汽車及國防復合材料部件的大批量自動化連續生產工藝
這些復合材料的半板簧由Thunder Composite Technologies公司制造，用于通用動力公司開發的自動駕駛、可遙控及電池電動的坦克原型。這些板簧是采用Thunder Composites的自動化連續拉擠工藝制成（圖片來源：Thunder Composite Technologies）
從歷史上看，陸基防御一直是復合材料難以打入的市場，該市場通常依賴于傳統的坦克設計及材料。“要進入該市場，你必須真正拿出一個具有成本競爭力的自動化系統，或者拿出可以實現自動化的獨特的低成本工具。該市場正在尋求減重，但卻拿不出大量的預算來開發一次性的系統（以取代目前可用的手工鋪層工具)。”Thunder Composite Technologies公司（加拿大溫莎）總裁及其母公司Harbour Technologies（加拿大溫莎）的所有者/工程經理Andrew Glover解釋道。
他繼續說道：“陸地系統的國防工業完全不同于已涉足復合材料領域的航空國防市場。實際上，國防工業在屬性上與重型貨車市場非常相似，一些車輛平臺使用的一些鋼制模具是相同的，比如，用于生產特定半掛貨車車頂結構的模具可被用于生產防御車輛上的類似部件。
憑借在汽車復合材料部件的自動化、大批量生產工藝上已積累了十多年的經驗，Thunder Composite Technologies實現了進入國防市場的目標——為通用動力公司（美國弗吉尼亞州雷斯頓）的自動駕駛全電動坦克平臺開發懸架系統和復合材料的半板簧。
進入汽車領域：自動化、連續的復合材料生產工藝
Harbour Technologies 是一家家族企業，50多年來一直致力于為各種生產工藝構建自動化的系統，客戶涉及汽車、航空航天、國防、醫療及核部件制造等領域。于2009年從Harbour Technologies剝離出來的Thunder Composite Technologies是一家復合材料的制造公司，通過Harbour Technologies提供復合材料部件的工程開發、原型制作、生產和加工等服務，以及提供自動化的設備和模具制造服務。就自動化的設備而言，Glover表示，該公司既能夠為內部生產開發訂制的自動化生產線，也可以為客戶工廠的生產提供系統。
Thunder Composite Technologies利用其自動化的拉擠成型和RTM工藝為汽車和國防市場設計、制造板簧（左）、拉桿（右）及其他部件（圖片來源：Thunder Composite Technologies）
Harbour Technologies和Thunder Composite Technologies共有4個生產工廠，生產面積約8萬平方英尺。“這是一個完整的交鑰匙工程。我們不僅設計和工程化產品，還設計、工程化和建造整個生產系統。”Glover說道。
對自動化的重視以及靠近美國密歇根州底特律的優勢，使得該公司能夠迅速進入汽車復合材料的原型開發和生產市場，首先是板簧，其次是轉向軸、防傾桿等。
Glover解釋說，對于其主要的板簧組件，Thunder Composite Technologies使用了一種被稱作“混合拉擠成型”的專利工藝，實際上就是用一種自動化的系統來連續地拉擠具有變厚度的復合材料部件。據說該工藝具有高度的可擴展性，能以相對較低的成本實現大批量的生產。取決于應用，生產每個部件的循環時間短至3-4分鐘。
該系統從傳統的拉擠工藝開始，用連續纖維生產出厚度均勻且纖維/樹脂比高的部件。然后將這種均勻拉擠的“芯材”移入二級系統中，該系統圍繞原始部件纏繞潤濕的連續粗紗，從而獲得一種依據應用要求擁有訂制材料性能的更強的部件。第二個步驟類似于一個纖維纏繞系統，但有更多的控制。“整個系統（沿部件）移動。這是一個CNC控制的系統，我們能夠以我們在軟件中確定的任何角度，有選擇性地將單個粗紗添加到核心結構上。” Glover說道。加熱的模具沿系統移動，將材料拉過系統以固化成品部件。
為了優化其復合材料的板簧設計，Thunder Composite Technologies開發了一個軟件程序來對鋼板簧實施逆向工程。鋼部件的機械性能被輸入到軟件程序中，然后生成相應的復合材料板簧的數字模型，這考慮了新材料的性能并作了優化以防止失效。“我們系統的獨特之處在于減少了工程量，這使我們從一開始就能推出可用于彈簧應用的真正接近的產品。” Glover說道。
利用該軟件及其混合的拉擠工藝，Thunder Composite Technologies 為汽車市場的各種應用及客戶生產了復合材料的板簧和半板簧，最終，使得該公司有機會將這些知識和經驗轉用于陸基防御市場。
復合材料在下一代國防車輛中的應用機會
Glover解釋說，下一代的國防車輛正在開發之中，其外觀和操作方式與傳統的載人坦克不同，這就是復合材料的機遇所在。“它們正在向全電動和自動駕駛的方向發展，由遠程控制驅動。這些車輛將變得越來越小、越來越隱蔽。消除人為因素時，你不必過多擔心車輛的生存能力，其有效載荷完全不同。”他說道。
Thunder Composites Technologies表示，下一代的陸基防御系統被設計得更小、更便于運輸，采用電池電動和自動駕駛，因而可能為復合材料進入該市場提供更多的機會（圖片來源：Thunder Composite Technologies）
與商用汽車市場一樣，陸基防御車輛也可以從復合材料提供的輕量化中受益。但Glover解釋說，輕量化的目標主要不是為了節省燃料或延長續航里程，而是為了通過陸路或空中更高效地運送坦克。“你可以讓它足夠輕，以便能夠在運輸車輛中同時攜帶更多的坦克。”他說道。
“在過去的幾年中，我們已經成為國防市場的首選，該市場的一些公司希望將鋼制部件重新設計成復合材料的部件。”Glover介紹說，Thunder Composites Technologies的一個生產項目就是為國防車輛生產一系列碳纖維復合材料的油底殼，其中包括一種獨特的樹脂系統，可以在高溫下實現高性能。該部件是采用Thunder Composite Technologies開發的低真空樹脂傳遞模塑（RTM）系統制造的，采用了成本相對低的模具，可以達到A級表面效果。
2018年底，通用動力公司與Thunder Composite Technologies合作，為10噸重的遙控電池電動坦克原型設計并制造一個完整的懸架套件，包括采用該公司的混合拉擠工藝、用玻纖復合材料為每輛車制造8個復合材料的半板簧。該套件于 2021 年完工，混合了鋼、鋁和復合材料的組件，所有這些都由 Thunder Composite Technologies進行設計、制造和加工。
Thunder Composite Technologies為通用動力公司的陸地系統原型設計了整個懸架套件，包括復合材料的板簧（圖片來源：Thunder Composite Technologies）
Thunder Composite Technologies和Harbour Technologies預計，隨著陸基國防市場不斷向便攜式自動駕駛車輛的方向發展，復合材料將迎來更多的機遇，而自動化的生產工藝將是關鍵。
與此同時，兩家公司將繼續為汽車和國防市場的復合材料客戶開發自動化的生產工藝。Glover表示：“我們正在開發一種全自動、連續的螺旋彈簧生產工藝，可以通過快速切換模具來制造任何尺寸的螺旋彈簧。我們認為這個市場非常龐大。我們大概從2012年開始就一直在研究這種系統，現在終于到了工程階段，我們已準備好在該系統上進行生產。”
