复合材料组件1级供应商- Collins Aerospace拥有悠久的历史，收购了开创模压部件领域的荷兰Thermoplastic Components公司，并制定了在热塑性复合材料部件领域实现增长的路线图。

复合材料吊舱，TPC零部件生产。 柯林斯航空航天航空结构组建了一支全球热塑性复合材料(TPC)团队，将其位于河滨（上图）的复合材料吊舱生产和TPC试点线与其在阿尔梅勒的TPC专业知识和生产线（插图）结合起来。来源（所有图片） |柯林斯航空航天

本次参观紧随CW 2023年文章，探讨了RTX子公司Collins Aerospace(美国北卡罗来纳州夏洛特)及其热塑性复合材料(TPC)吊舱结构作为先驱部件的路线图。

柯林斯航天河滨设施曾是军营，直到1952年罗尔接管，随后是古德里奇、UTC和柯林斯于2018年接管。柯林斯先进结构业务技术与创新战略主管克里斯蒂安·索里亚(Christian Soria)解释道：“它最初制造金属产品，后来发展为热固性(TS--Thermoset)复合材料，采用热压罐和非热压罐(OOA- out-of-autoclave)固化技术，现在正在推进TPC。TPC试点系列的设立，是因为我们希望继续利用每天制造生产零部件的专家，继续在技术从研发向工业转型的传统基础上继续发展。”

吊舱项目，复合材料开发

我们进入主制作楼，那里有一面“历史墙”展示过去和当前的节目。索里亚指出：“在过去20年里，我们几乎赢得了所有现代飞机和发动机更换机会的发动机吊舱业务。”其中包括空客A220、Embraer E2(巴西的支线飞机)、波音787和空客A350，以及配备普惠PW1100G齿轮涡扇发动机的A320 Neo。他补充道：“我们是唯一为该架构设计并认证了吊舱的供应商，包括所有新的分析和工具。”

A350风扇罩，IFS。他强调了机舱内部大型固定结构(IFS- large inner fixed structure)，指出该吊舱仍采用预预料，但在铺设和装配线上采用了更高水平的自动化。从材料角度看，他说：“我们设计的大多数项目都避免使用更稀有的高温材料。相反，我们采用了坚固的热防护系统，并开发了一种预产期，尽可能多地应用于结构的多个部分，这种方法规范了材料并提升了整体工厂效率。

“我们所有的外部吊舱结构大多是外蒙皮层压而非蜂窝结构，”他继续说道，“这使得制造速度更快。这些结构复杂，必须承受大压力差，需要施加雷击保护(LSP- lightning strike protection)，并在客户涂装中采用高质量的涂装。我们还必须满足声学和空气动力学的要求。因此，我们必须保持的表面质量和公差非常关键。”

B787内筒。索里亚展示了一体成型的复合材料内筒，采用经过声学处理的热固(TS-Thermoset)复合材料夹层结构。787吊舱进气口也是复合材料。“该项目极大推动了复合材料在恶劣环境中的广泛应用，取代了许多传统金属结构。他解释道，这个内筒没有接合件—这是我们开创的技术—可以避免由此产生的大规模声学噪音激增。”

“随着我们不断改进吊舱设计，我们计划几乎将整个结构都做成复合材料。对于OOA TS复合材料和TPC改装有许多潜在候选，尤其是像单通道项目这样目标为每月100架飞机的高频率项目。我们选择风扇整流罩作为先导，因为它包含了大型TPC航空结构所需的大部分技术元素，包括通过焊接实现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、体积和提升的效率都至关重要。”

工厂布局、工业化、培训中心

进入主生产大厅后，柯林斯航空航天航空结构业务部门技术负责人基思·里奇(Keith Ritchie)加入了我们。“发动机吊舱生产的流程从这栋楼的另一端开始，接收材料，”他解释道，“最终在这侧完成，零件被送出，多个产品线并行流通。”

走到这座生产大楼主通道中段时，里奇继续说道：“这里中央是许多制造工程师和支持人员所在的位置，他们可以直接部署到左右两侧的产品线。”他指向一组视频屏幕。“工厂各处你会看到这样的视觉控制，生产被跟踪，每个人都能随时知道零件的位置和需要处理的事项。我们不断改进生产线，采用更多传感器驱动和实时数据收集。”

