復合材料組件1級供應商- Collins Aerospace擁有悠久的歷史，收購了開創模壓部件領域的荷蘭Thermoplastic Components公司，并制定了在熱塑性復合材料部件領域實現增長的路線圖。

復合材料吊艙，TPC零部件生產。 柯林斯航空航天航空結構組建了一支全球熱塑性復合材料(TPC)團隊，將其位于河濱（上圖）的復合材料吊艙生產和TPC試點線與其在阿爾梅勒的TPC專業知識和生產線（插圖）結合起來。來源（所有圖片） |柯林斯航空航天

本次參觀緊隨CW 2023年文章，探討了RTX子公司Collins Aerospace(美國北卡羅來納州夏洛特)及其熱塑性復合材料(TPC)吊艙結構作為先驅部件的路線圖。

柯林斯航天河濱設施曾是軍營，直到1952年羅爾接管，隨后是古德里奇、UTC和柯林斯于2018年接管。柯林斯先進結構業務技術與創新戰略主管克里斯蒂安·索里亞(Christian Soria)解釋道：“它最初制造金屬產品，后來發展為熱固性(TS--Thermoset)復合材料，采用熱壓罐和非熱壓罐(OOA- out-of-autoclave)固化技術，現在正在推進TPC。TPC試點系列的設立，是因為我們希望繼續利用每天制造生產零部件的專家，繼續在技術從研發向工業轉型的傳統基礎上繼續發展。”

吊艙項目，復合材料開發

我們進入主制作樓，那里有一面“歷史墻”展示過去和當前的節目。索里亞指出：“在過去20年里，我們幾乎贏得了所有現代飛機和發動機更換機會的發動機吊艙業務。”其中包括空客A220、Embraer E2(巴西的支線飛機)、波音787和空客A350，以及配備普惠PW1100G齒輪渦扇發動機的A320 Neo。他補充道：“我們是唯一為該架構設計并認證了吊艙的供應商，包括所有新的分析和工具。”

A350風扇罩，IFS。他強調了機艙內部大型固定結構(IFS- large inner fixed structure)，指出該吊艙仍采用預預料，但在鋪設和裝配線上采用了更高水平的自動化。從材料角度看，他說：“我們設計的大多數項目都避免使用更稀有的高溫材料。相反，我們采用了堅固的熱防護系統，并開發了一種預產期，盡可能多地應用于結構的多個部分，這種方法規范了材料并提升了整體工廠效率。

“我們所有的外部吊艙結構大多是外蒙皮層壓而非蜂窩結構，”他繼續說道，“這使得制造速度更快。這些結構復雜，必須承受大壓力差，需要施加雷擊保護(LSP- lightning strike protection)，并在客戶涂裝中采用高質量的涂裝。我們還必須滿足聲學和空氣動力學的要求。因此，我們必須保持的表面質量和公差非常關鍵。”

B787內筒。索里亞展示了一體成型的復合材料內筒，采用經過聲學處理的熱固(TS-Thermoset)復合材料夾層結構。787吊艙進氣口也是復合材料。“該項目極大推動了復合材料在惡劣環境中的廣泛應用，取代了許多傳統金屬結構。他解釋道，這個內筒沒有接合件—這是我們開創的技術—可以避免由此產生的大規模聲學噪音激增。”

“隨著我們不斷改進吊艙設計，我們計劃幾乎將整個結構都做成復合材料。對于OOA TS復合材料和TPC改裝有許多潛在候選，尤其是像單通道項目這樣目標為每月100架飛機的高頻率項目。我們選擇風扇整流罩作為先導，因為它包含了大型TPC航空結構所需的大部分技術元素，包括通過焊接實現的更多集成解決方案。這是一個優勢，因為你不必為緊固件留出額外的間距或厚度—每一點重量、體積和提升的效率都至關重要。”

工廠布局、工業化、培訓中心

進入主生產大廳后，柯林斯航空航天航空結構業務部門技術負責人基思·里奇(Keith Ritchie)加入了我們。“發動機吊艙生產的流程從這棟樓的另一端開始，接收材料，”他解釋道，“最終在這側完成，零件被送出，多個產品線并行流通。”

