(200)로부터 벗어난 제2 부분(140,160)을 가지도록 격막(300)의 외면 상에 소재(100) 및 성형툴(200)이 배치될 수 있다(S100).

후술되는 공정에서 소재의 제2 부분(140,160)이 부피 가변 부재(500)의 표면에 압착될 때, 부피 가변 부재(500)가 소재의 제2 부분(140,160) 중 주름 발생가능 영역으로 예측된 위치에 대응될 수 있도록, 성형툴(200)의 인근에 부피 가변 부재(500)가 위치되는 상기 S100 과정에서, 부피 가변 부재(500)가 성형툴(200)의 측면에 위치될 수 있다.

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한편, 전술한 바와 같이, 소재(100)는 열성형(thermoforming)이 가능한 재료, 또는 열성형이 가능한 재료를 모재(matrix)로 한 복합재료로서, 일방향 섬유로 된 복합재료, woven fabric prepreg,　aligned discontinuous fiber composite prepreg 중 적어도 하나일 수 있다. 격막(300)은 변형 가능한 재질로 이루어질 수 있다.

다음으로, 상기 격막(300)의 외면과 대향하며 상기 성형툴(200)을 지지하는 지지체(400)와 격막(300)의 사이의 성형툴(200)의 인근에 부피 가변 부재(500)가 위치될 수 있다(S200).

계속해서, 격막(300)의 내면에 가해지는 유체압력에 의해 격막(300)이 팽창되어, 소재(100)의 제1 부분(120)이 성형툴(200)과 격막(300)의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 격막(300)의 외면이 소재(100)의 제2 부분(140,160)을 가압하여 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 부피 가변 부재(500)의 표면에 압착되도록 할 수 있다(S300).

다음으로, 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 격막(300) 및 부피 가변 부재(500)에 의해 압착된 상태에서 격막(300)이 계속 팽창됨에 따라 부피 가변 부재(500)의 부피가 감소됨으로써, 소재(100)에 주름의 발생이 억제되며 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 변형 내지 성형될 수 있다(S400).

이하, 이러한, 소재 성형 방법의 구체적 과정을 도 1 내지 도 5에서 설명된 소재 성형 장치를 예로 상세히 설명한다.

도 7은 소재(100)와 성형툴(200) 및 부피 가변 부재(500)의 관계의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

전술된 성형툴(200)의 인근에 부피 가변 부재(500)가 위치되는 과정은, 부피 가변 부재(500)의 적어도 일부가 소재(100)의 제2 부분(140,160) 상에 위치하도록 성형툴(200)의 인근에 부피 가변 부재(500)가 위치되는 과정과, 지지체(400)로 성형툴(200) 및 부피 가변 부재(500)를 가압하여, 격막(300)의 외면과 성형툴(200)에 의해 소재(100)의 제1 부분(120)을 압착하는 과정을 포함할 수 있다.

전술된 부피 가변 부재(500)가 위치되는 과정에서, 부피 가변 부재(500)로서 성형툴(200)의 형상에 따라 선택될 수 있는 풍선 또는 튜브가 성형툴(200)의 측면을 따라 위치될 수 있다. 부피 가변 부재(500)는 소재(100)에 주름이 발생하기 쉬운 부위를 성형 중에 전체적으로 압착할 수 있는 형상을 가질 수 있다.

소재(100)는 성형툴(200)의 가압면(210)에 배치된 상태에서, 도 7의 가운데 그림과 같이, 소재가 하측에 위치하도록 해서 공정이 진행될 수도 있다. 이에 대해서는 도 1 내지 도 5에서 설명을 참조할 수 있다. 이와 다르게, 소재(100)는 성형툴(200)의 가압면(210)에 배치된 상태에서, 도 7의 상측 그림과 같이, 소재가 상측에 위치하도록 해서 공정이 진행될 수도 있다. 이 경우는 격막(300)이 상측에 위치하고, 지지체(400)가 하측에 위치하도록, 즉, 도 1에 예시된 소재 성형 장치의 상하가 뒤집히도록 설치한 상태에서 소재 성형 공정이 진행될 수도 있다. 이하, 도 7의 가운데 그림의 예를 중심으로 설명한다.

