FIDAMC将复合材料研发拓展至新市场和先进制造中心

FIDAMC是一家西班牙技术中心，拥有 18 年的专业经验，总部位于马德里郊外的赫塔菲，专注于复合材料。该公司以推动商用飞机行业的技术创新而闻名，其客户包括空客、Aernnova、Aciturri、巴西航空工业公司、莱昂纳多等。

其经验还涵盖数十个欧盟和国家资助的项目，包括：

• ISINTHER、ICARO 和OUTCOME用于原位固化 (ISC) 热塑性复合材料 (TPC)
• FUSINBUL 是一种成本较低的复合材料耐压舱壁
• 多个 Clean Sky 2 演示器包括：GRA（绿色区域飞机）、ARE（先进尾端）和 MFFD（多功能机身）
• HERWINGT（混合电动区域机翼一体化新型绿色技术）展示了一种区域涡轮螺旋桨机翼，与现有型号相比，可减少 15% 的燃料消耗并减轻 20% 的重量。

FIDAMC 的新 2024-2028 战略旨在将其专业知识进一步扩展到国防、直升机和太空以及铁路、海洋、能源和基础设施等非航空航天领域。FIDAMC 的地理分布也在不断扩大，通过位于伊列斯卡斯、塞维利亚和加的斯的卓越中心，将开发增材制造 (AM)、无人机/未来移动性和氢经济中的复合材料应用。

CW撰写有关 FIDAMC 的文章已有十多年，包括2012 年 Sara Black 的参观和2016 年关于 ISC TPC 机翼结构首次演示的文章，该结构使用自动纤维铺放 (AFP) 而非高压釜生产。FIDAMC 是这项技术的先驱，生产了全尺寸演示面板，其中采用共固结的欧米茄纵梁，孔隙率要求小于 2%。但它也在CW报道的许多其他项目和发展中发挥了关键作用。

在这里，我根据我在 2024 年赫塔菲的巡回演出以及最近对 FIDAMC 新任首席执行官 Ernesto González 的采访，详细介绍了 FIDAMC 的新战略和正在进行的发展。

历史、新的多样化

FIDAMC 成立于 2006 年，由空中客车公司、中央政府研究机构 CDTI 和马德里自治区共同创立。这些创始人继续支持这个非营利组织，并与一级飞机供应商 Aciturri、自动化设备供应商 MTorres 和复合材料供应商 Hexcel 一起成为其董事会成员。

董事会最近新增成员体现了 FIDAMC 的多元化战略，包括高速铁路和船舶制造商 Talgo 和 Navantia、能源/基础设施解决方案提供商 Acciona 以及马德里理工大学（FIDAMC 合作的众多大学之一）。

“这些新董事会成员正在向我们介绍其他行业的需求以及我们如何支持他们，”González 解释道。“这对 FIDAMC 来说是一个重大变化，我们现在的业务多元化，涵盖了广泛的行业，以及教育行业，这是我们业务的重要组成部分。”

他补充说，大学是一个重要的载体，既展示了新技术的萌芽，也展示了它们将如何发展。“它们是我们希望支持的生态系统的重要组成部分，建立在我们悠久的复合材料历史之上，并充当大学和行业之间的桥梁，共同受益于知识共享和协作。”

战略领域、能力

“我们是先进制造解决方案的先驱，致力于打造具有成本效益、轻量化和可持续的未来机动性，”González 说道。“我们是少数活跃且精通热固性复合材料以及干纤维和液态树脂加工的技术中心之一，也是首批在机身结构中使用热塑性复合材料的公司之一。如今，热塑性复合材料主要用于次级结构，但我们希望提高技术水平，使其能够用于主结构，并确定最适合的部件。”

FIDAMC 的另外两个战略领域是AM（下文将讨论）和机器人技术。“我们提供具有成本效益的开发，以缩短开发上市时间，”González 说，“同时也提高了生产速度。我们的目标是机器人技术的特定项目，以及人工智能、机器学习和互补技术，以在复合材料制造过程中测量和控制过程，从而避免以后冗长的 NDT [无损检测]。”

FIDAMC 还提供完整的测试能力金字塔。“我们的测试范围从试样尺寸到可飞行部件，”González 指出。在2024 年 3 月CW参观 FIDAMC 期间，我参观了赫塔菲的实验室。它有四个房间，包括通过各种自动化机器进行样品制备；一个配备 DSC、DMA、FTIR 和显微设备的物理/化学测试室；另一个配备气候室的物理/化学实验室；以及专注于新技术开发的区域，例如下面讨论的沉积技术。

“我们的实验室使我们能够对材料和制造工艺进行测试，包括我们 100 平方米的无损检测套件，”González 说道。“这使我们能够制造能够飞行的部件，而且我们的生产设备也与业内设备非常相似。”这包括六台 AFP/ATL 机器、两台高压釜（6 × 8 米和 1.5 × 3 米）、一台 400°C 烤箱、30 吨和 1,000 吨加热压力机以及用于冲压部件的红外预热器。