穿过左侧的门，我们进入复合材料培训中心。“我们会邀请从新聘的复合材料铺层技术员到设计复合材料零件的工程师，向领导层提供支持，”里奇说。“我们不将他们分成独立的类别，而是希望他们共享不同的视角和观点。”金属工具排列在房间的右侧和后方，每个工具上方安装着来自加拿大安大略省滑铁卢的Virtek Vision的双激光投影仪。根据真实的发动机吊舱程序，为不同零件和变体（例如左手和右手外蒙皮）设置了九个工作站。“这些都是真实的工具、材料和生产计划系统，”他补充道，“用来精确复制技术人员在现场的工作，从阅读图纸到铺设、装袋、固化以及获取所有质量检验印章。培训结合了课堂和实践课程。”

胶接车间

我们离开培训中心，左转进入由这栋建筑左侧部分组成的粘合剂车间。"这里有三个工位，"索里亚解释道。"中间的那个工位负责切割和组装层压板，用于两侧的铺层工位。这些工位用于生产A220和E2(巴西制造的一款支线飞机)组件，我们在这里进行手工铺层预浸料的工作。"每个工位同样配备了双台Virtek激光投影仪。这些铺层工艺通过工具设计优化热压管容量，使每件工具实现多个零件，降低能源消耗。用完的预浸料套装背纸放在大推车上。推车很快会回到中央切割区补充货物。索里亚指出：“我们越来越意识到我们所做事情的可持续性。”“我们认为TPC和OOA TS是减少浪费、进一步提升能源使用的重要组成部分。”

RFI. 我们走向这个海湾的尽头，到达树脂薄膜注入(RFI)站，用于A220吊舱内筒体。这里有四个干纤维铺层站，每个站都配有四个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，然后是干型无卷曲织物(NCF)和树脂薄膜，接着是真空袋，然后在热压罐中固化。我们之所以选择RFI，是因为NCF相对于刚性芯轴上的平纹预浸料，具有更好的铺展性，这提高了效率和整体周期时间。

“我们讨论将TS转换为TPC，因为它还能提高生产效率并消除浪费，” 索里亚继续说道。“消耗品是其中的重要组成部分—不仅是真空袋材料，还有固化工具，比如我们在固化过程中用来维持TS复合材料板上三个欧米伽加劲性形状的芯棒。通过TPC冲压成型和焊接，自动化可以应用于这些步骤，我们相信能够显著提高一致性并减少许多次级元素的浪费。”

网状树脂工作站。"吊舱风扇管道内的多数结构都有穿孔的外壳以降低噪音，我们的大多数穿孔外壳都是预先处理的，"里奇特指出。"然后添加粘合薄膜，并需要将其网状化—换句话说，从孔中吹出来。"这一过程的自动化单元配备了一个机器人，机器人中心有一个加热器，周围环绕着由阻挡门外壳组成的转盘。

装备舱，AFP小组。我们穿过两个胶接室之间的配装舱，里面有两台来自Gerber Technology的自动切割机，一家位于康涅狄格州托兰的Lectra公司，还有呼吸材料架，以及房间最右后方的四个额外切割机。接着我们进入第二个胶接房间。“这边主要是为A350发动机吊舱准备的，”索里亚说。“你会看到左侧的大型固定结构(IFS)，右侧的入口，主要使用手置层，但我们也使用自动铺丝(AFP)工作站来进行IFS蒙皮分层。”我们面前的科里奥利复合材料(法国魁文)AFP系统一侧装载IFS工具，另一侧则在进行铺设。

在Riverside的一条静态生产线上手工铺设吊舱结构层压板（顶部）。这种用于A350吊舱的内部固定结构（IFS）（底部）在钻出满足声学要求的孔洞后，看起来几乎透明。

 

脉冲线用于IFS。索里亚转身指着IFS铺放的脉动线，这个通道由五个站组成，位于夹层上，沿着轨道向下移动。 “另一个停机区的线路是固定的，从停机到袋装的所有步骤都在每个站点完成，”他解释道。“但这里，我们让工具不断移动，每个站点都有技术人员负责这部分铺设。这些脉冲线上的部件体积更大，需要的步骤比静态线上的部件更多。当我们的团队进行优化这一铺设工艺的研究时，脉冲线为他们带来了足够的节省，证明了这样做的合理性。这是一个连续的过程，因为随着夹层向下移动，新的连接会被移到起点。车站数量可以增加或减少。这些线路始终在优化以满足当前需求。”

