Coexpair為下一代單通道機翼提出的愿景是通過SQRTM或RTM工藝制造。它變得真實可信。今天，隨著材料性能等于或優于熱壓罐，高度自動化，成本削減和綠色制造，Coexpair設想完全SQRTM和RTM自動化。下一步可能是SQRTM機身結構。

封面照片:SQRTM中的共展起落架艙門

在1989年，Radius Engineering就發表了:“生產高質量航空復合材料層壓板的通用樹脂傳遞模塑(RTM)工藝已經得到證實。用標準的高溫預浸環氧樹脂制造了低空隙含量的部件[1]。這項研究介紹了一個連接到封閉模具的活塞可以做高壓釜永遠做不到的事情，對驅動復合材料質量的6個關鍵工藝參數進行獨立控制:時間、溫度、真空、層厚度、纖維床壓力、樹脂壓力[2]。這篇論文是一個杰作，因為先進的工藝和流動模擬，用一個模具上的100個流量傳感器驗證，是為了解決氣孔的根本原因而開發的，而不是開發一個流動模擬軟件。

定義了真空密封工藝，規定了相關的模具和設備，因此，在第一部分，數百個模具在沒有任何流動模擬的情況下成功填充。指定的設備和模具用于航空市場認證，有其自身的質量要求，Radius Engineering應將該過程稱為“合格樹脂傳遞模塑”，QRTM。高壓釜鑒定在高壓釜外(OOA)重現。許多OOA過程是用幾十個首字母縮略詞開發出來的，但是大多數都沒有關注高壓釜和航空質量的等效性。許多人沒有很好地控制關鍵工藝參數，使得工藝鑒定變得困難。

RTM，Radius工程公司的100個流量傳感器

找到擺脫高壓滅菌器的方法

高壓滅菌實際上是一個荒謬的挑戰:用加壓氣體加熱液態塑料并使其成型。用于用液態樹脂填充模腔并控制壓力的活塞更合理且更工業化。但RTM面臨著預浸樹脂的限制，隨著時間的推移，隨著熱塑性塑料的加入，抗沖擊能力越來越強。Radius Engineering的邏輯是使用預浸漬層壓板作為RTM模具中的預制件，用活塞在層壓板周圍注射少量預浸樹脂，以直接控制層壓板內的樹脂壓力。這一過程相當于熱壓罐，被稱為“相同合格樹脂傳遞模塑”，SQRTM。如今，SQRTM已經通過了所有主要原始設備制造商的認證，熱壓罐的出口也有明確的標示。QRTM過程可以與SQRTM相關聯，以便與其他注入過程有明顯的區別。

航空業正面臨著相反的風險。復合材料的風險在于材料和零件是同時生產的:使用復合材料，零件生產商變成了材料制造商，有生產零質量材料的風險。這就是為什么固化預浸漬層壓板是航空金屬行業的一場文化革命。有了RTM，零件生產商進一步負責浸漬纖維。樹脂這種自反應產品的處理和脫氣會帶來新的風險。Radius Engineering設計的設備恰當地解決了這些風險，但不良做法仍然存在，如熱樹脂脫氣不充分，以及繼續使用不安全的設備，如壓力罐。對于密集型生產，如發動機平臺或風扇葉片，合適的設備很快成為主導。

進一步完善RTM和SQRTM

SQRTM，2010年國際博覽會上帶有256個壓力傳感器的Pad

SQRTM中的共同展開起落架艙門

與Radius Engineering建立了密切的合作關系，以在歐洲復制他們的業務模式，開發交付最佳設備的流程。在來自一線工程師的推動下，Coexpair的重點是將RTM和SQRTM的風險水平提高到飛機結構可接受的水平，以平衡已證實的成本節約數字。用于SQRTM工藝的Coexpair R&D是以科學為基礎的，采用先進的傳感器對工藝進行實時監控。帶有40個布拉格傳感器的光纖測量溫度并檢測光纖運動。薄壓力墊測量模具內256個位置的壓力。對于每一種樹脂系統，都充分了解SQRTM樹脂的流動性、粘度變化和凝膠點處的樹脂回縮。粘彈性模擬用于優化模具。開發了帶有相關分析軟件的工藝參數數據庫。

