「复合材料前沿」走进柯林斯航空工厂：看热塑性复材如何颠覆传统制造工艺

工厂参观：美国加利福尼亚州河滨市柯林斯航空航天公司和荷兰阿尔梅勒复合材料Tier 1的悠久历史，收购冲压件先驱荷兰热塑性塑料零件，推进了热塑性复合材料零件的增长路线图

复材吊舱，TPC零件生产。柯林斯航空航天结构公司创建了一个全球热塑性复合材料（TPC）团队，将其位于里弗赛德（上图）的复合材料发动机吊舱生产和TPC试验线与位于阿尔梅勒（插图）的TPC专业知识和生产相结合

本次巡演遵循CW 2023年的文章，该文章探讨了RTX（美国弗吉尼亚州阿灵顿）的子公司柯林斯航空航天公司（美国北卡罗来纳州夏洛特）的历史，以及其作为探路者零件的热塑性复合材料（TPC-thermoplastic composite）吊舱结构的路线图。

柯林斯航空航天河滨工厂在Rohr于1952年接管之前曾是一个陆军基地，随后Goodrich、UTC和柯林斯于2018年接管。柯林斯先进结构业务技术和创新战略主管克里斯蒂安·索里亚（Christian Soria）解释说：“它首先制造金属产品，然后发展为热固性（TS）复合材料，使用热压罐，以及热压罐外（OOA）固化，现在正在追求TPC。”。TPC试点生产线之所以在这里，是因为我们希望通过利用我们每天制造生产零件的专家，继续在从研发到工业环境的技术过渡的基础上再接再厉。”

吊舱项目、复合材料开发

我们进入主制作大楼，那里有一堵“历史墙”，展示过去和现在的节目。索里亚指出：“我们在过去20年追求的大多数现代飞机和新发动机机会中赢得了吊舱业务。”这包括空客A220、巴西航空工业公司E2、波音787和空客A350，以及配备普惠PW1100G齿轮传动涡扇发动机的A320 Neo。他补充道：“我们是唯一一家为这种架构设计和认证吊舱的供应商，包括所有新的分析和工具。”。

A350风扇罩，IFS。他强调了吊舱的大型内部固定结构（IFS- inner fixed structure），并指出它仍然是用预浸料制成的，但在铺叠和装配线上应用了更高水平的自动化。他说，从材料的角度来看，“我们设计的大部分程序都是为了避免使用更奇特的高温材料。相反，我们使用了一个强大的热保护系统，并开发了一种预浸料，我们尽可能多地在结构的各个部分使用，这使材料标准化，提高了整体工厂效率。

“我们所有的外部吊舱结构大多是蒙皮-长桁层压板，而不是蜂窝结构，”他继续说道，“这使得制造速度更快。这些是复杂的结构，必须承受较大的压力增量，需要应用雷击保护（LSP-lightning strike protection），并在客户的涂装上涂上高质量的油漆。我们还必须满足声学和空气动力学要求。因此，我们需要保持的表面质量和公差非常关键。”

B787内筒。索里亚展示了一个整体式复合内筒，其具有经过声学处理的TS复合夹层结构。787的吊舱进气口也是复合材料的。他解释说：“这个项目真正推动了复合材料在恶劣环境中的广泛使用，取代了许多传统的金属结构。这个内筒没有拼接——这是我们开创的一项技术——避免了它造成的噪音大幅飙升。”。

“随着我们不断发展吊舱设计，我们正在考虑制造几乎整个复合材料的结构。OOA TS复合材料和TPC转换有许多潜在的候选者，特别是当我们谈论单通道等高速率项目时，这些项目的目标是每月100架飞机。我们选择风扇罩作为我们的探路者，因为它整合了大型TPC飞机结构所需的大部分技术块，包括通过焊接获得的更多集成解决方案。这是一个优势，因为你不必为紧固件留出额外的间距或厚度—每一点重量、体积和提高的效率都很重要。”

