땋기의 예술과 과학이 만나는 곳

복합 재료 산업에는 표면적으로는 비교적 간단하고 쉽게 완료되는 몇 가지 제조 공정이 있습니다. 섬유 보강재의 편조는 틀림없이 그 중 하나입니다. 실제로, 브레이딩은 상당한 수의 제작자가 수행합니다. 실제로, 탄소 섬유 또는 유리 섬유 프리폼, 슬리브 및/또는 직물을 만들기 위해 브레이더를 구입하고 사용하는 것은 엄청난 돈이나 시간 투자 없이 달성할 수 있습니다.

그러나 땋기를 모든에 초점을 맞춘 회사는 세계적으로 거의 없습니다. 그들의 관심, 전문성, 투자 및 전략. 오늘날 사용되는 거의 모든 섬유 강화재에 대해 기술 및 예술적 우수성과 폭넓은 경험으로 A&P Technology Inc.(미국 오하이오주 신시내티)가 세운 명성을 누리는 사람은 거의 없습니다.

이름에 무엇이 들어 있나요?

A&P는 면 가공 기계를 생산하기 위해 1817년에 설립된 Atkins &Pearce Manufacturing Co.에서 파생되었습니다. Atkins &Pearce는 결국 다양한 최종 시장을 위해 면직물을 땋기 시작했습니다. 이것은 19세기 중반과 20세기까지 계속되었습니다. 1986년 현대 복합재 산업이 형성되기 시작하면서 Atkins &Pearce는 편조 노하우를 복합재 제조에 적용할 기회를 보았고 기술 섬유 편조를 평가하기 위한 R&D 단위로 A&P Technology를 만들었습니다. A&P Technology 사업은 다음 10년 동안 성장했으며 1995년에 Atkins &Pearce의 전액 출자 자회사가 되었습니다. 1997년에 회사는 A&P Technology를 독립 회사로 분사하는 추가 단계를 수행했습니다. 현재 이 회사는 Andrew Head 사장이 전액 소유하고 있습니다.

A&P Technology는 신시내티 대도시 지역의 동쪽에 위치한 캠퍼스의 5개 건물에 걸쳐 있습니다. 캠퍼스 정문 인근에 위치한 1,255m2 규모의 Tech Center에서 방문객을 맞이합니다. COO인 Pam Schneider와 애플리케이션 엔지니어링 부사장인 Mike Braley가 CW를 맞이한 곳입니다. 이 투어를 위해. Schneider는 A&P의 뿌리를 회사 설립까지 30년 이상 거슬러 올라갑니다. Braley는 A&P의 오랜 고객 중 하나인 GE Aviation(미국 오하이오주 이븐데일) 출신으로 20여 년 전에 A&P에 합류했습니다.

Tech Center의 최상층에 앉아 A&P의 꼬기 계약에서 파생된 부품 샘플과 Atkins &Pearce 초기의 레거시 사진 사이에 Schneider는 A&P의 성공이 주로 무수한 요구 사항을 충족하는 맞춤형 엔지니어링 재료 솔루션의 능력에서 비롯된 것이라고 설명합니다. 기계적 및 물리적 요구 사항. 그리고 이것은 A&P의 브레이딩 장비가 사내에서 개발 및 제조되기 때문에 가능합니다. 즉, 회사는 개념에서 개발, 제작에 이르기까지 기술과 긴밀하게 연결되어 있습니다.

Braley는 강화 섬유의 편조가 복합 재료 산업의 다른 곳에서는 볼 수 없는 일련의 재료 기능을 제공한다고 주장합니다. 그는 "기본적으로 광섬유 아키텍처를 변경하여 특정 치수와 특정 기계적 요구 사항을 충족할 수 있습니다."라고 말합니다.

땋기 101

이 문장을 이해하려면 꼬기 자체에 대한 이해가 필요합니다. 가장 기본적인 수준에서 브레이드는 2개 또는 3개 방향의 연속적이고 기계적으로 맞물린 섬유 시스템입니다. 실은 원통형 보빈에 감겨지고 보빈은 캐리어에 장착됩니다. 그런 다음 여러 캐리어가 캐리어를 안내하는 구불구불한 트랙이 있는 브레이더 플레이트에 부착됩니다. 털실은 각 캐리어에서 브레이더 트랙 위의 형성 평면으로 당겨집니다. 브레이더는 수평 또는 수직 방향으로 배치할 수 있으며 크기(캐리어 수)에 따라 완성된 브레이드 부품의 직경이 결정됩니다.