성형툴(200)이 전술한 바와 같이, 내측면(250), 외측면(230) 및 가압면(210)을 가지는 경우, 소재(100)가 가압면(210)에 대응하는 제1 부분(120)과, 내측면(250) 및 외측면(230)에 대략 수직한 방향으로 각각 연장된 제2 부분(140,160)을 가지도록 배치될 수 있다. 소재와 성형툴(200) 간의 분리를 용이하게 하기 위해, 내측면(250) 및 외측면(230)은 상기 수직한 방향에서 대략 1~3도 정도 테이퍼지도록 형성될 수 있음은 전술한 바와 같다.

이 경우, 부피 가변 부재(500)가 위치되는 과정은 외측면(230)을 따라 연장되는 제1 부피 가변 부재(510)를 배치하고, 내측면(250)을 따라 연장되는 제2 부피 가변 부재(530)를 배치하는 과정을 포함할 수 있다(도 7의 하측 그림 참조).

도 8은 격막(300)의 팽창과 함께 부피 가변 부재(500)의 수축에 의해 소재(100)가 성형되는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

전술한 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 부피 가변 부재(500)의 표면에 압착되는 과정에서는, 소재(100)의 제 2부분의 양측(140,160)을 모두 부피 가변 부재(500)로 압착하고자 하는 경우, 소재(100)의 제1 부분(120)이 성형툴(200)의 가압면(210)과 격막(300)에 의해 압착된 상태에서, 격막(300)이 팽창됨에 따라, 외측면(230)측 소재(100)의 제2 부분(140)이 격막(300)과 제1 부피 가변 부재(510)에 의해 압착되며, 내측면(250)측 소재(100)의 제2 부분(160)이 격막(300)과 제2 부피 가변 부재(530)에 의해 압착될 수 있다.

다음으로, 전술한 소재(100)에 주름의 발생이 억제되며 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 변형 내지 성형되는 과정은, 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 격막(300) 및 부피 가변 부재(500)에 의해 압착된 상태에서 격막(300)이 계속 팽창됨에 따라, 부피 가변 부재(500)가 격막(300)의 외면, 성형툴(200)의 표면(즉, 내측면 및 외측면) 및 지지체(400)에 의해 구속된 상태에서 부피가 점진적으로 감소되는 과정을 포함할 수 있다(도 8의 상측 및 가운데 그림 참조).

부피 가변 부재(500)는 탄성재질로 이루어진 풍선 또는 튜브와 이에 장착된 밸브를 포함할 수 있다. 성형 중에 밸브가 조작되거나 미리 설정된 방법으로 공기를 배출하여 부피 가변 부재(500)의 부피가 점진적으로 감소될 수 있다. 이 경우, 부피 가변 부재(500)가 격막(300)에 대항하여 주름 발생을 억제할 수 있도록 소재(100)를 가압하는 압력을 유지하면서 부피가 감소되도록 할 수 있다. 예를 들어, 부피가 감소 중인 부피 가변 부재(500)가 소재를 가압하는 압력이 일정하게 또는 성형 공정의 시점에 따라 설정된 값으로 변화되도록 밸브를 조절하거나 밸브를 설정할 수 있다.

이러한 과정에 의해 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 성형툴(200)의 내측면(250)측 및 외측면(230) 측으로 각각 근접하도록 변형될 수 있다.

또한, 소재(100)에 주름의 발생이 억제되면서 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 변형 내지 성형되는 과정은, 상기한 부피 가변 부재(500)의 점진적인 부피 감소 과정의 이후에, 계속해서 격막(300)이 팽창됨에 따라, 소재(100)의 제2 부분(140,160)과 성형툴(200)의 사이로부터 부피 가변 부재(500)가 이탈됨으로써, 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 성형툴(200)의 표면에 입혀지는(laminated) 과정을 더 포함할 수 있다(도 8의 하측 그림 참조).

