用于批量生产成本效益高的CFRP航空结构的HP-RTM
通过HP-RTM在几分钟内完成初级航空结构CTC已经证明了HP-RTM零件具有60%的纤维体积和小于2%的空隙，在20分钟内成型，例如这种1.5米乘0.5米的CFRP肋，代表了可能的航空航天主要结构
SPARTA演示器的汽车创新工具Alpex Technologies在SPARTA项目中与空客直升机公司和克劳斯玛菲公司合作，利用汽车最佳实践设计和制造了HP-RTM工具，该工具用于为空客A350乘客门生产演示框架，目前由空客直升机公司使用低压RTM制造
SPARTA演示器HP-RTM工具的示意图
输液和注射工具用于树脂灌注CFRP机翼的铝铺层模具MS-21喷气式客机
一种用于A330扰流板铰链的新型自动化RTM工具
用于A330扰流板铰链配件的RTM工具投入使用，展示了Alpex的经验和创新
大约十年前，当树脂传递模塑（RTM）开始转变为高压RTM（HP-RTM）时，它在汽车应用中受到了广泛赞誉，将复合材料零件的循环时间从几个小时缩短到了2分钟以下。关于将这项技术应用于航空航天零部件的说法较少。飞机工业有着悠久的传统RTM历史，包括其在生产用于商用飞机发动机的数千个碳纤维增强塑料（CFRP）风扇叶片和风扇罩。空中客车公司甚至使用RTM为空中客车A320制作了一个7米长的一体式复合材料多段襟翼的原型。但是，有可能在几分钟内将这种长达数小时的过程转化为复合材料飞机零件的全自动成型吗？几位关键人物表示这是可能的。
传统的RTM，为了清楚起见，这里称为LP-RTM，通常使用10-20巴的注射压力。另一方面，HP-RTM使用30-120巴的注射压力。
Alpex Technologies（奥地利米尔斯）的研发负责人Bernhard Rittenschober表示：“10年前，我们通过一个欧盟资助的制造机身框的项目开始从事航空航天RTM加工。“当时的预测是，（空客）A350的许多零件将使用RTM制造，但这并没有实现。”然而，Alpex继续研究这项技术，作为汽车和航空航天行业的供应商，开始研究如何将这两个行业使用的工艺合并。Rittenschober解释道：“我们的想法是使用航空航天领域适航取证的赫氏RTM6环氧树脂，但采用汽车工具的最佳实践和自动化注射系统，以缩短循环时间。”
其结果是，Alpex与合作伙伴空中客车直升机公司（德国多纳沃斯工厂）、设备供应商克劳斯玛菲公司（德国慕尼黑）、测试专家航空航天和先进复合材料公司（AAC，维也纳-诺伊施塔特，奥地利）和树脂供应商赫氏公司（美国康涅狄格州斯坦福德）共同参与了2013-2015年由奥地利政府资助的一项名为“起飞”的研究项目。该项目表明，HP-RTM使A350门框的成本降低了30%，并进行了重大的技术开发，包括使用双组分（2K）树脂系统、通过模内传感器进行智能注射和固化监测，以及进一步缩短零件循环时间的能力。Alpex一直在继续开发，并认为这种HP-RTM技术有潜力帮助克服当前的复合材料生产问题。
支持这一观点的是，空客运营有限公司的子公司复合材料技术中心（CTC）也在开发自动化RTM已有十年，首先是LP-RTM，然后在大约五年前过渡到HP-RTM。CTC生产系统项目负责人兼RTM技术负责人Jan Schiller解释道：“HP-RTM解决了注射和固化的瓶颈，因为它的高速混合可以使用高活性树脂。”。“我们开发了一种工艺，可以在20分钟的循环时间内生产出尺寸为1-2米的复杂几何零件，满足航空航天要求（例如，60%的纤维体积和小于2%的空隙）。”从而使A320飞机的生产率更高。“我们现在正在为这些产品开发特定的加工工艺，今年正在努力将其投入批量生产。”
HP-RTM A350门框
Alpex的开发是通过一个名为SPARTA的项目通过奥地利起飞计划完成的。Rittenschober回忆道：“空中客车直升机公司选择了这个部件。”。“当你打开门走进A350时，你会看到这个门框。它大约有2米高，200-250毫米宽，8-10毫米厚，形状和设计特点复杂，以满足组装门的各种要求，组装门是主要结构。”A350门由德国多纳沃斯的空中客车直升机公司使用LP-RTM制造的14个部件组成。为SPARTA选择的门框是该门最具挑战性的部分之一。Rittenschober补充道：“这是一个很好的演示部分，因为我们可以直接将HP-RTM与标准航空航天LP-RTM进行比较。”
