KR20140107462A - 타이어들을 재생하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 닳은 면(12)을 가지는 타이어(16)를 재생하기 위한 장치(10) 및 방법에 관한 것이다. 닳은 면(12)은 열가소성 탄성체로 만들어진다. 이 장치(10)는 히터(34)와 3D 프린터(18)를 포함한다. 히터(34)는 바라는 온도까지 닳은 면(12)을 가열하도록 적응된다. 3D 프린터(18)는 가열된 닳은 면(12)에 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓도록 적응된다. 열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층은 접착 매체나 접착제를 필요로 하지 않고, 가열된 닳은 면(12)이나 사전에 쌓인 층에 부착될 수 있다.
Description
본 발명은 넓게는 타이어들을 재생하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 3D 프린팅 기술들을 사용하여 닳은 타이어들을 트레드(tread)하거나 리트레드(retread)하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 타이어의 트레드들이 일정한 정도까지 닳을 때, 도로 표면상의 타이어의 그립(grip)은, 특히 그것이 젖어있을 때 상당히 줄어든다. 그러면 닳은 타이어는 안전상 이유로 사용에서 제외되는 것이 요구된다.
닳은 타이어를 포기하고, 그것을 새로운 타이어로 대체하는 대신, 재생하는 것(retreading)이 상당히 값싼 선택 사항(option)이다. 이러한 이유로, 재생된 타이어들은 트러킹(trucking), 버싱(busing), 및 상업적인 비행(aviation)과 같은 큰 스케일의 동작들과 함께 자동차들에서 널리 사용된다. 재생 타이어들은 또한 사용된 타이어들을 재활용하는 매우 환경 친화적 방식이다.
재생 타이어들은 타이어들의 유용한 서비스 수명을 연장하도록 설계된 재제조 공정을 수반한다. 기존의 재생 공정은 트레드 패턴의 물리적인 제거(버핑(buffing)이라고 알려진)와, 동일한 위치에 아교로 새로운 트레드를 교착시키는 것을 수반한다. 트레드들로서, 타이어의 측벽들과 다른 성분들이 흔히 제작되고, 통합된 유닛으로서의 움직임에 반응하여 전술한 재생 공정은 재생된 타이어의 전반적인 통합도와 취급(handling)을 실질적으로 감소시킨다는 주요 단점을 가진다. 전술한 재생 공정은 또한 재생된 부분들이 고장나서 타이어를 분리시킨다면(spin off), 버핑으로부터 생기는 기준 표면이 보통 타이어에 끼워 넣어지는 스틸(steel) 벨트들에 가까워진다고 하는 또 다른 단점을 가진다. 이와 같이, 기준 표면의 재노출, 특히 타이어가 고속으로 동작할 때, 잠재적으로 전체 타이어의 갑작스런 고장을 초래할 수 있다.
본 발명의 목적은 위 단점들을 극복하거나 개선 또는 최소한 유용한 대안책을 제공할 수 있는 타이어들을 재생하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 열가소성 탄성체로 만들어진 닳은 표면을 가지는 타이어를 재생하기 위한 장치가 제공되고, 그러한 장치는
바라는 온도까지 닳은 표면을 가열하도록 적응된 히터; 및
가열된 닳은 표면에 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓도록 적응된 3D 프린터를 포함하고,
열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층은 접착 매체나 접착제를 필요로 하지 않고 가열된 닳은 표면이나 이전에 쌓인 층에 부착할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 3D 프린터는 융합된(fused) 필라멘트 제조와 같은 부가적인 제조 기술을 이용한다. 선택적 열 소결 또는 선택적 레이저 소결과 같은 알갱이 모양(granular) 타입 프린팅을 포함하는 3D 프린팅을 실행하기에 적합한 다른 기술들이 3D 프린터에 의해 사용될 수 있다.
바람직하게, 이러한 장치는 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓음으로써 트레드 패턴을 본래대로 하도록 적응된다.
바람직하게, 3D 프린터와 타이어는 사용시 서로 위치가 바뀔 수 있다.
그 표면은 타이어의 외부 원주면 및/또는 측면을 포함할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 3D 프린터는 하나 이상의 행에 배치된 하나 이상의 프린트헤드를 포함한다. 그러한 또는 각각의 프린트헤드는 바라는 바대로, 타이어면 상에 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓도록 적응되는 것이 바람직하다. 각각의 프린트헤드는 서로에 대해 독립적으로 기능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층을 쌓는 것은 압출(extrusion)이나 임의의 다른 적합한 방법들에 의해 이루어질 수 있다. 바람직하게, 열가소성 탄성체의 각각의 층은 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들면, 상기 또는 각각의 트레드의 하나 이상의 외부 층을 형성하기 위해 하나 이상의 중합체 또는 혼성 중합체가 사용될 수 있다. 이들 중합체 또는 혼성 중합체는 타이어 트레드를 형성하기에 적합한 마모(wear) 및 그립 특징들의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 더 부드럽지만 접착성이 더 많은 물질이 상기 또는 각각의 트레드의 하나 이상의 내부 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게, 닳은 면은 하나 이상의 닳은 트레드를 포함한다. 3D 프린터는 상기 또는 각각의 닳은 트레드가 실질적으로 프린팅 전에 제거 또는 버핑을 필요로 하지 않고, 상기 또는 각각의 닳은 트레드에 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 직접 쌓을 수 있는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 또는 각각의 닳은 트레드는 프린팅이 일어나기 전에 청소(cleaning)와 거칠게 만들기(roughening)과 같은 표면 처리를 거치는 것이 바람직하다.
