Aus zerkleinerten C-Anmerkungen zu Mais: seltsame Materialien finden ihren Weg in Autos

Nikhil Gupta ist Associate Professor und Steven Zeltmann ist eine studentische Hilfskraft der Composite-Materialien und Mechanik Labor Maschinenbau und Aerospace Engineering Department bei New York University Tandon School of Engineering . Die Autoren dieses Artikels Leben Wissenschaft beigetragen Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Der New York International Auto Show 2016 eröffnet am 25 März mit spannenden Displays teuer und exotischen Autos, die die Phantasie mit hoher Geschwindigkeit und hoher Technologie zu trotzen. Autohersteller haben im vergangenen Jahr so große Ankündigungen von Tesla, Google und andere selbstfahrende Autos näher gebracht, Realität und neue leichte Gas-Elektro-Supersportwagen machte Hybriden mehr mainstream Schlagzeilen. Auch in das untere Ende des Marktes – die Autos, die meisten von uns eigentlich fahren – Funktionen wie Self Brems- und Spurverlassenswarnung Systeme sind heute standard in vielen meistverkauften Modellen.

Was dazu neigt, in den Hype verloren gehen, sind die neuen und fortschrittlichen Materialien in modernen Autos, die leicht zu machen und die gewünschte Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit.

Benutzerdefinierte Materialien, Mainstream-Autos

Normalerweise, wenn wir über fortschrittliche Materialien zu hören, ist es Ultra-starke Kohlefaser-Verbundwerkstoffe, die das Rampenlicht zu stehlen. In der Tat Performance Automobile – ob Rennwagen, exotischen Supersportwagen oder aufgemotzte Versionen des Familienautos – geringes Gewicht erfordern, um die höchstmögliche Geschwindigkeit und Beschleunigung von die Leistung des Motors zu erreichen.

Letztes Jahr gab es ein Anstieg bei Automobilhersteller Verwendung von Carbon-Composite Teile in exotische Autos für geringeres Gewicht und verbesserte Styling – getrieben durch das attraktive Aussehen des Carbon Composites. Jedoch der New York Auto Show in diesem Jahr vorgestellten beeindruckende Fortschritte in der weniger sprechen über Materialien, wie natürliche Faser und recycelten Materialien. Diese Materialien eignen sich für die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von Autos und Nutzung der nachwachsenden natürlichen Rohstoffen oder Verwertung von Abfällen.

Nach diesen Trends – und einige neue ab — gab es drei wesentliche Erkenntnisse aus der diesjährigen Messe:

1. Leichter Carbon Composites kommen, Autos, darunter einige überraschende neue Komponenten.
2. 3D-Druck revolutioniert, Prototypenbau und Tests und Taktzeiten in der Massenproduktion Prozess zu machen.
3. Eine Reihe von neuen und angepassten Materialien ist fertig ist machen ihren Weg ins Auto der nächsten Generation. (In diesem Jahr war Fords Display ein wahrer Genuss in allen drei Bereichen.)

Kohlenstoff überall: Innovationen mit Carbon Composites

Einige neue Entwicklungen wurden auch dieses Jahr gezeigt. Koenigsegg, der schwedischen Hypercar Maker zeigte auf ihre 1.500 PS Regera Hybrid Carbon-Composite-Räder. Carbon-Composite-Räder können Ausbeute Gewichtseinsparungen, die auch im Vergleich mit der leichten Magnesium-Alufelgen, die Treiber auf High-Performance-Autos zu sehen gewöhnt haben. Da die Räder Massen drehen, hat eine Abnahme in ihrem Gewicht weitaus größere Auswirkungen auf das Fahrverhalten als Weight Loss aus dem Körper. Leichtere Räder sind in der Lage, die Straßenoberfläche mehr verfolgen, ohne Komprimierung die Reifen so viel auf die Unebenheiten, führt zu besseren Halt. In Zukunft Modelljahre, werden mehr und mehr Automobilhersteller auf zusammengesetzte Räder für Supersportwagen und schließlich auf Massenproduktion Modelle Übergang.

