碳足迹:布里斯托国家复合材料中心内部

位于布里斯托尔郊区国家复合材料中心旨在帮助英国工业突破技术界限，为新制造技术开辟道路。它是最新复合材料技术的试验台，是尚未成熟到足以进入工业前线的机械的打样场，但有可能带来重大的生产步骤变化。

iCAP是NCC最新的投资项目。这是一种工厂和实验室的混合，10000平方米的空间里有10台新机器，是在一个为期两年的收购项目中购买的，耗资3670万英镑。由于新机械组合中的几乎每个部件都是定制的，其价格并不令人意外。

iCAP项目的总工程师彼得•吉丁斯告诉《工程师》杂志:“最小的套件中有一半——约占项目价值的0.2%——都是闲置的。”“其他一切都是为我们定制的。在所有10个案例中，公司至少有一件新事物，在这10个案例中，有7个是地球上的新事物。

“这些规格都调高了。每个人都承受了很大的压力，因为如果我买了一台正常机器能做的东西，我将很难做人们想不到的事情。”

这批新设备包括欧洲最大的碳纤维编织机，它可以自动将多达288股的碳纤维编织成精密的中空3D几何图形，用于飞机螺旋桨等产品。一种新的超模机展示了复合材料部件现在是如何大规模生产的，为汽车制造商在新型轻量化汽车中使用更多这种材料铺平了道路。

然而，毅联汇业皇冠上的明珠是一种新型的大型双机器人电池，可自动铺设巨大的碳纤维带。这两个分别重达45吨和24吨的机器人被称为超高速率沉积细胞(UHRDC)，它们可以以亚毫米的精度测量、切割、提起和放置碳纤维织物层。在充分发挥其潜力的情况下，该机器可以将飞机机翼所需的碳纤维片数量从10万个减少到150个。目前空客需要一周才能完成的工作，一天就能完成。

但实现这种飞跃也带来了一系列独特的挑战。首先，验证新机器第一阶段所需的250万层碳纤维根本不存在。吉丁斯和他的同事们必须把他们的计划交给供应商，让他们相信这就是市场的发展方向。

“如果今年晚些时候成功，”他说，“我们就可以回头挑战材料供应链，并说，‘我们可以做250米，如果你能给我做500米的卷，我们可以快一倍’。”这是iCAP几乎所有设备都具备的雄心。”

即使是达到机器的原始规格也很棘手。生产设备的购买通常是为了以特定的速率生产特定的部件。你把这些要求带到市场上，有人会为你制造一台机器来完成这项工作。但NCC的需求是不同的。

吉丁斯说:“一台普通的工业机器是根据它的功能来购买的。“买我们的机器是看它们是怎么做的，以及我们能在多大范围内使用它。”

如果UHRDC在机翼上取得成功，它将被重新编程，承担一系列其他任务。这种灵活性对于证明最初由纳税人支持的投资是合理的至关重要。

吉丁斯解释说:“我需要在今年制造空客的机翼，明年制造一个巨大的风力涡轮机。”“明年晚些时候，我需要能够建造一座桥。所以我们必须为各种各样的产品进行设计，我们必须制造出非常灵活的机器，能够以具有工业代表性的方式做大量的事情。

他说:“我们需要让(客户)到生产线上生产他们的零部件，同时又不牺牲我们的灵活性，这样我们就可以随时帮助下一个人。所以我们针对一个目标进行设计，还有其他我们已经定义的目标。这很难做到。”

为了制定iCAP设备的规格，NCC查看了英国和其他国家的主要研发项目的目标，反向计算出所需的机械类型。特别是UHRDC，从操作温度和体积，到距离地面的高度，速度和电力输送，一切都是可以争取的。

吉丁斯说:“我们从空中客车和吉凯恩公司引进了大量的专业知识，我们坐在一个房间里，争论了大约两个半月。”

一旦对参数达成一致，规格就会进行招标，在招标过程中会发生更多艰难的对话。

吉丁斯说:“我们提供了这台机器每个部分需要实现的功能描述。”

“这对我们的指定方式是一个非常大的改变。老实说，这对制造业来说非常困难，我们团队里的人做得非常好，因为这并不容易。”

自十多年前成立以来，NCC一直与创始成员空中客车、阿古斯塔韦斯特兰、GKN航空、罗尔斯罗伊斯和维斯塔斯携手合作，并在一些特殊项目上展开合作，如“侦探犬”的复合空气制动器。其关键作用之一是吸收与全新设备相关的初始风险和投资，对其进行测试和验证，然后帮助完善原始设备制造商的最终生产需求。对于特别复杂的产品，可能需要与客户密切合作，进行多轮迭代和改进。

吉丁斯说:“一个很好的例子是(劳斯莱斯)UltraFan前面的风扇叶片。”“我们已经做了大量的开发沉积，固定和固化的风扇叶片在这里的中心。

“现在劳斯莱斯菲尔顿工厂已经开放，平衡发生了改变，他们在那里做更多的最终生产工作，他们真的在扩大规模。”

2013年，NCC成为高价值制造业弹弓的一部分，该中心不断地为英国工业寻找新的机会，从其工作中受益。2019年3月，该公司推出了NCC Connect，这是一个专门为支持中小企业需求而设计的业务部门，让他们能够接触到专业工程师和复合材料技术，帮助他们转变业务。除了为小型公司提供一个开始探索如何开始使用复合材料的入口外，它还可能打开以前该技术被忽视的领域。

由于复合材料具有明显的轻量化优势，航空航天长期以来一直是复合材料的领头羊，此外还有高端汽车应用和海上风能。由碳纤维制成的更轻的涡轮叶片对涡轮和塔架部件的要求更低，由此产生的节省和效率可以弥补该材料更高的成本。更重要的是，像NCC正在开发的新技术可以完全改变叶片生产，就像空客希望在机翼制造方面所做的一样。

其他行业的吸收速度一直较慢，但随着复合材料的益处范围变得更加清晰，制造技术也赶上了行业需求，人们对复合材料的兴趣正在增长。目前一个具有未来发展潜力的小众领域是核聚变，某些复合材料的独特材料性能——而不仅仅是重量——是其采用背后的驱动因素。

Giddings说:“我们目前正在为UKAEA(英国原子能机构)研究复合演示装置。”“某些类型的复合材料在托卡马克中有应用。陶瓷基复合材料的应用，其中纤维增强碳化硅陶瓷的基体。这可以承受巨大的温度，并将在氚毯。”

其他将受益的行业包括石油和天然气以及更广泛的能源行业，复合材料在管道、压力容器甚至可能是巨大的风力涡轮机塔中发挥着作用。根据吉丁斯的说法，NCC肯定不缺他和他的同事们的工作，而且随着复合材料在通常的工业据点之外被广泛采用，这种情况不太可能很快改变。他说:“我们真的很幸运，这些令人兴奋的挑战来自非常酷的项目。”

“而这种广度是接下来真正需要的。这是我们未来三年任务的重要组成部分。我们不会成为国家航空航天复合材料中心。我们是国家复合材料中心。”