Aernnova復合材料公司(一)


一級航空制造商探討與熱塑性復合材料(TPC)的合作,以及如何為未來飛機中的應用進行內部準備。

Aernnova Aerospace(西班牙阿拉瓦)是一家實力雄厚的大型航空航天一級制造商。2024年,《復合材料世界-Composite World》雜志有幸參觀了Aernnova位于伊列斯卡斯和托萊多的復材工廠。該公司秉持創新策略,參與了多項熱塑性復合材料(TPC)研發計劃,包括歐盟潔凈天空計劃中的多性向項目,例如多功能機身驗證機(MFFD- MultiFunctional Fuselage Demonstrator)。在這些研發過程中,Aernnova還與西班牙赫塔菲(Getafe, Spain)的復材技術中心FIDAMC開展了合作。

在最近的FIDAMC熱塑性塑料峰會上,CW的編輯與Aernnova復合材料公司的制造總監恩里克·桑切斯(Enrique Sánchez)以及研發技術經理拉蒙·瓊科(Ramon Junco)討論了Aernnova的TPC項目。以下是我們的對話內容。

CW:隨著眾多新型復合材料技術的涌現,Aernnova如何為制造下一代航空復合材料結構做準備?

西班牙伊列斯卡斯Aernnova復合材料公司R&T技術經理拉蒙·瓊科(Ramon Junco)(RJ):Aernnova復合材料公司致力于開發兼具高性能與工業效率的可擴展復合材料制造技術。我們的研發策略聚焦于能在合理周期內實現從實驗室到量產轉化的工藝,包括非熱壓罐(OOA- out-of-autoclave)熱固材料、自動鋪放和熱塑性復合材料(TPC)沖壓成型技術。

我們在技術成熟度等級(TRL- technology readiness level)3至6之間保持了均衡的研發與技術路線圖,確保材料科學、工藝控制與自動化之間的協同發展。對于更高TRL階段,我們近期通過內部試驗線和數字化工藝監控系統進行了投資,為未來以更高生產率和更低環境影響制造航空結構件做好了準備。

CW:你認為熱塑性復合材料(TPC)在下一代航空結構中的重要性如何?

RJ:熱塑性復合材料(TPC)正逐漸成為實現更輕量化、生產更快速且更可持續航空結構的戰略推動力。其可焊接性、可回收性及高損傷容限特性,使其對支線飛機和單通道飛機項目都具有吸引力。我們將熱塑性復合材料(TPC)技術視為熱固性材料的補充而非替代,但預計其將在生產周期、可修復性及單件成本至關重要的組件領域占據主導地位。

CW:您預計哪些部件族和組件將過渡到熱塑性復合材料(TPC)?

RJ:  我們預計該技術將首先應用于中等尺寸的二級結構件,如整流罩、檢修口蓋板、側壁板和門框周邊部件;隨著材料認證范圍的擴大,后續將推廣至操縱面蒙皮、翼肋和加強蓋板等部件。當前研發項目表明,像前緣和結構框架這類2米級部件現已可采用LMPAEK和PEKK材料進行沖壓成型,同時保持航空級品質。

CW:你們將多少比例的制造開發預算和資源投入到熱塑性復合材料(TPC)上?

RJ:熱塑性復合材料(TPC)目前約占我們先進復合材料研發工作的三分之一。這包括用于壓制成型的專用裝備、沖壓成型技術的開發及自動化處理系統,以及在"清潔航空"計劃和其他歐洲合作項目中的聯合活動。目標是在本十年內將選定工藝推進至技術成熟度等級(TRL6)。

Aernnova采用連續壓縮成型(CCM-continuous compression molding)工藝生產了熱塑性復合材料(TPC)上機身殼體的桁條和對接帶,隨后將其焊接至多功能機身驗證機(MFFD-Multifunctional Fuselage Demonstrator)中

CW:您認為大規模熱塑性復合材料(TPC)部件工業化生產面臨的主要挑戰是什么?

RJ: 主要挑戰包括:

  • 規?;a中的工藝控制,尤其是長度超過1米部件的溫度均勻性及模內壓力管理。

  • 能源成本問題。TPC材料需要比熱固性材料(通常180℃)更高的固化溫度(約340℃)。

  • 模具設計與成本。溫控鋼制模具需要精確的擴展包管理,特別是應對回彈問題。

  • 材料數據與認證環節。原始設備制造商和一級供應商需要進行更多測試、更多試樣及子部件驗證,這延緩了采用進程。此外,熱塑性復合材料相對于熱固性材料的重復使用成本問題也備受關注。

  • 自動化集成需確保機器人操作與坯料放置能夠匹配熱塑性材料的短周期。

  • 焊接認證要求包括缺陷分析、分層擴展特性描述以及在線生產合規手段。

CW:你認為共享大型裝備的技術中心與自行投資相比有哪些優勢?

RJ:我們非常看重共享技術中心與高校合作的價值,特別是在早期技術成熟度(TRL)和工藝關聯性研究階段。這種方式能降低風險、推動行業標準制定,并在全面工業投資前完成人員培訓。但隨著技術成熟度和保密要求的提升(通常TRL等級升高時),為確保核心工藝自主權和知識產權保護,我們會優先發展內部能力。

Aernnova為MFFD項目中的貨艙門環繞結構(CDSS- cargo door surround structure)提供了系列沖壓成型熱塑性復合材料(TPC)部件

CW:您希望在內部制造熱塑性復合材料(TPC)零件并進行熱塑性復合材料(TPC)組裝,還是將其分包給專業制造商?

RJ: Aernnova復合材料公司計劃將沖壓成型和焊接工藝完全保留在內部生產,因為這些工藝是我們熱塑性復合材料(TPC)制造策略的核心環節,對把控質量和工業化成熟度至關重要。在原材料供應和二次注塑環節,我們與歐洲供應鏈中已擁有高精度注塑平臺的專項合作伙伴開展協作。這種混合模式使我們既能掌控關鍵結構工藝的所有權,又能在加速開發的環節借助專業力量。

CW:缺乏TPC經驗豐富的勞動力是否構成限制?如何最好地解決這個問題?

RJ: 是的,勞動力經驗是目前瓶頸之一。最佳解決方案需要多管齊下:

  • 對從熱固性復合材料轉型的工程師和操作員進行內部交叉培訓。

  • 與高校及技術中心合作開發專項培訓計劃。

  • 借助歐洲、國家及地區支持框架(例如通過創新倡議推動的合作研發項目),這些項目最終會形成類似"清潔航空"計劃中的示范平臺,為實踐培訓、創新和技能提升提供共享展示平臺。

這種混合模式在確保公司核心能力不外泄的同時,加快了技術訣竅的轉移。

熱塑性復合材料技術正進入工業化階段。當前的挑戰在于實現規?;a的可重復性,并完善配套生態系統、工藝裝備、自動化系統和技術人才儲備。