走到這座生產大樓主通道中段時，里奇繼續說道：“這里中央是許多制造工程師和支持人員所在的位置，他們可以直接部署到左右兩側的產品線。”他指向一組視頻屏幕。“工廠各處你會看到這樣的視覺控制，生產被跟蹤，每個人都能隨時知道零件的位置和需要處理的事項。我們不斷改進生產線，采用更多傳感器驅動和實時數據收集。”

穿過左側的門，我們進入復合材料培訓中心。“我們會邀請從新聘的復合材料鋪層技術員到設計復合材料零件的工程師，向領導層提供支持，”里奇說。“我們不將他們分成獨立的類別，而是希望他們共享不同的視角和觀點。”金屬工具排列在房間的右側和后方，每個工具上方安裝著來自加拿大安大略省滑鐵盧的Virtek Vision的雙激光投影儀。根據真實的發動機吊艙程序，為不同零件和變體（例如左手和右手外蒙皮）設置了九個工作站。“這些都是真實的工具、材料和生產計劃系統，”他補充道，“用來精確復制技術人員在現場的工作，從閱讀圖紙到鋪設、裝袋、固化以及獲取所有質量檢驗印章。培訓結合了課堂和實踐課程。”

膠接車間

我們離開培訓中心，左轉進入由這棟建筑左側部分組成的粘合劑車間。"這里有三個工位，"索里亞解釋道。"中間的那個工位負責切割和組裝層壓板，用于兩側的鋪層工位。這些工位用于生產A220和E2(巴西制造的一款支線飛機)組件，我們在這里進行手工鋪層預浸料的工作。"每個工位同樣配備了雙臺Virtek激光投影儀。這些鋪層工藝通過工具設計優化熱壓管容量，使每件工具實現多個零件，降低能源消耗。用完的預浸料套裝背紙放在大推車上。推車很快會回到中央切割區補充貨物。索里亞指出：“我們越來越意識到我們所做事情的可持續性。”“我們認為TPC和OOA TS是減少浪費、進一步提升能源使用的重要組成部分。”

RFI. 我們走向這個海灣的盡頭，到達樹脂薄膜注入(RFI)站，用于A220吊艙內筒體。這里有四個干纖維鋪層站，每個站都配有四個Virtek激光投影儀。索里亞解釋了RFI的工作原理："我們首先應用雷擊保護(LSP)材料，然后是干型無卷曲織物(NCF)和樹脂薄膜，接著是真空袋，然后在熱壓罐中固化。我們之所以選擇RFI，是因為NCF相對于剛性芯軸上的平紋預浸料，具有更好的鋪展性，這提高了效率和整體周期時間。

“我們討論將TS轉換為TPC，因為它還能提高生產效率并消除浪費，” 索里亞繼續說道。“消耗品是其中的重要組成部分—不僅是真空袋材料，還有固化工具，比如我們在固化過程中用來維持TS復合材料板上三個歐米伽加勁性形狀的芯棒。通過TPC沖壓成型和焊接，自動化可以應用于這些步驟，我們相信能夠顯著提高一致性并減少許多次級元素的浪費。”

網狀樹脂工作站。"吊艙風扇管道內的多數結構都有穿孔的外殼以降低噪音，我們的大多數穿孔外殼都是預先處理的，"里奇特指出。"然后添加粘合薄膜，并需要將其網狀化—換句話說，從孔中吹出來。"這一過程的自動化單元配備了一個機器人，機器人中心有一個加熱器，周圍環繞著由阻擋門外殼組成的轉盤。

裝備艙，AFP小組。我們穿過兩個膠接室之間的配裝艙，里面有兩臺來自Gerber Technology的自動切割機，一家位于康涅狄格州托蘭的Lectra公司，還有呼吸材料架，以及房間最右后方的四個額外切割機。接著我們進入第二個膠接房間。“這邊主要是為A350發動機吊艙準備的，”索里亞說。“你會看到左側的大型固定結構(IFS)，右側的入口，主要使用手置層，但我們也使用自動鋪絲(AFP)工作站來進行IFS蒙皮分層。”我們面前的科里奧利復合材料(法國魁文)AFP系統一側裝載IFS工具，另一側則在進行鋪設。