Alpex设计并制造了目前用于空客直升机公司A350门框生产的LP-RTM工具。对于HP-RTM工具的设计和制造，它将应用更多的汽车思维方式。“我们的目标是在航空航天复合材料零部件生产中实现汽车型自动化，”Rittenschober说。“如果空中客车公司要以每月60至100架飞机的速度制造一架未来的A320飞机，并配备更多的复合材料部件，这是必要的。”
他继续说道：“我们是为宝马公司生产模具的，宝马公司正积极尝试简化其零件和工艺，以减少循环时间，而空客公司则来自以前的航空航天复杂性。例如，当我们开始时，空中客车直升机公司问这个模具将有多少零件。”注意，目前生产的LP-RTM门包括复杂的多件式工具。Rittenschober说：“我们解释说，HP-RTM工具只有一个上模具和一个下模具。”
因此，Alpex从简单的模具设计开始，然后添加了一些功能，使加工更加稳健和灵活，例如用于大批量汽车生产的密封系统。“此外，我们已经将所有的传感器集成到模具中，”他指出。
预制件和工艺
目前用于A350门框的预成型件使用编织材料，需要多个脱模步骤，因此生产周期为三天。Rittenschober说：“我们决定改用非卷曲织物。”。“这大大降低了价格和循环时间。我们最终还用赫氏合格的编织预成型件展示了一些零件，但我们看到了航空航天以外的复合材料行业的转变，SGL和其他公司的发展从机织物转向了胶带和非卷曲织物等低成本形式。”
当被问及注射点和纤维清洗的任何问题时，Rittenschober解释说，HP-RTM工具只有一个注射点，但没有纤维清洗，因为预成型件是夹紧的，因此它固定在模具中，非常稳定。
另一个关键点是，Alpex选择使用双组分（2K）树脂系统，而不是空客直升机公司目前使用的单组分RTM6。Rittenschober声称，2K系统可以更具反应性，更适合HP-RTM，并且可以节省成本，因为它不是预混合的，也不需要运输危险材料。然而，它确实需要180°C的更高温度。“这对我们来说是最具挑战性的部分，”Rittenschober说，“因为我们更习惯于在120°C下加工。”
KraussMaffei在其位于德国慕尼黑的轻型技术中心安装了RimStar Compact HP-RTM系统中的成品模具，该系统具有自动高压（高达80巴/1100磅/平方英寸）混合、计量和注射功能。然后，它制造了20个演示器零件。Rittenschober描述了基线过程：在80°C下注射，升温至120°C，保持一小时，升温至180°，保持90分钟固化，下降（2°C/分钟）并脱模。“注射只需要20秒，”他说，“但整个成型周期约为4小时。”
周期时间和成本
SPARTA门框仍然很长的固化周期是由空客适航认证的赫氏 RTM6树脂配方和加工驱动的Rittenschober指出：“我们能够在180°C下实现30分钟的固化循环，然后在真空下进行额外的后固化，以消除热应力并确保机械性能。”他补充道，这些性能非常好，与LP-RTM部件相当。
Rittenschober说：“我们表明，您可以使用该工艺并自动化生产，以获得更高的零件量。”。“你可以在模具中注射和固化，然后在压机外后固化。”他承认这需要额外的工具，但只有一个压机和注射单元。“有了这个系统，您可以减少700欧元的零件成本，这使您能够以每年500到1000个零件的生产率轻松支付设备费用，这甚至不是一个很高的产量。”
CTC进程的发展和示范
除了工具和工艺外，HP-RTM门项目还包括纤维形式的创新使用。席勒回忆道：“我们从已经通过空中客车公司认证的机织纺织品开始，非常成功。”“然后我们继续使用非卷曲和更具创新性的纺织品。”后者包括干纤维铺设和与展开的丝束层交织以提高韧性，但后者存在纤维和层紧密堆积的问题，导致渗透性差，阻碍树脂渗透。他补充道：“也有一些发展来解决这一问题，例如使用特殊纤维的非卷曲来提高渗透性。”
关于HP-RTM的压力，Schiller强调，使用该工艺的决定更多地是由聚氨酯行业的混合技术驱动的，而不是由高工艺压力驱动的。他解释道：“我们使用HP-RTM只是为了使高反应性树脂得到良好的混合。”。“模具中可能有更高的压力，但这是快速注射的次要影响。对于循环时间为2分钟的汽车零件，它们必须比我们更快地用树脂渗透到干燥的预成型件中。我们的15分钟固化时间允许更多的树脂渗透时间，这也降低了模具中的压力。”
