编织艺术与科学的结合

在复合材料行业，有一些制造过程从表面上看似乎相对简单且容易完成。纤维增强材料的编织可以说是其中之一。事实上，编织是由相当多的制造商完成的。事实上，无需投入大量金钱或时间即可获得并使用编织机制作碳纤维或玻璃纤维预制件、套管和/或织物。

然而，世界上很少有公司将编织作为所有人的重点 他们的注意力、专业知识、投资和战略。很少有人能享有 A&P Technology Inc.（美国俄亥俄州辛辛那提市）在技术和艺术方面的卓越成就以及对当今使用的几乎所有纤维增强材料的广泛经验所建立的声誉。

名字是什么？

A&P 源自 Atkins &Pearce Manufacturing Co.，该公司成立于 1817 年，主要生产棉花加工机械。 Atkins &Pearce 最终开始为各种终端市场编织棉花。这种情况一直持续到 19 世纪中期和 20 世纪。 1986 年，随着现代复合材料行业开始形成，Atkins &Pearce 看到了将其编织技术应用于复合材料制造的机会，并创建了 A&P Technology 作为研发部门来评估技术纤维的编织。 A&P Technology 业务在接下来的十年中不断增长，并于 1995 年成为 Atkins &Pearce 的全资子公司。 1997 年，公司采取额外措施，将 A&P Technology 分拆为一家独立公司。今天，它由其总裁 Andrew Head 全资拥有。

A&P Technology 分布在位于辛辛那提都会区东侧的校园内的五栋建筑中。占地 1,255 平方米的技术中心位于校园正门附近的一座建筑中，欢迎游客前来参观。在这里，首席运营官 Pam Schneider 和应用工程副总裁 Mike Braley 迎接了CW 对于这次旅行。 Schneider 将她的 A&P 根源追溯到公司成立的 30 多年。 Braley 于 20 多年前加入 A&P，来自 GE Aviation（美国俄亥俄州埃文代尔），A&P 的长期客户之一。

坐在技术中心的顶层，在 A&P 的编织合同中获得的零件样本以及 Atkins &Pearce 早期的遗留照片中，Schneider 解释说，A&P 的成功主要来自于其定制工程材料解决方案以满足无数需求的能力。机械和物理要求。这是可能的，因为 A&P 的编织设备是在内部开发和制造的，这意味着该公司与其技术密切相关，从概念到开发再到制造。

Braley 声称，纤维增强材料的编织提供了复合材料行业其他任何地方都没有的一组材料功能。 “基本上，”他说，“我们可以改变光纤架构，以满足任何特定尺寸和任何特定机械要求。”

编织 101

理解这个说法需要理解编织本身。在最基本的层面上，编织物是两个或三个方向的连续、机械互锁纤维的系统。纱线缠绕在圆柱形筒子上，筒子安装在载体上。然后将多个承载器连接到带有引导承载器的蛇形轨道的编织板。纱线从每个载体被拉到编织机轨道上方的形成平面。编织机可以水平或垂直定向，其尺寸（载体数量）决定了成品编织部分的直径。

成品编织物的几何形状取决于心轴的形状和尺寸，以及编织机的配置，用于制作袖子、2D 预成型件和平面织物。在所有情况下，编织得好可提供连续、一致和均匀分布的纤维结构，从而为成品复合材料部件提供出色的抗冲击性和抗裂纹扩展性。

Braley 引用的织物结构的定制是通过可针对编织物调整的变量实现的：纤维类型（碳纤维、玻璃、芳纶、天然、热塑性或混合）、结构（双轴、三轴、三轴/双轴或单向）、载体数量、纱线角度（固定或可变）、纱线张力、编织速度和芯轴形状。

Schneider 表示，A&P Technology 经营的编织机尺寸从 3 到 800 个载体不等，其中有 40 多种尺寸，使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等生产一系列预制件和产品。 800 载体编织机是巨大的——直径超过 13m——是世界上最大的。 A&P 的机器系列不断发展，经常增加新的机器尺寸以满足特定客户的要求。 2016 年，A&P 生产了超过 453.6 吨的编织产品，预计未来几年的年增长率为 15-20%。 Schneider 表示，A&P 最大的终端市场是航空航天，但该公司还生产用于汽车、娱乐和基础设施应用的编织产品。

