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激光辅助热塑性复合材料自动铺放(LATP-AFP)技术

热塑性复合材料原位固化技术:一部四十年的演进史

老费聊复材2026-01-08

如今采用原位固化技术制造的热塑性复合材料,正在航空制造领域迅速推开应用的大门。对于大型飞机主承力结构,其技术成熟度已接近最终审定等级。这一迅猛势头看似一蹴而就,实则根植于长达四十余年的持续探索与积累。那么,这项被视为未来制造核心的技术,究竟是如何一步步走到今天的?

1⃣️八十年代:梦想的种子。一切始于对更高效制造方法的想象

上世纪80年代中期,大洋两岸几乎同步播下了种子。

在美国,Automated Dynamics公司启动了其首个热塑性复合材料项目,目标是直升机旋翼梁。他们最早使用热氮气加热,并创新性地引入了加热压实辊,试图在铺放纤维带的同时就将其熔合为一体,这便是原位固化概念的早期实践。

同期的欧洲,荷兰的福克公司联合国家航空航天实验室及材料供应商TenCate,也开启了热塑性结构的研发。他们为空客A330/A340飞机研制J形前缘部件,并同步探索着另一项关键技术:电阻焊接。焊接与固化,这两条技术路线在起点便已交汇。

2⃣️九十年代:从实验室走向车间

进入90年代,技术开始寻找更坚实的立足点。

Automated Dynamics不断提升其原位固化能力,实现了每日稳定生产复合材料圆柱部件,并在1994年为NASA兰利研究中心打造了首个机械臂式原位固化工作站。

90年代末,其技术已应用于要求严苛的石油天然气工业部件。

与此同时在法国,一家名为Coriolis Composites的公司开始崭露头角。他们从创立之初,就将兼容热塑与热固两种材料作为自动纤维铺放系统的设计目标。其系统所具备的激光加热能力和灵活的铺放头,为高效原位固化提供了全新的硬件可能。

3⃣️2000年初始:聚焦航空,焊接技术取得突破

21世纪的头十年,航空应用成为明确的主战场,连接技术获得关键进展。

福克公司及其合作伙伴,在早期焊接研究基础上,成功将感应焊接与电阻焊接技术推向实用化。这项突破使得在方向舵、升降舵等部件上彻底取消铆钉和紧固件成为现实,并成功应用于湾流G650等高端公务机的认证项目。

彼时,Coriolis公司与荷兰的研究机构紧密合作,专注于优化激光加热工艺与压实技术,致力于将原位固化深度集成到自动铺丝系统中,为实现全自动的“铺放-固化”一体化流程奠定基础。

4⃣️2010年初始:工业化演示与大型验证

这十年,技术开始接受全尺寸、结构一体化的终极考验。

2012年,Automated Dynamics交出了一份里程碑式的答卷:一个完整尺寸、带整体加强筋的热塑性直升机机身。这证明了原位固化技术制造大型、一体化主承力结构的能力。

福克公司(后并入GKN航空航天)则联合空客、湾流等巨头,成立了“可承受热塑性飞机主结构”联盟。该联盟在2019年的JEC世界复合材料展上,公开展示了热塑性机身壁板大型演示件,将工业化前景清晰地摆在行业面前。

5⃣️2020年初始:规模制造的曙光

我们正在经历的时代,技术开始挑战航空制造的规模极限。

2023年,由福克、荷兰宇航院和空客共同推进的项目,诞生了迄今为止全球最大的热塑性航空结构件之一,约8米×4米的飞机机身段。它采用全自动制造与机器人焊接装配,标志着技术已触摸到工业级量产的门槛。

如今,从Automated Dynamics(现属特瑞堡集团)、Coriolis到各大航空制造商,产学研力量正共同推动原位固化走向全面成熟:更快的铺放速度、与设计仿真软件的无缝集成,以及超越演示件、在真实机型主结构上的应用探索。

🧠结语:临界点已至

回顾这部跨越四十余年的技术长卷,大规模应用的道路并非坦途,曾长期面临成本、速度和可靠性的重重考验。然而,当下航空工业面临的减排、降本、提效压力空前迫切,而所有的使能技术材料、装备、工艺、数字化工具也终于在此时交汇成熟。一切迹象表明,热塑性复合材料及其原位固化技术,正站在其期待已久的产业化爆发临界点上。四十年的耕耘,或许终于迎来了收获的季节。

图片

Accudyne公司的碳纤维/PEEK原位固结部件(90年代)

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