同时，压力机吨位取决于零件尺寸。Schiller说：“制造尺寸不超过2米的零件效果很好（约1500吨），但尺寸为4-6米的零件需要计算商业案例，因为冲压投资变得非常高。”。CTC在2018年的JEC World上展示了一个1.5米乘0.5米的CFRP肋，代表了任何可能的航空航天主结构。它还将在2019年底获得更高吨位的压力机。
2K树脂和基于传感器的QA
Schiller观察到，所有以前的RTM飞机结构都只使用了供应商混合的1K系统，然后供应商对混合物进行认证，并负责确保树脂符合资格要求。“现在我们正在考虑2K系统，但挑战在于确保混合质量，”他解释道。预混合的1K系统需要冷运输和储存，以防止在零件加工之前发生反应。因此，2K系统的优点包括消除了这种费用以及用于更快处理的更高反应性。然而，一个问题是质量保证（QA）将从树脂供应商转移到零件制造商。“这项质量保证要求检测混合比和混合树脂质量。这两项都是空客公司对新材料进行鉴定所必需的。因此，这意味着在混合前对两种成分进行测量，并在混合后对树脂进行测量。如今，我们在混合头前只有传感器，显示混合料中计量加入了多少树脂和多少硬化剂。这还不够鉴定。”
与此同时，Alpex正在努力开发一个在线质量系统，以提供空客所需的100%正确混合树脂的验证。Rittenschober指出：“从开发之初，我们就与Netzsch合作开发模具传感器。”“现在Netzsch与Kistler（瑞士温特图尔）合作，新技术已经问世。我们可以通过一个传感器监测温度、压力和树脂的固化，我们将其包括在模具中。”
Schiller说：“Alpex说要使用模具内传感器，混合/注射设备供应商说传感器应该在他们的系统中。”“两者都是对的。”但他指出，后者也需要改进。
Schiller解释道：“在汽车HP-RTM中，树脂混合比是在整个过程中测量的，所以这是一个平均值。”“然而，我需要在过程中的每个离散点进行测量，这样我就知道混合比总是正确的，即使在注射过程的最后半秒也是如此。我们需要在测量系统中提高时间分辨率。”Schiller建议，在混合头之前、混合头内部和模具中可能需要传感器。“我们正在进行这项QA开发，同时评估航空航天应用中的2K树脂，我们与机器供应商一起确定了能够提供足够分辨率的传感器系统。它们将在今年内得到验证。”
Alpex还在试验一种由Aerospace&Advanced Composites（AAC，Wiener Neustadt，Austria）开发的新型混合多功能压电传感器。它被放置在RTM模具上，作为一个压力传感器来监测模具中的树脂流动前沿。一旦预成型件被树脂浸渍并开始固化，传感器就利用阻抗谱的变化来确定固化程度。一旦固化完成，压电传感器在零件表面上共同固化，用于结构健康监测，无论是在被动模式下作为声发射传感器，还是在主动模式下使用引导超声波。它们已被证明可用于监测成品零件的冲击和损坏。
请注意，工业4.0智能生产系统可以分析这些过程数据，以确定进一步提高质量和效率的途径。也可以为每个零件的数字孪生记录该过程数据。
未来潜力
Rittenschober表示，HP-RTM技术唯一真正的障碍是认证：“我们正在向空中客车直升机公司证明这一过程是可行的，但必须有人来认证。”Schiller同意，寻找谁将是第一个总是一个障碍，但他也计算了去年许多零件的商业案例。“对于每年200个零件来说，这是没有意义的。然而，例如，对于A320上的零件来说，它变得很有吸引力。每个月，我们都会看到A320项目的目标费率更高。这些零件中的许多是在20世纪80年代设计的，都是手动生产的，所以使用HP-RTM可以很容易地提高效率。”
CTC证明零件循环时间为20分钟，HP-RTM对电动垂直起降(eVTOL)飞机市场也很有吸引力，空中出租车制造商UBER建议将每年5000架飞机的产量作为上限。
Rittenschober表示，Alpex将继续开发一系列RTM进步。“我们相信HP-RTM具有真正的潜力，可以通过更具成本效益的碳纤维增强塑料航空结构工业化生产来帮助解决一些问题。”Schiller对此表示赞同，并指出，对于许多目标A320应用，每艘机组都有许多碳纤维增强材料部件。“因此，更高效的工艺的好处开始积累。如果我们能在生产中获得第一个应用，那么还会有其他应用。”
