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復材吊艙，TPC零件生產(chǎn)。柯林斯航空航天結(jié)構(gòu)公司創(chuàng)建了一個全球熱塑性復合材料（TPC）團隊，將其位于里弗賽德（上圖）的復合材料發(fā)動機吊艙生產(chǎn)和TPC試驗線與位于阿爾梅勒（插圖）的TPC專業(yè)知識和生產(chǎn)相結(jié)合
本次巡演遵循CW 2023年的文章，該文章探討了RTX（美國弗吉尼亞州阿靈頓）的子公司柯林斯航空航天公司（美國北卡羅來納州夏洛特）的歷史，以及其作為探路者零件的熱塑性復合材料（TPC-thermoplastic composite）吊艙結(jié)構(gòu)的路線圖。
柯林斯航空航天河濱工廠在Rohr于1952年接管之前曾是一個陸軍基地，隨后Goodrich、UTC和柯林斯于2018年接管。柯林斯先進結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)技術(shù)和創(chuàng)新戰(zhàn)略主管克里斯蒂安·索里亞（Christian Soria）解釋說：“它首先制造金屬產(chǎn)品，然后發(fā)展為熱固性（TS）復合材料，使用熱壓罐，以及熱壓罐外（OOA）固化，現(xiàn)在正在追求TPC。”。TPC試點生產(chǎn)線之所以在這里，是因為我們希望通過利用我們每天制造生產(chǎn)零件的專家，繼續(xù)在從研發(fā)到工業(yè)環(huán)境的技術(shù)過渡的基礎(chǔ)上再接再厲。”
“吊艙項目、復合材料開發(fā)
我們進入主制作大樓，那里有一堵“歷史墻”，展示過去和現(xiàn)在的節(jié)目。索里亞指出：“我們在過去20年追求的大多數(shù)現(xiàn)代飛機和新發(fā)動機機會中贏得了吊艙業(yè)務(wù)。”這包括空客A220、巴西航空工業(yè)公司E2、波音787和空客A350，以及配備普惠PW1100G齒輪傳動渦扇發(fā)動機的A320 Neo。他補充道：“我們是唯一一家為這種架構(gòu)設(shè)計和認證吊艙的供應(yīng)商，包括所有新的分析和工具。”
A350風扇罩，IFS。他強調(diào)了吊艙的大型內(nèi)部固定結(jié)構(gòu)（IFS- inner fixed structure），并指出它仍然是用預浸料制成的，但在鋪疊和裝配線上應(yīng)用了更高水平的自動化。他說，從材料的角度來看，“我們設(shè)計的大部分程序都是為了避免使用更奇特的高溫材料。相反，我們使用了一個強大的熱保護系統(tǒng)，并開發(fā)了一種預浸料，我們盡可能多地在結(jié)構(gòu)的各個部分使用，這使材料標準化，提高了整體工廠效率。
“我們所有的外部吊艙結(jié)構(gòu)大多是蒙皮-長桁層壓板，而不是蜂窩結(jié)構(gòu)，”他繼續(xù)說道，“這使得制造速度更快。這些是復雜的結(jié)構(gòu)，必須承受較大的壓力增量，需要應(yīng)用雷擊保護（LSP-lightning strike protection），并在客戶的涂裝上涂上高質(zhì)量的油漆。我們還必須滿足聲學和空氣動力學要求。因此，我們需要保持的表面質(zhì)量和公差非常關(guān)鍵。”
B787內(nèi)筒。索里亞展示了一個整體式復合內(nèi)筒，其具有經(jīng)過聲學處理的TS復合夾層結(jié)構(gòu)。787的吊艙進氣口也是復合材料的。他解釋說：“這個項目真正推動了復合材料在惡劣環(huán)境中的廣泛使用，取代了許多傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)。這個內(nèi)筒沒有拼接——這是我們開創(chuàng)的一項技術(shù)——避免了它造成的噪音大幅飆升。”。
“隨著我們不斷發(fā)展吊艙設(shè)計，我們正在考慮制造幾乎整個復合材料的結(jié)構(gòu)。OOA TS復合材料和TPC轉(zhuǎn)換有許多潛在的候選者，特別是當我們談?wù)搯瓮ǖ赖雀咚俾薯椖繒r，這些項目的目標是每月100架飛機。我們選擇風扇罩作為我們的探路者，因為它整合了大型TPC飛機結(jié)構(gòu)所需的大部分技術(shù)塊，包括通過焊接獲得的更多集成解決方案。這是一個優(yōu)勢，因為你不必為緊固件留出額外的間距或厚度—每一點重量、體積和提高的效率都很重要。”
