F1 на світлові роки попереду
Протягом деякого часу вуглецеве волокно використовувалося у Формулі-1, аерокосмічній та морській техніці та поступово прокладало собі дорогу до основного виробництва автомобілів. Хоча основні застосування вуглецевого волокна в серійних автомобілях на сьогоднішній день включають косметичні вдосконалення, автовиробники розглядають його використання в компонентах підвіски та панелях кузова, хоча й у відміряних дозах.
McLaren Automotive використовує CFRP
Застосування пластику, армованого вуглецевим волокном (CFRP), широко використовується в гоночних автомобілях високого класу. Наприклад, McLaren є піонером у використанні вуглецевого волокна у виробництві автомобілів протягом понад 30 років. MP4/1 був першим автомобілем у Формулі-1, який мав шасі з вуглецевого волокна. У порівнянні з алюмінієвими конструкціями того часу, вуглецеве волокно було легшим, але міцнішим і, отже, швидшим, але безпечнішим. До останніх монококових автомобілів McLaren із вуглецевого волокна належать 675LT і 720S.
McLaren Automotive створила Технологічний центр композитних матеріалів поблизу кампусу Центру передових виробничих досліджень (AMRC) в Університеті Шеффілда, Великобританія. Центр розроблятиме та виготовлятиме карбонові шасі Monocell та Monocage для майбутніх моделей. Наступне покоління Monocell буде створено з використанням передових автоматизованих технологій виробництва, розроблених спільно з AMRC.
Інші автовиробники також використовують CFRP
Інші автовиробники високого класу активно використовують запчастини з вуглепластику у своїх автомобілях, щоб зменшити вагу, зокрема Daimler, BMW (i3 і i8) і Lamborghini (Aventador і Huracán).
Audi, Alfa Romeo та Toyota також інтегрують CFRP у певні кишені своїх автомобілів. Наприклад, Toyota Prius PHV вважається першим у світі автомобілем серійного виробництва, оснащеним задніми дверима з вуглепластику, що є ще одним засобом зменшення ваги.
Оскільки попит на матеріал зріс, апетит до нестандартних і нових оздоблень різко зріс. Концепція «масового налаштування» все частіше входить до порядку денного виробників комплектного обладнання. Нещодавні інвестиції у відділ JLR SVO, Aston Martin ‘Q’ і Ferrari ‘Tailor Made’ є прикладами того, як автовиробники реагують на часто спритніші налаштування та кастомайзери, які набули популярності. Поряд із покращенням двигуна та спеціальними інтер’єрами, одним із матеріалів, споживання якого зросло, є вуглецеве волокно. Від «гарячих люків» до розкішних лімузинів і позашляховиків, цей композитний матеріал більше не призначений виключно для автоспорту. Для елітних автомобілів це майже товар підтримуються своїми постачальниками
Ford також придивляється до CFRP за підтримки Magna. Пара розробила прототип композитного підрамника з вуглецевого волокна, який, як стверджується, зменшує масу на 34 відсотки порівняно з еквівалентом із штампованої сталі. Замінивши 45 сталевих деталей двома формованими та чотирма металевими, прототип досяг 87-відсоткового зменшення кількості деталей. Молдинги з’єднуються за допомогою клейового скріплення та конструкційних заклепок.
Джо Ло, директор із передових інженерних розробок Magna Exteriors, розповів just-auto, чому попит на легкий матеріал з боку виробників комплектного обладнання зараз зростає: «Використання вуглецевого волокна продовжує дуже швидко зростати з низки причин (насамперед через співвідношення міцності та ваги) у багатьох галузях. Перше використання вуглецевого волокна було матеріалами, розробленими для аерокосмічної та гоночної промисловості. Однак ці початкові пропозиції не були зосереджені на тривалості циклу, оскільки вони були розроблені для невеликих обсягів застосувань. З цієї причини існує величезна можливість для розробки матеріалів, орієнтованих на покращення час процесу, і саме цьому ми приділяємо значну увагу. Це, у поєднанні зі зниженням витрат на матеріали, збільшить використання вуглецевого волокна в автомобільній промисловості».