바람직한 일 실시예에서, 장치는 닳은 면의 지형을 측정하도록 적응된 맵핑(mapping) 수단을 포함한다. 바람직하게, 이러한 맵핑 수단은 닳은 트레드 면의 측정된 지형을 처리하고 그에 따라 3D 프린터를 제어하도록 프로그래밍될 수 있는 프로세서를 포함하거나 그러한 프로세서에 전기적으로 접속되는 스캐너의 형태로 되어 있다. 좀더 바람직하게는, 3D 프린터의 동작은 트레드 패턴을 본래대로 하도록 닳은 면의 비균일성을 감안하여 그러한 비균일성을 보상하는 측정된 지형에 의해 자동화되고 지시를 받는다. 프로세서는 3D 프린터가 예를 들면 표면의 특정된 또는 제한된 닳은 영역을 재생하기 위해 사용자에 의해 수동으로 제어되는 것을 허용하도록 설정될 수 있다.
이러한 프로세서는 프린팅 공정을 모니터하고 프린팅 후 검사를 실행하며, 임의의 결점이 검출된다면 그러한 결점을 교정할 수 있는 것이 바람직하다.
이러한 프로세서는 또한 기존의 닳은 면 상에 바라는 새로운 트레드 패턴 빌딩(building)을 구성하도록 프로그래밍될 수 있다.
이러한 장치는 프린팅 공정 동안 타이어를 적소에 이동 가능하게 붙잡고 있도록 적응된 지지 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 지지 구조는 제 1 축을 중심으로 타이어를 회전시킬 수 있는 것이 바람직하다. 사용시, 타이어는 3D 프린터가 선택된 위치에 고정되어 있는 동안 증가하게 회전되는 것이 바람직하다. 프린트헤드들의 상기 또는 각각의 행은 각의 회전 증가 후 제 1 축에 평행한 타이어의 원주 면의 스트립(strip)을 덮는 열가소성 탄성체를 쌓도록 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 이러한 스트립은 실질적으로 제 1 축에 평행하다. 이와 같이, 전체 원주면은 타이어의 완전한 360°회전의 완료시 실질적으로 덮여지는 것이 바람직하다. 각각의 완전한 1회전의 완료시, 상기 또는 각각의 프린트헤드는 소정의 증분(increment)만큼 제 1 축에 수직인 제 2 축을 따라 이동(상방으로)되는 것이 바람직하다. 이러한 프린팅 공정은 일단 상기 또는 각각의 프린트헤드가 어떤 장소로 이동하게 되면 다시 시작하는 것이 바람직하다. 이러한 공정은 바라는 트레드 깊이에 도달하고 바라는 트레드 패턴이 본래대로 될 때까지 바람직하게 반복된다.
바람직한 일 실시예에서, 장치는 타이어면의 물리적 성질과 접착성이 증강되도록 프린팅이 일어나기 전에 케이빙(casing)에 압력을 가하도록 적응된 메커니즘을 포함한다. 이러한 메커니즘은 공기 흐름 제어 유닛으로 구성되는 것이 바람직하다. 가압 메커니즘과 결합하여, 히터는 기존의 닳은 트레드에 프린트된 물질의 부착을 용이하게 하기 위해 조정 가능한 온도 범위를 제공하도록 적응될 수 있다. 공기 흐름 제어 유닛은 그러한 케이싱에 압력을 가하기 위해 압축된 공기를 발생시키고 타이어 면으로부터 먼지와 진흙 제거를 위한 진공을 생성하도록 적응된다. 이러한 메커니즘은 또한 후속하는 단계 또는 최종 단계로서의 경화(curing)와 같은 다른 작업들을 실행할 수 있다.
바람직하게, 이러한 장치는 또한 청소 목적으로 타이어 면에 하나 이상의 화학 약품을 적용하도록 적응된 준비 장치를 포함한다. 이러한 화학 약품은 스프레이(spray) 형태로 된 용매를 포함할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 이러한 준비 장치는 또한 재생을 위한 타이어 면을 준비하도록 적응된 수단을 포함한다. 이러한 수단은 준비된 타이어 면에 열가소성 탄성체의 제 1 층을 부착시키는 것을 용이하게 하기 위해 타이어 면의 선택된 영역을 거칠게 할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이러한 수단은 샌더(sander)일 수 있다.