（從上到下）主生產(chǎn)大樓設(shè)有復合材料培訓中心、多個顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)的視覺控制中心和兩個大型疊層和粘合室。
“工廠布局、產(chǎn)業(yè)化、培訓中心
進入主生產(chǎn)車間，柯林斯航空航天飛機結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)部門的技術(shù)負責人基思·里奇（Keith Ritchie）加入了我們的隊伍。他解釋說：“吊艙生產(chǎn)流程從這座建筑的另一端開始，接收材料，在這一邊結(jié)束，零件被送出，多條生產(chǎn)線并行通過。”
在這座生產(chǎn)大樓的主過道走到一半時，里奇繼續(xù)說道：“在中心，有很多制造工程師和支持人員，所以他們可以直接部署到左右兩側(cè)的產(chǎn)品線中。”他指著一組視頻屏幕。“在整個工廠，你會看到這樣的視覺控制，在那里可以跟蹤生產(chǎn)，每個人都知道零件在哪里，需要解決什么問題。我們正在不斷改進我們的生產(chǎn)線，通過更多的傳感器驅(qū)動和實時數(shù)據(jù)收集。”
穿過左邊的一扇門，我們進入了復合材料培訓中心。里奇說：“我們從新入職的復合材料鋪層技術(shù)人員到設(shè)計復合部件的工程師，再到我們的領(lǐng)導層，都會參與進來，”里奇說，“我們不把他們分成單獨的類別，而是希望他們分享不同的視角和觀點。”金屬工具排列在房間的右側(cè)和后部，每個工具都有安裝在頭頂?shù)腣irtek Vision（加拿大安大略省滑鐵盧市）的雙激光投影機。根據(jù)真實的吊艙程序，為不同的零件和變體（例如，左側(cè)和右側(cè)外殼）設(shè)置了總共九個站。他補充道：“這些是真正的工具、材料和生產(chǎn)計劃系統(tǒng)，可以精確地復制技術(shù)人員在地板上的工作，從閱讀圖紙到疊層、裝袋、固化和獲得所有質(zhì)量檢驗印章。培訓結(jié)合了課堂和實踐課程。”
“粘合車間
我們離開培訓中心，左轉(zhuǎn)進入這座建筑左側(cè)的粘合車間。“這里有三個隔間，” 索里亞解釋道，“中間的一個為兩側(cè)的疊層隔間切割和組裝簾布層。這些是A220和E2組件，我們在這里進行手工疊層預浸。”每個工作站都有兩個Virtek激光投影儀。
這些疊層工藝通過工具設(shè)計優(yōu)化了熱壓罐的產(chǎn)能，使每個工具可以有多個零件，能耗更低。從消耗的預浸料層套件中取出的背襯紙放在大車上。這些手推車很快將返回中心切割區(qū)進行補貨。索里亞指出：“我們越來越意識到我們所做工作的可持續(xù)性。我們認為TPC和OOA TS是減少浪費和進一步改善能源使用的一部分。”
RFI。我們朝著這個通道的盡頭走去，到達A220吊艙內(nèi)筒的樹脂膜注入（RFI-resin film infusion）站。有四個干式纖維疊層站，每個站都有四個Virtek激光投影儀。索里亞解釋了RFI的工作原理：“我們首先應(yīng)用雷擊保護（LSP）材料，然后是干燥的無卷曲織物（NCF）和樹脂膜，然后真空袋并在熱壓罐中固化。我們改用RFI是因為NCF的懸垂性優(yōu)于鋪放在芯軸上的平紋預浸料，這提高了效率和整體循環(huán)時間。
索里亞繼續(xù)說道：“我們討論將TS轉(zhuǎn)換為TPC，因為它還可以提高生產(chǎn)效率并消除浪費，” 索里亞繼續(xù)說道。“耗材是其中的重要組成部分——不僅僅是真空袋材料，還包括固化工具，例如我們在固化過程中使用的芯軸，它保持這些TS復合材料板上的三個Omega加強筋的形狀。使用TPC沖壓和焊接，自動化可以應(yīng)用于這些步驟，我們相信我們可以顯著提高一致性并減少許多這些次要元素的浪費。”
