Автомобилям и самолетам необходимо похудеть, и один из способов сделать это - производить как можно больше компонентов с использованием армированного углеродным волокном пластика CRP. До сих пор эти компоненты изготавливались вручную. Сегодня существуют автоматизированные методы производства, которые также подходят для серийного производства автомобилей.
Производители автомобилей и самолетов очень разборчивы, когда речь заходит о весе их моделей: чем они легче, тем меньше топлива потребляют и тем меньше углекислого газа выбрасывают в воздух. Если автомобиль теряет 100 кг, в зависимости от типа и стиля вождения он может сэкономить от 0,3 до 0,6 л топлива на 100 пройденных километров. Это также означает сокращение выбросов углекислого газа на 7-12 граммов на каждый километр.
Новые материалы, технологии соединения и концепции облегченной конструкции помогут автомобилям похудеть. Особенно многообещающими являются пластмассы, армированные углеродным волокном, или сокращенно CRP: они примерно на 60 процентов легче стали и примерно на 30 процентов легче алюминия. Этот материал также никогда не ржавеет и может использоваться для создания конструкций, важных для аварий, таких как компоненты кузова. Эти материалы получают свою стабильность за счет углеродных волокон, встроенных в пластиковую матрицу. В зависимости от требований, волокна могут быть наложены на несколько слоев и в различных направлениях. Большая часть компонентов, используемых в самолетах и гонщиках Формулы-1, уже изготовлена из CRP. Однако производство компонентов с использованием армированного пластика по-прежнему сопряжено с большими трудностями - многие рабочие этапы по-прежнему приходится выполнять вручную, и даже автоматизированные этапы часто приходится дорабатывать вручную. BMW делает большой шаг вперед со своей новой моделью I3, которая сойдет с конвейера в 2013 году с кузовом, почти полностью изготовленным из CRP.
72 компании, образовательные учреждения и научно-исследовательские институты вместе с поддерживающими организациями в районе Мюнхен-Аугсбург-Ингольштадт объединили свои усилия для создания Инициативы MAI Carbon Leading-Edge Cluster Initiative, чтобы привести в форму армированные углеродным волокном пластики. для массового производства. Кластер является одним из победителей конкурса передовых кластеров, спонсируемого Федеральным министерством образования и исследований Германии BMBF. Инициатива финансируется за счет 40 миллионов евро от BMBF, еще 40 миллионов евро вносит промышленность. Ключевым партнером в кластере, наряду с Audi и BMW, является проектная группа Fraunhofer «Functional Lightweight Design FIL». Проектная группа была создана в 2009 году как филиал Фраунгоферовского института химических технологий ICT в Аугсбурге. Ожидается, что при финансовой поддержке земли Бавария проектная группа в ближайшие годы превратится в независимый Институт Фраунгофера.«Наша цель - снизить производственные затраты на компоненты CRP на 90 процентов в течение пяти лет реализации проекта. Мы намерены добиться этого в первую очередь за счет новых методов производства, которые также хорошо подходят для массового производства», - отмечает профессор, доктор наук. Инж. Клаус Дрехслер, руководитель проектной группы Фраунгофера и заведующий кафедрой углеродных композитов Мюнхенского технического университета. До своего нынешнего назначения Дрекслер несколько лет работал в Daimler-Chrysler, а затем перешел в Институт проектирования самолетов в Штутгарте.
Исследователи из Аугсбурга уже разработали новый метод производства для автомобильной промышленности. В этом методе плетельная машина, обычно используемая в текстильной промышленности, сочетается с системой пултрузии, разработанной Институтом химической технологии Фраунгофера ICT. Плетельная машина придает сухим углеродным волокнам нужную форму, а пултрузионная машина покрывает их смолой. Особенность этого метода в том, что до сих пор все приходилось выполнять вручную: волокна помещали в инструмент, выстраивали и вводили смолу, но теперь все эти этапы полностью автоматизированы. Изготовленные вручную отдельные компоненты можно было производить только поэтапно, со всеми компонентами определенной длины. Комбинированная система, с другой стороны, производит компоненты непрерывно, поэтому детали, которые она может производить, теоретически могут быть бесконечно длинными. Спонсорами проекта являются BMBF; партнерами по разработке являются Audi и Voith, машиностроительная фирма.
Проектная группа Фраунгофера может многое предложить и авиационной промышленности: среди прочего, вместе с коллегами из Premium Aerotec и Eurocopter исследователи разрабатывают полностью автоматизированный метод производства крупногабаритных компонентов CRP. Ядром технологии является робот с укладочной головкой: он берет покрытые смолой углеродные волокна и укладывает их на инструмент, где волокна затем затвердевают. До сих пор этот этап выполнялся вручную - сложная операция, приводящая к большому количеству отходов и уровням качества, которые не всегда оптимальны. Автоматизированный процесс, с другой стороны, хорошо подходит для массового производства и обеспечивает хорошее и постоянное качество. И при этом не образуется никакого брака - ни один миллиметр волокна не пропадает зря. В настоящее время робот работает день и ночь в лаборатории в Аугсбурге. Компоненты, которые он производит, проверяются в Airbus. «У этого метода есть все шансы быть принятым в серийное производство самолетов, которое начнется примерно через два года», - с удовлетворением сообщает Дрекслер. Проект спонсируется Федеральным министерством экономики и технологий Германии BMWI в рамках исследовательских программ в области авиации. Объем проекта намного превышает один миллион евро.