完成的MFFD机身部件放置在专门开发的下机身支架上，该支架也将用于运输整个机身部件。　　位于德国施塔德弗劳恩霍夫研究所的MultiFAL平台，正在装配MFFD热塑性复合材料机身壳体。用于夹持固定和高精度调整上机身壳体外形和位置的黄色六足机器人清晰可见。　　WELDER项目中形成的超声波焊接末端执行器，在六足机器人协助保持形状和高精度位置调整，完成机身焊接。　　在BUSTI项目中，间隙填充末端执行器在将对接带经激光焊接到机身壳体后，使用挤出机进行热塑性材料间隙填充。　　位于德国施塔德弗劳恩霍夫研究所的MFFD飞机机身部件通过热塑性复合材料焊接工艺进行连接。　　弗劳恩霍夫团队的成员站在德国施塔德CFK NORD研究中心已完工的MFFD前。

　　 陈济桁
　　 3月14日，德国弗劳恩霍夫制造工艺与应用材料研究所（IFAM）宣布，其与合作伙伴已联合完成的热塑性复合材料机身演示验证件（MFFD）完成上下机身的左右焊缝连接，并将8×4米的全尺寸部件发送至位于德国汉堡的应用航空研究中心与机舱顶部模块件集成并进行测试。
　　作为欧盟资助的“洁净天空”计划“大型客机”（LPA）验证子计划的一部分，弗劳恩霍夫研究所及其国际项目合作伙伴联合打造了长8米、直径4米的飞机机身——多功能机身演示验证件（MFFD），采用自动定位和焊接工艺完成了上下机身部件纵向接缝连接。MFFD被认为是世界上最大的碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）飞机机身部件，代表了一种以1:1比例展示热塑性复合材料飞机机身自动化制造的新模式。该项目中使用的材料和制造技术，可在高速生产过程中减轻约10%的结构重量并降低10%的成本。
　　上部和下部机身壳体：作为“智能多功能集成热塑性复合材料机身”（STUNNING）项目的一部分，热塑性复合材料下机身壳体在高温高压下条件经热压罐固化成型，由GKN Fokker、Diehl航空、荷兰航空航天中心（NLR）和代尔夫特理工大学组成的团队共同完成。热塑性复合材料上机身壳体采用纤维带铺放和原位固结工艺制造，由Premium Aerotec、空客、Aernnova和德国航空航天中心组成的联合团队共同完成。上、下机身壳体均具有高度预集成度，采用几乎无铆钉的架构设计，与现有传统机身相比重量减轻10%。自动化预集成进一步提高制造效率，提升局部制造灵活度，所有组件不再需要放入密闭机身内部并在狭窄空间条件下手动安装。此外，飞机结构重量减轻使得飞机飞行期间燃油效率显著提高。CO2激光和超声波焊接。空客公司与MFFD项目团队协调合作，选择对左侧接缝处采用CO2激光焊接，对右侧接缝处采用超声波焊接，通过不同焊接方式将上下机身壳体连接成一体机身。两种工艺都具有无尘焊缝的优点，但是两种工艺均未在大型CFRP部件研发与生产过程中应用，也尚未证明客机满足质量要求。无尘焊缝的需求源于两个壳体与大量结构和系统部件的首次预集成，这些部件也是通过焊接装配的，因此无法在装配完成后再去除碎屑与灰尘。CO2激光焊接方面；为了通过激光焊接工艺实现左侧接缝连接，需沿上下机身壳体纵向边缘分层铺放长达4.5米的细CFRTP对接带。壳体表面具有阶梯式外轮廓，可用于铺放对接带。用于送带、定位和边缘密封的所有解决方案均在弗劳恩霍夫的“对接带在部件装配与运营过程中的工具设计、验证、实施等集成技术开发”（BUSTI）项目中完成。在BUSTI项目内，弗劳恩霍夫研究所制造连接带通过处理工具精确定位在接缝处，并通过滚动方式集成到自动化装配过程中，以便紧随其后的焊接头振荡激光束通过镜子引导，可以连续熔化对接带和壳体表面之间形成的接触线。激光焊接末端执行器上的压力装置，以高达1吨的接合力将连接带压在上下机身壳体接缝处，并在同一工作步骤中加固焊缝。为了防止焊接过程中采取的高压力损坏机身结构，在焊接过程中机身内侧部分同步施加了吸力和应力消散装置。激光焊接过程中使用了在线监测和控制系统，可通过数字孪生实现直接数据交换，从而实现工艺优化，保证质量。