網(wǎng)狀樹脂站。里奇指出：“吊艙風扇管道內(nèi)的大多數(shù)結(jié)構(gòu)都有穿孔蒙皮，用于衰減噪音，我們的大多數(shù)穿孔蒙皮都是預固化的。”。“然后添加粘合膜，并將其網(wǎng)狀化——換句話說，從孔中吹出。” 該工藝的自動化工作站具有一個機器人，機器人中心有一個加熱器，周圍是擋板門門板，安裝在轉(zhuǎn)盤上。
配套間，AFP工作站。我們穿過兩間粘合室之間的配套間，其中包括來自Lectra公司（美國康涅狄格州托爾蘭市）Gerber Technology的兩臺自動切割機，以及呼吸器材料架和在最右邊和房間后部的四臺額外切割機。然后我們進入第二間粘合室。“這一側(cè)主要用于A350吊艙，” 索里亞說。“你會看到左側(cè)的IFS和右側(cè)的進氣口，主要使用手工鋪層，但我們確實使用自動鋪絲（AFP）工作站進行IFS蒙皮鋪層。”我們面前的科里奧利復合材料（法國曲芬）AFP系統(tǒng)的一側(cè)裝載IFS工具，另一側(cè)正在進行鋪層。
吊艙進氣口結(jié)構(gòu)的手工疊層預浸料，穿孔后內(nèi)部固定結(jié)構(gòu)，在Riverside的一條靜態(tài)生產(chǎn)線上手工鋪設(shè)機艙結(jié)構(gòu)層壓板（上圖）。A350吊艙（底部）的內(nèi)部固定結(jié)構(gòu)（IFS）在鉆孔以滿足聲學要求后幾乎是透明的。
IFS的脈沖線。索里亞轉(zhuǎn)過身，指著IFS鋪層的 脈動線，該線由五個站位組成，位于一個夾層上，在軌道上沿著房間向下移動。他解釋說：“另一個隔間的線路是靜態(tài)的，從鋪料到裝袋的所有步驟都在每個站位完成。”。“但在這里，我們讓工具不斷移動，每個站都有技術(shù)人員在做這部分的疊層。這些脈沖線上的零件比靜態(tài)線上的零件更大，需要更多的步驟。當我們的團隊進行優(yōu)化疊層過程的研究時，脈沖線給了他們足夠的節(jié)省來證明這一點。這是一個連續(xù)的過程，因為隨著夾層向下移動，一個新的鏈接被移動到起點。站的數(shù)量可以增加或減少。這些線路總是在優(yōu)化以滿足當前的需求。”
在粘合室的另一端，A320 Neo進氣口也在脈沖線上生產(chǎn)。
“這是我們精益生產(chǎn)計劃的一部分，” 索里亞繼續(xù)說道。“精益自90年代以來一直存在于我們的DNA中。你會在這個設(shè)施中看到它的結(jié)果，并且它在測量每一步的循環(huán)時間方面不斷付諸行動。”
里奇指出，這再次從多個角度出發(fā)。“我會看到技術(shù)人員、工程人員和領(lǐng)導層用記事本和秒表評估我們效率低下的地方以及如何改進。我們談?wù)撟詣踊瘉硖岣咝剩@也需要投資，并不是解決所有問題的辦法。相反，關(guān)鍵是找到正確的平衡點并進行權(quán)衡研究。”
“熱壓罐、鉆孔
我們離開粘合室，進入一個沿著外墻有9個熱壓罐的區(qū)域。索里亞說：“零件來自兩個疊層和粘合室，用于在熱壓罐中固化。然后我們在最后有檢查站。”我們離開這個房間，穿過主通道，進入大樓右側(cè)的第二個熱罐區(qū)域。在這個區(qū)域，右側(cè)有三個熱壓罐器，左側(cè)有零件的去毛刺，最左側(cè)有一個穿孔區(qū)域。額外的檢查站在最右邊。該區(qū)域還進行工具清理和工具維護。
“愛荷華州工廠3D打印飛機發(fā)動機零件
柯林斯航空航天公司位于愛荷華州西得梅因的工廠的產(chǎn)量將幾乎翻一番，交貨時間將縮短80%以上。更多信息，請參閱柯林斯航空航天公司的兩臺12激光AM機器：以下是它們的使用方法：
當我們走向穿孔區(qū)域時，我們會經(jīng)過IFS結(jié)構(gòu)，由于蒙皮上鉆有許多孔，IFS結(jié)構(gòu)看起來幾乎是透明的。里奇說：“面部蒙皮經(jīng)過預固化，去除樹脂閃光，然后將零件帶到多頭鉆孔系統(tǒng)中。”。在這里，四個Creno（法國安納西）機器人工作站，每個工作站都有多個鉆軸，可以快速生產(chǎn)數(shù)千個孔。當前的鉆頭磨損時，可以更換多個鉆頭，因此沒有停機時間。他補充道：“然后檢查這些蒙皮，因為孔不能被堵塞，每個表面積的孔數(shù)是我們必須滿足的質(zhì)量要求。”
我們從后面離開這座大樓，步行到生產(chǎn)787發(fā)動機吊艙的41號樓。我們首先進入一個滿是數(shù)控機床的區(qū)域，然后穿過門口進入疊層室和后處理室，其中包括另一個帶有四個機器人超聲波測試工作站的檢查區(qū)域。