Coexpair協調R&D積木，從優惠券到演示。由FP7資助的IMS&CPS項目是第一個例證，通過試樣試驗證明SQRTM等同于HexplyTM M21的熱壓罐，并制造了兩個演示器(典型的A350前起落架艙門)[5]。IMS&CPS演示者沒有出現多孔性，且公差很小。發現了模制網邊加強筋的可能性，并成為SQRTM的標準，例如Sonaca的E2襟翼。在此之后，空中客車公司建議聯合專家公司為SQRTM重新設計實際的A320前起落架艙門，去掉夾層。在3年內，在Aflonext項目中，Coexpair達到了SQRTM的飛行試驗合格水平目標。賽峰飛機結構公司提供了關鍵的工程和制造資源。

通過開發和產業化SQRTM解決方案為客戶服務

它始于2008年的SABCA以及ATL和SQRTM的首次結合。應用于高度集成的部分，它入圍了JEC獎[4]。Sonaca在Embraer E2襟翼的系列生產中引入了SQRTM。在2019年JEC航展上，Stelia，即現在的空客大西洋公司，展示了一段由Hexply M21E制成并由SQRTM固化的A220垂直尾翼。集成功能網邊鼠洞和加強筋。2020年的危機并沒有阻止SQRTM的發展。在2023年巴黎航展上，土耳其航空航天公司展示了由Hexply M21E制成的多單元副翼部分?？梢苿觾灮軜嫼蛦蜗虼艓У氖状谓Y合。

在復合材料中，工藝和設備是一個單一的聯合解決方案。我們的RTM / SQRTM workcell不是一臺壓機，而是一臺特殊的設備，從注射階段到復合材料膠凝并達到最終尺寸，它控制著模具的形狀。在6個關鍵工藝參數中，工作單元控制纖維床壓力(層壓板固體部分碳纖維上的壓力)。模具運動是關鍵。該壓力防止纖維變形，并且獨立于由活塞控制的樹脂壓力(層壓材料的液體部分，樹脂上的壓力)。壓力控制的這種獨立性對于理解RTM或SQRTM為什么在高體積分數的纖維(60%或更高)下工作得更好是至關重要的。我們的工作單元解決方案是優雅的，Coexpair已將其擴展到航空航天領域有史以來最大的RTM / SQRTM設備(36米，4，000噸夾緊壓力，1，000安培)。為了取得成功，Coexpair開發了先進的多物理有限元模型。

成本優勢和高性能總擁有成本

在熱壓罐和RTM或SQRTM之間，工具投資成本不應僅限于模具比較。高壓釜的工具級聯還包括預成型，修整和裝配夾具，可以大大簡化或消除由于RTM或SQRTM。這帶來了有利于RTM或SQRTM的20%至30%的成本優勢。

模具的總擁有成本包括投資資本、維護成本和更換成本。它還涉及到廢品率，可能會隨著模具質量的變化而大幅變化。應正確處理項目風險、交付周期和進度。Coexpair建立了一個包括模具材料選擇的成本模型，Spirit AeroSystems為A320 RTM擾流板選擇了Coexpair鋁模具。鋼模的自動化會有問題。殷鋼不是一個選項。

4000噸機床內9×4米復雜模具的變形模擬

模具材料與180°C固化的碳纖維部件的熱膨脹不匹配不應成為選擇模具材料的驅動因素。導熱率、精度、交付時間、成本、可修復性和重量是更重要的因素。聯合展覽已出版[6] 一個8米見方的鋁制模具，以墊高和放下為特征，代表一個皮瓣皮膚，可以固化具有完美質量的單向層壓板。當部件在180℃膠凝時，模具膨脹3 cm，根據在模具設計階段完成的預測，層壓板符合這種膨脹。鋁模具涂有50微米的硬質陶瓷，硬度和耐磨性與鋼相當。優化處理是專有的，供應商商店根據Coexpair EN9100質量體系進行認證。每次表面處理后都有試樣。對于模具的使用，選擇了最佳的脫模劑，并制定了修復方案。R&D繼續進行防粘涂層研究。大型RTM和SQRTM零件的成型是一個很長的故事。九十年代末，Radius Engineering研究了RTM機翼面板(空客Tango項目)，我為Sonaca領導了大型RTM機身面板(ESA可重復使用發射器)的研究。2014年，Herrmann博士向CTC提交了一份白皮書，介紹了A320飛機機翼的翼梁和蒙皮的SQRTM制造。2017年，為了提高生產率，Coexpair向空客提出了Iso-Thermal RTM工藝和原始設備的組合。