FIDAMC 已开展或参与了90 个研发项目，包括空客的“未来之翼”（WOT）和“未来机身”计划，目前参与了 7 个欧盟项目：MC4、HERWINGT、FASTER H2、NEWFRAC、ENHANCE、GRAPHENE CORE 和 HERFUSE。

其最新成就包括：

• 空中客车的折叠翼尖和复合材料进气和排气结构
• ADMIRAL 海军工业用多功能材料
• 钻石旋翼机的复合材料机身
• REDISH 开放式旋翼飞机的高抗冲击材料
• 空客的无人机机翼和机身。
• GONDOLA 中为空中客车提供的低可观测性材料。

“我们还帮助生产了高铁车身和门板，”冈萨雷斯说，“以及为空客生产热塑性复合材料上翼蒙皮和为莱昂纳多生产后部耐压舱壁。”

主营业务

对于 FIDAMC 未来的发展，González 指出，它将有三个主要业务领域：技术中心、先进制造和服务。

“技术中心及其研发相关成果一直是我们的核心，”他解释道，“但我们将通过原型设计和预系列或小批量生产来补充。  

“当你为研发部门提供零部件时，工作方式与为最终装配线提供零部件时不同。为此创建一个特定的业务领域非常重要，因为你对员工所需的文化也是不同的。

“第三要素包括工程服务、我们的实验室能力以及培训解决方案，”González 继续说道。“同样，作为一家致力于研发的技术中心提供工程服务与为各个行业领域的特定公司提供支持是不一样的。我们将让这三条业务线并行运作，并利用我们在研发中创造的知识，然后将其应用于服务和预批量制造。”

先进制造业的新基地

除了 FIDAMC 原位于马德里附近的技术中心外，FIDAMC 还在布鲁塞尔开设了办事处，以促进参与欧洲研发项目以及与欧盟机构和公司在复合材料和先进制造领域的合作。

该公司还将在附近的空中客车伊列斯卡斯工厂开展业务，在那里它将专注于开发干纤维预制件和树脂传递模塑 (RTM)，以及用于储存压缩氢气的复合材料罐以及用于储存低温液氢的罐。

“2025 年，我们还将在加的斯的 CFA 先进制造中心开始运营，”冈萨雷斯说。CFA 代表“加的斯航空航天和海军先进制造技术创新中心”。该中心由安达卢西亚地区政府与空中客车、纳万蒂亚、加的斯大学、加的斯海军海事集群和安达卢西亚航空航天集群 (HELICE) 合作建立。该中心位于加的斯雷亚尔港 TecnoBahía 科技园的一栋新大楼内，将为企业提供有偿服务，以协助其开发先进制造创新项目。

“该中心将主要致力于 3D 打印和机器人技术，以及计量和 3D 扫描，”González 指出，“这些技术与我们在赫塔菲使用的碳纤维复合材料技术（包括机器人工艺）相辅相成。” FIDAMC 还将与无人机和城市空中交通创新中心 (CUAM)合作，该中心将与总部设在那里的西班牙航天局一起在塞维利亚建立。 “这将使我们能够在具有巨大未来潜力的细分市场中继续增长，例如太空、无人机和先进的空中交通，”他补充道。

加的斯的 3D 打印机将用于金属、聚合物和复合材料，其中包括一台来自CEAD（荷兰代尔夫特）的大幅面挤压打印机。“这台机器包括两个机器人，它们可以并行或独立工作，打印长达 10 米、高达 2 米的部件，”González 说。“3D 打印可用于生产复合部件制造的工具，也可用于使某些部件功能化。我们还可以将热塑性材料回收成挤压颗粒，该中心拥有一台来自 Loxin [西班牙 Esquiroz] 的 AGV 安装机器人钻孔和铆接机，主要用于与空客的项目。”

CFA 还将专注于海事领域，包括遥控机器人 (ROV) 和与船舶制造商的合作。“这里的工作将加强我们的航空航天业务，同时也使我们的技术和客户多样化，”他继续说道，并指出许多制造的零件都需要进行测试和/或鉴定，“我们可以使用我们这里和赫塔菲的实验室。”

智能结构，SHM – 微线

随着 FIDAMC 扩大其地理和市场范围，它继续拓宽其在多功能复合材料领域的业务。“我们正在研究智能结构，以及如何引入可在结构内提供数据的电路，以实现两个目标，”González 说。“第一是补充复合材料制造过程中的过程监控。第二是使用这些数据来预测产品生命周期内的维护。为此，重要的是要了解零件受到的压力、暴露在高温或低温下的情况、疲劳程度等。当您能够读取结构时，您可以更好地准备维护计划，更好地安排任务，甚至根据数据消除不需要的任务。”

为了介绍从结构中收集数据的方法，González 解释说，FIDAMC 主要使用压电传感器和电磁微线（参见CW对这项技术的报道）。“我们不仅要努力获取数据，还要了解微线在整个飞机使用寿命期间的弹性。插入 CFRP [碳纤维增强聚合物] 中的微线的阻力是我们的专业领域。但如果要对此进行认证，您需要确保微线提供可靠的数据，并了解它是否没有提供正确的数据。