在胶结室的另一端，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年代起就深植于我们的基因。你们会在这个设施看到这些成果，并且它正在不断被付诸实践，测量每一步的周期时间。”

里奇指出，这同样借鉴了多重视角。“我会见技术人员、工程和领导层拿着笔记本和秒表，评估我们的低效之处，以及改进之道。我们谈论通过自动化提升效率，但这同样需要投资，并非万能的解决方案。关键在于找到合适的平衡点，并进行贸易研究。”

热压罐，钻孔

我们离开了胶接室，来到一个沿着外墙上有9个热压罐的区域。“零件来自这些热压罐里的两个置放室和粘合室，用于固化，”索里亚说。“然后我们最后还有检查站。”我们走出这个房间，穿过主通道，进入建筑右侧的第二个热压罐区。该区域右侧有三个热压罐，左侧为零件脱烫，最左侧则有一个穿孔区。最右侧还有额外的检查站。工具清理和维护也在此领域进行。

当我们走向穿孔区域时，会经过因蒙皮上钻孔而几乎透明的IFS结构。“蒙皮已经预处理好，树脂闪光被去除，零件会被运到多头钻孔系统，”里奇说。这里，四个位于法国安纳西的克雷诺机器人工作站，每个配备多根钻孔轴，能快速开出数千个钻孔。当现有钻头磨损时，多个钻头都可以随时更换，所以没有停机时间。“这些蒙皮随后会被检查，因为孔不能被堵塞，且每表面积的孔数是我们必须满足的质量要求，”他补充道。

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。

“这也展示了我们对TS复合材料的全面经验以及我们的历史和演变，” 索里亚在我们走出大楼时说道。“我们想展示这些，让你了解我们为何在这里进行TPC开发。这种工业专业知识和经验与现有真实零件制造共存，帮助我们在开发过程中剔除许多缺陷，同时不断完善工艺。与我们今天看到的TS不同，TS通常非常依赖工具和基础设施，TPC的流程更灵活和灵活。所以，我们在这里开发技术，同时可以根据需要调整它。”

TPC试验生产线

当我们进入设有试验生产线的建筑时，参观嘉宾还包括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)和柯林斯航天热塑性塑料技术开发总监大卫·曼滕(David Manten)。他们解释说，这条试点线是围绕风扇罩探路人构建的，这是一种带有较大厚度外壳的加固结构，但有许多开口，包括多个门以便进入。配备了Z形和空心帽式加劲肋，金属部件和防滑板都必须安装。范·图伦补充道：“这对我们来说是完美的探路设施，因为你在飞机结构中看到的所有元素都集中在一个部件上。”

ATL用的胶带。我们走到左侧一个区域，那里有一台Boikon(荷兰利克)Falko高速(最高可达450平方米/小时)自动铺带机(ATL)。范·图伦说：“我们接收12英寸宽的胶带，然后在阿尔梅勒被切成约2英寸宽，然后送到这里。”“在这个ATL，我们只是用超声波加热把胶带粘合在一起。”

预固化，冲压成型。曼滕表示，在预固化阶段，会进行印章成形。接着，这些粘合的坯料会经历一个固化周期，以排出所有空气，形成一个坚实的板材。"只有在这之后，才会进行热成型。" 范·图伦指出，通常会有两台不同的机器分别用于预固化和印章成形。

目前，试纸线使用的是一台Pinette Emidecau Industries(爱德华王子岛，法国沙隆苏尔萨讷)245公吨压机。“预固结后，我们切换到印模成型模式。左侧有一个红外(IR)烤箱，可以将毛坯全热，” 范·图伦继续说道。这也是为什么你需要先进行预固结，达到均匀层，以便快速将热量从外层传导到内层。然后加热后的毛坯从烤箱中输送到一组匹配的模具中，模具会迅速封闭。然后你进行冲压成型，将零件冷却到一定温度，然后从模具中取出。”

冲压、融合接合。“我们打算尽可能多地用冲压成型制造零件，” 范·图伦说。“我们大部分冲压成型都在荷兰的阿尔梅勒工厂进行，但我们这里也有一些研究能力。”他展示了几年前开发的风扇罩的TPC 纵向加强件，带有轻微弯曲和局部垫层。他将此与半圆形风扇罩所需的三个空心帽式加劲板形成对比。