（从上到下）主生产大楼设有复合材料培训中心、多个显示生产数据的视觉控制中心和两个大型叠层和粘合室。

工厂布局、产业化、培训中心

进入主生产车间，柯林斯航空航天飞机结构业务部门的技术负责人基思·里奇（Keith Ritchie）加入了我们的队伍。他解释说：“吊舱生产流程从这座建筑的另一端开始，接收材料，在这一边结束，零件被送出，多条生产线并行通过。”

在这座生产大楼的主过道走到一半时，里奇继续说道：“在中心，有很多制造工程师和支持人员，所以他们可以直接部署到左右两侧的产品线中。”他指着一组视频屏幕。“在整个工厂，你会看到这样的视觉控制，在那里可以跟踪生产，每个人都知道零件在哪里，需要解决什么问题。我们正在不断改进我们的生产线，通过更多的传感器驱动和实时数据收集。”

穿过左边的一扇门，我们进入了复合材料培训中心。里奇说：“我们从新入职的复合材料铺层技术人员到设计复合部件的工程师，再到我们的领导层，都会参与进来，”里奇说，“我们不把他们分成单独的类别，而是希望他们分享不同的视角和观点。”金属工具排列在房间的右侧和后部，每个工具都有安装在头顶的Virtek Vision（加拿大安大略省滑铁卢市）的双激光投影机。根据真实的吊舱程序，为不同的零件和变体（例如，左侧和右侧外壳）设置了总共九个站。他补充道：“这些是真正的工具、材料和生产计划系统，可以精确地复制技术人员在地板上的工作，从阅读图纸到叠层、装袋、固化和获得所有质量检验印章。培训结合了课堂和实践课程。”

粘合车间

我们离开培训中心，左转进入这座建筑左侧的粘合车间。“这里有三个隔间，” 索里亚解释道，“中间的一个为两侧的叠层隔间切割和组装帘布层。这些是A220和E2组件，我们在这里进行手工叠层预浸。”每个工作站都有两个Virtek激光投影仪。

这些叠层工艺通过工具设计优化了热压罐的产能，使每个工具可以有多个零件，能耗更低。从消耗的预浸料层套件中取出的背衬纸放在大车上。这些手推车很快将返回中心切割区进行补货。索里亚指出：“我们越来越意识到我们所做工作的可持续性。我们认为TPC和OOA TS是减少浪费和进一步改善能源使用的一部分。”

RFI。我们朝着这个通道的尽头走去，到达A220吊舱内筒的树脂膜注入（RFI-resin film infusion）站。有四个干式纤维叠层站，每个站都有四个Virtek激光投影仪。索里亚解释了RFI的工作原理：“我们首先应用雷击保护（LSP）材料，然后是干燥的无卷曲织物（NCF）和树脂膜，然后真空袋并在热压罐中固化。我们改用RFI是因为NCF的悬垂性优于铺放在芯轴上的平纹预浸料，这提高了效率和整体循环时间。

索里亚继续说道：“我们讨论将TS转换为TPC，因为它还可以提高生产效率并消除浪费，” 索里亚继续说道。“耗材是其中的重要组成部分——不仅仅是真空袋材料，还包括固化工具，例如我们在固化过程中使用的芯轴，它保持这些TS复合材料板上的三个Omega加强筋的形状。使用TPC冲压和焊接，自动化可以应用于这些步骤，我们相信我们可以显著提高一致性并减少许多这些次要元素的浪费。”

网状树脂站。里奇指出：“吊舱风扇管道内的大多数结构都有穿孔蒙皮，用于衰减噪音，我们的大多数穿孔蒙皮都是预固化的。”。“然后添加粘合膜，并将其网状化——换句话说，从孔中吹出。” 该工艺的自动化工作站具有一个机器人，机器人中心有一个加热器，周围是挡板门门板，安装在转盘上。