Auf der letztjährigen Messe, Kohlefaser-Teile waren praktisch überall zu sehen – Rückspiegel Gehäuse, Front und Heckdiffusoren, interior trim Stücke, Spoiler. Eine Reihe von Autos jetzt nutzen ausgiebig Carbon Composites in der Karosserie oder Fahrwerk. Acura NSX-Rennwagen, Ford GT und BMW i8 gehören zu den Autos in diesem Jahr angezeigt, die ihren Körper haben und fast vollständig aus Carbon Composites. [Die Kohlefaser-Zukunft: es geht um mehr als die Geschwindigkeit (Op-Ed)]

Elektroautos sind auch extrem empfindlich, Gewicht um die driving-Range pro Ladung zu erhöhen. Daher können High-End-Elektro-Autos wie der BMW i8 oder das Tesla Model S Carbon-Composite-Räder in Kürze annehmen.

Unter den weniger diskutierten Anwendungen von Carbon Composites ist Wasserstoffspeicher, wie der Tank in das Toyota Mirai Brennstoffzellenfahrzeug verwendet. Dieses Produktionsmodell von geringem Volumen seit Oktober 2015 auf begrenzter Verkauf in den Vereinigten Staaten. Carbon-Composite Tanks – durch das Einwickeln von Kohlenstoff-Fasern um ein Rohr hergestellt – ermöglichen höhere Lagerung Drücke und somit erhöhen Sie die Menge des Wasserstoffs, die zunehmende Laufleistungsbereich pro Tank gespeichert werden kann, können.

Eine 3D-Druck-revolution

Entwurf der Massenware Komponente ist immer durch die verfügbaren Fertigungsverfahren begrenzt. Das schränkt ihre Verwendung auf High-End-Autos sind Teile mit hoch komplizierten Strukturen schwierig durch die meisten traditionellen Methoden herzustellen.

Jüngste Entwicklungen im 3D-Druck wurden entfernt, viele Hindernisse für die Herstellung selbst die kompliziertesten Teile, einschließlich Bio-inspirierte Strukturen, die immer wieder durch andere Herstellungsverfahren produziert werden können. Massenproduktion solcher Teile bleibt knapp über dem Horizont.

Auf der New York Auto Show 2016 angezeigt Ford komplexe Schaumstrukturen, die 3D immer wieder in der gleichen Konfiguration gedruckt werden können. Traditionelle Methoden können identische Schäume, wie jeder eine Sammlung von Tausenden von kleinen Bläschen ist. Ford bewies auch eine Reihe von 3D-gedruckten Prototypen wie ein Saugrohr und eine Spurstange. 3D-Druck ermöglichte einen relativ neuen Ansatz bekannt als rapid Tooling, denen stirbt oder Formen von 3D-Druck produziert dann in traditionellen Produktionsanlagen eingesetzt werden. [3D Druck - 2016-News und Artikel über 3D-Drucker]

3D Direktbedruckung von Endverwendung Teile eignet sich besonders für Kleinwagen Produktionslauf weil ihre Hauptkosten Werkzeug- und Prototypenbau Entwicklung. Diese Kosten werden deutlich reduziert, mit 3D-Druck, weil die Kosten pro Teil nicht abhängig von der Größe der Produktion ist. Im Unternehmen so vielfältig wie GE Aviation für Flugzeuge Motorenteile, American Standard für Badarmaturen ermöglicht nun, 3D-Druck Prototypen-Entwicklung und Herstellung der eigentlichen Teil. Werkzeuge sind erforderlich für die Serienproduktion von Kunststoffteilen durch Spritzgießen und Metallteilen durch Druckguss. Auch für einfache Teile nehmen stirbt Wochen zu machen und Tausende von Dollar Kosten, aufgrund der hohen Arbeitskosten beteiligt bei der Bearbeitung komplexer Formen. Computermodelle der Teile ist mit 3D-Druck lässt sich schnell ein sterben, zu produzieren, die dann für die Massenproduktion verwendet wird. Mit dieser Funktion können auch weitere Varianten auf einem Teiledesign vor dem Eintritt in voller Produktion getestet werden.

