碳纖尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料如何助力汽車制造！

2019-03-13

在之前的軍事類碳纖尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料的文章，最后有一張由3D碳纖尼龍制造的汽車腳踏板的應(yīng)用圖片，這引起了一些觀眾的反饋，這次我們好好探究下碳纖尼龍?jiān)鰪?qiáng)如何幫助汽車民用這一重要支柱產(chǎn)業(yè)的。

圖為：3D制造的尼龍?zhí)祭w材料的汽車零件

首先，我們得了解目前汽車發(fā)展的方向。目前汽車主要有2大發(fā)展目標(biāo)：智能化和節(jié)能減排。智能化主要借助AI、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎、5G技術(shù)這里暫時(shí)不做贅述。而節(jié)能減排這個(gè)大目標(biāo)又可以細(xì)分為：清潔能源、輕量化、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)熱效率、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減少風(fēng)阻和路阻。以現(xiàn)有電動(dòng)車為代表的新能源車，受制于電池儲(chǔ)存技術(shù)暫時(shí)未有重大突破，只能通過壘砌大電池組來緩解續(xù)航問題。提高內(nèi)燃機(jī)熱效率近十年來也突破，從30%到40%也付出巨大人力財(cái)力研究。風(fēng)阻和路阻也基本難以近期有重大突破。所以現(xiàn)在和未來一段時(shí)間是主要看汽車輕量化。

輕量化兩大要素

1、材料：在沒有找到汽車用鋼合適的替代材料時(shí)，只有寄希望于汽車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化或鋼材性能的提高上。但鋼材的比重是無法逾越的天敵。故成效不大。尋找最佳的鋼材替代材料是汽車界有史以來始終孜孜以求的目標(biāo)。

2、部件設(shè)計(jì)：模塊化、整體化的設(shè)計(jì)，可以大大節(jié)省連接件的數(shù)量和重量。

使用一體成型零件大大提升制造效率、減少開模費(fèi)用

通過碳纖尼龍復(fù)合材料解決材料問題，通過大尺寸SLS尼龍燒結(jié)設(shè)備如TPM3D的S600解決整體化、模塊化和拓?fù)鋬?yōu)化的制造問題，無疑是一條可行的思路。

正是看到這點(diǎn)，如新一代寶馬7系列中有三十多種零部件使用了碳纖維復(fù)合材料（CFRP），分別有：車身、底盤、車頂、車門、頭蓋、引擎蓋、尾翼、壓尾翼、中控臺(tái)、裝飾條、儀表盤、傳動(dòng)軸、特殊動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、座椅、座椅套墊、前擴(kuò)散器、尾擾流板、后擴(kuò)散器、后視鏡外殼、懸掛臂、前唇、側(cè)裙、側(cè)格柵、車用箱包、導(dǎo)流罩、A柱、遮陽罩、散熱器面罩、側(cè)護(hù)板、低位踏板、副保險(xiǎn)杠等外部和車身、內(nèi)飾和外飾配件等系統(tǒng)。這些應(yīng)用等于在節(jié)能減排的4個(gè)方面中，涉及到了輕量化、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)熱效率和機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減少風(fēng)阻和路阻的三個(gè)方面。

圖為：正在安裝碳釬維復(fù)合材料材料的寶馬生產(chǎn)線

寶馬全碳纖復(fù)合材料輪轂的比一般鋁合金輪轂輕35%，這將大大較少車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（業(yè)內(nèi)普遍共識(shí)：車輪1減重公斤約等于車身10公斤）

圖為：福特野馬的類似輪轂

在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）用熔融沉積制造技術(shù)將碳素纖維顆粒打印成一體式汽車底盤。剛度、強(qiáng)度分別提高了5-7倍與3倍不但提高零件的屬性，還減少了加工時(shí)間。這說明美國政府也十分注重這項(xiàng)材料和3D打印技術(shù)對于汽車行業(yè)的作用。