ATC制造公司每年生产数百万个热塑性复合材料零件，并正在为未来的增长进行投资。
连续纤维增强热塑性复合材料(TPCs)已被认为是未来可持续飞机的一种有利技术，可提高轻质、高韧性零件的生产率，这些零件可以在没有孔或紧固件的情况下连接到焊接组件中。
CW-Composite World在2018年发表了一系列关于TPC胶带、原位固结和焊接的文章，并在2019年举办了两次关于汽车应用中的TPC和航空航天TPC发展的网络研讨会。到目前为止，我的大多数文章和演示都提到了欧洲的TPC零件制造商和设备供应商，以及特瑞堡在美国的自动化动力学部门。我还参观了总部位于美国的三麦克塑料公司。但不幸的是，我忽略了美国另一家TPC零件制造商，该制造商15年来一直在悄 悄地推动技术和生产。ATC制造公司位于华盛顿州斯 波坎郊外的爱达荷州Post Falls，每年生产100万个零件，全部为连续纤维增强热塑性塑料，全部用于航空航天工业。ATC在快速成型3D零件方面拥有独特的专业知识，也是波音公司（美国伊利诺伊州芝加哥） 和美国国防部国防高级研究计划局（美国弗吉尼亚州阿灵顿DARPA）rapid高性能成型研究项目的关键合作伙伴。
谁是ATC？
ATC制造公司由前波音工程师丹·乔根森于2004年创立，他仍然是该公司的联合主席。ATC制造公司的业务发展总监大卫·利奇表示：“我们一直专注于技术和工程。”。该公司与波音公司也有着悠久的历史，在过去连续五年被评为银级供应商，并在2016年和2017年被提名为波音年度供应商。利奇说：“我们主要是一家打印公司，从角片、支架和较小的冲压零件开始。” 。“但近年来，我们已经发展到更复杂的组件，以及更厚、更大的零件——长度高达60英寸——以及用于主要结构的零件。”后者包括翼尖结构组件、在各种横截面 上具有定制叠层的长梁，以及机身和尾翼结构。
该公司有150名员工和20多名工程师。其制造专注于一个67000平方英尺的工厂，专门建于2015 年， 旨在优化工作流程，并有扩展空间。（注意，52500 平方英尺的空间已经为未来的增长预先规划好了。） “一切都在一个屋顶下，”利奇指出，“这简化了操作。”这包括九台容量从30吨到150吨不等的冲压机，以及60英寸乘30英寸的压床台面面积。他补充道：“我们正在安装一台额外的200吨压力机，该压力机将于2019年底全面投入使用。” 。ATC有10个CNC加工站，能够处理长度不超过12英尺的零件，并能对长度不超过30英尺的零件进行喷水切割。
ATC制造公司运营9台冲压成型机，包括此处所示的80吨冲压机，其产能高达150吨，压床台面面积高达60x30英寸
无损检测（NDI-Non-destructive inspection）也集成到该 设施的操作和工作流程设计中，包括五个C扫描储罐系统，提供脉冲回波，并对 30英尺长的零件进行透射测试。其他内部专业知识包括所有表面处理和涂漆。利奇说：“我们已经为热塑性复合材料开发了非常有效的表面处理，这可能很难涂漆和粘合。”他指出， ATC也致力于TPC零件的等离子体处理。该公司每年油漆20万个零件，边缘密封7万个零件。
他继续说道：“我们还在研究上投入了大量资 金，例如 DARPA 的 RAPM 项目，我们是热塑性复合材料研究中心(TPRC，荷兰恩斯赫德)的成员。” 。ATC将参加10月8日在荷兰特温特大学举行的题为 “热塑性复合材料的未来”的TPRC十周年会议。利奇说：“ATC 副主席科尔宾·张伯伦将参加小组会议，我们还将在与会议同 时举行的展览上展示我们制造的航空航天结构部件。” 。
已安装配件的涂漆热塑性复合材料通道