配套间，AFP工作站。我们穿过两间粘合室之间的配套间，其中包括来自Lectra公司（美国康涅狄格州托尔兰市）Gerber Technology的两台自动切割机，以及呼吸器材料架和在最右边和房间后部的四台额外切割机。然后我们进入第二间粘合室。“这一侧主要用于A350吊舱，” 索里亚说。“你会看到左侧的IFS和右侧的进气口，主要使用手工铺层，但我们确实使用自动铺丝（AFP）工作站进行IFS蒙皮铺层。”我们面前的科里奥利复合材料（法国曲芬）AFP系统的一侧装载IFS工具，另一侧正在进行铺层。

吊舱进气口结构的手工叠层预浸料，穿孔后内部固定结构，在Riverside的一条静态生产线上手工铺设机舱结构层压板（上图）。A350吊舱（底部）的内部固定结构（IFS）在钻孔以满足声学要求后几乎是透明的。

IFS的脉冲线。索里亚转过身，指着IFS铺层的 脉动线，该线由五个站位组成，位于一个夹层上，在轨道上沿着房间向下移动。他解释说：“另一个隔间的线路是静态的，从铺料到装袋的所有步骤都在每个站位完成。”。“但在这里，我们让工具不断移动，每个站都有技术人员在做这部分的叠层。这些脉冲线上的零件比静态线上的零件更大，需要更多的步骤。当我们的团队进行优化叠层过程的研究时，脉冲线给了他们足够的节省来证明这一点。这是一个连续的过程，因为随着夹层向下移动，一个新的链接被移动到起点。站的数量可以增加或减少。这些线路总是在优化以满足当前的需求。”

在粘合室的另一端，A320 Neo进气口也在脉冲线上生产。

“这是我们精益生产计划的一部分，” 索里亚继续说道。“精益自90年代以来一直存在于我们的DNA中。你会在这个设施中看到它的结果，并且它在测量每一步的循环时间方面不断付诸行动。”

里奇指出，这再次从多个角度出发。“我会看到技术人员、工程人员和领导层用记事本和秒表评估我们效率低下的地方以及如何改进。我们谈论自动化来提高效率，但这也需要投资，并不是解决所有问题的办法。相反，关键是找到正确的平衡点并进行权衡研究。”

热压罐、钻孔

我们离开粘合室，进入一个沿着外墙有9个热压罐的区域。索里亚说：“零件来自两个叠层和粘合室，用于在热压罐中固化。然后我们在最后有检查站。”我们离开这个房间，穿过主通道，进入大楼右侧的第二个热罐区域。在这个区域，右侧有三个热压罐器，左侧有零件的去毛刺，最左侧有一个穿孔区域。额外的检查站在最右边。该区域还进行工具清理和工具维护。

爱荷华州工厂3D打印飞机发动机零件

柯林斯航空航天公司位于爱荷华州西 得梅因的工厂的产量将几乎翻一番，交货时间将缩短80%以上。更多信息，请参阅柯林斯航空航天公司的两台12激光AM机器：以下是它们的使用方法

当我们走向穿孔区域时，我们会经过IFS结构，由于蒙皮上钻有许多孔，IFS结构看起来几乎是透明的。里奇说：“面部蒙皮经过预固化，去除树脂闪光，然后将零件带到多头钻孔系统中。”。在这里，四个Creno（法国安纳西）机器人工作站，每个工作站都有多个钻轴，可以快速生产数千个孔。当前的钻头磨损时，可以更换多个钻头，因此没有停机时间。他补充道：“然后检查这些蒙皮，因为孔不能被堵塞，每个表面积的孔数是我们必须满足的质量要求。”。

我们从后面离开这座大楼，步行到生产787发动机吊舱的41号楼。我们首先进入一个满是数控机床的区域，然后穿过门口进入叠层室和后处理室，其中包括另一个带有四个机器人超声波测试工作站的检查区域。

“这向您展示了我们在TS复合材料方面的全部经验以及我们的历史和发展，” 索里亚在我们离开大楼时说。“我们想向您展示这一点，这样您就可以了解我们为什么在这里进行TPC开发。与当前真实零件制造共同定位的工业专业知识和经验有助于我们在开发过程中消除许多错误，因为我们不断发展和验证流程。与我们今天在TS中看到的不同，TS往往是工具和基础设施密集型的，TPC流程往往更敏捷和灵活。因此，我们在这里开发技术，但我们可以在需要的地方对其进行调整。”

