未來，飛機生產中復雜的手動步驟將被自動化、智能化和精確的預組裝過程所取代，例如新開發的、減輕重量的、在橫向上使機身變硬的熱塑性整體框架的組裝，如此一來，不僅提高了生產率，還大大降低了成本。

 

在德國聯邦經濟事務和氣候行動部(BMWK)資助的聯合項目“OSFIT”(“一次性全集成熱塑性框架”)中，成功地證明了用基于熱塑性塑料的碳纖維增強塑料(CFRP)制造整體框架是可能的。

 

這是飛機制造邁向循環經濟的重要一步，因為這些塑料在固化后可以通過加熱再次變形，更容易修復或回收。項目合作伙伴Premium Aerotec GmbH(AugsburgandNordenham)AutomotiveCenterSüdwestfalenGmbH (Attendorn)、Leibnitz Institute for Composite Materials (IVW; Kaiserslautern) 和 Fraunhofer IGCV (Augsburg) 負責框架鋪帶后再固化的新型制造工藝。

 

此外，位于斯塔德的弗勞恩霍夫制造技術和先進材料研究所(IFAM)的自動化和生產技術專家們在OSFIT子項目“機器人輔助的采用3D打印的在線墊片工藝”中，為這種整體框架的自動化預組裝開發了工藝。

 

他們的工作實現了虛擬間隙測量和機器人引導的間隙填充料(墊片)自動3D打印應用作為連接技術。為此，IVW開發了3D打印機。 

 

 

“虛擬間隙測量使我們能夠在安裝開始之前確定熱塑性CFRP整體框架和飛機蒙皮之間的連接間隙。然后，由機器人將間隙填充物應用到框架的連接面上。這個預組裝過程使用了3D打印技術，通過該技術可以進行整體框架的組裝，包括對飛機蒙皮或機身精確的間隙填充，”位于斯塔德的Fraunhofer IFAM項目經理Leander Brieskorn解釋道。

 

這些自動化解決方案在原型上的驗證使項目得以成功完成。

 

熱塑性CFRP整體框架預組裝工藝
 

在飛機薄片組裝中，間隙測量步驟和間隙填料的應用通常是手工且非常復雜的操作。新型熱塑性框架具有相當大的潛力，通過重新融化熱塑性表面可以更容易和更快速地應用額外的加強元件（楔子）或間隙填料，以此補償組裝過程中的公差。

 

在這種背景下，“OSFIT”項目開發了自動化流程，以減少組裝和連接步驟所需的時間和復雜性。除了框架的制作外，框架和機身外殼之間的間隙還必須提前進行虛擬測量，并在預裝配站自動施加間隙填充料，然后將組件安裝到機身外殼的終安裝位置。

 

解決方案: 在虛擬測量后，由Fraunhofer IFAM新開發的機器人引導的末端執行器，使用項目合作伙伴IVW提供的3D打印機將間隙填充量直接精確地應用于框架。隨后，安裝了精確定制的墊片的整體框架可以無縫組裝到飛機的機身外殼。這一技術已經在斯塔德的弗勞恩霍夫IFAM成功展示。

 

作為“OSFIT”項目的一部分，斯塔德的研究人員設置了一個演示器，可以更好地連接框架和機身外殼。根據飛機機身的實際連接情況，該演示器借助真空吸盤和夾緊桿對縮小后的原型部件進行定位和連接。它還可以通過激光跟蹤器測量連接表面。部件以這樣一種方式相對于彼此定位，在連接過程中不會產生應力或多余的力。

 

通過軟件可以計算和可視化各部件的間隙值。然后將這些值發送到3D打印機。3D打印端執行器隨后將間隙填充量施加于連接表面，即框架的底部。

 

可以通過機械臂將打印機移動到相應的框架腳的方式夾緊框架。在打印頭大致定位于夾腳處之后，打印機運用自身的運動學來參考并應用所需要的間隙量。

 

與框架一樣，縫隙填充材料由可通過加熱變形的熱塑性纖維增強塑料制成。因此，連接到末端執行器的紅外燈使得打印的、熔化的材料連接框架底部表面，同時產生所需要的粘合力。

 

 

觀點

 

墊片工藝的發展為未來的框架裝配工藝提供了巨大的潛力，并且能適應于飛機制造中需要墊片的其它組裝工藝。位于 Stade 的 Fraunhofer IFAM 旨在使用該技術獲得后續項目，并與飛機制造商一起對它們進行認證。