완성된 브레이드의 형상은 맨드릴 모양과 크기, 브레이더 구성에 따라 달라지며 슬리브, 2D 프리폼 및 평직물을 만드는 데 사용됩니다. 모든 경우에 잘 짜여진 편조는 연속적이고 일관되며 균일하게 분포된 섬유 구조를 제공하여 완성된 복합 부품에 우수한 충격 및 균열 전파 저항을 전달합니다.

Braley가 언급한 패브릭 아키텍처의 사용자 정의는 브레이드에 대해 조정할 수 있는 변수에 의해 가능합니다. 단방향), 캐리어 수, 실 각도(고정 또는 가변), 실 장력, 편조 속도 및 맨드릴 모양.

Schneider에 따르면 A&P Technology는 3~800개 크기의 편조 기계를 운영하며 그 사이에 40개 이상의 크기가 있으며 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등을 사용하여 다양한 프리폼과 제품을 생산합니다. 800캐리어 브레이더는 직경이 13m 이상으로 세계 최대입니다. A&P의 기계 라인은 특정 고객 요구 사항을 충족하기 위해 종종 새로운 기계 크기가 추가되면서 끊임없이 진화하고 있습니다. 2016년에 A&P는 453.6MT 이상의 브레이드 제품을 생산했으며 향후 몇 년 동안 연간 성장률이 15-20%가 될 것으로 예상됩니다. A&P의 가장 큰 최종 시장은 항공우주라고 Schneider는 말합니다. 그러나 이 회사는 자동차, 레크리에이션 및 인프라 애플리케이션을 위한 브레이드 제품도 생산합니다.

Braley는 A&P의 성공은 잘 땋는 능력과 그 과정에서 고객이 어려운 문제를 해결하는 데 도움이 되었기 때문이라고 말합니다. 그는 대부분의 경우 고객들이 어떤 식으로든 결함이 있는 금속 부품을 가지고 A&P에 올 것이고 다른 모든 솔루션은 부족하다고 말합니다. 그는 브레이딩에 대해 "오랫동안 이 문제에 극도로 집중해 왔습니다."라고 말합니다. “우리는 맞춤형 솔루션을 개발할 수 있는 장비, 역사, 지식 및 전문성을 갖추고 있습니다. 사실," 그는 "일부 고객은 우리의 맞춤형 기능에 약간 압도되어 있습니다."라고 주장합니다.

Tech Center의 전시 구역을 떠난 후 투어의 첫 번째 정류장은 "기술"이 실제로 수행되는 프로토 타입 연구소의 아래층입니다. A&P는 판매용 복합 부품을 만드는 것이 아니라 고객이 프로토타이핑 프로세스를 신속하게 처리할 수 있는 공간을 마련했습니다. 여기에서 A&P는 for의 프로토타입을 제작합니다. 고객, 또한 레이업 도구를 구축하고 수압 파열 테스트를 수행합니다. 또한 대형 레이업 테이블, 시판되는 소형 브레이더, 비파괴 검사 장비, 프리프레그 보관용 냉동고 및 대형 Wisconsin Oven(미국 위스콘신주 이스트 트로이)도 포함되어 있습니다.

제조 및 평가의 다양한 단계에 있는 다양한 부품을 전체적으로 볼 수 있습니다. 그 중에는 차세대 제트 엔진 팬 케이스, 헬리콥터 프로젝트를 위한 합성 기어, 나셀 도구 및 이상하게도 합성 재료와 아무 관련이 없는 몇 가지 독점 제품이 있습니다. 그러나 이것은 적절하지 않다고 Braley는 말합니다. “우리는 고위험, 고수익형 프로젝트를 추구하도록 설계되었습니다. 우리는 항상 우리의 기술을 적용할 기회를 찾고 있습니다.”

닫힌 문 뒤

여기에서 투어는 닫힌 문 뒤에서 CW 지역으로 진행됩니다. 응용 프로그램 및 기계와 관련된 모든 관찰은 기밀로 유지된다는 점을 이해하고 방문이 허용됩니다. 사실 A&P는 고객의 디자인과 최첨단 기술의 독점적인 특성을 보호하기 위해 일반적으로 공장 견학을 허용하지 않습니다. 사실, 미국 우주비행사 닐 암스트롱만이 전체 여행을 했습니다. CW 이 방문은 A&P의 광범위한 기능을 더 잘 이해할 수 있도록 지원하는 업계를 가능하게 하기 위해 드문 예외였습니다.