TPC导频线

当我们进入这条试验生产线所在的大楼时，柯林斯航空航天公司复合材料高级技术研究员米歇尔·范图伦（Michel van Tooren）和柯林斯航空航天有限公司热塑性塑料技术开发总监大卫·曼腾（David Manten）也参加了参观。他们解释说，这条试验线是围绕风扇罩探路者建造的，这是一个加筋结构，有一大块相对较薄的蒙皮，但有很多切口，包括多个入口门。有Z形和空心帽加强件，需要金属部件和LSP的附件。范·图伦补充道：“这对我们来说是一个完美的探路者，因为你在飞机结构中看到的一切都集中在一个零件上。”。

ATL空白。我们带着Boikon（荷兰Leek）Falko高速（高达450平方米/小时）自动铺带机走到左边的一个区域。范·图伦说：“我们收到12英寸宽的胶带，然后在阿尔梅勒将其切成约2英寸宽，然后送到这里。”。“在这个ATL中，我们只是使用超声波加热将胶带粘在一起。”

预固结、冲压成型。曼腾说，钉好的坯料随后会经历一个固结循环，将所有空气排出，制成实心板，“只有这样你才能进行热成型。” 范·图伦指出，通常会使用两种不同的压机进行预固结和冲压。

目前，该试点生产线使用一台Pinette Emideau Industries（法国查隆-苏尔-索恩爱德华王子岛）245公吨的压机。范·图伦继续说道：“预固结后，我们将其切换到冲压成型模式。在左侧，有一个红外（IR）烤箱可以一直预热坯料。”。这也是为什么你需要预固结，获得一个均匀的层，以快速将热量从外层传导到内层。然后将加热的坯料从烤箱中穿梭到一组匹配的模具中，这些模具通常会快速闭合。然后，您冲压成型，将零件冷却到一定温度，然后将其从模具中取出。”

冲压成型和熔接的热塑性中空帽加强件焊接到恒定半径的蒙皮上，外表面有雷击保护（LSP）。

冲压、熔接。范·图伦说：“我们打算尽可能多地用冲压成型来制造零件。”。“我们所做的大部分冲压成型都是在荷兰的阿尔梅勒工厂进行的，但我们在这里确实有一些研究能力。”他展示了几年前开发的TPC风扇罩长桁，它有轻微的弯曲和一些局部衬垫。他将此与半圆形风扇罩所需的三个空心帽加强件进行了对比。

范·图伦说：“加强筋是一个更复杂、更重要的部分。”。“除了弯曲外，它的厚度也各不相同，优化后在加强帽处最厚，凸缘上的层压板更薄。纤维方向也不同，与帽上的曲率方向对齐，而在侧面，你需要更多的45°层。”

范·图伦说：“这种加强筋比以前冲压成型的要大。”。“因此，这些加强筋是通过一种称为熔融成型（fusion forming）的工艺将多个冲压成型段整合成一个大型弯曲加强筋制成的。”这些段被放置在成型金属工具上，然后熔融成型机施加热量和压力。“所以，你是在把它们熔合在一起。在焊接中，没有一个零件完全熔化。你只是在界面处熔化。但对于这个子组件，你熔化了整个横截面，这样零件就熔合了。这更像是共固结。”

AFP蒙皮。集成加强筋将焊接到使用AFP制成的风扇罩蒙皮上。我们走到TPC试验线大楼的后面，来到AFP室，里面有一个科里奥利复合材料C1机器人AFP工作站。范·图伦说：“这些蒙皮有双曲面，外部也需要雷击保护（LSP）。”。“同样，我们从预浸带开始，但现在ATL中使用0.25英寸宽的预浸带，而不是2英寸宽的带，因为这需要能够使风扇罩的复合曲率。这些带被激光加热并应用于铺层工具上。这不是原位固结（ISC-in situ consolidation），因为我们的目标是尽可能快地铺层。