曼滕说：“纵向加强件是一个更复杂且重要的部分。”“除了弯曲外，其厚度也有所变化，优化到加劲肋盖最厚，法兰上则用较薄的层压板。纤维的方向也随加劲板弯曲方向变化，而侧面则需要更多45°的夹层。”

“而且这个纵向加强件比以往的冲压成型还要大，”范·图伦说。“所以，这些纵向加强件是通过一种叫做熔变成型的工艺，将多个冲压成型的段块整合成一个大型弯曲的加劲板制成的。”这些分段件被放置在成型的金属工具上，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，没有任何部件是完全熔化的。你只是在界面处熔化。但对于这个子组件，你要熔化整个截面，使零件熔合在一起。这更像是共固结。”

AFP蒙皮。集成的纵向加强件将焊接到风扇罩外壳上，该罩的蒙皮采用AFP工艺制造。我们走到TPC飞行线大楼后方的AFP房间，那里有一个Coriolis Composites C1机器人AFP工作站。范·图伦说：“这些蒙皮具有双重曲率，外侧也需要LSP。”“同样，我们从固结前胶带开始，但现在用0.25英寸宽的胶带，而不是ATL的2英寸宽，因为这需要能够形成风扇罩的复合曲率。胶带经过激光加热并贴在铺层工具上。它不是原位固结(ISC- in situ consolidation )，因为我们的目标是尽快铺放。

索里亚解释道：“并不是我们不相信使用ISC，因为我们业务的其他领域也在应用ISC。这对风扇罩蒙皮来说根本说不通。它更适合旋转结构，比如管子和圆柱体。但这些是开放式面板，所以在自动铺设过程中很难施加压力并实现完全固结。

范·图伦指出："我们还开发了一种特殊的解决方案，用于处理第一层材料以及使其与工具贴合的方法。当前的AFP设置基本上能够支持三种不同类型的活动。对于风扇整流罩，我们主要使用该机器与传统层压工艺在正型和负型模具上进行操作；我们还有一个尾座，因此我们可以在旋转轴上进行层压；我们还有一个独立的工位，机器人可以到达那里并制作平面板，用于在特定材料的过程开发中调整参数。"

VBO固结。完成的蒙皮被真空袋装进步入式烤箱(威斯康星烤箱，威斯康星州东特洛伊，美国)，范·图伦说。“但如果你想要快速且节能的生产，你不会加热空气，而是加热只有几毫米厚的壳体工具。所以，这不是最终解决方案，但它证明我们不需要热压罐。”(VBO-vacuum bag-only)

焊接。 我们走出AFP房间，走到建筑前部焊接区，看到生产线上用的铝制风扇罩的模具。“这是我们内部的感应焊接系统和焊接工具，”范·图伦说。“纵向加强件和加固件放在工具内部，外蒙皮覆盖在上面，然后将零件焊接在一起。机器人被编程为沿着弯曲的焊缝线轨迹移动。我们还在研究多种焊接和接合技术。”

索里亚补充道：“我们有很多不同的零件和各种部件的变体，”我们认为一种焊接方式无法适用于所有这些应用。”

范·图伦继续说：“我们将用超声波焊接焊接一个风扇罩。”“超声波是一项非常古老的技术，有许多不同的变体。我们也在探索振动焊接。它的周期时间只有几秒，常用于汽车焊接大灯组件等部件。而在传导焊接中，我们只在焊接表面将热导导到零件中。”

“对于某些配置，这种技术效果更好，”曼滕说。“对于每种配置，都有一种焊接技术效果最佳。我们必须对此进行检测。这取决于产品、焊接区域以及你需要遵循的形状。”

“我之前说过，我们一直在进行贸易研究，平衡所有要求，”索里亚补充道。“我们最希望的是对所有这些能力有良好的理解和了解，这样在设计这些零件时，才能在贸易研究中进行优化。”

NDT，喷漆。范·图伦指出，无损检测(NDT-Nondestructive testing)也是重要组成部分。“但你需要确保有参考标准，这样你才能知道你在看什么，同时你还需要零件和组件的标准。我们也在为此工作，并利用各种技术。关键是要看到整个焊接的完整性，同时拥有一种快速且可扩展的方法。

