All articles by ams_jamesbakewell
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ArticleTornando a produção sob medida
James Bakewell relata o uso crescente de peças produzidas aditivamente em aplicações de personalização para veículos e produção em série da BMW.Em 2006, quando Dominik Rietzel estava terminando sua tese de diploma na universidade, seu professor perguntou se ele gostaria de fazer um doutorado em moldagem por injeção. Rietzel ficou ...
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ArticleProducción personalizada
James Bakewell informa sobre el uso creciente de piezas de producción aditiva en BMW tanto para la personalización de vehículos como para las aplicaciones de personalización y producción en serieEn 2006, cuando Dominik Rietzel finalizaba su tesis en la universidad su profesor le pregunto si quería realizar un doctorado en ...
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ArticleUm foco nas fibras
Os benefícios de fibras leves e de alta resistência estão sendo compensados pelos custos de materiais e processos. James Bakewell analisa os desafios em tornar econômica a fibra de carbono Usado seriamente pela primeira vez pela Volvo, o plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) será usado no capô, tampa ...
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ArticleEl valor de la fibra
Las ventajas de un peso ligero y alta resistencia contrastan con los costes de materiales y procesos. James Bakewell analiza los retos para conseguir que la fibra de carbono resulte más rentableVolvo utilizará por primera vez este material, plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) en el capó, tapa del ...
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聚焦纤维
轻质、高强度的优点正被材料和工艺成本所抵消。James Bakewell聚焦碳纤维成本效益的挑战沃尔沃第一次如此认真地在造价135,000英镑(176400美元)的Polar 1的阀盖,后盖、侧板、门和整个屋顶结构上使用碳纤维增强塑料(CFRP)。总的来说，这种广泛的碳纤维增强塑料部件阵列，可以使混合动力汽车比使用金属制造这些部件轻230公斤。在过去10年里，宝马和奥迪等公司一直在推动碳纤维增强塑料在高档汽车上的使用——如前者的i型和7系列，以及后者的A8系列——但这尚未渗透到真正的大众市场汽车。复合材料制造商Hexcel公司汽车销售和营销总监阿希姆费谢瑞德(Achim Fischereder)表示:“有许多制造商希望采用碳纤维增强塑料，他们正在仔细评估业务案例。市场正在强力增长，但不及i系列发布后一些人的预期。”原因有很多，Fischereder继续说。CFRP零件的供应链并没有很好地融合，这意味着材料供应商和工艺开发人员还没有充分利用协同工作的好处。大多数汽车工程师更习惯于与金属打交道，因此正在开发设计和仿真工具，以帮助提高他们的复合材料专业技能。但成本可能是最大的障碍。CFRP比金属竞争对手更昂贵，许多将其制成零件的方法太慢且效率低下。事实上，在某些加工过程中，废品率(生产后地板上剩下的CFRP)可能高达50%。Fischereder说，如果碳纤维增强塑料要大量使用，这种水平是站不住脚的。因此，制造商、中间供应商和材料生产商正努力开发流程和材料，并纠正这些问题。"碳纤维增强塑料的生产商必须证明，我们可以用复合材料做金属做不到的事情。我们必须区分" - Achim Fischereder, Hexcel例如，消除浪费自动化纤维放置(AFP)方法，实际上消除了这一浪费问题。利用AFP，机器人将连续的CFRP胶带放置在基片上，一次一层(厚度)地构建结构。这种方法允许制造高度定制的零件，因为每个厚度可以放置在不同的角度，以最好地承载所需的负载。机器人的使用使操作者能够主动控制所有关键变量，使过程具有高度的可控制性和可重复性。由此产生的预制件几乎不需要修剪，将浪费降至最低。在航空航天工业中相对常见的AFP工艺正开始引起那些希望为汽车工业提供产品的人的注意。事实上，宝马的合作伙伴、i型车(及其它车型)碳纤维供应商SGL，最近在已德国梅廷根的开设了面积达500平方公里的研究中心，专门用于研究和开发纤维配置，试图将其用于碳纤维布零件的大批量生产。该公司首席执行官于尔根科勒(Jurgen Kohler)表示:“我们希望纤维增强塑料制成的零部件成为每个主要行业的标准。其中一个关键是(采用)正确的生产方法——纤维放置是几种引领潮流的方法之一。”一种由ZSK刺绣技术公司开发的AFP的变体，定制纤维放置(TFP)，正被SHAPE Group用于制造element Motor公司RP1 sportscar的车轮拱。