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(jī)。該工廠有五個(gè)制造工作站，以Pinette Emidecau Industries （法國沙隆河畔）提供的沖壓成型機(jī)為中心。

 

每個(gè)制工作站元幾乎完全自動(dòng)化，并使用機(jī)器人將聚酰亞胺薄膜載體上的預(yù)固化熱塑性坯料轉(zhuǎn)移到紅外預(yù)熱器中，然后轉(zhuǎn)移到模具中。 Daher Socata 在很大程度上依賴自動(dòng)化來為其成型過程帶來一致性和可重復(fù)性。

 

這件A350 XWB 機(jī)身角盒剛剛出模。它最初是由 TenCate Advanced Composites BV（Nijverdal，荷蘭）生產(chǎn)的碳纖維/PPS 預(yù)固結(jié)坯料。角盒邊緣附近的細(xì)線標(biāo)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(jìn)行。

 

三臺(tái)新的 Pinette Emidecau 壓力機(jī)之一，每臺(tái)壓力機(jī)都有兩個(gè)多軸機(jī)器人，可以加工兩個(gè)模具，以加快 A350 XWB 機(jī)身角片的生產(chǎn)。

 

Daher Socata 南特工廠生產(chǎn)的最大的熱塑性結(jié)構(gòu)是空客軍用A400M運(yùn)輸機(jī)的120英寸乘120英寸（3048毫米乘3058毫米）駕駛艙地板。它的250個(gè)熱塑性復(fù)合材料零件由金屬緊固件組裝而成。Daher Socata 認(rèn)為，取消緊固件而采用粘合劑粘合，可以節(jié)省相當(dāng)大的重量，并消除成本高昂的接觸勞動(dòng)力。

 

每個(gè)完成的A350 XWB熱塑性復(fù)合材料角片都在這個(gè)濕浴超聲波無損檢測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行檢查，以檢查是否有空隙和分層。 Daher Socata工廠經(jīng)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(shí)別材料類型。

 

A350的角片大小和設(shè)計(jì)各不相同，從簡(jiǎn)單的L形到更復(fù)雜的形狀。

當(dāng)航空航天專業(yè)人士談?wù)摕崴苄运芰显谏逃蔑w機(jī)中的潛力時(shí)，焦點(diǎn)往往轉(zhuǎn)向大型初級(jí)結(jié)構(gòu)，以及用碳纖維增強(qiáng)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(jī)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(shí)在仔細(xì)研 究熱塑性復(fù)合材料在從尾翼到機(jī)翼再到機(jī)身結(jié)構(gòu)的各 個(gè)領(lǐng)域的潛力，事實(shí)是，熱塑性塑料在當(dāng)今生產(chǎn)的商 用飛機(jī)上的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中已經(jīng)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(chǎn)的 最佳場(chǎng)所之一是一個(gè)相對(duì)較新的設(shè)施，該設(shè)施距離南 特大西洋機(jī)場(chǎng)（法國南特）僅一箭之遙，由航空航天生產(chǎn)專家Daher Socata 擁有和運(yùn)營。

HPC應(yīng)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(fù)合材料工廠。HPC來自Tarbes工廠的報(bào)告，重點(diǎn)介紹了空客A350 XWB主起落架門的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。下面是南特工廠的報(bào)告，重點(diǎn)介紹了在那里進(jìn)行的大量熱塑性塑料研發(fā)和制造。

即使對(duì)南特公司的運(yùn)營進(jìn)行粗略的檢查，也能發(fā)現(xiàn)大量證據(jù)，表明該公司對(duì)該材料和制造該材料的技術(shù)做出了認(rèn)真的承諾。這家航空航天級(jí)供應(yīng)商將其未來的很大一部分賭注押在了熱塑性復(fù)合材料上。30年后，當(dāng)航空航天行業(yè)回顧飛機(jī)中熱塑性塑料的演變時(shí)，Daher Socata很可能會(huì)成為航空航天領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多的開創(chuàng)這項(xiàng)技術(shù)的先驅(qū)之一。

航空航天樞紐

Daher Socata是較大的Daher 集團(tuán)（法國馬賽）的航空航天和國防部門，包括多個(gè)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(shè)施而引人注目，該設(shè)施也毗鄰機(jī)場(chǎng)，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(diǎn)。

空中客車工廠的另一部分是Technocampus EMC2，這是一個(gè)航空航天和復(fù)合材料工廠，由空中客車公司和幾家合作公司合作運(yùn)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(fā)用于航空航天應(yīng)用的新材料、 工藝和技術(shù)。Daher Socata 在 Technocampus EMC2 有業(yè)務(wù)，在該工廠進(jìn)行的研發(fā)為HPC訪問的 Daher Somata 制造廠的大部分活動(dòng)提供了信息和指導(dǎo)。