尽管ATC的TPC支架和角片的制造始于织物增强材料，但现在已经转向使用单向(UD)胶带。利奇解释道：“然后我们发展成了更大的结构零件，因为我 们已经在如何用UD胶带形成3D零件方面积累了良好的经验。” 。“这些零件的厚度从1-2毫米到6.5毫米不等，必须与其他结构相匹配。我们必须满足对接表 面的严格尺寸公差，例如±0.010 英寸（0.25毫米）的轮廓公差和±0.5度的角度公差。”
该公司随后开始开发长TPC配置文件。利奇说：“我们使用连续压缩成型（CCM-continuous compression molding）制造自己的扁平层压坯料。” 。“我们有两台用于平板层压的CCM机器和一台将 TPC 预浸料成型为连续的3D型材的机器，可生产长达75英尺的通 道。”
使用连续压缩成型（CCM）形成热塑性复合材料型材
当被问及形成3D轮廓和形状的挑战时，ATC 制 造公司的研发工程总监特雷弗·麦克雷解释说，对于织物，“编织本身控制着很多变形。UD有不同的动力。例如，与半径成90°希望变薄或变厚，但在结构零件中不能这样做。形状越复杂， 这些问题就越严重。在如何管理成型过程中，您还面临着更多的挑战。”
管理流程？麦克雷说：“对我们来说，这与在热固性材 料中形成大不相同，因为我们只有2秒钟的时间来形成。”。他补充道：“你可以在热压罐的循环中掩盖很多问题。” 。“但我们使用的是非常快速的成型和冲压工艺，没有这种余地。我们还必须控制结晶度。”这是 .7.因为高负载飞机结构使用半结晶热塑性基体聚合物， 如聚醚醚酮（PEEK），聚醚醚酮（PEKK）和低熔体聚芳醚酮（LM PAEK），它们的显著机械性能和耐化 学性来源于冷却时形成的晶体结构。麦克雷说：“你可以等温结晶，这对平板来说并不太困难，但对3D形状来说更具挑战性。”。“材料必须充分加热以形成 （注意，这些材料的熔化温度在 300-400°C 之间）， 然后迅速冷却至热脱模，以避免工具的热循环，同时管理形状、公差、结晶度和表面光洁度。”
TPC零件近年来增长的原因之一是它们能够提供非常快的循环时间。利奇指出：“我们为军用飞机示威者制作了翼肋，循环时间为5分钟，平均循环时间约为10分钟。” 。“我们可以实现飞机原始设备制造商目前寻求的高生产率。”这种非常快的平均循环时间实际 上导致了零件组合的不断变化。麦克雷亚说：“我们希望连续几个月只生产一个零件，但我们的速率能力超过了飞机制造业。” 。“所以，我们总是在各个零件之间循环。”ATC的大部分生产每天一班，每周5天。利 奇指出：“我们有足够的产能来满足日益增长的产量。” 。
热塑性复合材料结构带和涂漆型材
ATC凭借其十多年的TPC生产经验提供了巨大的价值。利奇说：“我们经常帮助客户设计用于制造的零件。” 。“我们经常从热固性复合材料中转换零件，例如，机身主要结构配件，其生产目的是保持原始厚度。但如果它最初是为TPC设计的，它可能会更轻。” 为什么？“因为这些半结晶TP基质材料具有更高的性能，”他解释道。“你不必像使用热固性基体那样设计微裂纹和损伤容限，而且热/湿分解也少得多。事实上，PEEK、PEEK或PAEK根本没有湿分解。除非你接近Tg，否则也没有热分解，Tg通常为≈150°C。对于标准裸眼压缩（OHC- open hole compression）例如，在损伤容限测试中，当您将样品从室温转换到120°C时评估强度，几乎没有任何分解。”
麦克雷亚补充道：“我们将能够设计更薄的零件，并取代目前第一代复合材料设计中的大量铝和钛（如波音787和空客A350宽体飞机）。我们正在继续推进这些材料的成型，这将继续开辟新的应用领域。”
利奇认为，这将对未来的飞机应用产生重大影响。“事实上，我们现在正在研究由于所需的性能和生产率而无法使用热固性材料生产的零件。”
ATC制造公司位于美国爱达荷州波斯特福尔斯的67000平方英尺专门建造的制造设施的外部。2010年，在Lakeside Capital投资该公司后不久，ATC就搬到了这里。
