【簡介：】不可以，比較差。飛行器上的碳槳具有高強度、高韌性、耐磨性好，良好的耐熱性，尺寸穩(wěn)定性好，良好的注塑成型性能和外觀，著色性能好，更換為尼龍槳或木漿會使它的性能大幅度降低，會變差

不可以，比較差。飛行器上的碳槳具有高強度、高韌性、耐磨性好，良好的耐熱性，尺寸穩(wěn)定性好，良好的注塑成型性能和外觀，著色性能好，更換為尼龍槳或木漿會使它的性能大幅度降低，會變差。

飛行器制造商尋找高速生產(chǎn)的復(fù)合材料技術(shù)

高速生產(chǎn)復(fù)合材料的技術(shù)是什么？可能是熱塑性復(fù)合材料+機器人自動化鋪放+原位檢測和固化這樣的技術(shù)，而現(xiàn)在這些技術(shù)都在成熟中，而且每年都有眾多的報道來驗證其提升的技術(shù)和制造成熟度。之前一二十年，是黑與白的競爭，熱固性復(fù)合材料替代鋁合金成為主承力結(jié)構(gòu)材料，現(xiàn)在新的競爭者已經(jīng)出現(xiàn)，未來可能還有黑吃黑的競爭，那就是熱塑性復(fù)合材料替代熱固性復(fù)合材料，這就是航空制造業(yè)的魅力。

復(fù)合材料制造雜志5月報道稱，新的復(fù)合材料技術(shù)將有助于滿足民用飛機不斷增長的需求。2018年，民航公司在全球范圍內(nèi)創(chuàng)造了創(chuàng)紀錄的43億乘客（國際民用航空協(xié)會），到2037年，這一數(shù)字可能達到82億（國際航空運輸協(xié)會）。為了服務(wù)這些乘客，研究公司德勤估計飛機制造商將在未來20年內(nèi)生產(chǎn)超過36700架飛機――甚至不包括來自地區(qū)航空公司的飛機訂單。

飛機公司已經(jīng)在加大制造力度。斯普利特航空系統(tǒng)公司研究和技術(shù)高級主管Eric Hein表示，公司支持的平臺如波音787和空中客車A350的生產(chǎn)速度繼續(xù)提高。這給復(fù)合材料行業(yè)帶來了壓力，因為飛機制造商一直在穩(wěn)步增加其飛機上使用的復(fù)合材料的比例。例如，波音787的機體由50％的先進復(fù)合材料制成。

Eric Hein表示：“復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)速度提高對商業(yè)航空航天業(yè)非常重要，因為它對復(fù)合材料飛機結(jié)構(gòu)的需求持續(xù)增長。與金屬相比，復(fù)合材料具有許多優(yōu)點。這些包括重量、可定制性、自動化機遇和服役性能?！?/p>

當今飛機中的復(fù)合材料主要用于容納發(fā)動機、燃料或其他設(shè)備的短艙、流線型外殼或儲罐?！暗?，未來的單通道機身結(jié)構(gòu)可能含有大量的復(fù)合材料，”Hein補充道。

更多地使用復(fù)合材料將有助于減輕這些新設(shè)計的重量，這對于想要減少飛機碳足跡的運營商來說是一個重要的考慮因素。但也有經(jīng)濟因素在發(fā)揮作用。

“由于規(guī)模經(jīng)濟和更快的上市時間，復(fù)合材料制造中的速度和批量的增加導致成本降低。”通用原子航空系統(tǒng)公司（GA-ASI）的創(chuàng)新負責人John Geriguis表示。復(fù)合材料的使用也滿足了客戶對降低擁有成本的需求，而不僅僅是飛機的初始成本。

Geriguis補充道：“飛機的燃料使用、維護、可靠性和可用性在總成本中起著重要作用。設(shè)計和制造的可生產(chǎn)、重量更輕、單元化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，對于降低啟動成本、維護成本和燃料消耗是至關(guān)重要的?！?/p>