A320 RTM擾流板生產線

對于翼梁，Coexpair與空客和FidamC合作。瓦隆大區支持這項研究。該項目是針對工業解決方案的工藝和設備的聯合創新。鋁模具的厚度最小化，因為它符合梁的形狀，包括其扭結。工作單元匹配模具“V”形，并為其提供剛度。由空客、FidamC和Coexpair聯合發布[7] 僅使用一個樹脂入口點，真空接近1 mbar，預成型件跟隨5 cm的模具膨脹，并且零件精度在幾十毫米內。環境影響與熱壓罐是能源消耗和消耗性廢物的一個有意義的劃分。AFP/SQRTM工藝是這種設備的直接解決方案，可以考慮用于生產spars。對于大型復雜的彎曲RTM蒙皮面板，Coexpair與空客和CTC合作。瓦隆大區也支持這項研究。為了將模具質量限制為加熱到實際目標，40噸對300噸的全箱模具，解決方案是通過界面將雙薄殼懸掛在工作單元(沖壓功能)內，保持殼在三個方向上自由膨脹。該系統將7巴壓力下的模具變形限制在幾十毫米。除了Coexpair提出的先進RTM工藝外，SQRTM可能是一種直接解決加筋板設備問題的方法。

來自cured的切片通過SQRTM在8米鋁模具中固化

開發的RTM和SQRTM解決方案易于自動化。一旦模具進入Coexpair的工作單元，自動控制壓力、熱量和注射。閥門自動開關。樹脂筒取代了樹脂處理、脫氣甚至混合。中央服務器Coexpair MaestroTM記錄過程數據、提供智能并生成報告。4.0工業的基礎。

鋁模具表面上的50微米硬陶瓷，可修復

“零接觸時間”復合材料商店

RTM和SQRTM自動化與AFP/ATL設備的接口帶來了從碳纖維到模制件的“零接觸時間”復合材料車間的愿景。2019年，Coexpair Dynamics開始整合特雷勒堡密封解決方案(原Automated Dynamics)定制的AFP/ATL。AFP/ATL設備在Coexpair Dynamics中運行，與Coexpair工作單元相鄰。這是一個獨特的復合材料自動化實驗室。將交付第一臺AFP設備，就像在Syensqo材料應用中心一樣。

RTM明日之翼翼梁

總之，RTM和SQRTM工藝是每月生產100架單通道機翼的解決方案(包括翼梁、蒙皮、活動翼、小翼、翼肋等。).Sampe Belfast 2024發布了一份聯合出版物。

40噸RTM模具和4.000噸夾緊機床(9×4米)

剩下的挑戰是機身，面板或桶。SQRTM工藝是從波音787或空客A350熱壓罐工藝發展而來的。將使用合格的預浸料，零件尺寸公差將好一個數量級，工藝可重復性將無限好。設備的成本應該是可以承受的。

最有可能的是，復合材料單通道機身的解決方案將是以前項目成果的一個發展，而不是一個全新的、風險太大的方案。當然，飛機結構工業將退出熱壓罐，每月生產100架復合材料單通道飛機。SQRTM可能是一條出路。

零接觸時間復合材料商店

參考資料

[1]航空航天RTM，一種多學科方法。Dimitrije Milovich，Ron H. Nelson，半徑工程。1990年3月6日至7日加州曼哈頓海灘麗笙廣場酒店

[2]射膠成串20年:RTM和SQRTM技術與大型復合材料結構的演變。迪米特里耶·米洛維奇，安德烈·貝爾坦，湯姆·弗雷澤。半徑工程。合作伙伴。2009空中客車材料對話

[3]技術準備水平(TRL)。高升力復合材料R&T的例子。Ing醫生。空中客車公司的約克. c .羅斯。20 Jahre IVWS。2010-16-17，德國凱澤斯勞滕。

[4]高度集成的結構，采用自動化工藝和預浸膠帶一次性制造。塞德里克·德·羅弗，伯特蘭·范內亨，薩布卡。2010年歐洲桑普。

[5] FP7 IMS&CPS項目。

[6]用于CFRP單向層壓板180°C固化的鋁模具有尺寸限制嗎？8米長的SQRTM體驗。安德烈·貝爾坦、查爾斯·朗萊斯和貝特朗·范內亨。合作伙伴。Sampe Setec 2016。

[7]采用樹脂傳遞模塑(RTM)的大型復合材料飛機結構的高速、高質量和低成本生產方案:翼梁驗證機。作者:Á·阿爾瓦羅·卡萊羅、貝蒂·凡蒂娜、海梅·西斯塔克、費爾南多·羅梅羅、愛麗絲·薩蒙、安托萬·維爾塞特、安德烈·貝爾坦、里卡多·皮尼略斯。Sampe Setec 2013。