준비 장치, 맵핑 수단, 히터, 지지 구조 및 프린트헤드들은 연결된 상태에 있고, 완전 자동화를 달성하도록 프로그래밍 가능한 프로세서의 통제하에 있는 것이 바람직하다.
바람직하게, 열가소성 탄성체는 열가소성 폴리우레탄이다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 닳은 표면을 가지는 타이어를 재생하기 위한 장치가 제공되고, 이러한 장치는 닳은 면의 원 위치에 물질의 하나 이상의 층을 쌓을 수 있는 3D 프린터를 포함한다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면,
열가소성 탄성체로 만들어진 닳은 면을 가지는 타이어를 재생하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은
상기 닳은 면을 바라는 온도까지 가열하도록 적응된 히터를 제공하는 단계; 및
가열된 닳은 면 상에 상기 열가소성 탄성체의 한 이상의 층을 쌓도록 적응된 3D 프린터를 제공하는 단계; 및
접착 매체나 접착제를 필요로 하지 않고, 가열된 닳거나 사전에 쌓인 층에 자동으로 부착하도록 상기 또는 각각의 열가소성 탄성체의 층을 남기는 단계를 포함한다.
바람직하게, 이러한 방법은 3D 프린터와 타이어를 서로 위치를 바꾸어 놓는 단계를 포함한다.
이 방법은 닳은 표면 상에 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓기 전에, 닳은 면이나 언더 트레드(undertread)의 임의의 부분을 실질적으로 제거하거나 버핑하는 단계를 필요로 하지 않는다. 닳은 면을 제거하거나 버핑하는 것은 거칠게 하기(roughening)나 샌딩(sanding)과 같은 타이어 표면의 준비나 그러한 타이어 표면의 임의의 경미한 처리를 포함하지 않음을 유의해야 한다.
본 발명은 본 발명의 후속하는 비제한적인 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 타이어 재생 장치의 단면도.
도 2는 도 1의 장치의 부분인 3D 프린터의 정면도.
도 3은 도 1의 장치에 의해 재생된 타이어의 평면단도(top end view).
도 2는 도 1의 장치의 부분인 3D 프린터의 정면도.
도 3은 도 1의 장치에 의해 재생된 타이어의 평면단도(top end view).
도 1을 참조하면, 면(12)을 지닌 케이싱(14)을 가지는 사용된 타이어(16)를 재생하기 위한 장치(10)는 케이싱 면(12) 상에 열가소성 탄성체의 층들을 쌓을 수 있는 3D 프린터(18)를 포함한다. 이러한 케이싱 면(12)은 복수의 닳은 트레드를 가진다. 3D 프린터(18)와 타이어(16)는 사용시 서로 위치가 바뀔 수 있다. 이에 대한 더 상세한 사항은 아래에 설명될 것이다.
면(12)은 타이어(16)의 외부 원주면(20) 및/또는 측면(22)을 포함한다는 점을 유의해야 한다.
장치(10)는 닳은 트레드들을 가지는 닳은 면(12)을 가지는 사용된 타이어(16)를 재생하기 위해 사용되도록 의도된다는 점을 알아야 한다. 예를 들면, 본 명세서에서 설명된 타이어(16)는 닳은 트레드 면(12)을 지닌 사용된 타이어이다(비록, 도 1에 불규칙하게 닳은 트레드 면(12)이 바로 보이지는 않지만). 3D 프린터(18)는 프린팅 전에 이미 존재하는 닳은 트레드들이 실질적으로 버핑되거나, 임의의 다른 수단에 의해 제거되는 것을 필요로 하지 않고 닳은 트레드 면(12) 상에 직접 열가소성 탄성체의 다수 층을 쌓을 수 있다.
장치(10)는 로터(26)를 지닌 지지 구조(24)를 가진다. 타이어(16)를 지닌 휠(28)은 타이어를 적소에 이동 가능하게 붙잡고 있는 로터(26) 상에 장착된다. 휠(28)(그리고 타이어(16))은 동작시 x축을 중심으로 회전하도록 로터(26)에 의해 구동된다(도 1 참조).