즉, 성형이 마무리되는 시점에 소재(100)와 성형툴(200)의 측면 사이에 남아있는 공기가 거의 다 빠진 부피 가변 부재(500)가 제거되면 소재(100)가 성형툴(200)의 표면에 완전히 밀착되어 1차 성형이 완료될 수 있다.

종래의 두 개의 다이어프램에 의한 성형법과 비교했을 때, 본 실시예의 소재 성형 방법은 성형이 완료되는 시점에 다이어프램이나 다른 이물질 없이 소재(100)와 성형툴(200)이 직접 접촉 내지 대면하는 점에 차이가 있다. 즉, 소재(100)와 성형툴(200) 사이에 이물질이 없으므로 얇은 두께의 소재(100)를 복수회 성형하면 원하는 두께까지 성형할 수 있다.

전술한 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 부피 가변 부재(500)의 표면에 압착되는 과정, 또는 소재(100)에 주름의 발생이 억제되며 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 변형 내지 성형되는 과정에 있어서, 필요한 경우, 부피 가변 부재(500)의 위치조정 과정을 더 포함할 수도 있다.

예를 들어, 격막(300)의 팽창을 중단시키고, 소재(100)의 제2 부분(140,160)과 성형툴(200)의 사이로부터 이탈하려는 부피 가변 부재(500)를 막대기 등의 도구나 작업자의 손으로 정상적 위치로 밀어 넣는 등 부피 가변 부재(500)의 위치조정 과정을 더 포함할 수도 있다.

또는, 부피 가변 부재(500)가 손상되었을 경우, 비교적 쉽게 부피 가변 부재(500)를 교체할 수 있다. 종래의 이중 다이어프램을 사용한 성형공정의 경우, 다이어프램이 터지는 등 손상이 종종 발생하였으며, 이러한 손상이 발생하면 성형공정을 처음부터 다시 해야 하거나 소재를 아예 버려야 할 경우가 많았다.

그러나, 본 실시예에 따른 소재 성형 장치에 의하면, 격막(300) 및 부피 가변 부재(500)의 손상으로 인해 소재를 버리거나 처음부터 다시 해야 하는 경우가 거의 발생하지 않는다. 만약, 부피 가변 부재(500)가 터지는 등 손상을 입은 경우, 도구나 손으로 직접 부피 가변 부재(500)를 빼내고, 필요시 격막(300)의 부피를 줄이고, 정상적인 부피 가변 부재(500)를 설치한 후 계속해서 격막(300)의 팽창 공정을 이어서 진행(resume)할 수 있다. 또는 단순히 측방향으로부터 막대 등의 도구나 손을 이용하여 부피 가변 부재(500)의 위치를 조정해 줄 수도 있다.

도 9는 소재(100)의 성형 공정을 반복하는 공정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

전술한 바와 같이, 소재(100)의 제2 부분(140,160)이 성형툴(200)의 표면에 입혀지는 과정에 의해 하나의 소재(100)를 성형툴(200)에 성형하는 공정이 완료된다.

소재(100)가 성형된 성형툴(200)에 그대로 다시 추가의 소재(100')를 배치하고 성형과정을 반복할 수 있다(S500). 이러한 반복과정의 횟수를 선택하여, 결과적으로 성형되는 제품의 두께를 결정할 수 있다. 물론 반복 성형되는 소재(100)의 방향은 서로 일치하거나 다르게 배열될 수 있다.

구체적으로, 반복적인 성형과정은 예를 들어, 성형툴(200)에 입혀진 소재(100)를 격막(300)의 외면으로부터 이격시키는 과정과, 격막(300)의 외면과 성형툴(200)에 입혀진 소재(100)의 사이에 추가의 소재(100')를 위치시키는 과정과, 추가의 소재(100')에 대해 부피 가변 부재(500)가 위치되는 과정, 추가의 소재(100')가 부피 가변 부재(500)의 표면에 압착되도록 하는 과정, 및 추가의 소재(100')의 제2 부분(140,160)이 변형되는 과정이 순차로 수행되어 이루어질 수 있다. 그 결과, 소재(100) 상에 추가의 소재(100')가 입혀져, 도 9의 하측 그림과 같이, 주름이 없는 원하는 복수의 소재(101)가 성형툴(200) 상에 성형될 수 있다.