在Riverside的一條靜態生產線上手工鋪設吊艙結構層壓板（頂部）。這種用于A350吊艙的內部固定結構（IFS）（底部）在鉆出滿足聲學要求的孔洞后，看起來幾乎透明。

 

脈沖線用于IFS。索里亞轉身指著IFS鋪放的脈動線，這個通道由五個站組成，位于夾層上，沿著軌道向下移動。 “另一個停機區的線路是固定的，從停機到袋裝的所有步驟都在每個站點完成，”他解釋道。“但這里，我們讓工具不斷移動，每個站點都有技術人員負責這部分鋪設。這些脈沖線上的部件體積更大，需要的步驟比靜態線上的部件更多。當我們的團隊進行優化這一鋪設工藝的研究時，脈沖線為他們帶來了足夠的節省，證明了這樣做的合理性。這是一個連續的過程，因為隨著夾層向下移動，新的連接會被移到起點。車站數量可以增加或減少。這些線路始終在優化以滿足當前需求。”

在膠結室的另一端，A320 Neo進氣口也在脈沖線上生產。

“這是我們精益生產計劃的一部分，”索里亞繼續說道。“精益自90年代起就深植于我們的基因。你們會在這個設施看到這些成果，并且它正在不斷被付諸實踐，測量每一步的周期時間。”

里奇指出，這同樣借鑒了多重視角。“我會見技術人員、工程和領導層拿著筆記本和秒表，評估我們的低效之處，以及改進之道。我們談論通過自動化提升效率，但這同樣需要投資，并非萬能的解決方案。關鍵在于找到合適的平衡點，并進行貿易研究。”

熱壓罐，鉆孔

我們離開了膠接室，來到一個沿著外墻上有9個熱壓罐的區域。“零件來自這些熱壓罐里的兩個置放室和粘合室，用于固化，”索里亞說。“然后我們最后還有檢查站。”我們走出這個房間，穿過主通道，進入建筑右側的第二個熱壓罐區。該區域右側有三個熱壓罐，左側為零件脫燙，最左側則有一個穿孔區。最右側還有額外的檢查站。工具清理和維護也在此領域進行。

當我們走向穿孔區域時，會經過因蒙皮上鉆孔而幾乎透明的IFS結構。“蒙皮已經預處理好，樹脂閃光被去除，零件會被運到多頭鉆孔系統，”里奇說。這里，四個位于法國安納西的克雷諾機器人工作站，每個配備多根鉆孔軸，能快速開出數千個鉆孔。當現有鉆頭磨損時，多個鉆頭都可以隨時更換，所以沒有停機時間。“這些蒙皮隨后會被檢查，因為孔不能被堵塞，且每表面積的孔數是我們必須滿足的質量要求，”他補充道。

我們從后面離開這座大樓，步行到生產787發動機吊艙的41號樓。我們首先進入一個滿是數控機床的區域，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域。

“這也展示了我們對TS復合材料的全面經驗以及我們的歷史和演變，” 索里亞在我們走出大樓時說道。“我們想展示這些，讓你了解我們為何在這里進行TPC開發。這種工業專業知識和經驗與現有真實零件制造共存，幫助我們在開發過程中剔除許多缺陷，同時不斷完善工藝。與我們今天看到的TS不同，TS通常非常依賴工具和基礎設施，TPC的流程更靈活和靈活。所以，我們在這里開發技術，同時可以根據需要調整它。”