Elemental公司的复合材料经理彼得·肯特(Peter Kent)说，该公司“已经能够利用TFP设计出形状为碳复合材料的车身部件，TFP可以作为结构部件，携带车身和行李箱，以及相当大的空气动力。”根据ZSK的说法，该过程是高效的——几乎不会产生废物——高度自动化和可重复性，并且能够生产出适合他们在使用中将要经历的机械负载的零部件。使用TFP，可以从碳和热塑性纤维的窄束(粗纺)上绣出预成形。这些预制件可以通过压缩成型工艺进行固化，热塑性纤维熔化形成基体。与热固性材料相比，热塑性材料的使用使其更加坚硬，更能抵抗碎石。它还允许将部分回收只需加热到300°C融化矩阵和提取纤维。另一方面，回收热固性塑料可能是一个漫长而耗能的过程。TFP过程首先使用固定钉头沉积碳纤维，然后在伸缩装置上移动固定材料(如聚酰胺(PA)片，聚酰胺片在固结后可形成基体的一部分)。纤维可以根据需要放置和排列，以更好地抵抗施加的加载条件，并以最小的材料成本增加。虽然在这个阶段，这个零件基本上还是二维的，但是它可以通过连续的纤维层来创建三维的表面特征。该系统由ZSK公司开发，一次可沉积8层，高7-8mm。如果需要更大的厚度，那么可以将多个预制件堆叠在一起。一旦这个接近净形状的预制件准备好了，它就被放入一个加热的压力机中，在那里它被塑造成最终的几何形状并被巩固。AFP的方法可以减少浪费和其他好处，但是这些过程对于大批量的汽车制造来说可能还不够快。虽然ZSK不愿透露为RP1刺绣预制件需要多长时间，但该公司表示，使用TFP每小时刺绣1至3公斤纤维是可能的，具体取决于零件的复杂程度。大批量生产的过程使用碳纤维片材成型化合物(SMCs)——浸渍热固性树脂的长条切碎的纤维，通常以卷筒形式供应——可能解决大批量生产碳纤维片材零件的问题。由于smc具有很高的流动性，为了生产具有复杂几何形状的部件，预制件不必是接近净形状的。这样可以减少切割过程中产生的浪费。Zoltek欧洲汽车业务主管托拜亚斯波提拉(Tobias Potyra)表示，数十年来，汽车行业一直在使用传统的玻璃纤维增强smc，生产车身面板等非结构件，使用压缩成型工艺，既快又便宜。“你可以使用100%的化合物;你没有制造任何废料，”总结道。“压缩成型是一项广泛应用的技术。这是众所周知的，到处都可以找到。通过使用碳纤维而不是玻璃纤维，Zoltek的目标是半结构化和结构化汽车应用。由麦格纳国际和福特设计的CFRP子框架原型已经证明了碳纤维SMC的潜力。这款车打算用于c级车，比如福特的美国Fusion车型，它的子车架比同等重量的冲压钢轻34%(或近10公斤)。该子框架包括两个模压零件和四个金属镶嵌件——与标准钢子框架所需的45个金属零件相比，减少了87%的组件数量。这些成型部件由SMC制造，SMC是由麦格纳用Zoltek公司切碎的高纤维(50k)碳纤维复合而成。SMC中使用的基体是由麦格纳公司内部改性的乙烯酯，而不是传统结构碳纤维增强塑料部件中使用的环氧树脂。麦格纳团队表示，乙烯基酯与碳纤维粘附良好，其低粘度使其能够有效地浸湿增强材料——这对50k纤维来说是一个挑战。短纤维增强SMC的使用使得该零件的复杂几何形状得以实现。然而，这些材料并不具有与连续纤维增强材料相同的力学性能。在子框架的情况下，零件的三个高负荷区域必须用连续纤维增强SMC制成的贴片进行加固，贴片与切碎的纤维复合物共同成型。Zoltek发现，通过将其低成本的50k碳纤维切成3k的拖车，它可以用于生产机械性能接近昂贵的连续纤维增强复合材料的smc。平衡价格与性能与此同时，Hexcel开发了一种模具化合物来弥补这一价格/性能差距。HexMC-i - 2000采用公司HexPly M77环氧预浸料系统，由随机定向的矩形预浸料芯片组装成2000g。平方米的材料。适用于复杂几何形状和不同厚度零件的生产，最近已通过奥迪的使用。这一资格是通过汽车制造商和复合材料加工企业Secar的Hexcel开发的一种用于高性能奥迪R8的轻型碳纤维增强塑料发动机舱盖支架获得的。这种交叉形状的部件支撑着R8的中置V10发动机，增加了车身结构的扭转刚度。为了生产比铝制轻15%的零件，从Secar上拉出的碳纤维增强塑料管用HexMC-i - 2000覆盖成型，形成中心节点和终端，使零件能够安装到汽车上。{奥迪R8横撑采用拉拔工艺制作，具有随机定向矩形预压片的特点] 奥迪R8横撑采用拉拔工艺制作，具有随机定向矩形预压片的特点拉拔缠绕是一种生产管状结构的工艺，在管状结构中，纤维线轴可以任意角度放置。它使生产的管子能够承受一个以上方向的应力。2016年初，Hexcel的汽车事业部与奥迪的复合材料开发团队进行了接触，目的是对其生产过程中的HexMC-i型复合材料进行认证。这种方法与该汽车制造商自己对碳纤维SMC的市场评估相吻合。通过与Secar和Hexcel的合作，奥迪决定证明生产现有铝部件的复合版本的可行性，这种复合版本将更轻，而且——由于通过模压实现了更有机的形状——外观更好。合作伙伴必须确保模压复合材料得到巩固，并与薄壁(小于1mm)碳管紧密结合，而不破坏这些预先固化的元素。HexPly M77的高粘结强度消除了管的过度压缩。在生产过程中，用于安装车辆横撑的金属嵌件都是直接模压到部件上的，脱模部件在安装到R8发动机舱内之前需要进行最少的精加工。在HexMC-i中，由于prepreg芯片的精确切割和随机定位，横梁也具有独特的外观。奥迪对该部件进行了严格的静态和动态负载测试，测试在室温和高温、潮湿条件下进行。有趣的是，R8作为汽车制造商新技术的试验台——现在在A8中发现的碳纤维后壁首次出现在sportscar上。因此，碳纤维增强塑料在高端和高档汽车制造中的地位似乎是确定无疑的，但要想大量使用碳纤维增强塑料，必须有一个令人信服的商业理由。通用汽车使用这种材料为2019年的GMC Sierra制造可选卡车底盘就是一个很好的例子。这部分材料不仅比其他金属材料轻很多，而且对凹痕和腐蚀也有很高的抵抗力——这对于皮卡这样的大机器来说是一个真正的福音。综上所述，Hexcel的Achim Fischereder说CFRP的生产商“必须证明我们可以用复合材料做一些金属做不到的事情。我们必须区分。”
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ArticleUm caso forte para o aço
Com o impulso para a eletrificação de motor e transmissão ganhando força, os produtores de aço de alta resistência estão se preparando para lucrar, relata James BakewellEm 2017, as vendas globais de veículos elétricos a bateria (BEVs) e veículos elétricos híbridos plug-in (PHEVs) atingiram 1,3 milhão de unidades, segundo Frédéric ...