3D 프린터(18)는 컬럼(column)(32)에 의해 이동 가능하게 지지되는 하우징(30) 내에 포함되고, 이러한 컬럼(32)은 로터(26)에 동작 가능하게 연결되어 있다. 중합체이거나 혼성 중합체인 프린팅 물질은 용기(46) 내에 포함된다. 동작시, 3D 프린터(18)를 운반하는 하우징(30)은 하우징(30)과 타이어 면(12) 사이에 작은 간극이 존재하도록 선택된 레벨까지 z축을 따라 낮아진다(도 1 참조). 사용시 타이어(16)는 x축을 중심으로 회전하도록 로터(26)에 의해 구동된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 공기 흐름 제어 유닛(36)으로 구성되는 메커니즘을 가진다. 또한 케이싱(14)에 열을 인가하도록 제공되는 히터(34)가 존재하고, 공기 흐름 제어 유닛(36)은 압축된 공기를 불어 보냄으로써 케이싱(14)에 압력을 인가하도록 구성된다. 히터(34)는 타이어(16)의 닳은 면(12)을 바라는 온도까지 점진적으로 가열시키도록 조정 가능하다. 히터(34)와 공기 흐름 제어 유닛(36)은 타이어 트레드를 구성하는 화합물들의 물리적 성질들이 강화되도록 타이어 면(12)에 일정 시간에 걸쳐 일정한 열과 압력을 가하도록 활성화될 수 있다. 그 결과, 타이어 트레드 상에 프린트될 추가적인 층들의 부착이 상당히 개선될 수 있다.
장치(10)는 또한 청소 목적으로 타이어 면에 선택된 화학 물질을 적용할 수 있는 준비 장치(38)를 가진다. 이러한 화학 물질은 액체 스프레이 및/또는 연마제 용매를 포함할 수 있다. 비록 도 1에 도시되어 있지는 않지만, 준비 장치는 또한 재생을 위해 타이어 면(12)을 준비할 수 있는 수단을 가진다. 이러한 수단은 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층이 준비된 타이어 면에 부착되는 것을 용이하게 하기 위해, 타이어 면(12)의 선택된 영역을 거칠게 하는 기능을 행하는 연마 능력을 지닌 필러(filer)나 샌더(sander)일 수 있다. 추가로, 공기 흐름 유닛(36)은 타이어 면(12)으로부터 먼지와 진흙을 제거하는 것이 용이하게 되도록 진공 모드로 들어갈 수 있다.
준비 장치(38), 열과 압력을 인가하기 위한 메커니즘, 및 지지 구조(24)가 모두 통하여 있고, 완전 자동화를 실현하도록 프로그래밍할 수 있는 중앙 프로세서(40)의 통제하에 있음을 유의해야 한다.
도 1을 참조하면, 장치(10)는 닳은 타이어 면(12)의 지형을 측정할 수 있는 스캐너(42)의 형태로 된 맵핑 수단을 가진다. 스캐너(42)는 닳은 트레드 면(12)의 측정된 지형을 처리하고, 그에 따라 3D 프린터를 제어하도록 프로그래밍될 수 있는 프로세서에 전기적으로 접속된다. 동작시, 스캐닝된 정보는 3D 프린팅에 관한 보정 계산이 이루어지는 중앙 프로세서(40)에 중계된다. 3D 프린터(18)의 동작은 본래 트레드 패턴으로 복귀하도록 닳은 트레드 면(12)의 비균일성을 고려하고 보상하는 측정된 지형에 의해 자동화되고 지시를 받는다. 중앙 프로세서(40)는 일정한 또는 제한된 닳은 트레드 면(12)을 재생하기 위해 사용자에 의해 3D 프린터(18)가 수동으로 제어되는 것이 가능하도록 설정될 수 있다.
사용시, 3D 프린터(18)는 타이어 면(12)을 가로질러 x축에 평행한 횡단 라인에서 새로운 트레드들을 쌓는 것으로 시작한다. 프링팅의 한 라인 종료시, 타이어(16)는 증가하게 회전되는데 반해, 3D 프린터(18)는 골라진 위치에 고정된다. 일단 타이어(18)가 소정의 증분(increment)만큼 회전하였다면, 프린트의 또 다른 라인이 3D 프린터(18)에 의해 쌓여진다. 증가(incremental) 회전 공정은 전체 타이어 면(12)이 덮일 때까지 완전한 360°회전 동안 계속된다. 각각의 완전한 회전이 완료되면, 3D 프린터(18)는 소정의 증분만큼 z축에 평행한 컬럼(32)을 따라 위로 움직인다. 프린팅 공정은 일단 3D 프린터(18)가 적소에 이동되면 다시 시작한다. 이러한 공정은 원하는 트레드 깊이에 도달할 때까지 반복되어 본래 트레드 패턴으로 복귀되었다. 중앙 프로세서(40)는 프린팅 공정을 모니터링하고 프린팅 후 검사를 시행하며, 결함이 발견되면 정정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 3D 프린터(18)는 일련의 프린트헤드(48)를 가진다. 