TPC試驗生產線

當我們進入設有試驗生產線的建筑時，參觀嘉賓還包括柯林斯航空航天公司復合材料高級技術研究員米歇爾·范·圖倫(Michel van Tooren)和柯林斯航天熱塑性塑料技術開發總監大衛·曼滕(David Manten)。他們解釋說，這條試點線是圍繞風扇罩探路人構建的，這是一種帶有較大厚度外殼的加固結構，但有許多開口，包括多個門以便進入。配備了Z形和空心帽式加勁肋，金屬部件和防滑板都必須安裝。范·圖倫補充道：“這對我們來說是完美的探路設施，因為你在飛機結構中看到的所有元素都集中在一個部件上。”

ATL用的膠帶。我們走到左側一個區域，那里有一臺Boikon(荷蘭利克)Falko高速(最高可達450平方米/小時)自動鋪帶機(ATL)。范·圖倫說：“我們接收12英寸寬的膠帶，然后在阿爾梅勒被切成約2英寸寬，然后送到這里。”“在這個ATL，我們只是用超聲波加熱把膠帶粘合在一起。”

預固化，沖壓成型。曼滕表示，在預固化階段，會進行印章成形。接著，這些粘合的坯料會經歷一個固化周期，以排出所有空氣，形成一個堅實的板材。"只有在這之后，才會進行熱成型。" 范·圖倫指出，通常會有兩臺不同的機器分別用于預固化和印章成形。

目前，試紙線使用的是一臺Pinette Emidecau Industries(愛德華王子島，法國沙隆蘇爾薩訥)245公噸壓機。“預固結后，我們切換到印模成型模式。左側有一個紅外(IR)烤箱，可以將毛坯全熱，” 范·圖倫繼續說道。這也是為什么你需要先進行預固結，達到均勻層，以便快速將熱量從外層傳導到內層。然后加熱后的毛坯從烤箱中輸送到一組匹配的模具中，模具會迅速封閉。然后你進行沖壓成型，將零件冷卻到一定溫度，然后從模具中取出。”

沖壓、融合接合。“我們打算盡可能多地用沖壓成型制造零件，” 范·圖倫說。“我們大部分沖壓成型都在荷蘭的阿爾梅勒工廠進行，但我們這里也有一些研究能力。”他展示了幾年前開發的風扇罩的TPC 縱向加強件，帶有輕微彎曲和局部墊層。他將此與半圓形風扇罩所需的三個空心帽式加勁板形成對比。

曼滕說：“縱向加強件是一個更復雜且重要的部分。”“除了彎曲外，其厚度也有所變化，優化到加勁肋蓋最厚，法蘭上則用較薄的層壓板。纖維的方向也隨加勁板彎曲方向變化，而側面則需要更多45°的夾層。”

“而且這個縱向加強件比以往的沖壓成型還要大，”范·圖倫說。“所以，這些縱向加強件是通過一種叫做熔變成型的工藝，將多個沖壓成型的段塊整合成一個大型彎曲的加勁板制成的。”這些分段件被放置在成型的金屬工具上，然后熔融成型機施加熱量和壓力。“所以，你是在把它們熔合在一起。在焊接中，沒有任何部件是完全熔化的。你只是在界面處熔化。但對于這個子組件，你要熔化整個截面，使零件熔合在一起。這更像是共固結。”

AFP蒙皮。集成的縱向加強件將焊接到風扇罩外殼上，該罩的蒙皮采用AFP工藝制造。我們走到TPC飛行線大樓后方的AFP房間，那里有一個Coriolis Composites C1機器人AFP工作站。范·圖倫說：“這些蒙皮具有雙重曲率，外側也需要LSP。”“同樣，我們從固結前膠帶開始，但現在用0.25英寸寬的膠帶，而不是ATL的2英寸寬，因為這需要能夠形成風扇罩的復合曲率。膠帶經過激光加熱并貼在鋪層工具上。它不是原位固結(ISC- in situ consolidation )，因為我們的目標是盡快鋪放。

索里亞解釋道：“并不是我們不相信使用ISC，因為我們業務的其他領域也在應用ISC。這對風扇罩蒙皮來說根本說不通。它更適合旋轉結構，比如管子和圓柱體。但這些是開放式面板，所以在自動鋪設過程中很難施加壓力并實現完全固結。