《 Multi-material steel/composite leaf spring targets lightweight,high-volume applications 》
随着复合材料工艺制造水平的提高，生产规模的不断扩大和自动化程度的巨大进步，复合材料被更广泛地应用于航空航天、汽车、轨道交通等领域，其应用水平已经成为衡量新一代装备先进性的重要标志。我国复合材料在全球约占30%的市场份额，因此前瞻性、适时性地对复合材料行业的发展背景、产销情况、市场规模、竞争格局等行业现状进行分析，并结合多年来复合材料行业发展轨迹及实践经验，对复合材料行业的未来进行探索，有着极为重要的意义。
HP-RTM工艺是近年来推出的一种应对大批量生产高性能热固性复合材料零件的新型RTM工艺技术，采用配套预成型技术，通过在密闭抽真空模腔内高压混合注射完成树脂对纤维的浸渍和固化，可实现低成本、短周期（大批量）、高质量生产。
会议由复材网、天津市天锻压力机有限公司主办，廊坊市飞泽复合材料科技有限公司、湖南精正设备制造有限公司协办，将于8月3-5日在天津市举办“2023第一届复合材料HP-RTM工艺技术交流会暨自动化成型装备演示培训会”。会议期间，还将安排参观天津市天锻压力机有限公司、廊坊市飞泽复合材料科技有限公司，观摩成型装备及生产现场操作演示，在实践中学习高效、低成本、定制化的轻量化解决方案，共同探讨复合材料新技术、新应用和新发展，助力企业顶层设计及战略规划，在市场竞争中占据领先优势。
诚邀国内外复合材料生产企业、产业链上下游企业、专家学者和行业同仁莅临本次大会，进行学术交流和商务合作！
参 观 企 业
天津市天锻压力机有限公司
始建于1956年，是我国第一台液压机诞生地，坐落于中国北方经济中心、环渤海经济中心和国际港口城市—天津。历经60多年的积累、创新与发展，始终保持行业领军地位。公司以研发、生产、制造和装备液压机产线为主，研制航空航天和汽车轻量化等领域高端零部件及先进工艺为辅，集科研、生产、贸易、服务于一体的国家级高新技术企业。
作为国内液压机行业领跑者，国家制造业单项冠军示范企业，全国200家创建世界一流专精特新示范企业，经过数代人努力拼搏，“天锻”品牌液压机在国内外享有良好的口碑和市场美誉度。目前，公司紧紧围绕战略性新兴产业的发展，以工艺为中心，逐步做全做强产品产业链，可设计生产87种系列、1800余种规格的压力机及成套自动化产线，产品规格从10吨-70000吨，广泛应用于航空航天、新兴能源、汽车制造、船舶运输、轨道交通、石油化工、轻工家电等领域，不仅为国内重点项目、重大工程提供重型成形装备，且产品出口欧洲、美洲、东南亚等40余个国家和地区。
2022年8月天锻正式加入中国通用技术集团，站在新起点，依托央企平台赋能，服务国家重大战略，持续不断在卓越管理、科技创新、市场营销、机制改革、资源统筹等方面发力，把握历史机遇，奋进新征程。
廊坊市飞泽复合材料科技有限公司
成立于2019年2月，位于河北廊坊高新技术产业开发区内，注册资金1.8亿元人民币，最大股东是中国石化资本公司，通过股东资源的协同，促进公司跨越式发展。飞泽复材2021年底通过战略投资控股廊坊万泰复合材料有限责任公司。公司秉承“用 XIN SHI 干”的核心价值观，立足于复合材料轻量化核心业务，坚持“应用性、产业性、关键性、前瞻性”技术主导，兼顾“质量、成本、效率”三个维度，全面推进“新材料、新结构、新装备、新工艺、新方法”和“研发与量产”应用，专注为汽车、风电、轨道交通、航空航天等领域客户提供“结构设计、模拟分析、材料研发、工艺试制、试验验证、量产交付”的全流程解决方案。
飞泽复材是国内率先实现汽车领域碳纤维复合材料零部件大批量生产的高科技企业，公司拥有VARI、RTM、预浸料袋压（OOA）、预浸料模压、热压罐、拉挤等传统工艺，以及湿法模压、HP-RTM、Surface-RTM等新型工艺的研发、试制及量产能力，通过多个项目的量产交付，实现了碳纤维复合材料在汽车领域的规模化、快速化、自动化生产。
参观名额有限，先到先得！
