新材料新工藝涌入汽車領(lǐng)域

寂靜天花板 · 發(fā)表于 2016-5-10 20:25:40

在最近舉行的2016年紐約國際車展上,，各大汽車展商為人們獻上了一場豐富的視覺和思想盛宴,，挑戰(zhàn)了人們對高速度和高科技的想象力，也展示了汽車工業(yè)未來的發(fā)展趨勢,。

美國趣味科學網(wǎng)站在日前的報道中,，列舉了如下三大趨勢：更輕質(zhì)的碳纖維復合材料廣泛應用于汽車的多個零部件；3D打印技術(shù)為汽車工業(yè)添磚加瓦,；一大批新型材料洶涌襲來,。

謳歌Acura NSX賽車的整個車身結(jié)構(gòu)都由碳纖維復合材料制造

碳纖維復合材料：無所不在

從特斯拉到谷歌，從福特到豐田,，在過去一年間,，汽車制造商們通過各種技術(shù)和思想創(chuàng)新,，盤踞了報紙的頭條位置：有些制造商致力于讓自動駕駛汽車走進現(xiàn)實生活,，有些制造商則通過新型輕質(zhì)氣電混合車讓混合動力汽車漸入佳境。即便在低端市場,，自動停車和車道偏移警示系統(tǒng)目前都已成為很多高銷量車型的標準配置,。

但在這一片花團錦簇、歌舞升平中,，現(xiàn)代汽車使用的新型材料被忽略了,，其中聲名最顯赫的當屬超堅固的碳纖維復合材料。的確,，高性能汽車,，不管是賽車,、超級跑車還是馬力增強了的家用車，為了獲得最高的速度和加速度,，都需要降低重量,。

去年，汽車廠商紛紛在超級跑車中使用碳復合零件,，主要目的是為了讓汽車更輕,，外觀更靚麗，這一點也得益于碳復合材料本身極富吸引力的外表,。今年,，這一點也很明顯。比如,，瑞典超級跑車制造商科尼塞格（Koenigsegg）綜合最大功率達1500馬力的首款混合動力車型Regera,，其車輪就由碳纖維復合材料制成。與目前很多高端汽車輪胎使用的輕質(zhì)鎂合金相比,，碳纖維復合輪胎重量更輕,。對操控汽車來說，減少輪胎重量比減少車體質(zhì)量的影響更大,。更輕質(zhì)的車輪能更好地貼近路面,，產(chǎn)生更好的抓力。在未來的車型中,，越來越多汽車制造商將在超級跑車上使用復合材料,，并最終過渡到大規(guī)模制造的車型上。

在去年的車展上,，碳纖維零件已有不少：后視鏡外殼,、前后擴散器、內(nèi)部裝飾件,、導流板等,。但在今年的車展上，大量汽車開始在其車身面板或底盤上使用碳復合材料,，包括謳歌NSX（Acura NSX）超級跑車,、Ford GT和寶馬i8的車體都是完全由碳纖維復合材料制成。另外,，電動汽車為了增加每次充電后的駕駛里程,，也迫切需要降低車的重量，因此,，包括寶馬i8或特斯拉Model S在內(nèi)的高端電動汽車可能很快也會采用碳纖維復合材料制造的車胎,。

另一個少人問津的碳纖維復合材料應用領(lǐng)域是儲氫裝置，例如豐田Mirai燃料電池汽車用的氫罐,。碳纖維復合材料氫罐通過在一根管子周圍包裹碳纖維制成,，其能承受更高的壓力,，因此能存儲更多氫氣，從而能提高汽車的行駛里程數(shù),。

3D打印革新：一切皆有可能

目前,，傳統(tǒng)制造方法一般用于制造批量生產(chǎn)的零件，擁有非常復雜結(jié)構(gòu)的零件很難用此類方法制造,。

但最近,，科學家們在3D打印領(lǐng)域取得的進步消除了一些制造更復雜零件的壁壘，比如,，這一技術(shù)可用來制造受生物過程啟發(fā)的結(jié)構(gòu),，而采用其他制造方法無法做到這一點。因此,，借助3D打印技術(shù),，我們能大批量制造出結(jié)構(gòu)復雜的精密零件。

在2016年紐約國際車展上,，福特公司展示了其用3D打印機制造出來的復雜泡沫結(jié)構(gòu),，傳統(tǒng)方法無法大規(guī)模制造出如此完全一樣的泡沫，因為每個泡沫結(jié)構(gòu)都由成千上萬個小泡組成,。福特還展示了很多3D打印模型,，例如進氣管、橫拉桿等,。此外,，3D打印也使快速制模成為可能，用3D打印方法制造出的模具可用于傳統(tǒng)的設(shè)備制造中,。

對于產(chǎn)量少的汽車來說,，采用3D打印方法打印出可直接使用的零件尤其有用，因為此類汽車的主要成本是設(shè)計和原型開發(fā),，借助3D打印技術(shù),，可大大降低此類過程的成本。現(xiàn)在,，包括專門制造飛機發(fā)動機零件的通用電氣航空部和專門生產(chǎn)浴室水龍頭的美國標準公司在內(nèi)的多家公司,，都在借助3D打印技術(shù)。

未來材料：“不起眼”到受青睞

除此之外,，在2016年紐約國際車展上,，很多汽車制造商開始使用一些“不起眼”的材料,，如天然纖維和可再生材料等,。業(yè)內(nèi)人士稱，用玉米殼,、洋麻,、大麻類植物,、椰子殼以及棉絲等天然纖維制造的復合材料很有可能成為未來的汽車用復合材料。

盡管此類復合材料可能看起來平淡無奇,，沒有什么“未來主義”的光環(huán),，但其實，與高強度的碳纖維復合材料相比,，其量產(chǎn)和應用面臨著更大的技術(shù)挑戰(zhàn),。另外，這些天然材料不容易與塑料結(jié)合,，這使兩者的混合變得困難且使零件的強度降低,。

在今年的車展上，福特公司在天然復合材料和可回收復合材料的研制方面取得了巨大成功,，一些由這些材料制造的零件已經(jīng)進入最終制造階段,。比如，用洋麻纖維復合材料取代福特翼虎傳統(tǒng)的注射成型塑料內(nèi)模板可節(jié)省大約30萬磅油基材料,，并將零件的重量降低25%,。更特別的是，福特公司目前甚至在嘗試使用廢棄的美國鈔票來制造復合材料,。

擁有天然纖維增強的復合材料除了隔熱和隔音效果更好外,，還能降低汽車的質(zhì)量，耐磨損性能更強,。此外,，使用這些材料對環(huán)境的好處也很多：這些材料本身具有可再生性，而且它們也能減少用于制造塑料的石油消耗,。