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ArticleEl acero se reivindica
Los fabricantes de aceros de alta resistencia se posicionan ante el inminente dominio de los vehículos eléctricos. Informe de James BakewellEn 2017 las ventas de vehículos eléctricos de baterías (VEB) y de híbridos enchufables (HE) alcanzaron los 1.3m de unidades, según Frédéric Painchault, director de marketing automotriz en la siderúrgica ...
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钢铁奇迹
随着电动发动机技术力量的不断强大，高强钢生产商也准备实现资本化。James Bakewell报道。据钢铁制造商ArcelorMittal公司全球汽车营销部长Frédéric Painchault称，2017年全球电动车机插电式混合动力汽车的销量达到130万辆。“这表明总体汽车销量的份额降低了 — 不足2%。但是市场发展非常迅速，比2016年增长了57%以上。全球的汽车制造商计划在未来的但年里推出大约340款电动车和插电式混合动力汽车。这就意味着到2020年，汽车销量达到近500万辆。”但这只是开始。Tata Steel Europe公司市场部经理Basjan Berkhout补充说：“Tata Steel希望到2050年，电动车能在欧盟汽车销量中占90%。”环境法规是汽车业向电动车方向发展的主要动力。举例来说，欧盟强行规定新车二氧化碳排放量每公里不得超过130克。这个标准到2021年要降到每公里95克，从2020年逐步改进，而且到2030年可能会更加严苛。各地区对电动机采用程度都不同。Berkhout说，最大的影响因素还是中国市场，中国政府强行规定制造商的电动车生产份额，以此降低排放量。对大多数制造商来讲，中国是最大的利润来源，忽视这个市场将带来巨大危机。另一个压力就是城市空气质量目标。柴油机丑闻以及悬而未决的新标准WLTP排放测试之后，欧盟又对排放量问题采取紧缩政策。 电动机和电池组的包装方式会根据汽车的设计构造而不同Painchault补充说：“美国在‘公司平均燃油经济性’规定上没有明确态度，因此在北美自由贸易协定区的进展不会很高。ArcelorMittal预测，到2025年，欧洲和中国的电动车机插电式混合动力汽车的销量将超过内燃机汽车的销量。主要增长来自插电式混合动力汽车。我们预想的2030年远景是，插电式混合动力汽车、电动车以及内燃机汽车的销量各占三分之一。15至20年之后，非内燃机汽车会在市场占主导地位。”在电动未来中占一席之地钢铁业在电动未来中的地位将非常重要。比如在最近的一篇报道中，Tata Steel表示超低排放车辆（ULEV）的需求不断增加，汽车业对钢铁的需求量也随之增加，仅欧洲就达到420万吨。在近几年的创新和收益上，汽车材料业的发展主要受到轻型高强度产品需求的推动，汽车制造商可以降低内燃机车辆的数量，从而减少燃油消耗和碳排放。早期电动车，如BMW i3和Tesla Models汽车，轻质材料（碳纤维增强塑料和铝材）一直是关键技术。在使用内燃机汽车的时候，消费者在甲油之前可以行驶数百公里。如果想要一次充电就达到相似的行程，电动车需要安装一个非常大型而昂贵的电池，那么汽车制造商就得从汽车的其他地方减重。这种情况会一直存在吗？NanoSteel公司汽车部董事长Craig Parsons说：“是的，电动车好像比内燃机汽车更倾向于轻质材料。电池存储能量总是有限，行程也是有限，因此降低重量就相当于提高总体车程，而这正是电动车面临的最大设计难题。电池非常沉重，车辆每减负一磅，都拿来增幅电池，否则车辆行驶一定距离所需电量就会不足。”Automotive SSAB公司业务开发部经理Jonas Adolfsson也是这个看法。他说，不管采用什么样的动力系统，车辆移动的物理原理是相同的。前进的阻力包括自加速度、滚动摩擦、坡度和空气阻力。而这些因素受到汽车重量因素的影响非常大。他说：“与汽油或柴油发动机相比，电池的能量密度非常低。因此我说减负才是更重要的。”"减重对里程数的影响非常有限。举例来说，减重100公斤，里程能够增加6至11公里…" – Jean-Luc Thirion, ArcelorMittalArcelorMittal公司汽车部全球研究与开发主任Jean-Luc Thirion持有不同观点：“减重对里程数的影响非常有限。举例来说，减重100公斤，里程能够增加6至11公里。通过增加电池来提高里程数更加容易，价格也不会太高。而且减重对最高时速和加速度的影响也可以忽略不计。减重100公斤，最高时速提高不足1公里，加速时间减低不足半秒钟。”Berkhout也这样认为：“所有车辆都应该尽量轻质且具有成本效益，但是以目前的技术，混合动力和全电动汽车要重30%。轻型车辆可以提高混合动力及全电动车的里程，但是成本很高。汽车制造商会花大价钱来降低车重，然后只是稍微提高里程数吗？”