이러한 프린트헤드(48)들은 연이어 배치되고, x축을 중심으로 타이어가 각각 증분 회전한 후 타이어의 원주면의 스트립을 덮는 물질을 쌓도록 구성된다. 물질의 층들을 쌓는 것은 압출에 의해 이루어진다. 각각의 프링트헤드(48)는 바라는 대로, 타이어 면(12) 상에 물질의 하나 이상의 층을 쌓도록 구성된다. 각각의 프린트헤드(48)는 개별 유닛으로서 서로 독립적으로 기능하고 움직이도록 구성된다. 각각의 프린트헤드(48, 50)는 화살표(54)로 표시된 바와 같이 x축을 따라 타이어(16)의 폭을 가로질러 개별적으로 그리고 독립적으로 움직여지고 위치가 바뀌어질 수 있다. 또한, 각각의 프린트헤드(48)는 화살표(52)들로 표시된 zz축을 따라 타이어 면(12)에 대해 위 아래로 움직여질 수 있다. 게다가, 프린트헤드(48)들 중 임의의 것이 나머지 것들의 동작에 영향을 미치지 않으면서 프린터(18)와 서비스로부터 제거될 수 있다. 프린트헤드(48)들의 배치는 프린터(18)의 빠른 적응이 챔버, 폭, 및 트레드 프로필에 관한 상이한 타입의 디자인들과 특징들에 맞도록 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 타이어(16)는 5개의 상이한 존(Z1 내지 Z5)으로 분할되는 트레드 패턴(44)을 가지고, 이들 각각은 타이어(16)의 원주 둘레에서 연속적이고 반복된 방식으로 진행하는 도드라진 섹션이다. 각각의 존(Z1, Z2, Z3, Z4, Z5)은 인접하는 것과 깊은 홈(56)에 의해 분리된다. 각 존의 형상과 폭은 각각의 개별 타이어에 대한 전반적인 트레드 디자인 내에서 상이할 수 있다. 각각의 프린트헤드(48)는 인접하는 프린트헤드들의 움직임과는 독립적인 x축과 zz축을 따라 존재하는 프린트헤드(48)의 움직임을 통해 이루어지는 대응하는 존 상에 프린트하는 역할을 하도록 구성되고 배치된다. 예를 들면, 존(Z3)을 덮는 프린트헤드(48)는 비교적 좁은 섹션에 걸쳐 프린트되는데 반해, 존(Z2)을 덮는 인접한 프린트헤드(48)는 더 큰 영역에 걸쳐 프린트한다. 다수의 프린트헤드 배치는 도드라진 트레드로부터 홈까지 횡단한 다음 또 다른 도드라진 트레드로 횡단할 때 프린팅의 중지 및 시작을 계속해야만 하는 단일 프린트헤드의 필요성을 제거함으로써, 프린팅 공정을 더 빠르게 한다는 장점을 제공한다는 사실을 알게 된다.
본 발명의 장치 및 방법은 열가소성 탄성체로 만들어진 트레드 층으로 특별힌 제작된 타이어에 적용 가능하고 그것에 의존적이라는 점을 유의해야 한다. 열가소성 탄성체는 공기 타이어들 상의 트레드로서 사용하기 위해 필요로 하는 물리적 특징들을 가지는 것뿐만이 아니라 또한 융합된(Fused) 필라멘트 제조법에 의해 그것을 프린팅하는 것을 허용한다. 최초 타이어의 제작과 프린팅 공정 모두에서 열가소성 탄성체를 사용하는 것은 재생 공정에서 임의의 부착 문제들을 제거하거나 적어도 최소화하게 된다. 재생 공정은 동일하거나 적어도 유사한 물질로 만들어진 가열된 베이스(base)로 열가소성 탄성체를 압출하는 것을 수반한다. 적절한 양의 열 및/또는 압력을 받게 되면, 프린트된 열가소성 탄성체가 역시 열가소성 탄성체인 구체적으로 제작된 타이어에서의 닳은 타이어 면에 자동으로 자연스럽게 부착된다. 이와 같이, 어떠한 중간물이나 접착층이 필요로 하지 않는다. 또한, 그러한 재생 공정은 타이어 케이싱이 여러 번 재생될 수 있게 한다. 위에서 언급된 구체적으로 제조된 타이어는 오직 변경된 트레드 층을 수반한다는 점을 알게 된다. 측벽들, 비드(bead) 등을 포함하는 타이어 케이싱을 구성하는 다른 성분들 모두는 일반적인 물질들로 기존의 타이어 기술을 사용하여 제작될 수 있다.
열가소성 폴리우레탄(TPU)는 프린팅 물질로서 사용하기에 이상적인 탄성체라는 점이 예측된다. TPU는 융합된 필라멘트 제조 공정을 거쳐 효과적으로 그리고 일관되게 프린트될 수 있는 능력을 가지고, 타이어들의 트레드용으로 현재 사용된 물질들과 유사한 물리적 특징들을 소유하고 있다. TPU는 또한 타이어들의 제작시 보통 사용된 가황 처리된(vulcanised) 물질들과 비교시 다수의 추가적인 환경 이익들을 가진다.