热塑性复合材料是当今复合材料行业中最受关注的材料之一。它们出现在这类出版物、会议和网络研讨会上。热塑性塑料在今天的应用方式和未来的应用方式都有很大的讨论。它们涵盖了成本和性能范围， 并在从体育、娱乐到航空航天的各种终端市场中得到了应用。不难理解它们的吸引力。热塑性塑料可以预浸，但在室温下稳定（不需要冷冻储存），与主要结构机械材料一起提供不同寻常的韧性，不需要热压罐，为高速生产提供短的循环时间，通过焊接实现无尘组装（不需钻孔、不需安装紧固件），并且可改性和可回收。
尽管有所有这些好处和优势，而且热塑性复合材料越来越受欢迎，但全世界只有少数制造商专门从事热塑性合成材料的制造，更值得注意的是，他们擅长热塑性材料的制造。其中，ATC制造公司（美国爱达 荷州Post Falls）是为数不多的在快速成型3D零件、长度达25英尺的大型零件、复杂组件和热塑性连续压缩成型（CCM-continuous compression molding）方面拥有近20年专业知识的公司之一。CW 对 ATC 进行了访问，以了解更多关于该公司的工作以及如何做到这一点。
像许多复合材料制造企业一样，ATC制造业始于一个人的愿景和激情。1990年，时任西雅图波音公司工程师的丹·乔根森（Dan Jorgenson）帮助该公司在 华盛顿州远东的美国华盛顿州斯波坎成立并运营飞机内饰制造业务。波音斯波坎公司专注于内部零件、管 道和地板的制造，所有这些都是热塑性塑料使用的有力目标。2003年，波音公司将斯波坎工厂出售给凯旋集团（美国宾夕法尼亚州伯温市），并将其更名为凯旋复合材料系统公司。丹·乔根森看到了创业的机会，决定利用他对热塑性复合材料的浓厚兴趣和对精益制造原理的长期经验。因此，2004年，他离开了Triumph，兑现了401（k）投资，为自己的房子进行了第二次抵押贷款，并创立了ATC制造公司。
丹·乔根森在2004年创立该公司时，ATC专门生产这种小型冲压成型低载荷角片。它们至今仍由ATC制造，但作为更大投资组合的一部分
在早期，ATC专注于使用聚醚酰亚胺（PEI）和聚苯硫醚（PPS）与预固结层压板（有机片材）形式的玻璃纤维和碳纤维织物增强材料快速、高效和经济高效地压缩成型角片、支架、烟盘、防火屏障和类似部 件。ATC有各种各样的客户，但丹·乔根森在波音公司的历史使ATC成为飞机制造公司最大和最重要的客户。
2010年，乔根森与同样位于斯波坎的湖畔资本集团创始人兼普通合伙人约翰·海明森建立了联系。湖畔投资公司在支持斯波坎地区业务方面有着悠久的历史，最终投资了ATC， 并成为该公司的最大股东。2015年，ATC搬迁到位于Post Falls的一个专门建造的67000平方英尺的新制造 厂，该工厂位于华盛顿/爱达荷州的州界对面，距离斯波坎仅一箭之遥。乔根森随后于2019年从ATC退休。（具有讽刺意味的是，2021年7月，随着凯旋在斯波坎的业务逐步减少，湖畔资本收购了凯旋的斯波坎工厂—乔根森帮助建立的工厂。湖畔资本打算将该工厂变成一个制造中心。）
ATC现在由海明森和湖畔投资公司首席运营官兼ATC首席执行官杰森·金德里德管理和领导。ATC的日常运营由运营总监德里克·唐宁 、项目经理杰森·梅里菲尔德和业务发展总监大卫·利奇管理。
ATC搬进位于Post Falls的新工厂后，公司的技术能力得到了巩固和加强，为公司继续创新和进步奠定了材料和工艺基础。ATC仍然对该公司最初的许多类型的零件进行压缩成型。压缩成型的加入大大扩大了 其产品组合，并使其成为热塑性航空结构制造的支柱。
2014 年，ATC获得了两条连续压缩成型（CCM）生产线中的第一条，用于使用UD胶带制造多层、 多角度热塑性复合材料层压板。第二个系统与此系统平行，于2018年安装。胶带从筒子架上绕下来（前景），然后送入压模（背景）
