編みこみの芸術と科学が出会う場所

複合材料業界では、一見すると比較的簡単で簡単に実行できるように見える製造プロセスがいくつかあります。繊維強化材の編組は、間違いなくそれらの1つです。実際、編組はかなりの数の製造業者によって行われています。確かに、炭素繊維またはガラス繊維のプリフォーム、スリーブ、および/またはファブリックを作成するためのブレイダーの取得と使用は、莫大な費用や時間の投資なしに達成できます。

ただし、すべての焦点を編組にした企業は世界にほとんどありません。 彼らの注意、専門知識、投資および戦略の。 A＆P Technology Inc.（シンシナティ、オハイオ州、米国）によって確立された、技術的および芸術的な卓越性と、今日使用されているほぼすべての繊維強化材に関する幅広い経験に対する評判を享受している人はまだ少なくなっています。

名前には何が含まれていますか？

A＆Pは、綿加工機械を製造するために1817年に設立されたAtkins＆Pearce ManufacturingCo。から派生しています。 Atkins＆Pearceは、最終的にさまざまなエンドマーケット向けに綿の編み込みを開始しました。これは19世紀半ばから20世紀まで続きました。 1986年、現代の複合材産業が形になり始めたとき、Atkins＆Pearceは、その編組ノウハウを複合材製造に適用する機会を見出し、技術繊維の編組を評価するためのR＆DユニットとしてA＆Pテクノロジーを作成しました。 A＆Pテクノロジー事業はその後10年間で成長し、1995年にAtkins＆Pearceの完全子会社になりました。 1997年、同社はA＆Pテクノロジーを独立した会社としてスピンオフするという追加のステップを踏み出しました。現在、社長のAndrewHeadが完全に所有しています。

A＆Pテクノロジーは、シンシナティ大都市圏の東側にあるキャンパスの5つの建物に分散しています。キャンパスの正面玄関近くにある1,255m2のテックセンターで訪問者を歓迎します。ここで、COOのPamSchneiderとアプリケーションエンジニアリング担当副社長のMikeBraleyが CW に挨拶しました。 このツアーのために。シュナイダーは、A＆Pのルーツを30年以上前に会社の設立にさかのぼります。 Braleyは20年以上前にA＆Pに参加し、A＆Pの長年の顧客の1つであるGE Aviation（米国オハイオ州イブンデール）から来ました。

シュナイダーは、A＆Pの編組契約から派生した部品のサンプルと、Atkins＆Pearceの初期のレガシー写真の中で、Tech Centerの最上階に座って、A＆Pの成功は主に無数に対応する材料ソリューションをカスタムエンジニアリングする能力に由来すると説明しています。機械的および物理的要件。これが可能なのは、A＆Pの編組装置が社内で開発および製造されているためです。つまり、同社はコンセプトから開発、製造に至るまで、その技術と密接に結びついています。

Braleyは、繊維強化材の編組は、複合材業界の他のどこにも見られない一連の材料機能を提供すると主張しています。 「基本的に、特定の寸法と特定の機械的要件を満たすようにファイバーアーキテクチャを変更できます。」

ブレード101

このステートメントを理解するには、編組自体を理解する必要があります。最も基本的なレベルでは、ブレードは、2つまたは3つの方向の連続した機械的にインターロックされた繊維のシステムです。糸は円筒形のボビンに巻き付けられ、ボビンはキャリアに取り付けられます。次に、複数のキャリアが、キャリアをガイドする曲がりくねったトラックでブレイダープレートに取り付けられます。糸は、各キャリアからブレイダートラックの上のフォーメーションプレーンに引き出されます。ブレイダーは水平または垂直に向けることができ、そのサイズ（キャリアの数）によって完成した編組部品の直径が決まります。