承載人們短距離交通的新型城市空中運輸服務(wù)將增加對更快速的復(fù)合材料制造技術(shù)的需求。一些公司，如優(yōu)步Elevate，Joby航空和德國的Volocopter正在開發(fā)各種小型電動飛行器，每次充電可行駛150英里。這些飛行器可以在上下班途中運送上班族或在兩個城市之間短途跳躍。雖然一些飛行器最初將由飛行員操作，但目標是最終讓它們自主運行。

“這些飛行器必須由復(fù)合材料制成，因為它們必須是輕量化的?！睆?fù)合自動化有限公司總裁John Melilli說。由于這些服務(wù)無處不在，因此需要數(shù)千架飛機?！爱斔麄冋?wù)摻ㄔ斐鞘酗w行器時，他們并不是在談?wù)撁吭陆ㄔ?0或40架，他們談?wù)摰氖敲吭陆ㄔ?00至1000架?！?/p>

改進技術(shù)

制造商目前使用手工鋪放和熱壓罐固化生產(chǎn)許多熱固性復(fù)合材料飛行器零件。這是一個勞動和資本密集型的工藝。

今天的大部分制造設(shè)備也不是為提高生產(chǎn)速度而設(shè)計的。零件的具體設(shè)計細節(jié)，包括其幾何形狀和層板堆疊，可能會限制設(shè)備的進給和速度。聯(lián)邦航空管理局復(fù)合材料的首席科學和技術(shù)顧問Larry Ilcewicz表示：“例如，根據(jù)局部零件曲率、橫截面積、層板開始和終止以及其他設(shè)計細節(jié)，設(shè)備將不得不放慢速度以完成任務(wù)并避免產(chǎn)生不希望的制造缺陷。”

滿足不斷增長的需求所需要的是能夠?qū)崿F(xiàn)可擴展和可變制造速度的工藝。Melilli說，制造商必須找到能夠?qū)⑸a(chǎn)從手動操作轉(zhuǎn)移到自動操作的工藝，從需要進入高壓罐的樹脂系統(tǒng)到可以不用熱壓罐就生產(chǎn)零件的系統(tǒng)。

斯普利特航空系統(tǒng)目前正在研究可改善性能、加工和成本的新材料系統(tǒng)。它還在開發(fā)新的高速沉積工藝。Hein指出：“材料沉積速度和固化時間是提高制造成本和產(chǎn)量的關(guān)鍵?！?/p>

航空航天復(fù)合材料制造商開始圍繞快速固化樹脂系統(tǒng)研究和構(gòu)建工藝。固化時間的改善最終終結(jié)熱壓罐或烘箱這種潛在的生產(chǎn)瓶頸。

熱塑性的可能性

復(fù)合材料零件制造商正在試驗各種非熱壓罐（OoA）技術(shù)，包括壓縮成型、樹脂傳遞成型（RTM）、真空輔助樹脂傳遞成型（VARTM）以及氣囊和心軸固化。

熱塑性原位固結(jié)是一種令人感興趣的OoA技術(shù)。 現(xiàn)代激光技術(shù)使制造商能夠更好地控制使用熱塑性塑料所需的溫度；他們可以使用激光加熱熱塑性樹脂系統(tǒng)并用輥輪產(chǎn)生壓力，因此不需要熱壓罐固化。

機器人鋪帶是原位固化的另一種可能性。例如，GA-ASI推出了一種無需工裝的熱塑性復(fù)合材料制造工藝，該工藝使用兩個機器人，一個用于分配熱塑性預(yù)浸帶，另一個用于固化。這消除了對大量工裝的需求；只需要周邊的保持和操作夾具。

通過原位固化，零件制造商可以實時形成包含多個不同組件的統(tǒng)一復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。這取消了鉆孔并將物體栓接在一起的需要。Melilli說：“你不會想在復(fù)合材料零件上鉆孔，因為你會破壞纖維?！?/p>

原位固化還可以在更短的時間內(nèi)制造出堅固、輕量化的零件。Trilion質(zhì)量系統(tǒng)公司總裁John Tyson說：“熱塑性復(fù)合材料可以更快地鋪放，而且沒有那么多浪費。”用于熱固性材料的石墨環(huán)氧樹脂具有有限的保質(zhì)期，并且在制造商可以使用之前它們可能過期。對于熱塑性復(fù)合材料，沒有保質(zhì)期限制。