ATC位于Post Falls的一个工业园区内，西面是华盛顿州的斯波坎，东面是爱达荷州的科达伦。ATC的运营通过了ISO9001、AS9100和NADCAP认证，包括一系列服务，包括研发、CCM层压生产、热冲压、结构计量、复杂组装、结构无损检测和表面处理、底漆、油漆和边缘密封的精加工。
ATC目前每月生产约80000个航空航天零件，这些零件分为五大类：用于低负载应用的角片和支架、作为中低负载连接器的加强件和通道、用于高负载应用的具有严格公差的主要结构零件、一系列横截面中 的长梁和需要额外硬件的组件。ATC的优势之一是使用热塑性碳纤维单向带材料制造零件，这开辟了更多的结构应用。
ATC的大部分业务和增长都与波音公司，尤其是787密切相关。事实上，在过去的五年里，ATC一直在帮助波音公司将许多金属和热固性复合材料支架、加强件和其他内部结构转换为热塑性复合材料，以降 低金属对复合材料触点的电偶腐蚀风险，并降低零件成本和飞机重量。ATC还赢得了外部飞机使用零件的生产，包括缝翼上的零件，缝翼是机翼前缘的可伸缩装置，可以以较低的速度起飞和降落。几乎所有这些 活动都得到了推动，主要是通过在ATC添加CCM来生产高质量的热塑性层压板和型材。
事实上，ATC的所有制造业务都是从CCM开始的，CCM已成为该公司的一大优势。层压板是通过CCM工艺制造的，使用UD热塑性预浸带，用于制造冲压成型的坯料，以及直接使用CCM工艺制成的长型材。
在CW访问期间，ATC使用14层苏威（Solvay） UD PEEK胶带制作层压板，方向分别为 0°、 90°和±45°。胶带上方和下方（左侧）的筒子架、 正在输送箔材，当胶带通过压模时，箔材提供保护层。
由于热塑性复合材料在热力学和化学性质上与热固性材料不同，ATC 必须利用其知识和专业知识帮助教育客户并调整其设计，以最大限度地利用ATC提供的材料和工艺。梅里菲尔德在提到ATC生产的一种高 轮廓零件时指出，“在这样的项目中，我们必须在产品 （通过复杂的几何形状）所能实现的目标与我们如何测量和证明这种复杂性的尺寸之间找到平衡。我们经常必须与客户就要求和管理期望达成一致。”
CCM工艺在复合材料行业中非常罕见，它具有显著的通用性和一致性，使ATC能够将各种纤维类型、纤维形式和树脂类型结合起来，构建其层压板和型材。层压板最宽可达26英寸，可根据应用要求切割成各种长度。这些层压板随后被用于两种应用中的一 种。最常见的是在ATC的几个快速加热压力机中的一个上进行热冲压。或者，热塑性预浸料可以被送入 ATC 的四轴液压机，以成型为C、T、H、J、U或类似的型材。这些部件，就像商用飞机的横梁一样，可以长达25英尺。
无论应用或工艺如何，ATC的制造战略都是从高质量、高通量的层压板制造开始，然后是成型、精加工和检查过程，这些过程使其能够遵守严格的航空航天标准，包括尺寸稳定性、孔隙率和纤维体积分数（FVF- fiber volume fraction）。这使ATC成为各种航空航天原始设备制造商的有力合作伙伴，这些原始设备制造商已经开始信任该公司的热塑性塑料专业知识。
CW的ATC之旅由唐宁带领，遵循材料和工艺流程，从接收和准备预浸碳纤维/热塑性胶带和织物卷开始。ATC使用由Avient（前身为 Gordon Composites， Montrose，美国科罗拉多州）、赫氏（Hexcel）、苏威 (Solvay）、帝人（Teijin）和东丽(Toray)，其中PEEK和PEKK是最常见的。
