空客熱塑復材的溫床
Daher Socata 的南特工廠占地10000平方米 （107639平方英尺），專門用于制造熱塑性零件，主要用于空客飛機。該工廠有五個制造工作站，以Pinette Emidecau Industries （法國沙隆河畔）提供的沖壓成型機為中心。
每個制工作站元幾乎完全自動化，并使用機器人將聚酰亞胺薄膜載體上的預固化熱塑性坯料轉移到紅外預熱器中，然后轉移到模具中。 Daher Socata 在很大程度上依賴自動化來為其成型過程帶來一致性和可重復性。
這件A350 XWB 機身角盒剛剛出模。它最初是由 TenCate Advanced Composites BV（Nijverdal，荷蘭）生產的碳纖維/PPS 預固結坯料。角盒邊緣附近的細線標記了用于修剪的切割線，該切割線將在CMS Industries（Zogno，意大利）提供的加工中心進行。
三臺新的 Pinette Emidecau 壓力機之一，每臺壓力機都有兩個多軸機器人，可以加工兩個模具，以加快 A350 XWB 機身角片的生產。
Daher Socata 南特工廠生產的最大的熱塑性結構是空客軍用A400M運輸機的120英寸乘120英寸（3048毫米乘3058毫米）駕駛艙地板。它的250個熱塑性復合材料零件由金屬緊固件組裝而成。Daher Socata 認為，取消緊固件而采用粘合劑粘合，可以節省相當大的重量，并消除成本高昂的接觸勞動力。
每個完成的A350 XWB熱塑性復合材料角片都在這個濕浴超聲波無損檢測系統中進行檢查，以檢查是否有空隙和分層。 Daher Socata工廠經理 Sébastien Jamet 聲稱，該公司尚未看到角片未通過檢查。
Daher Socata使用各種纖維/樹脂組合制造零件。碳纖維或玻璃纖維可與 PEEK、PPS、 PEKK和PEI相匹配。像這樣的選擇輔助工具可以幫助員工快速識別材料類型。
A350的角片大小和設計各不相同，從簡單的L形到更復雜的形狀。
當航空航天專業人士談論熱塑性塑料在商用飛機中的潛力時，焦點往往轉向大型初級結構，以及用碳纖維增強聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEKK）、聚醚酰亞胺（PEI）、聚苯硫醚（PPS）和類似的高溫工 程塑料成型它們的可行性。
盡管商用飛機制造商空中客車公司（法國圖盧茲）和波音公司（伊利諾伊州芝加哥）確實在仔細研 究熱塑性復合材料在從尾翼到機翼再到機身結構的各 個領域的潛力，事實是，熱塑性塑料在當今生產的商 用飛機上的結構應用中已經獲得了很大程度上不為人 知但卻意義重大的地位。觀看這種熱塑性塑料生產的 最佳場所之一是一個相對較新的設施，該設施距離南 特大西洋機場（法國南特）僅一箭之遙，由航空航天生產專家Daher Socata 擁有和運營。
HPC應邀參觀了位于南特的 Daher Socata 工廠和位于法國塔貝斯的熱固性復合材料工廠。HPC來自Tarbes工廠的報告，重點介紹了空客A350 XWB主起落架門的設計和生產。下面是南特工廠的報告，重點介紹了在那里進行的大量熱塑性塑料研發和制造。
即使對南特公司的運營進行粗略的檢查，也能發現大量證據，表明該公司對該材料和制造該材料的技術做出了認真的承諾。這家航空航天級供應商將其未來的很大一部分賭注押在了熱塑性復合材料上。30年后，當航空航天行業回顧飛機中熱塑性塑料的演變時，Daher Socata很可能會成為航空航天領域為數不多的開創這項技術的先驅之一。
航空航天樞紐
Daher Socata是較大的Daher 集團（法國馬賽）的航空航天和國防部門，包括多個制造廠，其中大部分 在歐洲，其余分布在美國、墨西哥、非洲和亞洲。南 特位于巴黎西南約240英里/386 公里處，距離法國大西洋海岸僅幾英里。從航空航天的角度來看，南特因 其大型空中客車設施而引人注目，該設施也毗鄰機場，也是Daher Socata和分布在南特所在的盧瓦爾河流域的類似公司的大部分能源的焦點。