한 가지 선택 사항으로서, 전술한 종류의 특별히 제조된 타이어는 트레드의 2개 이상의 상이한 층, 즉 기존의 타이어들에서 흔히 발견된 것들과 유사한 특징들을 지닌 물질로 만들어지는 외층과 외층 아래에 직접 위치하는 더 부드러운 화합물로 만들어진 내층을 포함할 수 있다. 내층은 외층에 비해 더 낮은 마모 저항성을 가지지만, 프린팅 공정시 내층의 상부에 쌓이는 외층을 더 받아들인다(accepting). 게다가, 내층은 타이어(16)의 원주 둘레에 간격을 두고 끼워진 착색된 라인들이나 바(bar)들, 또는 다른 특징적인 특징들을 가질 수 있다. 이들 착색된 라인들이나 바들은 일단 외층이 닳아 없어짐으로써, 조작자에게 더 높은 마모 저항성을 가지는 외층이 닳아 없어진다는 사실을 경고하게 되면, 노출되게 된다. 이는 타이어가 본 경우에서는 내층을 포함하는 기존에 존재하는 닳은 트레드의 임의의 버핑, 벗겨짐 또는 제거를 필요로 하지 않는 3D 프린팅에 의한 재생을 요할 시기임을 알리는 표시기로서의 역할을 한다.
장치의 중앙 프로세서는 전술한 기존의 내층 상에 바라는 새로운 트레드 패턴 빌딩을 구성하도록 프로그래밍될 수 있다는 사실이 예측된다. 동작시, 휠(28) 상에 장착되는 타이어(16)는 지지 구조(24)의 로터(26) 상에 고착된다. 그러면, 준비 장치(38)는 타이어(16) 상의 트레드들의 닳아진 면을 준비하기 위해 활성화된다. 이는 닳은 면의 청소 및 거칠게 하기를 포함하는 처리를 수반한다. 일단 면이 준비되면, 맵핑 수단(42)은 타이어(16)에 매우 가깝게 가져가지고, 타이어(16)가 로터(26)에 의해 회전하도록 구성될 때 활성화된다. 맵핑 수단(42)에 의해 얻어진 타이어(16)의 지형 정보는 중계되고 중앙 프로세서(40)에 저장되어, 중앙 프로세서(40)는 3D 프린터(18)를 프린팅이 일어나기에 적절한 레벨까지 컬럼(32)을 따라 낮추게 된다. 프린팅 공정 동안, 프로세서(40)에 의해 지시를 받는 프린트헤드(48)들은 모두 검출된 지형 정보에 기초하여 타이어 면(12)의 상이한 영역들 상으로 물질의 상이한 개수의 층을 쌓기 위해 독립적으로 그리고 개별적으로 동작한다. 로터(26)와 3D 프린터(18)는 동기화되어, 타이어(16)가 완전히 360°회전할 때쯤에, 타이어(16)의 바라는 트레드 패턴(44)이 본래 상태대로 된다. 맵핑 수단(42)은 또한 전체 프린팅 공정이 모니터링되도록 프린팅이 개시되기 전에 활성화된다. 또한, 올바른 프린팅이 실행되는 것을 보장하도록, 맵핑 수단(42)에 의해 추가 스캔이 수행될 수 있다. 어떠한 결점이나 결함도 검출되지 않으면, 타이어(16)가 로터(26)로부터 제거될 수 있도록 3D 프린터가 맞물림 해제 위치까지 높여진다. 본 발명의 장치(10)는 높은 수준의 효율성으로 자동화에 의해 제어되고 작동됨을 알게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 어느 정도 상세히 설명되었으므로, 당업자에게는 재생 장치가 최소한 다음 장점들을 제공할 수 있다는 사실이 분명해질 것이다.
1) 케이싱의 본래 구성을 바꾸거나 그러한 본래 구성과 간섭하지 않아 타이어의 본래 모습을 보전한다.
2) 재생 전에 닳은 트레드들을 버핑하고 제거하는 단계들을 필요로 하지 않으므로, 재생 비용을 줄인다.
3) 다시 프린트된 프레드가 부적절한 사용, 디자인 실패 또는 적용 과실들로 인해 고장나거나 벗겨지는 경우, 케이싱의 본래 구성은 여전히 손대지 않은 상태에 있게 되고, 3D 프린팅에 의한 재생이 쉽고 신속하게 수행될 수 있다.
4) 최소의 중합체 물질로 서비스 가능한 상태로 타이어들을 본래 상태대로 함으로써 막대한 양의 타이어가 폐기되는 것을 막을 수 있다는 점에서 비용을 절약한다.
5) 몇몇 타이어들이 재활용 가능하다는 사실에도 불구하고, 처리하지 않으면 결국 쓰레기 매립지에 있게 될 타이어들의 개수를 상당히 감소시키는 것으로 인해 생태학적이다.