도 10은 반복 성형 공정 이후 경화공정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

소재 성형 방법은 추가의 소재(100)가 입혀지는 단계가 반복 수행되어 성형툴(200)에 성형된 복수의 소재(101)를 경화하는 경화과정(S600)과, 경화된 복수의 소재(101)(경화된 복수층(layer) 소재)를 성형툴(200)로부터 분리하는 과정(S700)을 더 포함할 수 있다. 물론 소재의 레진이 경화가 필요없는 경우 경화공정을 거치지 않을 수 있다.

도 10의 상측 그림에서 추가의 소재(101')는 예시를 위해 도시한 것이며, 제조하고자 하는 제품에 따라 그에 적합한 개수의 추가의 소재(101')가 적층될 수 있다.

예를 들어, 경화과정은 이형부재(810)의 표면에 흡수 부재(830)를 부착하는 과정, 이형부재(810) 및 흡수 부재(830)가 부착된 성형툴(200)을 진공팩(850) 내에 넣어 밀폐시키는 과정, 성형툴(200)을 가열하여 복수의 소재(101)로부터 결합물질(예: 레진, resin)이 흡수 부재(830)로 흡수되도록 하는 과정, 그리고 진공팩(850)으로부터 성형툴(200)을 꺼내고 이형부재(810)를 경화된 복수의 소재(101)(경화된 복수층(layer) 소재)로부터 분리하는 과정을 포함할 수 있다.

일반적으로 경화공정은 고온고압 탱크(예: 오토클레이브) 내에 복수의 소재(101)가 성형된 성형툴(200)을 넣고, 고온고압 탱크 내에 마련된 가열장치를 사용하여 고온 및 고압으로 수 시간 동한 진행될 수 있다.

반면, 본 실시예에 따른 경화공정은, 흡수되도록 하는 과정에서, 고온고압 탱크 내에 마련된 별도의 가열장치를 사용하지 않고 진행될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 경화공정에서는 성형툴(200)에 형성된 히터 삽입용 구멍(270)에 열선(280)을 설치하고 열선(280)으로부터 발생된 열을 성형툴(200)을 통해 복수의 소재(100)로 전달하여 소재가 함유하는 레진(resin)과 같은 결합물질의 추출을 보다 용이하게 할 수 있다.

이러한 과정을 통해, 제조되는 제품의 일 예로, 도 10의 하측에 도시된 형태의 시제품을 제조하였다. 제조된 시제품은 내경 2000mm, 외경 2160mm, 최대길이 114.5mm, 높이 40mm, 두께 약 1.5mm, 섬유의 배치방향이 0도, 90도, 45도, -45도가 되도록 반복성형 하여 8층으로 형성하였다. 제품의 소재는 SKYFLEX USN150을 사용하였다.

전술된 실시예에서는 부피 가변 부재(500)로서 풍선을 중심으로 설명하였으나, 부피 가변 부재(500)로서 풍선 대신 다른 디바이스, 예를 들어, 튜브나 탄성을 가지고 소재(100)에 순응할 수 있는(conformable) 접합면을 가지는 스프링 구조나 피스톤 구조를 적용하여 소재(100)를 압착하는 것도 가능하다. 또한, 고무나 다른 변형 가능한 표면을 가지는 팽창가능한 기구라면, 다이어프램 대신 사용될 수도 있다.