范·圖倫指出："我們還開發了一種特殊的解決方案，用于處理第一層材料以及使其與工具貼合的方法。當前的AFP設置基本上能夠支持三種不同類型的活動。對于風扇整流罩，我們主要使用該機器與傳統層壓工藝在正型和負型模具上進行操作；我們還有一個尾座，因此我們可以在旋轉軸上進行層壓；我們還有一個獨立的工位，機器人可以到達那里并制作平面板，用于在特定材料的過程開發中調整參數。"

VBO固結。完成的蒙皮被真空袋裝進步入式烤箱(威斯康星烤箱，威斯康星州東特洛伊，美國)，范·圖倫說。“但如果你想要快速且節能的生產，你不會加熱空氣，而是加熱只有幾毫米厚的殼體工具。所以，這不是最終解決方案，但它證明我們不需要熱壓罐。”(VBO-vacuum bag-only)

焊接。 我們走出AFP房間，走到建筑前部焊接區，看到生產線上用的鋁制風扇罩的模具。“這是我們內部的感應焊接系統和焊接工具，”范·圖倫說。“縱向加強件和加固件放在工具內部，外蒙皮覆蓋在上面，然后將零件焊接在一起。機器人被編程為沿著彎曲的焊縫線軌跡移動。我們還在研究多種焊接和接合技術。”

索里亞補充道：“我們有很多不同的零件和各種部件的變體，”我們認為一種焊接方式無法適用于所有這些應用。”

范·圖倫繼續說：“我們將用超聲波焊接焊接一個風扇罩。”“超聲波是一項非常古老的技術，有許多不同的變體。我們也在探索振動焊接。它的周期時間只有幾秒，常用于汽車焊接大燈組件等部件。而在傳導焊接中，我們只在焊接表面將熱導導到零件中。”

“對于某些配置，這種技術效果更好，”曼滕說。“對于每種配置，都有一種焊接技術效果最佳。我們必須對此進行檢測。這取決于產品、焊接區域以及你需要遵循的形狀。”

“我之前說過，我們一直在進行貿易研究，平衡所有要求，”索里亞補充道。“我們最希望的是對所有這些能力有良好的理解和了解，這樣在設計這些零件時，才能在貿易研究中進行優化。”

NDT，噴漆。范·圖倫指出，無損檢測(NDT-Nondestructive testing)也是重要組成部分。“但你需要確保有參考標準，這樣你才能知道你在看什么，同時你還需要零件和組件的標準。我們也在為此工作，并利用各種技術。關鍵是要看到整個焊接的完整性，同時擁有一種快速且可擴展的方法。

“噴漆也是我們正在努力的方向，”他繼續說道。“這和熱固性儀其實沒什么不同，但你得去了解一下。你需要確保表面干凈，LSP能正常工作。我們在丘拉維斯塔有雷擊測試能力。因此，同時進行大量工程測試，確保我們生產的產品不僅僅是展示品，而是在飛行中有效。我們現場設有完整的材料和測試實驗室，可以進行疊接剪切和拉脫測試，這也是我們對油漆的檢測。”

荷蘭阿爾梅勒設施參觀:DTC的發展歷程

CW在阿爾梅勒的柯林斯航天公司參觀由曼滕帶領，開篇介紹了此前荷蘭熱塑性元件公司(DTC)的歷史。“90年代初，我在代爾夫特大學學習的TPC有大量開發工作。福克已經在其中工作，TPC的許多領導者都來自那里，包括米歇爾·范·圖倫(柯林斯航天)、阿恩特·奧夫林加-Arnt Offringa(福克)和維南德·科克-Winand Kok(東麗和Spira RTC)。我1995年畢業時，這些公司都在幾個月內成立，包括KVE復合材料和Airborne。到1998年，我正式成立了DTC。

從阿爾梅勒“U”生產大廳頂部上方俯瞰，自動切割室位于右側，中間有七臺沖壓機，坐標測量機（CMM-coordinate measuring machine ）和無損檢測（NDT）房間（未顯示）位于夾層下方（左側）。