“喷漆也是我们正在努力的方向，”他继续说道。“这和热固性仪其实没什么不同，但你得去了解一下。你需要确保表面干净，LSP能正常工作。我们在丘拉维斯塔有雷击测试能力。因此，同时进行大量工程测试，确保我们生产的产品不仅仅是展示品，而是在飞行中有效。我们现场设有完整的材料和测试实验室，可以进行叠接剪切和拉脱测试，这也是我们对油漆的检测。”

荷兰阿尔梅勒设施参观:DTC的发展历程

CW在阿尔梅勒的柯林斯航天公司参观由曼滕带领，开篇介绍了此前荷兰热塑性元件公司(DTC)的历史。“90年代初，我在代尔夫特大学学习的TPC有大量开发工作。福克已经在其中工作，TPC的许多领导者都来自那里，包括米歇尔·范·图伦(柯林斯航天)、阿恩特·奥夫林加-Arnt Offringa(福克)和维南德·科克-Winand Kok(东丽和Spira RTC)。我1995年毕业时，这些公司都在几个月内成立，包括KVE复合材料和Airborne。到1998年，我正式成立了DTC。

从阿尔梅勒“U”生产大厅顶部上方俯瞰，自动切割室位于右侧，中间有七台冲压机，坐标测量机（CMM-coordinate measuring machine ）和无损检测（NDT）房间（未显示）位于夹层下方（左侧）。

曼滕说：“我们主要在制作原型，包括为波音设计的烟雾探测器外壳，与他们在西雅图的研发技术部门合作，并参与了他们的首个热塑性冲压规范” 。“1999年，我们与KVE签订合同，为波音777演示TPC方向舵肋。随后我们获得了多尼尔328起落襟翼肋骨的合同。它是TS复合结构，但肋骨使用碳纤维/聚醚酰亚胺。我们继续进行航空航天原型、小型制造项目，比如滑雪头盔和一些汽车原型。

“然后是波音787，因为我们符合工艺规范，2006-2007年获得了零件工作包的机会，”曼滕说。“我们安装了超声波测试(UT-ultrasonic testing)、数控加工，人数增长到10-15人。该生产在2011年开始加速，但我们也从2009年开始与Premium Aerotec（现为空中客车Aerostructures）合作，到2012年，A350已有800个零件编号。我们增加了更多设备，到2016年人数增长到85人。”

当时空客和波音使用的材料包括来自荷兰奈维达尔的Toray Advanced Composites的Cetex CF增强聚苯硫醚(PPS)编织层压板。曼滕说：“2015年至2020年间，我们增加了许多不同的工艺，使得能够用单向(UD)胶带制造零件，同时也使用了PEKK和PAEK聚合物。我们安装了Boikon ATL、胶带分片机以及更多自动化工艺，包括穿梭压机固结和连续压缩成型(CCM-continuous compression molding)。我们还扩展了工具车间，现在几乎所有工具都自行生产。”

底部所示的压床位于“U”的另一侧，用于预先合并无向（UD）胶带层压，并成型较大部件，如TPC风扇罩的帽型纵向加强

事实上，所有必要的工艺都在内部完成：原材料切割、格式化和铺设、巩固、冲压、加工、检验和涂装。“成品零件已准备好运送装配线，”曼滕说。“几年前，我们也开始开发某些焊接和聚变成型技术。我们还做一些桌面组装，把小零件固定在某些支架上。

曼滕说：“2016年，我们开始与柯林斯航天合作，开发用于吊舱风扇罩的TPC 纵向加强件原型，并于2021年成为柯林斯高级结构的一部分。”“我们这里做的是TPC零件行业中非常专业化的技术，行业规模仍然相对较小。这种能力完全取决于我们积累的专业知识。不仅仅是机器，人在这个故事中至关重要，我们多年来积累的技术来制造工具和组装零件。”

TPC时代

曼滕表示，期待已久的TPC时代确实正在到来，包括新一代单通道飞机(NGSA-next-generation single-aisle)的零件。“A350上已经有1万个TPC零件，但它们都是小巧、相对简单的零件，787也是如此。我认为焊接的TPC机身会到来，但不会用于下一架飞机。”