종래의 두 개의 다이어프램을 사용하는 경우, 각 다이어프램의 압력셀과 다이어프램들 사이의 압력셀을 각각 제어해야 하고, 장치 전체적으로 밀폐되는 구조를 이루어야 하여, 다이어프램들 간의 팽창 및 접합을 제어하는 과정이 복잡하다. 즉, 구조가 복잡하고 실현에 곤란성이 커서 실제 적용하기 어려웠다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 성형 중 주름결함의 발생을 방지하기 위해 한 개의 격막(300)(다이어프램)과 성형하고자 하는 형상에 따라 적합한 형상을 가지는 부피 가변 부재(500)(풍선)를 사용하여 성형 중에 소재(100)를 압착하므로 주름 결함 없이 성형이 가능하다. 즉, 소재(100)의 양면을 각각 다이어프램으로 압착하는 대신 한 면만 다이어프램을 사용하고 다른 한 면은 풍선을 사용한다.

이와 같이, 풍선과 같은 부피 가변 부재(500)를 사용함으로써 소재 성형 장치의 설계 및 구현이 용이해지며 다이어프램의 손상에 따른 손실 (비용, 소재(100), 시간 등)을 줄일 수 있으며, 크기나 복잡한 곡면에 대한 성형의 한계가 크게 개선된다.

도 11및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법을 나타내는 도면들이다.

도 11 및 도 12에 제시된 소재 성형 장치는 도 1 내지 도 9에서 설명된 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법에 비하여 가열부를 더 포함한다.

전술한 바와 같이, 소재(100)는 열성형(thermoforming)이 가능한 재료, 또는 열성형이 가능한 재료를 모재(matrix)로 한 복합재료로서, 일방향 섬유로 된 복합재료, woven fabric prepreg,　aligned discontinuous fiber composite prepreg 중 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 도 11에 예시된 바와 같이 소재는 방향성을 갖도록 형성된 섬유를 포함할 수 있다.

일방향 섬유 복합재료와 같이 끊김이 없는 긴 섬유를 포함한 복합재료의 경우, 소재에 포함된 섬유 중에 양쪽 끝은 가압면 위에, 중앙부분은 오목한 측면에 해당하는 위치에 섬유가 길게 배치되는 경우 (도 11의 111)가 있을 수 있다. 이 경우 성형을 위해서는 가압면과 소재와의 상대적인 이동(미끄러짐)이 필요한데 소재의 레진 점도가 높은 경우 오목한 측면으로의 성형이 제한될 수 있다. .

소재(100)에 열을 가한 상태에서 성형하는 경우, 즉, 소재(100)가 변형될 때, 레진의 점도를 낮출 수 있으므로 위에 언급한 것과 같은 성형의 제한을 줄일 수 있다. 이를 위해, 본 실시예의 소재 성형 장치는 격막(300)의 외면과 소재(100)의 제1 부분(120) 사이에 위치하여 소재(100)에 열을 전달하는 판 형태의 가열부(700)를 더 포함할 수 있다(도 11의 하측 그림 참조).

격막(300)의 외면 상에 소재(100) 및 성형툴(200)이 배치될 때, 격막(300)의 외면과 소재(100)의 제1 부분(120) 사이에, 소재(100)에 열을 전달하는 가열부(700)가 배치될 수 있다(도 11의 하측 그림 참조).

이와 같이, 가열부(700)를 배치하고 격막(300)을 팽창시켜 도 12의 상측 그림과 같이, 소재(100)를 성형툴(200)에 입혀지도록 하여 성형할 수 있다. 가열부(700)로 인해 상기 섬유 부분(111)의 소재가 변형이 더욱 쉬운 상태가 될 수 있다. 따라서, 효과적으로 성형을 진행할 수 있다.

효과적으로 소재(100)에 열을 가하기 위해, 열전도율이 높은 물질로 성형툴(200)을 만들고, 성형 시 성형툴(200)의 온도를 조절함으로써 소재(100)의 온도를 조절할 수도 있다. 성형툴(200)의 온도로 소재(100)의 온도를 조절하는 방안은 성형을 순차적으로 하여 성형된 소재(100)의 두께가 증가될수록 성형툴(200)로부터 소재(100)로의 열전달에 어려움이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 방법으로, 소재(100)에 국부적으로나마 직접 열을 전달할 수 있기 위해, 전술한 가열부(700)를 배치할 수 있다.