“這向您展示了我們在TS復合材料方面的全部經(jīng)驗以及我們的歷史和發(fā)展，” 索里亞在我們離開大樓時說。
“我們想向您展示這一點，這樣您就可以了解我們?yōu)槭裁丛谶@里進行TPC開發(fā)。與當前真實零件制造共同定位的工業(yè)專業(yè)知識和經(jīng)驗有助于我們在開發(fā)過程中消除許多錯誤，因為我們不斷發(fā)展和驗證流程。與我們今天在TS中看到的不同，TS往往是工具和基礎(chǔ)設(shè)施密集型的，TPC流程往往更敏捷和靈活。因此，我們在這里開發(fā)技術(shù)，但我們可以在需要的地方對其進行調(diào)整。”
“TPC導頻線
當我們進入這條試驗生產(chǎn)線所在的大樓時，柯林斯航空航天公司復合材料高級技術(shù)研究員米歇爾·范圖倫（Michel van Tooren）和柯林斯航空航天有限公司熱塑性塑料技術(shù)開發(fā)總監(jiān)大衛(wèi)·曼騰（David Manten）也參加了參觀。他們解釋說，這條試驗線是圍繞風扇罩探路者建造的，這是一個加筋結(jié)構(gòu)，有一大塊相對較薄的蒙皮，但有很多切口，包括多個入口門。有Z形和空心帽加強件，需要金屬部件和LSP的附件。范·圖倫補充道：“這對我們來說是一個完美的探路者，因為你在飛機結(jié)構(gòu)中看到的一切都集中在一個零件上。”
ATL空白。我們帶著Boikon（荷蘭Leek）Falko高速（高達450平方米/小時）自動鋪帶機走到左邊的一個區(qū)域。范·圖倫說：“我們收到12英寸寬的膠帶，然后在阿爾梅勒將其切成約2英寸寬，然后送到這里。”。“在這個ATL中，我們只是使用超聲波加熱將膠帶粘在一起。”
預固結(jié)、沖壓成型。曼騰說，釘好的坯料隨后會經(jīng)歷一個固結(jié)循環(huán)，將所有空氣排出，制成實心板，“只有這樣你才能進行熱成型。” 范·圖倫指出，通常會使用兩種不同的壓機進行預固結(jié)和沖壓。
目前，該試點生產(chǎn)線使用一臺Pinette Emideau Industries（法國查隆-蘇爾-索恩愛德華王子島）245公噸的壓機。范·圖倫繼續(xù)說道：“預固結(jié)后，我們將其切換到?jīng)_壓成型模式。在左側(cè)，有一個紅外（IR）烤箱可以一直預熱坯料。”。這也是為什么你需要預固結(jié)，獲得一個均勻的層，以快速將熱量從外層傳導到內(nèi)層。然后將加熱的坯料從烤箱中穿梭到一組匹配的模具中，這些模具通常會快速閉合。然后，您沖壓成型，將零件冷卻到一定溫度，然后將其從模具中取出。”
沖壓成型和熔接的熱塑性中空帽加強件焊接到恒定半徑的蒙皮上，外表面有雷擊保護（LSP）。
沖壓、熔接。范·圖倫說：“我們打算盡可能多地用沖壓成型來制造零件。”。“我們所做的大部分沖壓成型都是在荷蘭的阿爾梅勒工廠進行的，但我們在這里確實有一些研究能力。”他展示了幾年前開發(fā)的TPC風扇罩長桁，它有輕微的彎曲和一些局部襯墊。他將此與半圓形風扇罩所需的三個空心帽加強件進行了對比。
范·圖倫說：“加強筋是一個更復雜、更重要的部分。”。“除了彎曲外，它的厚度也各不相同，優(yōu)化后在加強帽處最厚，凸緣上的層壓板更薄。纖維方向也不同，與帽上的曲率方向?qū)R，而在側(cè)面，你需要更多的45°層。”
范·圖倫說：“這種加強筋比以前沖壓成型的要大。”。“因此，這些加強筋是通過一種稱為熔融成型（fusion forming）的工藝將多個沖壓成型段整合成一個大型彎曲加強筋制成的。”這些段被放置在成型金屬工具上，然后熔融成型機施加熱量和壓力。“所以，你是在把它們?nèi)酆显谝黄稹Ｔ诤附又校瑳]有一個零件完全熔化。你只是在界面處熔化。但對于這個子組件，你熔化了整個橫截面，這樣零件就熔合了。這更像是共固結(jié)。”
AFP蒙皮。集成加強筋將焊接到使用AFP制成的風扇罩蒙皮上。我們走到TPC試驗線大樓的后面，來到AFP室，里面有一個科里奧利復合材料C1機器人AFP工作站。范·圖倫說：“這些蒙皮有雙曲面，外部也需要雷擊保護（LSP）。”。“同樣，我們從預浸帶開始，但現(xiàn)在ATL中使用0.25英寸寬的預浸帶，而不是2英寸寬的帶，因為這需要能夠使風扇罩的復合曲率。這些帶被激光加熱并應(yīng)用于鋪層工具上。這不是原位固結(jié)（ISC-in situ consolidation），因為我們的目標是盡可能快地鋪層。