曼滕还认为，近期将出现更多混合热塑性和TS结构，以及大型TPC零件。他指出：“TPC的地板梁是为MFFD制造的。”“做NGSA所需的这些零件量实际上是每年10万个。”那在垂直和水平尾翼(VTP、HTP)中使用TPC零件怎么样？虽然这些飞机部件远小于机翼，但每月75架飞机的产量——这是空客希望在2027年前实现的A320系列的产量——将具有挑战性。曼滕指出，A320升降舵中已经有TPC肋骨。与此同时，位于不来梅的空客航空结构公司在2024年ITHEC大会上宣布，已开始生产TPC肋骨，并于2025年1月启用了据称是全球最大的热塑性压榨机。

“但当A350垂直尾翼投入生产时，这项技术还不具备，”他说。“当时唯一的选择是用CF/PPS织物做肋骨，但这种结构不如UD材料适合垂直尾翼。更大型的部件正在开发中，材料也在进行筛选。NGSA上会有很多TPC组件，但机械组装仍然很多，焊接工作会逐步推进。我想我们都明白，在主结构中进行焊接资格认证是一项艰巨的工作。现在有一些焊接结构在飞，但没有一条是用UD胶带完成的。仍然需要发展以建立流程并使其获得资格认证。我们正在推进焊接到更大更复杂的部件，这并不容易，但正在实现。”

生产车间、材料、切割

Collins Aerospace Almere生产了2500+个不同零件号的TPC夹具和支架，起始于CF/PPS板材等材料，这些材料通过嵌套软件和自动切割切割成层。废弃物“骨架”由螺旋RTC回收并再利用。

“自2009年以来，我们一直使用这栋楼，”曼滕在我们进入大型制作大厅时说道。流程呈U形，进入一侧是切割、冲压和精加工区，另一侧是材料存储、胶带实验室、CCM线路和工具车间。

我们从流程的起点开始，材料储存在“U”字的顶部。曼滕说：“我们目前所有的商用飞机生产都基于织物增强热塑性塑料，主要是CF/PPS。”“这包括所有以东丽(Toray)为起点的角片、支架和肋—之前是TenCate。该材料不像TS预售那样需要冷冻保存，每种材料厚度都是独立的零件编号，材料为空中客车、波音和巴西指定。”

我们向右走，一名技术员正将一张大型预合并板搬到一个封闭房间的自动切割台前。曼滕解释道：“我们把层压板切割成板状，然后用它们压制零件。”“我们在ERP系统中提前查看下周会有哪些零件上线，用相同材料制成的零件会输入到切割系统的软件中，以实现这些层块的最佳嵌套，减少浪费。”PROfirst CAD/CAM软件(PROfirst集团，德国格拉本施泰特)用于Masterwood(意大利里米尼)切割系统。这些薄片被组装成坯料并进行修剪，然后准备进行冲印成型。

冲压

每个零件都有自己的食谱，包含在其数字旅行者通过毛坯的条码访问。我们看到平面毛坯被转换成一个形状。曼滕说:“这是A350或787机身的典型连接角片，用于将机身框架连接到机身表面。”这边有七台冲压机(德国格劳考的Rucks)，它们使用铝或钢匹配的工具组。

每台冲压机后方的红外线烤箱预热毛坯约2.5分钟，烤箱打开，毛坯被送至压机的下部公模具上，压机立即关闭。工具组也经过加热，但低于TPC基材的熔点。曼滕指出：“该角片的总周期时间为5分钟，但成型时间取决于零件厚度和形状。”“这是一个相对较薄且形状简单的部分。”

我们经过一组柯林斯航天探路者风扇罩的帽子加固件和一台内置弯曲金属凸模工具的压机。曼滕说：“这里我们用可变厚度的毛坯和UD胶带制作了一个更复杂的零件，这让我们能够本地定制层压材料。”“用Cetex板材制造零件就像冲压薄铁板一样，因为它们厚度很低。但对于更大、结构更强的部件，UD胶带可以调节厚度的递减。否则，这些部件实在太重了。”

检查，关键绩效指标

UD材料在磁带实验室（上方）制备，并整合在压制线或CCM线中（见此处，第二层向下）。所有零件在数控加工单元（底部）进行最终修整/钻孔前，均使用三坐标测量（CMM）进行检查。