產(chǎn)品

Daher Socata的南特工廠成立于三年前，在航空航天供應(yīng)商中相對(duì)較新，但這種新穎性也有好處：該工廠擁有現(xiàn)代制造設(shè)施中許多最理想的設(shè)施——高天花板、充足的照明、干凈的地板、精心標(biāo)記和描繪的人行道，精心設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備布局和管理人員，他們始終在場(chǎng)并精通工廠的活動(dòng)。

南特工廠雇傭了大約250 名員工，實(shí)際上是兩個(gè) 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(jī)制造熱固性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，主要是機(jī)翼蒙皮和翼梁。另一方 面，該工廠的大部分制造活動(dòng)都集中在這里，該公司為空客家族幾乎所有的飛機(jī)制造熱塑性復(fù)合材料零件。這里的部件包括空中客車軍用飛機(jī)（西班牙馬德里）A400M Atlas 軍用運(yùn)輸機(jī)的駕駛艙地板（見左側(cè)第五張照片）。

10000 平方米（107639-ft2）的空間被組織成一個(gè)大U形。生產(chǎn)從U形的右上角開始，進(jìn)行原材料修剪，然后向下進(jìn)行沖壓，通過U形的底部進(jìn)行機(jī)械加工和鉆孔，再到另一側(cè)進(jìn)行質(zhì)量控制，最后從U形左上角進(jìn)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(dòng)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(zhǔn)備的無數(shù)機(jī)身角片。這些用于機(jī)身11至15段的角片將機(jī)身殼體連接到內(nèi)部復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上。 角片的大小和形狀各不相同，這取決于其設(shè)計(jì)配合的 尺寸、空間和表面。有些角片有一個(gè)簡(jiǎn)單的 L 形設(shè) 計(jì)，而另一些則更復(fù)雜。所有角片的尺寸大致相同— 任何一個(gè)尺寸都不超過8 英寸/203 毫米。

每架A350 XWB 需要大約8000個(gè)這樣的角片， Daher Socata 目前生產(chǎn)1000個(gè)。空中客車公司表示， 計(jì)劃在投入使用后的四年內(nèi)每月生產(chǎn)多達(dá)10 架A350 XWB，預(yù)計(jì)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(gè)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(chǎn)率可能會(huì)提高到每月13架。這意味著 Daher Socata 每月必須生產(chǎn)近20000個(gè)角片，這個(gè)數(shù)字在航空航天復(fù)合材料市場(chǎng)上無 疑是高產(chǎn)量的。目前，該工廠所有產(chǎn)品的生產(chǎn)能力約為每月4500 個(gè)零件，但隨著Daher Socata 增加新的壓力機(jī)，預(yù)計(jì)這一產(chǎn)能將很快增加。

工廠設(shè)施

Daher Socata工廠的工廠經(jīng)理 Sébastien Jamet 指出，工廠的高速、大批量運(yùn)營在很大程度上取決于完善的過程控制，由自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)，旨在實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性。 工廠的核心是五個(gè)圍繞 Pinette Emidecau Industries（法國沙隆河畔）提供的液壓熱沖壓機(jī)建造的制造工作 站。每個(gè)工作站都有一個(gè)用于物料處理的機(jī)器人系統(tǒng)，一個(gè)用于材料預(yù)熱的紅外加熱器，當(dāng)然還有Pinette Emidecau壓機(jī)。

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(shù)，這些參數(shù)決定了預(yù)熱的時(shí)間、材料從預(yù)熱器轉(zhuǎn)移到模具的速度，以及壓機(jī)將模具關(guān)閉以使零件成型的時(shí)間。對(duì)這一過程的控制，加上最少的勞動(dòng)力互動(dòng)，幫助公司實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量和產(chǎn)量目標(biāo)。

南特工廠加工的幾乎所有熱塑性材料都是預(yù)固結(jié) 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(fèi)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(shù)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(chǎn)自己 的坯料，以結(jié)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(yù)固結(jié)的坯料，然后在 操作員將其粘貼到聚酰亞胺載體膜上后進(jìn)入工作站。 該薄膜有助于將坯料定位在預(yù)熱器和模具內(nèi)。Jamet 指 出，與傳統(tǒng)的金屬框架相比，這種載體是耐熱的，更 容易使用和操作，因?yàn)槊骺梢杂寐葆敾蚵菟ㄟB接到 傳統(tǒng)的金屬支架上。在坯件定位并粘貼到膠片上后， 機(jī)器人接管了這一過程。