准备工作包括在0°、90°和 45°下切割和分切材料卷，以组装多角度、多层层压板。对于 0°焊缝，ATC使用自动对接焊接，但90°和 45°焊接必须手工完成。无论角度如何，标准卷长度约为150英尺。利奇说：“目前的挑战之一是，大多数规格都不允许焊接有任何 重叠。” 。“根据定义，如果你从筒子架上跑下来，就不能有任何间隙；如果有间隙，卷筒就会散开。而且你不能使用任何额外的材料，比如将其固定在一起的背衬材料或任何额外的聚合物。因此，帘布层必须对焊，这可能是一个挑战。”
胶带被逐渐拉过固结模，在那里它们被加热到熔化温度，然后冷却到Tg以下。该过程以大约每小时14英尺的速度制造层压板。层压板被切割成25英尺长，然后在 NDI 之前被移到货架上储存。
从接收到材料准备，我们被带到了工厂的中心— —两条CCM生产线，一条安装于2014年，另一条安装在2018年。它们彼此平行放置，每个由一排70个带式筒子架供给。唐宁表示，ATC通常使用总可用筒 子架的一小部分来生产层压板；在CW访问的上午， 有18个在使用，装载了苏威（Solvay）碳纤维/PEKK UD胶带，其层压配方由0°/90°/±45°胶带组成。CCM过程相当简单：筒子架喂入的胶带在筒子架生产 线的末端汇集在一起，顶部和底部都有一层箔纸。该 箔涂有汉高（美国康涅狄格州洛基山）的Frekote脱模剂，在压缩过程中提供保护屏障，并被移除和重复使 用（多次）。当天 ATC 正在处理的18层胶带，加上两层箔，一旦完全堆叠，就会逐渐拉入一个只打开一英寸的压缩模中——即使站在机器旁的观察者也几乎 看不到——以便在压机再次关闭之前让胶带进入。模 具宽度在 ATC 范围内从 12 英寸到 26 英寸。CW 访问期间运行的模具长 39 英寸，宽 24 英寸。
压模分为五个区域。在前三个区域，本次访问期 间运行的 PEKK 的温度范围为360-400°C，根据树脂的熔点而变化。在第四和第五区域中，温度开始下降以开始冷却并促进结晶度，并且当层压板离开模具 时，其低于玻璃化转变温度（Tg）。在PEKK的情况下，Tg为159°C；当层压板离开模具时，ATC 的目标 温度为130°C。利奇说：“第三个区域将变得更凉爽。” 。“因此，当材料通过第三个区域时，它实际上已经开始冷却，然后在第四个区域结晶。DSCDifferential Scanning Calorimetry（差示扫描量热法）告诉我们结晶发生的温度，所以你要确保材料在结晶区域花费足够的时间，以达到足够的机械性能。”
压机每次关闭的循环时间因层压材料配方而异， 但唐宁表示，15秒是常态。随着压机的每次打开，层压材料每次向前拉动约一英寸。唐宁指出，尽管循环时间和推进速度意味着一个缓慢的过程，但ATC发现它是高度可靠、一致和高效的。
当层压材料从模具中出来时，它被完全固结。在这里，箔被分离，层压板最终被切割成取决于产品类型的长度，并被转移到CCM生产线附近的金属架上进行冷却。典型的层压板长度约为25英尺。
每个层压板都在这个定制的Marietta无损检测脉冲回波/透传超声（TTU）测试台上进行无损检测 （NDI）。ATC已经针对热塑性塑料调整了 NDI 系统，热塑性材料表现出与热固性材料不同的衰减特性
CCM生产线之后的下一站是无损检测（NDI）和喷水切割。NDI在 Marietta NDT（美国乔治亚州Marietta）制造的30英尺定制水床中进行。它可以同时对每个层压板进行脉冲回波-pulse-echo和透传超声 （TTU- thru-transmission ultrasonic）扫描。扫描结果显示在床 尾的长电脑显示器上，并与“标准”参考层压板进行比较。
梅里菲尔德说，ATC很早就了解到，热塑性层压板的NDI需要与热固性层压板不同的设置，主要是为了适应热塑性塑料的不同衰减。事实上，Marietta系统的初步扫描似乎显示出异常，而事实上，这些异常并不存在。梅里菲尔德说：“NDI 将吸收的树脂本身略有不同。” 。“所以，这里面的很多东西都是看扫描，如果有异常，就把那部分切开，通过显微镜观察，看看是否真的有问题。我们得到了很多假阳性。所以，这是关于控制NDI，确保你看到了你关心的东西。” 梅里菲尔德指着监视器补充道，“我们设置扫描，这样，如果（一个值）低于某个点，它就会显示为不同的颜色。这有助于我们轻松检测异常。”