他例举VW Golf的情况。斜背式汽车有汽油、柴油、混合动力、纯电动车型。汽油机车总重量是1206公斤，柴油机汽车总重量1301公斤，混合动力车是1615公斤，纯电动车是1615公斤。电动车的车程达到300公里。白车身减重10公斤，最后车重只会减少0.6%，而总里程只会增加10公里。能源再生技术已经在纯电动车上应用，这有助于增加里程数。此外，未来基础设施肯定会继续改进。纯电动车在司机的家中，只要一晚上就可以快速充电，而且在通勤过程中也可以小流量无线充电，还可以在工作岗位停车的时候自动充电。在这种情况下，重型高价值电池组可以一次充电形式300公里。不同的组件包装和车辆结构如果所有这些都是正确的话，钢铁业完全有机会重掌汽车材料市场。电动车的动力传动系统足以推动产生大量新技术高强度可塑钢材，用于这些车辆汽车机构。举例来说，Berkhout假设认为，如果内燃机不再与散热器等组件一起包装，而且前轮的位置就不是由发动机的位置决定的话，那么前端长度就可以缩短。如果前端缩短了，那么缓冲装置长度就会缩短，但是在正面碰撞的时候，必须能够吸收一样的能量。这就需要使用大型的前杠，采用高级钢材，而且白车身周围前杠结构必须承受更高的负载。他还说：“如果把电池组装在地板下，侧面碰撞负载也需要改动。如今内燃机汽车采用的底框梁或摇杆加固器是由座椅横梁支撑的；在撞击的时候支持B柱。如果电池放在座椅横梁通常的位置上，那么蓄电池座盘必须能够抵抗侧面碰撞压力。Opel Ampere电池组重量为400公斤，其中的70公斤是机构性蓄电池座盘重量。这种设置还会改变支撑蓄电池座盘的踏脚板的位置，才能吸收更多的压力。”ThyssenKrupp公司应用技术部长Lutz Keßler认为，蓄电池托盘可以使用高强度钢。他说：“电池是电动车的心脏，而且是最敏感、最昂贵的组件，占到车辆总成本的30-50%。因此开发能够保护电池的方案非常重要，而且可以控制电动车的成本。”Thirion补充说：“现在已经出现一些热冲压产品，比如（ArcelorMittal公司的）Usibor 2000，抗拉强度可以达到2000MPa。20年前，最高强度只有340Mpa，因此这种改进非常令人瞩目。滚压成型马氏体材料和ArcelorMittal的Fortiform材料（第三代冷冲压先进高强钢）的强度都非常大。使用这些钢材，汽车设计可以很好地保护座舱和电池组。”事实上Tata公司预测，随着制造商寻求高成本效益减重材料，到2050年欧洲对车辆结构使用的先进钢材的需求大约会达到260万吨。电工钢用于汽车生产钢材在动力传动系统中的另一个发展方向就是超低排放车辆，包括电动机和电池组。Tata公司预测，到2050年，欧洲钢铁需求将增长160万吨，这些组件将使用更高级别的电气厚钢板。 电工钢是电动机的主要制造材料电工钢是制造电动车的主要材料，而电工钢的级别可以更具这些机械性能而发生变化。Tata公司认为，这对汽车制造商非常重要，因为他们都想制造与竞争对手不同的动力传动系统。高性能电工钢可以提高发动机的效率，据说这会提高里程数，并增强汽车的动力性能。而锂电池 — 就是目前收到很多汽车制造商追捧的能源存储方案 — 主要以三种电池组形式制造 ：圆柱形、棱柱形和袋装形。棱柱形和袋装通常在有色金属盒子里包装，而圆柱形定尺是在镍包覆“罐子里”包装，这是最普通的。在不远的将来，随着低价能源存储技术的发展，制造商可以很容易地获得可靠的，拥有机械稳定性的电池。这些都是制造商在电工钢以外的备选。钢屑生厂商们预测，铝材和碳纤维复合材料对车辆的影响相对较低，原因有以下几点。首先，他们一直抵制高价。第二，他们认为钢铁具有优良机械性能（钢铁要比铝材坚固），疲劳强度更高，更容易成型、接合以及喷涂。Keßler说：“尽管钢铁的性能非常优良，但是材料之间的竞争仍然很激烈。因此，钢铁制造商一定要继续寻找新的优良方案。比如在ThyssenKrupp，我们想缩小热成型和冷成型之间的距离，1200级别超高强复相钢冷成型技术带来更高的可能性。我们最近还开发了一种技术（尤其符合超高强钢），可以消除冲压车间里的会谈，降低材料使用，提高了可靠性。”最后，很多人认为从整个生命周期来看，铝材和碳纤维复合材料稳定性不如钢材，而这一点证实未来汽车司机们看重的一点。Thirion说：“生命周期评估从汽车使用三个阶段产生的排放量进行：生产；驾驶阶段；回收阶段。研究表明，从一辆车的整个生命周期来看，铝材产生的温室气体是钢材的四至五倍。”Berkhout透露，Tata Steel公司正在积极游说相关欧盟政府引进生命周期评估系统来测试汽车排放量。
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ArticleThe wonder material
A number of composite automotive parts enhanced with graphene were on show at JEC World in March this year. James Bakewell investigates if this material has a real place in the automotive industryFew of us would imagine that you can win a Nobel Prize for Physics by playing with sticky ...