熱塑性復(fù)合材料具有另一個優(yōu)勢。Tyson補充道：“熱塑性復(fù)合材料零件實際上至少與熱固性的一樣強，因為它們沒有那么多的組合物。你不需要在零件上添加額外的材料，這樣可以使它更輕?！彼赋?，熱塑性復(fù)合材料已經(jīng)被用于空中客車A380這樣的飛機，制造熱塑性機翼前緣。此外，Tyson預(yù)測使用熱塑性復(fù)合材料可以大幅降低成本，可能高達50％。

雖然熱塑性復(fù)合材料方面的工作大有前景，但Melilli警告說，它還沒有為大規(guī)模生產(chǎn)做好準備?！盁崴苄运芰显诤翁幰约叭绾卧谔岣唢w機的生產(chǎn)能力方面發(fā)揮作用仍在研究中，”他說?！斑@個領(lǐng)域的主要公司有很多興趣和工作。材料制造商、一級供應(yīng)商和OEM正在共同 探索 這些技術(shù)如何以及在何處用于某些類別的零件。”

原位檢測和維修

轉(zhuǎn)向OoA零件生產(chǎn)的挑戰(zhàn)之一是保持質(zhì)量。Tyson表示：“當您將熱塑性復(fù)合材料放入工裝中然后將工裝放入熱壓罐中時，在真空袋和硬質(zhì)工裝下的退火或固化過程解決了許多問題。制造中的許多錯誤都在固化過程中得到了解決。”

例如，GA-ASI已開始將原位檢測以及原位返工和修理納入其無工裝制造工藝。這使得該過程更加可靠和高效，并產(chǎn)生更可預(yù)測的結(jié)果。

ARAMIS 熱像儀由Trilion 質(zhì)量系統(tǒng)開發(fā)，是一種全視場光學測量系統(tǒng)，可以監(jiān)控復(fù)合材料零件的生產(chǎn)質(zhì)量。它是GA-ASI使用的實時視景裝配工具（RVAT）系統(tǒng)的組成部分。

Melilli表示：“該技術(shù)使用高速熱像儀。我們可以加熱固化零件，并且隨著零件冷卻，使用這個攝像頭，我們實際上可以探測出零件中的任何空隙或任何異物。這使我們能夠從質(zhì)量的角度了解該零件是否可以接收。它比使用超聲技術(shù)更快，而超聲技術(shù)是目前公認的零件檢驗標準。”

Tyson解釋說，一臺攝像頭可以做很多不同的事情。“當我們用機器人鋪放頭鋪放預(yù)浸帶時，我們可以在六個自由度上跟蹤鋪放頭，這樣我們就可以確保它將材料鋪放在應(yīng)有的位置。我們可以檢查已經(jīng)鋪放的材料的粘合質(zhì)量，我們在構(gòu)建過程中可以檢查材料的形狀――或整個零件――以確保它與CAD實時匹配?！?/p>

Tyson表示，熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)中進行原位監(jiān)測，使生產(chǎn)步驟的數(shù)量降到熱固性塑料零件生產(chǎn)的一半。這使制造速度提高了10倍，并可將成本降低一半。不過利用熱像儀攝像頭的數(shù)據(jù)也有助于熱固性零件的生產(chǎn)。在鋪放過程中，攝像頭可以立即探測到在織物層之間捕獲的任何異物。

為了充分利用攝像頭的能力，Trilion開始在制造過程中為關(guān)鍵復(fù)合材料零件添加圖案，以增強視景檢測。使用熱像儀的數(shù)據(jù)，飛機公司將能夠?qū)ふ覉D案的變化，以檢查這些零件的應(yīng)變。他們可以在飛機的使用壽命期間監(jiān)測飛機的結(jié)構(gòu) 健康 狀況，而無需向飛機增加任何重量或功率（例如多個應(yīng)變儀或聲學傳感器）。根據(jù)Trilion的說法，它相當于使用了數(shù)百萬個應(yīng)變儀。