다음 정거장은 캠퍼스 북쪽 가장자리에 있는 3,250m2 규모의 장기 계약 건물입니다. 여기에서 이름에서 알 수 있듯이 다년 프로젝트를 위한 꼬기 프로젝트에서 작동하는 A&P 시스템을 발견할 수 있습니다. Braley는 이 프로젝트는 정적이며 변경할 수 없다고 말합니다. 첫 번째 보기에는 The Boeing Co.(미국 일리노이주 시카고) 787-8 Dreamliner용 동체 프레임용 탄소 섬유 프리폼을 제조하는 인상적이고 복잡한 브레이더 및 맨드릴이 포함됩니다. . A&P는 보잉을 위해 항공기당 290개의 프레임을 만들고 그 중 161개는 고유합니다. 한 교대에서 하나 이러한 A&P 브레이더/맨드릴 시스템 중 4개는 프리폼을 생산하며 이로부터 8개의 프레임이 만들어지며 이 작업을 수행하는 시스템은 회사가 아직 개발하지 않은 가장 복잡하고 고도로 엔지니어링된 소프트웨어 프로그램 중 하나에 의해 운영됩니다.

그런 다음 Schneider와 Braley는 GE Aviation의 GEnx 엔진용 탄소 섬유 팬 케이스 예비 성형품을 만들기 위해 작동 중인 브레이더가 있는 대형 작업 셀을 지적합니다. 이 프리폼은 실린더 형태의 브레이더에서 나온 다음 브레이더 위의 메자닌까지 공급되고 평평하고 슬리팅되어 2층 패브릭을 생성하고 스풀에 감긴 다음 MS Batesville에 있는 GE Aviation의 제트 엔진 시설로 배송됩니다. , 미국("공장 견학:GE 항공" 참조). Braley는 팬 케이스가 작동 중 팬 블레이드가 분리되어 케이스에 영향을 미치는 "블레이드 아웃" 이벤트를 포함하도록 설계되었기 때문에 일관성이 중요하다고 말합니다. "모든 레이어는 동일해야 하며 동일해야 합니다. "라고 그는 말한다. "영향력의 관점에서 볼 때 매우 일관성이 있습니다." A&P는 GEnx 외에도 GE CF6-80C2, Honeywell Aerospace(미국 애리조나주 피닉스) HTF7000 엔진 제품군 및 Williams International(미국 미시간주 커머스 타운십) FJ44-4 엔진용 브레이드 팬 케이스 프리폼을 제공합니다.

다음은 LEAP 1B/2B 엔진 및 GEnx용 탄소 섬유 예비 성형품을 만드는 336-캐리어 브레이더입니다. 그 다음은 Honeywell 엔진에서 고정자 베인용 프리폼을 만들기 위해 탄소와 아라미드 섬유를 엮는 복잡한 시스템입니다. 이 브레이더, CW 7가지 디자인 변형을 수용하지만 사람의 감독 없이 완전히 작동합니다.

Schneider와 Braley는 LTC 건물을 나와 핵심 제품 건물로 향합니다. 지어진 지 2년밖에 안 된 A&P의 최신식이다. 여기에는 20개의 다른 크기의 브레이더(400개의 캐리어가 장착된 가장 큰 브레이더)가 있으며 다양한 크기의 배수가 있으며 대부분은 주어진 시간에 실행됩니다. 회전하는 캐리어의 끊임없는 "딸깍" 소리는 캠퍼스에서 가장 시끄러운 시설 중 하나입니다. 여기에 보관된 완전히 새로운 장비는 도로 위 트럭의 배기 가스 단열재, 항공기 날개 구조, 보철, 하키 스틱 및 야구 방망이를 비롯한 다양한 응용 분야를 위한 슬리빙의 고속 편조에 중점을 둡니다.

다음 정거장은 A&P가 다양한 응용 분야를 위해 QISO, Bimax, ZERO 및 TX-45라는 4가지 기성품 브레이드 패브릭을 만드는 Fabrics Building입니다. 약 5년 동안 시장에 출시된 QISO는 복합 도구, 인프라 수리 및 자동차 애플리케이션을 위해 설계된 준등방성 직물입니다. 재료 조합은 응용 분야에 따라 다르며 항공우주 등급 및 산업 등급 탄소 섬유를 포함합니다. 직물은 여러 면적의 무게와 너비로 제공됩니다.

Bimax는 하키 스틱, 대형 무선 신호 접시 및 자동차 부품에 일반적으로 사용되는 안정화된 ±45° 소재입니다. 여기서 섬유 유형은 탄소와 유리의 하이브리드이며, 레이업 동안 직물 구조를 안정화하기 위해 열가소성 축이 추가되었습니다. A&P에 따르면 Bauer Hockey Corp.(Exeter, NH, US)은 하키 스틱을 위해 탄소 섬유 직조에서 Bimax로 전환했으며 그 과정에서 재료 사용량을 7% 줄였습니다.