6) 한 라인씩(line by line) 그리고 한 층씩(layer by layer) 타이어들을 본래대로 재생하는 것을 가능하게 한다.
7) 타이어 트레드의 구름(rolling) 저항 감소로 인해 연료 효율을 향상시킨다. 구름 저항은 남아 있는 트레드 깊이에 비례하여 감소되기 때문에, 소량의 증분만큼 하지만 보다 정기적으로 트레드 깊이를 프린트하는 것이 연료 소비 측면에서 경제적이라는 점이 발견되었다.
당업자라면, 본 명세서에서 설명된 본 발명이 구체적으로 설명된 것 외의 변형예들과 수정예들에 적용될 수 있음을 알게 된다. 예를 들면 타이어는 상이한 트레드 패턴들을 지닌 타이어들에 적합하도록 거의 5개의 존으로 분할될 수 있다. 또한 타이어는 바라는 트레드 깊이가 이루어지도록 보장하기 위해 1회전보다 많이 회전될 수 있다. 게다가, 각각의 또는 모든 프린트헤드(48)가 전체로서 컬럼(32)을 따라 3D 프린터(18)가 이동하게 하는 대신, 3D 프린터(18) 내에서 일제히, 또는 개별적으로 및 독립적으로 상방으로 또는 하방으로 이동하도록 조정될 수 있다. 그 외에, 장치는 압출 메커니즘이 알갱이 모양 침적(granular deposition) 장치와 경화 메커니즘으로 대체되는 선택적 레이저 소결이나 선택적 열 소결과 같은 알갱이 모양 타입 프린팅을 포함하는 다른 형태의 부가적인 제작 기술들을 이용할 수 있다. 추가로, 스티렌-부타디엔-스티렝을 포함하는 다른 열가소성 탄성체들은 그것들이 3D 프린팅 기술들에 의해 프린트될 수 있고, 타이어 트레드들로서 사용하는데 필요로 하는 특징들을 소유하는 한 역시 본 발명에서 프린팅 물질로서 사용될 수 있다. 모든 그러한 변형예들과 수정예들은 본 발명의 범주 및 취지 내에 있는 것으로 간주되어야 하고, 그것들의 본질은 전술한 설명으로부터 결정되어야 한다.
Claims (37)
- 열가소성 탄성체로 만들어진 닳은 면을 가지는 타이어를 재생하기 위한 장치로서,
바라는 온도까지 닳은 면을 가열시키도록 적응된 히터; 및
가열된 닳은 면 상에 상기 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓도록 적응된 3D 프린터를 포함하고,
상기 열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층은 접착 매체 또는 접착제를 필요로 하지 않고, 가열된 닳은 면이나 사전에 쌓은 층에 부착할 수 있는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓음으로써, 트레드 패턴을 본래 상태로 만들도록 적응되는, 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 3D 프린터와 타이어는 사용시 서로 위치가 바뀔 수 있는, 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
닳은 면은 타이어의 외부 원주면 및/또는 측면을 포함하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 3D 프린터는 하나 또는 그 이상의 행으로 배치된 하나 이상의 프린트헤드를 포함하고, 상기 또는 각각의 프린트헤드는 상기 타이어 면 상에 열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층을 쌓도록 적응되는, 장치. - 제 5 항에 있어서,
각각의 프린트헤드는 서로 독립적으로 기능하도록 구성되는, 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층을 쌓는 것은 압출에 의해 이루어지는, 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
열가소성 탄성체의 각 층은 상기 또는 각각의 트레드의 하나 이상의 외층을 형성하기 위해 하나 이상의 중합체 또는 혼성 중합체를 사용하여 동일하거나 상이한, 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 또는 각각의 트레드의 하나 이상의 층을 형성하기 위해 더 부드럽지만 더 접착성이 있는 물질이 사용되는, 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 닳은 면은 하나 이상의 닳은 트레드를 포함하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 3D 프린터는 상기 또는 각각의 최외각의 닳은 트레드가 프린팅 전에 실질적으로 제거되거나 버핑되는 것을 필요로 하지 않으면서, 상기 또는 각각의 최외각의 닳은 트레드 상에 직접 열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층을 쌓을 수 있는, 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 또는 각각의 닳은 트레드는 프린팅이 일어나기 전에 표면 준비를 거치는, 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