“這并不是說我們不相信使用ISC，” 索里亞解釋道，“因為我們還有其他業(yè)務(wù)領(lǐng)域在應(yīng)用它。這對風扇罩蒙皮來說沒有意義。它更適合旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，如管子和氣缸。但這些是開放式面板，所以在自動鋪疊過程中很難施加壓力并實現(xiàn)完全整合。”
范·圖倫指出：“我們還開發(fā)了一種特殊的解決方案來處理第一層，以及如何使其附著在工具上。”。“目前的AFP設(shè)置基本上支持三種不同類型的活動。對于風扇罩，我們主要使用機器在陰模和陽模上進行傳統(tǒng)的疊層；我們還有一個尾架，所以我們可以在旋轉(zhuǎn)軸上進行疊層；還有一個單獨的站，機器人可以在那里到達并制作平板，以便在特定材料的工藝開發(fā)過程中撥入?yún)?shù)。”
VBO整合。范·圖倫說，成品蒙皮被真空裝袋，放入步入式烤箱（美國威斯康星州東特洛伊的威斯康星烤箱）。“但如果你想快速生產(chǎn)節(jié)能產(chǎn)品，你不會加熱空氣，而是加熱一個只有幾毫米厚的外殼工具。所以，這不是最終的解決方案，但它證明我們不需要熱壓罐。”
焊接。我們走出AFP室，朝大樓前方走了一半，來到焊接區(qū)，在那里我們看到一個鋁制風扇罩工具正在試驗線上使用。“這是我們內(nèi)部的感應(yīng)焊接系統(tǒng)和焊接工具，” 范·圖倫說。“將長桁和加強筋放置在工具內(nèi)，將蒙皮放置在頂部，然后將零件焊接在一起。機器人被編程為遵循彎曲焊縫的路徑。我們也在研究各種焊接和連接技術(shù)。”
索里亞補充道：“我們有很多不同的零件和零件變體，我們認為一種焊接方式不適合所有這些應(yīng)用。”
范·圖倫繼續(xù)說道：“我們將使用超聲波焊接來焊接一個風扇罩。”。“超聲波是一種非常古老的技術(shù)，有許多不同的變體。我們也在探索振動焊接。它的循環(huán)時間為幾秒鐘，用于汽車焊接前燈總成等。在傳導焊接中，我們只在焊接表面將熱量傳導到零件中。”
“對于某些配置，這種技術(shù)效果更好，” 曼騰說。“對于每種配置，都有一種最有效的焊接技術(shù)。我們必須對此進行測試。這取決于產(chǎn)品、焊接區(qū)域和需要遵循的形狀。”
索里亞補充道：“我早些時候說過，我們正在不斷進行權(quán)衡研究，平衡所有要求。我們想要的一件事是對所有這些能力有很好的理解和了解，這樣我們在設(shè)計這些零件時就可以在這些權(quán)衡研究中進行優(yōu)化。”
無損檢測、涂漆。范·圖倫指出，無損檢測（NDT）也是一個重要部分。“但你需要確保你有參考標準，這樣你就知道你在看什么，你還需要零件和組件的標準。我們也在努力，并使用各種技術(shù)。關(guān)鍵是要看到整個焊接的完整性，以及一種快速和可擴展的方法。
“噴漆也是我們正在努力的事情，”他繼續(xù)說道。“它與熱固性塑料沒有什么不同，但你需要仔細研究。你需要確保你有一個干凈的表面，并且雷擊保護（LSP）正常工作。我們在Chula Vista有雷擊測試能力。因此，還有很多并行的工程測試，以確保我們生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅是一個展示品，而且在飛行中也能正常工作。
“荷蘭阿爾梅勒工廠：DTC的演變
CW在Almere的柯林斯航空航天公司之旅由曼騰帶領(lǐng)，從之前的荷蘭熱塑性塑料部件（DTC）的歷史開始。“20世紀90年代初，我在代爾夫特大學學習的TPC有很多開發(fā)工作。福克已經(jīng)在那里工作了，TPC的許多領(lǐng)導者都來自那里，包括Michel van Tooren（柯林斯航空航天公司）、Arnt Offringa（福克）和Winand Kok（東麗和Spiral RTC）。1995年我畢業(yè)時，所有這些公司都在幾個月內(nèi)成立，包括KVE復合材料公司和Airborne公司。到1998年，我正式成立了DTC。