A&P의 유일한 편조 원단인 ZERO는 원래 F-22 프로그램용으로 설계되었습니다. 이 단방향 부직포는 주름이 거의 없으며 다양한 온스 중량으로 제공됩니다.

TX-45는 A&P의 최신 직물로, ±45°, 193-g/m2, 2x2 능직물을 캐리어 종이에 전달하여 취급이 간편하고 섬유 방향을 일관되게 유지할 수 있습니다. Braley는 TX-45가 ±45° 평직 프리프레그의 대체품에 관심이 있는 항공우주 고객을 위해 A&P에서 개발했다고 말합니다.

또한 Fabrics Building에서 A&P는 Expliseat(프랑스 파리) 상표인 TiSeat(Titanium Seat)를 위해 편조 열가소성 프리폼을 제조합니다. 4kg에 불과한 Expliseat는 세계에서 가장 가벼운 항공기 좌석이라고 합니다. 그것은 좁은 슬릿 열가소성 테이프를 편조하여 만든 복합 프리폼을 특징으로 합니다. Braley는 이 테이프가 원사보다 더 뻣뻣한 경향이 있어 편조하기가 더 어렵다고 말합니다. TiSeat는 Airbus A320에 장착되어 경쟁 자재 및 제품에 비해 Airbus가 항공기당 약 2,090kg을 절약합니다.

A&P 캠퍼스에서 가장 큰 구조물은 7,430m2 규모의 비즈니스 개발 빌딩으로 다양한 군사, 산업 및 항공우주 프로젝트, 특히 엔진 관련 프로젝트의 제조 허브 역할을 합니다. 워크스루에서 Braley는 GE 엔진 유동 경로 스페이서용으로 개발 중인 브레이딩 시스템, 검증 중인 GE9X 엔진 프리폼 시스템(GE9X는 곧 출시될 Boeing 777X에 전원을 공급할 예정임), GEnx 바디 플라이, Williams의 팬 케이스 브레이더를 지적합니다. 엔진 및 Honeywell 엔진 팬 케이스 프리폼.

여기에서도 A&P가 로봇 및 유사 기술을 평가하여 꼬기 생산 속도를 높이는 데 도움이 되는 자동화실이 있습니다. 여기에는 맨드릴 로딩 및 고급 오버브레이드 기술 개발을 지원하는 다축 로봇이 포함됩니다. 또한 실시간 브레이더 피드백과 공정 중 검사에 사용되는 비전 시스템을 갖춘 동적 스케줄링 소프트웨어도 평가 중입니다. Braley는 "우리는 브레이딩 기능의 최전선에 있다고 생각하지만 항상 개선할 기회가 있으며 이를 추진해야 합니다"라고 말합니다.

가는 중 앞으로

기술 센터로 돌아가십시오. CW A&P의 기술적, 기계적 원동력이라고 널리 알려진 Andy Head를 만납니다. 복합 재료 공급망에서 A&P가 차지하는 위치를 묻는 질문에 그는 강력한 수치 제어, 우수한 디지털 설계, 우수한 사내 기계적 기능 및 편조 공정 자체에 내재된 유연성의 네 가지 강점을 꼽았습니다.

Head는 이러한 기능 조합이 A&P를 복합재 산업에서 독보적인 위치에 놓이게 했다고 말합니다. 이는 높은 진입 장벽 때문에 다른 곳에서 찾기 어려운 고도로 엔지니어링된 고급 브레이드 솔루션의 원천입니다.

“우리 조직은 고객을 성공시키려는 상호 강력한 관심을 기반으로 합니다.”라고 그는 덧붙입니다. “내부에서 기계를 설계하고 구축할 수 있는 우리의 능력을 통해 짧은 시간 내에 고객에게 최적의 솔루션을 제공할 수 있습니다. 이러한 설계 유연성으로 인해 A&P는 브레이딩 기술의 최전선에 서게 되며, 이는 우리가 매우 진지하게 받아들이는 위치입니다.”

Head는 다음과 같이 말했습니다. 우리는 이러한 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 품질 및 서비스에 대한 고객의 기대를 능가하는 능력에 자부심을 느낍니다.”

A&P가 얼마나 멀리 왔는지 되돌아보고 오늘날 복합재 산업의 초점인 제조 속도, 주기 시간, 자동화, 공정 제어 및 일관성에 대해 Schneider는 A&P가 이러한 목표에 잘 부합하고 항공 우주 분야의 예비 성형 요구 사항을 충족할 준비가 되어 있다고 보고 있습니다. , 자동차 및 산업 부문 및 그 이상. 그녀는 "20년이라는 시간이 정말 길었지만 아직 끝나지 않았습니다."라고 말합니다.