نگاهی به چگونگی تغییر چهره صنعت خودرو توسط فلزات و پلیمرهای با مقاومت بالا.
خودروی چند منظوره آئودی A8 نمونه کاملی است که نشان میدهد صنعت خودرو در مسیری نو از نظر داشتن فلزات جدید با استحکام بیشتر ، وزن سبک تر و قابلیت انعطاف پذیری بهتر به پیش می رود. بدنه این خودرو ترکیبی از آلومینیوم ، فولاد ، آلیاژهای منیزیم و پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) است. در واقع بخش راننده و سرنشین یا کابین ، از CFRP ساخته شده است. همانطور که در مقاله مت مچ ذکر شد ، بسیاری از مردم تعجب می کنند که “قوی ترین ماده ای که بشر ایجاد کرده است نه از فلز بلکه از کربن حاصل می شود ، همان ماده ای که نوک مداد را تشکیل می دهد.” البته ، کار قابل توجهی در تبدیل کربن به ماده ای بسیار قدرتمند با خواص منحصر به فرد انجام شده که نویدبخش بزرگی برای صنعت خودرو است.
آئودی A8 مجموعه ای از مواد
آنالیز A8 نشان دهنده میزان استفاده متمرکز چند ماده برای دستیابی به اهداف خاص است. حدود 58٪ ساختار از آلومینیوم ساخته شده است ، ستون جلو از منیزیم تشکیل شده (که وزن کمتری را به خودرو تحمیل می کند اما سختی بیشتری دارد) ، و اتاق مسافر که ضریب 33٪ CFRP را مجدد برای استحکام بیشتر اضافه می کند. البته ، CFRP به عنوان بک “برند” واقعی برای اتومبیل های لوکس شناخته می شود ، زیرا آنها گران قیمت هستند و فرآیندهای تولید پیچیده ای دارند. برای شروع ، استفاده از آنها در وسایل نقلیه با چیدمان ورقه های الیاف روکش شده با رزین و چسب در یک قالب آغاز می شود. الیاف ،جداگانه با هم بافته می شوند و ساختار جدید در یک اجاق با فشار بالا و با درجه حرارت بالا قرار می گیرد. نتیجه آن یک ماده فوق سبک با وزن اتمی کمتر از 50٪ آلومینیوم است.
CFRP و ایمنی
خریدارانی که ایمنی را در درجه اول قرار می دهند ، اغلب ویژگی های ایمنی ون ها ، اتومبیل ها و کامیون های مختلف را مقایسه می کنند و بررسی می کنند که وسیله نقلیه چگونه در جاده های لغزنده ، عملکرد ترمز و البته عملکرد در تست های ایمنی تصادف رفتار می کند. در واقع ، رانندگانی که در نظرسنجی شرکت کرده بودند به میزان محافظت وسیله نقلیه از خود آنها در یک تصادف بسیار اهمیت می دهند. بطور متوسط بک راننده در ایالات متحده 13،476 مایل در سال ثبت می کند و هر مایل رانندگی اضافه احتمال وقوع یک رویداد جاده ای که زندگی آن نفر را تغییر بدهد افزایش می دهد. به دلایل زیادی وسایل نقلیه ساخته شده با CFRP در حوزه ایمنی بسیار خوب عمل می کنند. اولاً ، بعضی از الیاف کربن می توانند مقاومت 10 برابر فولاد داشته باشند. ثانیاً ، سختی ذاتی CFRP به این معنی است که وقتی وسیله نقلیه از یک پیچ عبور می کند، بدنه از انعطاف پذیری کمتری
نسبت به آلومینیوم یا فولاد برخوردار است و در نتیجه نیروی چسبندگی بیشتری به چرخ می دهد.
مواد جدید با چاپ سه بعدی پیوند داده شده اند
تولیدکنندگان علاوه بر ترکیب فلزات و پلیمرهای مختلف به روش های جدید ، از فناوری چاپ سه بعدی نیز برای دستیابی به استانداردهای ایمنی بالا و فراتر از حد انتظارات مشتری از عملکرد وسیله نقلیه استفاده می کنند. به عنوان مثال شرکت Divergent3D در حال ساخت شاسی اتومبیل خود با گره های فلزی چاپ سه بعدی است که به میله های ساختاری پلاستیکی تقویت شده با فیبر کربن متصل می شوند. در همین حال ، بدنه اصلی خودرو از کامپوزیت پلاستیکی ساخته شده ، اما تولیدکنندگان از قبل اعلام کرده اند که در استفاده از مواد دیگر نیز علاقه مند هستند. آنها می گویند: “بدنه به صورت ساختاری نیست و می توان آن را از هر چیزی ساخت”. موتورهای محلی شرکت دیگری است که برای استحکام بیشتر، فناوری سه بعدی را با پلاستیک های تقویت شده توسط فیبر کربن ترکیب می کند. شرکت های بزرگ تری مانند فورد نیز قبلاً علاقه خود را به فناوری چاپ سه بعدی به عنوان راهی برای ایجاد وسایل نقلیه ساخته شده از مواد سنتی و نو اعلام کرده اند.
مواد هوشمند
نسل بعدی مواد در صنعت خودرو بدون شک “مواد هوشمند” هستند – موادی که در مقابل گرما و نور ، واکنش های شیمیایی ، انرژی الکتریکی و غیره واکنش نشان می دهند و تغییر می کنند. تولیدکنندگان اتومبیل در حال حاضر به دنبال امکان استفاده از مواد به اصطلاح “دارای حافظه ” هستند که در دماهای پایین شکل جدیدی به خود می گیرند و سپس در دماهای بالاتر به شکل اصلی خود باز می گردند. فضای داخلی اتومبیل تنظیمات جالب توجه خاصی برای این نوع مواد است. صندلی اتومبیل را تصور کنید که از آلیاژهای “دارای حافظه” ساخته شده باشد و با نیاز به استفاده از تنظیم دستی یا دستگاه های خودکار بیومتریک ، با خطوط بدن راننده سازگار شود.
در واقع زمان هیجان انگیزی برای تولیدکنندگان اتومبیل است که مایلند مواد را مطابق با نیاز خود ترکیب کنند. از مواد هوشمند که قادر به شکل دادن مطابق بدن راننده گرفته تا سلول های محکم CFRP که رانندگان و مسافران را ایمن نگه می دارد ، روش های زیادی برای شخصی سازی اتومبیل ها و ایمن سازی آنها و حتی لذت بردن از رانندگی از آنها وجود دارد. سرانجام ، استفاده از فناوری مانند چاپ سه بعدی برای اضافه کردن سریع اجزای سبک و محکم به این معادله ، وسعت مواد احتمالی قابل چاپ در خودروها را در رویاهای یک طراح گسترش می دهد. و اگر فکر می کردید که مواد سنتی همه از بین رفته اند ، دوباره فکر کنید. فورد در حال حاضر در حال آزمایش مواد پایدار است – از جمله سویا ، کاه گندم و بامبو.
