先進熱塑性復材傳統的創新
來源：楊超凡
ATC Manufacturing工廠ATC Manufacturing 專注于實現熱塑性復合材料的全部潛力。
ATC Manufacturing（美國愛達荷州Post Falls）二十多年來一直為航空航天和國防工業提供先進的復合材料解決方案。這家總部位于愛達荷州的公司由前波音丹·約根森(Dan Jorgensen)于2004年創立，致力于成為將熱塑性復合材料用于航空航天零件和結構的先驅。如今，該公司繼續專注于連續纖維熱塑性復合材料，為各種航空航天應用提供耐用、輕便和高性能的零件。
ATC業務開發經理杰森·梅里菲爾德(Jason Merrifield)解釋說：“我們的重點是熱塑性塑料可以真正發光的高速率、節省成本的應用。”。“想象一下，每隔幾分鐘沖壓一個新零件，而不是鋪設和固化零件；這是一個更有效的過程。”
該公司表示，其兩個核心工藝—連續壓縮成型(CCM- continuous compression molding)和沖壓成型(stamp forming)—使其能夠快速生產復雜的復合材料零件，其勞動力成本僅為傳統熱固性鋪層的一小部分，并減少了材料浪費。這些工藝的速度和效率使其非常適合一系列航空航天部件，從簡單的角片和支架到更大的結構零件和更復雜的組件。ATC與波音公司就此類零件簽訂了長期協議，并直接與波音公司以及包括Spirit Aerosystems和Leonardo在內的該公司的一級供應商(Tier)合作。
ATC的連續壓縮成型能力可以生產更大的結構零件，如肋和座艙隔板。
梅里菲爾德說：“當我們以汽車價格談論航空航天零件時，熱塑性塑料絕對是一個候選者，因為你可以快速擴大規模。”。“任何有大量零件的地方，都是熱塑性塑料真正擅長的地方。”
除了角片和支架外，該公司還能夠生產具有較長輪廓的較大熱塑性復合材料零件—這些零件通常更昂貴，因為它們通常由金屬或熱固性材料制成。
梅里菲爾德說：“肋、控制面、座艙隔板、門框——我們的CCM能夠為這些應用制造長C形截面型材、工字梁和類似零件。”。
什么是連續壓縮成型？
在連續壓縮成型（CCM）中，纖維增強熱塑性預浸料或帶的連續進料在加熱的壓縮模具中固結和/或成型。材料從筒子架中送入，形成堆鋪層，構成成品層壓板。通過循環打開和關閉的進料工作站，將預浸料通過壓機工作站，通常一次一英寸，實現了近乎無休止的生產。當材料被拉過壓縮模具時，它會穿過多個區域，這些區域被指定為將預浸料聚合物加熱到熔點，然后以受控的速率將其冷卻，以產生高機械性能所需的結晶度。出現的層壓板完全固結。
CCM系統也可以生產成形型材，如ATC的四軸CCM型材機。它由與ATC的扁平層壓CCM生產線相同的基于筒子架的系統供電，而是輸出C、T、H、J、U和其他用于各種航空航天零件的復雜形狀。當平層壓板CCM生產線有一組在一個方向上移動的液壓致動器時，成形輪廓CCM有在兩個方向上運動的致動器，向形成形狀的四件式模具施加壓力。當完全固結的形狀出現時，它被切成一定長度。
為了深入了解ATC的流程，Jeff Sloan在2021年參觀了Post Falls工廠。
注重高速生產、可持續發展
ATC占據的利基市場是設計的。該公司的成立旨在利用先進的熱塑性塑料技術來滿足航空航天業對更堅固、更輕材料日益增長的需求。雖然傳統的熱固性復合材料繼續在工業中廣泛使用，但它們在可回收性和高速可擴展性方面仍然存在局限性。熱塑性塑料提供了一種替代品，這種材料不僅可以滿足航空航天規范，包括減輕重量和強度，還可以提供優化生產和可持續性的途徑。梅里菲爾德解釋說，由于循環時間短，熱塑性復合材料的加工速度自然很高。
從一開始，ATC的目標就是在不影響質量的情況下優化生產效率、縮短生產時間和降低成本。這促使了對最新自動化系統的早期戰略投資，并發展了復合材料成型技術的內部專業知識?，F在，該公司經營著一個67000平方英尺的工廠，配備了自動化裝配線、精密成型工具和先進的測試實驗室。它提供一系列服務，包括定制模具設計和通過CCM和沖壓成型的大批量生產。其他操作包括CNC修整和精加工，以及包括無損檢測(NDI-Nondestructive Inspection)和研發在內的質量檢查。
ATC制造通過AS9100和Nadcap認證。該公司符合國際武器貿易條例(ITAR)，并致力于網絡安全成熟度模型認證(CMMC)和受控非機密信息(CUI)認證。
對未來的展望
雖然航空航天仍然是ATC業務的核心，但該公司確實著眼于新市場，并一直在尋求進一步利用熱塑性塑料潛力的方法。這包括城市空中交通(UAM- urban air mobility)等新興市場，在這些市場，高生產率和嚴格的航空航天要求的結合直接發揮了公司的優勢。在UAM領域，該公司正在尋找肋、控制面、結構梁和支架等應用，以及座椅靠背組件等應用的結構零件。
ATC還投資于研究，以改善熱塑性復合材料的性能特性，使其在下一代航空航天和工業應用中更加通用。該公司與美國航空航天材料制造中心技術中心、熱塑性復合材料研究中心(TPRC)、材料與工藝工程進步學會(SAMPE)和美國復合材料制造協會(ACMA)等行業組織合作。梅里菲爾德說，這些協作平臺幫助ATC保持領先于最新的材料和工藝發展。該公司還使用CW的頂級商店基準調查(Top Shops Benchmarking Survey)等工具，該調查已經參與了5年，以幫助其持續改進實踐，并了解其與行業同行的績效。
梅里菲爾德說：“這些小組提供了一個良好的協作環境，在這里我們可以看到行業在熱塑性塑料方面的關注點和客戶的需求，這樣我們就可以做好準備，承擔其中的一些工作。”。未來的大部分工作涉及熱塑性塑料益處的教育和驗證，以及克服對可能性的誤解。
梅里菲爾德說：“我們試圖在項目的早期階段進行合作，從一開始就影響設計，而不是事后影響。”。“與熱固性塑料中的纖維相同，熱塑性塑料中也可以使用。T700s、T1100s—所有標準模量和中間模量—所有這些纖維以及機織物仍然可用。競爭環境比你想象的要公平一些。”
在ATC展望未來時，梅里菲爾德表示，重點是發展業務，并影響其服務的更廣泛的行業，以塑造熱塑性復合材料的未來利用方式。通過擁抱自動化和數字化，該公司的目標是繼續在精度和可擴展性方面設定基準。
梅里菲爾德說：“我們不僅僅是一家工廠，我們還積極參與推動這項技術的發展。”。“我們知道熱塑性塑料并不是所有應用的答案，但在速度、成本和性能至關重要的地方，我們相信它們具有真正的競爭優勢。”
原文由Bruce Shaw 肖志軍發來?！禔 legacy of innovation in advanced thermoplastic composites》 2025.1.25
楊超凡 2025.1.30