完成したブレードの形状は、マンドレルの形状とサイズ、およびブレイダーの構成によって異なり、スリーブ、2Dプリフォーム、フラットファブリックの作成に使用されます。いずれの場合も、適切に編組することで、連続的で一貫性があり、均一に分布する繊維構造が提供され、完成した複合部品に優れた耐衝撃性と耐亀裂伝播性がもたらされます。

Braleyが参照したファブリックアーキテクチャのカスタマイズは、ブレード用に調整できる変数によって可能になります。ファイバータイプの数（カーボン、ガラス、アラミド、天然、熱熱、またはハイブリッド）、アーキテクチャ（2軸、3軸、3軸/バイアス、または一方向）、キャリアの数、糸の角度（固定または可変）、糸の張力、編組速度、マンドレルの形状。

シュナイダー氏によると、A＆Pテクノロジーは、3〜800キャリアのサイズの編組機を操作し、その間に40以上のサイズがあり、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などを使用してさまざまなプリフォームや製品を製造しています。 800キャリアのブレイダーは、直径13mを超える巨大なもので、世界最大です。 A＆Pの機械ラインは絶えず進化しており、特定の顧客の要件を満たすために新しい機械サイズが頻繁に追加されています。 2016年、A＆Pは453.6 MTを超える編組製品を生産し、今後数年間で年間15〜20％の成長が見込まれています。シュナイダー氏によると、A＆Pの最大の最終市場は航空宇宙ですが、自動車、レクリエーション、インフラストラクチャアプリケーション向けの編組製品も製造しています。

Braley氏は、A＆Pの成功の多くは、うまく編むことができ、その過程で顧客が困難な問題を解決するのを支援する能力に負うところが大きいと述べています。ほとんどの場合、顧客は何らかの形で故障している金属部品を持ってA＆Pに来るでしょう、そして他のすべての解決策は不十分です。 「私たちは非常に長い間これに非常に焦点を合わせてきました」と彼は編組について言います。 「私たちは、カスタマイズされたソリューションを開発するための機器、歴史、知識、専門知識を持っています。実際、彼は、「私たちの顧客の中には、私たちのカスタム機能に少し圧倒されている人もいます」と主張しています。

Tech Centerの展示エリアを出た後のツアーの最初の停車地は、「技術」が実際に行われるプロトタイプラボの階下です。 A＆Pは複合部品を販売するのではなく、顧客がプロトタイピングプロセスを迅速化するためのスペースを作成しました。ここで、A＆Pは のプロトタイピングを行います 顧客、およびレイアップツールを構築し、油圧バーストテストを実施します。大きなレイアップテーブル、小さな市販のブレイダー、非破壊検査装置、プリプレグ保管用の冷凍庫、ウォークインウィスコンシンオーブン（イーストトロイ、ウィスコンシン州、米国）も含まれています。

製造と評価のさまざまな段階にあるさまざまな部品が全体に表示されます。その中には、次世代のジェットエンジンファンケース、ヘリコプタープロジェクト用の複合ギア、ナセルツール、そして不思議なことに複合とは関係のないいくつかの独自の製品があります。ただし、これらは場違いではありません。「私たちは、リスクが高く、ペイオフが高いタイプのプロジェクトを追求するように設計されています。私たちは常に、テクノロジーを機能させる機会を探しています。」

密室

ここから、ツアーは密室でエリア CW に進みます アプリケーションと機械に固有のすべての観察は秘密にされることを理解した上で訪問することが許可されています。実際、A＆Pは通常、顧客の設計と最先端の技術の独自性を保護するために、工場見学を許可していません。実際、米国の宇宙飛行士ニール・アームストロングだけが完全なツアーを受けています。 CWの まれな例外である訪問は、A＆Pの幅広い機能をよりよく理解するために役立つ業界を可能にするために手配されました。