닳은 면의 지형을 측정하도록 적응된 맵핑 수단을 포함하는, 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 맵핑 수단은 닳은 트레드 면의 측정된 지형을 처리하고 그에 따라 3D 프린터를 제어하도록 프로그래밍되는 프로세서에 전기적으로 접속되거나 상기 프로세서를 포함하는 스캐너의 형태로 되어 있는, 장치. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 3D 프린터의 작동은 트레드 패턴을 본래대로 만들도록 닳은 면의 비균일성을 고려하고 보상하는 측정된 지형에 의해 자동화되고 지시를 받는, 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 3D 프린터가 상기 면의 특정되거나 제한된 닳은 영역을 재생하기 위해 사용자에 의해 수동으로 제어되는 것을 허용하도록 설정되는, 장치. - 제 14 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 프로세서는
프린팅 공정을 모니터링하는 것,
프린팅 후 검사를 실행하는 것,
결점이 있다면 그러한 결점들을 정정하는 것, 및
기존의 닳은 면 상에 바라는 새로운 트레드 패턴 빌딩을 구성하도록 프로그래밍되는 것
중 하나 이상을 할 수 있는, 장치. - 제 1 항 또는 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프린팅 공정 동안 타이어를 적소에 이동 가능하게 붙잡도록 적응된 지지 구조를 포함하는, 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 지지 구조는 제 1 축을 중심으로 증가하게 타이어를 회전시킬 수 있는, 장치. - 제 19 항에 있어서,
프린트헤드들의 상기 또는 각각의 행은, 각각의 증가 회전 후 제 1 축에 평행한 타이어의 원주면의 스트립을 덮는 열가소성 탄성체를 쌓도록 구성되는, 장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 스트립은 제 1 축에 실질적으로 평행한, 장치. - 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
타이어의 전체 원주 면을 덮는 각각의 완전한 회전 완료시, 상기 또는 각각의 프린트헤드는 소정의 증분 만큼 제 1 축에 수직인 제 2 축을 따라 이동되는, 장치. - 제 22 항에 있어서,
프린팅 공정은, 일단 바라는 트레드 깊이에 도달하고 바라는 트레드 패턴이 복원될 때까지, 상기 또는 각각의 프린트헤드가 이동하고 반복되면 다시 시작되는, 장치. - 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
타이어 면의 물리적인 성질과 접착성이 강화되도록, 프린팅이 일어나기 전에 케이싱에 압력을 인가하도록 적응된 메커니즘을 포함하는, 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 메커니즘은 상기 케이싱에 압력을 인가하기 위한 압축된 공기를 발생시키고 타이어 면으로부터 먼지와 진흙을 제거하기 위해 진공을 생성하도록 적응된 공기 흐름 제어 유닛으로 구성되는, 장치. - 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
상기 메커니즘은 경화할 수 있는, 장치. - 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히터는 기존의 닳은 트레드에 프린트된 층이 부착되는 것을 용이하게 하기 위해, 조정 가능한 온도 범위를 제공하도록 적응되는, 장치. - 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 화학 약품을 청소 목적으로 타이어 면에 바르도록 적응된 준비 장치를 포함하는, 장치. - 제 28 항에 있어서,
상기 준비 장치는 준비된 타이어 면에 열가소성 탄성체의 제 1 층이 부착되는 것을 용이하게 하기 위해, 타이어 면의 선택된 영역을 거칠게 만들 수 있는 수단을 포함하는, 장치. - 제 28 항에 있어서,
준비 장치, 맵핑 수단, 히터, 지지 구조물, 및 프린트헤드들은 서로 통하고, 자동화를 달성하도록 프로그래밍 가능한 프로세서의 통제하에 있는, 장치. - 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열가소성 탄성체는 열가소성 폴리우레탄인, 장치. - 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 3D 프린터는 융합된 필라멘트 제조, 선택적 열 소결, 및 선택적 레이저 소결 중 하나를 포함하는 부가적인 제작 기술을 이용하는, 장치. - 닳은 면을 가지는 타이어를 재생하기 위한 장치로서,
물질의 하나 이상의 층을 닳은 면 원 위치에 쌓을 수 있는 3D 프린터를 포함하는, 장치. - 열가소성 탄성체로 만들어진 닳은 면을 가지는 타이어의 재생 방법으로서,
닳은 면을 바라는 온도까지 가열하도록 적응된 히터를 제공하는 단계;
가열된 닳은 면 상에 열가소성 탄성체의 하나 이상의 층을 쌓도록 적응된 3D 프린터를 제공하는 단계; 및
접착 매체 또는 접착제를 필요로 하지 않으면서 가열된 닳은 면 또는 사전에 쌓인 층에 자동으로 부착되게 열가소성 탄성체의 상기 또는 각각의 층을 남기는 단계를 포함하는, 타이어의 재생 방법. - 제 34 항에 있어서,
상기 3D 프린터와 타이어의 위치를 서로 바꾸는 추가 단계를 포함하는, 타이어의 재생 방법. - 첨부된 도면들 중 임의의 것을 참조하여 본 명세서에서 설명된 바와 같이 실질적으로 타이어를 재생하기 위한 장치.
- 첨부된 도면들 중 임의의 것을 참조하여 본 명세서에서 설명된 바와 같이 실질적으로 타이어를 재생하기 위한 방법.
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