空中客車工廠的另一部分是Technocampus EMC2，這是一個航空航天和復合材料工廠，由空中客車公司和幾家合作公司合作運營，其中包括 Daher Socata和模具工具專家Compose（法國 Bellignat）。在 那里，他們研究和開發用于航空航天應用的新材料、 工藝和技術。Daher Socata 在 Technocampus EMC2 有業務，在該工廠進行的研發為HPC訪問的 Daher Somata 制造廠的大部分活動提供了信息和指導。
產品
Daher Socata的南特工廠成立于三年前，在航空航天供應商中相對較新，但這種新穎性也有好處：該工廠擁有現代制造設施中許多最理想的設施——高天花板、充足的照明、干凈的地板、精心標記和描繪的人行道，精心設計的機械設備布局和管理人員，他們始終在場并精通工廠的活動。
南特工廠雇傭了大約250 名員工，實際上是兩個 工廠合一。一方面，Daher Socata為總部位于圖盧茲的ATR制造的ATR 72雙引擎渦輪螺旋槳支線客機制造熱固性復合材料結構，主要是機翼蒙皮和翼梁。另一方 面，該工廠的大部分制造活動都集中在這里，該公司為空客家族幾乎所有的飛機制造熱塑性復合材料零件。這里的部件包括空中客車軍用飛機（西班牙馬德里）A400M Atlas 軍用運輸機的駕駛艙地板（見左側第五張照片）。
10000 平方米（107639-ft2）的空間被組織成一個大U形。生產從U形的右上角開始，進行原材料修剪，然后向下進行沖壓，通過U形的底部進行機械加工和鉆孔，再到另一側進行質量控制，最后從U形左上角進入頂部的油漆車間。
這里制造的熱塑性零件的類型各不相同，包括A320、A330、A380和 A350 XWB的可移動翼梁和肋， 以及A320的掛架部件。然而，體積最大的零件是為A350 XWB準備的無數機身角片。這些用于機身11至15段的角片將機身殼體連接到內部復合材料結構上。 角片的大小和形狀各不相同，這取決于其設計配合的 尺寸、空間和表面。有些角片有一個簡單的 L 形設 計，而另一些則更復雜。所有角片的尺寸大致相同— 任何一個尺寸都不超過8 英寸/203 毫米。
每架A350 XWB 需要大約8000個這樣的角片， Daher Socata 目前生產1000個?？罩锌蛙嚬颈硎?， 計劃在投入使用后的四年內每月生產多達10 架A350 XWB，預計將于2014 年下半年投入使用。這意味著Daher Socata Nantes 工廠最終必須每月至少制作15000個角片。如果像傳言的那樣，空中客車公司為A350 XWB增加另一條總裝線（FAL），生產率可能會提高到每月13架。這意味著 Daher Socata 每月必須生產近20000個角片，這個數字在航空航天復合材料市場上無 疑是高產量的。目前，該工廠所有產品的生產能力約為每月4500 個零件，但隨著Daher Socata 增加新的壓力機，預計這一產能將很快增加。
工廠設施
Daher Socata工廠的工廠經理 Sébastien Jamet 指出，工廠的高速、大批量運營在很大程度上取決于完善的過程控制，由自動化驅動，旨在實現可重復性。 工廠的核心是五個圍繞 Pinette Emidecau Industries（法國沙隆河畔）提供的液壓熱沖壓機建造的制造工作 站。每個工作站都有一個用于物料處理的機器人系統，一個用于材料預熱的紅外加熱器，當然還有Pinette Emidecau壓機。
Jamet說，Daher Socata加工的每一種纖維/樹脂組 合都有一套明確的參數，這些參數決定了預熱的時間、材料從預熱器轉移到模具的速度，以及壓機將模具關閉以使零件成型的時間。對這一過程的控制，加上最少的勞動力互動，幫助公司實現了質量和產量目標。
南特工廠加工的幾乎所有熱塑性材料都是預固結 坯料，由幾層單向或編織的碳纖維層組成，這些層注入了該工廠使用的多種樹脂類型中的任何一種。PPS 和 PEEK是最常用的高端熱塑性塑料。
Daher Socata消費的許多基于PPS的坯料由 TenCate Advanced Composites BV（Nijverdal，荷蘭）以 Cetex 品牌提供，其層數和方向由 Daher Somata 指定。 TenCate 坯件以12英尺乘4 英尺（3.7米乘1.2 米）的 片材交付，厚度因零件而異。Daher Socata 還生產自己 的坯料，以結合 PEEK 和其他樹脂類型。Daher Socata 的坯料厚度范圍為 2 毫米至 5 毫米（0.08 英寸至0.2 英 寸）。