柯林斯航空阿爾梅爾生產(chǎn)車間從Almere生產(chǎn)大廳“U”的頂部看，自動切割室在右邊，七臺沖壓機在中間，坐標測量機（CMM）和無損檢測（NDT）室（未顯示）在左邊的夾層下方。
曼騰繼續(xù)說道：“我們主要制作原型，包括波音公司的煙霧探測器外殼，與他們在西雅圖的研發(fā)部門合作，并參與了他們的第一個熱塑性沖壓規(guī)范。”。“1999年，我們與KVE簽訂了一份合同，為波音777演示TPC方向舵肋。然后我們得到了多尼爾328著陸襟翼肋的合同。這是一種TS復合結(jié)構(gòu)，但帶有使用碳纖維（CF）/聚醚酰亞胺-polyetherimide的肋。我們繼續(xù)進行航空航天原型、滑雪頭盔等小型制造項目和一些汽車原型。
曼騰說：“然后是波音787，因為我們符合工藝規(guī)范，我們在2006-2007年獲得了零件工作包的機會。”。“我們安裝了超聲波檢測（UT）和數(shù)控加工，并增加到10-15人。這一生產(chǎn)在2011年開始，但我們也在2009年開始與Premium Aerotec（現(xiàn)在的空中客車航空結(jié)構(gòu)公司）合作，到2012年，我們在A350上有了800個零件號。我們增加了更多的設(shè)備，到2016年增加到85人。”
當時空中客車和波音公司使用的材料包括東麗先進復合材料公司（荷蘭Nijverdal）的Cetex CF增強聚苯硫醚（PPS）編織層壓板。曼騰說：“在2015年至2020年期間，我們增加了許多不同的工藝，使單向（UD）膠帶以及PEKK和PAEK聚合物能夠制造零件。我們安裝了Boikon ATL、膠帶分切機和更自動化的工藝，包括梭式壓力機固結(jié)和連續(xù)壓縮成型（CCM-continuous compression molding）。我們還擴大了我們的工具車間，現(xiàn)在幾乎所有的工具都是在內(nèi)部制造的。”
柯林斯航空阿爾梅爾沖壓機
底部顯示的壓機位于“U”的另一側(cè)，用于預固結(jié)單向（UD）膠帶層壓板，并形成更大的部件，如TPC風扇罩探路者的這些帽型加強段。
事實上，所有所需的流程都是內(nèi)部的：原材料切割、格式化和疊層、固結(jié)、沖壓、機加工、檢查和涂漆。曼騰說：“成品零件已準備好運往裝配線。”。“幾年前，我們也開始開發(fā)某些類型的焊接和熔融成型。我們還做一些桌面組裝，將小零件連接到某些支架上。
曼騰說：“2016年，我們開始與柯林斯航空航天公司合作，為吊艙風扇罩開發(fā)TPC長桁原型，并于2021年成為柯林斯先進結(jié)構(gòu)公司的一部分。”。“我們在這里所做的是在一個相對較小的TPC零件行業(yè)中的一項非常專業(yè)的技術(shù)。這種能力完全取決于我們開發(fā)的專業(yè)知識。在這個故事中，不僅僅是機器，還有人是必不可少的，以及我們多年來為制造工具和形成零件而建立的專有技術(shù)。”
“TPC時代
曼騰表示，期待已久的TPC時代確實即將到來，新飛機上的零件，包括下一代單通道（NGSA-）。A350中已經(jīng)有10000個TPC零件，但它們都是較小、相對簡單的零件，787也是如此。我認為焊接的TPC機身將會出現(xiàn)，但不會出現(xiàn)在下一架飛機上。”
曼騰還認為，近期將看到更多的混合熱塑性塑料和TS結(jié)構(gòu)以及大型TPC零件。他指出：“TPC地板梁是為MFFD制造的。”。“NGSA所需的這些數(shù)量實際上是100000個零件/年。”那么在垂直和水平尾翼（VTP、HTP）中使用TPC零件如何呢？盡管這些飛機比機翼小得多，但每月生產(chǎn)75架飛機——空客宣布希望到2027年達到A320系列飛機的產(chǎn)量——將具有挑戰(zhàn)性。曼騰指出，A320升降舵中已經(jīng)有TPC肋。與此同時，不來梅的空中客車航空結(jié)構(gòu)公司在ITHEC 2024上宣布，它正在制造TPC肋，并于2025年1月啟用了據(jù)稱是世界上最大的熱塑性塑料壓機。