“这并不是说我们不相信使用ISC，” 索里亚解释道，“因为我们还有其他业务领域在应用它。这对风扇罩蒙皮来说没有意义。它更适合旋转结构，如管子和气缸。但这些是开放式面板，所以在自动铺叠过程中很难施加压力并实现完全整合。”。

范·图伦指出：“我们还开发了一种特殊的解决方案来处理第一层，以及如何使其附着在工具上。”。“目前的AFP设置基本上支持三种不同类型的活动。对于风扇罩，我们主要使用机器在阴模和阳模上进行传统的叠层；我们还有一个尾架，所以我们可以在旋转轴上进行叠层；还有一个单独的站，机器人可以在那里到达并制作平板，以便在特定材料的工艺开发过程中拨入参数。”

VBO整合。范·图伦说，成品蒙皮被真空装袋，放入步入式烤箱（美国威斯康星州东特洛伊的威斯康星烤箱）。“但如果你想快速生产节能产品，你不会加热空气，而是加热一个只有几毫米厚的外壳工具。所以，这不是最终的解决方案，但它证明我们不需要热压罐。”

焊接。我们走出AFP室，朝大楼前方走了一半，来到焊接区，在那里我们看到一个铝制风扇罩工具正在试验线上使用。“这是我们内部的感应焊接系统和焊接工具，” 范·图伦说。“将长桁和加强筋放置在工具内，将蒙皮放置在顶部，然后将零件焊接在一起。机器人被编程为遵循弯曲焊缝的路径。我们也在研究各种焊接和连接技术。”

索里亚补充道：“我们有很多不同的零件和零件变体，我们认为一种焊接方式不适合所有这些应用。”

范·图伦继续说道：“我们将使用超声波焊接来焊接一个风扇罩。”。“超声波是一种非常古老的技术，有许多不同的变体。我们也在探索振动焊接。它的循环时间为几秒钟，用于汽车焊接前灯总成等。在传导焊接中，我们只在焊接表面将热量传导到零件中。”

“对于某些配置，这种技术效果更好，” 曼腾说。“对于每种配置，都有一种最有效的焊接技术。我们必须对此进行测试。这取决于产品、焊接区域和需要遵循的形状。”

索里亚补充道：“我早些时候说过，我们正在不断进行权衡研究，平衡所有要求。我们想要的一件事是对所有这些能力有很好的理解和了解，这样我们在设计这些零件时就可以在这些权衡研究中进行优化。”

无损检测、涂漆。范·图伦指出，无损检测（NDT）也是一个重要部分。“但你需要确保你有参考标准，这样你就知道你在看什么，你还需要零件和组件的标准。我们也在努力，并使用各种技术。关键是要看到整个焊接的完整性，以及一种快速和可扩展的方法。

“喷漆也是我们正在努力的事情，”他继续说道。“它与热固性塑料没有什么不同，但你需要仔细研究。你需要确保你有一个干净的表面，并且雷击保护（LSP）正常工作。我们在Chula Vista有雷击测试能力。因此，还有很多并行的工程测试，以确保我们生产的产品不仅是一个展示品，而且在飞行中也能正常工作

荷兰阿尔梅勒工厂：DTC的演变

CW在Almere的柯林斯航空航天公司之旅由曼腾带领，从之前的荷兰热塑性塑料部件（DTC）的历史开始。“20世纪90年代初，我在代尔夫特大学学习的TPC有很多开发工作。福克已经在那里工作了，TPC的许多领导者都来自那里，包括Michel van Tooren（柯林斯航空航天公司）、Arnt Offringa（福克）和Winand Kok（东丽和Spiral RTC）。1995年我毕业时，所有这些公司都在几个月内成立，包括KVE复合材料公司和Airborne公司。到1998年，我正式成立了DTC。