가열부(700)의 형상은 성형 전에 소재(100)와 직접 접하는 성형툴(200)의 가압면(210)에 상응하도록 형성하는 것이 바람직하다. 가열부(700)의 면적이 성형툴(200)의 가압면(210)보다 클 경우 격막(300)이 소재(100)를 성형툴(200)에 입히는데 어려움이 생길 수 있고, 가열부(700)의 면적이 성형툴(200)의 가압면(210)보다 작을 경우 소재(100)에 열을 가하는 효과가 줄어들 수 있다.

한편, 도 12의 가운데 그림 및 하측 그림에 예시된 바와 같이, 하면이 가열부(700)와 접하도록 배치된 소재의 제2 부분 상에 부피 가변 부재(500)를 배치하고 성형하는 소재 성형 장치 및 소재 성형 방법도 물론 가능하다.

전술된 바와 다르게, 소재 성형 장치가 위치한 공간 전체의 온도를 상승시켜 성형 중인 소재에 열을 전달하는 방법도 가능하다. 예를 들어, 소재 성형 장치를 챔버에 넣고 챔버의 온도를 상승시킬 수도 있다.

또한, 전술한 가열부(700)와 다르게, 소재(100)에 접촉하지 않고, 적외선과 같은 전자기파에 의해 가열하는 방법도 채택될 수 있다.

또한, 가열을 위한 수단이 격막(300)의 내측, 즉 격막(300)의 내면에 설치되고 격막(300)을 통해 소재에 열을 전달하는 구성도 가능하다.

또한, 가열부(700) 자체가 유연하고 플렉시블하여 격막(300)의 팽창에 의해 변형될 수 있는 소재와 구조를 가지도록 제조할 수도 있다. 이러한 가열부(700)를 사용하는 경우, 가열부가 성형툴의 가압면보다 큰 폭으로 형성되어 격막에 의해 변형되면서 소재를 측면 측에서도 가압하도록 할 수 있다. 따라서 내측면에 입혀지는 소재 부분에도 가열부가 직접적으로 가열하도록 할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 복합재료
100 : 소재
101 : 복수의 소재(성형 완료된 소재)
120 : 제1 부분
140, 160 : 제2 부분
200 : 성형툴
210 : 가압면
230 : 외측면
250 : 내측면
270 : 히터 삽입용 구멍
300 : 격막
400 : 지지체
500 : 부피 가변 부재
510 : 제1 부피 가변 부재
530 : 제2 부피 가변 부재
600 : 지지 프레임
610 : 통로
700 : 가열부
810 : 이형부재
830 : 흡수 부재
850 : 진공팩

Claims (20)