曼滕說：“我們主要在制作原型，包括為波音設計的煙霧探測器外殼，與他們在西雅圖的研發技術部門合作，并參與了他們的首個熱塑性沖壓規范” 。“1999年，我們與KVE簽訂合同，為波音777演示TPC方向舵肋。隨后我們獲得了多尼爾328起落襟翼肋骨的合同。它是TS復合結構，但肋骨使用碳纖維/聚醚酰亞胺。我們繼續進行航空航天原型、小型制造項目，比如滑雪頭盔和一些汽車原型。

“然后是波音787，因為我們符合工藝規范，2006-2007年獲得了零件工作包的機會，”曼滕說。“我們安裝了超聲波測試(UT-ultrasonic testing)、數控加工，人數增長到10-15人。該生產在2011年開始加速，但我們也從2009年開始與Premium Aerotec（現為空中客車Aerostructures）合作，到2012年，A350已有800個零件編號。我們增加了更多設備，到2016年人數增長到85人。”

當時空客和波音使用的材料包括來自荷蘭奈維達爾的Toray Advanced Composites的Cetex CF增強聚苯硫醚(PPS)編織層壓板。曼滕說：“2015年至2020年間，我們增加了許多不同的工藝，使得能夠用單向(UD)膠帶制造零件，同時也使用了PEKK和PAEK聚合物。我們安裝了Boikon ATL、膠帶分片機以及更多自動化工藝，包括穿梭壓機固結和連續壓縮成型(CCM-continuous compression molding)。我們還擴展了工具車間，現在幾乎所有工具都自行生產。”

底部所示的壓床位于“U”的另一側，用于預先合并無向（UD）膠帶層壓，并成型較大部件，如TPC風扇罩的帽型縱向加強

事實上，所有必要的工藝都在內部完成：原材料切割、格式化和鋪設、鞏固、沖壓、加工、檢驗和涂裝。“成品零件已準備好運送裝配線，”曼滕說。“幾年前，我們也開始開發某些焊接和聚變成型技術。我們還做一些桌面組裝，把小零件固定在某些支架上。

曼滕說：“2016年，我們開始與柯林斯航天合作，開發用于吊艙風扇罩的TPC 縱向加強件原型，并于2021年成為柯林斯高級結構的一部分。”“我們這里做的是TPC零件行業中非常專業化的技術，行業規模仍然相對較小。這種能力完全取決于我們積累的專業知識。不僅僅是機器，人在這個故事中至關重要，我們多年來積累的技術來制造工具和組裝零件。”

TPC時代

曼滕表示，期待已久的TPC時代確實正在到來，包括新一代單通道飛機(NGSA-next-generation single-aisle)的零件。“A350上已經有1萬個TPC零件，但它們都是小巧、相對簡單的零件，787也是如此。我認為焊接的TPC機身會到來，但不會用于下一架飛機。”

曼滕還認為，近期將出現更多混合熱塑性和TS結構，以及大型TPC零件。他指出：“TPC的地板梁是為MFFD制造的。”“做NGSA所需的這些零件量實際上是每年10萬個。”那在垂直和水平尾翼(VTP、HTP)中使用TPC零件怎么樣？雖然這些飛機部件遠小于機翼，但每月75架飛機的產量——這是空客希望在2027年前實現的A320系列的產量——將具有挑戰性。曼滕指出，A320升降舵中已經有TPC肋骨。與此同時，位于不來梅的空客航空結構公司在2024年ITHEC大會上宣布，已開始生產TPC肋骨，并于2025年1月啟用了據稱是全球最大的熱塑性壓榨機。

“但當A350垂直尾翼投入生產時，這項技術還不具備，”他說。“當時唯一的選擇是用CF/PPS織物做肋骨，但這種結構不如UD材料適合垂直尾翼。更大型的部件正在開發中，材料也在進行篩選。NGSA上會有很多TPC組件，但機械組裝仍然很多，焊接工作會逐步推進。我想我們都明白，在主結構中進行焊接資格認證是一項艱巨的工作?，F在有一些焊接結構在飛，但沒有一條是用UD膠帶完成的。仍然需要發展以建立流程并使其獲得資格認證。我們正在推進焊接到更大更復雜的部件，這并不容易，但正在實現。”

