1/15 MFFD 項目

2/15 鋪放蒙皮的工具

3/15 用于基于激光的飛機蒙皮原位固結的多鋪放頭

4/15 鋪放上殼蒙皮

5/15 基于機器人的連續超聲波焊接末端執行器

6/15 基于攝像頭的路徑校正長桁（來自Aernnova公司）連續超聲波焊接

7/15 Premium AEROTEC公司沖壓成型C型框

8/15 右側第三個框的焊接

9/15 采用電阻焊接的框 一體化焊接橋

10/15 所有框已連接

11/15 加強板（cleats）集成開始

12/15 加強板（cleats）末端執行器-機器人配置， 用于將加強板(cleats)電阻焊接到框架上

13/15 脫模前的組件

14/15 運輸箱內的上殼體

15/15 用于驗證技術的測試外殼

 

位于奧格斯堡的德國航空航天中心(DLR-German Aerospace Center)結構與設計研究所已經完成了清潔天空 2(Clean Sky 2)“多功能機身演示機”(MFFD)全尺寸機身上半殼的生產。德國航空航天中心(DLR)與合作伙伴空客公司、Premium AEROTEC和Aernnova一起， 于2023年7月交付了8米長 MFFD演示機的上殼體。全尺寸多功能機身演示機(MFFD)是清潔天空2 (Clean Sky 2)是歐洲大型客機(LPA)項目中最重要的演示機之一。

“大型客機的目標是展示一流的高成熟度技術,并為 ‘2035 年+’應用開發顛覆性技術，以實現ACARE與環境、未來市場需求和提高歐洲航空航天業競爭力相關的核心目標。”

在這種情況下，德國航空航天中心(DLR )參與了 先進的基于激光的原位纖維鋪設(AFP)的開發，以及用于無塵組裝的焊接技術的進一步開發，特別是連續超聲波和電阻焊接。蒙皮材料由東麗(Toray)提供的Cetex TC1225 低熔體聚芳醚酮(LM-PAEK)碳纖維熱塑性預浸料置于 TC1225 LSP 膜上，該膜浸漬有相同的LM-PAEK基質。東麗(Toray)的一種新型防雷膜(Cetex TC1225 LSP）被用作外殼的第一層，以通過功能集成簡化機身生產。連續超聲波焊接被用于將長桁焊接到原位固化的 熱塑性飛機蒙皮上，這是世界上第一次。

DLR與Premium AEROTEC 一起為空客A320的球面框進一步開發了電阻焊接工藝，在上殼體的情況下， 將 C 形管柱連接到蒙皮上。為此，開發了一種特殊工具， 即“焊接橋” ，將其放置在組裝工具上。使用這種焊接 技術，機身框可以在五分鐘內連接到蒙皮上。電阻焊接也用于將螺柱焊接到長桁和已成型的零件上，形成“機器人對機器人”的配置。這允許在非常 有限的工作空間中實現精確性和可訪問性。

通過這種方式，德國航空航天中心(DLR)正在開發未來可持續航空技術。

在最終演示之前，生產了一個“測試外殼” ，以成功驗證生產MFFD上外殼所需的所有熱塑性復合材料制造技術。該歐洲項目中這一重要里程碑的成果于2022年10月在不來梅舉行的熱塑性復合材料國際會(ITHEC)上發表，并獲得“最佳論文獎” 。

MFFD上殼體機身蒙皮鋪放

（見 4/15 鋪放上殼蒙皮）

2023年1月，德國航空航天中心結構與設計研究所 (DLR，Augsburg，Germany)完成了多功能機身演示器 (MFFD)上殼的全尺寸8米長機身蒙皮的鋪放。由Clean Aviation資助的焊接MFFD機身演示機據說代表了已知最大的由熱塑性復合材料制成的航空結構。從 2014年開始，項目合作伙伴空客公司（法國圖盧茲）、 Aernnova Aerospace公司（西班牙米尼亞諾）和Premium AEROTEC公司（德國奧格斯堡）試圖在減少浪費和成本的同時顯著減輕重量。

將來自 Toray Advanced Composites （Nijverdal， Netherlands）的 Cetex TC1225 低熔體聚芳醚酮（LMPAEK）碳纖維熱塑性預浸料置于 TC1225 LSP 膜上，該.12. 膜浸漬有相同的LM-PAEK基體。Laserline GmbH （Mülheim-Kärlich，Germany）提供的 LDM 二極管激光 器和 AFPT GmbH（Dörth）的多絲束鋪設頭進行激光加 熱原位固結，以在上殼體的 Grunewald GmbH&Co.KG （Bocholt）放置工具上獲得光滑的蒙皮。

德國航空航天中心熱塑性AFP高級專家 Dominik Deden表示：“我們的放置末端執行器具有三根平行½ 英寸絲束，理論吞吐量約為 4.4 公斤/小時，相當于 32 小時的生產時間。” 。“對于工業化生產，平行紗帶的 數量將增加，以達到每月 100 架飛機的目標。一般來說， 原位固結可以避免真空裝袋和所有相關任務，否則這些任務可能會占面板生產交付周期的40%。”

測試外殼的生產最初于2022年4月完成，上部外殼的第六個框架集成在一起。接下來，由 Aernnova Aerospace 交付的桁條將通過連續超聲波焊接進行集成， 由Premium AEROTEC交付的框和加強板將進行電阻焊接。