1. 시트(sheet) 형상의 소재를 성형툴(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 소재 성형 장치에 있어서,
   상기 성형툴에 의해 커버되는 제1 부분과, 상기 성형툴로부터 벗어난 제2 부분을 가지도록 상기 성형툴에 대해 배치된 소재를 기준으로, 상기 성형툴 측에 위치하며 상기 성형툴을 지지하는 지지체;
   상기 소재가 놓이는 외면과 팽창을 위한 유체압력이 제공되는 내면을 가지는 격막으로서, 상기 소재의 제1 부분이 상기 성형툴과 상기 격막의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 상기 격막의 외면이 상기 소재의 제2 부분에 밀착되며 가압하는 격막; 그리고
   적어도 일부가 상기 소재의 제2 부분 상에 위치하도록 상기 격막과 상기 지지체 사이의 상기 성형툴의 인근에 배치된 부피 가변 부재로서, 팽창되는 상기 격막에 의해 상기 소재의 제2 부분이 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되며, 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라, 상기 소재에 주름의 발생이 억제되며 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴 측으로 근접하도록 하는 부피 가변 부재를 포함하고,
   상기 부피 가변 부재의 위치조정을 위한 작업자의 손 또는 도구의 진입을 위해 상기 지지체와 상기 격막의 사이의 측방향으로는 선택적으로 개방 및 차폐되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 부피 가변 부재는 상기 성형툴의 형상에 따라 선택될 수 있는 풍선 또는 길쭉한 튜브(elongated tube)인 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라 상기 부피 가변 부재가 상기 성형툴의 표면 및 상기 지지체에 의해 구속된 상태에서 부피가 점진적으로 감소되며, 성형이 마무리되는 시점에 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이로부터 상기 부피 가변 부재가 이탈됨으로써, 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴의 표면을 따르도록 성형되는 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 소재는 열성형(thermoforming)이 가능한 재료, 또는 열성형이 가능한 재료를 모재(matrix)로 한 복합재료이고,
   상기 격막은 변형 가능한 다이어프램(diaphragm)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 성형툴은 상기 소재의 제1 부분을 압착하는 가압면과 상기 가압면에 연결된 측면을 가지며, 상기 가압면 및 상기 측면은 평탄면, 볼록면 또는 오목면을 포함하여 상기 성형툴이 이중곡면(double curvature)을 가지며,
   상기 부피 가변 부재는 상기 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 소재에 근접하도록 마련되어 상기 소재에 열을 전달하는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 격막의 내면에 제공되는 상기 유체압력을 위한 기밀상태를 형성할 수 있도록 상기 격막의 가장자리를 클램핑하는 클램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
9. 시트(sheet) 형상의 소재를 성형툴(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 소재 성형 장치에 있어서,
   상기 성형툴에 의해 커버되는 제1 부분과, 상기 성형툴로부터 벗어난 제2 부분을 가지도록 상기 성형툴에 대해 배치된 소재를 기준으로, 상기 성형툴 측에 위치하며 상기 성형툴을 지지하는 지지체;
   상기 소재가 놓이는 외면과 팽창을 위한 유체압력이 제공되는 내면을 가지는 격막으로서, 상기 소재의 제1 부분이 상기 성형툴과 상기 격막의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 상기 격막의 외면이 상기 소재의 제2 부분에 밀착되며 가압하는 격막; 그리고
   상기 소재에 근접하도록 마련되어 상기 소재에 열을 전달하는 가열부를 포함하고,
   상기 가열부는, 상기 격막의 외면과 상기 소재의 제1 부분 사이에 위치하며,상기 격막의 팽창에 의해 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는,
   소재 성형 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 격막이 상기 소재의 제2 부분을 성형하는데 방해되지 않도록 상기 소재의 제1 부분보다 폭이 넓지 않은 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 장치.
    
11. 제9항에 있어서,
    적어도 일부가 상기 소재의 제2 부분 상에 위치하도록 상기 격막과 상기 지지체 사이의 상기 성형툴의 인근에 배치된 부피 가변 부재로서, 팽창되는 상기 격막에 의해 상기 소재의 제2 부분이 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되며, 상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라, 상기 소재에 주름의 발생이 억제되며 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴 측으로 근접하도록 하는 부피 가변 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 장치.
    