ATC的CCM系统采用四轴模具，可制造复杂的C、T、H、J 和 U型材，这些型材通常用作 飞机内部的承重梁。多轴 CCM 是一种复杂但高效且一致的制造工艺
NDI之后，许多层压板在ATC的OMAX（美国华盛顿州肯特市）喷水切割机上切割成形。接下来， 在通过NDI和水射流切割暴露于水之后，层压板在干燥炉中花费12-16小时，作为制造过程中的下一步骤的准备。
在进入冲压成型领域之前，我们将简要介绍另一 种在复合材料制造中罕见的系统。这是一台四轴CCM型材机，由与其他CCM机相同的基于筒子架的系统进 给，但旨在制造用于制造前面提到的C、T、H、J 和 U 梁的复杂型材。利奇指出：“很明显，最大的区别是，不是只有一组液压执行器单向运行，而是有一组双向运行，然后是一个四件式模具，它进入其中形成一个零件。” 。“我们的型材需要一个12英寸乘8英寸的模具。所以这基本上是我们能制造的最大尺寸的型材，对于大多数应用来说都相当大。”
唐宁表示，由于多轴环境中工具和过程控制的复杂性，ATC在该系统上的学习曲线是可观的。每个轴的材料弹性差异是一个特别的挑战，但他表示，这些问题已经解决，公司现在对该系统非常满意。CCM配置文件系统在CW访问期间未运行；该机器制造的型材主要用于商用飞机，航空航天生产率的降低降低了对零件的需求。
坯料通过CCM从层压板上切割下来，然后转移到ATC的基本工艺能力，即在该公司的10台压力机中的一台上进行冲压成型。热塑性复合材料的冲压成型需要仔细、稳健和一致的工艺控制，以确保树脂达到完全结晶度。ATC使用模内热电偶来测量和控制模具温度
ATC的大部分活动都集中在冲压成型区域，在那里切割的层压板呈现出其最终形状。唐宁指出，乔根森开发的大部分原始创新和知识产权都在该公司的冲压成型技术中。“乔根森从一开始就有一点不同的哲 学，”利奇说。“自动化看起来更简单，但它适合你的需要。所以它会把坯料送到烤箱，然后送到冲压成型站。但我们没有大型机器人来做这项工作。这只是一个自动化处理系统。”
ATC 目前运营四台80吨压力机和四台30吨压力 机，由一名操作员管理多台压力机。每台压力机都有 一个红外加热器，可以快速将坯料加热到熔化温度，还有一个快速更换系统，可以将加热的坯料送入模 具。80 吨级自动将预热好的坯料送入模具；30吨的压 力机需要手动致动以将坯件转移到模具中。遍布每个模具的热电偶有助于监控工艺并提供关键性能数据。每个零件的循环时间各不相同，具体取决于材料、尺 寸和厚度，但通常从几分钟到20分钟不等。所有零件都快速冷却，但要以可控和规定的方式冷却，以实现 树脂的完全结晶度和相应的机械性能。
唐宁表示，每台机器都使用相同的现成软件进行 控制，并为 ATC 定制了一个界面。他指出，ATC 花费了大量的时间和精力为其生产的每个零件开发工艺配方，但一旦设定了配方，“它是高度一致和可控 的。”此外，梅里菲尔德指出，“如果一个工艺确实 开始偏离，你可以看到它的发生。系统不会冲压另一 个零件。因此，如果你知道一个零件会坏，操作员可 以停止冲压并确定问题。”
利奇指出，管理热塑性塑料加工需要深入了解树 脂如何随着时间的推移对温度做出反应。他说：“你要确保材料完全熔化，并且在熔化区的时间最短。” 。“但你不想超过 400°C（对于 PEKK）。例 如，你可以缩短加热时间，使用非常高温的烤箱。但 零件温度可能会超过可接受的温度范围。另一方面， 如果设置得太低，可能需要太长时间才能达到温度。这两种情况都会产生不可接受的零件。我们非常关注 这些事情，以确保制造出一致的零件，而热电偶对此 至关重要。”这似乎正在取得成效。唐宁表示，ATC 强大的工艺控制是冲压成型报废率<3%的一个重要原因。