Faurecia приєдналася до кластеру MAI Carbon Об’єднаного товариства вуглецевих композитів, що базується в Аугсбурзі, Німеччина, щоб розробити виробничі процеси, здатні досягти часу автомобільного циклу для масового виробництва композитних деталей. Композитні матеріали, безумовно, допомагають автовиробникам скинути вагу. Група вважає, що використання вуглецевих композитів забезпечує зниження ваги приблизно на 50 відсотків порівняно з еквівалентною частиною, виготовленою зі сталі. Десять кілограмів економії ваги зменшують викиди CO2 на 1 г/км. Зменшення ваги також важливе для збільшення автономності електромобілів на акумуляторах. Матеріал вибору для концептуальних автомобілів
Вуглецеве волокно давно було обраним матеріалом для концептуальних автомобілів, забезпечуючи бачення свободи дизайну та легкої ваги. Деякі, як-от Hyundai, отримали визнання за інноваційні конструкції рами з вуглецевого волокна. Інші застосували чистий підхід, широко використовуючи матеріал. Наприклад, автомобіль Shell Project M є результатом технологічного партнерства між Gordon Murray Design, Shell Lubricants і спеціалістами з виробництва двигунів Geo Technology. Тріо спільно розробило кузов автомобіля, двигун і мастильні матеріали, щоб мінімізувати використання палива та викиди CO2. Є надія, що досягнення тризначного числа миль на галлон надихне на нове мислення щодо особистої мобільності, мінімізуючи енергію за допомогою існуючих технологій і матеріалів. Автомобіль є оновленою версією міського автомобіля Гордона Мюррея T25, випущеного в 2010 році.
Найбільш помітним аспектом легкої конструкції Project M є те, що вона поєднує в собі недорогий композитний корпус із переробленого вуглецевого волокна та сталеву трубчасту раму. Ця частина автомобіля була створена завдяки концепції iStream від Gordon Murray Design, яка дозволила команді побудувати автомобіль вагою 550 кг, тобто приблизно на 250 кг легший за автомобіль Smart і на 80 кг легший за оригінальний T25. У процесі виробництва iStream з низьким споживанням енергії використовуються легкі матеріали, щоб скоротити витрати на складання та зменшити капіталовкладення, необхідні для виробництва автомобіля.
Колишній дизайнер McLaren F1 Гордон Мюррей сказав just-auto: «Цей проект базується на T25 – це був наш перший демонстратор для iStream. Він не був призначений для продажу, а просто фізична особа, щоб продемонструвати, що таке iStream. І ми думали, що оптимізуємо це. Працюючи з Geo Technologies і Shell, мені довелося набагато більше наполягати на розробниках, щоб зменшити вагу, і це фактично просунуло iStream. Тепер у нас є Yamaha і TVR, які використовують технології цього автомобіля».
Gordon Murray Design також бере участь у проекті Carbon Aluminum Automotive Hybrid Structures (CAAHS), спільному проекті, який спрямований на подальшу розробку матеріалів і процесів алюмінієвих сплавів наступного покоління для використання в конструкціях кузовів автомобілів.
Gordon Murray Design стверджує, що може вдвічі зменшити вагу автомобіля
Gordon Murray Design також представила версію своєї автомобільної виробничої системи iStream, яка, за її словами, революціонізує спосіб виробництва автомобілів і забезпечує зниження маси кузова до 50 відсотків.
Система поєднує в собі високоміцну алюмінієву раму з вдосконаленими композитними панелями з вуглецевого волокна, щоб перенести «конструкцію та технології, засновані на Формулі-1, у масове виробництво автомобілів».
Компанія каже, що новий процес обіцяє розпочати нову еру продуктивності транспортних засобів завдяки легкій конструкції, що забезпечує більшу безпеку, менші викиди, покращену керованість і підвищену довговічність. Компанія стверджує, що нова інновація не тільки забезпечує зменшення ваги до 50 відсотків у порівнянні зі стандартним штампованим металевим корпусом, але також пропонує нові рівні гнучкості платформи.
Gordon Murray Design каже, що модульна природа шасі iStream Superlight означає, що основну платформу можна адаптувати до будь-якого сегменту транспортного засобу, від спортивних автомобілів і надекономічних електричних міських автомобілів до позашляховиків і легких комерційних автомобілів. Ця адаптивна формула забезпечує, як стверджується, «рентабельність для виробників, уникаючи потреби у великих капіталовкладеннях та індивідуальних конструкціях шасі для кожного варіанту моделі».
Професор Гордон Мюррей сказав: «Новий підхід iStream Superlight до виробництва транспортних засобів — це інновація, що змінює парадигму світової автомобільної промисловості. Це прорив, який забезпечить технологію найлегшого шасі на десятиліття вперед. Команда дизайнерів Гордона Мюррея створила унікальний, адаптивний та економічно ефективний спосіб для виробників у всьому світі значно покращити характеристики та ефективність автомобіля».
«iStream Superlight» використовує високоміцну алюмінієву тонкостінну трубчасту раму та стільникові перероблені вуглецево-композитні панелі шасі замість штампованого металу, який використовується у більшості серійного виробництва автомобілів.
Компанія також заявляє, що мала вага алюмінієвої рами може забезпечити нейтральну вартість BIW порівняно з штампованою сталлю.