次の停車駅は、キャンパスの北端にある3,250平方メートルの施設である長期契約ビルです。ここで、名前が示すように、複数年にわたるプロジェクトの編組プロジェクトでA＆Pシステムが機能していることがわかります。これは、静的で変更できないものです。最初に展示されたのは、ボーイング社（シカゴ、イリノイ州、米国）787-8 Dreamliner 向けの胴体フレーム用の炭素繊維プリフォームを製造する、印象的で複雑な一連のブレイダーとマンドレルです。 。 A＆Pは、ボーイング向けに航空機1機あたり290フレームを製造しており、そのうち161フレームがユニークです。 1つのシフトで、 1 これらのA＆Pブレイダー/マンドレルシステムのうち、4つのプリフォームが生成され、そこから8つのフレームが作成されます。これを実行するシステムは、同社がこれまでに開発した中で最も複雑で高度に設計されたソフトウェアプログラムの1つによって動作します。

次に、シュナイダーとブレイリーは、GEAviationのGEnxエンジン用のカーボンファイバーファンケースプリフォームを製造するためにブレイダーが作動している大型のワークセルを指摘します。このプリフォームはシリンダーとしてブレイダーから外れ、ブレイダー上の中二階に送られ、平らにされてスリットが入れられて2層のファブリックが作成され、スプールに巻き付けられてから、ミシシッピ州ベイツビルにあるGEAviationのジェットエンジン施設に送られます。 、米国（「プラントツアー：GEアビエーション」を参照）。 Braley氏は、ファンケースは「ブレードアウト」イベントを含むように設計されているため、ここでの一貫性が重要であると述べています。このイベントでは、動作中にファンブレードが外れ（まれに発生します）、ケースに影響を与えます。 」と彼は言います。 「影響の観点からは、非常に一貫性があります。」 GEnxに加えて、A＆Pは、GE CF6-80C2、Honeywell Aerospace（Pheonix、AZ、US）のHTF7000ファミリーのエンジン、およびWilliams International（Commerce Township、MI、US）のFJ44-4エンジン用の編組ファンケースプリフォームを提供しています。

次は336キャリアのブレイダーで、LEAP 1B / 2BエンジンとGEnx用のカーボンファイバープリフォームを製造しています。続いて、ハネウェルエンジンのステータベーン用のプリフォームを作成するためにカーボンとアラミド繊維を編む複雑なシステムがあります。このブレイダー、 CW 言われ、7つの設計バリエーションに対応しますが、人間の監督なしで完全に機能します。

SchneiderとBraleyは、LTCビルから抜け出し、Core ProductsBuildingに向かいます。わずか2年前に建てられた、A＆Pの最新製品です。ここには20の異なるサイズのブレイダー（最大で400のキャリアを装備）があり、多くのサイズの倍数であり、大部分は常に実行されています。回転するキャリアの絶え間ない「カチカチ」という音は、キャンパスで最も騒がしい施設の1つになっています。ここに収容されているまったく新しい機器は、路上トラックの排出物断熱材、航空機の翼構造、義肢、ホッケースティック、野球のバットなど、さまざまな用途向けのスリーブの高速編組に重点を置いています。

次の目的地はFabricsBuildingです。ここでは、A＆Pがさまざまなアプリケーション向けに4つの既製の編組ファブリック、QISO、Bimax、ZERO、TX-45を製造しています。 QISOは、約5年間市場に出回っており、複合工具、インフラストラクチャの修理、および自動車用途向けに設計された準等方性ファブリックです。材料の組み合わせは用途によって異なり、航空宇宙グレードと工業グレードの炭素繊維が含まれます。生地にはいくつかの面積の重量と幅があります。

Bimaxは、ホッケースティック、大型無線信号皿、自動車部品で一般的に使用される安定化された±45°の素材です。ここでのファイバータイプは、カーボンとガラスのハイブリッドであり、レイアップ中にファブリックアーキテクチャを安定させるために熱可塑性アキシャルが追加されています。バウアーホッケーコーポレーション（米国ニューハンプシャー州エクセター）のA＆Pによると、ホッケースティックをカーボンファイバー織りからBimaxに切り替え、その過程で材料の使用量を7％削減しました。