首先從較大的片材上切割預固結的坯料，然后在 操作員將其粘貼到聚酰亞胺載體膜上后進入工作站。 該薄膜有助于將坯料定位在預熱器和模具內。Jamet 指 出，與傳統的金屬框架相比，這種載體是耐熱的，更 容易使用和操作，因為毛坯可以用螺釘或螺栓連接到 傳統的金屬支架上。在坯件定位并粘貼到膠片上后， 機器人接管了這一過程。
Jamet 指出，當他指出一個制造 A350 XWB 機身角片的典型工廠的運營時，機器人自動化和良好的過程 控制是工廠運營的一大資產。 “最重要的是紅外溫 度、工具溫度和良好的過程控制， ”他解釋道。第一 步是將坯料和載體轉移到紅外預熱器。加熱后，它們 就開始壓制。Jamet 特別指出，坯料必須在不到4 秒內從紅外預熱器轉移到沖壓機中的工具上。如果轉移時間較長，零件質量將面臨風險，因此精心安排的機器 人移動可確保在時間限制內進行轉移。
Daher Socata 在HPC訪問期間，正在安裝三個新 的 Pinette Emidecau 沖壓工作站中的一個，該工作站將用于A350 XWB角片的生產，并有望大幅提高產量。 該工作站具有紅外加熱、兩個 Fanuc（Echternach，盧森堡）多軸機器人和兩個模具。一個機器人將管理預 熱和模具裝載。當一個模具在壓機中時，另一個機器 人將從第二個模具中取出完成的零件，并將其釋放出 來用于下一個零件。Jamet 說，預熱器和模具的溫度將在這個單元中緊密一致。
Daher Socata 制作的所有角片都是從壓力機出來 的，摸起來仍然很燙，邊緣有工藝材料可供處理。零 件冷卻后，將其轉移到修整/切割站，在那里零件形成最終的凈形狀。Daher Socata使用CMS Industries（Zogno，意大利）加工中心和高架龍門架進行所有修 整、布線和鉆孔。然后，修剪后的零件被送往質量控 制部門，在那里，在濕浴超聲波無損檢測系統中對其 進行分層和空隙掃描。當被問及 Daher Socata的A350 XWB機身角片的拒收率時，Jamet的回答出乎意料。“零， ”他堅持說，并補充道， “今天，我們掃描每一個零件，但也許有一天，我們不會。 ”他滿懷希望地建議，空客可能會被說服讓 Daher Socata通過抽樣來 驗證產品質量，但他承認可能性很小。 “這對熱塑性塑料來說是一個巨大的挑戰，因為航空航天行業不習 慣采樣質量控制。 ”
未來會怎樣
Daher Socata 和 Technocampus EMC2 的研發工程師 Dominique Bailly領導著一個研發團隊，負責公司航空 航天應用的大部分新工藝開發。因此，他對如何在未 來的飛機中使用熱塑性塑料進行了大量思考。
“現在， ”他說， “主要的困難是原材料成 本。 ”他指出，例如 PEEK 和 PEKK。與 PEKK 相 比，PEEK 相對昂貴，但 PEKK 需要更低的工藝溫 度，這加快了生產吞吐量。另一方面，PEKK不具有與PEEK相同的機械性能。這個難題對飛機制造商及其供應商來說是一個具有挑戰性的難題，比如 Daher Socata，但 Bailly 表示，材料供應商正在積極研究解決方案，Daher Somata 最大的供應商Cytec Industries（新澤西州伍德蘭公園）和 TenCate，以及日本的其他供應商也在研究解決方案。Bailly 說： “我想你會看到，在 10 年內，一種介于 PEEK和PEKK之間的材料將出現 ——一種更便宜、循環更快的材料” ，并提供良好的機械性能。
這種材料可以應用在哪里？Bailly認為，機翼結構可能是一個很好的起點。 “機翼是一個很好的候選者，因為機翼內部的液體可能具有腐蝕性。熱塑性塑料可能是一個好的解決方案。 ”
無論未來如何，Daher Socata Nantes 可能是世界上最大的熱塑性復合材料制造廠，現在的情況很有希望。一個已經穩健且控制良好的制造過程似乎不僅會得到更好的控制，而且會更快。因此，隨著A350 XWB投入生產，以及飛機制造商希望將這種多功能材料添加到新飛機中，在未來幾年里，該工廠很可能會吸取重要的熱塑性塑料經驗教訓，承擔更多熱塑復材零件的制造工作。
注：原文見，《Inside a thermoplastic composites hotbed》 2014．1．1．
楊超凡 2023.8.15
