先进热塑性复材传统的创新
来源：杨超凡
ATC Manufacturing工厂ATC Manufacturing 专注于实现热塑性复合材料的全部潜力。
ATC Manufacturing（美国爱达荷州Post Falls）二十多年来一直为航空航天和国防工业提供先进的复合材料解决方案。这家总部位于爱达荷州的公司由前波音丹·约根森(Dan Jorgensen)于2004年创立，致力于成为将热塑性复合材料用于航空航天零件和结构的先驱。如今，该公司继续专注于连续纤维热塑性复合材料，为各种航空航天应用提供耐用、轻便和高性能的零件。
ATC业务开发经理杰森·梅里菲尔德(Jason Merrifield)解释说：“我们的重点是热塑性塑料可以真正发光的高速率、节省成本的应用。”。“想象一下，每隔几分钟冲压一个新零件，而不是铺设和固化零件；这是一个更有效的过程。”
该公司表示，其两个核心工艺—连续压缩成型(CCM- continuous compression molding)和冲压成型(stamp forming)—使其能够快速生产复杂的复合材料零件，其劳动力成本仅为传统热固性铺层的一小部分，并减少了材料浪费。这些工艺的速度和效率使其非常适合一系列航空航天部件，从简单的角片和支架到更大的结构零件和更复杂的组件。ATC与波音公司就此类零件签订了长期协议，并直接与波音公司以及包括Spirit Aerosystems和Leonardo在内的该公司的一级供应商(Tier)合作。
ATC的连续压缩成型能力可以生产更大的结构零件，如肋和座舱隔板。
梅里菲尔德说：“当我们以汽车价格谈论航空航天零件时，热塑性塑料绝对是一个候选者，因为你可以快速扩大规模。”。“任何有大量零件的地方，都是热塑性塑料真正擅长的地方。”
除了角片和支架外，该公司还能够生产具有较长轮廓的较大热塑性复合材料零件—这些零件通常更昂贵，因为它们通常由金属或热固性材料制成。
梅里菲尔德说：“肋、控制面、座舱隔板、门框——我们的CCM能够为这些应用制造长C形截面型材、工字梁和类似零件。”。
什么是连续压缩成型？
在连续压缩成型（CCM）中，纤维增强热塑性预浸料或带的连续进料在加热的压缩模具中固结和/或成型。材料从筒子架中送入，形成堆铺层，构成成品层压板。通过循环打开和关闭的进料工作站，将预浸料通过压机工作站，通常一次一英寸，实现了近乎无休止的生产。当材料被拉过压缩模具时，它会穿过多个区域，这些区域被指定为将预浸料聚合物加热到熔点，然后以受控的速率将其冷却，以产生高机械性能所需的结晶度。出现的层压板完全固结。
CCM系统也可以生产成形型材，如ATC的四轴CCM型材机。它由与ATC的扁平层压CCM生产线相同的基于筒子架的系统供电，而是输出C、T、H、J、U和其他用于各种航空航天零件的复杂形状。当平层压板CCM生产线有一组在一个方向上移动的液压致动器时，成形轮廓CCM有在两个方向上运动的致动器，向形成形状的四件式模具施加压力。当完全固结的形状出现时，它被切成一定长度。
为了深入了解ATC的流程，Jeff Sloan在2021年参观了Post Falls工厂。
注重高速生产、可持续发展
ATC占据的利基市场是设计的。该公司的成立旨在利用先进的热塑性塑料技术来满足航空航天业对更坚固、更轻材料日益增长的需求。虽然传统的热固性复合材料继续在工业中广泛使用，但它们在可回收性和高速可扩展性方面仍然存在局限性。热塑性塑料提供了一种替代品，这种材料不仅可以满足航空航天规范，包括减轻重量和强度，还可以提供优化生产和可持续性的途径。梅里菲尔德解释说，由于循环时间短，热塑性复合材料的加工速度自然很高。
从一开始，ATC的目标就是在不影响质量的情况下优化生产效率、缩短生产时间和降低成本。这促使了对最新自动化系统的早期战略投资，并发展了复合材料成型技术的内部专业知识。现在，该公司经营着一个67000平方英尺的工厂，配备了自动化装配线、精密成型工具和先进的测试实验室。它提供一系列服务，包括定制模具设计和通过CCM和冲压成型的大批量生产。其他操作包括CNC修整和精加工，以及包括无损检测(NDI-Nondestructive Inspection)和研发在内的质量检查。
ATC制造通过AS9100和Nadcap认证。该公司符合国际武器贸易条例(ITAR)，并致力于网络安全成熟度模型认证(CMMC)和受控非机密信息(CUI)认证。
对未来的展望
虽然航空航天仍然是ATC业务的核心，但该公司确实着眼于新市场，并一直在寻求进一步利用热塑性塑料潜力的方法。这包括城市空中交通(UAM- urban air mobility)等新兴市场，在这些市场，高生产率和严格的航空航天要求的结合直接发挥了公司的优势。在UAM领域，该公司正在寻找肋、控制面、结构梁和支架等应用，以及座椅靠背组件等应用的结构零件。
ATC还投资于研究，以改善热塑性复合材料的性能特性，使其在下一代航空航天和工业应用中更加通用。该公司与美国航空航天材料制造中心技术中心、热塑性复合材料研究中心(TPRC)、材料与工艺工程进步学会(SAMPE)和美国复合材料制造协会(ACMA)等行业组织合作。梅里菲尔德说，这些协作平台帮助ATC保持领先于最新的材料和工艺发展。该公司还使用CW的顶级商店基准调查(Top Shops Benchmarking Survey)等工具，该调查已经参与了5年，以帮助其持续改进实践，并了解其与行业同行的绩效。
梅里菲尔德说：“这些小组提供了一个良好的协作环境，在这里我们可以看到行业在热塑性塑料方面的关注点和客户的需求，这样我们就可以做好准备，承担其中的一些工作。”。未来的大部分工作涉及热塑性塑料益处的教育和验证，以及克服对可能性的误解。
梅里菲尔德说：“我们试图在项目的早期阶段进行合作，从一开始就影响设计，而不是事后影响。”。“与热固性塑料中的纤维相同，热塑性塑料中也可以使用。T700s、T1100s—所有标准模量和中间模量—所有这些纤维以及机织物仍然可用。竞争环境比你想象的要公平一些。”
在ATC展望未来时，梅里菲尔德表示，重点是发展业务，并影响其服务的更广泛的行业，以塑造热塑性复合材料的未来利用方式。通过拥抱自动化和数字化，该公司的目标是继续在精度和可扩展性方面设定基准。
梅里菲尔德说：“我们不仅仅是一家工厂，我们还积极参与推动这项技术的发展。”。“我们知道热塑性塑料并不是所有应用的答案，但在速度、成本和性能至关重要的地方，我们相信它们具有真正的竞争优势。”
原文由Bruce Shaw 肖志军发来。《A legacy of innovation in advanced thermoplastic composites》 2025.1.25
杨超凡 2025.1.30