生產車間、材料、切割

Collins Aerospace Almere生產了2500+個不同零件號的TPC夾具和支架，起始于CF/PPS板材等材料，這些材料通過嵌套軟件和自動切割切割成層。廢棄物“骨架”由螺旋RTC回收并再利用。

“自2009年以來，我們一直使用這棟樓，”曼滕在我們進入大型制作大廳時說道。流程呈U形，進入一側是切割、沖壓和精加工區，另一側是材料存儲、膠帶實驗室、CCM線路和工具車間。

我們從流程的起點開始，材料儲存在“U”字的頂部。曼滕說：“我們目前所有的商用飛機生產都基于織物增強熱塑性塑料，主要是CF/PPS。”“這包括所有以東麗(Toray)為起點的角片、支架和肋—之前是TenCate。該材料不像TS預售那樣需要冷凍保存，每種材料厚度都是獨立的零件編號，材料為空中客車、波音和巴西指定。”

我們向右走，一名技術員正將一張大型預合并板搬到一個封閉房間的自動切割臺前。曼滕解釋道：“我們把層壓板切割成板狀，然后用它們壓制零件。”“我們在ERP系統中提前查看下周會有哪些零件上線，用相同材料制成的零件會輸入到切割系統的軟件中，以實現這些層塊的最佳嵌套，減少浪費。”PROfirst CAD/CAM軟件(PROfirst集團，德國格拉本施泰特)用于Masterwood(意大利里米尼)切割系統。這些薄片被組裝成坯料并進行修剪，然后準備進行沖印成型。

沖壓

每個零件都有自己的食譜，包含在其數字旅行者通過毛坯的條碼訪問。我們看到平面毛坯被轉換成一個形狀。曼滕說:“這是A350或787機身的典型連接角片，用于將機身框架連接到機身表面。”這邊有七臺沖壓機(德國格勞考的Rucks)，它們使用鋁或鋼匹配的工具組。

每臺沖壓機后方的紅外線烤箱預熱毛坯約2.5分鐘，烤箱打開，毛坯被送至壓機的下部公模具上，壓機立即關閉。工具組也經過加熱，但低于TPC基材的熔點。曼滕指出：“該角片的總周期時間為5分鐘，但成型時間取決于零件厚度和形狀。”“這是一個相對較薄且形狀簡單的部分。”

我們經過一組柯林斯航天探路者風扇罩的帽子加固件和一臺內置彎曲金屬凸模工具的壓機。曼滕說：“這里我們用可變厚度的毛坯和UD膠帶制作了一個更復雜的零件，這讓我們能夠本地定制層壓材料。”“用Cetex板材制造零件就像沖壓薄鐵板一樣，因為它們厚度很低。但對于更大、結構更強的部件，UD膠帶可以調節厚度的遞減。否則，這些部件實在太重了。”

檢查，關鍵績效指標

UD材料在磁帶實驗室（上方）制備，并整合在壓制線或CCM線中（見此處，第二層向下）。所有零件在數控加工單元（底部）進行最終修整/鉆孔前，均使用三坐標測量（CMM）進行檢查。

我們從“U”形左側穿過一條走道到右側，然后左轉。大約中段處有一個房間，里面有三臺來自日本神奈川三豐豐的Crysta-Apex坐標測量機(CMM)和一名技術員掃描零件。“我們用這些設備定位零件，然后開始加工，” 曼滕說。“我們根據客戶和制造速度，生產數千種不同尺寸的零件編號。CMM用于確認每個零件的幾何形狀是否在預定位置，然后才進入CNC加工系統。”

CMM室外有一個大型展示，顯示關鍵績效指標(KPI)。該設施的董事總經理亞歷山大·甘恩(Alexander Gahn)加入了參觀，并解釋這是柯林斯航空航天航空結構公司精益制造體系的一部分。“它準確告訴我們身處何地，”他說。“顏色表示我們是否在目標上，或者是否需要采取行動。它能持續監控我們的生產情況，以及我們在安全、周期時間、廢品等方面是否符合要求。”

