非营利研究中心 SAM XL 在开发飞机部件超声波焊接方面处于全球领先地位，有望生产出更轻、更可持续的飞机。

SAM XL庞大的研究设施中已经配备了大量小型机械臂和实验装置，最近又迎来了一种大型全新的橙色机械臂。从2024年开始，这款机械臂将逐步向世界展示超声波焊接在未来几代飞机组装中的优势。凭借这项技术，SAM XL将为航空业尽可能实现气候中和做出宝贵贡献。

多年来，飞机主要由铝制成，随着对减轻重量和节省燃料的不懈追求，这种金属已被更轻、更强的长碳纤维复合材料所取代。最新一代复合材料，即纤维增强热塑性塑料，在足够的热量下会熔化并且可以焊接在一起，替代了飞机上使用的铆钉。不仅材料更轻，所需的零部件也更少。

“我们最大的挑战是开发一种焊接技术，能够在复杂的表面上持续高速地生产出高质量的长焊缝”SAM XL的工艺工程师Bram Jongbloed说。“而我们恰好找到了解决这一难题的办法。我们开发的超声波焊接技术已在多个研究项目中被证明有效。”

SAM XL是使用超大型（XL）机器人进行智能先进制造的缩写。该研究中心是由代尔夫特理工大学赞助成立的一家非营利基金会。

该中心的研究内容包括航空航天生产和检验技术的自动化，弥合基础研究和工业应用之间的差距。

艰巨的挑战

虽然超声波焊接用于塑料焊接已有几十年的历史，但用于热塑性复合材料是一项更为艰巨的挑战，这促使SAM XL开发了专有软件和硬件。Jongbloed说：“我们的超声波焊接技术使用的是一种超声波焊头，类似于一种锤子，当它压在焊缝上时，会以20000赫兹的频率振动。这会在接口处和热塑性塑料上产生巨大的摩擦力，导致材料熔化，但因为只熔化了一小部分材料，因此效率也很高。”

SAM XL通过在平直表面上焊接几十厘米的延伸焊缝，展示了连续超声波焊接工艺的基本概念，甚至在空客飞机的全尺寸机身面板上进行了机器人点焊。Jongbloed说：“当我们焊接8x4米的面板时，我们成为第一个在完全由热塑性塑料制成的飞机部件上应用超声波点焊的机构。”

关于最近安装的机械臂，SAM XL打算在挑战弯曲表面之前，证明它还能进行跨度达数米的焊接。Jongbloed说：“我们目前正在开发一种所谓零编程的新软件框架，它将赋予机械臂扫描物体、建立数字模型并生成最佳焊接路线所需的智能。”

弥合差距

在实践中，航空工业的基础科学研究与现实应用之间往往存在很大差距。创建SAM XL就是为了弥合这一差距。未来几年，SAM XL致力于使超声波焊接技术更接近商业应用，而飞机制造商空中客车公司是这一目标的重要合作伙伴。

Jongbloed说：“空中客车公司热衷于开发超声波焊接技术，而我们是全球超声波焊接领域的佼佼者。我们经常与空中客车公司的人员进行磋商，并经常邀请他们前来参观我们的研究成果。空中客车公司希望每月能够生产多达100架A320飞机，如果他们决定使用热塑性复合材料，就需要有能够胜任这项任务的组装技术。我们现已制定了一个路线图，目标是到2035年左右让空客这样的制造商实现超声波焊接商业化。”

SAM XL也非常愿意支持荷兰制造业，业内对其技术表现出来的兴趣与日俱增。SAM XL最近开始研究利用超声波焊接氢气罐的方法，这将在能源转型中发挥关键作用。

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