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ArticleWeighing up the options
Disruptive technology was high on the agenda at JEC World, the composites industry’s flagship event held every March in Paris, France.A sizable proportion of the 42,445 people who attended the show flocked to see Dirk Ahlborn, Chief Executive Officer of Hyperloop Transportation Technologies (HTT), lay out his vision for the ...
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ArticleAlto teor de fibra
Os compósitos reforçados com fibras de vidro têm sido utilizados na produção em massa de peças pendulares e parafusadas durante décadas. A AMS analisa algumas inovações recentes.A pressão de montagem sobre os OEMs para reduzir o peso de seus veículos significa que os fornecedores de materiais e sistemistas que fabricam ...
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ArticleAlto contenido en fibra
Llevamos décadas utilizando materiales compuestos con fibras de vidrio en la producción en masa – AMS analiza las últimas innovacionesCada vez es mayor la presión de reducir el peso de los vehículos, lo que significa que los proveedores de materiales que producen paneles de carrocería, interiores, ensamblados, etc. tienen que ...
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ArticleO caso da fibra de carbono
O lançamento do i3 mudou a conversa sobre a futura aplicação de fibra de carbono nas estruturas de veículosAs champanhes foram estouradas em Leipzig em outubro de 2017, quando a BMW celebrou a fabricação de seu i3 de número 100.000, que possui um monocoque feito de plástico leve e rígido, ...
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ArticleEn defensa de la fibra de carbono
El lanzamiento del i3 ha cambiado la discusión sobre las futuras aplicaciones de fibra de carbono en la estructura de los vehículosCorchos de champán volaron en Leipzig en octubre de 2017 ya que BMW celebró la fabricación de su i3 número 100,000, el mismo posee un monocasco hecho de un ...
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碳纤维案例