Braley 表示，A&P 的成功很大程度上归功于其编织良好的能力，并在此过程中帮助客户解决难题。他说，大多数情况下，客户来到 A&P 时会带着某种方式出现故障的金属部件，而所有其他解决方案都达不到要求。 “很长一段时间以来，我们一直非常关注这一点，”他谈到编织时说。 “我们拥有开发定制解决方案的设备、历史、知识和专业知识。事实上，”他争辩道，“我们的一些客户对我们的定制功能有点不知所措。”

离开技术中心展示区后，游览的第一站是楼下原型实验室，这里是“技术”真正完成的地方。 A&P 不制造用于销售的复合部件，而是为客户创造了一个空间来加快他们的原型制作过程。在这里，A&P 为 做原型设计 客户，还构建铺层工具并进行液压爆破测试。还包括一个大型叠层台、一个小型商用编织机、无损检测设备、一个用于预浸料存储的冷冻机和一个步入式威斯康星烤箱（美国威斯康星州东特洛伊）。

整个过程中可以看到处于不同制造和评估阶段的各种零件。其中包括下一代喷气发动机风扇箱、用于直升机项目的复合材料齿轮、机舱工具以及一些奇怪的是与复合材料无关的专有产品。然而，这些并不是不合适的，Braley 说：“我们被设计来追求高风险、高回报的项目。我们一直在寻找机会将我们的技术付诸实践。”

闭门造车

从这里开始，参观闭门造车到一个区域CW 允许访问，但前提是所有针对应用和机械的观察结果都将保密。事实上，A&P 通常不允许参观工厂，以保护其客户设计的专有性质及其最先进的技术。事实上，只有美国宇航员尼尔阿姆斯特朗进行了完整的旅行。 CW 此次访问是一个罕见的例外，旨在让其服务的行业更好地了解 A&P 的广泛能力。

下一站是长期合同大楼，这是一个位于校园北边的 3,250 平方米的设施。正是在这里，我们发现 A&P 系统正在发挥作用，顾名思义，在多年项目的编织项目中——Braley 说，这些系统是静态的，不能改变。第一个视图涉及一系列令人印象深刻且复杂的编织机和心轴，它们为波音公司（美国伊利诺伊州芝加哥）787-8 Dreamliner 制造机身框架的碳纤维预制件 . A&P 为波音公司的每架飞机制造 290 个框架，其中 161 个是独一无二的。一个班次，一个 这些 A&P 编织机/心轴系统生产四个预制件，从中制成八个框架，并且执行此操作的系统由公司开发的最复杂和高度工程化的软件程序之一操作。

Schneider 和 Braley 然后指出一个带有编织机的大型工作单元正在运行，为 GE Aviation 的 GEnx 发动机制造碳纤维风扇外壳预制件。这种预制件作为圆柱体从编织机上脱落，然后被送入编织机上的夹层，压平并切开以形成两层织物，缠绕在线轴上，然后运送到通用电气航空公司位于密西西比州贝茨维尔的喷气发动机工厂, 美国（参见“工厂参观：GE Aviation”）。 Braley 说，这里的一致性很关键，因为风扇外壳被设计成包含“叶片脱落”事件，其中风扇叶片在运行过程中分离（很少发生）并影响外壳：“每一层都必须，并且是相同的，“ 他说。 “从影响的角度来看，这是非常一致的。”除了 GEnx，A&P 还为 GE CF6-80C2、霍尼韦尔航空航天公司（美国亚利桑那州凤凰城）的 HTF7000 系列发动机和威廉姆斯国际公司（美国密歇根州商业镇）的 FJ44-4 发动机提供编织风扇外壳预制件。

接下来是 336 载体编织机，为 LEAP 1B/2B 发动机以及 GEnx 制作碳纤维预制件。接下来是一个复杂的系统，编织碳纤维和芳纶纤维，为霍尼韦尔发动机上的定子叶片制造预制件。这个编织机，CW 据说，可容纳七种设计变体，但功能完全无需人工​​监督。

Schneider 和 Braley 带头离开 LTC 大楼，前往核心产品大楼。仅在 2 年前建造，它是 A&P 的最新产品。这里有 20 台不同尺寸的编织机（最大的配备了 400 个托架），有多种尺寸的倍数，而且大多数都在任何特定时间运行。旋转载体的不断“咔嗒”声使其成为校园中最嘈杂的设施之一。这里的全新设备专注于高速编织各种应用的套管，包括公路卡车排放绝缘、飞机机翼结构、假肢、曲棍球棒和棒球棒。