Jamet 指出，當(dāng)他指出一個(gè)制造 A350 XWB 機(jī)身角片的典型工廠的運(yùn)營時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)化和良好的過程 控制是工廠運(yùn)營的一大資產(chǎn)。 “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(zhuǎn)移到紅外預(yù)熱器。加熱后，它們 就開始?jí)褐啤amet 特別指出，坯料必須在不到4 秒內(nèi)從紅外預(yù)熱器轉(zhuǎn)移到?jīng)_壓機(jī)中的工具上。如果轉(zhuǎn)移時(shí)間較長(zhǎng)，零件質(zhì)量將面臨風(fēng)險(xiǎn)，因此精心安排的機(jī)器 人移動(dòng)可確保在時(shí)間限制內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

Daher Socata 在HPC訪問期間，正在安裝三個(gè)新 的 Pinette Emidecau 沖壓工作站中的一個(gè)，該工作站將用于A350 XWB角片的生產(chǎn)，并有望大幅提高產(chǎn)量。 該工作站具有紅外加熱、兩個(gè) Fanuc（Echternach，盧森堡）多軸機(jī)器人和兩個(gè)模具。一個(gè)機(jī)器人將管理預(yù) 熱和模具裝載。當(dāng)一個(gè)模具在壓機(jī)中時(shí)，另一個(gè)機(jī)器 人將從第二個(gè)模具中取出完成的零件，并將其釋放出 來用于下一個(gè)零件。Jamet 說，預(yù)熱器和模具的溫度將在這個(gè)單元中緊密一致。

Daher Socata 制作的所有角片都是從壓力機(jī)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(zhuǎn)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(jìn)行所有修 整、布線和鉆孔。然后，修剪后的零件被送往質(zhì)量控 制部門，在那里，在濕浴超聲波無損檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)其 進(jìn)行分層和空隙掃描。當(dāng)被問及 Daher Socata的A350 XWB機(jī)身角片的拒收率時(shí)，Jamet的回答出乎意料。“零， ”他堅(jiān)持說，并補(bǔ)充道， “今天，我們掃描每一個(gè)零件，但也許有一天，我們不會(huì)。 ”他滿懷希望地建議，空客可能會(huì)被說服讓 Daher Socata通過抽樣來 驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量，但他承認(rèn)可能性很小。 “這對(duì)熱塑性塑料來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)楹娇蘸教煨袠I(yè)不習(xí) 慣采樣質(zhì)量控制。 ”

未來會(huì)怎樣

Daher Socata 和 Technocampus EMC2 的研發(fā)工程師 Dominique Bailly領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)公司航空 航天應(yīng)用的大部分新工藝開發(fā)。因此，他對(duì)如何在未 來的飛機(jī)中使用熱塑性塑料進(jìn)行了大量思考。

“現(xiàn)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(duì)昂貴，但 PEKK 需要更低的工藝溫 度，這加快了生產(chǎn)吞吐量。另一方面，PEKK不具有與PEEK相同的機(jī)械性能。這個(gè)難題對(duì)飛機(jī)制造商及其供應(yīng)商來說是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題，比如 Daher Socata，但 Bailly 表示，材料供應(yīng)商正在積極研究解決方案，Daher Somata 最大的供應(yīng)商Cytec Industries（新澤西州伍德蘭公園）和 TenCate，以及日本的其他供應(yīng)商也在研究解決方案。Bailly 說： “我想你會(huì)看到，在 10 年內(nèi)，一種介于 PEEK和PEKK之間的材料將出現(xiàn) ——一種更便宜、循環(huán)更快的材料” ，并提供良好的機(jī)械性能。

這種材料可以應(yīng)用在哪里？Bailly認(rèn)為，機(jī)翼結(jié)構(gòu)可能是一個(gè)很好的起點(diǎn)。 “機(jī)翼是一個(gè)很好的候選者，因?yàn)闄C(jī)翼內(nèi)部的液體可能具有腐蝕性。熱塑性塑料可能是一個(gè)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(fù)合材料制造廠，現(xiàn)在的情況很有希望。一個(gè)已經(jīng)穩(wěn)健且控制良好的制造過程似乎不僅會(huì)得到更好的控制，而且會(huì)更快。因此，隨著A350 XWB投入生產(chǎn)，以及飛機(jī)制造商希望將這種多功能材料添加到新飛機(jī)中，在未來幾年里，該工廠很可能會(huì)吸取重要的熱塑性塑料經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，承擔(dān)更多熱塑復(fù)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