Futuristische Materialien

Die Revolution in der ultra-starken Carbon Composites ist bereits im Gange, und diese Zusammensetzung sind hier zu bleiben. Verbundwerkstoffe aus natürlichen Materialien hergestellt – Maiskolben, Kenaf, Hanf, Kokosnuss-Schalen, Sojaöl und zerfetzten Baumwolle, um nur einige zu nennen – sind wahrscheinlich die Zukunft der automotive Composites.

Während solcher Komposite nicht futuristisch oder besonders fortschrittlichen mag, in Wirklichkeit präsentiert ihre Herstellung und Anwendung viele weitere technische Herausforderungen als hochfeste Kohlefaser-Verbundwerkstoffen, die jetzt ins Auto auf den Weg machen werden. Die Variabilität zwischen den einzelnen Chargen von pflanzlichen Erzeugnissen kann groß, vor allem für Materialien, die traditionell als Abfall bezeichnet werden.

Und natürliche Materialien sind in der Regel nicht leicht binden mit Kunststoffen, machen mischen schwierig und verursacht die Teile zu geringen Festigkeit haben. Verfahren und Behandlungen müssen angewendet werden, um Fasern von Pflanzen zu extrahieren und sie kompatibel mit den Kunststoffen, in denen sie gefüllt sind.

Fords Display in diesem Jahr präsentiert große Erfolge mit der Entwicklung dieser natürlichen und recycelten Verbundwerkstoffe, einschließlich einige Teile aus diesen Materialien, die Produktion eingegeben haben. Ersatz von traditionellen Spritzguß-Kunststoff innere Türverkleidungen der Ford Escape mit Kenaf Faserverbundwerkstoffe eine geschätzte 300.000 Pfund Öl basierenden Materialien bereits gespeichert und reduziert das Gewicht des Bauteils um 25 Prozent. (Kenaf ist eine schnell wachsende Pflanze angebaut, vor allem für seine Fasern, die bei der Herstellung von Kordeln und Segel für Jahrhunderte benutzt worden sind.) Kokosnuss Schale Composites in Verkleidungen und Kofferraum-Matten von einigen Ford Autos, als auch verwendet werden, einschließlich der Focus Electric, und etwa zwei Paare Wert von recycelten Jeans finden sich auch in der Motor-Fach-Isolierung des Fokus.

Ford wird auch experimentiert mit Abfall US-Währung – die Rechnungen besteht aus einer Baumwollmischung und abgenutzte Rechnungen sind von der Regierung aus dem Verkehr gezogen und vernichtet werden – im Getränkehalter und Türtaschen.

Verbundwerkstoffe mit Naturfaser Verstärkung bieten verringerte Gewicht zusätzlich verbesserte Wärmedämmung vor Hitze und Lärm – und überraschend hohe Schadenstoleranz.

Und natürlich die ökologischen Vorteile sind vielfältig: diese Materialien sind selbst erneuerbare, und sie reduzieren Verbrauch von Kunststoffen, die aus Erdöl hergestellt werden.

Der New York International Auto Show 2016 offenbart Fortschritte in der Entwicklung und Verwendung von Verbundwerkstoffen im Spektrum. Ford entstand als klarer Sieger in ihrer Anzeige von Materialien, die von fortgeschrittenen Carbon Composites zu einer Vielzahl von natürlichen und recycelten Materialien in ihren Autos.

Die Displays der meisten Automobilhersteller konzentrierte sich auf die Elektronik, Komfort und Leistung ihrer Fahrzeuge zu präsentieren. So war es erfrischend zu sehen, eine starke ökologische Komponente gebunden in die Anzeige der Ford in Materialien, die tatsächlich in ihre Autos zu erhalten. Während Materialien Fortschritte in den neuen Autos zu machen weiterhin, wird es interessant zu sehen, wie rasante Entwicklungen im 3D-Druck Technologie beeinflussen den automotive-Markt nächstes Jahr sein.

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