柯林斯航空阿尔梅尔生产车间

从Almere生产大厅“U”的顶部看，自动切割室在右边，七台冲压机在中间，坐标测量机（CMM）和无损检测（NDT）室（未显示）在左边的夹层下方。

曼腾继续说道：“我们主要制作原型，包括波音公司的烟雾探测器外壳，与他们在西雅图的研发部门合作，并参与了他们的第一个热塑性冲压规范。”。“1999年，我们与KVE签订了一份合同，为波音777演示TPC方向舵肋。然后我们得到了多尼尔328着陆襟翼肋的合同。这是一种TS复合结构，但带有使用碳纤维（CF）/聚醚酰亚胺-polyetherimide的肋。我们继续进行航空航天原型、滑雪头盔等小型制造项目和一些汽车原型。

曼腾说：“然后是波音787，因为我们符合工艺规范，我们在2006-2007年获得了零件工作包的机会。”。“我们安装了超声波检测（UT）和数控加工，并增加到10-15人。这一生产在2011年开始，但我们也在2009年开始与Premium Aerotec（现在的空中客车航空结构公司）合作，到2012年，我们在A350上有了800个零件号。我们增加了更多的设备，到2016年增加到85人。”

当时空中客车和波音公司使用的材料包括东丽先进复合材料公司（荷兰Nijverdal）的Cetex CF增强聚苯硫醚（PPS）编织层压板。曼腾说：“在2015年至2020年期间，我们增加了许多不同的工艺，使单向（UD）胶带以及PEKK和PAEK聚合物能够制造零件。我们安装了Boikon ATL、胶带分切机和更自动化的工艺，包括梭式压力机固结和连续压缩成型（CCM-continuous compression molding）。我们还扩大了我们的工具车间，现在几乎所有的工具都是在内部制造的。”

柯林斯航空阿尔梅尔冲压机

底部显示的压机位于“U”的另一侧，用于预固结单向（UD）胶带层压板，并形成更大的部件，如TPC风扇罩探路者的这些帽型加强段。

事实上，所有所需的流程都是内部的：原材料切割、格式化和叠层、固结、冲压、机加工、检查和涂漆。曼腾说：“成品零件已准备好运往装配线。”。“几年前，我们也开始开发某些类型的焊接和熔融成型。我们还做一些桌面组装，将小零件连接到某些支架上。

曼腾说：“2016年，我们开始与柯林斯航空航天公司合作，为吊舱风扇罩开发TPC长桁原型，并于2021年成为柯林斯先进结构公司的一部分。”。“我们在这里所做的是在一个相对较小的TPC零件行业中的一项非常专业的技术。这种能力完全取决于我们开发的专业知识。在这个故事中，不仅仅是机器，还有人是必不可少的，以及我们多年来为制造工具和形成零件而建立的专有技术。”

TPC时代

曼腾表示，期待已久的TPC时代确实即将到来，新飞机上的零件，包括下一代单通道（NGSA-）。A350中已经有10000个TPC零件，但它们都是较小、相对简单的零件，787也是如此。我认为焊接的TPC机身将会出现，但不会出现在下一架飞机上。”

曼腾还认为，近期将看到更多的混合热塑性塑料和TS结构以及大型TPC零件。他指出：“TPC地板梁是为MFFD制造的。”。“NGSA所需的这些数量实际上是100000个零件/年。”那么在垂直和水平尾翼（VTP、HTP）中使用TPC零件如何呢？尽管这些飞机比机翼小得多，但每月生产75架飞机——空客宣布希望到2027年达到A320系列飞机的产量——将具有挑战性。曼腾指出，A320升降舵中已经有TPC肋。与此同时，不来梅的空中客车航空结构公司在ITHEC 2024上宣布，它正在制造TPC肋，并于2025年1月启用了据称是世界上最大的热塑性塑料压机。