更快的鋪放

使用復(fù)雜的軟件是制造商在提高零件質(zhì)量的同時加快零件生產(chǎn)的另一種方式。例如，纖維補強片的放置可以縮短鋪放時間，減少復(fù)合材料零件所需的纖維量而不會影響其強度。

由Cevotec開發(fā)的纖維補強片鋪放過程使用從信用卡到信封大小的單向材料，以及柔性的夾具和CAD模型。夾具拾取補強片后，系統(tǒng)中的攝像頭會檢查材料是否有缺陷。然后，夾具將每個補強片放置在工裝上，對這些零件進行布置和定向，以優(yōu)化零件沿其載荷路徑的強度。

Melilli解釋說：“我們可以布置補強片，使它們準確地位于零件中，為零件提供在CAD模型中定義的所需強度。該軟件完成了所有分析，包括對零件的有限元分析?！?/p>

通過該系統(tǒng)，公司可以生產(chǎn)熱固性或干燥纖維預(yù)制件，可以進入熱壓罐或蛤殼式模具進行樹脂浸漬。此外，纖維補強片放置比手工更快，取消了制造過程中的許多步驟。

復(fù)合材料自動化已經(jīng)完成了一些帶有纖維補強片放置的原型程序，歐洲航空航天公司賽峰和空客旗下Premium Aerotec也在進行一些開發(fā)工作。

共享的信息

工業(yè)界的合作努力，包括分享有關(guān)新制造技術(shù)的資料，將有助于加速下一代復(fù)合材料飛機組件的開發(fā)。Hein說：“總的來說，必須積極開發(fā)這些改進，這需要行業(yè)和合作伙伴的承諾和參與?！?/p>

在英國，斯普利特公司正與斯特拉斯克萊德大學和其他組織合作開展此項研究。“英國彈射器中心允許像斯普利特這樣的工業(yè)合作伙伴加入，這可比通常通過內(nèi)部資金更快地試驗下一代設(shè)備?！睆椛淦髦行挠捎鴦?chuàng)新機構(gòu)創(chuàng)新英國建立，是一個非盈利中心的網(wǎng)絡(luò)，旨在促進各行各業(yè)的創(chuàng)新。

合作的另一個例子是荷蘭的熱塑性復(fù)合材料研究中心（TPRC）。該聯(lián)盟的成員認為，熱塑性復(fù)合材料是輕量化制造大批量材料的最佳選擇，它們共同努力消除采用它的技術(shù)障礙。

Melilli表示，NASA正在美國提出建立類似的熱塑性固化研究機構(gòu)。但無論這是否成為現(xiàn)實，毫無疑問，這個國家的制造商將很快嘗試一些新的飛機零件生產(chǎn)方法。 Geriguis預(yù)測，未來三到五年，NASA、空客、波音和通用原子公司等航空領(lǐng)域的領(lǐng)導者以及GKN?？撕退蛊绽氐戎圃焐虒⒉捎脽崴苄詮?fù)合材料固化的新概念，十年內(nèi)它將成為復(fù)合材料制造的常規(guī)方法之一。

然而，Hein看到了一些挑戰(zhàn)。雖然許多新的復(fù)合材料技術(shù)將在未來五年內(nèi)就緒并進入制造業(yè)，但飛機制造業(yè)的性質(zhì)可能會推遲其實施。他解釋說：“一些技術(shù)將需要資本化，材料鑒定甚至工程變更都是現(xiàn)有計劃難以證明的成本。在這些情況下，實施新技術(shù)將需要與新產(chǎn)品發(fā)布協(xié)調(diào)，而這在航空航天領(lǐng)域并不像其他一些行業(yè)那樣頻繁。與此同時，這促使人們需要在實施機遇出現(xiàn)時提前準備好技術(shù)?！?/p>

改進的技術(shù)將加速飛機制造業(yè)對復(fù)合材料的采用。Hein繼續(xù)說道：“航空航天領(lǐng)域的復(fù)合材料利用率已經(jīng)大幅增加，這與過去20多年來的生產(chǎn)率增長相吻合。隨著成本和周期的進一步改進，復(fù)合材料可能在未來的飛機產(chǎn)品中扮演更重要的角色?！?/p>