我們經過垂直堆疊的塑料箱，每個箱子里裝滿了TPC零件。“每個盒子里都有不同的零件號，” 亞歷山大·加恩(Alexander Gahn)說。“我們有2500到3000個不同的零件編號在生產，每個生產速度都不一樣。”

接下來，我們進入無損檢測室，這里配備了Omniscan MX2 UT系統，包括一個C掃描罐(奧林巴斯，現為日本東京Evident的一部分)。“對于某些產品，我們會進行100%檢測，而另一些則采用采樣方式，” 加恩,說。“我們使用基于水箱的脈沖回聲系統，根據不同客戶的資格認證，同時也獲得了NADCAP對此次無損檢測的資格。”零件需手動放入罐中，然后逐一掃描。“但對于這些小零件，典型的周期時間接近印刷機，所以這已經足夠快了，”他解釋道。“簡單手動，但效果非常好。”

膠帶實驗室，CCM

NDT區對面是膠帶實驗室。“這里是我們自己制作底片和面板的地方，” 曼滕說。“根據不同部位，我們用ATL或手工鋪放。而在熱塑性塑料中，手工鋪層其實沒那么糟，因為這些產品不粘稠，鋪設時間其實非常短。”

我們走出膠帶實驗室，繼續前行，看到一臺自動的Rucks穿梭機，用于整合這些自制層壓板。“我們要么用這個壓榨機，要么用CCM機器，” 曼滕說。“對于壓榨機，我們首先將材料裝入鋼板之間。這些壓榨機隨后裝入壓榨機，壓榨機執行加熱循環后立即關閉壓縮，通常為半小時的周期。這個工藝的好處是你可以制作厚度有變化的層壓板。雖然沒有Cetex紙那么大，但用UD膠帶的復雜度是更高的。”

另一種固結工藝使用CCM生產線，從膠帶實驗室送入大卷，并將其壓入加熱模具之間，模具在膠帶被拉出時開合。雖然該系列設計用于平面層壓板——目前最多可包含36層板——但它也能制作成型型材。附近堆放著類似的例子。

機械加工、噴漆、工具加工

離開這里時，我們看到一箱自動切割機的CF/PPS修剪骨骼。曼滕說：“我們與Spiral RTC(荷蘭恩斯赫德)合作，回收和再利用所有這些廢棄物。”接著，我們進入加工區，設有六個五軸加工單元，這些單元位于生產車間的這一端，沖壓后零件的加工。曼滕指出ARES封閉式單元(CMS，意大利佐格諾)：“這是標準加工技術，但對這些零件效果良好。”

參觀的最后一個區域是建筑盡頭的刀具生產車間，配備了三臺來自美國加利福尼亞州奧克斯納德Haas Automation的數控生產單元、一臺DNM 750L II單元(DN Solutions，韓國首爾)以及滿載機械加工工具的機架。“這些展示了我們在TPC部件中產生的復雜性，”曼滕說。有一系列用于批量生產的工具，也有由不同組件組成的更復雜工具。大多數鋼材產量較高，但也使用鋁材。

“我們還有一個車間，專門做邊緣密封—在修剪過的邊緣上涂一層樹脂—和涂層，”他繼續說道。“有些零件需要這種隔離，防止附近有鋁時發生電腐蝕。雖然大多數零件不上漆，但有些需要底漆。”

走出生產大廳時，我問起這個設施的未來。“我們正在規劃增長，”曼滕總結道。

編后語

使用熱塑復材+熱固復材，使得柯林斯公司制造的吊艙結構，幾乎全部是復合材料的。這其中除風扇罩、內筒外，最亮眼的是787吊艙前緣（在本文之前緣類組件大多是鋁合金的）。

原文《Plant tour: Collins Aerospace, Riverside, Calif., U.S. and Almere, Netherlands》

楊超凡