传统与创新：先进热塑性复合材料的革新之路

20多年来，ATC Manufacturing（美国爱达荷州波斯特福尔斯市）一直在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工程师 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部件及结构的先行者。如今，该公司已持续专注于连续纤维增强热塑性复合材料领域，为各种航空航天应用提供耐用、轻质和高性能的部件。

“我们重点关注高效且节省成本的应用，因为这些应用可以让热塑性塑料真正大放异彩。想象一下，与部件的铺层和固化相比，每隔几分钟就冲压出一个新的部件，这是一个多么高效的过程。”ATC的业务开发经理 Jason Merrifield 解释道。

该公司表示，其两大核心工艺——连续压缩成型（CCM）和冲压成型，使其能够快速地生产出复杂的复合材料部件，而劳动力成本仅为传统热固性铺层操作的一小部分，并且减少了材料浪费。这些工艺的速度和效率使其非常适用于各种航空航天部件，从简单的夹子和支架到更大的结构部件和更复杂的组件。ATC与波音公司就此类部件达成了长期协议，并直接与波音公司以及该公司的各级供应商展开合作，包括 Spirit Aerosystems 和 Leonardo。

“当我们以汽车部件的生产效率来讨论航空航天部件时，热塑性塑料绝对是一个候选者，因为你可以快速扩大生产规模。”Merrifield 说道，“只要有大批量生产的部件，就有热塑性塑料的用武之地。” 除了夹子和支架外，该公司还生产轮廓较长的较大型热塑性复合材料部件——这些部件通常较为昂贵，因为它们通常由金属或热固性材料制成。“加强筋、控制面、隔板组件、门框——我们的CCM工艺能够为此类应用制造长的C型槽、工字梁和类似部件。”Merrifield 说道。

什么是连续压缩成型？

在连续压缩成型（CCM）中，连续进料的纤维增强热塑性预浸料或带材在加热的压缩模具中得到固结和/或成型。材料由纱架开始被送入，形成叠层，这些叠层将构成最终的层压结构。进料装置使近乎无休止的生产成为可能，该进料装置循环地打开和关闭，将预浸料拉过压缩装置，通常，一次可拉过一英寸。当材料被拉过压缩模具时，会穿过多个区域，使预浸料被加热到其聚合物的熔点，然后以可控的速率使其冷却，由此可获得高力学性能所需的结晶度，形成的层压结构则完全固结。

CCM系统还可以生产异形型材，比如，ATC的四轴CCM型材机，采用与ATC的平板层压 CCM 生产线相同的纱架系统来供料，输出 C、T、H、J、U 和适用于各种航空航天部件的其他复杂形状。平面的层压CCM生产线有一组沿一个方向移动的液压致动器，而异形型材CCM则具有沿两个方向移动的致动器，该制动器向形成形状的四片式模具施压。当形成的形状完全固结时，再将其切割成一定的长度。

关注高效生产和可持续性

ATC占据的小众市场源于其设计。成立之初，该公司就致力于利用先进的热塑性塑料技术来满足航空航天业对更坚固、更轻质材料日益增长的需求。虽然传统的热固性复合材料在该行业中也不断地得到了广泛的应用，但它们在可回收性和高效可扩展性方面仍具有局限性。而热塑性塑料则提供了一种替代方案，不仅可以满足航空航天领域的规范要求，包括减轻重量和提高强度，还为优化生产和可持续性提供了一条途径。Merrifield 解释说，由于循环时间短，热塑性复合材料的加工速度自然更高。

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、缩短生产时间并降低成本。这激发了他们早期对最新的自动化系统进行战略性的投资，以及开发内部专业的复合材料成型技术专知。现在，该公司运营着一个67000平方英尺的工厂，该工厂拥有自动化的装配生产线、精密的成型工装模具和先进的测试实验室。该公司提供一系列的服务，包括订制模具设计以及通过CCM和冲压成型工艺进行大批量的生产。其他的作业包括CNC修整和精加工，以及含无损检测（NDI）和研发在内的质量检查。

ATC Manufacturing已通过AS9100和Nadcap认证。该公司满足国际武器贸易条例（ITAR）的要求，并正在努力获得网络安全成熟度模型认证（CMMC）和受控非机密信息（CUI）认证。

未来愿景

虽然航空航天领域是ATC业务的核心，但该公司也将眼光投向新的市场，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）等新兴市场，在这些市场中，高产率与严格的航空航天要求相结合，可以直接发挥该公司的优势。在UAM领域，该公司正在寻求诸如肋、控制面、结构梁和支架等应用，以及用于座椅靠背部件等的结构元件。

ATC还投资于研究，以改善热塑性复合材料的性能特征，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）、国际先进材料与制造工程学会（SAMPE）和美国复合材料制造协会（ACMA）等行业组织展开了合作。Merrifield表示，这些协作平台能够帮助 ATC始终处于最新材料和工艺开发的领先地位。

“这些组织提供了一个良好的协作环境，从中我们可以了解行业正在关注什么，以及客户在热塑性塑料方面正在寻找什么，以便作好自身定位，准备好承担一些工作。”Merrifield说道。未来，该公司的大部分工作涉及教育、对热塑性塑料优势进行验证，以及克服对可能性的误解。

“我们尝试在项目的早期阶段就展开合作，这样从一开始就能影响设计而不是事后影响。”Merrifield说道，“在热固性塑料中使用的相同纤维，也可以用于热塑性塑料。T700s和T1100s，所有这些标准模量和中等模量的纤维以及织物，仍然可用。总之，竞争环境要比你想象的公平一些。”

展望未来，ATC 的重点是发展其业务并影响其所服务的更广泛的行业领域，以塑造热塑性复合材料利用的未来。通过自动化和数字化的方式，该公司旨在持续地为精密性和可扩展性设立基准。“我们不只是一家工厂，还积极参与到技术进步的推动之中。”Merrifield说道，“我们知道，热塑性塑料并不能解决所有的应用问题，但在对速度、成本和性能高度关注的领域，我们相信它们具有真正的竞争优势。”