12. 시트(sheet) 형상의 소재를 성형툴(forming tool)의 표면을 따르도록 (conformable) 변형시켜 제품(article)을 성형하는 소재 성형 방법에 있어서,
    상기 소재가 상기 성형툴에 의해 커버되는 제1 부분과, 상기 성형툴로부터 벗어난 제2 부분을 가지도록 격막의 외면 상에 상기 소재 및 상기 성형툴이 배치되는 단계;
    상기 격막의 외면과 대향하며 상기 성형툴을 지지하는 지지체와 상기 격막의 사이의 상기 성형툴의 인근에 부피 가변 부재가 위치되는 단계;
    상기 격막의 내면에 가해지는 유체압력에 의해 상기 격막이 팽창되어, 상기 소재의 제1 부분이 상기 성형툴과 상기 격막의 외면에 의해 압착된 상태에서, 팽창되는 상기 격막의 외면이 상기 소재의 제2 부분을 가압하여 상기 소재의 제2 부분이 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되도록 하는 단계; 그리고
    상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라 상기 부피 가변 부재의 부피가 감소됨으로써, 상기 소재에 주름의 발생이 억제되며 상기 소재의 제2 부분이 변형되는 단계를 포함하고,
    상기 부피 가변 부재의 위치조정을 위한 작업자의 손 또는 도구의 진입을 위해 상기 지지체와 상기 격막의 사이의 측방향으로는 선택적으로 개방 및 차폐되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 소재 및 상기 성형툴이 배치되는 단계는, 상기 소재에 열을 전달하는 가열부를 상기 소재에 근접하도록 마련하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 성형툴의 인근에 상기 부피 가변 부재가 위치되는 단계에서, 상기 부피 가변 부재로서 상기 성형툴의 형상에 따라 선택될 수 있는 풍선 또는 길쭉한 튜브(elongated tube)가 상기 성형툴의 측면에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
15. 제12항에 있어서,
    상기 성형툴의 인근에 상기 부피 가변 부재가 위치되는 단계는,
    상기 부피 가변 부재의 적어도 일부가 상기 소재의 제2 부분 상에 위치하도록 상기 성형툴의 인근에 상기 부피 가변 부재가 위치되는 과정; 그리고
    지지체로 상기 성형툴을 가압하여, 상기 격막의 외면과 상기 성형툴에 의해 상기 소재의 제1 부분이 압착되는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
16. 제12항에 있어서,
    상기 성형툴은 상기 소재의 제1 부분을 압착하는 가압면과 상기 가압면에 연결된 측면을 가지며,
    상기 성형툴의 인근에 부피 가변 부재가 위치되는 단계에서, 상기 부피 가변 부재가 상기 소재의 제2 부분 중 주름 발생가능 영역으로 예측된 위치에 대응될 수 있도록, 상기 부피 가변 부재가 상기 성형툴의 측면에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
17. 제12항에 있어서,
    상기 변형되는 단계는,
    상기 소재의 제2 부분이 상기 격막 및 상기 부피 가변 부재에 의해 압착된 상태에서 상기 격막이 계속 팽창됨에 따라 상기 부피 가변 부재가 상기 성형툴의 표면 및 상기 지지체에 의해 구속된 상태에서 부피가 점진적으로 감소되며, 성형이 마무리되는 시점에 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이로부터 상기 부피 가변 부재가 이탈됨으로써, 상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴의 표면에 입혀지는(laminated) 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
18. 제12항에 있어서,
    상기 격막의 팽창을 중단시키고, 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이의 상기 부피 가변 부재를 작업자의 손 또는 도구를 이용하여 위치를 조정하는 단계;
    상기 부피 가변 부재를 탈착하고 상기 소재의 제2 부분과 상기 성형툴의 사이에 재장착하는 단계; 그리고
    상기 부피 가변 부재를 교체하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
19. 제17항에 있어서,
    상기 소재의 제2 부분이 상기 성형툴의 표면에 입혀지는 과정 이후, 1회 이상의 추가의 소재가 입혀지는 단계를 더 포함하며,
    상기 추가의 소재가 입혀지는 단계는,
    상기 성형툴에 입혀진 상기 소재를 상기 격막의 외면으로부터 이격시키는 단계;
    상기 격막의 외면과 상기 성형툴에 입혀진 소재의 사이에 추가의 소재를 위치시키는 단계; 그리고
    상기 추가의 소재에 대해 부피 가변 부재가 위치되는 단계, 상기 부피 가변 부재의 표면에 압착되도록 하는 단계, 및 상기 소재의 제2 부분이 변형되는 단계가 순차로 수행되어 상기 소재 상에 상기 추가의 소재가 입혀지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.
    
20. 제19항에 있어서,
    상기 추가의 소재가 입혀지는 단계가 반복 수행되어 상기 성형툴에 성형된 복수의 소재를 경화하여 상기 복수의 소재로 구성된 경화된 복수층(layer) 소재를 형성하는 경화단계; 그리고
    상기 경화된 복수층 소재를 상기 성형툴로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    소재 성형 방법.

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