“但是當A350 垂直尾翼投入生產(chǎn)時，這項技術(shù)還不可用，”他說。“當時唯一的選擇是用CF/PPS織物制作肋，這種織物在結(jié)構(gòu)上不如UD材料適合垂直尾翼。現(xiàn)在正在開發(fā)更大的組件，材料也在進行鑒定。NGSA上將有大量的TPC組件，但仍有大量的機械裝配，而焊接將逐部進行。我認為我們都意識到，在主要結(jié)構(gòu)中進行合格焊接是一項艱巨的任務(wù)。今天有一些焊接結(jié)構(gòu)在飛行，但沒有一個是用UD膠帶制造的。仍然需要開發(fā)來建立工藝并使其合格。我們正在推進焊接到更大、更復雜的零件，這并不容易，但它正在發(fā)生。”
“生產(chǎn)車間、材料、切割
Spiral RTC回收的切割廢料
Collins Aerospace Almere生產(chǎn)2500多種不同零件號的TPC角片和支架，從CF/PPS片材等材料開始，這些材料使用嵌套軟件和自動切割切割成層。廢棄的“骨架”由Spiral RTC回收并再利用。
“自2009年以來，我們一直占領(lǐng)著這座建筑，”當我們進入大型生產(chǎn)大廳時，曼騰指出。流程呈U形，在我們進入的一側(cè)進行切割、沖壓和精加工，在另一側(cè)進行材料儲存、膠帶實驗室、CCM生產(chǎn)線和工具車間。
曼騰說：“我們現(xiàn)在商用飛機的所有生產(chǎn)都是基于織物增強熱塑性塑料，主要是CF/PPS。”。“這包括所有從東麗（前身為TenCate）的層壓板開始的角片、支架和肋。這種材料不需要像TS預浸料那樣冷凍儲存，每種厚度的材料都有自己的零件號，材料指定用于空客、波音和巴西航空工業(yè)公司。”
我們走到右邊，一位技術(shù)人員將一張大型預固結(jié)板材帶到封閉房間里的自動切割臺上。曼騰解釋說：“我們將層壓板切成層，然后從中沖壓出零件。”。“我們在ERP系統(tǒng)中展望下周將出現(xiàn)的零件，并將由相同材料制成的零件輸入到該切割系統(tǒng)的軟件中，以創(chuàng)建這些層的最佳嵌套和最小浪費。”PROfirst CAD/CAM軟件（PROfirst Group，Grabenstätt，德國）用于Masterwood（Rimini，意大利）切割系統(tǒng)。這些層被裝配成毛坯并修剪，準備進行沖壓成型。
“沖壓
每個零件都有自己的配方，包含在數(shù)字旅行者中，可以通過空白處的條形碼訪問。我們看到扁平坯料被轉(zhuǎn)化為形狀。曼騰說：“這是一個典型的角片，用于將A350或787的機身框連接到蒙皮上。”。這一側(cè)有七臺沖壓機（Rucks，Glauchau，德國），使用鋁或鋼匹配的工具組。
每臺壓機后面的紅外爐在大約2.5分鐘內(nèi)預熱坯料，爐打開，坯料被梭到壓機中的下部陽模上，壓機立即關(guān)閉。工具集也經(jīng)過了加熱，但低于TPC基體的熔化溫度。曼騰指出：“該夾具的總循環(huán)時間為5分鐘，但成型時間取決于零件厚度和形狀。”。“這是一個相對較薄的部分，形狀簡單。”
我們走過柯林斯航空航天公司探路者風扇罩的一組帽型加強件和一個內(nèi)部裝有彎曲金屬凸形工具的壓機。曼騰說：“在這里，我們使用厚度可變的坯料和UD膠帶制造了一個更復雜的零件，使我們能夠在當?shù)囟ㄖ茖訅喊濉?rdquo;。“用Cetex板材制造零件就像沖壓金屬板一樣，因為它們的厚度很低。但對于更大、更具結(jié)構(gòu)性的零件，UD膠帶可以增加和減少厚度。否則，零件就太重了。”
“檢查、關(guān)鍵績效指標
UD材料在膠帶實驗室（頂部）制備，并在壓機或CCM生產(chǎn)線（如圖所示，第二個向下）中固化。在CNC加工單元（底部）進行最終修整/鉆孔之前，所有零件都使用CMM（第三臺以下）進行檢查。
我們從“U”字形的左側(cè)出來，穿過右側(cè)的人行道，然后左轉(zhuǎn)。大約一半的地方是一個房間，里面有三臺來自三豐（日本神奈川）的Crysta Apex坐標測量機（CMM-coordinate measuring machines ）和一名正在掃描零件的技術(shù)人員。曼騰說：“在開始加工之前，我們使用這些來定位零件。”。“我們根據(jù)客戶和生產(chǎn)速度，在不同規(guī)模的生產(chǎn)中生產(chǎn)數(shù)千個不同的零件號。CMM用于在將每個零件放入CNC加工系統(tǒng)之前，確認其幾何形狀是否在預期位置。”