ATC为冲压成形开发的一种省时技术是热模更换。该公司开发了一种模具预热器，可以在模具进入冲压机之前将其加热到一定温度，从而实现更快的模具更换和快速恢复生产。梅里菲尔德说：“以前很痛苦，因为更换冷模具需要四五个小时。现在，我们有预热站，我们可以在更换后五分钟内按下。任何时候你不跑步，你都赚不到钱。”
这台新的200吨冲压成型机将ATC的能力扩展到已经运行的80吨和30吨冲压机之外
毗邻冲压成型区的是另外两台冲压机，每台都因其使用年限而引人注目。第一个是ATC正在获得生产资格的一个新的200吨机组。另一台打印机更引人注目，主要是因为它是乔根森在ATC成立时建造的第一 台机器。唐宁说，这是一个150吨重的系统，有一个60 x 30英寸的台板，“已经升级了很多次”。如今， 它主要用于研发目的，偶尔也用于补充初级生产。当我们离开冲压成型区时，唐宁回顾了乔根森最初的 新闻，评论了该公司创始人的另一个遗产：“我想你 会注意到，我们经营着一家非常干净的商店，”他说。“人们总是评论说，我们投资于清洁过程，并花 时间进行清洁。我们非常重视异物碎片（FOD）的控制。乔根森一直是清洁方面的大人物。每周四，我们 都会停下来，闭上一两个小时来清洁。我们仍然投资于这种文化，这是我们团队引以为豪的事情。”
冲压成型后，我们被引导通过一系列的后处理工 作区域。首先是数控加工，ATC操作九台哈斯自动化 （美国加利福尼亚州奥克斯纳德）系统和一台C.R.Onsrud（美国北卡罗来纳州Troutman）机器；Onsrud系统是一种龙门式机器，也是最大的，工作面积为12 x 5英尺。在CW访问期间，该系统在一个成型零件上钻孔和锪窝。与CNC区域相邻的是第二个NDI工作区，该工作区具有较小（15 英尺）的 Marietta 无损检测回波/TTU床，用于评估较小的零件，并为 CCM 机器附近 的较大NDI系统提供冗余。它还被用来“教授”系统 扫描正在进入生产的新零件，就像 CW 访问期间一 样。CNC 区域附近还有一个小型辊轧成型站，ATC在这里生产长60英寸、直径1英寸的玻璃纤维/PPS管， 并进行无心磨削加工。
ATC的数控操作包括九台Haas和一台C.R.Onsrud机器，用于修剪和钻孔成型零件
与大多数复合材料制造业务一样，ATC 的实验室和计量工作是在主生产车间外的封闭、气候控制的房间内进行的。该实验室配备了一台 Tinius Olsen测试机 （美国宾夕法尼亚州霍舍姆）测试仪、一台 DSC 测试机、显微镜用灌封和封装设备、一台喷砂机和一个转 筒。在计量方面，核心是蔡司工业计量（美国明尼苏达州Maple Grove）计量表，它提供航空航天制造商所 需的高精度尺寸扫描。但还有第二种工具在ATC很有用处——Creaform（加拿大魁北克省莱维斯市） MetraSCAN 3D手持扫描仪。
要使用它，ATC将零件安装在夹具中，然后使用MetraSCAN 3D扫描仪进行扫描。扫描大约需要20分钟，产生大约100万个数据点。它是完全便携的，可以在整个设施中用于检查冲 头模和模具。唐宁表示，MetraSCAN系统的精度为±0.0015英寸，不如蔡司系统准确，“但其速度、成本、便携性和灵活性是无与伦比的。”ATC于2018年收购了 MetraSCAN 3D扫描仪，并于当年获得波音公司的批准，可用于检查波音生产部件的尺寸公差。唐宁表示，ATC的产品质量率和准时率都超过 99%。