集成框復板上加強板的焊接

Fraunhofer IFAM在施塔德工廠開發的定位和鉆孔端部執行器，用于在整體框上自動定位加強板（cleats）。

由Fraunhofer IFAM的自動化和生產技術專家開發的自動化環境，帶有傳送門和連接的 定位和鉆孔末端執行器，以及框高度，用于在整體框上自動定位和鉆孔加強板（cleats）。

德國聯邦經濟事務和能源部（BMWi）資助的聯合項 目“Impulse ”的自動化解決方案-子項目“Tempo ” 自動化是提高生產效率的最重要策略之一。最新開發的用于門式系統的定位和鉆孔端部執行器，可自動在CFRP整體框上預裝配加固元件（加強板（cleats）），用 于制造飛機機身，由項目合作伙伴空中客車漢堡公司提供，能夠以恒定的質量和較低的成本提高生產率。以前的手工生產也需要更多的工藝步驟?；蛘撸o湊型末端執行器也可以由標準工業機器人拾取 。施塔德Fraunhofer制造技術和先進材料研究所 IFAM 的自動化 和生產技術專家在“脈沖”子項目“Tempo ”（“CFRP 機身部件的高效組裝和生產技術”）中開發的自動化解決方案已經在全尺寸原型，使該項目于2020年成功完成。

復合材料整體框的預裝配

框是飛機機身中的橫向加強元件。復合材料的使用和A350機身的創新整體結構節省了重量和生產步驟。需要額外的加強元件（加強板（cleats））來防止框架側 向彎曲。這些肋可以長達6米，在幾何形狀上彼此不同， 因此每個加強板（cleats）都需要一個特殊的模具模板， 以便手動為部件配備公差高達0.2毫米的夾板。這些模 板使用起來既昂貴又復雜。此外，手動加強板（cleats）進給和預組裝需要較大的差異。對連接零件進行廣泛的 測量步驟以實現精確的位置對準也是至關重要的。

Fraunhofer IFAM 的項目經理Leander Brieskorn解釋道：“Tempo 項目為我們帶來了自動化流程步驟的挑戰， 從而減少了流程的持續時間和復雜性。” 。“加強板 （cleats）應該自動拾取并送入框。為了將框和加強板（cleats）固定在一起，有必要鉆穿兩個孔。我們通過使 用新開發的高精度末端執行器為框配備加強板（cleats）來實現這一點。此外，在我們的近系列機身組裝計劃中， 框安裝在機身外殼上，沒有任何間隙Brieskorn繼續說道。

定位和鉆孔端部執行器，實現CFRP整體框的自動化、高精度和質量保證預裝配

開發的定位和鉆孔末端執行器完成了接收不加強板（cleats）、將其定位在不同的整體框上以及同時對兩 個零件進行雙重鉆孔的任務。結構緊湊的末端執行器可 以由所使用的門式系統以及標準工業機器人拾取。選擇入口系統是為了提高定位精度。整體框在門下的支柱上拉伸，可以使用多種機械調整選項在空間中定向。末端執行器有一個對稱的支架，可以用它拾取不同方向的加 強板（cleats）并將其夾在支架上。使用彈簧阻尼機械止動器，它以局部精度接近各自的連接位置。當加強板 （cleats）加強元件從上方放置在整體框表面上，并且使 用內置機構夾緊兩個零件時，鉆孔過程從框背面進行， 以防止復合材料磨損。提取系統收集由此產生的鉆孔粉塵。一旦對部件進行鉆孔，就可以確定加強板（cleats）在機架上的位置。然后可以將加強板（cleats）鉚接到框架上。

末端執行器可以通過系統PLC進行控制，并從導入的零部件CAD數據中接收其全局位置數據。新的組裝 情況是通過使用激光跟蹤器的快速上游測量進行調整 的。創新技術實現了可靠的工藝和高定位精度。除了按下控制面板上的啟動按鈕，其他一切都在自動運行。專 門開發的用戶友好的操作員界面，帶有便于輸入的不言自明的圖像，即使是沒有經驗的員工也可以快速熟悉系統的控制。

通過對加強板（cleats）拾取進行適當的修改，末端執行器還可以安裝幾何形狀略有不同的加強板（cleats）類型，而不是使用的定位孔，并將其精確定位在不同類 型的整體框上。自動歸檔的精度為±0.1 毫米，因此超出精度要求兩倍。

集成在定位和鉆孔端部執行器中的測量技術準確記錄了200牛頓的所需接觸壓力以及許多其他參數，用于監測在整體框上預裝配加強板（cleats）的最佳條件。這保證了在線質量保證。

“Tempo ”子項目的進一步研發工作

在位于施塔德的Fraunhofer IFAM技術中心的 “Tempo ”子項目中，配備加強板（cleats）的整體框安裝在近串聯機身組裝系統的機身外殼上。對整體框和機身蒙皮之間的接縫間隙的測量表明，它們都小于0.3毫米，不需要額外的間隙填充。

見解

為框的預組裝、定位和鉆孔而開發的端部執行器也可通過調整安裝系統用于其他行業的部件組裝，如風力渦輪機、軌道車輛、商用車、汽車或造船。

項目合作伙伴

空客公司（商用飛機）漢堡

項目出資人

經過三年半的時間，由德國聯邦經濟和能源部資助的研究項目“Impuls ”（“碳纖維增強塑料機身部件的創新、中期可實施和節省成本的解決方案”）于2020年結束，其中包括子項目“Tempo ”(“CFRP機身部件的高效組裝和生產技術”）；BMWi資助編號：20W1526F。Fraunhofer IFAM感謝BMWi提供的資助。

---- 注：資料來自互聯網。

楊超凡 2024.1.5