A＆Pの唯一の編組されていない生地であるZEROは、もともとF-22プログラム用に設計されました。この不織布の一方向布は、実質的にクリンプがなく、さまざまなオンスの重量で提供されます。

TX-45は、A＆Pの最新のファブリックであり、±45°、193-g / m2、2x2ツイルがキャリア紙で提供されるため、取り扱いが簡単で、繊維の配向が一貫しています。ブレイリー氏によると、TX-45は、±45°の平織りプリプレグの代替品に関心のある航空宇宙の顧客向けにA＆Pによって開発されました。

また、Fabrics Buildingで、A＆Pは、Expliseat（パリ、フランス）の商標であるTiSeat（チタンシート）用の編組熱可塑性プリフォームを製造しています。 Expliseatは、重量がわずか4 kgで、世界最軽量の航空機の座席と呼んでいます。それは、狭いスリットの熱可塑性テープを編むことによって作られた複合プリフォームを特徴とします。これは、ブラリーが糸よりも硬い傾向があるため、編むのがより難しいと言います。 TiSeatはエアバスA320に装備されており、競合する材料や製品と比較して、航空機1機あたり約2,090kgのエアバスを節約しています。

A＆Pキャンパスの最大の構造は、ビジネス開発ビルです。これは、7,430 m2の施設であり、さまざまな軍事、産業、航空宇宙プロジェクト、特にエンジン関連の製造ハブとして機能します。ウォークスルーで、Braleyは、GEエンジンフローパススペーサー用に開発中の編組システム、認定を受けているGE9Xエンジンプリフォームシステム（GE9Xは次のボーイング777Xに電力を供給します）、GEnxボディプライ、Williams用のファンケースブレイダーを指摘しますエンジンとHoneywellエンジンファンケースプリフォーム。

ここにも自動化室があり、A＆Pがロボット工学や同様の技術を評価して編組の生産速度を上げるのに役立てています。これには、マンドレルの装填とより高度なオーバーブレイディング技術の開発を支援する多軸ロボットが含まれます。また、進行中の検査に使用されるリアルタイムのブレイダーフィードバックとビジョンシステムを備えた動的スケジューリングソフトウェアも評価中です。 「私たちは編組能力の最前線にいるように感じます」とBraley氏は述べています。「しかし、常に改善の機会があり、それを推進する必要があります。」

行く フォワード

テックセンターに戻って、 CW A＆Pの技術的および機械的推進力として広く知られているAndyHeadに会います。複合材料のサプライチェーンにおけるA＆Pの位置付けについて説明するよう求められた彼は、強力な数値制御、優れたデジタル設計、優れた社内の機械的能力、および編組プロセス自体に固有の柔軟性という4つの強みを挙げています。

ヘッド氏によると、この機能の組み合わせにより、A＆Pは複合材業界で独自の位置を占めています。つまり、編組の参入障壁が高いために他の場所では見つけることが難しい、高度に設計された高度な編組ソリューションのソースです。

「私たちの組織は、お客様を成功させるという相互に強い関心に基づいています」と彼は付け加えます。 「社内で機械を設計および構築する当社の能力により、お客様に最適なソリューションを短期間で提供することができます。この設計の柔軟性により、A＆Pは編組技術の最前線にあり、私たちは非常に真剣に取り組んでいます。」

「確かに、私たちの唯一のソースポジションはユニークですが、私たちの機械によってのみ満たされる要件を持つプログラムである大量のプログラムをサポートしてきた長い歴史があります。私たちは、これらの要件を満たすだけでなく、品質とサービスに対するお客様の期待を超える能力に誇りを持っています。」

A＆Pがどこまで進んだかを振り返り、今日、複合材料業界が焦点を当てているのは、製造速度、サイクル時間、自動化、プロセス制御、一貫性です。 、自動車および産業部門およびそれ以降。 「それは素晴らしい20年でした」と彼女は言います、「しかし、我々は終わっていません。」