i3汽车的出现改变了碳纤维在未来汽车结构中的应用2017年10月，随着莱比锡香槟软木塞的泵起，宝马庆祝第100,000个i3汽车的诞生，车内的单体结构兼具轻质和坚固，采用了碳纤维增强塑料，价格昂贵。然而，尽管受到的正面评价颇高，这个混合电能汽车自2013年推出以来，从销量而言，并不能算是大获成功，这可能是应为该车比对手车型的价格高出太多。那么，碳纤维增强塑料对量产车辆意味着什么呢？碳纤维有成功的案例吗？i3汽车的诞生却是让整个汽车业刮目相看。美国先进复合材料制造创新学院（IACMI，是一家国际机构，建于2015年，用于开发低价高能效的先进复合材料制造技术）首席商务官Dale Brosius一直跟进宝马公司碳纤维增强塑料的发展进程。他说，“它改变了碳纤维在汽车业的应用，这绝对是一个里程碑。在这一点上，碳纤维用于赛车、跑车以及一些中高端跑车上，比如雪佛兰Corvette汽车。i3和这些都不同，事实上碳纤维增强塑料广泛用于车辆，让很多行业吃惊 — 这里就有一个制造业大鳄向供应链投入巨资，通过城际公交车实现碳纤维商务化。”宝马和合作商，主要是德国碳纤维生产商西格里集团（SGL Group）花费10亿美元，保留住碳纤维增强塑料的供应链，用于制造i3及其跑车兄弟车i8。投资包括报道中提到的全球最大的碳纤维工厂，该厂位于美国华盛顿州摩西湖，以及德国的多个工厂；也就是位于瓦克的碳纤维层压制品制造厂，瓦克还为兰茨胡特和莱比锡（当然是莱比锡装配线）提供碳纤维增强塑料零部件。Brosius接着说，“i3处于相对小的利基环境中，几乎可以肯定宝马并不利用这个车型赚钱。我认为宝马每年制造大约190万辆汽车，因此30,000辆i3并不算什么。i3的设计并不是利于量产的；宝马甚至承认超安全标准设计了，但是并不为了适于生产作什么妥协改动。” 像宝马i3这种采用碳纤维成分较高的汽车生产成本惊人在碳纤维成本上让步事实上，宝马公司在i3制造第一年就遇到重大生产问题。但是先行者们都会遇到这样或那样的问题，然后吸取教训，继而再投资。这使宝马在使用碳纤维增强塑料上非常受限，但是却让高产汽车既时尚又价廉，比如7系列。公司每年制造大约70,000辆7系列汽车。2015年，公司公布这款奢侈款轿车，汽车的关键组件采用碳纤维增强塑料，这影响了汽车乘客间的扭转刚度和防撞性，比如顶板梁（用于加强车顶梁）、B柱、C柱、底梁、中央通道以及后窗台板。总体来说，“碳核心”混合材料（还有钢材和铝材）车体结构中使用了15-20公斤的碳纤维增强塑料。Brosius说，“通过这种方法，宝马能够将沉重的钢材替换成轻质量具钢和铝，车辆总体重量得到明显降低，减重超过100公斤。在这种情况下，碳纤维可以用于其他减重应用中。这种多材料方法确实是‘智能减重’。“这种方法的关键就是将碳纤维融合到传统的装配线流程中，包括高温电涂，防止钢材腐蚀。这需要高温塑料，比如环氧基树脂。宝马还为此加快了制造工艺，总体上比i3和i8商使用的工艺钢架容易塑形。”在丁戈尔芬工厂，宝马使用两种生产工艺，据说经济型很高，每天生产数千个碳纤维增强塑料组件；湿压和混压。在湿压过程中，将含有树脂的碳纤维面料或网状物在湿的时候就压进一个模子里，凝固，没必要像i3单体构造中采用的树脂转移模塑工艺（RTM）那样进行干燥预成型处理。在混压过程中，将含有树脂的碳纤维面料在湿的时候放进模具钢板里，然后冲压凝固。这样钢铁和碳纤维增强塑料就哼混合在一起，形成混合材料组件，既轻又坚固。宝马公司并不是唯一采用碳纤维增强塑料混合材料的公司。另一家德国公司，奥迪（Audi）也采用这种材料生产空间构架后壁，并用于A8奢侈轿车中。这个部件大约有车辆总体抗扭刚度的40%，非常适合采用碳纤维增强塑料来制造。这种零部件的重量比金属零部件轻50%。2016年，公司共制造了25,000辆A8汽车。后壁吸收了纵向及横向负载，以及切力，因为这里有6-19层碳纤维。该工艺被称作VRA，是奥迪公司与德国的一家跨国公司福伊特（Voith）合作开发的。奥迪公司从2011年开始就与Voith公司合作研究复合材料。VRA工艺采用未经处理的粗纱 — 又长又窄的纤维束 — 和粘合粉来生产网状干态堆积物，一共分四个步骤：粗纱经过拉伸形成50毫米宽的带状物；在带状物上撒上黏胶粉；检查带状物的宽度；用多个夹持器将带子放在一个可旋转移动的桌子上。这个过程结束之后，就是准精化加工，它的特点是局部增强，可以在仁和地区的任何角度进行。这就是说，这个程序可以在最后阶段的机械负载的时候进行。可扩展的生产流程VRA可以扩展 — 铺叠速度可以根据两个因素中的一个就可以提高，也就是夹具数量加倍，并且在平行的上行带条制造生产线上放上很多。这种方法比标砖干纤维放置机械的效率更高。除了提高生产速度，Voith公司称，VRA工艺还能降低生产成本。价格低廉而未经处理的粗纱和黏胶粉只用一步就能加工成粗加工成品 — 这里不需要中间步骤或半成品，因此几乎没有浪费。之后，干态堆积物用被自动化冲压成型，然后用一种低压树脂转移模塑进行加固。凝固时间低于两分钟。然后要在零部件装配之前进行碾磨。碳纤维增强塑料后板已经安装了所有组件和部件，包括扬声器、后部散热板，三点安全带以及中间扶手。后板在最后装配的时候安装到汽车上。这时会有员工利用搬运设备将后板从后窗孔拖进车体内。由两个结构型粘胶剂构成的组件（可以防止接触性腐蚀）被人工用铆钉结合到后板上，再安装周边的金属组件。很显然，在过去的5年多的时间里，碳纤维增强塑料高产所需材料和技术都得到了飞跃性的进展。Brosius说：“制造工艺中的技术因素出现飞跃发展，这要归因于自动化及更多反应性化学的发展，还因为碳纤维价格缓速下降。而且不断进步的建模与仿真技术的发展成就了在疲劳、碰撞及负载方面更加自信的设计。“从机构的角度看，供应部分正在进行大力投资，开发新材料和工艺，解决发展困境，这里需要大量的人才和人力。”