我们的旅程在喷漆准备和喷漆间结束。使用溶剂湿巾进行油漆制备，使用非常详细和具体的协议，包括溶剂类型、擦拭方向和每个零件的附着力测试。喷漆是在两个工位中的一个进行的，其中较大的一个有30英尺长。协议在这里也是至关重要的，包括油漆涂 层数、干燥时间和附着力要求。如果油漆粘附失败， 则（小心地）剥离油漆，并重新开始整个准备和喷漆过程。
ATC的整个工作流程是一个电子制造系统，在每个工作站提供无纸指令。每个零件都有一个标记，每个工位的操作员将其记录到系统中，以跟踪整个设施的进度。唐宁说，纸质记录传递的缺乏有助于减少工厂的FOD。
ATC制造的各种角片、支架和加强筋已经大幅增长， 并越来越多地用于商用飞机。耐用性、韧性和易成型性使热塑性塑料成为飞机内外极具吸引力的选择
ATC 与波音公司的牢固关系，特别是在787项目上，推动了该公司在过去十年中的巨大增长。ATC是波音卓越投标人计划的成员，曾两次被提名为波音年度供应商奖。2019年，在全球商业航空航天生产的高峰期，ATC制造了超过110万个零件。随着冠状病毒大流行的爆发和飞机制造业的减少，ATC 的产量下降到每年不到100万个零件，这是可以理解的。
尽管如此，该公司仍热切地展望未来，利用内部 研发和合作研发来寻找新的机会。例如，ATC是热塑性复合材料研究中心（TPRC，荷兰恩斯赫德）的成员，在过去18个月里参与了12个组织的技术开发项目，包括国防高级研究计划局（DARPA，美国弗吉尼亚州阿灵顿）、空军研究实验室（AFRL，美国俄亥俄州赖特帕特森空军基地），NASA（美国华盛顿特区） 和材料供应商。ATC 使用 AniForm（荷兰恩斯赫德） 加工建模软件，并辅以自己开发的工具，帮助其实现 成品零件更好的尺寸控制。
ATC和行业合作伙伴也在进行大量工作，以评估可能促进进一步增长的技术。这包括非矩形零件的自动帘布层制备，包括帘布层下落和堆积、自动铺丝（AFP）中的牵引转向、较大（10英尺）的冲压成型零件、不使用基座的热塑性焊接、注射二次成型、使 用回收复合材料和更复杂的型材。此外，与许多制造商一样，ATC 也关心实际和潜 在员工的稳定供应。在内部，它使用交叉培训来最大 限度地提高员工的灵活性。在外部，ATC正在与北爱达荷学院（Coeur d'Alene）、贡扎加大学（斯波坎）和爱达荷大学（莫斯科）合作开展劳动力和培训项目。
像这样的承重飞机梁是通过ATC的四轴CCM机器生产的，这使得能够制造复杂的 C、T、H、J 和 U型材。
展望未来，利奇持谨慎乐观的态度。ATC和航空航天复合材料供应链中的其他公司一样，期待着商业航空航天生产恢复到疫情前的水平。ATC正在积极开发其他航空航天应用，包括先进空中机动（AAM）、 无人驾驶飞机、国防和运载火箭。当这些市场发展起来时，ATC可能需要扩张，这在Post Falls有空间。
利奇说：“我们已经批准在需要时再增加50000至52000平方英尺的空间。” 。“在这座建筑的北侧，Lakeside拥有五英亩的土地，有很大的扩张空间。然而，任何扩张的主要原因都是为了我们能够用更大规模的工艺设备技术制造更大的零件。我们目前的设施和技术的产能没有问题。但更大的部件需要更大的ATC。我们期待着在未来几年内快速扩张热塑性塑料应用。”
一架空客A350机身需要8000多个，本文所说的热塑复材小零件。未来商飞C929机身，也需要同样数量级的类似小零件。它们不可能都集中在机身段供应商生产。国内一些中小制造企业，抓住这个机遇像ATC、法国达尔（Daher）承担一部分热塑复材小零件的制造工作。
参见原文：
1.《 Accelerating thermoplastic composites in aerospace 》 2019．9.12
2.《 Plant tour: ATC Manufacturing, Post Falls, Idaho, U.S. 》 2021．11.29
杨超凡 2024.1.30