“从制造技术的角度来看，你需要了解如何将微丝集成到结构中，”他继续说道。“但你还需要知道如何测试其耐久性和在各种使用条件下的弹性。我们有一个实验室，我们可以在那里测试不同的温度、湿度水平，还可以模拟疲劳负荷。所以，这是对影响的总结。我们发现，当你拥有高负荷结构时，热负荷就更为重要，因为它们会影响结构内的微丝。例如，当你将铝与 CFRP 结合在一起时，它们具有不同的热膨胀，就会产生热负荷。这是我们正在研究的另一个领域，这些热负荷如何影响零件内的微丝，以及它们如何转化为机械负荷，进而影响微丝的数据。”

开发轻质LSP、除冰剂

FIDAMC 的另一个研究领域是更换目前用于复合材料飞机部件防雷 (LSP) 的青铜网。我在 2024 年 3 月访问 FIDAMC 期间实际上看到了这项研究的进展。在那里，我与赫塔菲的测试实验室、NDT 和质量与环境管理 (QEM) 负责人 Silivia Calvo 以及研究员 Vanessa García 进行了交谈。

“我们正在使用物理沉积室来评估 LSP 当前青铜或铜网材料的替代品，”GarcÍa 说道。“我们加热铜样品，然后将其沉积在基材上，在本例中是聚酯面纱。我们正在努力改进和扩大这项技术。”

“我们的测试表明铜与表面的附着力很好，”González 说道，“而且当我们实现沉积的均匀性时，其电导率与青铜网大致相同。我们的想法是创造一种重量更轻、制造过程中更容易实现自动化的技术。

“这是我们与一所大学合作进行的一项研究，”他继续说道。“我们正在证明我们的材料具有良好的导电性，下一步是将它均匀地涂在表面上，不留孔洞，这是一个挑战。接下来，我们将研究如何从实验室规模实现工业化。今天，我们正在进行 TRL 2 级研究，但迄今为止的结果非常令人鼓舞。”

González 介绍了另一个项目，该项目开发了一种涂料，用于制造防冰表面——例如，它可以抵抗冰的形成。“我们正在使用一种商用涂料，以使该技术变得可用，但添加了特定元素。到目前为止，结果还不错，包括在奥地利进行的冰隧道测试。但它还处于实验室水平，TRL 较低。因此，我们仍需要使其更加工业化。”

他指出，这是一种被动解决方案，“但我们在石墨烯旗舰项目中也一直在研究一种主动解决方案，即将石墨烯薄片插入复合材料的层中，然后在通电时产生热量。我们的想法是将使用石墨烯的主动方法与被动防冰涂料相结合，以取代当前使用飞机发动机引气的解决方案，但这种解决方案也很重。相反，这两种解决方案可以协同工作，使用少量电力来防止飞机部件结冰。这些项目的 TRL 要低得多，而且不像我们在 FIDAMC 的大多数项目那样工业化。”

增加低 TRL 项目，横向 TPC 中心

González 解释说，技术中心应该是大学和工业之间的桥梁。“但 FIDAMC 主要关注高 TRL 级别的项目——例如 TRL 5-9。大多数其他技术中心更专注于 TRL 3-4。但我上面讨论的这些项目处于较低的 TRL，这也是我们新战略的一部分。我们希望增加高 TRL 项目的业务，甚至进行原型设计和初始、小批量生产，但将其保持在 60%，同时将我们的基础调查增加到 40%。

“我们在赫塔菲的项目专注于热塑性复合材料，不仅包括自动铺层，还包括冲压和焊接，”他指出。“这些技术改变了游戏规则，因为与热固性复合材料相比，它们可以实现更高的生产率。我们的目标是从组装中消除铆接，主要用于飞机的主要结构。如果我们能够做到这一点，飞机生产将发生巨大变化。”

González 解释说，特别是对于未来的单通道飞机而言，一个关键挑战是加速生产。“市场对飞机的需求远远超过波音和空客的生产能力。我们 FIDAMC 的技术支持如何加速生产，以及如何进一步减轻重量以持续降低油耗。TPC 可以帮助实现这些功能，也可以应用于其他行业。

“然而，这项技术需要大量投资，既要实现在认证飞机上的应用，又要实现工业规模，”他继续说道。“我们提议创建一个横向中心，在各个行业投资这项技术，同时维护每个组织的知识产权。我们希望分享调查结果，改善所有这些不同团体之间的联系，包括原始设备制造商、一级供应商、中小企业和研发组织。我们正在与空中客车、Aernnova 和西班牙的其他技术中心进行讨论，许多团体都表示有兴趣参与这个中心，因为他们意识到我们需要做点什么。技术中心正变得越来越重要。”

但这只是 FIDAMC 致力于推进的众多技术之一。“我们将继续帮助航空业脱碳，”González 补充道，“并增加复合材料的使用。我们对行业的发展方向以及我们如何提高自身能力以成为新创新、应用和工业化的催化剂感到兴奋。”