我们从“U”形左侧穿过一条走道到右侧，然后左转。大约中段处有一个房间，里面有三台来自日本神奈川三丰丰的Crysta-Apex坐标测量机(CMM)和一名技术员扫描零件。“我们用这些设备定位零件，然后开始加工，” 曼滕说。“我们根据客户和制造速度，生产数千种不同尺寸的零件编号。CMM用于确认每个零件的几何形状是否在预定位置，然后才进入CNC加工系统。”

CMM室外有一个大型展示，显示关键绩效指标(KPI)。该设施的董事总经理亚历山大·甘恩(Alexander Gahn)加入了参观，并解释这是柯林斯航空航天航空结构公司精益制造体系的一部分。“它准确告诉我们身处何地，”他说。“颜色表示我们是否在目标上，或者是否需要采取行动。它能持续监控我们的生产情况，以及我们在安全、周期时间、废品等方面是否符合要求。”

我们经过垂直堆叠的塑料箱，每个箱子里装满了TPC零件。“每个盒子里都有不同的零件号，” 亚历山大·加恩(Alexander Gahn)说。“我们有2500到3000个不同的零件编号在生产，每个生产速度都不一样。”

接下来，我们进入无损检测室，这里配备了Omniscan MX2 UT系统，包括一个C扫描罐(奥林巴斯，现为日本东京Evident的一部分)。“对于某些产品，我们会进行100%检测，而另一些则采用采样方式，” 加恩,说。“我们使用基于水箱的脉冲回声系统，根据不同客户的资格认证，同时也获得了NADCAP对此次无损检测的资格。”零件需手动放入罐中，然后逐一扫描。“但对于这些小零件，典型的周期时间接近印刷机，所以这已经足够快了，”他解释道。“简单手动，但效果非常好。”

胶带实验室，CCM

NDT区对面是胶带实验室。“这里是我们自己制作底片和面板的地方，” 曼滕说。“根据不同部位，我们用ATL或手工铺放。而在热塑性塑料中，手工铺层其实没那么糟，因为这些产品不粘稠，铺设时间其实非常短。”

我们走出胶带实验室，继续前行，看到一台自动的Rucks穿梭机，用于整合这些自制层压板。“我们要么用这个压榨机，要么用CCM机器，” 曼滕说。“对于压榨机，我们首先将材料装入钢板之间。这些压榨机随后装入压榨机，压榨机执行加热循环后立即关闭压缩，通常为半小时的周期。这个工艺的好处是你可以制作厚度有变化的层压板。虽然没有Cetex纸那么大，但用UD胶带的复杂度是更高的。”

另一种固结工艺使用CCM生产线，从胶带实验室送入大卷，并将其压入加热模具之间，模具在胶带被拉出时开合。虽然该系列设计用于平面层压板——目前最多可包含36层板——但它也能制作成型型材。附近堆放着类似的例子。

机械加工、喷漆、工具加工

离开这里时，我们看到一箱自动切割机的CF/PPS修剪骨骼。曼滕说：“我们与Spiral RTC(荷兰恩斯赫德)合作，回收和再利用所有这些废弃物。”接着，我们进入加工区，设有六个五轴加工单元，这些单元位于生产车间的这一端，冲压后零件的加工。曼滕指出ARES封闭式单元(CMS，意大利佐格诺)：“这是标准加工技术，但对这些零件效果良好。”

参观的最后一个区域是建筑尽头的刀具生产车间，配备了三台来自美国加利福尼亚州奥克斯纳德Haas Automation的数控生产单元、一台DNM 750L II单元(DN Solutions，韩国首尔)以及满载机械加工工具的机架。“这些展示了我们在TPC部件中产生的复杂性，”曼滕说。有一系列用于批量生产的工具，也有由不同组件组成的更复杂工具。大多数钢材产量较高，但也使用铝材。

“我们还有一个车间，专门做边缘密封—在修剪过的边缘上涂一层树脂—和涂层，”他继续说道。“有些零件需要这种隔离，防止附近有铝时发生电腐蚀。虽然大多数零件不上漆，但有些需要底漆。”

走出生产大厅时，我问起这个设施的未来。“我们正在规划增长，”曼滕总结道。

编后语

使用热塑复材+热固复材，使得柯林斯公司制造的吊舱结构，几乎全部是复合材料的。这其中除风扇罩、内筒外，最亮眼的是787吊舱前缘（在本文之前缘类组件大多是铝合金的）。

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

杨超凡