下一站是织物大楼，A&P 在这里生产四种现成的编织织物，QISO、Bimax、ZERO 和 TX-45，适用于各种应用。 QISO 是一种准各向同性织物，在市场上上市了大约五年，专为复合工具、基础设施维修和汽车应用而设计。材料组合因应用而异，包括航空级和工业级碳纤维。织物有多种面积重量和宽度。

Bimax 是一种稳定的 ±45° 材料，常用于曲棍球棒、大型无线电信号盘和汽车零件。此处的纤维类型是碳纤维和玻璃纤维的混合体，添加了热塑性轴向纤维以在铺层过程中稳定织物结构。 Bauer Hockey Corp.（美国新罕布什尔州埃克塞特），A&P 告诉我们，其曲棍球棒从编织碳纤维转向 Bimax，在此过程中，材料使用量减少了 7%。

ZERO 是 A&P 唯一的无编织面料，最初是为 F-22 计划设计的。这种无纺单向织物几乎没有卷曲，并提供各种盎司重量。

TX-45 是 A&P 的最新面料，±45°、193-g/m2、2x2 斜纹布在载纸上交付，易于处理和一致的纤维取向。 Braley 说 TX-45 是 A&P 为航空航天客户开发的，该客户对 ±45° 平纹预浸料的替代品感兴趣。

同样在织物大楼，A&P 为 Expliseat（法国巴黎）的商标 TiSeat（钛座椅）制造编织热塑性预成型件。 Expliseat 仅重 4 公斤，称其为世界上最轻的飞机座椅。它的特点是由编织窄缝热塑性胶带制成的复合预制件，Braley 说这种带往往比纱线更硬，因此更难以编织。 TiSeat 正在为空客 A320 配备，与有竞争力的材料和产品相比，每架飞机为空客节省了约 2,090 公斤。

A&P 园区最大的建筑是业务发展大楼，这是一座 7,430 平方米的设施，是各种军事、工业和航空航天项目的制造中心，尤其是与发动机相关的项目。在演练中，Braley 指出正在开发的用于 GE 发动机流路垫片的编织系统、正在接受认证的 GE9X 发动机预制件系统（GE9X 将为即将推出的波音 777X 提供动力）、GEnx 车身板层、用于威廉姆斯的风扇箱编织机发动机和霍尼韦尔发动机风扇箱预制件。

这里也是自动化室，A&P 在其中评估机器人技术和类似技术，以帮助加快编织生产率。这包括一个多轴机器人，以协助心轴加载和开发更先进的编织技术。还在评估中的是带有实时编织机反馈的动态调度软件和用于过程检测的视觉系统。 “我们觉得我们处于编织能力的最前沿，”Braley 指出，“但总有改进的机会，我们必须推动这一点。”

去 前进

回到技术中心，CW 会见了被普遍描述为 A&P 的技术和机械驱动力的 Andy Head。当被要求描述 A&P 在复合材料供应链中的位置时，他列出了四个优势：强大的数控、良好的数字设计、出色的内部机械能力和编织工艺本身固有的灵活性。

Head 说，这种能力组合使 A&P 在复合材料行业处于独特的地位：高度工程化、先进的编织解决方案的来源，由于编织的进入门槛很高，因此很难在其他地方找到。

他补充说：“我们的组织建立在使我们的客户成功方面相互吸引的利益基础上。” “我们内部设计和制造机械的能力使我们能够在短时间内为客户提供最佳解决方案。这种设计灵活性使 A&P 处于编织技术的前沿，我们非常重视这一立场。”

“诚然，”Head 说，“我们的唯一来源地位是独一无二的，但我们在支持大容量程序方面有着悠久的历史，这些程序的要求只有我们的机器才能满足。我们为自己不仅能够满足这些要求，而且能够超越客户对质量和服务的期望而感到自豪。”

回顾 A&P 的发展历程，以及如今复合材料行业对制造速度、周期时间、自动化、过程控制和一致性的关注，施耐德认为 A&P 与这些目标完全一致，并已准备好满足航空航天领域的预成型需求、汽车和工业领域及其他领域。 “这是一个伟大的 20 年，”她说，“但我们还没有结束。”