那么下一个大量使用改材料的汽车制造商会是谁呢？有传言称，现代汽车Intrado跨界概念车或许会于2018年进行商业发布。先进复合材料制造创新新机构（IACMI）的拥护者，福特公司一直紧盯着碳纤维增强塑料在结构中的应用，这在2017年法国巴黎复合材料展上已是不公的事实了。复合材料展上，麦格纳国际展示了一种碳纤维增强塑料原型支架，这个支架是与汽车制造商一同设计的。这个支架是要用在C段车辆上 — 比如福特美国产Fusion车型。这个支架（近重10公斤）比钢铁支架轻34%。 Magna 公司称已经生产碳纤维增强塑料组件高性能轻质支架麦格纳公司外饰业务总裁Grahame Burrow说：“当然，总体车辆数越低，燃油经济性就越高，但是车辆动力会随着车辆前段的减低而提高。因此，前后端比例已经接近50:50。噪音、振动、行驶平稳度、年就行和安全性等关键指标要比传统钢铁支架更好。”据Burrow称，麦格纳公司从2016年中期开始与福特公司合作，联合开发概念和工具。他说，麦格纳公司在2017年2月引进模具，已经开始生产示范零部件。Burrow继续说，“我们快接近3分钟循环时间验证的目标了，我们的目标是每年200,000个零部件。这个流程还可以延伸。”碳纤维增强塑料支架有两个模制零部件构成，这些零部件是由碳纤维增强塑料和4个金属插片制成 — 在原价你数量方面，比标准钢铁支架（需要45个金属零部件）少87%。这些零部件是用片状模塑料（SMC）制成，这是麦格纳公司利用50K碳纤维块混合而成。这与传统结构性碳纤维增强塑料零部件中的环氧树脂不同，片状模塑料结构使公司内部改进的乙烯基酯。麦格纳团队称，乙烯基酯与碳纤维粘合度很好，低粘合度能够高效浸透加固，这是50K纤维的难点。短纤维增强片状模塑料能够让复杂几何结构零部件变为现实。高负载零部件的3个区域可以通过修补加固，这些不定是由连续纤维增强片状模塑料制成，改材料是与纤维混合物切块一同成型的。Burrow说，“使用这种多方向纤维和改进了的乙烯基酯系统，能够提高材料属性，这正是支架所需要的。我们可以铸模复杂几何结构，提高属性。”模具用粘合剂和结构型铆钉接合，但麦格纳指出，未来这种功能会被聚氨酯粘胶剂所代替。设计通过了计算机辅助工程（CAE）分析所有的性能要求，福特公司正在进行车辆级水平的测验。这个测试阶段将评估腐蚀、碎石及螺栓滞留，这些目前是由计算机辅助工程测量的。虽然碳纤维增强塑料应用非常广泛，正如i3汽车，但是其造价还是相当昂贵的，被归类于混合材料结构中。但这与未来汽车有什么关系呢？未来的而汽车很可能是电动车，而且自动化程度越来越高。碳纤维增强塑料的成本考量Brosius说，“这个很难有定论。首先确定的是，无人驾驶汽车会安装很多高度精密的电子设备 — 能够感知危险并避免碰撞。一方面，这能让设计师们更加自由地使用复合材料，但人们认为这很难预测碰撞。另一方面，根据成本和电池存储密度，金属车辆就能达到一定高度的行程。如果有人假设，电池密度从理论上已经接近最高，但是成本又持续下降，那么汽车生产商可能只是增加电池解决负重。或者，使用更轻的材料提高里程。这要看情况。“复合材料的一个优点就是它能够设计塑形，满足无人驾驶车辆多功能要求，而且类型更加全面。但无论如何，制造成本在决定采用什么混合材料上起到决定性作用。”
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- 高纤维含量
玻璃钢复合材料数十年来一直用于悬架及螺栓零部件上，AMS一探最近发展。制造商顶着不断加重的压力，势必要降低车辆结构重量，这就需要材料供应商和主要供应商在制造车体外板、内饰零部件、引擎罩下面的零部件、玻璃钢悬架装配的过程中不断创新。虽然这种材料的系数相对低，而且拥有比碳纤维更低的疲劳行能，但是玻璃纤维高抗张强度、高抗冲击性，以及很好的耐化学性；关键的是，他们还非常便宜。以长期持续性玻璃纤维增强的复合材料能够用于压塑法，使用玻璃纤维段增强的材料适合注塑法，两者都可进行量产。玻璃纤维方案这些因素使玻璃钢适合生产车体外板。通用汽车是第一批认识到这一点的公司之一；1953年，公司生产的Chevrolet Corvette就采用了玻璃钢车身。通用汽车设计射门认为使用防锈材料（而不是金属材料）可以减重，并提供了少量生产Corvette的方法，这种方法不需要大型金属冲压模具。此后，所有的Corvette汽车都拥有复合材料车身，这个技术比初级程序（在20世纪50年使用）进化了很多。举例来说，使用Continental Structural Plastics (CSP)生产的板材模塑料（SMC），降低雪佛兰2016款Corvette Stingray Coupe重量达9公斤。在21个车体外板装配中，包括车门、行李箱盖、后顶盖侧板和挡泥板都是用CSP公司的TCA Ultra Life铸造的。Corvette Body Composites公司首席工程师Christopher Basela说，“通过联合持续改进，雪佛兰和CSP明显降低了雪佛兰车体外板密度，从2013年的1.9降低到2014年的1.6，到了2016年降低到1.2.”TCA Ultra Life在板材模塑料中碳酸钙填料部分替换是，会产生处理玻璃泡，从而降低材料密度。这种技术还会产生更加强大的树脂混合物，是模组件更能抵抗搬运损坏，防止微裂隙，这种裂隙会导致喷涂污染、凹面和小泡。