“但是当A350 垂直尾翼投入生产时，这项技术还不可用，”他说。“当时唯一的选择是用CF/PPS织物制作肋，这种织物在结构上不如UD材料适合垂直尾翼。现在正在开发更大的组件，材料也在进行鉴定。NGSA上将有大量的TPC组件，但仍有大量的机械装配，而焊接将逐部进行。我认为我们都意识到，在主要结构中进行合格焊接是一项艰巨的任务。今天有一些焊接结构在飞行，但没有一个是用UD胶带制造的。仍然需要开发来建立工艺并使其合格。我们正在推进焊接到更大、更复杂的零件，这并不容易，但它正在发生。”

生产车间、材料、切割

Spiral RTC回收的切割废料

Collins Aerospace Almere生产2500多种不同零件号的TPC角片和支架，从CF/PPS片材等材料开始，这些材料使用嵌套软件和自动切割切割成层。废弃的“骨架”由Spiral RTC回收并再利用。

“自2009年以来，我们一直占领着这座建筑，”当我们进入大型生产大厅时，曼腾指出。流程呈U形，在我们进入的一侧进行切割、冲压和精加工，在另一侧进行材料储存、胶带实验室、CCM生产线和工具车间。

曼腾说：“我们现在商用飞机的所有生产都是基于织物增强热塑性塑料，主要是CF/PPS。”。“这包括所有从东丽（前身为TenCate）的层压板开始的角片、支架和肋。这种材料不需要像TS预浸料那样冷冻储存，每种厚度的材料都有自己的零件号，材料指定用于空客、波音和巴西航空工业公司。”

我们走到右边，一位技术人员将一张大型预固结板材带到封闭房间里的自动切割台上。曼腾解释说：“我们将层压板切成层，然后从中冲压出零件。”。“我们在ERP系统中展望下周将出现的零件，并将由相同材料制成的零件输入到该切割系统的软件中，以创建这些层的最佳嵌套和最小浪费。”PROfirst CAD/CAM软件（PROfirst Group，Grabenstätt，德国）用于Masterwood（Rimini，意大利）切割系统。这些层被装配成毛坯并修剪，准备进行冲压成型。

冲压

每个零件都有自己的配方，包含在数字旅行者中，可以通过空白处的条形码访问。我们看到扁平坯料被转化为形状。曼腾说：“这是一个典型的角片，用于将A350或787的机身框连接到蒙皮上。”。这一侧有七台冲压机（Rucks，Glauchau，德国），使用铝或钢匹配的工具组。

每台压机后面的红外炉在大约2.5分钟内预热坯料，炉打开，坯料被梭到压机中的下部阳模上，压机立即关闭。工具集也经过了加热，但低于TPC基体的熔化温度。曼腾指出：“该夹具的总循环时间为5分钟，但成型时间取决于零件厚度和形状。”。“这是一个相对较薄的部分，形状简单。”

我们走过柯林斯航空航天公司探路者风扇罩的一组帽型加强件和一个内部装有弯曲金属凸形工具的压机。曼腾说：“在这里，我们使用厚度可变的坯料和UD胶带制造了一个更复杂的零件，使我们能够在当地定制层压板。”。“用Cetex板材制造零件就像冲压金属板一样，因为它们的厚度很低。但对于更大、更具结构性的零件，UD胶带可以增加和减少厚度。否则，零件就太重了。”

检查、关键绩效指标

UD材料在胶带实验室（顶部）制备，并在压机或CCM生产线（如图所示，第二个向下）中固化。在CNC加工单元（底部）进行最终修整/钻孔之前，所有零件都使用CMM（第三台以下）进行检查。

我们从“U”字形的左侧出来，穿过右侧的人行道，然后左转。大约一半的地方是一个房间，里面有三台来自三丰（日本神奈川）的Crysta Apex

坐标测量机（CMM-coordinate measuring machines ）和一名正在扫描零件的技术人员。曼腾说：“在开始加工之前，我们使用这些来定位零件。”。“我们根据客户和生产速度，在不同规模的生产中生产数千个不同的零件号。CMM用于在将每个零件放入CNC加工系统之前，确认其几何形状是否在预期位置。”