　　超声波焊接方面：选择自动超声波焊接作为右侧接缝的连接方法，能够从研究工作中获得尽可能多的重要经验和数据，以便在后续生产过程中使用。与激光焊接相比，只有壁较薄的机身接缝部分（即机门环境之外的接缝部分）可以通过这种方式焊接。此外，焊接过程不需要激光保护单元，并且在装配同步并行过程方面投资较低。弗劳恩霍夫研究所还与合作伙伴CT工程集团、Aimen、Aitiip和Dukane合作开展了“用于优化、快速和精确的纵向管接口密闭焊接设备”（WELDER）。这种合作带来了快速、可靠和自动化的纵向接缝超声波焊接工艺。与激光焊接工艺相同，自动化连续超声波焊接工艺使用在线监测和控制系统，可通过数字孪生实现直接数据交换，以实现工艺优化和质量保证。
　　自动化装配研究平台。弗劳恩霍夫与其合作伙伴FFT生产系统公司（FFT Produktionssysteme）一起，在德国CFK NORD研究中心的“机身装配线的多功能自动化系统”（MultiFAL）项目中，为MFFD设计并建造自动化装配研究平台，其中包括了中央系统和过程控制。其他参与项目的合作伙伴陆续将其开发的技术模块集成到该平台中。弗劳恩霍夫研究所将按照工艺执行顺序进行装配，初始任务包括使用开发的夹具来固定下机身壳体，使其能够在后续工艺装配过程中高精度对齐，之后再利用高架起重机将上机身壳体与下机身壳体装配连接，所有处理过程均自动化完成。10个6足机器人组成的装配空间以亚毫米精度定位上下机身壳体，并利用激光传感器随时控制壳体的最佳形状和位置，并在必要时进行重新调整。
　　自动间隙填充。由于不可避免的制造公差和定位过程所需的自由度，连接带和壳体的阶梯式连接区域无法完全无缝连接在一起，因此仍然存在宽度不规则的小间隙。这些间隙会损害焊接质量，因此在焊接过程后必须进一步填充热塑性材料，同时也要避免使用过量的填料。与激光焊接末端执行器一样，挤出机被引导沿着接缝处工作，将加热过的、颗粒形式的热塑性材料填充到间隙中。喷嘴将确保材料在冷却硬化之前充分完成间隙填充。为保证使用精确的材料填充量，局部间隙体积是通过集成到同一间隙填充末端执行器中的2D传感器预先测量的。测量结果被传输到挤出机系统，从而可以动态计算填料输出速率，从而使3~20毫米宽的不规则间隙，能够充满准确数量的熔融热塑性材料。
　　3月14日，弗劳恩霍夫研究所于在比利时布鲁塞尔举行的最后一次会议上介绍了其所参与的三个项目，并宣布全部项目顺利完成。项目成果已提交给独立专家和所有为演示验证工作做出贡献的合作伙伴。MFFD是继2021年顺利完成“自动化客舱和货舱衬里装配方法”（ACCLAIM）项目中自动化客舱装配1:1比例平台之后，弗劳恩霍夫研究所做出重大贡献的第二个“洁净天空2”大型演示验证项目。MFFD热塑性复合材料机身部件已运往位于德国汉堡的应用航空研究中心（ZAL），并在那里最终完成机舱顶部模块的集成。随后，整体部件将用于进一步测试和演示验证。
　　弗劳恩霍夫研究所将结合从MFFD演示验证件项目中获得的技术诀窍，为其他感兴趣的企业提供成熟技术，帮助其产品实现工业化生产。其他技术将被纳入后续的研究项目中，以便在未来的生产中进一步提高效率并降低资源消耗。除飞机机身外，计划中的结构部件还包括垂直尾翼和低温氢气储罐系统。除了航空业之外，陆地或海上交通工具也是其发挥技术转化能力的重点。