处理玻璃泡还有助于涂装附着性和粘结性能。这种材料以Owens Corning公司出品的Advantex玻璃纤维强化，据CSP称，制造过程要对环境的影响要比其他玻璃类型低。此外，对全球变换的潜在威胁也低于钢铁生产以及车体零部件的生产。在综合CSP的真空机粘结制造工艺方面，公司称TCA Ultra Life材料能够提供高端、A级表面处理以及光泽，由于铝材等金属。这种材料可以抵挡E-喷漆，通过了所有制造商的喷漆测试。CSP公司称，产量低150,000是，复合材料工具成本要比冲压金属或铝材低50-70%。只用一个复合材料模具就能生产设计奇特的拉伸零部件，而金属可能会需要多个模具和冲压才能达到同等高的设计效果。 2017 款Mini Countryman的特点是仪表板前端采用了玻璃钢轻而坚固的前端复合材料在前端骨架制造商也越来越受青睐，这里使用的生产材料和工艺需要在一个零部件上综合很多功能。混合持续及间断增强材料可以保证骨架非常坚固，这里不需要过度设计。举例来说，来自Lanxess公司的持续纤维增强热塑性塑料可以增强大众Atlas和Teramount SUV注塑前端骨架，这两款汽车分别在美国和中国制造。Arkal Automotive生产Atlas前端骨架，并与大众公司一同开发前端。Teramont前端是由Changchun Engley Automobile Indus Company生产。这两款SUV汽车的前端是采用注塑聚丙烯制造而成。在阀盖锁周围区域，则使用1毫米厚的Tepex帮其104-RG600强化。这种半成品复合材料是聚丙烯用47%连续玻璃纤维粗纱职务增强而成。Lanxess应用开发员Harri Dittmar说，“两个车的前端都使用Tepex插片，要比金属插片的情况减重50%。此外，强化地区还能承受更大的张力。”在前端的两侧，采用了Z框架，并以Tepex材料插片强化。Lanxess宣称，铸模过程使用这些前端骨架可以提高效率。侧面插片经过加热、模外塑形、再加热（到140度），然后从侧面放在模具里。同时，中间插片经过加热，与其他两个外插片铸模。Dittmar解释说，“尽管组件装配非常复杂，但是可以在较短的循环时间里进行高效制造。”将Tepex插片在模具里定位及再塑形，可以很容易再利用。此外，复合材料中的钻孔需要结构性完整。内饰应用复合材料可以在内饰中降低各种组件的重量，甚至比现有塑料零部件还要轻。举例来说，2017 Mini Countryman汽车的特点就是仪表板骨架，这是由International Automotive Components公司采用长玻璃纤维增强聚丙烯制造。铸模零部件是用的聚丙烯是Sabic公司生产的Stamax材料，而这种材料制成的零部件比鼓励塑料零部件大约轻15%。零部件是利用Siebenwurst公司出品的模具，擦利用构造泡沫工艺制造而成。这种方法将材料注入并填满模具，模具打开，让泡沫在中心产生。这些泡沫提高腔体的厚度，从1.9毫米达到4毫米，在不增加重量的同时达到强度及硬度要求。这种工艺在材料消耗上低于标准工艺，并缩短循环时间。公司进行了大量的分析，预测零部件的弯曲行为。这种测量在开发早期可以提供有机质的洞察，了解零部件和模具的设计，使模具在开始的时候就准确无误。Sabic公司全球汽车业务主任Scott Fallon说，“这种计算机模拟在固体辅料零部件中成为标准实践，但是整个行业还处于泡沫塑料零部件仿真模具开发的早期阶段。随着项目的证实，我们已经具备预测能力，而且现在就能应用。”向高产量生产迈进或许玻璃钢最振奋人心的应用是由汽车零部件供应商Benteler-SGL向世人展示的。公司正在利用玻璃钢制造弹簧片，用于沃尔沃XC90跨界SUV汽车（这是公司在可扩展整车平台构架上生产的第一款车）、S90奢华轿车和V90旅行车上。作为SPA不可分割的零部件，弹簧片也可能出现在其他车型上。到2017 年底为止，公司生产了近200,000个弹簧片，而Benteler-SGL称要到2018年底生产近500,000个弹簧片，成为汽车业产量最高的复合材料组件项目。 复合材料越来越多地用于前端骨架的生产复合材料弹簧片取代了普通的螺旋线圈组。这在紧凑型设计和减重设计中，要比传统挂念轻4.5公斤。其他好处还有，平顺乘车、噪音改进、振动以及舒适性。汽车行李箱的产量也提高了，因为字也不需要悬挂转台了。弹簧片中的聚氨酯是Henkel公司出品的Loctite Max 2，这是与Benteler-SGL一同开发的高自动化高速树脂转化模塑工艺，用于组件生产。由于树脂的粘度低，很快填满树脂传递模，并浸透纤维增强，缩短了注塑时间。凝固时间也比环氧树脂快得多，总体循环时间也缩短了。选定的增强材料可以使凝固过程更快、更灵活。Benteler-SGL Automotive Composites公司业务开发部长Frank Fetscher说：“沃尔沃汽车弹簧片的例子向我们展示，今天已经实现了纤维复合材料量产。而且，因为灵活组件设计的特点，我们能够以少量的弹簧变体覆盖整个平台。”
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ArticleHigh fibre content
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