CMM室外有一个大型显示器，显示KPI。该工厂的董事总经理亚历山大·盖恩(Alexander Gahn)也参加了参观，并解释说这是柯林斯航空航天结构公司精益制造系统的一部分。“它告诉我们的确切位置，”他说。“颜色表明我们是否达到目标或是否需要采取行动。它提供了对我们生产的持续监控，以及我们是否满足安全、循环时间、拒收零件等方面的要求。”

走过垂直堆叠的塑料箱，每个塑料箱都装满了TPC零件。“每个盒子里都有不同的零件号，” 曼腾 说。“我们在生产中有2500到3000个不同的零件号，所有零件的生产速度都不同。”

接下来，我们进入NDT室，里面有一个Omniscan MX2 UT系统，包括一个C扫描罐（奥林巴斯，现在是日本东京Evident的一部分）。曼腾说：“对于一些产品，我们进行100%的检查，而另一些产品则进行抽样检查。”。“我们使用基于水箱的脉冲回波系统，并根据我们每个不同的客户进行资格认证，NADCAP也符合此无损检测的资格。”零件手动放入水箱中，然后一次扫描一个。他解释说：“但对于这些小部件，典型的循环时间接近压机的循环时间，所以这已经足够快了。”。“它简单而手动，但效果很好。”

CCM胶带实验室

无损检测区对面是胶带实验室。“这是我们自己制作板材和面板的地方，” 曼腾说。“根据零件的不同，我们使用ATL或手工铺层。在热塑性塑料中，手工铺层并没有那么糟糕，因为这些产品不粘，所以铺层实际上只需要很短的时间。”

我们走出胶带实验室，走得更远，看到一台自动Rucks穿梭压机用于整合这些内部生产的层压板。曼腾说：“我们要么使用这种压机，要么使用CCM机器。”。“对于压机，我们首先在钢板之间装载材料。然后将这些材料装入压机，压机进行加热循环，并立即关闭进行压缩，通常为半小时的循环。这个过程的好处是，你可以制造厚度变化的层压板。出现的材料没有Cetex板材那么大，但使用UD胶带使复杂性提高了一步。”

另一种固结过程使用CCM生产线，该生产线从胶带实验室送入大卷，并将它们压在加热的模具之间，该模具在胶带被拉出时打开和关闭。虽然该生产线是为扁平层压板设计的，到目前为止，它最多可以包含36层，但它也可以生产异形型材。例子堆在附近。

机加工、喷漆、工装

当我们离开这个区域时，我们看到一个装满来自自动切割机的CF/PPS修剪骨架的盒子。曼腾说：“我们与Spiral RTC（荷兰恩斯赫德）合作，回收和再利用所有这些废料。”。接下来，我们进入带有六个五轴加工工作站的加工区，这些工作站占据了生产车间的这一端，在那里冲压后完成零件。曼腾注意到ARES封闭式单元（CMS，Zogno，意大利）：“这是标准的加工技术，但适用于这些零件。”

参观的最后一个区域是大楼尽头的工具生产车间，有三个来自Haas Automation（美国加利福尼亚州Oxnard）的CNC工作站、一个DNM 750L II工作站（韩国首尔DN Solutions）和装满机加工金属工具的机架。曼腾说：“这些显示了我们在这些TPC部件中产生的复杂性。”。有用于批量生产的工具系列，也有由不同组件制成的更复杂的工具。大多数是钢，产量相对较高，但也使用铝。

他继续说道：“我们还有一家车间，在那里我们进行边缘密封——在修剪过的边缘上涂上一层树脂——以及涂层。”。“有些零件需要隔离，以防止与铝接触时时发生电偶腐蚀。虽然大多数零件没有涂漆，但有些零件需要底漆。”

当我们离开生产车间时，我询问了这个工厂的未来。“我们正在计划增长，” 曼腾总结道。

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原文，《 Plant tour: Collins Aerospace, Riverside, Calif., U.S. and Almere, Netherlands 》 2025.3.21

杨超凡 2025.3.30