CMM室外有一個大型顯示器，顯示KPI。該工廠的董事總經(jīng)理亞歷山大·蓋恩(Alexander Gahn)也參加了參觀，并解釋說這是柯林斯航空航天結(jié)構(gòu)公司精益制造系統(tǒng)的一部分。“它告訴我們的確切位置，”他說。“顏色表明我們是否達到目標或是否需要采取行動。它提供了對我們生產(chǎn)的持續(xù)監(jiān)控，以及我們是否滿足安全、循環(huán)時間、拒收零件等方面的要求。”
走過垂直堆疊的塑料箱，每個塑料箱都裝滿了TPC零件。“每個盒子里都有不同的零件號，” 曼騰 說。“我們在生產(chǎn)中有2500到3000個不同的零件號，所有零件的生產(chǎn)速度都不同。”
接下來，我們進入NDT室，里面有一個Omniscan MX2 UT系統(tǒng)，包括一個C掃描罐（奧林巴斯，現(xiàn)在是日本東京Evident的一部分）。曼騰說：“對于一些產(chǎn)品，我們進行100%的檢查，而另一些產(chǎn)品則進行抽樣檢查。”。“我們使用基于水箱的脈沖回波系統(tǒng)，并根據(jù)我們每個不同的客戶進行資格認證，NADCAP也符合此無損檢測的資格。”零件手動放入水箱中，然后一次掃描一個。他解釋說：“但對于這些小部件，典型的循環(huán)時間接近壓機的循環(huán)時間，所以這已經(jīng)足夠快了。”。“它簡單而手動，但效果很好。”
“CCM膠帶實驗室
無損檢測區(qū)對面是膠帶實驗室。“這是我們自己制作板材和面板的地方，” 曼騰說。“根據(jù)零件的不同，我們使用ATL或手工鋪層。在熱塑性塑料中，手工鋪層并沒有那么糟糕，因為這些產(chǎn)品不粘，所以鋪層實際上只需要很短的時間。”
我們走出膠帶實驗室，走得更遠，看到一臺自動Rucks穿梭壓機用于整合這些內(nèi)部生產(chǎn)的層壓板。曼騰說：“我們要么使用這種壓機，要么使用CCM機器。”。“對于壓機，我們首先在鋼板之間裝載材料。然后將這些材料裝入壓機，壓機進行加熱循環(huán)，并立即關(guān)閉進行壓縮，通常為半小時的循環(huán)。這個過程的好處是，你可以制造厚度變化的層壓板。出現(xiàn)的材料沒有Cetex板材那么大，但使用UD膠帶使復雜性提高了一步。”
另一種固結(jié)過程使用CCM生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線從膠帶實驗室送入大卷，并將它們壓在加熱的模具之間，該模具在膠帶被拉出時打開和關(guān)閉。雖然該生產(chǎn)線是為扁平層壓板設(shè)計的，到目前為止，它最多可以包含36層，但它也可以生產(chǎn)異形型材。例子堆在附近。
“機加工、噴漆、工裝
當我們離開這個區(qū)域時，我們看到一個裝滿來自自動切割機的CF/PPS修剪骨架的盒子。曼騰說：“我們與Spiral RTC（荷蘭恩斯赫德）合作，回收和再利用所有這些廢料。”。接下來，我們進入帶有六個五軸加工工作站的加工區(qū)，這些工作站占據(jù)了生產(chǎn)車間的這一端，在那里沖壓后完成零件。曼騰注意到ARES封閉式單元（CMS，Zogno，意大利）：“這是標準的加工技術(shù)，但適用于這些零件。”
參觀的最后一個區(qū)域是大樓盡頭的工具生產(chǎn)車間，有三個來自Haas Automation（美國加利福尼亞州Oxnard）的CNC工作站、一個DNM 750L II工作站（韓國首爾DN Solutions）和裝滿機加工金屬工具的機架。曼騰說：“這些顯示了我們在這些TPC部件中產(chǎn)生的復雜性。”。有用于批量生產(chǎn)的工具系列，也有由不同組件制成的更復雜的工具。大多數(shù)是鋼，產(chǎn)量相對較高，但也使用鋁。
他繼續(xù)說道：“我們還有一家車間，在那里我們進行邊緣密封——在修剪過的邊緣上涂上一層樹脂——以及涂層。”。“有些零件需要隔離，以防止與鋁接觸時時發(fā)生電偶腐蝕。雖然大多數(shù)零件沒有涂漆，但有些零件需要底漆。”
當我們離開生產(chǎn)車間時，我詢問了這個工廠的未來。“我們正在計劃增長，” 曼騰總結(jié)道。
原文《 Plant tour: Collins Aerospace, Riverside, Calif., U.S. and Almere, Netherlands 》
楊超凡