【专家说】大型复合材料结构的高速生产

由空客公司及空客运营有限公司旗下的 CTC Stade（德国施塔德）牵头的 “智能可持续 RTM（SAUBER）4.0” 项目，在复合材料制造的数字化方面取得了重大突破。

该项目是下萨克森州航空研究计划（NiFö）的一部分，旨在推进复杂、大型和主要复合材料结构的生产，以满足生态和经济标准，以及提高生产率的需求。SAUBER 4.0 通过将树脂传递模塑（RTM）与创新的干纤维预成型工艺、模具概念和数字化相结合，进一步发展了制造技术。该项目生产了多个演示样件，包括复杂的翼梢结构。

一项成就是将高科技传感器直接集成到制造装备中，并展示了一条完全数字化的端到端（E2E）碳纤维增强聚合物（CFRP）生产线。通过实时捕捉树脂传递模塑（RTM）模具内部发生的情况，合作伙伴不仅验证了工艺模拟，还实现了在线工艺控制，显著提高了制造的稳健性和效率，同时降低了资源和能源消耗。

该项目还推动了感应线圈和感应垫在 RTM 工具中的应用，实现了快速、均匀的加热，并进一步开发了使用定制纤维铺放（TFP-tailored fiber placement）和干纤维铺放（DFP- dry fiber placement）的预成型技术，以及使用双组分环氧树脂，从而消除了对预混合单组分系统进行冷藏的需要。后者得益于新的传感器和确保在整个注射周期和复合材料零件中混合均匀的技术，这些技术还为数字化框架和工艺模拟提供了数据。

该计划的总体技术领导由空中客车运营公司（Airbus Operations GmbH）提供，所开发的技术也可在空中客车位于德国下萨克森州施塔德的生产基地使用，该基地以制造复合材料垂直尾翼而闻名。

德国联盟合作伙伴及其贡献包括：空中客车运营有限公司、德国航空航天中心（DLR）、FRIMO、NAEXT、帝人和 CTC 展示了包括一种新型工具在内的创新蒙皮预成型工艺。不来梅纤维研究所（FIBRE）、NAEXT 和帝人碳纤维公司与 CTC 合作，展示了包括新型成形工具在内的翼梁创新预成形工艺，FIBRE 还提供了树脂流动模拟。弗劳恩霍夫 IFAM 研究所提供介电层析成像技术，用于测量双组分树脂混合情况和 RTM 工艺监测。弗劳恩霍夫 IWU 研究所与 DLR、IFAM、FIBRE 和 Stadler & Schaaf 合作，为工艺工具创建多物理场模型，以辅助工具设计和感应加热的应用。FRIMO 创新技术公司提供 RTM 工具，并与 CTC 合作重新设计高压 RTM（HP-RTM）工艺和工具概念，采用双壳体概念，以实现更经济高效且节能的内模。Helmut-Schmidt - 大学 / 联邦国防军汉堡大学与 DLR 和 Stadler & Schaaf 合作，开展数据标注和数字化框架研究。

克劳斯玛菲与 CTC 合作，为 HP-RTM 工艺提供了有效的能量测量系统，并收集了该数据及其他工艺数据用于数据分析。耐驰（Netzsch）提供了用于测量双组分树脂混合和 RTM 工艺监控的介电分析（DEA-dielectric analysis）技术。西门子（Siemens）协助在整个工艺链中实施了能源管理系统。斯塔德勒 + 沙夫测量与调节技术公司（Stadler + Schaaf Mess- und Regeltechnik）提供了 RTM 模具感应加热系统的控制柜和自动化控制技术。

通过专门设计的传感器获取的工艺相关数据，被传输至移动控制柜供工艺控制系统使用。在控制与调节技术设计的同时，还开发了一套 SCADA 系统用于监控和控制技术工艺。该系统保存了工艺值的历史数据，而 SCADA 界面则构成了工厂操作员与自动化技术之间的接口。作为空客公司旗下的 Testia，开发了专用的工艺监控传感器和装备，实现了在 RTM 模具内部对流动前沿的实时在线监测。这包括如何实施接口，以便与其他传感器类型结合，实现实时数据的在线监测和工艺控制。

塑造航空业的未来随着航空航天业迈向新一代飞机，SAUBER 4.0 技术成为可持续性和可扩展性的重要推动力。该项目的影响由四大核心支柱定义：可扩展性与复杂性：支持 RTM 技术应用于大型、复杂的整体部件可持续性：与当前生产方法相比，可显著节省能源数字化：在整个制造过程中创建无缝的数字线程。下一代：为未来单通道飞机的开发提供基础技术。